DE3434729C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Biegeelement aus Piezokeramik und auf sein Herstellungsverfahren, wie es im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. Patentanspruch 4 beschrieben ist.The present invention relates to a bending element made of piezoceramic and on its manufacturing process like it is described in the preamble of claim 1 or claim 4.

Es ist seit langem bekannt, Bimorph-Biegeelemente aus Piezo­ keramik herzustellen und zu verwenden. Solche Biegeelemente be­ stehen aus einer Vielzahl dünner, aufeinanderliegender, mit­ einander fest verbundener Lamellen aus Piezokeramik. Um ein solches Biegeelement mit möglichst geringer elektrischer Span­ nung betreiben zu können, hat man solche Elemente mit Lamel­ len hergestellt, die nur 100 µm Dicke haben. Selbst bei der­ art dünnen Lamellen benötigt man jedoch für verwertbare mecha­ nische Auslenkung elektrische Spannungen in der Höhe von 100 Volt. Mit 200 Volt würde im übrigen die im Einzelfall vom Keramikmaterial abhängige Grenzfeldstärke von ca. 2 kV/mm er­ reicht sein. Einzige weitere Möglichkeit zur Vergrößerung der Auslenkung war bisher, die für die Biegung zur Verfügung stehende Länge der Lamellen zu vergrößern, was naturgemäß zu vielfach unerwünscht großen Abmessungen der Biegeelemente führt.It has been known for a long time, bimorph bending elements made of piezo manufacture and use ceramics. Such bending elements be are made up of a variety of thin, superimposed, with slats made of piezoceramic that are firmly connected. To a such a bending element with the lowest possible electrical span To be able to operate such elements with lamella len produced, which are only 100 microns thick. Even with the However, thin slats are required for usable mecha electrical deflection of 100 voltages Volt. Incidentally, with 200 volts, the would in individual cases Ceramic field dependent limit field strength of approx. 2 kV / mm er be enough. The only other way to enlarge the Up to now, deflection was the one available for the bend To increase the length of the slats, which is naturally too many leads to undesirably large dimensions of the bending elements.

Aus der gattungsbildenden US-Patentschrift 33 78 704 ist ein piezoelektrisches Biegeelement bekannt, in dem abwechselnd Schichten aus Piezo­ keramik und Elektrodenschichten aufeinander angeordnet sind. Dieses Biegeelement wird gebildet durch Sintern eines Stapels, in dem abwechselnd schichtenweise Rohkeramikmaterial und Material für die Elektrodenschichten aufeinander angeordnet ist. Da die Elektrodenschichten mit den Rohkeramikschichten ge­ sintert werden, muß für die Elektroden sinterbeständiges Material, z. B. Platin, verwendet werden. Wegen des hohen Platinpreises ist dieses Biegeelement für wirtschaftliche An­ wendungen ungeeignet.From the generic US patent 33 78 704 is a piezoelectric Bending element known in which alternating layers of piezo ceramic and electrode layers are arranged one on top of the other. This bending element is formed by sintering a stack, in the alternating layers of raw ceramic material and Material for the electrode layers is arranged one on top of the other. Since the electrode layers ge with the raw ceramic layers must be sinter-resistant for the electrodes Material, e.g. B. platinum can be used. Because of the high Platinum price is this bending element for economic applications unsuitable.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein weiteres piezo­ keramisches Biegeelement und ein Verfahren zu dessen Herstellung anzugeben, für das nur Niedervoltspannung zum Betrieb er­ forderlich ist und dennoch nur geringe Länge des Biegeelements erforderlich ist, das überdies kostengünstig herstellbar ist.The invention is based, another piezo Ceramic bending element and a method for its production specify for which only low voltage voltage for operation he is required and yet only a short length of the bending element is required, which is also inexpensive to manufacture.

Diese Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 bzw. entsprechenden Verfahrensanspruch angegebenen Merkmalen gelöst. Weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.This object is achieved with the in claim 1 or the corresponding method claim specified features. Further  Refinements and developments of the invention are based the subclaims.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, von dem jahrzehn­ telang praktizierten Aufbau des Biegeelementes aus einem Stapel aufeinanderliegender Lamellen, einem sogenannten Bi­ morph, abzugehen. Das Biegeelement der vorliegenden Erfin­ dung ist als monolithischer Körper anzusehen, denn der Bil­ dungsprozeß für die Erzeugung des Keramikcharakters erfolgt integral für das ganze Biegeelement. Bei der Erfindung wer­ den schichtenweise Rohkeramikmaterial und Material für Ab­ standsschichten bzw. Elektrodenschichten aufeinander angeord­ net; erst dann wird das Sintern vorgenommen. Das Rohkeramik­ material ist das gegebenenfalls bereits umgesetzte Ausgangs­ material der Keramik, das mit Flüssigkeit und gegebenenfalls Bindemittel zu einem Schlicker verarbeitet ist. Ausgangs­ material, Herstellung des Schlickers und der gegebenenfalls bereits durchgeführte Umsatz entsprechen üblicher bekannter Herstellung von Piezokeramik. Zum Beispiel ist das Ausgangs­ material Bariumkarbonat und Titandioxid oder Bleioxid, Zir­ konoxid und Titanoxid. Im Falle des bereits durchgeführten Umsatzes (prefired) ist aus diesen Ausgangsstoffen bereits Bariumtitanat bzw. Bleizirkonattitanat entstanden, das dann wieder gemahlen wird.The invention is based on the idea of decades telang practiced structure of the bending element from a Stack of superimposed slats, a so-called Bi morph to leave. The bending element of the present invention manure is to be regarded as a monolithic body, because the image tion process for the production of the ceramic character integral for the whole bending element. In the invention who the layered raw ceramic material and material for Ab Stand layers or electrode layers arranged one on top of the other net; only then is the sintering carried out. The raw ceramic material is the output that may have already been converted material of ceramics with liquid and possibly Binder is processed into a slip. Output material, production of the slip and, if necessary sales already carried out correspond to more commonly known ones Manufacture of piezoceramics. For example, the output material barium carbonate and titanium dioxide or lead oxide, zir conoxide and titanium oxide. In the case of the one already carried out Turnover (prefired) is already from these raw materials Barium titanate or lead zirconate titanate, which then is ground again.

Durch ein Siebdruckverfahren wird die Folge aus Rohkeramik­ schichten und Abstandsschichten in besonders vorteilhafter Weise erzeugt. Man geht dabei von einer Trägerfolie als Substrat aus, wobei diese Trägerfolie eine Keramik-Rohfolie aus vorteilhafterweise der gleichen Keramikmasse ist, die für die einzelnen aufzudruckenden Schichten verwendet wird. Diese Trägerfolie ist ein passi­ ver Teil des Biegeelementes. Die aufgebrachten Keramik­ schichten mit dazwischenliegenden Elektroden bilden da­ gegen den aktiven Teil des Biegeantriebs. Vorteilhafter­ weise wird auch das Material dieser Trägerfolie - ebenso wie die piezoelektrisch aktiven Folien des Elements - elek­ trisch polarisiert (jedoch im Betrieb elektrisch nicht an­ geregt). Dadurch ist sichergestellt, daß die thermische Ausdehnung dieser Trägerfolie einerseits und des Pakets, bestehend aus den aktiven Folien, andererseits gleich groß und kompensiert ist.The result is made from raw ceramics by a screen printing process layers and spacer layers in generated in a particularly advantageous manner. One starts from a carrier film as a substrate, this carrier film a ceramic raw film advantageously from the same Ceramic mass is that for the individual to be printed Layers is used. This carrier film is a passi ver part of the bending element. The applied ceramics layers with electrodes in between form there  against the active part of the bending drive. More advantageous The material of this carrier film is also wise - as well like the piezoelectrically active foils of the element - elec trically polarized (but not electrically on during operation excited). This ensures that the thermal Expansion of this carrier film on the one hand and the package, consisting of the active foils, on the other hand the same size and is compensated.

Weitere Erläuterungen der Erfindung werden der Einfachheit halber an einem Beispiel eines Herstellungsverfahrens eines Biegeelements der Erfindung, und zwar anhand der Figuren, gegeben.Further explanations of the invention will be made for simplicity for the sake of an example of a manufacturing process of a Bending element of the invention, based on the Figures, given.

Fig. 1 zeigt einen schematischen Aufbau. Fig. 1 shows a schematic structure.

Fig. 2, 3 und 5 zeigen Formgebungen für die Elektroden und Fig. 2, 3 and 5 show shapes for the electrodes and

Fig. 4 zeigt ein fertiges Biegeelement. Fig. 4 shows a finished bending element.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch ein bezüglich seiner Länge L abgebrochenes und bezüglich seiner Breite B unter­ brochenes Stück eines erfindungsgemäßen Biegeelementes 1. Mit 2 ist die bereits oben angegebene Trägerfolie bezeich­ net. Mit 3 sind Keramikschichten bezeichnet, die die akti­ ven Keramikfolien im fertigen Biegeelement bilden. Mit 4 sind die ebenfalls bereits obenerwähnten Elektroden bzw. Ab­ standsschichten bezeichnet, auf die insbesondere noch näher einzugehen ist. Mit 5 sind jeweilige Keramik-Randstreifen­ schichten bezeichnet, die zweckmäßigerweise, jedoch nicht un­ bedingt vorgesehen sein müssen. Wie ersichtlich, können bei den ohnehin sehr dünnen Elektrodenschichten 4 bzw. bei einer gegenüber der Dicke der Folien 3 sehr viel geringe­ ren Dicke der Abstandsschichten 4 diese Randstreifen­ schichten 5 auch weggelassen werden, womit dann in diesem zur Breite B ohnehin vergleichsweise schmalen Randbereich die einzelnen Folien 3 unmittelbar aufeinanderliegen. In diesem Falle wird bei der Herstellung mittels eines Beschich­ tungsverfahrens im Regelfall die (aufgedruckte) Schicht, aus der die jeweilige Folie 3 gebildet wird, in diesen Randbe­ reichen etwas dicker sein, so daß das Biegeelement 1 insge­ samt wieder durchwegs angenähert einheitliche Dicke D haben wird. Fig. 1 shows a cross section through a with respect to its length L with respect to its width B and Comprehensive under brochenes piece of a bending element 1 according to the invention. With 2 the carrier film already indicated above is referred to net. With 3 ceramic layers are designated, which form the active ceramic foils in the finished bending element. 4 are the electrodes or spacer layers mentioned above, which are to be discussed in more detail in particular. With 5 respective ceramic edge strips are referred to layers, which must be provided expediently, but not necessarily. As can be seen, with the already very thin electrode layers 4 or with a thickness of the spacer layers 4 which is very much smaller than the thickness of the foils 3, these edge strips 5 can also be omitted, so that in this case the edge region, which is comparatively narrow to width B, is individual Slides 3 lie directly on top of each other. In this case, the (printed) layer from which the respective film 3 is formed will be somewhat thicker in this edge region during production by means of a coating process, so that the bending element 1 overall again has an approximately uniform thickness D. becomes.

Wie bereits erwähnt, eignet sich für die Herstellung eines erfindungsgemäßen Biegeelementes 1 insbesondere das Sieb­ druckverfahren. Auf eine beispielsweise bereits vorhandene Trägerfolie 2 wird zunächst eine erste Abstands­ schicht 4 aufgedruckt, für die z. B. eine Dicke von 2 µm bis 10 µm vorzusehen ist. Für eine Abstandsschicht 4 eignet sich als Material insbesondere Graphit mit darin eingelager­ ten Abstandskörpern aus beispielsweise Aluminiumoxid, Magne­ siumoxid oder Zirkondioxid. Beim nachfolgenden Sintern brennt das Graphit aus und die dem Sinterprozeß gegenüber beständigen Oxid-Körner füllen nicht mehr vollständig, aber stützen dennoch weiterhin den ursprünglichen Raum.As already mentioned, the screen printing method is particularly suitable for producing a bending element 1 according to the invention. For example, on a carrier film 2 that is already present, a first spacer layer 4 is first printed, for which, for. B. a thickness of 2 microns to 10 microns is to be provided. For a spacer layer 4 , graphite with spacer bodies made of, for example, aluminum oxide, magnesium oxide or zirconium dioxide is particularly suitable as the material. During the subsequent sintering, the graphite burns out and the oxide grains which are resistant to the sintering process no longer fill completely, but still support the original space.

Zugleich oder nachfolgend wird - soweit vorgesehen - die er­ wähnte Randschicht 5 (mit zu Fig. 2 beschriebener Form 5,1 bzw. 5,2) µm die Abstandsschicht 4 herum aufgedruckt. Diese Randschicht 5 besteht vorzugsweise aus dem gleichen Material bzw. Schlicker, aus dem die für die Folien 3 aufzudruckenden Schichten bestehen.At the same time or subsequently is - if provided - he (. With 2 to Fig described form 5.1 or 5.2) microns, the spacer layer 4 is printed around the edge of layer 5 imagined. This edge layer 5 preferably consists of the same material or slip from which the layers to be printed for the films 3 are made.

Nachfolgend wird dann die erste Folienschicht 3 aus Rohkera­ mik aufgedruckt. Diese Rohkeramik ist ein Schlicker aus bereits umgesetztem Rohkeramikmaterial, sogenannter grüner Keramik, die noch nicht gesintert ist. Die Dicke dieser Roh­ keramikschicht wird so gewählt, daß die später fertig gesin­ terte Keramikfolie eine Dicke d von z. B. 15 bis 50 µm, ins­ besondere zn etwa 30 µm, hat.The first film layer 3 made of raw ceramic is then printed on. This raw ceramic is a slip made from already implemented raw ceramic material, so-called green ceramic, which has not yet been sintered. The thickness of this raw ceramic layer is chosen so that the later finished ceramic foil has a thickness d of z. B. 15 to 50 microns, in particular zn about 30 microns.

Es wird dann die folgende Abstandsschicht 4 aufgedruckt, für die die gleiche Dicke wie für die schon ausgeführte Abstandsschicht vorgesehen ist.The following spacer layer 4 is then printed on, for which the same thickness is provided as for the spacer layer already carried out.

Das abwechselnde Aufbringen einer jeweils weiteren Abstandsschicht 4, ggf. mit Randschicht 5, und einer jeweils weiteren Schicht für eine Folie 3 wird solange fortgesetzt, bis schließlich die gewünschte Vielzahl von über­ einanderliegenden, als piezoelektrische aktive Schicht die­ nenden Folien 3 erreicht ist.The alternate application of a respective further spacer layer 4 , possibly with an edge layer 5 , and a respective further layer for a film 3 is continued until the desired number of films 3 lying one above the other as the piezoelectric active layer is finally reached.

Ist für die Schichten 4 ein beim Sintern herausbrennendes Material vorgesehen, d. h. sind Abstandsschichten 4 (mit noch darin enthaltenen Abstandskörnern) vorgesehen, werden diese z. B. im Vakuum mit Metall, z. B. mit Blei, ausgefüllt. Dieses Metall bildet dann das Elektrodenmaterial zwischen den piezo­ elektrisch aktiven Folienschichten 3 des ganzen erfindungs­ gemäßen Biegeelementes.Is for the layers 4, a burning out during the sintering material is provided, ie spacer layers 4 are provided (with still contained therein distance grains), these are such. B. in a vacuum with metal, e.g. B. filled with lead. This metal then forms the electrode material between the piezo-electrically active film layers 3 of the entire bending element according to the invention.

Die Fig. 2 und 3 zeigen - vergleichsweise zur Fig. 1 in Auf­ sicht - Abstandsschichten 4, und zwar Fig. 2 eine solche für eine jeweilige Elektrode der einen Polarität und Fig. 3 eine solche für eine jeweilige Elektrode der ande­ ren Polarität des mit elektrischer Spannung zu speisenden fertigen Biegeelements. Mit 5,1 ist eine Form und mit 5,2 ist die andere Form der Keramikrandschichten angegeben. Im Stapel des fertigen Biegeelementes sind diese beiden verschie­ denen Formgebungen 5,1 und 5,2 abwechselnd aufeinanderfolgend angeordnet, so daß die mit 8 und mit 9 bezeichneten Öffnun­ gen am fertigen Element (siehe die noch näher zu beschrei­ bende Fig. 4) nebeneinander bzw. zueinander versetzt angeord­ net sind. Die durch die Abstandsschichten 4 gebildeten Hohl­ räume werden nach den Verbrennen des beispielsweise verwende­ ten Graphits durch die Öffnungen 8 und 9 hindurch im Vakuum­ verfahren mit niedrigschmelzendem Metall - wie z. B. Blei, Zinn oder leitfähigem Kunststoff - für die Elektroden 41 und 42 angefüllt. Mit 141 und 142 sind die später als Anschlüsse verwendeten, herausragenden Fortsätze bezeichnet. Figs 2 and 3 -. Comparatively to Figure 1 in supervisory -.. Spacers 4, and specifically, FIG 2 shows such the one polarity and Figure 3 shows such the walls ren polarity for a respective electrode of a respective electrode of the MIT. finished bending element to be supplied with electrical voltage. 5.1 is one shape and 5.2 is the other shape of the ceramic edge layers. In the stack of the finished bending element, these two different shapes 5.1 and 5.2 are arranged alternately in succession, so that the openings designated 8 and 9 on the finished element (see the still to be described in FIG. 4) next to each other or are arranged offset to one another. The cavities formed by the spacer layers 4 are moved after the burning of the graphite, for example, th through the openings 8 and 9 in a vacuum with low-melting metal - such as. B. lead, tin or conductive plastic - filled for the electrodes 41 and 42 . 141 and 142 denote the protruding projections later used as connections.

Fig. 4 zeigt ein fertiges erfindungsgemäßes Biegeelement. Die Bezugszeichen haben die Bedeutung der oben erörterten Einzel­ heiten. Mit 241 und 242 sind die Anschlußkontakte des Bie­ geelementes bezeichnet. Es sind dies Metallbeschichtungen auf den Stirnflächen der Fortsätze 141 bzw. 142 in den Öff­ nungen 8 bzw. 9. Diese durch die Bereiche der Keramikrand­ schichten 5,1 und 5,2 hindurchragenden Fortsätze bzw. die Unterbrechungen 8 und 9 in diesen Bereichen sind auch dann vorzusehen, wenn solche Keramikrandschichten weggelassen wer­ den. Auch in diesem Falle ist die Elektroden- bzw. Abstands­ schicht im Sinne der Darstellungen der Fig. 2 und 3 an jeweils einer Stelle bis zur Außenoberfläche des Biegeelementes 1 herauszuführen. Fig. 4 shows a finished bending element according to the invention. The reference numerals have the meaning of the details discussed above. With 241 and 242 , the connecting contacts of the Bie geelementes are designated. These are metal coatings on the end faces of the extensions 141 and 142 in the openings 8 and 9, respectively. These through the areas of the ceramic edge layers 5.1 and 5.2 protruding projections or the interruptions 8 and 9 in these areas are also to be provided if such ceramic edge layers are omitted who the. In this case too, the electrode or spacer layer is to be led out at one point to the outer surface of the bending element 1 in the sense of the representations of FIGS. 2 and 3.

Nach dem Aufdrucken der einzelnen Schichten 3, 4 und gegebe­ nenfalls 5 wird der entstandene Stapel gepreßt und gesintert. After printing on the individual layers 3, 4 and 5 where appropriate, the resulting stack is pressed and sintered.

Soweit sie noch fehlen, werden dann erforderliche Außen­ elektroden auf dem gesinterten Biegeelement 1 angebracht.As far as they are still missing, the required external electrodes are then attached to the sintered bending element 1 .

An sich ist das Material der Keramikrandschichten 5 mecha­ nischer Ballast für das Biegeelement 1. Für Hochleistungs­ elemente empfiehlt es sich daher, einen Anteil des Materials dieser Bereiche 5 nach dem Sintern und dem Vorhandensein des Elektrodenmaterials in den Abstandsschichten 4 zu entfernen.As such, the material of the ceramic edge layers 5 is mechanical ballast for the bending element 1 . For high-performance elements, it is therefore advisable to remove a portion of the material of these areas 5 after the sintering and the presence of the electrode material in the spacer layers 4 .

Für die Durchführung der für Piezokeramik erforderlichen elektrischen Polarisation des gesinterten Keramikmaterials wird so vorgegangen, daß an die beiden nach außen geführten Anschlüsse 141 und 142 elektrische Polarisationsspannung an­ gelegt wird, mit der dieser Elektrodenanordnung entspre­ chend aufeinanderfolgende Folien 3 einander entgegengesetzt gerichtet polarisiert werden. Insbesondere wenn die ur­ sprünglich vorhandenen Randbereiche 5 entfernt worden sind, wird dieses Polarisieren vorzugsweise in einem elektrisch isolierendem Medium, wie z. B. in Schwefelhexafluorid-Atmo­ sphäre durchgeführt. Besonders vorteilhaft kann sein, vor Durchführung dieses Polarisationsverfahrens zunächst den ganzen Körper mit den darin übereinanderliegend befindlichen Folien 3 bzw. Schichten 4 in nur einer Richtung (Dickenrich­ tung D) zu polarisieren, und zwar bevor die Verbindungen der Elektroden 41 einerseits und 42 andererseits durch das Auf­ bringen der Anschlüsse 241 bzw. 242 erfolgt ist. Auch diese Polarisation wird vorzugsweise in elektrischem Isoliermedium durchgeführt. Der Vorzug eines solchen vorgeschalteten Schrit­ tes ist, daß zunächst ohne größere Gefahr von Überschlägen eine jeweilige Polarisationsausrichtung des Keramikmaterials des Elementes durchgeführt wird. Dabei kann auch das Kera­ mikmaterial der Keramikrandschichten 5 mit eingeschlossen werden. Diese integrale Polarisation aller Keramikanteile bewirkt, daß mechanische Verspannungen innerhalb der polari­ sierten Keramik auf einem Minimum gehalten sind. Das nach­ folgend durchzuführende Polarisationsverfahren durch Anlegen elektrischer Spannung zwischen den Anschlüssen 241 und 242 führt zum Umpolen der Polarisation der jeweils zweiten Folie 3. Es sei darauf hingewiesen, daß für das jeweilige Umpolen der Polarisation im Material einer der Keramikfolien 3 gerin­ gere Polarisationsspannung bzw. Polarisationsfeldstärke erfor­ derlich ist als für eine erstmalige Polarisation. Die Umpo­ larisierung erzeugt im übrigen auch keine zusätzliche mecha­ nische Verspannung des Keramikmaterials.For the implementation of the electrical polarization of the sintered ceramic material required for piezoceramic, the procedure is such that electrical polarization voltage is applied to the two leads 141 and 142 which are led to the outside, with which successive foils 3 are polarized in opposite directions accordingly with this electrode arrangement. In particular, if the originally existing edge regions 5 have been removed, this polarization is preferably carried out in an electrically insulating medium, such as, for. B. performed in sulfur hexafluoride atmosphere. Before carrying out this polarization process, it can be particularly advantageous to first polarize the entire body with the foils 3 or layers 4 lying one above the other in only one direction (thickness direction D), before the connections of the electrodes 41 on the one hand and 42 on the other hand by the The connections 241 and 242 are connected. This polarization is also preferably carried out in an electrical insulating medium. The advantage of such an upstream step is that a respective polarization alignment of the ceramic material of the element is first carried out without a major risk of rollovers. The ceramic material of the ceramic edge layers 5 can also be included. This integral polarization of all ceramic parts causes mechanical stresses within the polarized ceramic to be kept to a minimum. The polarization method to be carried out according to the following by applying electrical voltage between the connections 241 and 242 leads to the polarity reversal of the polarization of the respective second film 3 . It should be noted that for the respective polarity reversal of the polarization in the material of one of the ceramic foils 3, a lower polarization voltage or polarization field strength is required than for a first-time polarization. The Umpo larization also generates no additional mechanical tensioning of the ceramic material.

Es ist sinnvoll, die Trägerfolie aus den obengenannten Grün­ den mitzupolarisieren, obwohl sie im späteren Betrieb piezo­ elektrisch nicht angeregt wird. Die Polarisation des Mate­ rials der Trägerfolie dient ebenfalls der Verringerung mecha­ nischer Verspannungen und der Verhinderung von störenden Tem­ peratur-Ausdehnungseffekten im keramischen Material des Bie­ geelementes 1.It makes sense to polarize the carrier film from the above-mentioned green, even though it will not be piezoelectrically excited in later operation. The polarization of the mate rials of the carrier film also serves to reduce mechanical stresses and to prevent disturbing temperature expansion effects in the ceramic material of the bending element 1 .

Fig. 5 zeigt eine Variante der Form der im endgültigen er­ findungsgemäßen Biegeelement vorgesehenen Elektroden. Die Fig. 5 zeigt vergleichsweise zur Fig. 2 eine Abstandsschicht 54 mit einer Keramikrandschicht 55, die Stege 155 und 255 besitzt. Der innerhalb der Keramikrandschicht 55 und den Stegen 155 und 255 freie Raum 54 ist durch Verwendung her­ ausbrennenden Materials, wie z. B. Graphit, und gegebenenfalls zusätzlicher Verwendung von Abstandskörnern hergestellt bzw. erzeugt. Dieser Innenraum ist im fertigen erfindungsgemäßen Biegeelement mit Elektrodenmetall ausgefüllt. Die spiegel­ symmetrische Form erhält die der Fig. 3 entsprechende Gegen­ elektrode des Biegeelementes dieser Variante. Alle übrigen zu den Fig. 1 bis 4 angegebenen Einzelheiten gelten sinngemäß für eine Variante mit Elektrodenform nach Fig. 5. Die Stege 155 und 255 bewirken, daß entsprechend schmale, zur Längen­ abmessung L quer verlaufende Zonen in den einzelnen Kera­ mikfolien 3 vorhanden sind, in denen keine elektrische An­ regung des Keramikmaterials dieser Folien im Betriebsfall eintritt. Mit dieser für Bimorph-Biegeelemente an sich schon bekanntgewordenden Maßnahme läßt sich die Querdeformation des erfindungsgemäßen Biegeelementes verringern, womit eine Ver­ größerung der nutzbringenden Auslenkung zu erreichen ist. Fig. 5 shows a variant of the shape of the electrodes provided in the final he inventive bending element. FIG. 5 shows comparatively to Fig. 2, a spacer layer 54 having a ceramic surface layer 55, the webs 155 and has 255th The free space 54 within the ceramic edge layer 55 and the webs 155 and 255 is by using forth burning material such as. B. graphite, and optionally additional use of spacer grains produced or generated. This interior space is filled with electrode metal in the finished bending element according to the invention. The mirror-symmetrical shape receives the counter electrode corresponding to FIG. 3 of the bending element of this variant. All other details given for FIGS. 1 to 4 apply mutatis mutandis to a variant with an electrode shape according to FIG. 5. The webs 155 and 255 have the effect that correspondingly narrow zones transverse to the length L are present in the individual ceramic films 3 , in which there is no electrical excitation of the ceramic material of these foils during operation. With this measure, which has become known per se for bimorph bending elements, the transverse deformation of the bending element according to the invention can be reduced, with the result that an increase in the useful deflection can be achieved.

Es sei noch auf den Vorteil eines erfindungsgemäßen Biege­ elementes hingewiesen, der darin besteht, daß bei erfin­ dungsgemäßem Aufbau die die piezoelektrische Biegung bewir­ kenden, piezoelektrisch anzuregenden Folien 3 mit sich er­ gebender hoher elektrischer Feldstärke angeregt werden kön­ nen, die gleichsinnig der piezoelektrischen Polarisation des Keramikmaterials gerichtet ist und dementsprechend keine Depolarisation durch die Betriebsspannung bewirkt werden kann.It should also be pointed out the advantage of a bending element according to the invention, which consists in the fact that, with the structure according to the invention, which causes the piezoelectric bend, piezoelectrically excitable foils 3 with the resulting high electric field strength, which can be excited in the same direction as the piezoelectric polarization of the Ceramic material is directed and accordingly no depolarization can be caused by the operating voltage.

Das Vorhandensein der Körner in den Abstandsschichten hat für das damit versehene Biegeelement besondere Bedeutung. Sie bewirken eine Stützfunktion zwischen den Folien 3. Die Oxidkörner sintern an die Keramik an und bilden auch gegen Biegungskräfte beständige Stützen. Es ist vorteilhaft, wenn z. B. 10-30% des Volumens der Abstandsschichten 4 von solchen Oxidkörner-Stützen eingenommen werden.The presence of the grains in the spacer layers is of particular importance for the bending element provided with them. They provide a support function between the foils 3 . The oxide grains sinter against the ceramic and also form supports that are resistant to bending forces. It is advantageous if, for. B. 10-30% of the volume of the spacer layers 4 of such oxide grain supports.

Claims (8)

1. Biegeelement (1) mit einem piezoelektrisch nicht anzuregenden Träger (2) und mit piezokeramischem Keramikmaterial (3), das bei elektrischer Anregung Längenänderungen ausführt, so daß auf­ grund des Aufbaues unsymmetrische Biegungen (b) desselben auf­ treten,

• - mit auf dem Träger (2) in Schichten übereinander angeordneten aktiven Zonen (3), die jeweilige Anteile eines gesinterten Keramik-Monolithkörpers (1) sind, der auch den Träger (2) ent­ hält,
• - wobei zwischen diesen Zonen (3) schichtförmig sich er­ streckende Elektroden (4) mit Anschlüssen (141, 142, 241, 242) angeordnet sind,

1. bending element ( 1 ) with a piezoelectrically non-excitable carrier ( 2 ) and with piezoceramic ceramic material ( 3 ) which changes length when subjected to electrical excitation, so that due to the structure asymmetrical bends (b) of the same occur,

• with active zones ( 3 ) arranged in layers one above the other on the carrier ( 2 ), which are respective portions of a sintered ceramic monolith body ( 1 ) which also holds the carrier ( 2 ) ent,
• - wherein between these zones ( 3 ) he stretches electrodes ( 4 ) with connections ( 141, 142, 241, 242 ) are arranged,

dadurch gekennzeichnet,characterized,

• - daß die Elektroden (4) aus Hohlräume im Biegeelement (1) aus­ füllendem niedrigschmelzendem Metall oder leitfähigem Kunst­ stoff bestehen und- That the electrodes ( 4 ) consist of voids in the bending element ( 1 ) made of filling low-melting metal or conductive plastic and
• - daß sich innerhalb dieser Hohlräume innerhalb dieses Metalles verteilt Körner aus sinterbeständigem Oxidmaterial befinden.- That within these cavities within this metal distributed grains of sinter-resistant oxide material.

2. Biegeelement nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß in der Ebene der Elektroden (4) zwischen den benachbarten Zonen (3) Randstreifenschichten (5) eingesintert vorhanden sind, die am Rand der Elektroden angeordnet sind.2. Bending element according to claim 1, characterized in that in the plane of the electrodes ( 4 ) between the adjacent zones ( 3 ) edge strip layers ( 5 ) are present sintered, which are arranged on the edge of the electrodes. 3. Biegeelement nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß im Bereich der Elektroden (4) quergerichtete Stege (155, 255) vorgesehen sind, die aus keramischem Material bestehen (Fig. 5).3. Bending element according to claim 1 or 2, characterized in that transverse webs ( 155, 255 ) are provided in the region of the electrodes ( 4 ), which consist of ceramic material ( Fig. 5). 4. Verfahren zur Herstellung eines Biegeelements aus Piezokeramik, gekennzeichnet dadurch, daß

• - zunächst auf einem Träger (2) abwechselnd aufeinanderfol­ gend Abstandsschichten (4) und Schichten aus Keramikschlicker für Keramikzonen (3) nach Art eines Stapels aufgebracht werden,
• - daß für die zwischen den Zonen im Stapel vorzusehenden Ab­ standsschichten (4) ein Material verwendet wird, das aus sinterbeständigen Körnern, deren Korngröße-Klassierung der vorgesehenen Schichtdicke der Abstandsschichten (4) ange­ messen ausgewählt ist, und aus einem solchen Füllmaterial be­ steht, das im Verlauf der Durchführung der Sinterung ver­ brennt,
• - daß dieser Stapel gesintert wird,
• - daß nach Durchführung des Sinterprozesses nach Ausbrennen des Füllstoffes die durch den Füllstoff in den Abstandsschichten (4) entstandenen Hohlräume mit niedrigschmelzendem Metall oder leitendem Kunststoff als Elektroden gefüllt werden, und
• - daß die Elektroden (4, 41, 42) mit elektrischen Anschlüssen versehen und das Material der Zonen (3) des Stapels polari­ siert wird.

4. A method for producing a bending element made of piezoceramic, characterized in that

• - First, spacer layers ( 4 ) and layers of ceramic slip for ceramic zones ( 3 ) are applied alternately in succession on a carrier ( 2 ) in the manner of a stack,
• - That for the layers to be provided between the zones in the stack ( 4 ) a material is used which is selected from sinter-resistant grains, whose grain size classification of the intended layer thickness of the spacer layers ( 4 ) is selected, and consists of such filler material, that burns during the sintering process,
• - that this stack is sintered,
• - That after performing the sintering process after burning out the filler, the cavities created by the filler in the spacer layers ( 4 ) are filled with low-melting metal or conductive plastic as electrodes, and
• - That the electrodes ( 4, 41, 42 ) are provided with electrical connections and the material of the zones ( 3 ) of the stack is polarized.

5. Verfahren nach Anspruch 4, gekennzeichnet dadurch, daß die Abstandsschichten (4) umgebend Randschichten (5) aus dem für die Zone (3) verwendeten Keramikschlicker verwendet werden und das Material dieser Randschichten (5) im Sinter­ prozeß mit gesintert wird.5. The method according to claim 4, characterized in that the spacer layers ( 4 ) surrounding edge layers ( 5 ) from the ceramic slip used for the zone ( 3 ) are used and the material of these edge layers ( 5 ) is sintered in the sintering process. 6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet dadurch, aß das Aufbringen der Abstandsschichten (4), des Keramik­ schlickers der Zone (3) und der gegebenenfalls vorgesehenen Randschichten (5) im Siebdruckverfahren durchgeführt wird.6. The method according to claim 4 or 5, characterized in that the application of the spacer layers ( 4 ), the ceramic slip of the zone ( 3 ) and the optionally provided edge layers ( 5 ) is carried out in the screen printing process. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, gekennzeichnet dadurch, daß die Polarisation des Materials der Zonen (3) in der Weise durchgeführt wird, daß zunächst alle Zonen (3) in einheitlicher Richtung polarisiert werden und nachfolgend eine jede zweite Schicht des Stapels in entgegengesetzte Richtung umpolarisiert wird.7. The method according to any one of claims 4 to 6, characterized in that the polarization of the material of the zones ( 3 ) is carried out in such a way that first all zones ( 3 ) are polarized in a uniform direction and then every other layer of the stack is polarized in the opposite direction.