弯曲换能器制造技术

弯曲换能器（2）具有层构造（10），该层构造包括由压电材料具体而言是压电陶瓷（6）构成的压电有源元件（4）和在其上装配的电极层（8）。为允许压电换能器（2）的高弯曲负载并降低破裂的风险，提供了保护层（14A，14B）在外侧优选在两个侧面上被应用到层构造（10），该保护层具体而言在预应力下被应用到层构造（10）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及具有层构造的弯曲换能器，包括由压电材料和在其上应用的电极层构成的压电有源元件。
技术介绍
压电弯曲换能器通常利用压电效应以便将压电材料的机械变形转换成电信号，并反之亦然。弯曲换能器因此被用于传感器系统例如压力 传感器的领域，以及致动器系统例如致动元件的领域。弯曲换能器用作发电机以便生成电能是例如从DE 102008007774A1额外已知的。使用压电陶瓷的能量生成(也称为能量收集)的领域被用于例如发射机的电源，该发射机用于将测量信号(例如来自安排在轮胎中的轮胎压力传感器的压力信号)无线地传输到设置在轮胎外的接收机。为利用压电效应，压电材料的电接触是必需的。这经被应用在压电材料上的两个侧面上的“电极层”而发生。电极层通常是连续层，但也可以具有结构化。从这样的层构造形成的压电有源元件经常被应用在机械载体上。如果仅有一个压电有源元件，即具有在其上应用的电极层的压电材料被应用在这样的机械载体的一个侧面上，结果是所谓的单晶弯曲换能器。如果这样的压电有源元件被应用在机械载体的两个侧面上，则结果被称为三晶弯曲换能器。双晶弯曲换能器是指在没有机械载体的情况下两个压电有源元件联结在一起。两个联结对压电有源元件在这里共享共用电极层。在多晶构造中，典型地多于两个压电有源元件在层中被联结。典型使用的压电材料是压电陶瓷，具体而言是所谓的PZT陶瓷(铅-锆酸盐-钛)。原则上，希望弯曲换能器的机械弯曲或变形尽可能高，以便生成尽可能大的电信号，具体而言是在用于产生能量时。这受到压电材料非常易碎的材料特征的抵抗。总体而言，为避免损坏，例如压电材料的破坏，压电陶瓷可以被加载至多约1%。的应变和至多约1%的压力。这意味着应变(伸展)的相对延伸AL/L可以是至多O. 001，并且压力负载(压缩)是至多O. 01。超过这个数值的负载可以导致压电陶瓷毁坏。这里应考虑压电材料(压电陶瓷)的层极薄，并且例如具有范围从仅50到400 μ m的层厚度。压电陶瓷层因此是极薄且易碎的膜。为了生产期间的更简单处理，DE 3310589A1提供了为在电极层被应用之前浸透有合成树脂的压电陶瓷，并且提供了该合成树脂随后被固化成热固塑料。
技术实现思路
本专利技术基于指定带有改进的负载能力的弯曲换能器的目标。根据本专利技术，该目标由具有层构造的弯曲换能器实现，包括由压电材料和在其上应用的电极层构成的压电有源元件，其中层构造在外侧上具有保护层。保护层以合适方式被应用在层构造上，或如果适合则应用在压电材料上，具体而言是以层压的方式与粘合层一起应用。保护层具体而言是电气不运作的，即优选不导电，但自身可以是导体轨或导电层的载体层。在外侧上意味着在此情况下通常由电极层形成的层构造的最上或最下层(外部平面)。研究显示，具有这种类型的弹性保护层的弯曲换能器对于应变负载和压力负载都具有比没有弹性保护层的实施方案变体高10倍的负载能力。总之，弯曲换能器因此以层压的方式被形成，由层构造和应用在层构造外侧上的弹性保护层构成。根据一种优选的配置，保护层在预应力下被应用到层构造上，即应用到层构造的最外层上。保护层和层构造之前的连接因此不是无应力的。相对，保护层在与层构造的连接平面中施加预应力，优选施加压力负载。在(弯曲)负载下的层构造的早期故障或破坏因此被仿佛从外侧施加的所述预应力有效抵消。预应力在这里具体而言没有优选方向。然而，其可以在一个方向上优选在弯曲换能器的纵向方向上被故意取向，从而使得预应力在与弯曲期间发生的压应力相同的方向上被取向。预应力在保护层被应用到层构造上的时候被产生。根据保护层的类型，各种可能 性为此开放。在弹性保护层的情况下，预应力被实现，例如通过预伸展保护层，该保护层以预伸展状态被应用从而使得弹性恢复力施加预应力。替代地，使用可固化物质来应用保护层，例如以所谓的预浸料的形式或作为清漆被应用。优选地，用于物质应用的物质和/或工艺参数被选择，从而使得预应力在固化期间具体而言是通过收缩工艺被产生。如果层构造也由于所选生产工艺因此在长度上经历改变，则所应用的保护层的收缩大于层构造的收缩。预应力在此情况下具体而言通过热工艺，即通过带有随后冷却的加热处理被产生。例如，保护层在被联结到层构造之前被加热，随后例如粘合地被联结到其上，以便以联结状态冷却。根据一个优选实施方案，保护层被提供为具有热膨胀系数，该热膨胀系数不同于优选大于层构造具体而言是其最外层的热膨胀系数，以便可靠地产生热预应力。根据一项优选发展，除预应力之外或替代预应力，保护层具有比层构造具体而言是比压电材料更高的弹性和/或弹性模量。其结果是，破坏的风险进一步降低。在此情况下更高弹性意味着弹性保护层的材料具体而言具有显然更高的屈服强度或屈服应力。屈服应力通常被理解为意味着应力-应变曲线中的应力，直到该应力材料仅显示弹性变形但没有显示塑性变形。弹性模量E通常是指应力-应变曲线中的线弹性区中应力和延长之间的商。弹性模量因此在曲线中的线弹性区中给予(恒定)梯度。保护层的厚度优选大于50 μ m，优选大于100 μ m,并具体而言在直到约1000 μ m的范围内。保护层的厚度具体而言大于对应的电极层的厚度。例如当使用金电极时，电极层的厚度在几百nm的范围内，并且当使用被称为碳电极的电极时，厚度范围例如从5到50 μ m。压电材料自身的厚度范围例如从50到400 μ m。根据一个有利配置，保护层被应用在层构造的两个外侧上。保护层这里通常在每个情况下被直接连接到接触压电材料的电极层。弯曲换能器这里可以由不同的层构造表征。例如，弯曲换能器可以具有例如仅一个压电有源元件，即具有在两个侧面上在其上应用的电极层而没有进一步的机械载体层并且没有进一步的额外压电有源元件的一种压电材料。保护层优选在两个侧面上被应用到该单独的压电有源元件上。在使用机械载体层的构造中，例如用于单晶或三晶构造中，在本情况下的机械载体被视为层构造的一部分。在单晶配置中，机械载体在一个侧面上终止层构造。在该实施方案变体中，保护层优选仅被应用在层构造的一个侧面上，即在远离机械载体的侧面上，因为机械载体典型地施加充分大的稳定效应。在三晶配置中，即其中一个压电有源元件被应用在机械载体的每个侧面上，并且层构造因此由机械载体和安排在其两个相对侧面上的两个压电有源元件组成的配置中，保护层被外部地应用在层构造 的两个外侧上，即应用到压电有源元件的最外层侧。原则上，如果多个压电有源元件以堆叠的方式在两个侧面上或在一个侧面上被安排在机械载体上，则同样如此。在双晶或多晶配置中，其中层构造在没有机械载体的情况下由被相互联结的多个压电有源元件形成，一个电气保护层被优选再次安排在层构造的每个相对外侧上。弯曲换能器通常具有所谓的中性区，该中性区由层构造的中面形成，该中面典型地平行于层构造的层而延伸。根据一个优选配置，层构造被提供为关于弯曲换能器的中性区被对称地安排，即层构造的中面被提供为不与弯曲换能器的中面重合。优选地，层构造还被提供为被完全移出中性区，从而使得中性区在外侧上毗连层构造，或者甚至被安排在层构造的外侧。该配置具有特别的优点，具体而言是当弯曲换能器被用作生成能量的发电机，以便能够产生有意义量的能量。根据一个优选配置，在此情况下弯曲换能器被提供为被使用并安装，从而使得弯曲换能器本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：K·范德林登，
申请(专利权)人：庄信万丰催化剂德国股份有限公司，
类型：发明
国别省市：