DE2915019A1

DE2915019A1 - Piezoelektrischer biegeschwinger

Info

Publication number: DE2915019A1
Application number: DE19792915019
Authority: DE
Inventors: Cecil Francis Langner
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: International Standard Electric Corp
Priority date: 1978-04-13
Filing date: 1979-04-12
Publication date: 1979-10-25
Also published as: GB1597207A

Description

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Piezoelektrischer Biegeschwinger

Stand der Technik

Piezoelektrische Biegeschwinger als elektromechanische Wandler sind bekannt. Sie bestehen im allgemeinen aus zwei Streifen oder scheibenförmigen Stücken aus piezoelektrischem Material , die unter Zwischenlage einer gemeinsamen Elektrode miteinander verklebt sind. Beide Streifen oder Stücke sind polarisiert, wobei die Flächen, mit denen sie zueinander weisen ungleiche Polarität haben. Auf den Außenflächen der piezoelektrischen Streifen oder Stücke ist jeweils eine Außenelektrode befestigt. Wird über die Mittelelektrode und die Aussenelektroden ein Potential an den Biegeschwinger angelegt, so tritt in Abhängigkeit der Polarität des angelegten Potentials eine Verkürzung des einen piezoelektrischen Streifens bzw. Stückes ein,während das andere etwas langer wird. Die Folge ist, daß sich die Anordnung wie bei einem erhitzten Bimetallstreifen quer zur Planfläche des Biegeschwingers krümmt.

Diese vorbeschriebene Ausführung eines Biegeschwingers bedingt im Verhältnis ein sehr dünnes piezoelektrisches Material, wodurch die maximal zulässige Betriebsfrequenz begrenzt wird. Andererseits muß die Breite des piezoelektrischen Materials bei einer gewissen Biegekraft ziemlich breit sein, so daß der Platzbedarf für einen Biegeschwinger ralativ groß ist, wenn er mit anderen gleichen Biegeschwingern störungsfrei zusammenarbeiten soll.

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Aufgabe und Lösung

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, einen piezoelektrischen Biegeschwinger mit verbesserten Eigenschaften zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Die Unteransprüche zeigen vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes auf.

Vorteile

Die durch die Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß der erforderliche Platzbedarf für den einzelnen Biegeschwinger auf die Dicke der Anordnung beschränkt ist, so daß eine wesentlich geringere Teilungsbreite als bisher erzielt wird. Außerdem ermöglicht die Verlegung der Krümmungsbewegung in die Materiallängsrichtung eine Erhöhung der Betriebsfrequenz.

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Beschreibung der Erfindung

Anhand von drei Ausführungsbeispielen wird die Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen nachfolgend näher erläutert. Es zeigt:

Figur 1A und 1B eine erste Ausführung gemäß der Erfindung

in Perspektivdarstellung bzw. Stirnseitenansicht.

Figur 2 eine zweite Ausführung gemäß der Erfindung in Stirnseitenansicht.

Figur 3 eine dritte Ausführung gemäß der Erfindung in Stirnseitenansicht.

Die Figur 1A und 1B zeigen einen elektro-mechanischen Wandler in Form eines piezoelektrischen Biegeschwingers. Die Basis dieses Biegeschwingers ist ein scheibenförmiges Stück piezoelektrischen Materials 11, das in der Weise polarisiert ist, daß die eine Planfläche positiv (+ markiert) und die andere Planfläche negativ ist ( - markiert). Auf jeder der beiden Planflächen sind zwei Elektroden 12A und 12B bzw. 12C und 12D angeordnet bzw. befestigt. Wird an die Elektroden 12A und 12D positives Potential und an die Elektroden 12B und 12C negatives Potential angelegt, so kontraktiert das piezoelektrische Material 11 zwischen den Elektroden 12A und 12C parallel zur Achse X während das piezoelektrische Material zwischen den Elektroden 12B und 12D parallel zur Achse X expandiert. Daraus resultiert ein Verbiegen der gesamten Anordnung planparallel zur Achse Z in Richtung des Pfeiles Q. Gleichzeitig tritt zwischen den Elektroden 12A und 12C eine geringe Verdickung und zwischen den Elektroden 12B und 12D eine schwache Verringerung des scheibenförmigen Piezomaterials in Richtung der Achse Y auf. Entscheidend ist jedoch, das Biegeverhalten in Richtung der Längserstreckung des piezoelektrischen Materials. Dadurch können viele derartige Biegeschwinger plan-

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parallel und dicht zueinander in einer Reihe angeordnet werden, ohne daß sie sich beim Biegevorgang gegenseitig stören. Durch das Verbiegen in Richtung der Längserstreckung des piezoelektrischen Material ist der Biegeschwinger steifer und kann daher mit einer höheren Frequenz betrieben werden als es bei den bekannten Biegeschwingern möglich ist. Die im Biegeschwinger entstehende Kraft steht in einem bestimmten Verhältnis zur flachenmäßigen Ausdehnung des piezoelektrischen Materials. Die vorbeschriebene Ausbildung und Anordnung gestattet eine den jeweiligen Forderungen entsprechende Größe des Biegeschwingers ohne daß dadurch die Teilungsabstände vergrößert werden und/oder eine gegenseitige, störende Beeinflussung benachbarter Biegeschwinger auftritt.

Figur 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel. In diesem Fall ist die Basis des Biegeschwingers ein scheibenförmiges Stück piezoelektrischen Materials 21, das in der abgebildeten Weise polarisiert ist. Jeweils eine Hälfte der Planflächen ist positiv gepolt, während die jeweils andere Hälfte negativ gepolt ist, wobei die sich gegenüberliegenden Flächenhälften entgegengesetzte Polarität haben. Jede Planfläche ist mit einer Elektrode 22E bzw. 22F versehen. Wird an die Elektrode 22E positives Potential und an die Elektrode 22 F negatives Potential angelegt, so verhält sich der Biegeschwinger exakt genau so wie der in Verbindung mit Figur 1A und 1B zuvor beschriebene elektromechanische Wandler.

Figur 3 zeigt eine dritte Ausfuhrungsform, die in der Weise von den beiden vorbeschriebenen Beispielen abweicht, da hier statt eines großflächigen Stückes zwei schmalere, streifenförmige Stücke aus piezoelektrischem Material 21 Ά und 21¹B die Basis des Biegeschwingers bilden. Diese beiden Stücke 21¹A und 21¹B.sind mittels eines Klebers 31 entlang einer Längsseite fest miteinander verbunden und in der dargestellten Weise polarisiert. In jeder weiteren Hinsicht stimmt die-

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se Anordnung mit der gemäß Figur 2 überein und verhält sich auch in der gleichen Weise, wenn entsprechendes Potential
an die Elektroden 22¹E und 22¹F angelegt wird. Zwar stellt
die Notwendigkeit des Verklebens der beiden Streifen aus
piezoelektrischem Material gegenüber den beiden anderen beschriebenen Ausführungen eine aufwendigere Lösung dar, jedoch hat sie demgegenüber den Vorteil einer exakten Trennung der aneinandergrenzenden Bereiche entgegengesetzter Polung, wodurch eine bessere Wirkung erzielt werden kann.

T Blatt Zeichnungen

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L e e r s e i t e

Claims

Patentanwalt
Dipl.-Phys. Leo Thul

Stuttgart ^ 3 IDU l

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INTERNATIONAL STAIiDARD ELECTRIC CORPORATION, New York

Patentansprüche

Piezoelektrischer Beigeschwinger, gekennzeichnet durch ein scheibenförmiges Stück piezoelektrischen Materials (11, 21), dessen Planflächen entgegengesetzt polarisiert und von flächenartigen Elektroden (12A, 12B, 12C/12/D, 22E, 22F, 22¹E, 22¹F) abgedeckt sind und die an ein zur Planflächenpolung gleich- oder entgegengesetzt gepoltes Potential anlegbar sind.
2. Biegeschwinger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die jeweilige Polarisierung über die gesamte Planfläche erstreckt, daß die die Planflächen abdeckenden Elektroden zweigeteilt sind (Elektroden 12A/12B, 12C/12D) und daß diese Elektroden paarweise über Kreuz an ein Potential sowohl der einen als der anderen Polarität anlegbar sind.
3«, Biegeschwinger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Planflächen des piezoelektrischen Materials (21) je 'zur Hälfte in der einen und in der entgegengesetzten Weise polarisiert sind, daß die Planflächen von jeweils

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einer beide Polarisationshälften bedeckenden Elektrode (C22E, 22F) abgedeckt sind und daß diese Elektroden an ein Potential entgegengesetzter Polarität anlegbar sind.
4. Biegeschwinger nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das scheibenförmige piezoelektrische Material in zwei Teile (21¹A, 21¹B), geteilt ist, die über eine Längskante miteinander verklebt sind.

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