DE4028900C2 - Vorrichtung zum Polarisieren piezoelektrischer Keramikteile - Google Patents
Vorrichtung zum Polarisieren piezoelektrischer KeramikteileInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Polarisieren
piezoelektrischer Keramikteile nach dem Oberbegriff des
Patentanspruchs 1.
Eine derartige Vorrichtung ist aus der US-PS 2 777 188 be
kannt. Bei der bekannten Vorrichtung ist die erste Elektrode
als ein gegenüber dem zu polarisierenden piezoelektrischen
Keramikteil als relativ kleines Kugelelement ausgebildet.
Hierdurch kann bei hoher Spannung eine gleichmäßige Polari
sierung des Keramikteils erschwert sein. Außerdem können bei
Anwendung der bekannten Vorrichtung die Keramikteile leicht
unter der Wirkung der aufgebrachten Spannung brechen.
Schließlich kann die bekannte Vorrichtung nur chargenweise
auf die Keramikteile angewandt werden, so daß eine rasche
Massenproduktion polarisierter Keramikteile nicht möglich
ist.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine gattungsgemäße Vorrichtung
so zu verbessern, daß bei hoher Spannung eine gleichmäßige
Polarisierung des Keramikteils ohne Bruch in Massenproduk
tionsweise möglich ist.
Die Aufgabe wird bei der gattungsgemäßen Vorrichtung durch
die Merkmale im Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs 1 ge
löst.
Aus der US-PS 4 377 839 ist es grundsätzlich bekannt, zu
erhitzende oder zu kühlende Gegenstände auf einem Förderband
unter Heiz- oder Kühlelementen vorzuschieben.
Die nachstehende Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der
Erfindung dient im Zusammenhang mit beiliegender Zeichnung
der weiteren Erläuterung. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrich
tung zur Polarisierung piezoelektrischer Ke
ramikteile in Arbeitsstellung und
Fig. 2 ein Schaubild mit der Darstellung der Bezie
hung zwischen dem elektro-mechanischen Kopp
lungsfaktor (Kp) und der an die Vorrichtung
zur Polarisierung der piezoelektrischen Ke
ramikteile angelegten Spannung.
Die Fig. 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer erfin
dungsgemäßen Vorrichtung zum Polarisieren piezoelektrischer
Keramikteile in Form von Scheiben 2 mit einem Polarisierungs
tank 1, in dem ein elektrisch isolierendes Medium 10, bei
spielsweise Silikonöl, enthalten ist. In das Isoliermedium 10
sind eine erste Elektrode 14 und eine zweite Elektrode 15
eingetaucht, wobei die zweite Elektrode 15 genau unter der
ersten Elektrode 14 angeordnet ist. Die erste Elektrode 14
ist eine Kupferplatte mit einem ebenen, flachen Abschnitt
43, sowie ersten und zweiten, nach oben schräg verlaufenden
Abschnitten 141, 142, die an gegenüberliegenden Seiten von
dem flachen Abschnitt 143 abstehen. Die zweite Elektrode 15
ist als eine aus Metall gefertigte, von einem Motor ange
triebene Fördereinrichtung ausgebildet. Mit den ersten und
zweiten Elektroden 14, 15 ist ein Steuersystem 16 verbunden,
so daß die erforderlichen Bedingungen für den Polarisations
vorgang, beispielsweise die an die Scheibe 2 anzulegende
elektrische Spannung, die Entfernung zwischen den beiden
Elektroden 14, 15, die Temperatur im Polarisierungstank 1 und
die Fördergeschwindigkeit der die zweite Elektrode 15 bilden
den Fördereinrichtung entsprechend eingestellt werden können.
Im Betrieb wird eine piezoelektrische Scheibe 2 mit Hilfe
einer Zuführeinrichtung 17 (beispielsweise ein Zuführrohr)
zugeführt. Die Zuführeinrichtung 17 ist an einem Ende der die
zweite Elektrode 15 bildenden Fördereinrichtung angeordnet
und überführt jeweils ein piezoelektrisches Keramikteil auf
die Fördereinrichtung. Das piezoelektrische Keramikteil wird
anschließend durch die Fördereinrichtung in der durch den
Pfeil A in Fig. 1 angegebenen Richtung weitertransportiert
und durchläuft dabei das zwischen den beiden Elektroden 14,
15 erzeugte Feld, so daß hierdurch die Scheibe polarisiert
wird. Die piezoelektrische Keramikscheibe 2 wird dabei zuerst
einem allmählich ansteigenden elektrischen Feld ausgesetzt,
während sie unter dem ersten, nach oben schräg verlaufenden
Abschnitt 141 der ersten Elektrode 14 hindurchpassiert. An
schließend durchläuft die Scheibe 2 ein konstantes elek
trisches Feld unter dem ebenen Abschnitt 143 der ersten Elek
trode 14. Schließlich gelangt die zu polarisierende Scheibe 2
in ein allmählich abnehmendes elektrisches Feld, während sie
unter dem zweiten, nach oben schräg verlaufenden Abschnitt
142 der Elektrode 14 hindurchläuft. Auf diese Weise ist die
piezoelektrische Keramikscheibe 2 vor der direkten Einwirkung
eines hohen elektrischen Feldes geschützt, und es tritt kein
plötzlicher Spannungsanstieg oder Spannungsabfall auf, was zu
einem Bruch der Scheibe 2 führen könnte.
Die Polarisationszeit, nämlich diejenige Zeit, im Verlauf
welcher die piezoelektrische Keramikscheibe 2 dem polarisie
renden Feld ausgesetzt ist, kann dadurch gesteuert werden,
daß man die Fördergeschwindigkeit der die zweite Elektrode 15
bildenden, angetriebenen Fördereinrichtung entsprechend ein
stellt. Wenn die Scheibe 2 gepolt oder polarisiert ist, wird
sie einer Sammeleinrichtung 18 übergeben, beispielsweise
einem Sammelkasten, worauf der Polarisationsvorgang abge
schlossen ist. Somit kann eine Vielzahl piezoelektrischer
Keramikscheiben 2 kontinuierlich polarisiert und auf diese
Weise eine Massenproduktion solcher Scheiben vollzogen
werden.
Es wurde gefunden, daß bei Anwendung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung die piezoelektrischen Keramikscheiben nicht nur
davor bewahrt werden können, durch eine Elektrode zerkratzt
oder abgeschabt zu werden, sondern daß auch ihre Beschädigung
oder ihr Bruch durch Kräuselung infolge instabiler Spannung
verhindert werden kann. Darüber hinaus kann die erfindungsge
mäße Vorrichtung auch zur fortlaufenden Polarisierung einer
Vielzahl piezoelektrischer Keramikteile eingesetzt werden, so
daß sich eine automatisierte Massenproduktion realisieren
läßt.
Die Fig. 2 zeigt die Beziehung zwischen dem elektro-mechani
schen Kopplungsfaktor Kp und der Spannung kV, welche erfin
dungsgemäß an die piezoelektrische Keramikscheibe 2 angelegt
wird. Der elektro-mechanische Kopplungsfaktor Kp ist das Ver
hältnis der mechanischen Ausgangsenergie und der elektrischen
Eingangsenergie, welches in unterschiedlichen Entfernungen d
zwischen der ersten Elektrode 14 und der piezoelektrischen
Keramikscheibe 2 erhalten wird. In Fig. 3 zeigt die Kurve
(d = 0 mm) die Beziehung zwischen dem elektro-mechanischen
Kopplungsfaktor Kp und der an die Scheibe 92 angelegten
Spannung bei einer Arbeitstemperatur von 130°C und einem Ab
stand d = 0. Es ist ersichtlich, daß dann, wenn der Kp-Wert
des piezoelektrischen Keramikteils konstant gehalten wird und
die Entfernung d zwischen der ersten Elektrode 14 und der
piezoelektrischen Keramikscheibe 2 vergrößert wird, die
Spannung zunimmt, welche an die piezoelektrische Keramik
scheibe 2 angelegt werden muß. Es ist daher leicht verständ
lich, daß sich der durch Verwendung der erfindungsgemäßen
Polarisationsvorrichtung der Kp-Wert der bekannten Polarisie
rungsvorrichtung dadurch erreichen läßt, daß man die an die
piezoelektrische Keramikscheibe angelegte Spannung ent
sprechend steigert. Dies bedeutet, daß die Polarisierungs
vorrichtung gemäß der Erfindung den gleichen Effekt wie eine
Vorrichtung mit d = 0 erzielen kann. Darüber hinaus ist
erfindungsgemäß ein Spalt zwischen der piezoelektrischen Ke
ramikscheibe 2 und der ersten Elektrode 14 ausgebildet und in
diesem Spalt das elektrisch isolierende Medium 10 vorgesehen,
so daß verhindert ist, daß die piezoelektrische Keramik
scheibe 2 beschädigt oder zerbrochen wird, und zwar durch
Hochspannungskräuselungen und Abschabung oder Abkratzung wäh
rend des Polarisierungsvorganges.
Claims (4)
1. Vorrichtung zum Polarisieren piezoelektrischer Keramik
teile mit einer ersten und einer im Abstand unterhalb
der ersten angeordneten zweiten Elektrode aus Metall,
mit einer an die metallischen Elektroden angeschlossenen
Gleichstromquelle und mit einem elektrisch isolierenden
Medium zwischen der ersten und zweiten Elektrode, wobei
die zu polarisierenden Keramikteile auf der zweiten
Elektrode so abgestützt sind, daß sie in einem Abstand
von der ersten Elektrode gehalten sind,
dadurch gekennzeichnet, daß
die zweite Elektrode (15) als eine motorisch angetrie
bene Fördereinrichtung ausgebildet und die erste Elek
trode (14) eine Metallplatte ist, mit einem mittleren,
horizontalen und ebenen Abschnitt (143) oberhalb der
Fördereinrichtung (zweite Elektrode 15) und mit nach
oben schräg verlaufenden Abschnitten (141, 142), die an
in Förderrichtung (A) gegenüberliegenden Enden von dem
horizontalen Abschnitt (143) abstehen und an den Einlaß- und
Auslaßseiten der Fördereinrichtung ein allmählich
ansteigendes bzw. ein allmählich abnehmendes elektri
sches Feld vermitteln.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das elektrisch isolierende Medium (10) zwischen den
Elektroden (14, 15) Silikonöl ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch
Mittel zum Einstellen des Abstandes zwischen der ersten
Elektrode (14) und der Fördereinrichtung (zweite Elek
trode 15), so daß das Polarisationsfeld für den piezo
elektrischen Keramikteil justierbar ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die Fördereinrichtung (zweite Elektrode 15) mit Mitteln
(17, 18) versehen ist, welche die piezoelektrischen Ke
ramikteile der Fördereinrichtung zuführen und sie nach
vollzogener Polarisierung aufsammeln, und daß diese
Mittel an der Ein- bzw. Auslaßseite der Fördereinrich
tung vorgesehen sind.
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