DE3838890A1 - Piezoelektrische leitung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine piezoelektrische Leitung mit zwei elektrischen Leitern, zwischen denen eine piezoelektrische Eigenschaften aufweisende Schicht aus Kunststoff angebracht ist, bei welcher die Leiter und die Schicht von einem Schutzmantel aus Isoliermaterial umgeben sind (DE-Z "Markt und Technik" Nr. 14 vom 4. April 1986, Seiten 44 und 48).

Piezoelektrische Leitungen können bei Zug-, Druck- oder Torsionsbelastung elektrische Spannungsimpulse abgeben. Sie können daher mit Vorteil als Sensoren eingesetzt werden, beispielsweise in Schutzzäunen und elektronischen Schaltungen. Derartige Leitungen bestehen nach der eingangs erwähnten DE-Z "Markt und Technik" beispielsweise aus einem Innenleiter, über dem eine Schicht aus einem piezoelektrische Eigenschaften aufweisenden Polymer, wie beispielsweise Polyvinylidenfluorid (PVDF), angebracht ist. Über der Schicht liegt ein konzentrischer Außenleiter, der von einem Schutzmantel umgeben ist. Bei Zug-, Druck- oder Torsionsbelastung dieser Leitung kann zwischen beiden Leitern ein elektrischer Spannungsimpuls abgegriffen werden. Ein Nachteil dieser bekannten Leitung besteht darin, daß sie nur in relativ kurzen Längen hergestellt werden kann. Das liegt daran, daß die den Innenleiter umgebende Polymerschicht in der fertigen Leitung etwa um den Faktor "4" gereckt werden muß, um eine Ausrichtung der molekularen Dipole im PVDF zu erreichen, die den piezoelektrischen Effekt bewirken. Eine derartige Reckung können Innen- und Außenleiter nicht mitmachen, ohne zerstört zu werden. Die relativ kurzen Längen der bekannten Leitung müssen also mit einer aufwendigen Sonderfertigung hergestellt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine piezoelektrische Leitung anzugeben, die in üblicher Technik in beliebiger Länge hergestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einer Leitung der eingangs geschilderten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Schicht mit den piezoelektrischen Eigenschaften als vorgefertigter, langgestreckter Profilkörper ausgebildet ist, an dem die beiden Leiter auf zwei einander gegenüber liegenden Seiten fest anliegen.

Bei dieser Leitung wird für die Schicht mit piezoelektrischen Eigenschaften - im folgenden kurz "Piezoschicht" genannt - , ein vorgefertigter Profilkörper verwendet, dem die Piezoeigenschaft bereits während der Herstellung in einem Arbeitsgang eingeprägt werden kann. Ein solcher, in beliebiger Länge beispielsweise durch Extrusion erzeugter Profilkörper kann sehr einfach gereckt und dann oder auch dabei auf eine Spule aufgewickelt werden. Zur Herstellung der Leitung braucht die fertige Piezoschicht nur noch als Zwischenschicht zwischen die beiden Leiter der Leitung gebracht zu werden. Nach Aufbringung des Schutzmantels ist die in herkömmlicher Technik hergestellte Leitung fertig. Eine nachträgliche Behandlung zur Erzeugung der piezoelektrischen Eigenschaft ist nicht mehr erforderlich.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind in den Zeichnungen dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 eine als Flachleitung ausgeführte Leitung nach der Erfindung.

Fig. 2 und 3 Querschnitte durch zwei unterschiedliche von Fig. 1 abweichende Ausführungsformen der Leitung.

Fig. 4 einen für die Leitung verwendbaren Profilkörper in perspektivischer Darstellung.

Fig. 5 einen Querschnitt durch eine weitere mögliche Leitung.

Die in Fig. 1 dargestellte piezoelektrische Leitung weist zwei Leiter 1 und 2 auf, die als flache Metallbänder ausgebildet sind. Die Leiter 1 und 2 bestehen beispielsweise aus Kupfer. Es können aber auch andere, elektrisch gut leitende Materialien verwendet werden. Zwischen den beiden Leitern 1 und 2 ist eine Piezoschicht 3 angeordnet, die als vorgefertigter Profilkörper ausgeführt ist, der bereits piezoelektrische Eigenschaften hat. Im dargestellten Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist die Piezoschicht 3 als flacher Streifen 4 ausgebildet, der breiter als die beiden Leiter 1 und 2 ist und an beiden Seiten über dieselben hinausragt. Es ist auf diese Weise sichergestellt, daß die beiden Leiter 1 und 2 einander in der fertigen Leitung nicht berühren können, auch wenn sie nicht über die gesamte Länge der Leitung exakt geführt sind.

Die beiden Leiter 1 und 2 und der Streifen 4 sind durch zwei Folien 5 und 6 zusammengehalten, die im üblichen Kaschierverfahren aufgebracht und dadurch miteinander und mit den umschlossenen Teilen verklebt sind. Über den Folien 5 und 6 kann ein Mantel 7 aus Isoliermaterial liegen, der zweckmäßig dann angebracht wird, wenn die Leitung größeren Belastungen ausgesetzt wird. Als äußerer Schutzmantel der Leitung würden an sich aber die beiden Folien 5 und 6 ausreichen. Sie bestehen beispielsweise aus mit Polyethylen beschichtetem Polyester. Der Mantel 7 ist beispielsweise aus Polyurethan oder Polyvinylchlorid hergestellt.

Zwischen den beiden Leitern 1 und 2 und dem Streifen 4 kann zur Verbesserung der Kontaktierung jeweils noch halbleitendes Material angebracht werden. Bei diesem Material kann es sich beispielsweise um einen elastischen oder auch plastischen Werkstoff handeln. Es kann aber auch eine dünne Metallschicht, beispielsweise aus Silber, aufgedampft werden. In allen Fällen ist darauf zu achten, daß das halbleitende Material auf den beiden einander gegenüber liegenden Seiten des Streifens 4 keine leitende Verbindung miteinander hat.

Die Piezoschicht 3 bzw. der daraus hergestellte Profilkörper kann auch einen bikonvexen Querschnitt entsprechend Fig. 2 haben. Der so gestaltete Profilkörper 8 liegt wieder zwischen den beiden Leitern 1 und 2, die an der engsten Stelle des Profilkörpers 8 fest an demselben anliegen. Bei dieser Ausführungsform können runde Leiter 1 und 2 verwendet werden, die auch als Litzenleiter ausgeführt sein können. Zwischen den Leitern 1 und 2 und dem Profilkörper 8 kann wieder halbleitendes Material angeordnet werden. Die Einheit aus Leitern 1 und 2 und Profilkörper 8 ist von einem Schutzmantel 9 umgeben, der aus Polyurethan oder Polyvinylchlorid bestehen kann.

Die bikonvexe Querschnittsform der Piezoschicht 3 bzw. des daraus hergestellten Profilkörpers kann entsprechend Fig. 3 auch so abgewandelt werden, daß der die Piezoschicht 3 darstellender Profilkörper 10 auf zwei einander gegenüberliegenden Seiten Ausnehmungen 11 und 12 aufweist, die dem Querschnitt der Leiter 1 und 2 angepaßt sind. Die Ausnehmungen 11 und 12 können dabei so bemessen sein, daß die Leiter 1 und 2 in dieselben eingeschnappt werden können und dadurch quasi eingeklemmt sind. Auch hier kann wieder halbleitendes Material zwischen den Leitern 1 und 2 und dem Profilkörper 10 angebracht werden. Die Anordnung aus Leitern 1 und 2 und Profilkörper 10 ist wieder von dem Schutzmantel 9 umgeben.

Bei den Ausführungsformen der Leitung nach den Fig. 2 und 3 kann vor Aufbringung des Schutzmantels 9 eine Bebänderung aufgebracht werden, durch welche die Leiter 1 und 2 mit erhöhter Kraft an den Profilkörper 8 bzw. 10 angedrückt werden. Dadurch kann die Kontaktierung der Leiter 1 und 2 mit der Piezoschicht 3 verbessert werden.

Der Profilkörper 10 nach Fig. 3 kann um seine Längsachse tordiert sein, so daß sich für die Ausnehmungen 11 und 12 ein wendelförmiger Verlauf mit einer flachen Steigung ergibt, so wie es in Fig. 4 angedeutet ist. Die in der fertigen Leitung in den Ausnehmungen 11 und 12 liegenden Leiter 1 und 2 haben dann ebenfalls einen wendelförmigen Verlauf. Diese Ausführungsform des Profilkörpers kann grundsätzlich auch für den Profilkörper 8 nach Fig. 2 angewendet werden.

Die Leitung kann auch mit einem kreisrunden Profilkörper 13 nach Fig. 5 ausgerüstet sein, der über seine ganze axiale Länge einen Schlitz 14 hat. Der Schlitz 14 verläuft radial und reicht von der Außenkante des Profilkörpers 13 bis zu seiner Mitte. Im Schlitz 14 ist der eine, drahtförmig ausgeführte Leiter 1 der Leitung angebracht. Der andere Leiter 2 liegt als konzentrischer Leiter auf der Umfangsfläche des Profilkörpers 13. Er kann aus gewickelten Metallbändern bestehen, als Geflecht aufgebaut sein oder ein Rohr sein. über dem Leiter 2 kann ein Mantel 15 aus Isoliermaterial angebracht sein. Auch hier kann zwischen den Leitern 1 und 2 sowie dem Profilkörper 13 wieder halbleitendes Material angeordnet werden.

Claims (7)

1. Piezoelektrische Leitung mit zwei elektrischen Leitern, zwischen denen eine piezoelektrische Eigenschaften aufweisende Schicht aus Kunststoff angebracht ist, bei welcher die Leiter und die Schicht von einem Schutzmantel aus Isoliermaterial umgeben sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (3) mit den piezoelektrischen Eigenschaften als vorgefertigter, langgestreckter Profilkörper (4, 8, 10) ausgebildet ist, an dem die beiden Leiter (1, 2) auf zwei einander gegenüber liegenden Seiten fest anliegen.

2. Leitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter (1, 2) als Metallbänder ausgebildet sind, zwischen denen die Schicht (3) als flacher Streifen (4) angeordnet ist, der breiter als die Leiter (1, 2) ist und an beiden Seiten über dieselben hinausragt.

3. Leitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Profilkörper (8) einen bikonvex geformten Querschnitt hat und daß die beiden als runde Leiter ausgeführten Leiter (1, 2) an der engsten Stelle des Profilkörpers (8) an zwei einander gegenüber liegenden Seiten an demselben anliegen.

4. Leitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Profilkörper (10) einen kreisrunden Querschnitt mit zwei einander diametral gegenüber liegenden, dem Querschnitt der Leiter (1, 2) angepaßten und über die ganze Länge des Profilkörpers (10) verlaufenden Ausnehmungen (11, 12) hat, in denen die Leiter (1, 2) angeordnet sind.

5. Leitung nach einem der Ansprüche 1, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Profilkörper (8, 10) um seine Längsachse tordiert ist.

6. Leitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Profilkörper (13) einen kreisrunden Querschnitt mit einem über seine ganze axiale Länge verlaufenden Schlitz (14) hat, der von seiner Außenkante mit radialem Verlauf bis in seine Mitte ragt, daß der eine Leiter (1) als drahtförmiger Leiter in dem Schlitz (14) angeordnet ist und daß der andere Leiter (2) als konzentrischer Leiter um den Profilkörper (13) herum angebracht ist.

7. Leitung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Leitern (1, 2) und der Schicht (3) halbleitendes Material angebracht ist.