WO2008040625A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von keramikstapeln mit vieleckigem querschnitt - Google Patents

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WO2008040625A1
WO2008040625A1 PCT/EP2007/059695 EP2007059695W WO2008040625A1 WO 2008040625 A1 WO2008040625 A1 WO 2008040625A1 EP 2007059695 W EP2007059695 W EP 2007059695W WO 2008040625 A1 WO2008040625 A1 WO 2008040625A1
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WO
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ceramic
stacks
section
holding device
corners
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PCT/EP2007/059695
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Inventor
Maximilian Kronberger
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Continental Automotive Gmbh
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M51/00—Fuel-injection apparatus characterised by being operated electrically
    • F02M51/06—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle
    • F02M51/0603—Injectors peculiar thereto with means directly operating the valve needle using piezoelectric or magnetostrictive operating means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
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    • H10N30/01—Manufacture or treatment
    • H10N30/05—Manufacture of multilayered piezoelectric or electrostrictive devices, or parts thereof, e.g. by stacking piezoelectric bodies and electrodes
    • H10N30/053—Manufacture of multilayered piezoelectric or electrostrictive devices, or parts thereof, e.g. by stacking piezoelectric bodies and electrodes by integrally sintering piezoelectric or electrostrictive bodies and electrodes
    • H—ELECTRICITY
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    • H10N30/01—Manufacture or treatment
    • H10N30/08—Shaping or machining of piezoelectric or electrostrictive bodies
    • H10N30/085—Shaping or machining of piezoelectric or electrostrictive bodies by machining
    • H10N30/088—Shaping or machining of piezoelectric or electrostrictive bodies by machining by cutting or dicing

Definitions

  • the invention relates to a method and a holding device for the production of ceramic stacks with polygonal cross section, in particular piezoelectric stacks with polygonal cross section.
  • Common rail injection systems have a control, which is formed for example by a piezoelectric actuator in a high-pressure chamber.
  • a piezoelectric actuator is provided for opening and closing a nozzle by means of a nozzle needle in a high-pressure chamber.
  • the piezoelectric actuator has piezoelectric elements arranged in the form of a stack, which, when an electrical voltage is applied, extend in a vertical direction to an electric field generated by the electrical voltage.
  • Piezoelectric elements which consist of piezoceramic materials, for example of lead zirconate, are characterized by a relatively high operating speed and a relatively high degree of effectiveness.
  • FIG. 1 shows an example of a conventional piezoelectric actuator according to the prior art.
  • the piezoactuator is for injecting fuel at a predetermined fuel pressure into a combustion chamber by operating a nozzle needle N to open and close a nozzle D.
  • a controllable piezo stack S is deformed in response to a control signal and the resulting stroke is transmitted via a bottom plate B a compensation element and a lever H to the nozzle needle N.
  • the nozzle needle N receives fuel via an inlet Ri.
  • the piezoactuator and the nozzle needle are arranged within a circular-cylindrical housing.
  • Conventional piezoelectric actuators or piezoelectric stacks have a rectangular cross-section, as shown in FIG. 2A.
  • a piezo stack S with the largest possible cross-sectional area is required.
  • the diameter of the circular cylindrical housing G is limited to the top and is typically less than 19 mm.
  • FIG. 3 shows a flow chart of a manufacturing method of a piezo stack S according to the prior art.
  • first ceramic films are produced, which typically have a thickness between 20 and 120 ⁇ m.
  • a carrier film made of plastic ceramic material is applied and dried with an organic binder. Subsequently, this so-called green foil is rolled up.
  • square sheets with a side length of between 100 and 200 mm are usually punched from the roll material and printed onto the punched sheets by screen printing electrode material, for example of silver, platinum or copper.
  • the block is cut into rectangular raw stacks in two cutting processes, for example saw cuts, carried out perpendicular to one another. These raw stacks have a square or rectangular cross-sectional shape, as shown in FIG. 2A.
  • the brute stack produced are then sintered at a temperature of approximately 1000 0 C and fired so that they receive the piezoelectric properties.
  • each raw stack obtained is ground in a further production step.
  • the divided raw stacks are individually ground on their peripheral surface to produce a polygonal or polygonal cross-section.
  • the production method shown in FIG. 3 for producing a piezo stack with a polygonal cross section requires a complex grinding operation of the sintered piezo stack.
  • This grinding process is particularly complex, in particular since the sintered raw stacks must be ground individually in their peripheral surface, ie each sintered raw material stack of the plurality of sawed raw stacks must be individually aligned relative to the grinding tool and ground at the corners to produce a polygonal cross section.
  • the sequential processing of the sawn sintered raw stacks also takes a relatively long time. It is therefore an object of the present invention to provide a method and apparatus for the production of ceramic stacks with polygonal cross-section, which produces a large number of ceramic stacks in a short time with little effort.
  • the invention provides a method for the production of ceramic stacks with polygonal cross section, which comprises the following steps:
  • the ceramic block is divided into a plurality of ceramic stacks of square cross-section.
  • each ceramic stack is rotated by 360 ° / n before the corners are cut off, where n is the number of corners of the ceramic stack of polygonal cross-section to be produced.
  • no separation of the corners occurs after n / 4 rotation, but the ceramic stacks are rotated once more by 360 ° / n.
  • the production of the ceramic stacks with n corners is completed after (n-4) / 2 cutting operations for cutting off corners.
  • At least one rotation is made at an angle other than 360 ° / n before the corners are cut off.
  • the ceramic stacks used in the matrix-shaped sawing templates are rotated.
  • the sawn ceramic stacks are subsequently sintered.
  • the ceramic stacks are preferably piezo stacks.
  • the ceramic stacks produced preferably have an even number of corners.
  • the angle of rotation is set as a function of the number of corners of the respective ceramic stacks to be produced.
  • Two opposite sides of a polygonal cross-section of a ceramic stack produced according to the method according to the invention run parallel to one another and have the same length.
  • the invention further provides a holding device for the production of ceramic stacks with polygonal cross-section, wherein the holding device has matrix-shaped sawing templates, which are used for cutting the protruding from the shegemablonen corners of ceramic stacks, which are used in the shegeschablonen turned to the cutting direction, for the production of Ceramic stacks are provided with polygonal cross-section.
  • each sowing template arranged in the form of a matrix has a rectangular outer contour with four sides whose side lengths correspond to the spacing of saw blades of a sawing device arranged parallel in the cutting direction.
  • a ceramic stack with a fixed angle of rotation relative to the sides running in the cutting direction of the outer contour is preferably used in each saw blade arranged in matrix form.
  • Each matrix-shaped sawing template preferably has four arranged in the corners of the outer contour holding rods, each having a triangular cross-section.
  • the triangular cross section of a retaining bar forms an isosceles triangle in one embodiment.
  • the triangular cross-section of a retaining bar preferably has a 90 ° angle.
  • the sum of the two remaining angles of the triangular cross section is 90 °.
  • the ceramic stacks produced are preferably piezostacks.
  • the support rods of the holding device according to the invention consist in a preferred embodiment of hard metal.
  • each matrix-shaped sawing template is rotatably mounted.
  • the holding device is preferably controlled by a controller connected thereto, which adjusts the angle of rotation of the sawing templates or holding rods.
  • Figure 1 a conventional piezoelectric actuator according to the prior art
  • Figures 2A, 2B cross sections through a piezoelectric actuator for
  • FIG. 3 shows a flowchart for explaining a conventional manufacturing process for the production of
  • FIG. 4 shows a flow chart for explaining the production method according to the invention
  • FIG. 5 shows a flow diagram for illustrating a possible embodiment of the production method according to the invention for producing ceramic stacks
  • FIGS. 6A-6E are diagrams showing an embodiment of the method according to the invention for producing ceramic stacks with eight corners;
  • FIG. 7 shows a first embodiment of a holding device according to the invention for producing ceramic stacks with a polygonal cross section
  • FIG. 8 shows a further embodiment of the holding device according to the invention for producing ceramic stacks
  • FIG. 9 shows a further embodiment of the holding device according to the invention for producing ceramic stacks
  • FIG. 10 a cross-sectional view of a device according to the invention
  • Figures 11A-11D cross-sections through various ceramic stacks that can be produced by the manufacturing method according to the invention.
  • FIG. 12 shows a flow diagram for illustrating a further embodiment of the method according to the invention for
  • the punched sheets are stacked into a block which is pressed.
  • the pressed ceramic block is then sawn into ceramic stacks in two mutually perpendicular cutting processes, for example saw cuts, each having a rectangular cross section.
  • the ceramic block is formed by a plurality of parallel to each other at a certain distance D arranged in a cutting direction S saw blades 2 in a cutting direction S performed first cutting operation and after rotation of the ceramic block in a direction perpendicular to the cutting direction S second cutting operation to a plurality of ceramic stacks each rectangular cross-section, preferably with square cross-section, sawn.
  • the ceramic stacks are rotated in a step S1 by a rotation angle ⁇ and inserted in a holding device 1 in a step S2, which has a multiplicity of saw templates SCH arranged in matrix form.
  • Each matrix-shaped saw template SCH of the holding device 1 has a rectangular outer contour with four sides, the side lengths of the distance parallel arranged in the cutting direction S saw blades 2 a saw - or cutting device correspond.
  • the corners of the ceramic stacks used which consist of the mat- Rip-shaped sawing templates protrude, sawn off in at least one further cutting operation performed in the cutting direction S.
  • the sawing off of the projecting corners to produce the polygonal ceramic stack takes place in step S3.
  • step S4 After the separating step S3 for separating the corners, it is first checked in step S4 whether the ceramic stacks each already have the desired number of corners. If this is the case, then the sintering process shown in Figure 4. If the desired number of corners of the cross section has not yet been reached, in step S5 the ceramic stacks are rotated again by a relative angle ⁇ to the cutting direction S and, in one embodiment of the method according to the invention, an insertion of the rotated stacks in step S6 into another holding device, which also has a matrix-shaped SCHI.
  • the saw templates SCH of the holding device 1 are rotatably mounted.
  • a renewed sawing off of corners of the ceramic stack used in the shegeschablonen SCHI is carried out, which are cut off according to an executed in the cutting direction S cutting process after rotation of the entire holding device, for example by 90 °, in a further cutting operation, the protruding corners.
  • the steps S5, S6, S7 are executed until the necessary desired number N of corners is reached.
  • Angle of rotation ⁇ , ⁇ depend on the number N of corners of each ceramic stack to be produced.
  • FIGS. 6A, 6B, 6C, 6D, 6E serve to illustrate a possible embodiment of the method according to the invention for producing ceramic stacks with an octagonal cross-section.
  • the pressed ceramic block KB is first as shown in FIG. 6A divided or sawed in a first cutting operation by a plurality of saw blades arranged parallel to one another in a cutting direction S at a specific distance D, as shown in FIG. 6A.
  • the sawn ceramic block KB is preferably rotated by 90 ° and sawed in a second cutting operation to a plurality of ceramic stacks each having a rectangular cross-section, preferably square cross-section.
  • a rotation of the sawn ceramic block KB takes place, for example by a rotation angle of 45 °, relative to the cutting direction S and insertion of the ceramic stack with a rectangular cross-section in a holding device, as shown in Figure 6C.
  • the holding device 1 consists of a multiplicity of matrix-shaped saw templates SCH, into which the ceramic stacks with a rectangular cross-section can be inserted.
  • 6C shows such a holding device 1 with a plurality of matrix-shaped sawing templates SCH, each having a rectangular outer contour with four sides whose side lengths correspond to the distance D of the saw blades of the sawing device arranged parallel in the cutting direction S.
  • each matrix-shaped sawing template SCH of the holding device 1 is a ceramic stack at a fixed angle of rotation relative to the running in the cutting direction S sides of the outer contour of the saw template used. In the example shown in FIG. 6C, the angle of rotation is 45 °.
  • the octagonal ceramic stacks shown in FIG. 6E are obtained. These are then sintered.
  • FIG. 7 shows an embodiment of a holding device 1 for the production of ceramic stacks with a polygonal cross section according to the invention.
  • the embodiment of the holding device 1 shown in FIG. 7 serves to produce an octagonal ceramic stack.
  • the saw blades SCH arranged in the form of a matrix each have a rectangular outer contour with four sides whose side lengths D correspond to the spacing of the saw blades 2 of a sawing device arranged parallel in the cutting direction S.
  • the distance C corresponds, for example, to the cutting width of a saw blade 2 or a slide grinding disk.
  • the rectangular ceramic stacks 3 are inserted into the holding device 1 at a rotation angle of 45 ° relative to the cutting direction S.
  • Each saw template SCH has a rectangular outer contour, wherein in four corners of the outer contour each holding rods 4A, 4B, 4C, 4D are provided with triangular cross-section.
  • the triangular cross-section of a support rod H forms an isosceles triangle with a 90 ° angle and two 45 ° angles.
  • the support rods 4 are preferably made of hard metal.
  • the ratio of the side lengths L1, L2 of the two outwardly directed sides of a holding rod A, as shown in FIG. 7B, depends on the angle of rotation ⁇ .
  • the octagonal ceramic stacks produced by means of the holding device 1 shown in FIG. 7A can subsequently be subjected to further cutting operations. For this purpose, they are rotated for example by an angle ß and to a further holding device l ⁇ , as shown in Figure 8, used. After a first cutting operation in the cutting direction S, a 90 ° rotation of the holding device l ⁇ takes place relative to the cutting direction S and a further cutting operation.
  • FIG. 9 shows an example of a holding device 1 ⁇ with sawing templates for producing a dodecagonal ceramic stack.
  • the angle of rotation is 22.5 °.
  • FIG. 10 shows a cross-sectional view through a holding device 1 according to the invention for producing ceramic stacks.
  • the holding device 1 has a base plate 5 from which protrude a plurality of support rods 2, wherein four support rods 4A, 4B, 4C, 4D form a saw template.
  • the support rods 4A, 4B, 4C, 4D preferably have a triangular cross-section.
  • the matrix-shaped sawing template SCH with four support rods 4A, 4B, 4C, 4D has a rectangular outer contour with four sides, whose side lengths correspond to the distance D of parallel arranged in a cutting direction S saw blades 2 a sawing.
  • the saw blades 2 separate or grind off the corners protruding from the sawing templates.
  • each sawing template which consists of four support rods 4, in each case at least one ceramic stack can be used.
  • the ceramic stack is used with a fixed angle of rotation ⁇ relative to the running in the cutting direction S sides of the outer contour of the saw template.
  • the holding device 1, as shown in Figure 10, further comprises removable yoke-shaped hold-down with, for example, resilient inserts for clamping the ceramic stack 3.
  • the holding device 1 has for this purpose a removable yoke 6.
  • the support rods 4 are preferably made of hard metal in order to achieve a high flexural rigidity and a high positional accuracy.
  • the resilient inserts of the yoke-shaped hold-down generate sufficiently high clamping forces, so that the cutting forces of the sawing device are supported by the frictional forces.
  • the frictional forces can be increased by appropriate measures on the resilient inserts, for example, by coatings with diamond crystals.
  • the yoke-shaped hold-downs are one
  • the sawing device or cutting device has a plurality of saw blades 2, which perform all cuts in the cutting direction S simultaneously. Since all ceramic stacks used 3 are processed simultaneously, it is possible to produce very many ceramic stacks with polygonal cross-section in a very short time, without a single treatment of the respective ceramic stack 3, for example by a grinding process, is necessary. To produce a ceramic stack with an octagonal cross-section, only two additional cutting operations on the rectangular ceramic stacks are necessary in the method according to the invention.
  • the support rods 4 are rotatably mounted, so that the rotation angle for cutting the ceramic stack is adjustable.
  • Figures 11A-11D show various ceramic stacks of different polygonal cross-section.
  • FIG. 11A shows a ceramic stack with eight corners produced by the production method according to the invention.
  • the outsides of the polygonal ceramic stack are all the same.
  • FIG. IIB With the production method according to the invention, however, it is also possible to produce ceramic stacks with different side lengths, as indicated in FIG. IIB. Two opposite sides of the polygonal cross-section run parallel to each other and have the same length.
  • the ceramic stack shown in Figure IIB is suitable, for example, for insertion into an elliptical housing.
  • Figure HC shows a ceramic stack with ten corners and
  • Figure HD a ceramic stack with twelve corners, which can be produced by the method according to the invention.
  • the production method according to the invention makes it possible to produce ceramic stacks of virtually circular cross-section which almost completely fills the interior of a circular-cylindrical housing.
  • the available starting material is optimally utilized since only the overhanging corners are separated off.
  • FIG. 12 shows a flowchart with a further embodiment of the method according to the invention for producing ceramic stacks with a polygonal cross-section.
  • the holding rods or the saw templates SCH of the holding device are rotatably mounted and allow rotation of the ceramic stacks 3 inserted therein by an adjustable angle of rotation.
  • the divided ceramic stacks 3 are then spread apart in step S2 and inserted into matrix-shaped sawing templates SCH of the holding device 1 or positioned therein.
  • a step S3 the inserted ceramic stacks 3 are rotated through an angle of 360 ° / n, where n is the number of corners of the ceramic stack to be produced with a polygonal cross section represents.
  • the holding rods 4 of the holding device 1 are rotatably mounted and allow a rotation of the ceramic stacks 3 relative to the cutting direction S of a sawing device.
  • step S4 it is checked whether n / 4 rotations have already been performed. If this is the case, another 360 ° rotation takes place in step S3. In the opposite case, in step S5, the opposing stack sides of the inserted ceramic stacks 3 are cut in parallel at a desired spacing or in a desired key width.
  • step S6 it is checked whether (n-4) / 2 parallel cuts have already been carried out. If this is not the case, the process returns to step S3. In the opposite case, the process for the production of ceramic stacks 3 is completed with an n-shaped cross-section.

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Abstract

Verfahren zur Herstellung von Keramikstapeln mit vieleckigem Querschnitt, welches die folgenden Schritte aufweist: Zerteilen eines Keramikblocks (KB) durch mehrere parallel in einem bestimmten Abstand zueinander in einer Schnittrichtung (S) angeordnete Sägeblätter (2) in einem in Schnittrichtung (S) ausgeführten ersten Schnittvorgang und nach erfolgter Drehung des Keramikblocks (KB) in einem zu der Schnittrichtung (S) senkrecht aufgeführten zweiten Schnittvorgang zu einer Vielzahl von Keramikstapeln (3) mit jeweils rechteckigem Querschnitt, Drehen der Keramikstapel um einen Drehwinkel relativ zu der Schnittrichtung (S) und Einsetzen der Keramikstapel (3) in matrixförmig angeordnete Sägeschablonen einer Haltevorrichtung (1) deren Seitenlängen jeweils dem Abstand der Sägeblätter (2) entsprechen, und Absägen von Ecken der eingesetzten Keramikstapel (3), die aus den matrixförmig angeordneten Sägeschablonen herausragen, in mindestens einem in Schnittrichtung (S) ausgeführten weiteren Schnittvorgang.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Keramikstapeln mit vieleckigem Querschnitt
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Haltevorrichtung zur Herstellung von Keramikstapeln mit vieleckigem Querschnitt, insbesondere von Piezostapeln mit vieleckigem Querschnitt.
Einspritzsysteme, insbesondere lecköllose bzw. rücklauflose
Common-Rail-Einspritzsysteme, weisen ein Steuerelement auf, das beispielsweise durch einen Piezoaktor in einem Hochdruckraum gebildet wird. Ein Piezoaktor ist dabei zum Öffnen und Schließen einer Düse mittels einer Düsennadel in einem Hochdruckraum vorgesehen. Der Piezoaktor weist stapeiförmig angeordnete Piezoelemente auf, die sich bei Anlegen einer elektrischen Spannung in einer senkrechten Richtung zu einem durch die elektrische Spannung erzeugten elektrischen Feld ausdehnen. Piezoelemente, die aus piezokeramischen Materialien, bei- spielsweise aus Bleizirkonat bestehen, zeichnen sich durch eine relativ hohe Arbeitsgeschwindigkeit und eine relativ große Effektivität aus.
Figur 1 zeigt ein Beispiel eines herkömmlichen Piezoaktors nach dem Stand der Technik. Der Piezoaktor dient zum Einspritzen von Kraftstoff unter einem vorbestimmten Kraftstoffdruck in eine Brennkammer, indem eine Düsennadel N zum Öffnen und Schließen einer Düse D betätigt wird. Ein steuerbarer Piezostapel S wird in Abhängigkeit von einem Steuersignal verformt und der dabei entstehende Hub wird über eine Bodenplatte B ein Ausgleichselement und einen Hebel H auf die Düsennadel N übertragen. Die Düsennadel N erhält Kraftstoff über einen Zulauf Ri. im zylinderförmigen Gehäuse G des Piezoaktors. Bei Com- mon-Rail-Injektoren bzw. Einspritzsystemen werden der Piezo- aktor und die Düsennadel innerhalb eines kreiszylindrischen Gehäuses angeordnet. Herkömmliche Piezoaktoren bzw. Piezostapel weisen einen rechteckigen Querschnitt auf, wie in Figur 2A dargestellt ist.
Damit der Piezostapel S den notwendigen Hub- und Kraftverlauf zum Betätigen der Düsennadel N erzeugen kann, benötigt man einen Piezostapel S mit einer möglichst großen Querschnittsfläche. Der Durchmesser des kreiszylindrischen Gehäuses G ist jedoch nach oben beschränkt und liegt typischerweise bei unter 19 mm. Um die durch das kreiszylindrische Gehäuse G vorgegebene runde Querschnittsfläche möglichst auszufüllen, bietet es sich an, Piezostapel mit vieleckigem Querschnitt, beispielsweise mit achteckigem Querschnitt, einzusetzen, wie in Figur 2B dargestellt ist.
Figur 3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Herstellungsverfahrens eines Piezostapels S nach dem Stand der Technik.
Bei der Herstellung von Piezoaktoren bzw. Piezostapeln werden zunächst keramische Folien hergestellt, die typischerweise eine Dicke zwischen 20 und 120 μm aufweisen. Auf eine Trägerfolie aus Kunststoff wird mit einem organischen Bindemittel Keramikmaterial aufgebracht und getrocknet. Anschließend wird diese so genannte Grünfolie aufgerollt.
In einem weiteren Herstellungsschritt werden aus dem Rollenmaterial üblicherweise quadratische Blätter mit einer Seitenlänge zwischen 100 und 200 mm gestanzt und auf die gestanzten Blätter mittels Siebdruck Elektrodenmaterial, beispielsweise aus Silber, Platin oder Kupfer aufgedruckt.
Mehrere bedruckte Blätter, beispielsweise einige hundert Blätter, werden anschließend übereinander gestapelt und zusammengepresst, wobei sich ein Bindemittel polymerisiert . Die Stapelhöhe des gepressten Blocks entspricht der späteren Länge eines Piezo- stapeis, wobei ein Schrumpfen infolge des Sinterprozesses berücksichtigt wird. In einem weiteren Herstellungsschritt wird der Block in zwei senkrecht zueinander geführten Schnittvorgängen, beispielsweise Sägeschnitten, in rechteckige Rohstapel zerteilt. Diese Rohstapel weisen eine quadratische bzw. rechteckige Quer- schnittsform auf, wie in Figur 2A dargestellt ist.
Die hergestellten Rohstapel werden anschließend bei einer Temperatur von ungefähr 1.0000C gesintert bzw. gebrannt, sodass sie die piezoelektrischen Eigenschaften erhalten.
Damit ein Piezostapel den runden Querschnitt eines kreiszylindrischen Gehäuses jeweils möglichst vollständig ausnutzt, wird jeder erhaltene Rohstapel in einem weiteren Herstellungsschritt geschliffen. Dabei werden die zerteilten Rohstapel einzeln an ihrer Umfangsflache zur Herstellung eines mehreckigen bzw. vieleckigen Querschnitts geschliffen.
Nach dem Schleifen der Umfangsflache wird bei dem in Figur 3 dargestellten herkömmlichen Herstellungsverfahren eine Au- ßenkontaktierung durch Aufdrucken einer Metallpaste angebracht. Nach Vorsehen einer Stromzufuhr zu den Elektroden wird schließlich der hergestellte Piezostapel unter mechanischer Vorspannung in den Piezoaktuator eingebaut.
Das in Figur 3 dargestellte Herstellungsverfahren zur Herstellung eines Piezostapels mit vieleckigem Querschnitt benötigt einen aufwändigen Schleifvorgang der gesinterten Piezostapel. Dieser Schleifvorgang ist besonders aufwändig, insbesondere da die gesinterten Rohstapel einzeln in ihrer Umfangsflache ge- schliffen werden müssen, d. h. jeder gesinterte Rohstapel aus der Vielzahl der zersägten Rohstapel muss einzeln relativ zu dem Schleifwerkzeug ausgerichtet und an den Ecken zur Herstellung eines vieleckigen Querschnitts abgeschliffen werden. Die sequentielle Bearbeitung der zersägten gesinterten Rohstapel dauert zudem relativ lange. Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Keramikstapeln mit vieleckigem Querschnitt zu schaffen, welches mit geringem Aufwand eine große Zahl von Keramikstapeln in kurzer Zeit herstellt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
Die Erfindung schafft ein Verfahren zur Herstellung von Keramikstapeln mit vieleckigem Querschnitt, welches die folgenden Schritte aufweist:
- Zersägen eines Keramikblocks durch mehrere parallel in einem bestimmten Abstand zueinander in einer Schnittrichtung (S) angeordnete Sägeblätter in einem in Schnittrichtung (S) ausgeführten ersten Schnittvorgang und nach erfolgter Drehung des Keramikblocks in einem zu der Schnittrichtung (S) senkrecht aufgeführten zweiten Schnittvorgang zu einer Vielzahl von Keramikstapeln mit jeweils rechteckigem Querschnitt;
- Drehen der zersägten Keramikstapel um einen Drehwinkel relativ zu der Schnittrichtung (S) und Einsetzen der zersägten Keramikstapel in matrixförmig angeordnete Sägeschablonen einer Haltevorrichtung deren Seitenlängen jeweils dem Abstand der Sägeblätter entsprechen; und
- Absägen von Ecken der eingesetzten Keramikstapel, die aus den matrixförmig angeordneten Sägeschablonen herausragen, in mindestens einem in Schnittrichtung (S) ausgeführten weiteren SchnittVorgang .
Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens wird der Keramikblock in eine Vielzahl von Keramikstapeln mit quadratischem Querschnitt zerteilt. Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens wird jeder Keramikstapel vor dem Abtrennen der Ecken um 360 °/n gedreht, wobei n die Anzahl der Ecken des herzustellenden Keramikstapels mit vieleckigem Querschnitt ist.
Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens erfolgt nach n/4 Drehung kein Abtrennen der Ecken, sondern die Keramikstapel werden ein weiteres Mal um 360 °/n gedreht .
Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens ist die Herstellung der Keramikstapel mit n Ecken nach (n-4)/2 Schnittvorgängen zum Abtrennen von Ecken abgeschlossen .
Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens wird zur Herstellung von unregelmäßigen Keramikstapeln wenigstens eine Drehung um einen anderen Winkel als 360 °/n vor dem Abtrennen der Ecken durchgeführt.
Bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens werden die in den matrixförmig angeordneten Sägeschablonen eingesetzten Keramikstapel gedreht.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die zersägten Keramikstapel anschließend gesintert .
Bei den Keramikstapeln handelt es sich vorzugsweise um Pie- zostapel.
Die hergestellten Keramikstapel weisen vorzugsweise eine gerade Anzahl an Ecken auf.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Drehwinkel abhängig von der Anzahl der Ecken der jeweils herzustellenden Keramikstapel eingestellt. Zwei einander gegenüberliegende Seiten eines vieleckigen Querschnitts eines gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Keramikstapels verlaufen parallel zueinander und weisen die gleiche Länge auf.
Die Erfindung schafft ferner eine Haltevorrichtung zur Herstellung von Keramikstapeln mit vieleckigem Querschnitt, wobei die Haltevorrichtung matrixförmig angeordnete Säge- Schablonen aufweist, die zum Abschneiden der aus den Sägeschablonen herausragenden Ecken von Keramikstapeln, welche in die Sägeschablonen zur Schnittrichtung gedreht einsetzbar sind, für die Herstellung der Keramikstapel mit vieleckigem Querschnitt vorgesehen sind.
Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Haltevorrichtung weist jede matrixförmig angeordnete Sägeschablone einen rechteckigen Außenumriss mit vier Seiten auf, deren Seitenlängen dem Abstand von parallel in der Schnittrichtung angeordneten Sägeblättern einer Sägeeinrichtung entsprechen.
Bei der erfindungsgemäßen Haltevorrichtung ist vorzugsweise in jede matrixförmig angeordnete Sägeschablone ein Keramikstapel mit einem festen Drehwinkel relativ zu den in Schnittrichtung verlaufenden Seiten des Außenumrisses einsetzbar.
Jede matrixförmig angeordnete Sägeschablone weist vorzugsweise vier in den Ecken des Außenumrisses angeordnete Haltestäbe mit jeweils dreieckigem Querschnitt auf.
Der dreieckige Querschnitt eines Haltestabes bildet bei einer Ausführungsform ein gleichschenkliges Dreieck.
Der dreieckige Querschnitt eines Haltestabes weist dabei vorzugsweise einen 90°-Winkel auf. Die Winkelsumme der beiden übrigen Winkel des dreieckigen Querschnitts beträgt 90°.
Bei den hergestellten Keramikstapeln handelt es sich vor- zugsweise um Piezostapel.
Die Haltestäbe der erfindungsgemäßen Haltevorrichtung bestehen bei einer bevorzugten Ausführungsform aus Hartmetall.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Haltevorrichtung ist jede matrixförmig angeordnete Sägeschablone drehbar gelagert.
Dabei wird die Haltevorrichtung vorzugsweise durch eine daran angeschlossene Steuerung gesteuert, welche den Drehwinkel der Sägeschablonen bzw. Haltestäbe einstellt.
Im Weiteren werden bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von Keramikstapeln mit vieleckigem Querschnitt und der erfindungsgemäßen Haltevorrichtung zur Herstellung von Keramikstapeln mit vieleckigem Querschnitt unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren zur Erläuterung erfindungswesentlicher Merkmale beschrieben.
Es zeigen:
Figur 1: einen herkömmlichen Piezoaktor nach dem Stand der Technik;
Figuren 2A, 2B: Querschnitte durch einen Piezoaktor zur
Darstellung eines rechteckigen und eines vieleckigen Piezostapels;
Figur 3: ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung eines herkömm- liehen Herstellungsprozesses zur Herstellung von
Keramikstapeln nach dem Stand der Technik; Figur 4: ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens;
Figur 5: ein Ablaufdiagramm zur Darstellung einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens zur Herstellung von Keramikstapeln;
Figuren 6A-6E: Diagramme zur Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Her- Stellung von Keramikstapeln mit acht Ecken;
Figur 7: eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Haltevorrichtung zur Herstellung von Keramikstapeln mit vieleckigem Querschnitt;
Figur 8: eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Haltevorrichtung zur Herstellung von Keramikstapeln;
Figur 9: eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Haltevorrichtung zur Herstellung von Keramikstapeln;
Figur 10: eine Querschnittsansicht einer erfindungsgemäßen
Haltevorrichtung zur Herstellung von Keramikstapeln;
Figuren 11A-11D: Querschnitte durch verschiedene Keramikstapel, die durch das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren herstellbar sind.
Figur 12: ein Ablaufdiagramm zur Darstellung einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur
Herstellung von Keramikstapeln.
Wie man aus dem Vergleich der Figuren 3 und 4 erkennen kann, unterscheidet sich das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren zur Herstellung von Keramikstapeln von dem herkömmlichen
Herstellungsverfahren dadurch, dass die rechteckig zersägten Rohstapeln weiteren Sägeschritten zur Herstellung von Kera- mikstapeln mit vieleckigem Querschnitt unterzogen werden und der bei dem herkömmlichen Herstellungsverfahren nach dem Sintern der Stapel erfolgende aufwändige Schleifvorgang bei dem erfindungsgemäßen Verfahren entfällt.
Nach dem Herstellen der keramischen Folien, die gestanzt und mit Elektrodenmaterial versehen werden, werden bei dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren die gestanzten Blätter zu einem Block gestapelt, welcher gepresst wird. Mit einer Schneidevorrichtung wird anschließend der gepresste keramische Block in zwei senkrecht zueinander geführten Schnittvorgängen, beispielsweise Sägeschnitten, in Keramikstapel zersägt, welche jeweils einen rechteckigen Querschnitt aufweisen. Der Keramikblock wird durch mehrere parallel in einem bestimmten Abstand D zueinander in einer Schnittrichtung S angeordnete Sägeblätter 2 in einem in Schnittrichtung S ausgeführten ersten Schnittvorgang und nach erfolgter Drehung des Keramikblocks in einem zu der Schnittrichtung S senkrecht ausgeführten zweiten Schnittvorgang zu einer Vielzahl von Keramikstapeln mit jeweils rechteckigem Querschnitt, vorzugsweise mit quadratischem Querschnitt, zersägt.
Anschließend werden die Keramikstapel, wie in Figur 5 dargestellt, in einem Schritt Sl um einen Drehwinkel α gedreht und in einem Schritt S2 in eine Haltevorrichtung 1 eingesetzt, die eine Vielzahl von matrixförmig angeordneten Sägeschablonen SCH aufweist. Die Drehung der zersägten Keramikstapel mit rechteckigem Querschnitt um den Drehwinkel α erfolgt relativ zu der Schnittrichtung S. Jede matrixförmig angeordnete Sägeschablone SCH der Haltevorrichtung 1 weist einen rechteckigen Außenumriss mit vier Seiten auf, deren Seitenlängen dem Abstand der parallel in Schnittrichtung S angeordneten Sägeblätter 2 einer Säge- bzw. Schneidevorrichtung entsprechen.
Nach dem Einsetzen der Keramikstapel mit rechteckigem Querschnitt in die Sägeschablonen SCH0 einer Haltevorrichtung werden die Ecken der eingesetzten Keramikstapel, die aus den mat- rixförmig angeordneten Sägeschablonen herausragen, in mindestens einem in Schnittrichtung S ausgeführten weiteren Schnittvorgang abgesägt. Das Absägen der vorstehenden Ecken zur Erzeugung des vieleckigen Keramikstapels erfolgt im Schritt S3.
Nach dem Abtrennschritt S3 zum Abtrennen der Ecken wird im Schritt S4 zunächst geprüft, ob die Keramikstapel jeweils bereits die gewünschte Anzahl von Ecken aufweisen. Ist dies der Fall, erfolgt anschließend der in Figur 4 dargestellte Sintervorgang. Ist die gewünschte Anzahl von Ecken des Querschnitts noch nicht erreicht, erfolgt im Schritt S5 eine erneute Drehung der Keramikstapel um einen Relativwinkel ß zur Schnittrichtung S und bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Einsetzen der gedrehten Stapel im Schritt S6 in eine weitere Haltevor- richtung, die ebenfalls matrixförmig angeordnete Sägeschablonen SCHI aufweist. Bei einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens sind die Sägeschablonen SCH der Haltevorrichtung 1 drehbar gelagert.
In einem Schritt S7 erfolgt ein erneutes Absägen von Ecken der in die Sägeschablonen SCHI eingesetzten Keramikstapel, wobei nach einem in Schnittrichtung S ausgeführten Schnittvorgang nach erfolgter Drehung der gesamten Haltevorrichtung, beispielsweise um 90°, in einem weiteren Schnittvorgang die vorstehenden Ecken abgesägt werden. Die Schritte S5, S6, S7 werden solange ausgeführt, bis die notwendige gewünschte Anzahl N von Ecken erreicht ist.
Die zersägten Keramikstapel, welche jeweils einen Querschnitt mit N Ecken aufweisen, werden anschließend gesintert. Die
Drehwinkel α, ß hängen von der Anzahl N der Ecken der jeweils herzustellenden Keramikstapel ab.
Figuren 6A, 6B, 6C, 6D, 6E dienen zur Darstellung einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von Keramikstapeln mit achteckigem Querschnitt. Der gepresste Keramikblock KB wird zunächst wie in Figur 6A durch mehrere parallel in einem bestimmten Abstand D zueinander in einer Schnittrichtung S angeordnete Sägeblätter in einem ersten Schnittvorgang zerteilt bzw. zersägt, wie in Figur 6A dargestellt ist.
Anschließend wird der zersägte Keramikblock KB vorzugsweise um 90° gedreht und in einem zweiten Schnittvorgang zu einer Vielzahl von Keramikstapeln mit jeweils rechteckigem Querschnitt, vorzugsweise quadratischem Querschnitt, zersägt.
Anschließend erfolgt eine Drehung des zersägten Keramikblocks KB, beispielsweise um einen Drehwinkel von 45°, relativ zu der Schnittrichtung S und ein Einsetzen der Keramikstapel mit rechteckigem Querschnitt in eine Haltevorrichtung, wie in Figur 6C dargestellt ist.
Die Haltevorrichtung 1 besteht aus einer Vielzahl von mat- rixförmig angeordneten Sägeschablonen SCH, in welche die Ke- ramikstapel mit rechteckigem Querschnitt einsetzbar sind. Figur 6C zeigt eine derartige Haltevorrichtung 1 mit mehreren mat- rixförmig angeordneten Sägeschablonen SCH, die jeweils einen rechteckigen Außenumriss mit vier Seiten aufweisen, deren Seitenlängen dem Abstand D der parallel in Schnittrichtung S angeordneten Sägeblätter der Sägevorrichtung entsprechen. In jede matrixförmig angeordnete Sägeschablone SCH der Haltevorrichtung 1 ist ein Keramikstapel an einem festen Drehwinkel relativ zu den in Schnittrichtung S verlaufenden Seiten des Außenumrisses der Sägeschablone einsetzbar. Bei dem in Figur 6C dargestellten Beispiel beträgt der Drehwinkel 45°.
Nach dem Einsetzen der Keramikstapel werden in einem weiteren Schnittvorgang jeweils zwei einander gegenüberliegende Ecken des eingesetzten Keramikstapels, welche aus der Sägeschablone herausragen, abgesägt, wie in Figur 6C angedeutet ist. Anschließend wird die Haltevorrichtung um einen Drehwinkel von vorzugsweise 90° relativ zu der Schnittrichtung S gedreht und es werden erneut zwei einander gegenüberliegende Ecken der eingesetzten Keramikstapel abgesägt, wie in Figur 6D angedeutet ist.
Nach den in Figur 6A-6D dargestellten Schnittvorgängen erhält man die in Figur 6E dargestellten achteckigen Keramikstapel. Diese werden anschließend gesintert.
Figur 7 zeigt eine Ausführungsform einer Haltevorrichtung 1 zur Herstellung von Keramikstapeln mit einem vieleckigen Querschnitt gemäß der Erfindung. Die in Figur 7 dargestellte Ausführungsform der Haltevorrichtung 1 dient zur Herstellung eines achteckigen Keramikstapels. Die matrixförmig angeordneten Sägeschablonen SCH weisen jeweils einen rechteckigen Außenumriss mit vier Seiten auf, deren Seitenlängen D dem Abstand der parallel in Schnittrichtung S angeordneten Sägeblättern 2 einer Sägevorrichtung entsprechen. Der Abstand C entspricht beispielsweise der Schnittbreite eines Sägeblatts 2 oder einer Dia- mandschleifScheibe . Bei der in Figur 7 dargestellten Haltevorrichtung 1 werden die rechteckigen Keramikstapel 3 in einem Drehwinkel von 45° relativ zu der Schnittrichtung S in die Haltevorrichtung 1 eingesetzt. Jede Sägeschablone SCH weist einen rechteckigen Außenumriss auf, wobei in vier Ecken des Außenumrisses jeweils Haltestäbe 4A, 4B, 4C, 4D mit jeweils dreieckigem Querschnitt vorgesehen sind. Bei der in Figur 7 dargestellten Ausführungsform bildet der dreieckige Querschnitt eines Haltestabes H ein gleichschenkliges Dreieck mit einem 90°-Winkel und zwei 45°-Winkeln. Die Haltstäbe 4 sind vorzugsweise aus Hartmetall hergestellt. Das Verhältnis der Seitenlängen Ll, L2 der beiden nach außen gerichteten Seiten eines Haltestabes A, wie er in Figur 7B dargestellt ist, hängt von dem Drehwinkel α ab. Die in Figur 7A dargestellten Abstände Bl, B2, welche die Seitenlängen der Außenkontur der herzustellenden Keramikstapel mit einem achteckigen Querschnitt festlegen, hängen von dem Abstand D der Sägeblätter 2, deren Schnittbreite C und dem Drehwinkel α ab. Die mittels der in Figur 7A dargestellten Haltevorrichtung 1 hergestellten achteckigen Keramikstapel können anschließend weiteren Schnittvorgängen unterzogen werden. Hierzu werden sie beispielsweise um einen Winkel ß gedreht und an eine weitere Haltevorrichtung lλ, wie sie in Figur 8 dargestellt ist, eingesetzt. Nach einem ersten Schnittvorgang in Schnittrichtung S erfolgt eine 90°-Drehung der Haltevorrichtung lλ relativ zur Schnittrichtung S und ein weiterer Schnittvorgang.
Figur 9 zeigt ein Beispiel einer Haltevorrichtung 1 λ mit Sägeschablonen zur Herstellung eines zwölfeckigen Keramikstapels. Dabei beträgt der Drehwinkel 22,5°.
Figur 10 zeigt eine Querschnittsansicht durch eine erfin- dungsgemäße Haltevorrichtung 1 zur Herstellung von Keramikstapeln. Die Haltevorrichtung 1 weist eine Grundplatte 5 auf, aus der eine Vielzahl von Haltestäben 2 herausragen, wobei jeweils vier Haltestäbe 4A, 4B, 4C, 4D eine Sägeschablone bilden. Die Haltestäbe 4A, 4B, 4C, 4D weisen vorzugsweise einen dreieckigen Querschnitt auf. Die matrixförmig angeordnete Sägeschablone SCH mit vier Haltestäben 4A, 4B, 4C, 4D weist einen rechteckigen Außenumriss mit vier Seiten auf, deren Seitenlängen dem Abstand D der parallel in einer Schnittrichtung S angeordneten Sägeblättern 2 einer Sägeeinrichtung entsprechen. Die Sägeblätter 2 trennen die aus den Sägeschablonen herausragenden Ecken ab bzw. schleifen sie ab. In jede Sägeschablone, die aus vier Haltestäben 4 besteht, ist jeweils mindestens ein Keramikstapel einsetzbar. Dabei wird der Keramikstapel mit einem festen Drehwinkel α relativ zu den in Schnittrichtung S verlaufenden Seiten des Außenumrisses der Sägeschablone eingesetzt. Die Haltevorrichtung 1, wie sie in Figur 10 dargestellt ist, weist ferner abnehmbare jochförmige Niederhalter mit beispielsweise federnden Einsätzen zum Einspannen der Keramikstapel 3 auf. Die Haltevorrichtung 1 weist hierzu ein abnehmbares Joch 6 auf. Die Haltestäbe 4 sind vorzugsweise aus Hartmetall hergestellt, um eine hohe Biegesteifigkeit und eine hohe Positionsgenauigkeit zu erzielen. Die federnden Einsätze der jochförmigen Niederhalter erzeugen ausreichend hohe Spannkräfte, sodass die Schnittkräfte der Sägeeinrichtung über die Reibkräfte abgestützt werden. Die Reibkräfte können durch entsprechende Maßnahmen an den federnden Einsätzen, beispielsweise durch Beläge mit Diamantkristallen erhöht werden. Die jochförmigen Niederhalter sind zu einer
Spanneinheit bzw. einen Joch 6 verbunden, wodurch die Handhabung vereinfacht wird. Die Sägeeinrichtung bzw. Schneidevorrichtung weist mehrere Sägeblätter 2 auf, die alle Schnitte in Schnittrichtung S gleichzeitig ausführen. Da alle eingesetzten Keramikstapel 3 gleichzeitig bearbeitet werden, ist es möglich, in sehr kurzer Zeit sehr viele Keramikstapel mit vieleckigem Querschnitt herzustellen, ohne dass eine Einzelbehandlung der jeweiligen Keramikstapel 3, beispielsweise durch einen SchleifVorgang, nötig ist. Zur Herstellung eines Keramikstapels mit einem achteckigen Querschnitt sind bei dem erfindungsgemäßen Verfahren lediglich zwei zusätzliche Schnittvorgänge an den rechteckigen Keramikstapeln notwendig.
Bei einer Ausführungsform der Haltevorrichtung 1 sind die Haltestäbe 4 drehbar gelagert, sodass der Drehwinkel zum Schneiden der Keramikstapel einstellbar ist.
Figuren 11A-11D zeigen verschiedene Keramikstapel mit unterschiedlichem vieleckigen Querschnitt.
Figur IIA zeigt einen durch das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren hergestellten Keramikstapel mit acht Ecken. Bei der in Figur IIA dargestellten Ausführungsform sind die Außenseiten des mehreckigen Keramikstapels alle gleich.
Mit der erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren ist es allerdings möglich, auch Keramikstapel mit unterschiedlichen Seitenlängen herzustellen, wie in Figur IIB angedeutet ist. Dabei laufen zwei gegenüberliegende Seiten des vieleckigen Quer- Schnitts parallel zueinander und haben die gleiche Länge. Der in Figur IIB dargestellte Keramikstapel eignet sich beispielsweise zum Einsetzen in ein elliptisches Gehäuse. Figur HC zeigt einen Keramikstapel mit zehn Ecken und Figur HD einen Keramikstapel mit zwölf Ecken, der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellbar ist. Mit dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren lassen sich Keramikstapel mit nahezu kreisrundem Querschnitt herstellen, der den Innenraum eines kreiszylindrischen Gehäuses fast vollständig ausfüllt.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich regelmäßige oder unregelmäßige Keramikstapel mit n = 6, 8, 10, 12, 14 etc. Ecken herstellen .
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das zur Verfügung stehende Ausgangsmaterial optimal ausgenutzt, da nur die ü- berstehenden Ecken abgetrennt werden.
Figur 12 zeigt ein Ablaufdiagramm mit einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von Keramikstapeln mit vieleckigem Querschnitt. Bei dieser Aus- führungsform sind die Haltestäbe bzw. die Sägeschablonen SCH der Haltevorrichtung drehbar gelagert und erlauben ein Drehen der darin eingesetzten Keramikstapel 3 um einen einstellbaren Drehwinkel .
Zunächst erfolgt in einem Schritt Sl ein Zerteilen eines Keramikblocks KB in eine Vielzahl von Keramikstapeln 3 mit jeweils rechteckigem Querschnitt, vorzugsweise quadratischem Querschnitt .
Die zerteilten Keramikstapel 3 werden anschließend im Schritt S2 auseinandergespreizt und in matrixförmig angeordnete Sägeschablonen SCH der Haltevorrichtung 1 eingesetzt bzw. darin positioniert .
In einem Schritt S3 werden die eingesetzten Keramikstapel 3 um einen Winkel von 360 °/n gedreht, wobei n die Anzahl der Ecken des herzustellenden Keramikstapels mit vieleckigem Querschnitt darstellt. Zur Drehung der eingesetzten Keramikstapel 3 werden bei einer bevorzugten Ausführungsform die Haltestäbe 4 der Haltevorrichtung 1 drehbar gelagert und erlauben eine Drehung der Keramikstapel 3 relativ zur Schnittrichtung S einer Sägevor- richtung.
In einem Schritt S4 wird überprüft, ob bereits n/4 Drehungen durchgeführt worden sind. Ist dies der Fall, erfolgt eine weitere Drehung um 360° im Schritt S3. Im umgekehrten Fall werden im Schritt S5 die gegenüberliegenden Stack-Seiten der eingesetzten Keramikstapel 3 in einem gewünschten Abstand bzw. in einer gewünschten Schlüsselweite parallel geschnitten.
In einem Schritt S6 wird geprüft, ob bereits (n-4)/2 Paral- lelschnitte durchgeführt worden sind. Ist dies nicht der Fall, kehrt der Vorgang zu Schritt S3 zurück. Im umgekehrten Fall ist der Vorgang zur Herstellung von Keramikstapeln 3 mit einem n-eckigen Querschnitt abgeschlossen.
Bei der in Figur 12 dargestellten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens wird lediglich eine Haltevorrichtung 1 benötigt, deren Sägeschablonen SCH mittels der drehbar gelagerten Haltestäbe 4 ein Einstellen des Drehwinkels der eingesetzten Keramikstapel relativ zu der Schnittrichtung S erlaubt.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von Keramikstapeln mit vieleckigem Querschnitt, welches die folgenden Schritte aufweist:
(a) Zerteilen eines Keramikblocks (KB) durch mehrere parallel in einem bestimmten Abstand (D) zueinander in einer Schnittrichtung (S) angeordnete Sägeblätter (2) in einem in Schnittrichtung (S) ausgeführten ersten Schnittvorgang und nach erfolgter Drehung des Keramikblocks (KB) in einem zu der Schnittrichtung (S) senkrecht aufgeführten zweiten Schnittvorgang zu einer Vielzahl von Keramikstapeln (3) mit jeweils rechteckigem Querschnitt;
(b) Drehen der Keramikstapel (3) um einen Drehwinkel relativ zu der Schnittrichtung (S) und Einsetzen der Keramikstapel (3) in matrixförmig angeordnete Sägeschablonen einer Haltevorrichtung (1) deren Seitenlängen jeweils dem Abstand (D) der Sägeblätter (2) entsprechen; und
(c) Abtrennen von Ecken der eingesetzten Keramikstapel (3) , die aus den matrixförmig angeordneten Sägeschablonen herausragen, in mindestens einem in Schnittrichtung (S) ausgeführten weiteren Schnittvorgang.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Keramikblock (KB) in eine Vielzahl von Keramikstapeln (3) mit jeweils quadratischem Querschnitt zerteilt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei jeder Keramikstapel (3) vor dem Abtrennen der Ecken um 360 °/n gedreht wird, wobei n die Anzahl der Ecken der herzustellenden Keramikstapel mit vieleckigem Querschnitt ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei nach n/4 Drehungen der Keramikstapel (3) kein Abtrennen der Ecken erfolgt, sondern die Keramikstapel (3) ein weiteres Mal um 360 °/n gedreht werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei nach (n-4)/2 Schnittvorgängen zum Abtrennen von Ecken die Herstellung der Keramikstapel (3) mit jeweils n Ecken abgeschlossen ist.
6. Verfahren nach Anspruch 3, wobei zur Herstellung von unregelmäßigen Keramikstapeln (3) wenigstens eine Drehung um einen anderen Winkel als 360°/n vor dem Abtrennen der Ecken durchgeführt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die in den matrixförmig angeordneten Sägeschablonen eingesetzten Keramikstapel (3) durch Drehen von Haltestäben gedreht werden.
8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Keramikstapel mit vieleckigem Querschnitt anschließend gesintert werden.
9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Keramikstapel (3) durch Piezostapel gebildet werden.
10. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die hergestellten Keramikstapel jeweils eine gerade Anzahl (N) von Ecken aufweisen.
11. Verfahren nach Anspruch 1, wobei zwei einander gegenüberliegende Seiten eines vieleckigen Querschnitts eines hergestellten Keramikstapels zueinander parallel verlaufen und die gleiche Länge aufweisen.
12. Haltevorrichtung zur Herstellung von Keramikstapeln mit vieleckigem Querschnitt, wobei die Haltevorrichtung (1) matrixförmig angeordnete Sägeschablonen aufweist, die zum Abtrennen der aus den Sägeschablonen herausragenden Ecken von Keramikstapeln (3), welche in die Sägeschablonen um einen Drehwinkel zu einer Schnitt- richtung (S) gedreht einsetzbar sind, für die Herstellung der Keramikstapel mit vieleckigem Querschnitt vorgesehen sind.
13. Haltevorrichtung nach Anspruch 7, wobei jede matrixförmig angeordnete Sägeschablone einen rechteckigen Außenumriss mit vier Seiten aufweist, deren
Seitenlängen dem Abstand (D) von parallel in einer Schnittrichtung (S) angeordneten Sägeblättern (2) einer Sägeeinrichtung entsprechen .
14. Haltevorrichtung nach Anspruch 13, wobei in jede matrixförmig angeordnete Sägeschablone ein Keramikstapel (3) mit einem festen Drehwinkel (α) relativ zu den in Schnittrichtung (S) verlaufenden Seiten des Außenumrisses einsetzbar ist.
15. Haltevorrichtung nach Anspruch 14, wobei jede matrixförmig angeordnete Sägeschablone vier in den Ecken des Außenumrisses angeordnete Haltestäbe (4A, 4B, 4C, 4D) mit jeweils dreieckigem Querschnitt aufweist.
16. Haltevorrichtung nach Anspruch 15, wobei der dreieckige Querschnitt eines Haltestabes (4A, 4B, 4C, 4D) ein gleichschenkliges Dreieck bildet.
17. Haltevorrichtung nach Anspruch 16, wobei der dreieckige Querschnitt eines Haltestabes (4A, 4B, 4C, 4D) einen 90°-Winkel aufweist.
18. Haltevorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Keramikstapel (3) Piezostapel sind.
19. Haltevorrichtung nach Anspruch 15, wobei die Haltestäbe (4A, 4B, 4C, 4D) aus Hartmetall bestehen.
20. Haltevorrichtung nach Anspruch 12, wobei jede matrixförmig angeordnete Sägeschablone drehbar gelagerte Haltestäbe aufweist.
21. Haltevorrichtung nach Anspruch 20, wobei die Haltevorrichtung (1) an eine Steuerung angeschlossen ist, welche den Drehwinkel einstellt.
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