EP3078065A1 - Piezo actuator and control valve with such a piezo actuator - Google Patents

Piezo actuator and control valve with such a piezo actuator

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Publication number
EP3078065A1
EP3078065A1 EP14809329.7A EP14809329A EP3078065A1 EP 3078065 A1 EP3078065 A1 EP 3078065A1 EP 14809329 A EP14809329 A EP 14809329A EP 3078065 A1 EP3078065 A1 EP 3078065A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
layer
piezoelectric actuator
iia
electrode
contacting layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP14809329.7A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Peter Cromme
Alexander Hedrich
Joachim Dietmar Vendulet
Jan Benes
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP3078065A1 publication Critical patent/EP3078065A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/87—Electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
    • H10N30/872—Interconnections, e.g. connection electrodes of multilayer piezoelectric or electrostrictive devices

Definitions

  • the invention relates to a piezoelectric actuator, as it can be used for example for controlling electrically operated valves for fluid control.
  • the invention is based on a piezoelectric actuator, as it is known for example from the published patent application DE 10 2006 001 134 AI.
  • a piezoelectric actuator has a plurality of piezoactive layers, between each of which a metallic layer electrode is arranged.
  • the metallic layer electrodes are mutually guided to the surface of the piezoelectric actuator, so that they can be contacted laterally on the piezoelectric actuator.
  • This contacting layer makes electrical contact with the layer electrodes which are brought to the surface on this side of the piezoelectric actuator and can be produced from metallic materials or else from other electrically conductive materials, for example based on carbon.
  • the contacting layer is not sufficient for contacting during operation of the piezoelectric actuator, since due to the change in length of the
  • Piezoactors occur very quickly cracks in this contacting layer, so that the contacting layer is no longer electrically conductive over its entire length.
  • a so-called sieve electrode is applied to the contacting layer, for example in the form of an elastic wire mesh. It is important that this sieve electrode has a sufficient elasticity to follow the movements of the piezoelectric actuator.
  • a screen electrode should be understood to mean not only electrodes consisting of a wire mesh, but also other embodiments, for example of folded, thin sheet metal or other elastic structures which have sufficient electrical conductivity.
  • the sieve electrode is soldered over the whole area to the contacting layer, so that in the overlapping region of the sieve electrode and the contacting layer, an electrical connection of the sieve electrode to the underlying contacting layer and thus to the surface coming to the surface in this area
  • Layer electrodes consists.
  • the sieve electrode is sufficiently flexible, so that even with a crack within the contacting layer, an electrical contact is ensured in the entire overlap region of the contacting layer and the sieve electrode.
  • the voltage is finally applied by the fact that the sieve electrode is electrically connected to a supply line, so that for example via a control unit, the necessary electrical voltage can be applied to the piezoelectric actuator.
  • the sieve electrode is designed as a single layer, not only the contacting layer, but also the sieve electrode can be torn by the change in length of the piezoelectric actuator, which can likewise lead to a loss of the electrical contacting of individual layer electrodes.
  • the sieve electrode is usually designed in two layers, ie, a first layer is directly connected to the contacting layer, for example by a
  • Soldering process and a second, above Siebelage is electrically connected to the underlying Siebelage.
  • the second screen layer has due to their lack of connection to the contacting layer on a greater flexibility, so that even if the direct contact with the contacting layer first screen layer tears, an electrical connection via the second wire layer to all areas of the underlying first wire layer is possible and always all layer electrodes of the piezoelectric actuator remain electrically controllable.
  • the sieve electrodes are made relatively expensive and are made of relatively expensive materials, so that the manufacturing costs of the piezoelectric actuator are not insignificantly increased by the two-layer design of the sieve and thus the cost of the products in which such piezo actuators are installed.
  • the second wire layer increases the installation space of the piezoelectric actuator.
  • the piezoelectric actuator according to the invention has the advantage that a reliable contacting of the layer electrodes is possible in a favorable and reliable manner, without a two-layered sieve electrode is necessary.
  • the piezoelectric actuator on a plurality of parallel piezoactive layers, wherein between each two adjacent layers, a metallic layer electrode is arranged and wherein the layer electrodes are mutually guided on two side surfaces of the piezoelectric actuator.
  • the layer electrodes are contacted with an outer electrode applied to the respective side surface of the piezoelectric actuator, wherein each outer electrode has a contacting layer in the form of a has on the side surface directly applied metallic layer and beyond a sieve electrode, which is applied to the contacting layer and electrically contacted with this over the entire coverage area.
  • the contacting layer has areas which are recessed in the covering area with the sieve electrode, a recessed area being present in each outer electrode.
  • the formation of the contacting layer according to claim 1 has the following effect:
  • the elongation of the piezoelectric actuator inevitably results in cracks within the contacting layer, which can continue into the sieve electrode. However, it can only come to a tearing of the wire electrode where the contacting layer overlaps with the sieve, because only there the movement of the piezoelectric actuator via the full-surface, solid connection of the sieve and contacting layer is passed directly to the sieve.
  • the formation of recessed areas in the contacting layer results in a higher flexibilization of the sieve electrode in these areas, so that they do not tear in these recessed areas.
  • the sieve electrode is constructed in a single layer, whereby it is less expensive and thinner and thus also the piezoelectric actuator cheaper and narrower in the region of the electrodes.
  • the contacting layer has two strips extending at least substantially perpendicular to the piezoactive layers, so that a strip-shaped recessed area is formed between the two strips.
  • This embodiment is simple to implement and allows the sieve electrode to be connected in such a way that it is connected to both strips of the contacting layer and makes electrical contact with them, while it spans the intermediate, strip-shaped, recessed area.
  • the contacting layer is formed from a multiplicity of at least substantially circular surfaces, so that the recessed region is formed between the circular surfaces.
  • the sieve electrode is relatively flat on the contacting layer, so that a compact and stable construction is achieved.
  • the contacting layer has a multiplicity of parallel, oblique to the piezoactive layers
  • This strip structure is also relatively easy to apply to the piezoelectric actuator and allows stable attachment of the sieve electrode on the side surface of the piezoelectric actuator.
  • a control valve is equipped with a piezoelectric actuator for controlling a fluid flow, wherein the piezoelectric actuator is designed according to the above-mentioned features.
  • a piezoelectric actuator according to the invention is shown schematically. It shows Figure 1 in a schematic representation of a piezoelectric actuator, as he from the
  • FIG. 2 shows a cross section through a piezoelectric actuator according to the invention, wherein only the upper region of the piezoelectric actuator is shown,
  • FIGS. 3a and 3b show piezoactuators known from the prior art in a schematic side view
  • Figures 4a and 4b is a side view of a piezoelectric actuator according to the invention.
  • FIGS. 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f, 5g, and 5h show different embodiments of the contacting layer of piezoactuators according to the invention.
  • the piezoelectric actuator 1 shows a known from the prior art piezoelectric actuator 1 is shown schematically.
  • the piezoelectric actuator 1 is designed as a ceramic piezoelectric actuator and has a plurality of piezoactive layers 3, which are formed parallel to each other.
  • the piezoelectric actuator 1 is formed substantially cuboid and has an upper end face 8 and four side surfaces 9, which adjoin the upper end face 8, wherein the edges are chamfered.
  • the piezoactive layers 3 have a layer thickness of preferably approximately 100 ⁇ m, while the metallic layer electrodes 4a, 4b have a layer thickness of only a few micrometers.
  • piezoelectric actuators can be produced which have a multiplicity of piezoactive layers 3 which are penetrated by metallic layer electrodes 4a, 4b, which have a spacing of typically 100 ⁇ m. Due to the relatively short distance of the metallic layer electrodes 4a, 4b from each other, very high electric field strengths can be achieved between the individual metallic layer electrodes when a relatively moderate voltage of typically approximately 150 to 200 V is applied have a strong piezoelectric effect on the piezoactive layers 3, so that the piezoelectric actuator 1 when applying an electrical voltage increases in total in length and this stroke of the piezoelectric actuator 1 can be used to control, for example, a control valve.
  • outer electrodes 10a and outer electrodes 10b not shown on the opposite side surface 9 are disposed on the side surface 9b.
  • the outer electrodes 10a, 10b are in turn connected to electrical terminals 6, so that there is a voltage source with the electrical connections
  • FIG. 2 shows a longitudinal section through a piezoelectric actuator 1 according to the invention, wherein only the upper region of the piezoactuator 1 is shown schematically.
  • the piezoelectric actuator 1 has at its upper end a piezoelectrically inactive region in which no layer electrodes are present, and then piezoactive layers 3 thereon, each with interposed layer electrodes 4a, 4b.
  • the outer electrodes 10a, 10b, which are applied to the side surfaces 9 of the piezoelectric actuator 1, consist of a contacting layer IIa, IIb, ie a metallic layer, which is applied directly to the surface of the piezoactuator 1, and of sieve electrodes 12a, 12b, which are applied to the contacting layer IIa, IIb.
  • the sieve electrodes 12a, 12b consist of a mesh of metallic wires, which are electrically conductive and which are connected via a joining process to the underlying contacting layer IIa, IIb in the entire coverage area of the sieve electrodes 12a, 12b with the respective contacting layer IIa, IIb.
  • the contacting layer IIa, IIb takes over the electrical contacting of the layer electrodes 4a, 4b, while the electrical connections 6 are attached to the sieve electrodes 12a and 12b, so that a flexible electrical contact between the electrical terminals 6 and the contacting layer IIa, IIb and thus the layer electrodes 4a, 4b takes place.
  • FIG. 3 a shows a side view of a piezoactuator known from the prior art in a schematic representation. It's the piezoactive ones again Layers 3 and arranged therebetween layer electrodes 4 a, which are guided to the surface of the side surface 9.
  • the contacting layer IIa is designed as a rectangular metal layer, on which the sieve electrode 12a is joined over its entire surface. If now an electrical voltage is applied between the layer electrodes 4a and 4b, the piezoactuator 1 lengthens, which is shown in FIG. 3b. This leads to fine cracks within the piezoceramic of the
  • Piezoactuator 9 which can continue into the contacting layer IIa, so that the contacting layer IIa can no longer conduct the electric current over its entire length. These cracks in the contacting layer IIa can continue into the sieve electrode 12a, which then likewise has a crack 14 ', so that an electrical conduction over the entire length of the sieve electrode 12a likewise no longer takes place. If a voltage is now introduced via the electrical connection 6, essentially only the lower half of the layer electrodes 4 a shown in the figure is supplied with an electrical voltage, while the upper half of the piezoelectric actuator 1 in the figure is no longer reached by the electrical voltage, so that this area of the piezoactuator 9 becomes inactive and the total stroke of the piezoelectric actuator 1 is correspondingly reduced in this illustration. If a control valve is actuated with the aid of this piezoelectric actuator, this no longer reacts as intended and malfunctioning of this control valve may occur.
  • the contacting layer IIa is carried out in the form, for example, as shown in FIG. 4a.
  • the contacting layer IIa is essentially formed here by two parallel strips applied to the side surface 9 of the piezoactuator 1, which strips are still connected to one another by two narrow strips at the upper and lower end of the piezoactuator 1.
  • a cross section through the piezoelectric actuator 1 along the line ll is indicated, showing the position of the contacting layer.
  • FIG. 4b shows the same piezoactuator with applied sieve electrode 12a, which overlaps with the two strips of the contacting layer IIa, which is shown again in cross section along the line II in the upper region of FIG. 4b.
  • the recessed area 15 of the contacting layer is covered by the sieve electrode 12a. If the piezoactuator 1 is now electrically actuated, its length increases and, as shown in FIG. 4 a, microcracks may possibly occur within the piezoceramic which also lead to cracks 14 within the contacting layer IIa.
  • the crack may continue on the sieve electrode 12a, which, however, can only tear in the region in which it is connected to the contacting layer IIa, ie in the region of the strips which run parallel and perpendicular to the piezoactive layers.
  • the interruption of the electrical conduction by these poling cracks 14 is bridged by the region of the sieve electrode 12a covering the recessed region 15 so that, in spite of the poling cracks 14, there is an electrical connection between the sieve electrode 12a and all the layer electrodes 4a.
  • FIGS. 5a to 5h Various exemplary embodiments of the design of the contacting layers are shown in FIGS. 5a to 5h.
  • the sieve electrode 12a is indicated here only by a dashed rectangle.
  • FIG. 5a shows a very similar contacting layer as shown in FIG. 4a, in which, however, the parallel metallic strips of the contacting layer IIa are no longer connected to one another via a transverse strip.
  • the sieve electrode 12a is mounted over the metallic strips of the contacting layer IIa so that it has the contact layer IIa in the overlapping area of the contacting layer IIa and the sieve electrode 12a.
  • FIG. 5b likewise shows a similar contacting layer IIa in which three metallic strips are applied to the side face 9 of the piezoelectric actuator 1 parallel and perpendicular to the layer electrodes.
  • the operating principle is the same as that described above in FIG. 4a.
  • FIG. 5c shows a contacting layer IIa, which has essentially a tooth-shaped profile, so that triangular recessed regions 15 are formed, which establish the electrical connection to the individual piezoactive layers.
  • FIG. 5d shows a similar contacting layer as in FIG. 5c, which fulfills the same purpose.
  • FIG. 5e also shows a contacting layer in which strips run parallel to one another, but now obliquely to the layer electrodes, between which in each case the recessed areas 15 are formed.
  • FIG. 5f shows a further exemplary embodiment of the contacting layer, wherein the contacting layer IIa here is formed by a plurality of oval or approximately circular smaller metal layers, between which the recessed area 15 is formed.
  • a combination of this embodiment of the contacting layer IIa and the strip-shaped contacting layers shows the embodiment of FIG. 5g, as well as the embodiment of FIG. 5h.
  • each layer electrode 4a, 4b on the one hand has an electrical contact with a contacting layer IIa and on the other hand at this height a recessed portion 15 of the contacting layer IIa is formed, in which therefore no contacting layer is present, however, from the sieve electrode 12a , 12b is spanned.

Landscapes

  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)

Abstract

The invention relates to a piezo actuator (1) with a plurality of parallel piezo active layers (3), a metal layer electrode (4a; 4b) being arranged between each two adjacent layers (3). The layer electrodes (4a; 4b) are alternately guided to the lateral surface (9), where the layer electrodes contact an outer electrode (10a; 10b) applied onto one lateral surface (9) of the piezo actuator (1). The outer electrode (10a; 10b) has a contact layer (IIa; IIb) in the form of a metal layer applied directly onto the lateral surface (9) and a sieve electrode (12a; 12b) which is applied onto the contact layer (IIa; IIb) and electrically contacts same over the entire region where the sieve electrode and the contact layer overlap. The contact layer (IIa; IIb) has regions which are cut out in the region where the contact layer and the sieve electrode (12; 12b) overlap, one cut-out region (15) being provided at the height of each layer electrode (4a; 4b).

Description

Beschreibung  description
Titel title
Piezoaktor und Steuerventil mit einem solchen Piezoaktor  Piezo actuator and control valve with such a piezoelectric actuator
Die Erfindung betrifft einen Piezoaktor, wie er beispielsweise zur Steuerung von elektrisch betriebenen Ventilen zur Flüssigkeitssteuerung verwendet werden kann. The invention relates to a piezoelectric actuator, as it can be used for example for controlling electrically operated valves for fluid control.
Stand der Technik State of the art
Die Erfindung geht von einem Piezoaktor aus, wie er beispielsweise aus der Offenlegungsschrift DE 10 2006 001 134 AI bekannt ist. Ein solcher Piezoaktor weist eine Vielzahl von piezoaktiven Schichten auf, zwischen denen jeweils eine metallische Schichtelektrode angeordnet ist. Die metallischen Schichtelektroden sind wechselseitig bis zur Oberfläche des Piezoaktors geführt, sodass sie seitlich am Piezoaktor kontaktiert werden können. Durch das Anlegen einer elektrischen Spannung an die Schichtelektroden, wobei an jeweils benachbarten Schichtelektroden unterschiedliche Polaritäten anliegen, ergibt sich ein starkes elektrisches Feld innerhalb der piezoaktiven keramischen Schichten des Piezoaktors, die ab- hängig von der Feldstärke und Richtung ihre Dicke ändern gemäß dem bekannten piezoelektrischen Effekt. Diese Dickenänderung der einzelnen piezoaktiven Schichten führt zu einer Gesamtlängenänderung des Piezoaktors, und diese Längenänderung kann dazu benutzt werden, beispielsweise ein Steuerventil anzusteuern, das zur Steuerung des Flusses eines Fluids, beispielsweise Kraftstoff, verwendet werden kann. Die Kontaktierung der Schichtelektroden erfolgt in der bekannten Weise dadurch, dass direkt auf eine Seitenfläche des Piezoaktors eine elektrisch leitfähige Schicht, eine sogenannte Kontaktierungsschicht, aufgebracht wird. Diese Kon- taktierungsschicht stellt einen elektrischen Kontakt zu den Schichtelektroden her, die auf dieser Seite des Piezoaktors an die Oberfläche geführt sind, und kann aus metallischen Werkstoffen oder auch auf anderen elektrisch leitfähigen Werkstoffen hergestellt werden, beispielsweise auf Kohlenstoffbasis. Allein die Kontaktierungsschicht ist jedoch zur Kontaktierung während des Betriebs des Piezoaktors nicht ausreichend, da aufgrund der Längenänderung des The invention is based on a piezoelectric actuator, as it is known for example from the published patent application DE 10 2006 001 134 AI. Such a piezoelectric actuator has a plurality of piezoactive layers, between each of which a metallic layer electrode is arranged. The metallic layer electrodes are mutually guided to the surface of the piezoelectric actuator, so that they can be contacted laterally on the piezoelectric actuator. The application of an electrical voltage to the layer electrodes, whereby different polarities abut on adjacent layer electrodes, results in a strong electric field within the piezoactive ceramic layers of the piezoactuator, which change their thickness depending on the field strength and direction according to the known piezoelectric effect , This change in thickness of the individual piezoactive layers leads to a change in the total length of the piezoactuator, and this change in length can be used, for example, to control a control valve which can be used to control the flow of a fluid, for example fuel. The contacting of the layer electrodes takes place in the known manner in that directly on a side surface of the piezoelectric actuator, an electrically conductive layer, a so-called contacting layer, is applied. This contacting layer makes electrical contact with the layer electrodes which are brought to the surface on this side of the piezoelectric actuator and can be produced from metallic materials or else from other electrically conductive materials, for example based on carbon. However, the contacting layer is not sufficient for contacting during operation of the piezoelectric actuator, since due to the change in length of the
Piezoaktors sehr schnell Risse in dieser Kontaktierungsschicht auftreten, sodass die Kontaktierungsschicht nicht mehr über ihre gesamte Länge elektrisch leitend ist.  Piezoactors occur very quickly cracks in this contacting layer, so that the contacting layer is no longer electrically conductive over its entire length.
Um diesem Problem zu begegnen, wird auf die Kontaktierungsschicht eine sogenannte Siebelektrode aufgebracht, beispielsweise in Form eines elastischen Drahtgeflechts. Wichtig ist hierbei, dass diese Siebelektrode über eine genügende Elastizität verfügt, um den Bewegungen des Piezoaktors zu folgen. Im Kontext dieser Patentanmeldung soll deshalb unter einer Siebelektrode nicht nur Elektroden verstanden werden, die aus einem Drahtgeflecht bestehen, sondern auch andere Ausführungsformen, beispielsweise aus gefaltetem, dünnem Blech oder anderen elastischen Strukturen, die über eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit verfügen. To counteract this problem, a so-called sieve electrode is applied to the contacting layer, for example in the form of an elastic wire mesh. It is important that this sieve electrode has a sufficient elasticity to follow the movements of the piezoelectric actuator. In the context of this patent application, therefore, a screen electrode should be understood to mean not only electrodes consisting of a wire mesh, but also other embodiments, for example of folded, thin sheet metal or other elastic structures which have sufficient electrical conductivity.
Die Siebelektrode wird vollflächig mit der Kontaktierungsschicht verlötet, so dass im Überlappungsbereich von Siebelektrode und Kontaktierungsschicht eine elektrische Verbindung der Siebelektrode zur darunterliegenden Kontaktierungsschicht und damit zu den in diesem Bereich an die Oberfläche tretenden The sieve electrode is soldered over the whole area to the contacting layer, so that in the overlapping region of the sieve electrode and the contacting layer, an electrical connection of the sieve electrode to the underlying contacting layer and thus to the surface coming to the surface in this area
Schichtelektroden besteht. Die Siebelektrode ist ausreichend flexibel, sodass auch bei einem Riss innerhalb der Kontaktierungsschicht eine elektrische Kontaktierung im gesamten Überlappungsbereich von Kontaktierungsschicht und Siebelektrode gewährleistet ist. Die Spannung wird schließlich dadurch angelegt, dass die Siebelektrode elektrisch mit einer Zuleitung verbunden wird, sodass beispielsweise über ein Steuergerät die notwendige elektrische Spannung an den Piezoaktor angelegt werden kann. Ist die Siebelektrode nur einschichtig ausgeführt, kann durch die Längenänderung des Piezoaktors nicht nur die Kontaktierungsschicht, sondern auch die Siebelektrode einreißen, was ebenfalls zu einem Verlust der elektrischen Kontak- tierung einzelner Schichtelektroden führen kann. Um dies zu vermeiden, wird die Siebelektrode in der Regel zweilagig ausgeführt, d. h. eine erste Lage ist direkt mit der Kontaktierungsschicht verbunden, beispielsweise durch einen Layer electrodes consists. The sieve electrode is sufficiently flexible, so that even with a crack within the contacting layer, an electrical contact is ensured in the entire overlap region of the contacting layer and the sieve electrode. The voltage is finally applied by the fact that the sieve electrode is electrically connected to a supply line, so that for example via a control unit, the necessary electrical voltage can be applied to the piezoelectric actuator. If the sieve electrode is designed as a single layer, not only the contacting layer, but also the sieve electrode can be torn by the change in length of the piezoelectric actuator, which can likewise lead to a loss of the electrical contacting of individual layer electrodes. To avoid this, the sieve electrode is usually designed in two layers, ie, a first layer is directly connected to the contacting layer, for example by a
Lötprozess, und eine zweite, darüber liegende Siebelage ist mit der darunterliegenden Siebelage elektrisch verbunden. Die zweite Sieblage weist aufgrund ihrer fehlenden Verbindung zur Kontaktierungsschicht eine größere Flexibilität auf, sodass auch dann, wenn die in direktem Kontakt mit der Kontaktierungsschicht stehende erste Sieblage einreißt, eine elektrische Verbindung über die zweite Sieblage zu allen Bereichen der darunterliegenden ersten Sieblage möglich ist und stets alle Schichtelektroden des Piezoaktors elektrisch ansteuerbar bleiben. Soldering process, and a second, above Siebelage is electrically connected to the underlying Siebelage. The second screen layer has due to their lack of connection to the contacting layer on a greater flexibility, so that even if the direct contact with the contacting layer first screen layer tears, an electrical connection via the second wire layer to all areas of the underlying first wire layer is possible and always all layer electrodes of the piezoelectric actuator remain electrically controllable.
Um die Lötbarkeit der Siebelektrode sicherzustellen und um die notwendige Flexibilisierung zu erhalten, werden die Siebelektroden relativ aufwendig hergestellt und sind aus relativ teuren Materialien gefertigt, sodass durch die zweilagige Ausführung der Siebelektrode die Herstellungskosten des Piezoaktors nicht unerheblich gesteigert werden und damit auch die Kosten der Produkte, in denen solche Piezoaktoren verbaut werden. Darüber hinaus vergrößert die zweite Sieblage den Bauraum des Piezoaktors. In order to ensure the solderability of the sieve electrode and to obtain the necessary flexibility, the sieve electrodes are made relatively expensive and are made of relatively expensive materials, so that the manufacturing costs of the piezoelectric actuator are not insignificantly increased by the two-layer design of the sieve and thus the cost of the products in which such piezo actuators are installed. In addition, the second wire layer increases the installation space of the piezoelectric actuator.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Der erfindungsgemäße Piezoaktor hat demgegenüber den Vorteil, dass eine zuverlässige Kontaktierung der Schichtelektroden in günstiger und zuverlässiger Weise möglich ist, ohne dass eine zweilagige Siebelektrode notwendig ist. Hierzu weist der Piezoaktor eine Vielzahl von parallelen piezoaktiven Schichten auf, wobei zwischen jeweils zwei benachbarten Schichten eine metallische Schichtelektrode angeordnet ist und wobei die Schichtelektroden wechselseitig an zwei Seitenflächen des Piezoaktors geführt sind. Dort sind die Schichtelektroden mit einer auf der jeweiligen Seitenfläche des Piezoaktors aufgebrachten Außenelektrode kontaktiert, wobei jede Außenelektrode eine Kontaktierungsschicht in Form einer auf die Seitenfläche direkt aufgebrachten metallischen Schicht aufweist und darüber hinaus eine Siebelektrode, die auf die Kontaktierungsschicht aufgebracht und mit dieser im gesamten Überdeckungsbereich elektrisch kontaktiert ist. Die Kontaktierungsschicht weist im Überdeckungsbereich mit der Siebelektrode ausgesparte Bereiche auf, wobei in jeder Außenelektrode ein ausgesparter Bereich vorhanden ist. The piezoelectric actuator according to the invention has the advantage that a reliable contacting of the layer electrodes is possible in a favorable and reliable manner, without a two-layered sieve electrode is necessary. For this purpose, the piezoelectric actuator on a plurality of parallel piezoactive layers, wherein between each two adjacent layers, a metallic layer electrode is arranged and wherein the layer electrodes are mutually guided on two side surfaces of the piezoelectric actuator. There, the layer electrodes are contacted with an outer electrode applied to the respective side surface of the piezoelectric actuator, wherein each outer electrode has a contacting layer in the form of a has on the side surface directly applied metallic layer and beyond a sieve electrode, which is applied to the contacting layer and electrically contacted with this over the entire coverage area. The contacting layer has areas which are recessed in the covering area with the sieve electrode, a recessed area being present in each outer electrode.
Durch die Ausbildung der Kontaktierungsschicht gemäß dem Anspruch 1 ergibt sich folgender Effekt: Durch die Längung des Piezoaktors ergeben sich zwangsläufig Risse innerhalb der Kontaktierungsschicht, die sich bis in die Siebelektrode fortsetzen können. Es kann jedoch nur dort zu einem Einreißen der Siebelektrode kommen, wo die Kontaktierungsschicht sich mit der Siebelektrode überdeckt, weil nur dort die Bewegung des Piezoaktors über die vollflächige, feste Verbindung von Siebelektrode und Kontaktierungsschicht direkt an die Siebelektrode weitergegeben wird. Durch die Ausbildung von ausgesparten Bereichen in der Kontaktierungsschicht ergibt sich in diesen Bereichen jedoch eine höhere Flexibilisierung der Siebelektrode, sodass diese in diesen ausgesparten Bereichen nicht einreißt. Damit ergibt sich auch dann ein elektrischer Kontakt zu jeder Schichtelektrode, wenn sich Risse innerhalb der Siebelektrode aufgrund der Bewegung der Kontaktierungsschicht bilden, da diese fehlende Kontaktierung und Weiterleitung der elektrischen Spannung innerhalb der Siebelektrode durch die Bereiche kompensiert wird, in denen die Siebelektrode einen ausgesparten Bereich überdeckt. Wichtig ist hierbei, dass auf Höhe jeder Schichtelektrode sowohl eine Kontaktierungsschicht vorhanden ist als auch ein ausgesparter Bereich. Auf diese Weise lässt sich eine einlagige Siebelektrode verwenden, ohne dass sich Nachteile hinsichtlich der Zuverlässigkeit der elektrischen Kontaktierung ergeben. Dies verringert die Herstellungskosten und verbessert damit die Wirtschaftlichkeit des Piezoaktors, wenn er beispielsweise in einem Steuerventil eingesetzt wird, wie es in einem Kraftstoffinjektor Verwendung findet. The formation of the contacting layer according to claim 1 has the following effect: The elongation of the piezoelectric actuator inevitably results in cracks within the contacting layer, which can continue into the sieve electrode. However, it can only come to a tearing of the wire electrode where the contacting layer overlaps with the sieve, because only there the movement of the piezoelectric actuator via the full-surface, solid connection of the sieve and contacting layer is passed directly to the sieve. However, the formation of recessed areas in the contacting layer results in a higher flexibilization of the sieve electrode in these areas, so that they do not tear in these recessed areas. This results in an electrical contact with each layer electrode even if cracks form within the sieve electrode due to the movement of the contacting layer, since this lack of contact and forwarding of the electrical voltage within the sieve electrode is compensated by the areas in which the sieve electrode has a recessed area covered. It is important here that at the level of each layer electrode both a contacting layer is present and a recessed area. In this way, a single-layered sieve electrode can be used without incurring disadvantages with regard to the reliability of the electrical contacting. This reduces the manufacturing cost and thus improves the economy of the piezoelectric actuator when it is used for example in a control valve, as it is used in a fuel injector.
In einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung des Gegenstandes der Erfindung ist die Siebelektrode einschichtig aufgebaut, wodurch sie kostengünstiger und dünner wird und damit auch der Piezoaktor billiger und schmäler im Bereich der Elektroden. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Kontaktierungsschicht zwei zumindest im Wesentlichen senkrecht zu den piezoaktiven Schichten verlaufende Streifen auf, so dass zwischen den beiden Streifen ein ebenfalls streifenförmiger ausgesparter Bereich gebildet wird. Diese Ausgestaltung ist einfach umzusetzen und erlaubt es, die Siebelektrode so anzubinden, dass sie auf beiden Streifen der Kontaktierungsschicht angebunden ist und diese elektrisch kontaktiert, während sie den dazwischenliegenden, streifenförmigen ausgesparten Bereich überspannt. Dabei ist es auch möglich, in vorteilhafter Weise mehr als zwei parallel verlaufende Streifen der Kontaktierungsschicht auszubilden, sodass die Siebelektrode an mehreren metallischen Streifen elektrischen Kontakt aufweist, sodass sie insgesamt flächiger auf der Kontaktierungsschicht aufliegt. In a first advantageous embodiment of the object of the invention, the sieve electrode is constructed in a single layer, whereby it is less expensive and thinner and thus also the piezoelectric actuator cheaper and narrower in the region of the electrodes. In a further advantageous embodiment, the contacting layer has two strips extending at least substantially perpendicular to the piezoactive layers, so that a strip-shaped recessed area is formed between the two strips. This embodiment is simple to implement and allows the sieve electrode to be connected in such a way that it is connected to both strips of the contacting layer and makes electrical contact with them, while it spans the intermediate, strip-shaped, recessed area. In this case, it is also possible to advantageously form more than two parallel strips of the contacting layer, so that the sieve electrode has electrical contact on a plurality of metallic strips so that it rests on the contacting layer as a whole in a more planar manner.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist die Kontaktierungsschicht aus einer Vielzahl von zumindest im Wesentlichen kreisförmigen Flächen gebildet, sodass zwischen den kreisförmigen Flächen der ausgesparte Bereich gebildet wird. Auch hier liegt die Siebelektrode relativ flächig auf der Kontaktierungsschicht auf, sodass ein kompakter und stabiler Aufbau erreicht wird. In a further advantageous embodiment, the contacting layer is formed from a multiplicity of at least substantially circular surfaces, so that the recessed region is formed between the circular surfaces. Again, the sieve electrode is relatively flat on the contacting layer, so that a compact and stable construction is achieved.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Kontaktierungsschicht ei- ne Vielzahl von parallelen, schräg zu den piezoaktiven Schichten verlaufendenIn a further advantageous embodiment, the contacting layer has a multiplicity of parallel, oblique to the piezoactive layers
Streifen auf, zwischen denen die ausgesparten Bereiche ausgebildet sind. Diese Streifenstruktur ist ebenfalls relativ einfach auf den Piezoaktor aufbringbar und erlaubt eine stabile Befestigung der Siebelektrode auf der Seitenfläche des Piezoaktors. Strip on, between which the recessed areas are formed. This strip structure is also relatively easy to apply to the piezoelectric actuator and allows stable attachment of the sieve electrode on the side surface of the piezoelectric actuator.
In vorteilhafter Weise ist ein Steuerventil mit einen Piezoaktor zur Steuerung eines Fluidflusses ausgestattet, wobei der Piezoaktor gemäß den oben genannten Merkmalen ausgebildet ist. Advantageously, a control valve is equipped with a piezoelectric actuator for controlling a fluid flow, wherein the piezoelectric actuator is designed according to the above-mentioned features.
Zeichnung drawing
In der Zeichnung ist ein erfindungsgemäßer Piezoaktor schematisch dargestellt. Es zeigt Figur 1 in einer schematischen Darstellung einen Piezoaktor, wie er aus demIn the drawing, a piezoelectric actuator according to the invention is shown schematically. It shows Figure 1 in a schematic representation of a piezoelectric actuator, as he from the
Stand der Technik bekannt ist, Prior art is known,
Figur 2 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Piezoaktor, wobei nur der obere Bereich des Piezoaktors gezeigt ist, 2 shows a cross section through a piezoelectric actuator according to the invention, wherein only the upper region of the piezoelectric actuator is shown,
Figuren 3a und 3b zeigen aus dem Stand der Technik bekannte Piezoaktoren in einer schematischen Seitenansicht, FIGS. 3a and 3b show piezoactuators known from the prior art in a schematic side view,
Figuren 4a und 4b eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Piezoaktors und die Figures 4a and 4b is a side view of a piezoelectric actuator according to the invention and the
Figuren 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f, 5g, und 5h zeigen verschiedene Ausgestaltungen der Kontaktierungsschicht von erfindungsgemäßen Piezoaktoren.  FIGS. 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f, 5g, and 5h show different embodiments of the contacting layer of piezoactuators according to the invention.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele Description of the embodiments
In Figur 1 ist ein aus dem Stand der Technik bekannter Piezoaktor 1 schematisch dargestellt. Der Piezoaktor 1 ist als keramischer Piezoaktor ausgebildet und weist eine Vielzahl von piezoaktiven Schichten 3 auf, die parallel zueinander ausgebildet sind. Der Piezoaktor 1 ist dabei im Wesentlichen quaderförmig ausgebildet und weist eine obere Stirnfläche 8 und vier Seitenflächen 9 auf, die an die obere Stirnfläche 8 grenzen, wobei die Kanten angefast sind. Zwischen den parallel verlaufenden piezoaktiven Schichten 3 sind jeweils metallische Schichtelektroden 4a, 4b angeordnet, die abwechselnd an gegenüberliegende Seitenflächen 9 des Piezoaktors 1 geführt sind, sodass ein Teil der Schichtelektroden 4a auf die in der Zeichnung rechte Seitenfläche 9 des Piezoaktors 1 geführt ist, während die anderen Schichtelektroden 4b auf die gegenüberliegende Seitenfläche 9 des Piezoaktors 1 hinausgeführt sind. Die piezoaktiven Schichten 3 weisen dabei eine Schichtdicke von vorzugsweise etwa 100 μηι auf, während die metallischen Schichtelektroden 4a, 4b eine Schichtdicke von nur wenigen Mikrometern aufweisen. Auf diese Weise können Piezoaktoren hergestellt werden, die eine Vielzahl von piezoaktiven Schichten 3 aufweisen, die von metallischen Schichtelektroden 4a, 4b durchzogen sind, die einen Abstand von typischerweise 100 μηι aufweisen. Durch den relativ geringen Abstand der metallischen Schichtelektroden 4a, 4b voneinander lassen sich zwischen den einzelnen metallischen Schichtelektroden beim Anlegen einer relativ moderaten Spannung von typischerweise etwa 150 bis 200 V sehr hohe elektrische Feldstärken erreichen, die einen starken piezoelektrischen Effekt auf die piezoaktiven Schichten 3 haben, sodass sich der Piezoaktor 1 beim Anlegen einer elektrischen Spannung insgesamt in der Länge vergrößert und dieser Hub des Piezoaktors 1 zur Steuerung beispielsweise eines Steuerventils verwendet werden kann. 1 shows a known from the prior art piezoelectric actuator 1 is shown schematically. The piezoelectric actuator 1 is designed as a ceramic piezoelectric actuator and has a plurality of piezoactive layers 3, which are formed parallel to each other. The piezoelectric actuator 1 is formed substantially cuboid and has an upper end face 8 and four side surfaces 9, which adjoin the upper end face 8, wherein the edges are chamfered. Between the parallel piezoactive layers 3, metallic layer electrodes 4 a, 4 b are arranged, which are alternately guided on opposite side surfaces 9 of the piezoelectric actuator 1, so that a portion of the layer electrodes 4 a is guided on the right side surface 9 of the piezoelectric actuator 1 in the drawing, while the other layer electrodes 4 b are led out to the opposite side surface 9 of the piezoelectric actuator 1. In this case, the piezoactive layers 3 have a layer thickness of preferably approximately 100 μm, while the metallic layer electrodes 4a, 4b have a layer thickness of only a few micrometers. In this way, piezoelectric actuators can be produced which have a multiplicity of piezoactive layers 3 which are penetrated by metallic layer electrodes 4a, 4b, which have a spacing of typically 100 μm. Due to the relatively short distance of the metallic layer electrodes 4a, 4b from each other, very high electric field strengths can be achieved between the individual metallic layer electrodes when a relatively moderate voltage of typically approximately 150 to 200 V is applied have a strong piezoelectric effect on the piezoactive layers 3, so that the piezoelectric actuator 1 when applying an electrical voltage increases in total in length and this stroke of the piezoelectric actuator 1 can be used to control, for example, a control valve.
Zum Anlegen der elektrischen Spannung zwischen den Schichtelektroden 4a, 4b sind auf der Seitenfläche 9 Außenelektroden 10a und an der gegenüberliegenden Seitenfläche 9 nicht dargestellte Außenelektroden 10b angeordnet. Die Außenelektroden 10a, 10b sind ihrerseits jeweils mit elektrischen Anschlüssen 6 verbunden, sodass sich eine Spannungsquelle mit den elektrischen AnschlüssenFor applying the electric voltage between the layer electrodes 4a, 4b, outer electrodes 10a and outer electrodes 10b not shown on the opposite side surface 9 are disposed on the side surface 9b. The outer electrodes 10a, 10b are in turn connected to electrical terminals 6, so that there is a voltage source with the electrical connections
6 verbinden lässt, um eine elektrische Spannung zwischen den Schichtelektroden 4a, 4b anzulegen. 6 connect to apply an electric voltage between the layer electrodes 4a, 4b.
In Figur 2 ist ein Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Piezoaktor 1 dargestellt, wobei nur der obere Bereich des Piezoaktors 1 schematisch gezeichnet ist. Der Piezoaktor 1 weist an seinem oberen Ende einen piezoelektrisch inaktiven Bereich auf, in dem keine Schichtelektroden vorhanden sind, und anschließend daran piezoaktive Schichten 3 mit jeweils dazwischen angeordneten Schichtelektroden 4a, 4b. Die Außenelektroden 10a, 10b, die auf den Seitenflächen 9 des Piezoaktors 1 aufgebracht sind, bestehen aus einer Kontaktierungs- schicht IIa, IIb, also einer metallischen Schicht, die direkt auf die Oberfläche des Piezoaktors 1 aufgebracht ist, und aus Siebelektroden 12a, 12b, die auf die Kontaktierungsschicht IIa, IIb aufgebracht sind. Die Siebelektroden 12a, 12b bestehen aus einem Geflecht von metallischen Drähten, die elektrisch leitend sind und die über einen Fügeprozess mit der darunterliegenden Kontaktierungsschicht IIa, IIb im gesamten Überdeckungsbereich der Siebelektroden 12a, 12b mit der jeweiligen Kontaktierungsschicht IIa, IIb verbunden sind. Die Kontaktierungsschicht IIa, IIb übernimmt die elektrische Kontaktierung der Schichtelektroden 4a, 4b, während die elektrischen Anschlüsse 6 an der Siebelektrode 12a bzw. 12b angebracht sind, sodass ein flexibler elektrischer Kontakt zwischen den elektrischen Anschlüssen 6 und der Kontaktierungsschicht IIa, IIb und damit der Schichtelektroden 4a, 4b erfolgt. FIG. 2 shows a longitudinal section through a piezoelectric actuator 1 according to the invention, wherein only the upper region of the piezoactuator 1 is shown schematically. The piezoelectric actuator 1 has at its upper end a piezoelectrically inactive region in which no layer electrodes are present, and then piezoactive layers 3 thereon, each with interposed layer electrodes 4a, 4b. The outer electrodes 10a, 10b, which are applied to the side surfaces 9 of the piezoelectric actuator 1, consist of a contacting layer IIa, IIb, ie a metallic layer, which is applied directly to the surface of the piezoactuator 1, and of sieve electrodes 12a, 12b, which are applied to the contacting layer IIa, IIb. The sieve electrodes 12a, 12b consist of a mesh of metallic wires, which are electrically conductive and which are connected via a joining process to the underlying contacting layer IIa, IIb in the entire coverage area of the sieve electrodes 12a, 12b with the respective contacting layer IIa, IIb. The contacting layer IIa, IIb takes over the electrical contacting of the layer electrodes 4a, 4b, while the electrical connections 6 are attached to the sieve electrodes 12a and 12b, so that a flexible electrical contact between the electrical terminals 6 and the contacting layer IIa, IIb and thus the layer electrodes 4a, 4b takes place.
Die Figur 3a zeigt eine Seitenansicht eines aus dem Stand der Technik bekann- ten Piezoaktors in schematischer Darstellung. Es sind wieder die piezoaktiven Schichten 3 und die dazwischen angeordneten Schichtelektroden 4a dargestellt, die an die Oberfläche der Seitenfläche 9 geführt sind. Die Kontaktierungsschicht IIa ist als rechteckige Metallschicht ausgeführt, auf die die Siebelektrode 12a vollflächig gefügt ist. Wird nun eine elektrische Spannung angelegt zwischen den Schichtelektroden 4a und 4b, so längt sich der Piezoaktor 1, was in Figur 3b dargestellt ist. Dies führt zu feinen Rissen innerhalb der Piezokeramik des FIG. 3 a shows a side view of a piezoactuator known from the prior art in a schematic representation. It's the piezoactive ones again Layers 3 and arranged therebetween layer electrodes 4 a, which are guided to the surface of the side surface 9. The contacting layer IIa is designed as a rectangular metal layer, on which the sieve electrode 12a is joined over its entire surface. If now an electrical voltage is applied between the layer electrodes 4a and 4b, the piezoactuator 1 lengthens, which is shown in FIG. 3b. This leads to fine cracks within the piezoceramic of the
Piezoaktors 9, die sich in die Kontaktierungsschicht IIa fortsetzen können, sodass die Kontaktierungsschicht IIa nicht mehr über ihre gesamte Länge den elektrischen Strom leiten kann. Diese Risse in der Kontaktierungsschicht IIa können sich bis in die Siebelektrode 12a fortsetzen, die dann ebenfalls einen Riss 14' aufweist, sodass eine elektrische Leitung über die gesamte Länge der Siebelektrode 12a ebenfalls nicht mehr erfolgt. Wird nun eine Spannung über den elektrischen Anschluss 6 eingeleitet, so wird im Wesentlichen nur die in der Abbildung untere Hälfte der Schichtelektroden 4a mit einer elektrischen Spannung versorgt, während die in der Abbildung obere Hälfte des Piezoaktors 1 nicht mehr von der elektrischen Spannung erreicht wird, sodass dieser Bereich des Piezoaktors 9 inaktiv wird und sich der Gesamthub des Piezoaktors 1 in dieser Darstellung entsprechend reduziert. Wird ein Steuerventil mit Hilfe dieses Piezoaktors angesteuert, so reagiert dieses nicht mehr wie beabsichtigt und es kann zu Fehlfunktionen dieses Steuerventils kommen. Piezoactuator 9, which can continue into the contacting layer IIa, so that the contacting layer IIa can no longer conduct the electric current over its entire length. These cracks in the contacting layer IIa can continue into the sieve electrode 12a, which then likewise has a crack 14 ', so that an electrical conduction over the entire length of the sieve electrode 12a likewise no longer takes place. If a voltage is now introduced via the electrical connection 6, essentially only the lower half of the layer electrodes 4 a shown in the figure is supplied with an electrical voltage, while the upper half of the piezoelectric actuator 1 in the figure is no longer reached by the electrical voltage, so that this area of the piezoactuator 9 becomes inactive and the total stroke of the piezoelectric actuator 1 is correspondingly reduced in this illustration. If a control valve is actuated with the aid of this piezoelectric actuator, this no longer reacts as intended and malfunctioning of this control valve may occur.
Um stets eine elektrische Kontaktierung aller Schichtelektroden 4a, 4b zu gewährleisten, wird erfindungsgemäß die Kontaktierungsschicht IIa beispielsweise in der Form durchgeführt, wie es in Figur 4a dargestellt ist. Die Kontaktierungs- schicht IIa wird hier im Wesentlichen durch zwei parallele, auf die Seitenfläche 9 des Piezoaktors 1 aufgebrachte Streifen gebildet, die noch durch zwei schmale Streifen am oberen und unteren Ende des Piezoaktors 1 miteinander verbunden sind. Im oberen Teil der Figur 4a ist ein Querschnitt durch den Piezoaktor 1 entlang der Linie l-l angedeutet, der die Lage der Kontaktierungsschicht zeigt. Fig. 4b zeigt denselben Piezoaktor mit aufgebrachter Siebelektrode 12a, die sich mit den beiden Streifen der Kontaktierungsschicht IIa überlappt, was im Querschnitt entlang der Linie l-l im oberen Bereich der Figur 4b nochmals dargestellt ist. Der ausgesparte Bereich 15 der Kontaktierungsschicht wird durch die Siebelektrode 12a überspannt. Wird nun der Piezoaktor 1 elektrisch angesteuert, so vergrößert sich seine Länge und es kommt, wie in Figur 4a dargestellt, eventuell zu Mikrorissen innerhalb der Piezokeramik, die auch zu Rissen 14 innerhalb der Kontaktierungsschicht IIa führen. Der Riss kann sich auf die Siebelektrode 12a fortsetzen, die jedoch nur in dem Bereich einreißen kann, in dem sie mit der Kontaktierungsschicht IIa verbunden ist, also im Bereich der Streifen, die parallel und senkrecht zu den piezoaktiven Schichten verlaufen. Die Unterbrechung der elektrischen Leitung durch diese Polungsrisse 14 wird jedoch durch den Bereich der Siebelektrode 12a überbrückt, der den ausgesparten Bereich 15 überdeckt, sodass trotz der Polungsrisse 14 eine elektrische Verbindung zwischen der Siebelektrode 12a und sämtlichen Schichtelektroden 4a gegeben ist. In order to always ensure electrical contacting of all the layer electrodes 4a, 4b, according to the invention, the contacting layer IIa is carried out in the form, for example, as shown in FIG. 4a. The contacting layer IIa is essentially formed here by two parallel strips applied to the side surface 9 of the piezoactuator 1, which strips are still connected to one another by two narrow strips at the upper and lower end of the piezoactuator 1. In the upper part of Figure 4a, a cross section through the piezoelectric actuator 1 along the line ll is indicated, showing the position of the contacting layer. 4b shows the same piezoactuator with applied sieve electrode 12a, which overlaps with the two strips of the contacting layer IIa, which is shown again in cross section along the line II in the upper region of FIG. 4b. The recessed area 15 of the contacting layer is covered by the sieve electrode 12a. If the piezoactuator 1 is now electrically actuated, its length increases and, as shown in FIG. 4 a, microcracks may possibly occur within the piezoceramic which also lead to cracks 14 within the contacting layer IIa. The crack may continue on the sieve electrode 12a, which, however, can only tear in the region in which it is connected to the contacting layer IIa, ie in the region of the strips which run parallel and perpendicular to the piezoactive layers. However, the interruption of the electrical conduction by these poling cracks 14 is bridged by the region of the sieve electrode 12a covering the recessed region 15 so that, in spite of the poling cracks 14, there is an electrical connection between the sieve electrode 12a and all the layer electrodes 4a.
In den Figuren 5a bis 5h sind verschiedene Ausführungsbeispiele für das Design der Kontaktierungsschichten aufgeführt. Die Siebelektrode 12a ist hier jeweils nur durch ein gestrichelt gezeichnetes Rechteck angedeutet. Various exemplary embodiments of the design of the contacting layers are shown in FIGS. 5a to 5h. The sieve electrode 12a is indicated here only by a dashed rectangle.
In Figur 5a ist eine sehr ähnliche Kontaktierungsschicht wie in Figur 4a dargestellt, bei dem die parallelen metallischen Streifen der Kontaktierungsschicht IIa jedoch nicht mehr über einen Querstreifen miteinander verbunden sind. Die Siebelektrode 12a wird über die metallischen Streifen der Kontaktierungsschicht IIa angebracht, sodass sie im Überlappungsbereich von Kontaktierungsschicht IIa und Siebelektrode 12a mit der Kontaktierungsschicht IIa verfügt ist. Auch in Figur 5b ist eine ähnliche Kontaktierungsschicht IIa dargestellt, bei der drei metallische Streifen parallel und senkrecht zu den Schichtelektroden auf die Seitenfläche 9 des Piezoaktors 1 aufgebracht sind. Das Wirkprinzip ist gleich mit dem oben beschriebenen in der Figur 4a. FIG. 5a shows a very similar contacting layer as shown in FIG. 4a, in which, however, the parallel metallic strips of the contacting layer IIa are no longer connected to one another via a transverse strip. The sieve electrode 12a is mounted over the metallic strips of the contacting layer IIa so that it has the contact layer IIa in the overlapping area of the contacting layer IIa and the sieve electrode 12a. FIG. 5b likewise shows a similar contacting layer IIa in which three metallic strips are applied to the side face 9 of the piezoelectric actuator 1 parallel and perpendicular to the layer electrodes. The operating principle is the same as that described above in FIG. 4a.
Figur 5c zeigt eine Kontaktierungsschicht IIa, die im Wesentlichen einen za- ckenförmigen Verlauf aufweist, so dass dreieckförmige ausgesparte Bereiche 15 gebildet werden, die die elektrische Verbindung zu den einzelnen piezoaktiven Schichten herstellen. In Figur 5d ist eine ähnliche Kontaktierungsschicht wie in Figur 5c dargestellt, die den gleichen Zweck erfüllt. Auch die Figur 5e zeigt eine Kontaktierungsschicht, bei der Streifen parallel zueinander, jetzt jedoch schräg zu den Schichtelektroden verlaufen, zwischen denen jeweils die ausgesparten Bereiche 15 ausgebildet sind. In Figur 5f ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Kontaktierungsschicht dargestellt, wobei die Kontaktierungsschicht IIa hier durch eine Vielzahl von ovalen oder näherungsweise kreisförmigen kleineren Metallschichten gebildet ist, zwischen denen sich der ausgesparte Bereich 15 bildet. Eine Kombination aus dieser Ausgestaltung der Kontaktierungsschicht IIa und den streifenförmigen Kon- taktierungsschichten zeigt das Ausführungsbeispiel der Figur 5g, ebenso wie das Ausführungsbeispiel der Figur 5h. FIG. 5c shows a contacting layer IIa, which has essentially a tooth-shaped profile, so that triangular recessed regions 15 are formed, which establish the electrical connection to the individual piezoactive layers. FIG. 5d shows a similar contacting layer as in FIG. 5c, which fulfills the same purpose. FIG. 5e also shows a contacting layer in which strips run parallel to one another, but now obliquely to the layer electrodes, between which in each case the recessed areas 15 are formed. FIG. 5f shows a further exemplary embodiment of the contacting layer, wherein the contacting layer IIa here is formed by a plurality of oval or approximately circular smaller metal layers, between which the recessed area 15 is formed. A combination of this embodiment of the contacting layer IIa and the strip-shaped contacting layers shows the embodiment of FIG. 5g, as well as the embodiment of FIG. 5h.
Wesentlich für die Erfindung ist, dass jede Schichtelektrode 4a, 4b einerseits einen elektrischen Kontakt zu einer Kontaktierungsschicht IIa aufweist und andererseits auf dieser Höhe ein ausgesparter Bereich 15 der Kontaktierungsschicht IIa gebildet ist, bei dem also keine Kontaktierungsschicht vorhanden ist, der jedoch von der Siebelektrode 12a, 12b überspannt wird. Essential for the invention is that each layer electrode 4a, 4b on the one hand has an electrical contact with a contacting layer IIa and on the other hand at this height a recessed portion 15 of the contacting layer IIa is formed, in which therefore no contacting layer is present, however, from the sieve electrode 12a , 12b is spanned.
Neben dem gezeigten Ausführungsbeispiel der Kontaktierungsschicht IIa sind auch andere Formen denkbar, die eine ähnliche oder eine Kombination aus den gezeigten Formen aufweist. In addition to the exemplary embodiment of the contacting layer IIa shown, other shapes are conceivable which have a similar or a combination of the shapes shown.

Claims

Ansprüche claims
1. Piezoaktor (1) mit einer Vielzahl von parallelen, piezoaktiven Schichten (3), wobei zwischen jeweils zwei benachbarten piezoaktiven Schichten (3) eine metallische Schichtelektrode (4a; 4b) angeordnet ist und die Schichtelektroden (4a; 4b) wechselseitig bis an die Seitenfläche (9) geführt sind und dort mit einer auf eine Seitenfläche (9) des Piezoaktors (1) aufgebrachten Außenelektrode (10a; 10b) kontaktiert sind, wobei die Außenelektrode (10a; 10b) eine Kontaktierungsschicht (IIa; IIb) in Form einer auf die Seitenfläche (9) direkt aufgebrachten metallischen Schicht aufweist und eine Siebelektrode (12a; 12b), die auf die Kontaktierungsschicht (IIa; IIb) aufgebracht und mit dieser im gesamten Überdeckungsbereich elektrisch kontaktiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktierungsschicht (IIa; IIb) im Überdeckungsbereich mit der Siebelektrode (12a; 12b) ausgesparte Bereiche aufweist, wobei auf Höhe jeder Schichtelektrode (4a; 4b) ein ausgesparter Bereich (15) vorhanden ist. A piezoactuator (1) having a multiplicity of parallel, piezoactive layers (3), wherein between each two adjacent piezoactive layers (3) a metallic layer electrode (4a, 4b) is arranged and the layer electrodes (4a, 4b) are alternately up to the Side surface (9) are guided and there with a on a side surface (9) of the piezoelectric actuator (1) applied outer electrode (10 a, 10 b) are contacted, wherein the outer electrode (10 a, 10 b) a contacting layer (IIa, IIb) in the form of a the side surface (9) has a directly applied metallic layer and a sieve electrode (12a, 12b) which is applied to the contacting layer (IIa, IIb) and is electrically contacted therewith in the entire covering region, characterized in that the contacting layer (IIa, IIb) In the overlap region with the sieve electrode (12a, 12b) has recessed areas, wherein at the level of each layer electrode (4a, 4b) a recessed area (15) is present is.
2. Piezoaktor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Siebelektrode (12a; 12b) einschichtig aufgebaut ist. 2. Piezoelectric actuator (1) according to claim 1, characterized in that the sieve electrode (12a, 12b) is constructed as a single layer.
3. Piezoaktor (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktierungsschicht (IIa; IIb) so ausgebildet ist, dass jede der auf die entsprechende Seitenfläche (9) des Piezoaktors (1) geführte Schichtelektrode (4a; 4b) direkten elektrischen Kontakt zur Kontaktierungsschicht (IIa; IIb) aufweist. 3. Piezoelectric actuator (1) according to claim 1 or 2, characterized in that the contacting layer (IIa; IIb) is formed so that each of the on the corresponding side surface (9) of the piezoelectric actuator (1) guided layer electrode (4a, 4b) direct electrical contact to the contacting layer (IIa, IIb).
4. Piezoaktor (1) nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktierungsschicht (IIa; IIb) zwei zumindest im Wesentlichen senkrecht zu den piezoaktiven Schichten (3) verlaufende Streifen aufweist, so dass zwischen den beiden Streifen ein ebenfalls streifenförmiger ausgesparter Bereich (15) gebildet wird. 4. Piezoelectric actuator (1) according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the contacting layer (IIa, IIb) has at least two substantially perpendicular to the piezoactive layers (3) extending strips, so that between the two strips also a strip-shaped recessed area (15) is formed.
5. Piezoaktor (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktierungsschicht (IIa; IIb) mehr als zwei im Wesentlichen senkrecht zu den piezoaktiven Schichten (3) verlaufende Streifen aufweist, zwischen denen jeweils streifenförmige ausgesparte Bereiche (15) ausgebildet sind. 5. Piezoelectric actuator (1) according to claim 4, characterized in that the contacting layer (IIa, IIb) more than two substantially perpendicular to the piezoactive layers (3) extending strips, between each of which strip-shaped recessed areas (15) are formed.
6. Piezoaktor (1) nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktierungsschicht (IIa; IIb) aus einer Vielzahl von ovalen oder kreisförmigen Flächen gebildet ist, so dass zwischen den kreisförmigen Flächen der ausgesparte Bereich (15) gebildet wird. 6. Piezoelectric actuator (1) according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the contacting layer (IIa, IIb) is formed of a plurality of oval or circular surfaces, so that between the circular surfaces of the recessed portion (15) is formed ,
7. Piezoaktor (1) nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktierungsschicht (IIa; IIb) eine Vielzahl von parallelen, schräg zu den piezoaktiven Schichten (3) verlaufende Streifen aufweist, zwischen denen die ausgesparten Bereiche (15) ausgebildet sind. 7. piezoelectric actuator (1) according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the contacting layer (IIa; IIb) has a plurality of parallel, obliquely to the piezoactive layers (3) extending strips, between which the recessed areas (15) are formed.
8. Steuerventil zum Steuern eines Fluidflusses mittels eines Piezoaktors (1), dadurch gekennzeichnet, dass der Piezoaktor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgebildet ist. 8. Control valve for controlling a fluid flow by means of a piezoelectric actuator (1), characterized in that the piezoelectric actuator (1) is designed according to one of claims 1 to 7.
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