DE2705035C2 - Drive device with two piezoelectric bending plates - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung mit zwei piezoelektrischen Biegcplatten nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a drive device with two piezoelectric bending plates according to the preamble of claim 1.
Eine derartige Antriebseinrichtung ist aus der US-PS 48 116 bekannt. Bei dieser bekannten Antriebseinrichtung besteht das Kopplungselement aber aus einem elastischen Material, was dazu führt, daß die auf diese Weise hergestellte Kopplung zwischen den Scheibenelementen nur lose oder schwach ist.Such a drive device is known from US-PS 48,116. In this known drive device if the coupling element consists of an elastic material, which means that the on this Way produced coupling between the disc elements is only loose or weak.
Weiterhin ist es aus der US-PS 35 51 764 bekannt, bei einem Motor, mit welchem erhebliche mechanische Kräfte erzeugt werden sollen, piezoelektrische Scheibenelemente zu verwenden, welche durch ein mittig eingesetztes, isoliertes Rohrstück gehaltert werden. Durch diese pie/oelekirischen Scheibenelemente sollen kleine Verschiebungen erzeugt werden, indem sie periodisch mit Signalen angesteuert werden.It is also known from US-PS 35 51 764, in an engine with which significant mechanical Forces are to be generated to use piezoelectric disc elements, which by a centrally inserted, insulated pipe section are supported. Through these pie / oelecirical disc elements, small Displacements are generated by periodically driving them with signals.
Es ist üblich, eine mechanische Last mit dem mittleren Bereich der Scheibenoberfläche eines Scheibenclements zu verkleben. Ein solcher Aufbau hat sich jedoch als unzulänglich erwiesen, da insbesondere bei höheren Energiepegeln das Keramikmaterial von einer Mittelmembran gelöst werden kann. Da weiterhin beide Scheibeneiemente zu der elektromechanischen Energieumwandlung beitragen, liefert eine Verbindung mit nur einem Scheibenelement allein keine optimale Energieübertragungauf die Last.It is common to place a mechanical load on the central area of the disk surface of a disk element to glue. However, such a structure has proven to be inadequate, especially with higher Energy levels the ceramic material can be detached from a central membrane. Since both continue Disk elements contribute to the electromechanical energy conversion, provides a connection with only one disc element alone does not provide optimal energy transfer weight.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebseinrichtung mit zwei piezoelektrischen Biegeplat-The invention is based on the object of a drive device with two piezoelectric bending plates
!0 ten der eingangs näher erläuterten Art zu schaffen, bei welcher zwischen den zwei Biegeplatten eine besonders starre und feste Kopplung herbeigeführt ist.! 0 th of the type explained in more detail in the introduction, in which between the two bending plates a special rigid and firm coupling is brought about.
Diese Aufgabe wird bei einer Antriebseinrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 erfindungsgemäß durch die in dessen kennzeichnendem Teil angegebenen Merkmale gelöst.This object is achieved according to the invention with a drive device according to the preamble of claim 1 solved by the features specified in its characterizing part.
Jedes Scheibenelement ist also mit einer zentralen Kopplungsöffnung ausgestattet; außerdem hat auch die Mittelmembran eine zentrale Kopplungsöffnung, welehe mit den Kopplungsöffnungen der Scheibenelemente fluchtet. Die Mittelmembran hält die Scheibenelemente auf einem vorgebbaren Abstand. Das Kopplungselement besteht aus einem elektrisch isolierenden und mechanisch festen bzw. starren Material und weist eine vorgegebene Oberflächenabmessung auf. so daß es in die Kopplungsöffnungen eingesetzt und mechanisch mit der Koppiungsöffnungsoberfläche jedes .Scheibenelementes verbunden werden kann.Each disk element is therefore equipped with a central coupling opening; also has the Middle membrane has a central coupling opening, welehe is aligned with the coupling openings of the disc elements. The middle membrane holds the disc elements at a predeterminable distance. The coupling element consists of an electrically insulating and mechanical solid or rigid material and has a predetermined surface dimension. so that it is in the coupling openings inserted and mechanically with the coupling opening surface of each .Scheibenelementes can be connected.
Die erfindungsgemäße Antriebseinrichtung kann so hohe Energiepegel mit großer Zuverlässigkeit und entsprechend gutem Wirkungsgrad verarbeiten.The drive device according to the invention can thus achieve high energy levels with great reliability and accordingly process with good efficiency.
Bevorzugte Ausführungsformen und vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus den Unieransprüchen.Preferred embodiments and advantageous developments of the subject matter of the invention result from the university claims.
r, Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigtr, The invention is illustrated below by way of example the drawing described; in this shows
F i g. 1 eine Explosionsdarstcllung eines bevorzugten
Ausführungsbeispiels der Antriebseinrichtung, und
F i g. 2 eine perspektivische Darstellung der erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung im zusammengebauten
Zustand.F i g. 1 shows an exploded view of a preferred exemplary embodiment of the drive device, and
F i g. 2 shows a perspective illustration of the drive device according to the invention in the assembled state.
In der F i g. 1 ist eine kreisförmige oder scheibenförmige Antriebseinrichtung 10 mit zwei BiegeplaUen in einer Explosionsdarstellung veranschaulicht. Jede Biegeplatte hat eine kreisförmige Keramikscheibe 12, 14. Jede Keramikscheibc 12,14 besieht aus einem homogenen piezoelektrischen Keramikmaterial und ist mit einer oberen und einer unteren Elektrode 16a. b bzw. 18a. b ausgestattet. Es sei darauf hingewiesen, daß in derIn FIG. 1 shows a circular or disk-shaped drive device 10 with two bending plates in an exploded view. Each flexure plate has a circular ceramic disk 12, 14. Each ceramic disk 12, 14 is made of a homogeneous piezoelectric ceramic material and is provided with an upper and a lower electrode 16a. b or 18a. b equipped. It should be noted that in the
ίο F i g. 1 nur die obere Elektrode 16a der Keramikscheibe 12 und die obere Elektrode 18a der Keramikscheibe 14 sichtbar sind. Die Elektroden bestehen zweckmäßigerweise aus Nickel, wodurch die größte Kapazität und der höchste Kopplungsfaktor gewährleistet sind.ίο F i g. 1 only the upper electrode 16a of the ceramic disc 12 and the upper electrode 18a of the ceramic disk 14 are visible. The electrodes are expediently made made of nickel, which guarantees the greatest capacity and the highest coupling factor.
Eine gerändelte oder geriffelte oder in ähnlicher Weise geformte Mittelmembran 20 in der Form z. B. eines Lamellenbleches ist zwischen den zwei Keramikscheiben 12, 14 eingeschlossen, und mittels einer dünnen Schicht eines nichtleitenden Harzes auf den Enden der Rändelung oder Riffelung werden die Keramikscheiben mit der Mittelmembran 20 verbunden, so daß ein bestimmter Abstand dazwischen gewährleistet ist. Jede Keramikscheibe 12, 14 ist mit einer zentralen Befestigungsöffnung ausgestattet, welche jeweils durch Schei-A knurled or corrugated or similarly shaped central membrane 20 in the form of e.g. B. one Lamellar plate is enclosed between the two ceramic disks 12, 14, and by means of a thin Layering a non-conductive resin on the ends of the knurling or corrugation will be the ceramic discs connected to the central membrane 20, so that a certain distance is ensured therebetween. Every Ceramic disc 12, 14 is equipped with a central fastening opening, each of which is
ti5 bcnkcpplungs-Öffnungsoberfläehen 22 bzw. 24 festgelegt ist. Weiterhin ist die Mittelmembran 20 mit einer zentralen Kopplungsöffnung ausgestattet, wobei die Öffnungen alle miteinander fluchten, um einen Kopp-ti5 coupling opening surfaces 22 and 24, respectively is. Furthermore, the central membrane 20 is equipped with a central coupling opening, the Openings are all aligned with one another to create a coupling
lungshohlraum zu bilden.to form lung cavity.
Eine zylindrische Scheibe dient als Kupplungselement 26 für die aus den zwei Biegeplatten gebildete Einrichtung. Das zylindrische Kopplungselement 26 hat einen vorgegebenen Durchmesser, der etwas geringer ist als der Durchmesser des Kopplungshohlraumes, wodurch das Kopplungselement 26 leicht eingesetzt werden kann. Die vertikale Abmessung des Kopplungselementes 26 ist derart gewählt, daß beim Einsetzen .n den Kopplungshohlraum die äußere Oberfläche des Kopplungselementes 26 mit den Oberflächen 22, 24 der Kopplungsöffnung der Keramikscheiben 12,14 fluchtet. Das Kopplungselement 26 ist aus einem Material hoher Steifigkeit, wie z. B. aus einem Aluminiumoxid-Keramikmateria!, hergestellt. Das zylindrische Kopplungselement 26 hat eine zentrale Befestigungsöffnung 28. welche sich in axialer Richtung durch seine Mitte erstreckt. A cylindrical disc serves as a coupling element 26 for the device formed from the two bending plates. The cylindrical coupling element 26 has a predetermined diameter which is slightly less than the diameter of the coupling cavity, whereby the coupling element 26 can be easily inserted. The vertical dimension of the coupling element 26 is chosen such that when inserting the coupling cavity, the outer surface of the coupling element 26 is aligned with the surfaces 22, 24 of the coupling opening of the ceramic disks 12, 14. The coupling element 26 is made of a material of high rigidity, such as. B. from an aluminum oxide ceramic material! manufactured. The cylindrical coupling element 26 has a central fastening opening 28. which extends in the axial direction through its center.
Das Kopplungselement 26 wird in den Kopplungshohlraum eingesetzt, und mittels eines elektrisch isolierenden Klebstoffes 30 aus Harz hoher Festigkeit wird das Kopplungselement 26 jeweils mit den Oberflächen 22,24 der Befestigungsöffnung verbunden.The coupling element 26 is inserted into the coupling cavity, and by means of an electrically insulating Adhesive 30 made of high strength resin becomes the coupling member 26 with the surfaces, respectively 22,24 of the fastening opening connected.
Im Betrieb sind die Elektroden in Phase geschaltet, d. h., die obere Elektrode 16a der Keramikscheibe 12 ist elektrisch mit der oberen Elektrode 18a der Keramikscheibe 14 verbunden, während die unteren Elektroden 166, 18i> jeweils miteinander verbunden sind. Wechselstromsignale werden den Elektroden zugeführt, wodurch aufgrund des piezoelektrischen Effektes eine schüsseiförmige Verformung der Antriebseinrichtung auftritt, wobei die konkave bzw. konvexe Seite einer derartigen Verformung von der Polarität des angelegten Signals abhängt. Die Auslenkung ist der Amplitude des angelenkten Signals direkt proportional, und die maximale Auslenkung tritt im mittleren Bereich der Antriebseinrichtung auf.In operation the electrodes are connected in phase, i. that is, the upper electrode 16a of the ceramic disk 12 is electrically connected to the upper electrode 18a of the ceramic disk 14, while the lower electrodes 166, 18i> are each connected to one another. AC signals are fed to the electrodes, whereby due to the piezoelectric effect a bowl-shaped deformation of the drive device occurs, the concave or convex side of a such deformation depends on the polarity of the applied signal. The deflection is the amplitude of the linked signal is directly proportional, and the maximum deflection occurs in the central area of the drive device on.
Die aus zwei Biegeplatten gebildete erfindungsgemä-13c Antriebseinrichtung weist wesentlich bessere Eigenschaften auf, um eine zuverlässige Kopplung mit einer Last zu gewährleisten. Insbesondere kann das Kopplungselement 26. welches an der Stelle der maximalen Auslenkung der Antriebseinrichtung angeordnet ist, dazu verwendet werden, die Last fest und unlösbar anzubringen. Erforderlichenfalls kann dies durch eine Verschraubung geschehen. Da das Kopplungselement 26 mit beiden Keramikscheiben 12, 14 verbunden ist, wird eine maximale Kraftübertragung auf die Last gewährleistet, und zwar bei einer minimalen Scherkraft zwischen den Keramikscheiben 12, 14, den Elektroden und der Mittelmembran 20.The 13c according to the invention, formed from two bending plates Drive device has much better properties to a reliable coupling with a Ensure load. In particular, the coupling element 26. which at the point of the maximum Deflection of the drive device is arranged to be used to attach the load firmly and permanently. If necessary, this can be done with a screw connection. Since the coupling element 26 is connected to both ceramic disks 12, 14, a maximum power transmission to the load is guaranteed, with a minimal shear force between the ceramic disks 12, 14, the electrodes and the middle membrane 20.
Da das Kopplungselement 26 aus einem Material mit hoher spezifischer Festigkeit bzw. Steifigkeit hergestellt ist, werden die mechanischen Spannungen, welche aufgrund entsprechender Kräfte in der Antriebseinrichtung hervorgerufen werden, aufrechterhalten, wodurchSince the coupling element 26 is made of a material with a high specific strength or rigidity is, the mechanical stresses, which are due to corresponding forces in the drive device caused, maintained, whereby
ίο ein hoher elektromechanischer Kopplungsfaktor erreichbar ist. In bevorzugter Weise hat die Antriebseinrichtung eine Gesamtdicke von etwa 0,625 mm bei einer Dicke der Scheibenelemente von 0,138 mm und einen Durchmesser von etwa 32 mm. Der Anfängliche Biegekopplungsfaktor Kb der Antriebseinrichtung beträgt daan etwa 0,508, mit Kt, = (induzierte mechanische Energie/elektrische Gesamtenergiezufuhr)-2.ίο a high electromechanical coupling factor can be achieved. The drive device preferably has an overall thickness of approximately 0.625 mm with a thickness of the disk elements of 0.138 mm and a diameter of approximately 32 mm. The initial flexural coupling factor Kb of the drive device is then about 0.508, with Kt, = (induced mechanical energy / total electrical energy supply) - 2 .
Nachdem eine zentrale Erdungsöffnung mit einem Durchmesser von etwa 6,6 mm gebohrt ist. wird für Kb der Wert 0,426 gemessen. Nach Einsetzen und Verkleben des Aluminiumoxid-Kopplungselements kehrt der Kopplungsfaktor Ki, auf 0,508 zurück. Somit wird durch die erfindungsgemäße Antriebseinrichtung aus zwei Biegeplatten ein hoher Kopplungsfaktor gewährleistet, während zugleich eine besonders feste und haltbare Kopplung mit einer mechanischen Last erreichbar ist.After a central grounding hole with a diameter of about 6.6 mm is drilled. the value 0.426 is measured for Kb. After the aluminum oxide coupling element has been inserted and glued, the coupling factor Ki returns to 0.508. Thus, the drive device according to the invention made up of two bending plates ensures a high coupling factor, while at the same time a particularly firm and durable coupling with a mechanical load can be achieved.
Die F i g. 2 veranschaulicht im Teilschnitt eine perspektivische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen \ntriebseinrichiung.The F i g. Fig. 2 illustrates, in partial section, a perspective Representation of a preferred embodiment of the drive device according to the invention.
Gemäß der Darstellung sind die Keramikscheiben 12,14 in einem festen Abstand zur Mittelmembran 20 angeordnet. In dem zentralen Kopplungshohlraum ist das Kopplungselement 26 eingeklebt. Die vertikale Abmessung des Kopplungselementes 26 ist derart gewählt, daß es sowohl mit der oberen als auch mit der unteren Keramikscheibe 12 bzw. 14 über den isolierenden Klebstoff 30 aus Harz mit hoher Steifigkeit verklebt sein kann. Der Klebstoff 30 besteht aus einem festen oder steifen und elektrisch isolierenden Material, um die mechanisehen Spannungen an der Antriebseinrichtung aufrechtzuerhalten, während die verschiedenen Elektroden zugleich elektrisch isoliert sind. Die Befestigungsöffnung 28 ist durch die Mitte des zylindrischen Kopplungselementes 26 in axialer Richtung hindurchgeführl. wodurch die Kopplung mit einer mci. uinischen Last außerordentlich leicht herzustellen ist.According to the illustration, the ceramic disks 12, 14 are arranged at a fixed distance from the central membrane 20. This is in the central coupling cavity Coupling element 26 glued in place. The vertical dimension of the coupling element 26 is chosen such that it to both the upper and lower ceramic discs 12 and 14 via the insulating adhesive 30 made of resin can be glued with high rigidity. The adhesive 30 is made of a solid or rigid one and electrically insulating material to maintain the mechanical stresses on the drive device, while the various electrodes are electrically isolated at the same time. The fastening opening 28 is guided through the center of the cylindrical coupling element 26 in the axial direction. through which the coupling with a mci. Uinian load extraordinary is easy to manufacture.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
Claims (4)
Priority Applications (1)
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Applications Claiming Priority (1)
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| DE2705035A DE2705035C2 (en) | 1977-02-07 | 1977-02-07 | Drive device with two piezoelectric bending plates |
Publications (2)
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| DE2705035A1 DE2705035A1 (en) | 1978-08-10 |
| DE2705035C2 true DE2705035C2 (en) | 1984-05-03 |
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Family Applications (1)
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1977
- 1977-02-07 DE DE2705035A patent/DE2705035C2/en not_active Expired
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| DE2705035A1 (en) | 1978-08-10 |
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Legal Events
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