DE3210438A1

DE3210438A1 - Electromechanical transducer

Info

Publication number: DE3210438A1
Application number: DE19823210438
Authority: DE
Inventors: Herbert Dr. 8522 Herzogenaurach Schewe
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1982-03-22
Filing date: 1982-03-22
Publication date: 1983-09-22

Abstract

The transducer comprises a flat piezoelectric body (10) which is provided with an elastomer (12) on at least one of its flat sides for the purpose of transmitting force. According to the invention, the elastomer (12) has a recess (3) on its surface adjacent to the piezoelectric body (10) and is provided with a mechanical pretensioning which brings about an at least approximately complete conversion of a force (F) acting on the elastomer (12) perpendicularly to the flat sides of the piezoelectric body (10) into force components (F') directed parallel to the flat sides. If a load is applied to the elastomer (12), the piezoelectric body (10) is stretched by said force components (F') and the piezoelectric effect is correspondingly increased. <IMAGE>

Description

Elektromechanischer WandlerElectromechanical converter

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektromechanischen Wandler mit einem flachen Piezokörper, der auf wenigstens einer seiner Flachseiten zur Kraftübertragung mit einem Elastomer versehen ist.The invention relates to an electromechanical converter a flat piezo body, which on at least one of its flat sides for power transmission is provided with an elastomer.

Es sind auch druckansprechende Signalgeber bekannt, die einen flachen Piezokörper, beispielsweise eine Folie aus Polyvinylidenfluorid PVF2, enthalten, der an seinen Flachseiten mit Elektroden versehen ist. Zur Druckübertragung auf den Piezokörper kann an wenigstens einer der Flachseiten eine Platte aus geschäumtem Elastomer vorgesehen sein, die auch aus elektrisch leitendem Material bestehen kann. In diesem Falle dient das Elastomer zugleich als Elektrode für den Piezokörper.There are also pressure-sensitive signal generators are known that have a flat Piezo bodies, for example a film made of polyvinylidene fluoride PVF2, which is provided with electrodes on its flat sides. For pressure transfer to the piezo body can be a plate made of foamed on at least one of the flat sides Elastomer can be provided, which can also consist of electrically conductive material. In this case, the elastomer also serves as an electrode for the piezo body.

Durch Betätigen eines Druckknopfes kann über das Elastomer eine Kraft auf den Piezokörper übertragen und dadurch ein elektrisches Signal erzeugt werden.By pressing a push button, a force can be applied to the elastomer transferred to the piezo body and thereby an electrical signal can be generated.

Eine bekannte Ausführungsf#rm eines derartigen auf Druck.A known embodiment of such a pressure.

ansprechenden elektrischen Signalgebers enthält eine Platte aus Polyvinylidenfluorid PVF2, die so angeordnet ist, daß sie unter Belastung deformiert wird. Die Flachseiten des Piezokörpers sind mit Elektroden versehen, an denen das erzeugte elektrische Signal abgenommen werden kann. Dieser Signalgeber ist mit einer Vorrichtung versehen, der die Belastung aufnimmt und so angeordnet ist, daß die piezoelektrische Platte bei Belastung seitlich gedehnt wird. Die an den beiden Flachseiten der piezoelektrischen Platte vorgesehenen Vorrichtungen bestehen aus elektrisch leitendem Vollgummi (DE-PS 27 06 210).responsive electrical signal transmitter contains a plate made of polyvinylidene fluoride PVF2 arranged to be deformed under load. The flat sides of the piezo body are provided with electrodes on which the generated electrical Signal can be picked up. This signal transmitter is provided with a device which absorbs the load and is arranged so that the piezoelectric plate is stretched sideways under load. The ones on the two flat sides of the piezoelectric Plate provided devices exist made of electrically conductive Solid rubber (DE-PS 27 06 210).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen bekannten Signalgeber zu verbessern, insbesondere soll durch besondere Gestaltung der Vorrichtung zur Ubertragung der Belastung auf den Piezokörper der Piezoeffekt durch die seitliche Dehnung in Richtung der Flachseiten des Piezokörpers verstärkt werden.The invention is based on the object of this known signal transmitter to improve, in particular by special design of the device for Transfer of the load to the piezo body of the piezo effect through the lateral Expansion in the direction of the flat sides of the piezo body are increased.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1. Durch die Vorspannung erhält man eine wenigstens annähernd vollständige Umwandlung einer senkrecht zu den Flachseiten des Piezokörpers auf das Elastomer einwirkenden Kraft in parallel zu den Flachseiten gerichtete Kraftkomponenten. Es wird somit nahezu die gesamte Belastung des Piezokörpers in Dehnungskräfte umgesetzt und der Piezoeffekt des Piezokörpers entsprechend erhöht.This object is achieved according to the invention with the characterizing Features of claim 1. The bias at least approximately gives one complete conversion of a perpendicular to the flat sides of the piezo body force acting on the elastomer in force components directed parallel to the flat sides. Almost the entire load on the piezo body is thus converted into expansion forces and the piezo effect of the piezo body increases accordingly.

In einer besonderen Ausführungsform des elektromechanischen Wandlers nach der Erfindung kann an den beiden Flachseiten des Piezokörpers einander gegenüber ein Elastomer angeordnet sein. In dieser Ausführungsform sind die Dehnungskräfte an beiden Flachseiten des Piezokörpers wirksam.In a special embodiment of the electromechanical converter According to the invention, on the two flat sides of the piezo body opposite one another be arranged an elastomer. In this embodiment, the elongation forces are effective on both flat sides of the piezo body.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, deren Figur 1 zur Erläuterung der Herstellung eines elektromechanischen Wandlers nach der Erfindung dient, und in deren Figuren 2 und 3 jeweils eine Ausführungsform des elektromechanischen Wandlers dargestellt ist.To further explain the invention, reference is made to the drawing taken, whose Figure 1 to explain the production of an electromechanical Converter according to the invention is used, and in their Figures 2 and 3 each have an embodiment of the electromechanical converter is shown.

In der AusfUhrungsform nach Figur 1 hat ein Elastomer 2 durch eine Ausnehmung 3 die Form eines Topfes erhalten, dessen Boden 4 etwas gewölbt ist und dessen Seitenwand 5 sich etwa in der Form eines Hohlkegelstumpfs zum offenen Rand erweitert. Durch eine Kraft F1 in senkrechter Richtung auf den Boden 3 des Elastomers wird der Boden 3 nach unten in entgegengesetzter Richtung gewölbt und zugleich wird unter Einwirkung weiterer Kräfte F2 in entgegengesetzter Richtung auf den offenen Rand der Seitenwand 5 der Randbereich des Seitenteils 5 nach oben umgekrempelt, so daß die zunächst konvexe äußere Oberfläche des Bodens 4 nun eine konkave Form annimmt und zugleich die ursprünglich innere Oberfläche im Randbereich des Seitenteils 5 nun die äußere Oberfläche des Randbereichs bildet.In the embodiment according to FIG. 1, an elastomer 2 has a Recess 3 is given the shape of a pot, the bottom 4 of which is slightly curved and whose side wall 5 is approximately in the form of a hollow truncated cone to the open edge expanded. By a force F1 in the vertical direction on the bottom 3 of the elastomer the bottom 3 is curved downwards in the opposite direction and at the same time is under the action of further forces F2 in the opposite direction on the open Edge of the side wall 5, the edge area of the side part 5 turned upside down, so that the initially convex outer surface of the bottom 4 now has a concave shape and at the same time the originally inner surface in the edge area of the side part 5 now forms the outer surface of the edge area.

Durch das Umkrempeln entsteht ein neues Elastomer 12, das in Figur 2 dargestellt ist. Die besondere Art der Verformung führt an der inneren Oberfläche der Ausnehmung 3 im Randbereich des Seitenteils 5 zu Dehnungskräften, die in der Figur durch Pfeile 6 angedeutet sind. Dagegen entstehen an der inneren Oberfläche des Bodens 4 Druckkräfte 7, die gegeneinander gerichtet sind. Zugleich entstehen an der äußeren Oberfläche im Randbereich des Seitenteils 5 Druckkräfte 8, die gegeneinander gerichtet sind, und an der äußeren Oberfläche des Bodens 3 Dehnungskräfte 9. Durch diese innere mechanische Vorspannung des Elastomers 2 wird eine auf den Boden 4 wirkende Kraft F nahezu vollständig in zu dieser Kraft senkrechte Kraftkomponenten F' umgewandelt.Turning inside out creates a new elastomer 12, which is shown in FIG 2 is shown. The special kind of deformation leads to the inner surface the recess 3 in the edge region of the side part 5 to expansion forces that are in the Figure are indicated by arrows 6. In contrast, arise on the inner surface of the bottom 4 pressure forces 7, which are directed against each other. At the same time arise on the outer surface in the edge area of the side part 5 compressive forces 8 that act against each other are directed, and on the outer surface of the bottom 3 expansion forces 9th this internal mechanical pre-tensioning of the elastomer 2 becomes one on the bottom 4 acting force F almost completely in force components perpendicular to this force F 'converted.

Wird das Elastomer 12 mit dem Rand seiner Öffnung an die Oberfläche eines Piezokörpers 10 angelegt, so entstehen unter der Belastung F entsprechende Dehnungskräfte in der Oberflächenebene des Piezokörpers 10.The elastomer 12 with the edge of its opening to the surface a piezo body 10 is applied, then under the load F corresponding Expansion forces in the surface plane of the piezo body 10.

Nach Figur 3 ist ein flacher Piezokörper 20 vorgesehen, der beispielsweise eine biaxial gereckte und mit in der Figur nicht dargestellten Elektroden versehene und polarisierte Folie aus Polyvinylidenfluorid PVDF mit einer Dicke von beispielsweise etwa 10 /um sein kann.According to Figure 3, a flat piezo body 20 is provided, for example a biaxially stretched one provided with electrodes not shown in the figure and polarized film made of polyvinylidene fluoride PVDF with a thickness of, for example can be about 10 / µm.

WUrden an beiden Flachseiten dieses Piezokörpers 20 beispielsweise zwei Elastomere 2 im ursprünglichen Zustand nach Figur 1 mit ihren Ausnehmungen 3 einander gegenüber angeordnet, so würde man bei der Einwirkung einer Kraft F eine effektive Ladungskonstante deff = 2000 pC/N erhalten.WUrden on both flat sides of this piezo body 20, for example two elastomers 2 in the original state according to Figure 1 with their recesses 3 arranged opposite one another, one would with the action of a force F a effective charge constant deff = 2000 pC / N obtained.

Wird dagegen an diesem Piezokörper 20 das Elastomer 12 und an der gegenüberliegenden Flachseite ein gleiches Elastomer 14 derart angeordnet, daß deren Ausnehmungen 13 bzw. 15 einander entgegengerichtet sind und ihre in der Figur nicht näher bezeichneten Ränder jeweils auf einer der Flachseiten des Piezokörpers 20 aufliegen, so erhält man mit dieser Anordnung eine effektive Ladungskonstante den = 4000 pC/N. Es wird somit bei Einwirkung einer Kraft F und sofern das Elastomer 14 auf einem Wiederlager 16 ruht, ein entsprechend verstärktes elektrisches Signal erzeugt, das an den Elektroden des Piezokörpers 20 abgenommen werden kann.If, however, on this piezo body 20, the elastomer 12 and on the opposite flat side an identical elastomer 14 arranged such that their Recesses 13 and 15 are opposite to each other and not theirs in the figure denoted edges in each case on one of the flat sides of the piezo body 20 an effective charge constant den is obtained with this arrangement = 4000 pC / N. It is thus with the action of a force F and provided the elastomer 14 rests on an abutment 16, a correspondingly amplified electrical signal generated, which can be removed from the electrodes of the piezo body 20.

2 Patentansprüche 3 Figuren Leerseite2 claims 3 figures Blank page

Claims

Claims Electromechanical converter with a flat piezo body (10), on at least one of its flat sides for power transmission with a Elastomer (12) is provided, d u r c h e k e n n n z e i c h -n e t that the Elastomer (12) has a recess on its surface facing the piezo body (10) (3) contains and is provided with a mechanical preload, their force components (6, 8) in opposite flat sides of the piezo body (10) opposite one another Have direction (Figure 2).

2. Method for manufacturing a clektromechanical transducer according to Claim 1, d a d u r c h g e -k e n n n z e i c h n e t that the elastomer (12 in Figure 2) its mechanical preload by turning inside out with the help of mutually opposite directions Forces (F1, F2) on the bottom (4) and the edge area of the side part (5) becomes (Figure 1).