压电执行元件制造技术

一种压电执行元件（１），与现有技术相比，在该执行元件中出现开裂的倾向明显减小，弥补裂缝的可能性被改善。根据本发明专利技术的压电执行元件，具有多个由压电材料制成的盘（２）、一个带有两个接头（１２ａ，１２ｂ）的控制电压源（１１）、每组至少有两个外电极的两个外电极组（３，５；４，６）和多个内电极（７，８，９，１０），这些盘（２）的极化方向垂直于盘面并且在其极化方向而彼此堆叠起来，这些内电极分别安置在压电盘（２）之间，在此，第一组外电极（３，５）与控制电压源（１１）的第一接头（１２ａ）电连接，第二组外电极（４，６）与控制电压源（１１）的第二接头（１２ｂ）电连接，而内电极（７，８，９，１０）如此交替地与外电极（３，４，５，６）接通，使得一个内电极（７，９）总是与控制电压源（１１）的第一接头（１２ａ）电连接，而在堆垛方向相随它们的内电极（８，１０）总是与控制电压源（１１）的另外的接头（１２ｂ）电连接，这里，内电极（７－１０）以循环顺序与外电极（３－６）接通。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
技术水平本专利技术涉及例如从DE 37 13 697 A1公知类型的一种压电执行元件。如在图3以略图方式所示的那样，压电执行元件通常由多个以堆垛方式彼此堆叠起来的由压电材料制成的盘2、即所谓的压电元件组成，在此，选定压电盘的共同极化方向为堆垛方向。在该堆垛或者压电堆(Piezostacks)的两个侧面分别安装一个外电极3，4，这两个外电极3，4可与一个控制电压源11的接头12a，12b电连接。在压电盘2之间分别安置一个压电执行元件1的内电极7，9。在此，内电极7，9交替地分别仅与外电极3，4中的一个电接通，从而相邻的、彼此堆叠配置的内电极7和9分别与控制电压源11的不同接头12a，12b电连接。在一个压电执行元件的这种配置中，每个压电元件2都在两个表盘面与一个电极7，9连接，这些电极7，9可通过外电极3，4而被一个电压加载。在进行电压加载时，以堆垛方式彼此堆叠起来的盘形的压电元件2中的每一个都在形成于电极7，9之间的电场的方向伸长，该方向与压电盘2的极化方向一致。通过大量的堆垛起来的压电元件2，就可在一个相对小的控制压力下得到总的结构配置的一个相对大的行程。上述的压电执行元件可以有很多应用，例如，用于操作一个内燃机喷油阀的一个阀关闭体，操作液压阀，驱动微型泵，操作继电器，以及类似物。由现有技术，已公知各种不同的应用可能性。例如，从EP 0 361 480 B1公知一个内燃机的喷油嘴，其中，使阀针处于行程运动以打开和关闭喷油嘴。在此，这个行程运动的驱动元件是由一些堆叠起来的可由压电激励的并配置上平面电极的盘所组成。由DE 35 33 085 A1公知其它的用于例如诸如直接喷射的柴油发动机之类的内燃机燃料喷射系统的喷油阀，该喷油阀同样具有一个压电执行机构，以通过阀针的行程运动或移动来打开和关闭阀。这里，该压电执行机构也是由一些盘形压电元件组成，并且可通过一个可施加的电压在一个短时间间隔内在其轴向方向伸长或缩短。此外，在DE 38 00 203 C2中公开了一个喷油阀，该喷油阀具有一个压电陶瓷执行机构，该压电陶瓷执行机构带有彼此层叠的压电陶瓷板和将电压传到每个压电陶瓷板的电压传输件。在这个喷射阀中所使用的压电执行元件的特别特征是，带有相反极性的成对压电陶瓷板的层叠，以便由此来增大压电陶瓷阀的调节行程。作为压电执行元件的进一步的应用可能性，由EP 0 477 400 A1公知一个压电执行元件的一个换向变压器(Wegtransformator)的结构配置，该结构配置能增大压电执行元件的行程。在上述的作为例子而引用的、公开了开头所述类型压电执行元件应用可能性的文献中，虽然没有单个地描述所使用的压电执行元件的结构和工作方式，但是它们基本上都对应于在上面借助于图3所述的执行元件。在常见的压电执行元件中，由于堆垛配置的压电元件2及内电极7、9和两个外电极3、4的连接，以压电方式产生的伸长主要只在内电极7和9彼此相对的中间区域发生。在内电极7和9彼此不直接相对的边缘区域13，形成一个具有改变的电场强度从而也具有拉应力的区域。由于这些拉应力，在这样的执行元件中经常会形成开裂。在下面将借助于图4A和图4B对这种开裂的形成进一步加以讨论。这里，图4A示出在中性状态即没有加上控制电压状态下的执行元件1，图4B示出在运行状态下即在带有施加的控制电压及由此而产生的压电元件2伸长状态下的执行元件1。图4A和图4B示出图3中常见的压电执行元件的局部放大IV。在由压电元件2组成的堆垛与内电极7，9和外电极3，4之间的边界区域中，可以区分出两个区域13，14。在一个区域13中，内电极7没有贯穿直到外电极4而触点接通，而通常对于压电元件2所使用的陶瓷在该区域13中被深入烧结。在另一个区域14中，内电极9贯穿直到外电极4而触接通，但与另一个外电极3却没有接通。在第二区域14中即在压电元件2和内电极9之间的附着强度为在区域13中在压电材料内部的附着强度的1/3到1/5。如同在图4B明显可见的那样，在加上一个控制电压时，在执行元件1的中部的伸长大于在靠近外电极的边界区域的伸长。通过由此而产生的在执行元件1的区域13，14中的大的拉应力，经常在区域14中的内电极9和压电元件2之间的边界上产生开裂15。在执行元件1进一步运行时，这个开裂15会延伸到外电极4，由此内电极9的接通至少部分地大大恶化甚至中断，从而缩小了执行元件1的总伸长。本专利技术的优点具有权利要求1特征的压电执行元件的优点是，执行元件具有两个外电极组，每组又至少具有两个外电极，通过这样的结构，就将发生内电极到外电极的贯穿接通的区域分配到执行元件的多个侧面上，从而这些区域能够在堆垛方向上彼此进一步间隔，同时在每个内电极中能充分烧结3个边缘区域。通过这些措施，可以减小在执行元件中的拉应力，从而一般地减小形成开裂的倾向，并特别地在边缘区域使该倾向明显减小，本专利技术的另一个优点在于，通过采用总计4个外电极可明显改善执行元件的热量排出。内电极和不同的外电极之间的接通的周期性顺序是特别有利的。这样，贯穿接通区域被均匀地同时也以尽可能大的距离地分配到全部执行元件上，由此，一旦形成开裂，弥补在外电极上开裂的可能性就明显变得容易。根据本专利技术的一个进一步的构造，为了一个这样的开裂弥补而在外电极的外侧面上安装上波纹形电极，该波纹形电极的波长是两个彼此相随的内电极间距的4倍。在通常的压电执行元件中，即便采用了波纹形电极，其波长也只是这里的一半，而且有波纹形电极与外电极发生平面焊接(flaechige Verloetung)的危险。通过在从属权利要求中所述的措施，可以对于在权利要求1中给出的压电执行元件进行有利的进一步构造和改进。附图在附图中以简化的方式示出本专利技术的一个实施例，并在下面的说明中对其做深入的讨论。附图示出附图说明图1示出沿着图2A中I-I线的一个压电执行元件实施例的剖视图。图2A至图2D图1所示的压电执行元件在内电极的不同平面上沿图1中剖面II-I或平行于该剖面的剖视图。图3根据现有技术的一个压电执行元件的剖视图。图4A至图4B图3中压电执行元件的局部放大视图，以便清楚示出在通常的压电执行元件中开裂的形成。实施例的说明在图1和图2中举例示出根据本专利技术压电执行元件的一个优选实施例。其中，图1示出沿着图2A中I-I线的压电执行元件1的剖视图，图2A到图2D示出内极7，8，9和10的配置沿图1中II-II剖面以及平行于图1中II-II剖面的剖视图。与通常的压电执行元件一样，压电执行元件1由多个由压电材料制成的盘2组成，这些盘的极化方向基本上垂直于盘面分布，并且这些盘在它们的共同的极化方向上被堆垛起来，以便形成一个所谓的压电堆(piezostapel)。作为压电元件2的材料，可以使用例如石英、电气石、钛酸钡(BaTiO3)或者如主要是锆酸铅-钛酸铅或PZT(PbZrO3-PbTiO3)之类的特别的压电陶瓷，但是，有机盐如NaK-酒石酸盐或大量的另外公知的压电材料也是合适的。在单个压电盘2之间分别安置一个内电极7，8，9和10。在压电堆的侧面16，17，18和19上，分别在压电堆的全部高度上安装一个外电极3，4，5和6，这些外电极可以例如以一个安置在侧面上的钎焊层的形式构成。如同在图2A到图2D对于在堆垛本文档来自技高网...

【技术保护点】
压电执行元件（１），具有，多个由压电材料制成的盘（２），这些盘的极化方向垂直于盘面，并且这些盘以其极化方向作为堆垛方向而彼此堆叠起来；一个带有两个接头（１２ａ，１２ｂ）的控制电压源（１１）；每组至少有两个外电极的两个外电极组（３，５；４，６），其中，第一组外电极（３，５）与控制电压源（１１）的第一接头（１２ａ）电连接，第二组外电极（４，６）与控制电压源（１１）的第二接头（１２ｂ）电连接，并且外电极（３，４，５，６）分别被安装在压电盘（２）堆的不同的侧面（１６，１７，１８，１９）上；多个内电极（７，８，９，１０），它们分别配置在压电盘（２）之间，并且如此交替地与外电极（３，４，５，６）接通，使得一个内电极（７，９）总与控制电压源（１１）的第一接头（１２ａ）电连接，而在堆垛方向相随它们后面的内电极（８，１０）总与控制电压源（１１）的第二接头（１２ｂ）电连接，这里，内电极（７－１０）以循环的顺序方式与外电极（３－６）接通。

【技术特征摘要】
DE 1998-1-22 19802302.21.压电执行元件(1)，具有，多个由压电材料制成的盘(2)，这些盘的极化方向垂直于盘面，并且这些盘以其极化方向作为堆垛方向而彼此堆叠起来；一个带有两个接头(12a，12b)的控制电压源(11)；每组至少有两个外电极的两个外电极组(3，5；4，6)，其中，第一组外电极(3，5)与控制电压源(11)的第一接头(12a)电连接，第二组外电极(4，6)与控制电压源(11)的第二接头(12b)电连接，并且外电极(3，4，5，6)分别被安装在压电盘(2)堆的不同的侧面(16，17，18，19)上；多个内电极(7，8，9，10)，它们分别配置在压电盘(2)之间，并且如此交替地与外电极(3，4，5，6)接通，使得一个内电极(7，9)总与控制电压源(11)的第一接头(12a)电连接，而在堆垛方向相随它们后面的内电极...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁道夫海因茨，克劳斯彼得施莫尔，弗里德里希伯金，
申请(专利权)人：罗伯特博施有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[]