DE4028900C2 - Vorrichtung zum Polarisieren piezoelektrischer Keramikteile - Google Patents

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.