DE2211751A1

DE2211751A1 - Einspannung eines piezoelektrischen biegestreifens

Info

Publication number: DE2211751A1
Application number: DE2211751A
Authority: DE
Inventors: Erich Fenner; Max Dipl Phys Dr Guntersdorfer
Original assignee: Braun GmbH; Siemens AG
Current assignee: Braun GmbH; Siemens AG
Priority date: 1972-03-10
Filing date: 1972-03-10
Publication date: 1973-09-13
Also published as: CA970475A; CH591290A5; LU67177A1; JPS49709A; GB1425093A; ATA122773A; AT326215B; FR2175842B2; NL7302078A; IT1045325B; BE796556A; FR2175842A2; SE382890B

Description

Einspannung eines piezoelektrischen Biegestreifens Zusatz zu . ... ... (P 2 045 108.5)

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einspannung eines piezoelektrischen BiegeStreifens aus wenigstens einem Keramikstreifen und einem Trägerstreifen, wobei die Einspannung des BiegeStreifens an wenigstens einem Ende zwischen Einspannteilen vorgesehen ist. Diese Einspannung ist insbesondere für einen piezoelektrischen Motor nach der Patent(-anmeldung) P 2045 108.5 zur Erzeugung im wesentlichen gradliniger Hubbewegungen eines zu"bewegenden Teiles, wobei mehrere piezoelektrisch anregbare Biegestreifen als Paket mechanisch miteinander parallel geschaltet zwischen dem festehenden Teil des Motors und einem zu bewegenden Teil angeordnet sind, geeignet. · '

Es hat sich herausgestellt, daß Biegestreifen, die wie in dem obenkngegebenen Patent (-anmeldung) aufgebaut und eingespannt sind/während ihres Betriebes an der Einspannstelle unter ungünstigen Bedingungen brechen bzw. reißen.

Eine Aufgabe der- Erfindung ist es eine Einspannung eines piezoelektrischen Biegestreifens anzugeben, durch den auch diese im Extremfall mögliche Beschädigung der Streifen ausgeschlossen wird.

Diese Aufgabe wird durch eine wie obenangegebene Einspannung eines piezoelektrischen Biegestreifens gelöst, die ■erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß eine Stützlamelle vorgesehen ist, die an dem eingespannten Ende des Biegestreifens zwischen dem Biegestreifen und dem Einspannteil auf der Innenseite einer betriebsmäßigen Krümmung des BiegeStreifens

angeordnet ist und toi Auslenkung elastisch stützend an dem Biegestreifen anliegt, wobei die Stützlamelle bezüglich ihrer Länge so bemessen ist, daß sie entlang des BiegeStreifens über die Einspannstelle hinausreicht und bezüglich ihrer Dicke so bemessen ist, daß die Biegespannung in der Keramikbelegung des BiegeStreifens außerhalb der Einspannung im Bereich tier Stützlamelle im wesentlichen konstant bis abnehmend in Richtung auf die Einspannung ist.

Ein weiterer Torteil der Erfindung ergibt sich daraus, daß bei der Verwendung von elastischen Stützlamellen aus Metall eine elektrische Kontaktverbindung zwischen der Elektrode bzw. der Metallisierung auf dem Keramikstreifen über die Stützlamelle mit einem Anschluß hergestellt wird.

Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus der Beschreibung und den Figuren bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung und ihrer Weiterbildungen hervor.

Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung einen erfindungsgemäß eingespannten piezoelektrischen Biegestreifen.

Figur 2 zeigt den Verlauf der Biegespannung in der Keramikbelegung eines erfindungsgemäß eingespannten Biegestreifens.

Die Figuren 3, 4 und 5 zeigen in sohematischer Darstellung Ausbildungen der erfindungsgemäß eingespannten Biegestreifen.

Der Biegestreifen in Figur 1 besteht beispielsweise aus einem Metallstreifen 5, vorzugsweise aus Bronze, der mit Keramikstreifen 1 belegt ist. Mit 3 und 4 sind auf dem Keramikstreifen angebrachte Metallelektroden bezeichnet, die vorzugsweise gerade so dick sind, wie es zu einer ausreichenden Leitfähigkeit notwendig ist. Die erfindungsgemäß vorgesehenen Stützlamellen 2 sind zusammen mit dem Biegestreifen in dem Körper 6 fest eingeklemmt. Dabei sind die Stützlamellen 2 so angeordnet und bemessen, daß sie entlang des BiegeStreifens über die Einspannstelle hinausragen.

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Vorzugsweise beträgt die Länge der Stützlamelle etwa * 5 - 30 % der Länge des Biegestreifens, wobei sich diese Längenangaben auf diejenigen Teile des BiegeStreifens und der Stützlamelle beziehen, die aus der Einspannung herausragen.

Vorzugsweise ist die Steifigkeit der Stützlamelle so bemessen, daß sie sich zur Steifigkeit des Biegestreifens wie a zu b verhält. Dabei ist a die Länge desjenigen Anteils der Stutzlamelle, der über die Einsp.annstelle hinausragt und b die Länge desjenigen Anteiles des Biegestreifens der über die Einspannstelle hinausragt. Unter Steifigkeit wird der Quotient aus der Krümmung der Stützlamelle und dem Biegemoment verstanden, wobei das Biegemoment im Nenner des Quotienten steht.

Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Stützlamelle ebenso lang, wie die Länge des Bereiches des Biegestreifens, in dem während einer Phase der betriebsmäßigen Durchbiegung eine Krümmung gleichbleibenden Vorzeichens vorliegt. Für einen einseitig fest eingespannten Biegestreifen, beispielsweise nach Figur 1, ist daher bei dieser Ausgestaltung die Länge der Stützlamelle ebenso, groß wie die Länge des Biegestreifens, wobei sich diese Längenangaben wieder auf diejenigen Anteile des Biegestreifens und der Stützlamelle beziehen, die über die Einspannstelle hinausragen. Ist der Biegestreifen, wie in der älteren Anmeldung beschrieben beidseilbig einschließlich der Keramik eingespannt und wird er so angeregt, daß sich während des Betriebs ein S-förmiger Verlauf der Krümmung des Biegestreifens ergibt, so wird entsprechend dem Erfindungsgedanken an jeder Einspannstelle eine Stützlamelle vorgesehen, deren Länge so groß ist, wie die Entfernung zwischen der Einspannstelle und dem Wendepunkt der Krümmung.

In der Figur 2 ist der Verlauf der Biegespannung in dem Keramikstreifen des Biegestreifens bei maximaler Auslenkung

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über der Länge des Biegestreifens aufgetragen. Die beiden Teile 10 und 11 einer Geraden stellen den Verlauf der Biegespannung eines ohne Stutzlamellen einseitig fest eingespannten Biegestreifens dar. In diesem Fall nimmt die Biegespannung von dem freien Ende 7 des Biegestreifens her linear zu und erreicht an der Kante 9 der Einspannung ihren größten Wert. In der Einspannung ist die Biegespannung Null, wobei der Übergang von dem maximalen Wert der Biegespannung nach Null sprunghaft ist. Durch die erfindungsgemäße jtEinspannung unter Verwendung von Stützlamellen wird erreicht, daß die Biegespannung zur Kante der Einspannung hin derart abnimmt, daß dieser Sprung praktisch entfällt. Die Biegespannung im Biegestreifen soll in dem Bereich, in dem die Stützlamelle über die Einspannung hinausragt, wenigstens nicht nennenswert über den maximalen Wert, den die Biegespannung am Ende

ansteigen,
der Stützlamelle hat_r Typische Beispiele für den Verlauf der Biegespannung bei einseitig, erfindungsgemäß eingespannten Biegestreifen sind aus der Figur 2 ersichtlich und tragen die Bezugszeichen 13 und 14.·

In den Figuren 3 und 4 sind gemäß einer Weiterbildung der Erfindung bevorzugte Formen von erfindungsgemäßen Stützlamellen dargestellt, wobei die Breite der Stützlamelle von der Kante 9 der Einspannung her abnimmt. Die Breite der in der Figur 3 dargestellten Stützlamelle nimmt von dem Ort der Einspannung her geradlinig, die Breite der Stützlamelle der Figur 4 parabelförmig ab. Gegenüber einer rechteckigen Stützlamelle (Figur 5), deren Breite von dem Ort der Einspannung bis zu dem freiliegenden Ende der Stützlamelle konstant ist, hat dies den Vorteil, daß der Übergang des Verlaufes der Biegespannung an dem Ort 8 des freien Endes der Stützlamelle keinen unerwünschten Knick oder Sprung aufweist.

Vorzugsweise werden die Spitzen bei dreieckförmigen und parabelförmigen Stützlamellen abgerundet und leicht von

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der Keramikoberfläche weggebogen, tun beim Betrieb eine Zerstörung der Elektroden bzw. der Metallisierungen der Keramikstreifen zu vermeiden.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind e.rfindungsgemäß eingespannte Stützlamellen so vorgespannt, daß sie auch in der Ruhestellung gegen die Metallisierung 3 der Keramikstreifen drücken. Es ist daher möglich über mit Anschlußdrähten versehene Stützlamellen eine elektrische Spannung an die Elektroden der Keramikstreifen (Figur 1) anzulegen« Der Übersichtlichkeit halber sind die Anschlußdrähte in der Figur 1 nicht dargestellt. Infolge der mechanischen Vorspannung wird während des Betriebes ein Abheben der Stützlamellen und eine damit verbundene Funkenbildung, die zu einer Zerstörung der Metallisierungen auf den Keramikstreifen führen würde, vermieden.

5 Figuren

7 Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

J Einspannung eines piezoelektrischen Biegestreifens aus wenigstens einem Keramikstreifen und einem Trägerstreifeh, wobei die Einspannung des Biegestreifens an wenigstens' einem Ende' zwischen Einspannteilen vorgesehen ist, insbesondere für einen piezoelektrischen Motor nach dem Hauptpatent (-anmeldung) P 2 045 108.5, unser Zeichen Nr. 70/8093 zur Erzeugung im wesentlichen gradliniger Hubbewegungen eines zu bewegenden Teiles, wobei mehrere piezoelektrisch anregbare Biegestreifen als Paket mechanisch miteinander parallel geschaltet zwischen dem feststehenden Teil des Motors und einem zu bewegenden Teil angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet , daß eine Stützlamelle (2) vorgesehen ist, die an dem eingespannten Ende des Biegestreifens zwischen dem Biegestreifen und einem Einspannteil (6) auf der Innenseite einer betriebsmäßigen Krümmung des Biegestreifens angeordnet ist und* an dem Biegestreifen anliegt, wobei die Stützlamelle bezüglich ihrer Länge so bemessen ist, daß sie entlang des Biegestreifens über die Einspannstelle hinausreicht und bezüglich ihrer Dicke so bemessen ist, daß die Biegespannung in der Keramikbelegung des BiegeStreifens außerhalb der Einspannung im Bereich der Stützlamelle konstant bis abnehmend in Richtung auf die Einspannung ist (Figur 1).
2. Einspannung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Steifigkeit der Stützlamelle so bemessen ist, daß sie sich zur Steifigkeit des Biegestreifens wie a zu b verhält, wobei a die Länge desjenigen Anteiles der Stützlamelle ist, der über die Einspannstelle hinausragt und b die Länge desjenigen Anteiles des Biegestreifen ist, der über die Einspannstelle hinausragt.

*bei Auslenkung elastisch stützend

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3. Piezoelektrischer Biegestreifen nach Anspruch 1 oder 2, ' dadurch gekennzeichnet , daß die Stütz-

■ lamelle eine von der Einspannstelle lineal*· oder parabelförmig abnehmende Breite hat (Figur 3/und 4).
4. Piezoelektrischer Biegestreifen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Stützlamelle aus elastischen Metall besteht.
5. Piezoelektrischer Biegestreifen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich n,e t , daß die Stützlamelle, mechanisch so vorgespannt ist, daß auch in der Ruhestellung des Biegestreifens ein Andruck der Stützlamelle (2) an die Elektrode (3) des Keramikstreifens erfolgt.
6. Piezoelektrischer Biegestreifen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Länge des Stützstreifens etwa 5 bis 30% der Länge des BiegeStreifens beträgt, wobei sich die Längenangaben auf diejenigen Teile des Biegestreifens und der Stützlamelle beziehen, die über die Einspannstelle hinausreichen.
7. Piezoelektrischer Biegestreifen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Länge der Stützlamelle im wesentlichen so lang ist, wie die Länge des Bereiches des Biegestreifens in dem bei betriebsmäßiger Durchbiegung eine Krümmung gleichbleibenden Vorzeichenes vorliegt.

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