DE3902738C2 - Düsenklappenvorrichtung - Google Patents

Düsenklappenvorrichtung

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Description

Die Erfindung betrifft eine Düsenklappenvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Bisher wurden Schaltmotoren als Vorrichtungen zum Umwandeln von elektrischen Signalen in pneumatische Drucksignale be­ nutzt. Dabei wird ein elektrischer Strom der Spule des Schaltmotors zugeführt, um eine entsprechende Rotationsbewe­ gung zu erzeugen, welche in eine Auslenkung zur Umwandlung in ein pneumatisches Drucksignal durch eine Düsenklappe, ein Steuerventil od. dgl. umgesetzt wird. Wo eine Steuervorrich­ tung, wie bspw. ein elektropneumatischer Wandler, auf Basis eines solchen Schaltmotors aufgebaut ist, ist der Widerstand der Steuervorrichtung gegen mechanische Vibrationen oder Störungen und die Stabilität der Steuereinrichtung umso grö­ ßer, je größer das Drehmoment ist, das der Schaltmotor er­ zeugt.

In Anbetracht des Zieles, kleinere und leichtere Steuervor­ richtungen zu schaffen, ist es wichtig, Schaltmotoren auch in kleineren Ausführungen zu bauen. Je kleiner jedoch ein Schaltmotor ist, desto niedriger ist auch das Drehmoment, welches von dem Schaltmotor in Abhängigkeit von der Stärke des zugeführten elektrischen Stromes erzeugt werden kann. Als Folge dessen wird die Steuervorrichtung anfällig gegen mecha­ nische Vibrationen oder andere Störungen und es ist technisch unmöglich, einen so kleinen Schaltmotor für bestimmte Anwen­ dungen einzusetzen, in denen die Steuervorrichtung benutzt werden soll.

Eine Düsenklappenvorrichtung der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus der US 4 617 952 bekannt. Danach ist die elektrostriktive Einrichtung einseitig fest in einer Halte­ rung eingespannt bzw. festgeklemmt. Nachteilig ist dabei zum einen das Auftreten von Hysterese-Effekten und ein Phänomen, welches als "Kriechen der elektrostriktiven Einrichtung" be­ zeichnet wird.

Unter diesem wird eine Änderung der Auslenkung der elekro­ striktiven Einrichtung trotz Beaufschlagung mit einer zeit­ lich konstanten Spannung verstanden. Des weiteren verändern sich bei der bekannten Einrichtung auch die Bereiche der pie­ zoelektrischen Keramikglieder, die zwischen den Befestigungs­ platten gehalten werden, derart, daß sie sich in Abhängigkeit von der Spannung ebenfalls vergrößern oder verkleinern. Diese Störeffekte könnten auf die herkömmlich durchgeführte Art der einseitigen Befestigung der elektrostriktiven Einrichtung zurückzuführen sein. Das Kriechen könnte bspw. auch dadurch hervorgerufen sein, daß die piezoelektrischen Keramikglieder durch die Vorrichtung zum Festlegen eine unterschiedliche Pressung erfahren. Die unterschiedliche Pressung entsteht dadurch, daß die Bereiche der piezoelektrischen Keramikmit­ glieder die zwischen den Befestigungsplatten gehalten werden, sich in Abhängigkeit von der angelegten Spannung vergrößern oder verkleinern, wodurch innere Spannungen hervorgerufen werden, die vermutlich ein Kriechen begünstigen.

Der Zweck einer elektrostriktiven Einrichtung zur Umwandlung eines elektrischen Signals in ein pneumatisches Drucksignal ist, eine gewünschte Signalumwandlungsfähigkeit durch genaue und feine elektrische Kontrolle zu erreichen. Wo ein Kriechen stattfindet, selbst wenn die an die elektrostriktive Einrich­ tung angelegte Kontrollspannung zur Erzeugung eines Düsen­ gegendruckes auf einem konstanten Wert gehalten wird, neigt der Düsengegendruck dazu, sich aufgrund des Kriechens zu verändern.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Düsenklappenvorrichtung mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen dahingehend weiterzubilden, daß eine Umwandlung von elektri­ schen Signalen in pneumatische Drucksignale einfach und genau durchführbar ist.

Diese Aufgabe wird gemäß dem kennzeichnenden Teil des An­ spruchs 1 gelöst.

Durch diese Maßnahme wird dafür gesorgt, daß der Bereich der elektrostriktiven Einrichtung, welcher durch die Befestigungselemente eingeklemmt ist, keine Elektroden auf­ weist, sondern nur schmale Zuleitungen mit bspw. einer Breite von etwa 1 mm und einer Dicke von einigen µm. Somit ist die elektrostriktive Einrichtung lediglich über eine mechanische Berührung der Befestigungselemente mit der schmalen Zuleitung an ihrem einen Ende festgelegt und lediglich in dem Bereich der schmalen Zuleitung Befestigungskräften ausgesetzt. Es ist daher nicht notwendig, die Anziehkräfte der Befestigungsvor­ richtung mit großer Vorsicht beim Befestigen der elektro­ striktiven Einrichtung abzugleichen. Dadurch wird dem Krie­ chen der elektrostriktiven Einrichtung entgegengewirkt, da einerseits die Befestigungskräfte auf einen beschränkten, kleinen Bereich der elektrostriktiven Einrichtung wirken und andererseits eine spannungsabhängige Vergrößerung bzw. Ver­ kleinerung der piezoelektrischen Keramikglieder außerhalb des von den schmalen Zuleitungen bedeckten Bereiches ohne weite­ res möglich ist, da in diesem Bereich ein Luftspalt zwischen den Keramikgliedern und den Befestigungselementen vorliegt.

Eine alternative, auf dem gleichen Prinzip beruhende Lösung der obengenannten Aufgabe ist in Anspruch 12 angegeben.

In vorteilhafter Weise bedecken dabei die piezoelektrischen Keramikglieder sowie die Elektroden nicht den Bereich der Zwischenlage, in dem diese zur klemmenden Befestigung mit den Befestigungsmitteln beaufschlagt wird. Da die Elektroden und die piezoelektrischen Keramikglieder nicht bis in den Be­ reich, der durch die Befestigungsschrauben angepreßt bzw. zusammengepreßt wird, reichen, wird nur die Zwischenlage den Preßkräften der Befestigungsmittel ausgesetzt. Dadurch ist keine Abstimmung der Anziehkräfte beim Befestigen der elek­ trostriktiven Einrichtung zwischen den Befestigungsplatten notwendig. Die piezoelektrischen Keramikglieder sind ledig­ lich in solchen Bereichen der Zwischenlage angebracht, die durch die Befestigungsmittel zum einseitigen Befestigen der elektrostriktiven Einrichtung nicht von Preßkräften bzw. -spannungen beaufschlagt werden. Somit kann die elektrostrik­ tive Einrichtung ohne jeglichen Einfluß der Befestigungs- Preßkräfte gleichmäßig und genau arbeiten, wobei eine zuver­ lässige Kontrolle bzw. Steuerung der Umwandlung der elektri­ schen Signale in pneumatische Signale insbesondere bei gerin­ gen Spannungen erreicht wird.

Bei einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung endet die Zuleitung mittig in Längsrichtung auf dem piezoelektrischen Keramikglied.

Vorzugsweise endet die Zuleitung in einer Ecke in Längsrich­ tung auf dem piezoelektrischen Keramikglied.

Eine weitere Ausgestaltung des Erfindungsgedankens sieht vor, daß das piezoelektrische Keramikglied eine bis zu seinem einen Ende reichende Nut aufweist, in der die Zuleitung auf­ genommen ist.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgese­ hen, daß das eine Ende des piezoelektrischen Keramikgliedes mittels einer zusätzlichen Befestigungsplatte befestigt ist.

In einer weiteren Ausgestaltung dieses Erfindungsgedankens ist vorgesehen, daß die Befestigungsplatte eine Nut zur Auf­ nahme von Zuleitungen aufweist.

In Weiterbildung des Erfindungsgedankens kann ferner vorgese­ hen sein, daß zwischen dem piezoelektrischen Keramikglied und der Befestigungsplatte eine Abstandsscheibe angeordnet ist.

In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, daß die elektrostriktive Einrichtung eine Vielzahl von piezoelektrischen Keramikgliedern und eine Viel­ zahl von Dünnfilmelektroden aufweist, die auf Vorder- und Rückseite der pizoelektrischen Glieder angeordnet sind, wobei die Dünnfilmelektroden Zuleitungen aufweisen, die Zuleitungen jeweils an einer der Längsseiten der Keramikglieder und die Zuleitungen von benachbarten Dünnfilmelektroden jeweils an den gegenüber entgegengesetzten Längsseiten der Keramikglie­ der angeordnet sind.

In Weiterbildung dieses Erfindungsgedankens ist vorgesehen, daß die alternierenden Elektroden jeweils über einen elek­ trischen Leiter miteinander verbunden sind, welcher die al­ ternierenden Elektroden mit einer Spannungsquelle verbindet.

In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, daß das piezoelektrische Keramikglied an einer Halterung direkt durch Löten oder Kleben befestigt ist.

In Weiterbildung dieses Erfindungsgedankens ist ferner vor­ gesehen, daß die Zwischenlage einen Bereich aufweist, der nicht von dem piezoelektrischen Keramikglied bedeckt ist, wobei der Bereich eine Vielzahl von Bohrungen in einem gewis­ sen Abstand zueinander aufweist und die Zwischenlage über durch die Bohrungen reichende Schrauben befestigt ist.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert, in welchen bevorzugte Ausführungsbeispiele darge­ stellt sind.

Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer ele­ ktrostriktiven Einrichtung einer erfin­ dungsgemäßen Düsenklappenvorrichtung;

Fig. 2 eine Draufsicht auf die elektrostriktive Einrichtung gemäß Fig. 1;

Fig. 3 einen Querschnitt längs der Linie IX-IX gemäß Fig. 2;

Fig. 4 einen Querschnitt längs der Linie X-X gemäß Fig. 2;

Fig. 5 eine Frontansicht der elektrostriktiven Einrichtung gemäß Fig. 1;

Fig. 6 eine schematische Ansicht eines elektro­ pneumatischen Wandlers, in dem die elek­ trostriktive Einrichtung gemäß der Er­ findung eingebaut ist;

Fig. 7 eine schematische Ansicht einer Positio­ niereinrichtung für den elektropneumati­ schen Wandler gemäß Fig. 6;

Fig. 8 eine perspektivische Ansicht einer elek­ trostriktiven Einrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegen­ den Erfindung;

Fig. 9 eine Draufsicht auf eine elektrostrikti­ ve Einrichtung gemäß einer weiteren Aus­ führungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 10 einen teilweise weggebrochenen Quer­ schnitt der elektrostriktiven Einrichtung gemäß Fig. 9;

Fig. 11 eine perspektivische Explosionsdarstel­ lung der elektrostriktiven Einrichtung gemäß der Erfindung und Befestigungs­ platten zum Befestigen der elektrostrik­ tiven Einrichtung;

Fig. 12 eine perspektivische Ansicht einer elek­ trostriktiven Einrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegen­ den Erfindung;

Fig. 13 einen Querschnitt der elektrostriktiven Einrichtung gemäß Fig. 12;

Fig. 14 eine perspektivische Explosions­ darstellung der erfindungsgemäßen elek­ trostriktiven Einrichtung und Befesti­ gungsplatten in einer anderen Ausfüh­ rungsform zum Befestigen der elektro­ striktiven Einrichtung;

Fig. 15 eine perspektivische Ansicht einer elek­ trostriktiven Einrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegen­ den Erfindung;

Fig. 16 eine perspektivische Ansicht einer elek­ trostriktiven Einrichtung gemäß einer weiteren zusätzlichen Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 17 eine perspektivische Ansicht einer elek­ trostriktiven Einrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegen­ den Erfindung;

Fig. 18 eine perspektivische Ansicht einer er­ findungsgemäßen Düsenklappenvorrichtung gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung, in der die ge­ schichtete Struktur der piezoelektri­ schen Keramikglieder und der Elektroden dargestellt ist;

Fig. 19 einen Querschnitt entlang der Linie XXV- XXV gemäß Fig. 18;

Fig. 20 eine perspektivische Ansicht einer Dü­ senklappenvorrichtung gemäß einer weite­ ren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in der die geschichtete Struktur der piezoelektrischen Keramik­ glieder und der Elektroden dargestellt ist;

Fig. 21 eine Ansicht in Pfeilrichtung D gemäß Fig. 20 und

Fig. 22 eine Ansicht in Pfeilrichtung E gemäß Fig. 20.

Gemäß einer ersten Ausführungsform, die in Fig. 1 dargestellt ist, weist die elektrostriktive Einrichtung 30 eine Zwischen­ lage 32 mit rechteckiger Form auf. Die Zwischenlage 32 be­ steht im allgemeinen aus einem metallenen Material wie Phosphorbronze, rostfreiem Stahl od. dgl. Zwei piezoelek­ trische Keramikglieder 34a, 34b sind jeweils auf den gegen­ überliegenden Oberflächen der Zwischenlage 32 mittels eines Klebstoffes aufgeklebt. Ein Ende der Zwischenlage 32 steht etwas über den entsprechenden Enden der piezoelektrischen Keramikglieder 34a, 34b hinaus.

Zwei Dünnfilmelektroden 36a, 36b sind an den äußeren Ober­ flächen der piezoelektrischen Keramikglieder 34a, 34b befe­ stigt. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, weisen die Elektroden 36a, 36b eine im wesentlichen rechteckige Form auf und haben eine Breite bzw. eine Querdimension, die im wesentlichen mit der Breite der piezoelektrischen Keramikglieder 34a, 34b überein­ stimmen. Sehr schmale Zuleitungen 38a, 38b erstrecken sich jeweils von dem mittigen Bereich der Elektroden 34a, 34b und schließen mit den Enden der piezoelektrischen Keramikglieder 34a, 34b ab (siehe hierzu Fig. 1, 2 und 4). Eine Hilfsplatte 14 ist an der unteren Oberfläche am freien Ende der elektro­ striktiven Einrichtung 30 angebracht.

Wie in den Fig. 1 bis 4 dargestellt, ist die elektrostriktive Einrichtung 30 in eine Düsenklappenvorrichtung eingebaut, in der die Zuleitungen 38a, 38b der Elektroden 36a, 36b oberhalb der ersten Befestigungsplatte 6a angeordnet sind, und wobei die zweite Befestigungsplatte 6b sich auf der elektrostrikti­ ven Einrichtung 30 befindet. Die elektrostriktive Einrichtung 30 ist fest zwischen der ersten und der zweiten Be­ festigungsplatte 6a, 6b durch Befestigungsschrauben 10 einge­ klemmt, welche sich über Bohrungen in der ersten und der zweiten Befestigungsplatte 6a, 6b erstrecken und in die Grundplatte 4 eingeschraubt sind. Der Bereich der elektro­ striktiven Einrichtung 30, der durch die Befestigungsschrau­ ben 10 eingeklemmt ist, weist keine Elektroden 36a, 36b auf, sondern beinhaltet nur die Zuleitungen 38a, 38b, die etwa 1mm breit und einige Mikrometer dick sind. Daher sind die Zwi­ schenlage 32, die piezoelektrischen Keramikglieder 34a, 34b und die Zuleitungen 38a, 38b den Befestigungskräften ausge­ setzt, mit denen die elektrostriktive Einrichtung 30 durch die Befestigungsschrauben 10 festgehalten ist. Daher ist es nicht notwendig, die Anziehkräfte mit großer Vorsicht genau abzu­ gleichen, wenn die elektrostriktive Einrichtung durch die Befestigungsplatten 6a, 6b befestigt wird.

Wenn an eine elektrostriktive Einrichtung 30 in Verbindung mit einem elektropneumatischen Wandler eine Spannung angelegt wird, um ein elektrisches Signal in ein pneumatisches Druck­ signal umzuwandeln, wird jegliches Kriechen der elektrostrik­ tiven Einrichtung 30 größtenteils vermieden. Daher arbeitet die elektrostriktive Einrichtung 30 genau und gleichmäßig. Dadurch ist es möglich, eine präzise Kontrolle zu erreichen, besonders wenn die elektrostriktive Einrichtung 30 mit ge­ ringen Spannungen betrieben wird.

Der elektropneumatische Wandler, in dem die elektrostriktive Einrichtung 30 gemäß der Erfindung eingebaut ist, wird im folgenden beschrieben.

Wie in Fig. 6 dargestellt ist, sind die Elektroden 36a, 36b, die an den piezoelektrischen Keramikgliedern 34a, 34b befe­ stigt sind, miteinander verbunden und weiterhin mit einer Anschlußklemme des Reglers 50 elektrisch verbunden. Die ande­ re Anschlußklemme des Reglers 50 ist elektrisch mit der Zwi­ schenlage 32 verbunden. Eine Düse 12, die an der Grundplatte 4 angeordnet ist, ist pneumatisch mit einem Steuerventil 52 verbunden, welches eine Auslaßöffnung aufweist, die über eine Verzweigung mit einem Wandler 54, der pneumatische Signale in elektrische umwandelt, verbunden ist, dessen Auslaßöffnung wiederum mit dem Regler 50 verbunden ist. Dem Regler 50 wird das Kontrollsignal S zugeführt.

Wenn das Kontrollsignal S an den Regler 50 angelegt wird, so legt dieser eine vorbestimmte Spannung zwischen den Elektro­ den 36a, 36b auf den piezoelektrischen Keramikgliedern 34a, 34b und der Zwischenlage 32 an, um das freie Ende der elek­ trostriktiven Einrichtung 30 in Abhängigkeit zur Spannung durchzubiegen. Als Ergebnis davon verändert sich der von der Düse 12 ausgestoßene Düsengegendruck der Luft und die Druck­ schwankungen werden an das Steuerventil 52 weitergegeben. Ein Ausgangssignal des Steuerventils 52 wird an eine bestimmte Einrichtung zur Kontrolle der Einrichtung weitergegeben.

Das Ausgangssignal des Steuerventils 52 wird auch an den pneumatisch-elektrischen Signalwandler 54 weitergegeben, der das Signal wiederum als Rückkopplungssignal an den Regler 50 weitergibt.

Fig. 7 zeigt eine Positioniereinrichtung, die in den elek­ tropneumatischen Wandler, der oben beschrieben ist, eingebaut ist.

Die Teile aus Fig. 7, die identisch mit denen des elektrop­ neumatischen Wandlers sind, sind mit identischen Bezugszei­ chen versehen und werden nicht weiter im Detail beschrieben.

Gemäß Fig. 7 wird das Ausgangssignal des Steuerventils 52 an das Kontrollventil 60 weitergegeben, um das Kontrollventil 60 zu kontrollieren. Das Ausgangssignal des Kontrollventils 60 wird über eine Verzweigung an einen Sensor 62 weitergegeben, um die Auslenkung des Kontrollventils 60 in ein entsprechen­ des elektrisches Signal umzuwandeln. Der Sensor 62 ist vor­ zugsweise als Potentiometer ausgebildet. Das Ausgangssignal des Potentiometers 62 wird als Rückkopplungssignal an den Regler 50 weitergegeben. Somit lenkt ein Ausgangssignal des Steuerventils 52 das Kontrollventil 60 aus, während das Aus­ gangssignal des Sensors 62, das proportional zur Auslenkung des Kontrollventils 60 ist, als Rückkopplungskontrolle für den Regler 50 dient.

Fig. 8 zeigt eine elektrostriktive Einrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die elektrostriktive Einrichtung 30 gemäß Fig. 8 weist Elektroden 36a, 36b auf, die jeweils mit Zuleitungen 38a, 38b versehen sind, die ihrerseits auf den piezoelektrischen Keramikglie­ dern 34a, 34b angeordnet sind, und zwar versetzt zu ihren Längsmittelachsen. Zuleitungsdrähte, die mit der Zwischenlage 32 und den Elektroden 36a, 36b verbunden sind, können zusam­ mengefaßt und an einer Ecke befestigt werden, so daß diese Zuleitungsdrähte nicht störend auf andere Gegenstände oder Einrichtungen, die im Bereich der elektrostriktiven Einrich­ tung 30 angeordnet sind, wirken.

Fig. 9 und 10 zeigen eine weitere Ausführungsform der elek­ trostriktiven Einrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Gemäß dieser Ausführungsform werden keine Zuleitungen 38a, 38b verwendet, so daß nur die piezoelektrischen Keramikglie­ der 34a, 34b und die Zwischenlage 32 zwischen der ersten und der zweiten Befestigungsplatte 6a, 6b festgeklemmt sind. Die Elektroden 36a, 36b sind kürzer als die piezoelektrischen Keramikglieder 34a, 34b auf der Zwischenlage 32. Die Zulei­ tungsdrähte zum Anlegen einer Spannung an die elektrostrikti­ ve Einrichtung 30 sind mit einer Ecke der Elektroden 36a, 36b verbunden, die sich in der Nähe der Befestigungsplatten 6a, 6b befinden, welche wiederum die piezoelektrischen Keramik­ glieder 34a, 34b festklemmen.

Da die Elektroden 36a, 36b nicht zwischen den Befestigungs­ platten 6a, 6b befestigt sind und nur die piezoelektrischen Keramikglieder 34, 34b zwischen den Befestigungsplatten 6a, 6b festgeklemmt sind, behält die elektrostriktive Einrichtung 30 ihre notwendige Steifigkeit bei gleichzeitiger Reduzierung des Kriechens.

Selbst wenn in diesem Falle Zuleitungen 38a, 38b vorhanden wären, könnten Probleme, die aus dem Kriechen resultieren, vermieden werden, wenn die Zuleitungen 38a, 38b nicht durch die Befestigungsplatten 6a, 6b festgeklemmt würden. Weitere Ausführungsformen unter diesem Gesichtspunkt werden in den Fig. 11 bis 13 beschrieben.

Gemäß einer Ausführungsform, die in Fig. 11 dargestellt ist, weisen die erste und die zweite Befestigungsplatte 6a, 6b Nuten 40a, 40b auf, die in ihren einander zugewandten Ober­ flächen angeordnet sind. Die Nuten 40a, 40b weisen eine Tiefe und eine Länge auf, die der Dicke und der Länge der Zuleitun­ gen 38a, 38b, die sich auf den piezoelektrischen Keramikglie­ dern 34a, 34b erstrecken, entsprechen. Selbst wenn ein Ende der elektrostriktiven Einrichtung 30 durch die Befestigungs­ platten 6a, 6b festgeklemmt ist, werden die Zuleitungen 38a, 38b durch die Befestigungsplatten 6a, 6b nicht festgeklemmt, da sie bündig in den Nuten 40a, 40b aufgenommen sind, so daß die elektrostriktive Einrichtung 30 frei von Kriechen ist. In den Ausführungsformen, die in den Fig. 12 und 13 dargesellt sind, sind die Zuleitungen 38a, 38b in Nuten 42a, 42b der piezoelektrischen Keramikglieder 34a, 34b derart angeordnet, daß die Zuleitungen 38a, 38b nicht über die Oberfläche der piezoelektrischen Keramikglieder 34a, 34b überstehen. Selbst wenn die elektrostriktive Einrichtung 30 durch die Befesti­ gungsplatten 6a, 6b festgeklemmt wird, so werden die Zulei­ tungen 38a, 38b nicht durch die Befestigungsplatten 6a, 6b geklemmt, so daß die elektrostriktive Einrichtung 30 frei vom Kriechen ist.

Fig. 14 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der zwei Paare von Abstandsscheiben 44a, 44b auf der äußeren Oberflä­ che der pizoelektrischen Keramikglieder 34a, 34b in überein­ stimmender Relation zur Dicke und Länge der Zuleitungen 38a, 38b angeordnet sind. Die Abstandsscheiben 44a, 44b können gleichfalls an den Befestigungsplatten 6a, 6b angebracht sein. Die elektrostriktive Einrichtung gemäß dieser Ausfüh­ rungsform kann ein Kriechen dadurch vermeiden, daß die Befe­ stigungsplatten 6a, 6b nicht direkt gegen die Zuleitungen 38a, 38b gepreßt werden.

In jeder der obigen Ausführungsformen werden die piezoelek­ trischen Keramikglieder 34a, 34b der elektrostriktiven Ein­ richtung 30 durch die Befestigungsplatten 6a, 6b festge­ klemmt, um der elektrostriktiven Einrichtung 30 einen ge­ wünschten Grad an Steifigkeit zu geben.

Die piezoelektrischen Keramikglieder 34a, 34b brauchen jedoch auch nicht festgeklemmt werden, wenn die gewünschte Steifig­ keit durch andere Mittel gewährleistet werden kann. Fig. 14 zeigt eine derartige Ausführungsform, die auf einem solchen Konzept beruht.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 15 weist eine T-förmige Halte­ rung 46 von relativ großer Dicke auf, die mit (nicht darge­ stellten) Befestigungsschrauben 10 an der Grundplatte 4 befe­ stigt ist, und ein piezoelektrisches Keramikglied 34a an der Halterung 46 durch Löten oder Kleben befestigt ist. Wie dar­ gestellt, enden die Elektroden 36a, 36b kurz vor dem angelö­ teten oder angeklebten Bereich der Halterung 46. Mit den an der Halterung 46 angebrachten piezoelektrischen Keramikglie­ dern 34a, 34b kann die elektrostriktive Einrichtung 30 ein­ fach in einer beliebigen Position installiert und ebenso einfach justiert werden.

Weitere Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind in den Fig. 16 und 17 dargestellt. In der in Fig. 16 dargestell­ ten Ausführungsform weist die elektrostriktive Einrichtung 30 eine T-förmige Zwischenlage 32 mit einem Bereich 48 mit Aus­ nehmungen 50 für Befestigungsschrauben 10 auf. Die Zwischen­ lage 32 hat einen weiteren Bereich 52, der zwischen piezo­ elektrischen Keramikgliedern 34a, 34b eingeschlossen ist, an deren Ober- und Unterseite jeweils Isolierglieder angeordnet sind. Die Elektroden 36a, 36b sind auf den piezoelektrischen Keramikgliedern 34a, 34b angeordnet. Die piezoelektrischen Keramikglieder 34a, 34b und die Elektroden 36a, 36b bedecken nicht den Bereich 48, in dem die Bohrungen 50 angeordnet sind.

Eine Düsenklappenvorrichtung mit einer elektrostriktiven Ein­ richtung 30 gemäß Fig. 16 ist wie folgt aufgebaut:

Die Zwischenlage 32 befindet sich auf der ersten Befesti­ gungsplatte 6a, während die zweite Befestigungsplatte 6b auf der Zwischenlage 32 oberhalb der Bohrungen 50 angeordnet ist. Die Befestigungsschrauben 10 werden durch die Bohrungen in der zweiten Befestigungsplatte 6b und die Bohrungen 50 ge­ führt und verschraubt, um die elektrostriktive Einrichtung 30 zu sichern. Da die Elektroden 36a, 36b und die piezoelektri­ schen Keramikglieder 34a, 34b nicht bis in den Bereich 48, der durch die Befestigungsschrauben 10 angepreßt ist, rei­ chen, wird nur die Zwischenlage 32 den Preßkräften der Befe­ stigungsschrauben 10 ausgesetzt. Dadurch ist keine Abstimmung der Anziehkräfte beim Befestigen der elektrostriktiven Ein­ richtung 30 zwischen der ersten und der zweiten Befestigungs­ platte 6a, 6b notwendig. Die piezoelektrischen Keramikglieder 34a, 34b sind durch die zwischenliegenden Isolierlagen ohne Klebstoff an der Zwischenlage 32 befestigt. Daher wird die an die elektrostriktive Einrichtung 30 angelegte Spannung nicht nachteilig durch einen Klebstoff beeinträchtigt.

Wenn eine Spannung an die elektrostriktive Einrichtung 30 angelegt wird, um ein elektrisches Signal in ein pneumati­ sches Drucksignal umzuwandeln, kann die elektrostriktive Einrichtung 30, ohne von den Preßkräften beeinflußt zu werden, gleichmäßig arbeiten. Die elektrostriktive Einrich­ tung 30 kann eine genaue Kontrolle bewirken insbesondere, wenn sie bei geringer Spannung arbeitet.

Fig. 17 zeigt eine Ausführungsform, in der die Zwischenlage 32 eine einfache rechteckige Form aufweist. Die Zwischenlage 32 hat einen Bereich, in den die Elektroden 36a, 36b und die piezoelektrischen Keramikglieder 34a, 34b nicht reichen. Dieser Bereich wird von der ersten und der zweiten Befesti­ gungsplatte 6a, 6b festgeklemmt, um die elektrostriktive Einrichtung 30 von Kriechen freizuhalten.

Während die vorstehenden Ausführungsformen sich nur auf eine bimorphe elektrostriktive Einrichtung einer Düsenklappenvor­ richtung bezogen, ist die vorliegende Erfindung auch auf einen geschichteten elektrostriktiven Einrichtungsaufbau, bestehend aus einer Vielzahl von elektrostriktiven Einrich­ tungen, anwendbar, wie dies in den Fig. 18 und 19 dargestellt ist.

In den Ausführungsbeispielen gemäß den Fig. 18 und 19 besteht der geschichtete elektrostriktive Einrichtungsaufbau aus einer Vielzahl von piezoelektrischen Keramikgliedern 70a bis 70d und Elektroden 72a bis 72e, die jeweils an den Vorder- und Rückseiten der piezoelektrischen Keramikglieder 70a bis 70d befestigt sind. Der geschichtete elektrostriktive Ein­ richtungsaufbau weist keine Zwischenlage auf, hat jedoch denselben Elektrodenaufbau wie die Elektroden 36a, 36b gemäß Fig. 8. Die Elektroden 72a, 72c, 72e weisen Zuleitungen auf, die an einer bestimmten Stelle angeordnet sind, während die Elektroden 72b, 72d Zuleitungen aufweisen, die an einer ande­ ren Stelle angeordnet sind, die sich genau gegenüber der ersten Stelle befindet. Die Zuleitungen sind auf diese Art angeordnet, um eine Lokalisierung nur in der einen Position in der gestapelten Anordnung der piezoelektrischen Keramik­ glieder zu vermeiden. Die Elektroden 72a, 72c, 72e sind elek­ trisch über einen einzelnen elektrischen Leiter 74 mitein­ ander verbunden, während die Elektroden 72b, 72d über den ein­ zelnen elektrischen Leiter 76 miteinander elektrisch verbun­ den sind.

Die Fig. 20 bis 22 zeigen noch eine weitere Ausführungsform, die im wesentlichen mit der gemäß Fig. 18 und 19 überein­ stimmt, mit Ausnahme der Form der Elektroden auf den piezo­ elektrischen Keramikgliedern 80a bis 80d. Die Elektroden, die in den Fig. 20 bis 22 dargestellt sind, haben im wesentlichen den gleichen Aufbau wie die Elektrode gemäß Fig. 9. In dieser Ausführungsform sind die Elektroden 82a, 82c, 82e durch den elektrischen Leiter 84 elektrisch miteinander verbunden, während die Elektroden 82b, 82d elektrisch durch den elek­ trischen Leiter 86 verbunden sind. Durch den dargestellten geschichteten Aufbau kann der elektrostriktive Einrichtungs­ aufbau stärker durchgebogen werden, während die piezoelektri­ schen Keramikglieder ein gewünschtes Maß an Steifigkeit ohne die Notwendigkeit einer Zwischenlage behalten.

Es ist möglich, 20 bis 40 elektrostriktive Einrichtungen in einen geschichteten Aufbau, wie er in den Fig. 18 bis 22 dargestellt ist, einzusetzen.

Mit der vorliegenden Erfindung werden die Elektroden der elektrostriktiven Einrichtung , wie oben beschrieben, nicht zwischen den Befestigungsplatten festgeklemmt und der Be­ reich, in dem die piezoelektrischen Keramikglieder einer Expansion und einer Kontraktion durch Anlegen einer Spannung an die Elektroden unterliegen, ist frei von Preßkräften, die durch die Befestigungsplatten hervorgerufen werden. Daher werden weder die Düsenklappenvorrichtung noch die elektro­ striktive Einrichtung als Teil davon nachteilig von den Preß­ kräften beeinflußt und unterliegen daher nur einem sehr ge­ ringen Kriechen. Von daher ist es mit der Düsenklappenvor­ richtung möglich, eine genaue Kontrolle ihres Düsengegen­ drucks durchzuführen.

Claims (12)

1. Düsenklappenvorrichtung mit einer elektrostriktiven Einrichtung (30), eine Düse (12) mit einer auf die elektro­ striktive Einrichtung (30) gerichteten Austrittsöffnung, Mitteln zum Anlegen einer elektrischen Spannung an die elektro­ striktive Einrichtung (30), um einen Düsengegendruck konstant zu halten oder zu variieren, wobei die elektrostriktive Ein­ richtung (30) wenigstens ein piezoelektrisches Keramikglied (34a, 34b) aufweist, auf dem eine Dünnfilm­ elektrode (36a, 36b) angeordnet ist und das an seinem einen Ende befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Dünnfilmelektrode (36a, 36b) eine geringere Fläche als das piezoelektrische Keramikglied (34a, 34b) und eine schmale Zuleitung (38a, 38b), die von der Dünnfilmelektrode (36a, 36b) bis zu dem einen Ende des piezo­ elektrischen Keramikgliedes (34a, 34b) reicht, aufweist.
2. Düsenklappenvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zuleitung (38a, 38b) mittig in Längsrich­ tung auf dem piezoelektrischen Keramikglied (34a, 34b) endet.
3. Düsenklappenvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zuleitung (38a, 38b) in einer Ecke in Längs­ richtung auf dem piezoelektrischen Keramikglied (34a, 34b) endet.
4. Düsenklappenvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das piezoelektrische Keramikglied (34a, 34b) eine bis zu seinem einen Ende reichende Nut auf­ weist, in der Zuleitungen (38a, 38b) aufgenommen sind.
5. Düsenklappenvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das eine Ende des piezoelektrischen Kera­ mikgliedes (34a, 34b) mittels einer Befestigungsplatte (6a, 6b) befestigt ist.
6. Düsenklappenvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Befestigungsplatte (6a, 6b) eine Nut (40a, 40b) zur Aufnahme von Zuleitungen (38a, 38b) aufweist.
7. Düsenklappenvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwischen dem piezoelektrischen Keramikglied (34a, 34b) und der Befestigungsplatte (6a, 6b) eine Abstands­ scheibe (44a, 44b) angeordnet ist.
8. Düsenklappenvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die elektrostriktive Einrichtung (30) eine Vielzahl von piezoelek­ trischen Keramikgliedern (70a bis d) und eine Vielzahl von Dünnfilmelektroden (72a bis e) aufweist, die an den Vorder- und Rückseiten der piezoelektrischen Keramikglieder (70a bis d) angeordnet sind, wobei die Dünnfilmelektroden (72a bis e) Zuleitungen aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Zulei­ tungen jeweils an einer der Längsseiten der Keramikglieder (70a bis d) und die Zuleitungen von benachbarten Dünnfilmelek­ troden (72a bis e) jeweils an demgegenüber entgegengesetzten Längsseiten der Keramikglieder (70a bis d) angeordnet sind.
9. Düsenklappenvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die alternierenden Elektroden (72a, 72c, 72e und 72b, 72d sowie 82a, 82c, 82e und 82b, 82d) jeweils über einen elektrischen Leiter (74 und 76) miteinander verbunden sind, welcher die alternierenden Elektroden (72a, 72c, 72c und 72b, 72d sowie 82a, 82c, 82e und 82b, 82d) mit einer Span­ nungsquelle verbindet.
10. Düsenklappenvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekenn­ zeichnet, daß das piezoelektrische Keramikglied (34a, 34b) an einer Halterung (46) direkt durch Löten oder Kleben befestigt ist.
11. Düsenklappenvorrichtung mit einer elektrostriktiven Einrichtung (30), eine Düse (12) mit einer auf die elektro­ striktive Einrichtung (30) gerichteten Austrittsöffnung, Mitteln zum Anlegen einer elektrischen Spannung an die elektro­ striktive Einrichtung (30) , um einen Düsengegendruck konstant zu halten oder zu variieren, wobei die elektrostriktive Ein­ richtung (30) eine Zwischenlage (32) aufweist, auf der wenigstens ein mit einer Dünnfilmelektrode (36a, 36b) versehenes piezoelektrisches Keramikglied (34a, 34b) angeordnet ist, an ihrem einen Ende befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenlage (32) als Träger­ platte ausgebildet ist und die elektrostriktive Einrichtung (30) an ihrem Ende durch Mittel zum ausschließlichen Festklem­ men der Zwischenlage (32) befestigt ist, wobei die Zwischen­ lage (32) eine T-Form aufweist.
12. Düsenklappenvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Zwischenlage (32) einen Bereich (48) aufweist, der nicht von dem piezoelektrischen Keramikglied (34a, 34b) und der Elektrode (36a, 36b) bedeckt ist, wobei der Bereich (48) eine Vielzahl von Bohrungen (50) in einem gewis­ sen Abstand zueinander aufweist und die Zwischenlage (32) über durch die Bohrungen (50) reichende Befestigungsschrauben (10) befestigt ist.
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