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Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Festkörperaktor, insbesondere einen Piezokeramikaktor, mit einer Trägerschicht, auf der zumindest eine Aktorschicht, insbesondere eine piezokeramische Schicht aufgebracht ist, wobei die Aktorschicht zwischen Kontaktelektroden angeordnet ist.

Es sind Festkörperaktoren und insbesondere piezokeramische Aktoren bekannt, die im einfachsten Fall aus dem Verbund eines Aktormaterials und einer Trägerschicht oder aus einer Vielzahl von beispielsweise gefügten Scheiben aus piezokeramischem Material zusammengesetzt sind. Durch das beidseitige Aufbringen von Kontaktelektroden auf die Aktorschicht bzw. Aktorschichten und das Anlegen einer Spannung an die Kontaktelektroden kann ein elektrisches Feld zwischen diesen aufgebaut werden, so dass auf das piezokeramische Material ein elektrisches Feld einwirkt, das dazu führt, dass das piezokeramische Material eine Längenänderung erfährt.

Der Festkörperaktor kann beispielsweise als piezoelektrischer Biegewandler ausgebildet sein. Bei diesem im einfachsten Fall als Bimorph bezeichneten Verbund ist die piezokeramische Aktorschicht auf einer nicht-piezoelektrischen bzw. nicht angesteuerten piezo-elektrischen Trägerschicht angeordnet, wobei die Aktorschicht in der Regel aus einer PZT-Keramik, das ist dotiertes Bleizirkonattitanat, hergestellt ist. Biegewandler sind üblicherweise einseitig eingespannt, wobei die an dem freien Ende des Festkörperaktors erzeugte Kraft oder Auslenkung als aktorische Eigenschaft genutzt wird. Wird der Biegewandler mit einem elektrischen Feld in Dickenrichtung angesteuert, so verkürzt sich der Wandler in seiner Querrichtung, wodurch er an seiner Spitze in Richtung der Aktorschicht auslenkt.

Darüber hinaus sind weitere piezoelektrische Biegewandler bekannt, die sich im Design, in der Art ihres Aufbaus, in der Auswahl des Trägermaterials und anderen Kriterien unterscheiden können. Als Trimorphs bezeichnete Festkörperaktoren bestehen beispielsweise aus zwei piezoelektrischen Aktorschichten, welche mit der Trägerschicht als Mittellage verbunden sind und z.B. wechselseitig angesteuert werden. Darüber hinaus sind auch Multilayer-Biegewandler bekannt, die keine Trägerschicht aufweisen und allein aus einer Vielzahl an piezokeramischen Aktorschichten bestehen. Bei diesen wird jeweils nur eine Hälfte elektrisch angesteuert, um eine Ausbiegung zu erzeugen.

Den oben beschriebenen Biegewandlern ist es gemeinsam, dass sie nach einer schnellen, elektrischen Ansteuerung über die Kontaktelektroden eine sofortige, im zeitlichen Verlauf durch die Resonanzfrequenz bestimmte Aktorantwort aufweisen, danach jedoch zusätzlich ein starkes Kriechverhalten zeigen, so dass die Auslenkung bzw. die Kraft über einen langen Zeitraum weiter ansteigen. Dabei kann der Betrag des „Nachkriechens" bis zu 20% der Gesamtauslenkung des Biegewandlers erreichen. Die Dauer des Nachkriechens kann bei entsprechender Ansteuerung Stunden oder auch Tage betragen. In der Praxis besteht hierbei der Nachteil, dass das Kriechen beim Anlegen sowie beim Abschalten einer elektrischen Spannung an die Kontaktelektroden als zusätzliche Toleranz eingeplant werden muss. Als nutzbarer Auslenkungs- oder Krafthub wird deshalb in der Regel nur der kurzzeitige, sofortige Hub ohne zusätzliches Kriechen verwendet.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, einen Festkörperaktor anzugeben, welcher die oben genannten Nachteile nicht oder zumindest nur in einem verringerten Maße aufweist.

Die Aufgabe wird durch Festkörperaktoren mit den Merkmalen der Patentansprüche 1, 2 oder 3 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.

Es hat sich gemäß einer Variante der Erfindung überraschenderweise herausgestellt, dass das Phänomen des Kriechens signifikant verringert werden kann, wenn die elektrische Leitfähigkeit des die Aktorschicht bildenden Materials gegenüber den üblicherweise verwendeten Materialien, wie z.B. Bleizirkonattitanat (PZT) erhöht bzw. der spezifische Widerstand verringert wird. Erfindungsgemäß liegt der spezifische Widerstand einer solchen Aktorschicht, die insbesondere als piezokeramische Schicht ausgebildet ist, in einer Größenordnung von 1·108 &OHgr;m bis 1·1010 &OHgr;m liegt. Der spezifische Widerstand einer erfindungsgemäßen Aktorschicht liegt damit um einige Zehnerpotenzen unterhalb des spezifischen Widerstandes für eine typische piezokeramische Schicht. So beträgt der spezifische Widerstand von Weich-PZT ungefähr 1·1012 &OHgr;m.

Der durch die Erhöhung der Leitfähigkeit erzielbare Vorteil besteht darin, dass der bei einem konventionellen Festkörperaktor erreichbare Hub oder die erreichbare Auslenkung einschließlich der durch den Kriechvorgang erzielbaren Auslenkung in einer erheblich kürzeren Zeit realisierbar ist. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass mit dem erfindungsgemäßen Festkörperaktor – verglichen mit bisherigen Festkörperaktoren – die gleiche Auslenkung in kürzerer Zeit erzielbar ist, so dass der Festkörperaktor mit höheren Taktraten betrieben werden kann. Dies hat einerseits zur Folge, dass als nutzbarer Auslenkungs- oder Krafthub nicht nur der kurzzeitige Hub ohne den zusätzlichen Kriechvorgang, sondern der physikalisch mögliche Hub des Festkörperaktors verwendet werden kann. Hierdurch vereinfacht sich die Ansteuerung des Festkörperaktors, da nunmehr das Kriechen beim Anlagen sowie beim Abschalten einer elektrischen Spannung nicht mehr als zusätzliche Toleranz eingeplant werden muss.

Die gleichen Vorteile lassen sich mit einer zweiten Variante eines erfindungsgemäßen Festkörperaktors erzielen, bei dem ein Aktoransteuermittel zum Anlegen einer Ansteuerspannung an die Kontaktelektroden vorgesehen ist und bei dem die maximale Ansteuerspannung derart gewählt wird, dass in dem Festkörperaktor die maximale mechanische Spannung unterhalb der Koerzitivspannung liegt. Die mechanischen Spannungen liegen bei den in der Regel eingesetzten piezokeramischen Materialien im Bereich der so genannten Koerzitivspannungswerte, bei welchen ein maximales Domänenschalten unter dem Einfluss der mechanischen Spannungen auftritt. Dies wird als so genanntes „ferro-elastisches Verhalten" bezeichnet. Dieser zweiten Variante liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, dass das Kriechen zumindest teilweise durch Domänenschalten oder ferro-elastische Prozesse in denjenigen Bereichen des Biegers verursacht wird, in denen die mechanischen Spannungen das Koerzitivspannungsniveau erreichen. Es ist bekannt, dass die mechanischen Spannungen längs der Dicke einer Aktorschicht variieren, während sie in dessen Längsrichtung konstant sind. Die Domänenschaltprozesse sind Keimbildungs- und -wachstumsprozesse und sind durch einen gewissen Zeitbedarf gekennzeichnet. Durch Vermeiden des ferro-elastischen Domänenschaltens wird die Aktivität, d.h. die Biegung, des Festkörperaktors nicht verzögert.

Die oben beschriebenen Vorteile der Erfindung lassen sich auch durch einen erfindungsgemäßen Festkörperaktor erzielen, bei dem die gemäß der ersten und der zweiten Variante beschriebenen Merkmale miteinander kombiniert sind. Demgemäß zeichnet sich der erfindungsgemäße Festkörperaktor gemäß der dritten Variante dadurch aus, dass der spezifische Widerstand der Aktorschicht in einer Größenordnung von 1·108 &OHgr;m bis 1·1010 &OHgr;m liegt und ein Aktoransteuermittel zum Anlegen einer Ansteuerspannung an die Kontaktelektroden vorgesehen ist und die maximale Ansteuerspannung derart gewählt wird, dass in dem Festkörperaktor die maximale mechanische Spannung unterhalb der Koerzitivspannung liegt.

Ein mit den obigen Merkmalen versehener Festkörperaktor stellt in einer bevorzugten Ausgestaltung einen piezoelektrischen Biegewandler dar, der mit einem Ende an oder in einem Befestigungsmittel angeordnet ist, so dass lediglich das andere Ende eine Auslenkung erfahren kann.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird der Zusammenhang zwischen der Ansteuerspannung und der mechanischen Spannung in dem Festkörperaktor durch eine Berechnung ermittelt oder ist in einer Tabelle, z.B. in dem Aktoransteuermittel, gespeichert.

Die Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit des Materials der Aktorschicht lässt sich gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung durch zusätzliches Dotieren des Aktormaterials mit ein-, zwei- oder dreiwertigen Kationen erzielen. Als Aktor-Ausgangsmaterial wird Bleizirkonattitanat bevorzugt. In einer Ausgestaltung führen die einwertigen Kationen auf dem A-Platz der Perkoswit-Zelle zu einer Akzeptor-Dotierung. In einer anderen Ausgestaltung führen die zwei- oder dreiwertigen Kationen auf dem B-Platz der Perkoswit-Zelle auch zur Akzeptor-Dotierung. Denkbar ist auch eine Kombination der beiden genannten Möglichkeiten der Akzeptor-Dotierung.

In einer weiteren Ausgestaltung ist der Festkörperaktor als sogenannter Trimorph ausgebildet, bei dem die Trägerschicht zwischen zwei Aktorschichten angeordnet ist.

In einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung ist die Trägerschicht als Aktorschicht, insbesondere piezokeramische Schicht, ausgebildet, so dass der Festkörperaktor einen Vielschichtaktor aus wenigstens zwei Aktorschichten darstellt.

In einer anderen Ausgestaltung kann der Festköperaktor eine Vielzahl an Aktorschichten zur Ausbildung eines Vielschichtaktors aufweisen, wobei die im Inneren des Schichtstapels angeordneten Kontaktelektroden durch das Ansteuermittel ebenfalls zur Ausbildung von Äquipotentialflächen angesteuert werden. Die elektrisch gut leitenden, im Inneren des Schichtstapels angeordneten Elektroden sind vorzugsweise aus Silber oder einer Silberlegierung ausgebildet und fungieren dabei als Äquipotentialflächen, so dass diese einen signifikanten Teil der elektrischen Feldverteilung durch entsprechende Ladungen kompensieren. Darüber hinaus diffundiert das Silber der Elektroden in die benachbarten piezokeramischen Aktorschichten, wodurch weitere freie Ladungsträger in der Keramik vorhanden sind, so dass die sich die Leitfähigkeit vorteilhafterweise weiter erhöht. Dieser Effekt ist aufgrund des Vorhandenseins einer Vielzahl an Elektroden besonders ausgeprägt. Ein solchermaßen ausgestalteter Vielschichtaktor weist gegenüber den bislang im Stand der Technik verwendeten Festkörperaktoren die gleichen Vorteile auf, wie sie eingangs beschrieben wurden. Insbesondere ist eine signifikante Reduktion des Kriechvorganges zu beobachten.

In einer Ausgestaltung weisen die Aktorschichten des Vielschichtaktors eine Dicke im Bereich zwischen 10 &mgr;m bis 30 &mgr;m, insbesondere 20 &mgr;m, auf. Ein Vielschichtaktor mit Aktorschichten der genannten Schichtdicke ist in seiner Gesamtdicke gegenüber den bekannten Vielschichtaktoren unverändert. Mit anderen Worten bedeutet dies somit, dass ein erfindungsgemäßer Vielschichtaktor eine entsprechend größere Anzahl an einzelnen Aktorschichten aufweist, da die Dicken konventioneller Aktorschichten im Bereich von 80 &mgr;m und darüber liegen.

Weitere Merkmale des erfindungsgemäßen Festkörperaktors werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:

1 einen erfindungsgemäßen Festkörperaktor, der als bimorpher Biegewandler ausgebildet ist,

2 ein Diagramm, das die Längenänderung der Schichten des in 1 dargestellten Festkörperaktors längs der z-Achse zeigt,

3 ein Diagramm, welches die mechanische Spannung längs der z-Achse des in 1 dargestellten Festkörperaktors zeigt,

4 ein Diagramm, das die Auslenkung eines Festkörperaktors infolge eines Ansteuersignals bei unterschiedlichen elektrischen Leitfähigkeiten der Aktorschicht des Festkörperaktors darstellt,

5 ein Diagramm, welches eine erfindungsgemäße Ansteuerung eines Festkörperaktors zeigt, und

6 einen erfindungsgemäßen Vielschichtaktor im Vergleich zu einem aus dem Stand der Technik bekannten Vielschichtaktor.

In 1 ist ein erfindungsgemäßer Festkörperaktor 1 im Querschnitt dargestellt. Dieser weist eine Trägerschicht 2 aus einem elektrisch isolierenden Material und eine darauf aufgebrachte Aktorschicht 3 aus einem piezokeramischen Material, z.B. Bleizirkonattitanat auf. Beidseitig der Aktorschicht 3 sind Kontaktelektroden 4, 5 angeordnet, an welche eine elektrische Spannung angelegt werden kann, so dass zwischen den Kontaktelektroden 4, 5 ein elektrisches Feld entsteht. Der mechanische Aufbau des erfindungsgemäßen Festkörperaktors 1 unterscheidet sich prinzipiell nicht von bekannten Festkörperaktoren. Zur Vermeidung eines ausgeprägten Kriechverhaltens beim Anlegen oder Abschalten der elektrischen Spannung werden gegenüber bekannten Anordnungen Änderungen an dem piezokeramischen Material sowie alternativ oder zusätzlich an der Ansteuerung des Festkörperaktors 1 vorgenommen.

Durch das Anlegen einer Spannung an die Kontaktelektroden 4, 5 dehnt sich die Aktorschicht 3 entlang ihrer z-Achse aus, während in x-Richtung eine Verkürzung auftritt, so dass sich der Festkörperaktor nach oben verbiegt. Die dabei im Inneren der Trägerschicht und der Aktorschicht 3 stattfindende Längenänderung &Dgr;l/l0 ist in 2 dargestellt. Während die Trägerschicht 2 bis zum Erreichen der so genannten neutralen Faser 7 eine Dehnung erfährt, wird die Aktorschicht 3 gestaucht. Da die Materialeigenschaften der Trägerschicht 2 und der Aktorschicht 3 unterschiedlich sind, erfährt die mechanische Spannung beim Durchlaufen des Null-Punktes eine sprunghafte Änderung.

Gemäß der in 3 dargestellten Gleichung

wirkt auf den überwiegenden Bereich der Trägerschicht 2 ein Zug, wobei im Inneren der Aktorschicht 3 ein Druck ausgeübt wird. Aufgrund unterschiedlicher Young'scher Module y2 bzw. y3 ergibt sich am Übergang zwischen der Trägerschicht 2 und der Aktorschicht 3 ein Sprung in der Druckbelastung, der sich weiterhin auch in einer geänderten Steigung niederschlägt.

Über die z-Achse ergibt sich somit eine inhomogene mechanische Spannung, welche eine inhomogene Verteilung des elektrischen Feldes in der Aktorschicht 3 zur Folge hat. Beim Anlegen einer Spannung an die Kontaktelektroden 4, 5 entsteht somit im Inneren der Aktorschicht 3 nicht ein konstantes, homogenes elektrisches Feld, sondern eine lineare Feldabhängigkeit mit parabelförmiger Potentialverteilung. Zur Einstellung eines Gleichgewichtszustandes müssen somit im Inneren der Aktorschicht Ladungen fließen. Dabei hat sich gezeigt, dass der auf den Ladungsausgleich zurückzuführende Teil des Kriechens sich dadurch reduzieren lässt, dass statt einer nach dem Stand der Technik möglichst isolierenden Piezokeramik eine Keramik mit höherer, aber definierter Leitfähigkeit verwendet wird. Im Rahmen weiterer Untersuchungen hat sich dabei ergeben, dass ein spezifischer Widerstand der Aktorschicht 3 in einer Größenordnung von 1·108 &OHgr;m bis 1·1010 &OHgr;m einen ausreichend schnellen Potentialausgleich zulässt, so dass das Nachkriechen des Biegewandlers 1 aus 1 nahezu vermieden werden kann. Die Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit der Aktorschicht um mehrer Zehnerpotenzen kann in bekannter Weise durch geringe Akzeptor-Dotierungen in dem Material der Aktorschicht erreicht werden, ohne dass gleichzeitig die übrigen piezoelektrischen Eigenschaften verschlechtert werden. Als Ausgangsmaterial für die Aktorschicht bietet sich weiterhin Bleizirkonattitanat an, bei welchem einwertige Kationen auf dem A-Platz der Perkoswit-Zelle, wie z.B. Natrium, Kupfer oder Silber, oder alternativ oder zusätzlich zwei- bzw. dreiwertige Kationen auf dem B-Platz, wie z.B. Chrom, Eisen, Mangan, dotiert sind.

Die Auswirkungen unterschiedlicher elektrischer Leitfähigkeiten der Aktorschichten sind in 4 dargestellt. Zu einem Zeitpunkt t0 wird an die Kontaktelektroden 4, 5 des Festkörperaktors 1 eine Spannung angelegt. Aufgrund dieser erfolgt eine Auslenkung des Biegewandlers. Eine Aktorschicht (Keramik) mit geringer Leitfähigkeit erzeugt dabei die geringste Auslenkung. Eine Keramik mit geringer Leitfähigkeit, wie es piezoelektrische Keramiken nach dem Stand der Technik sind, erreicht zum Zeitpunkt t1 einen Hub H1, der sich nunmehr asymptotisch einem Entwert H3 annähert. Der Anstieg in der Auslenkung über den Wert H1 hinaus wird dabei als Kriechverhalten bezeichnet. Zum Zeitpunkt t3 ist hierbei eine Auslenkung H2 erreicht. Die maximal mögliche Auslenkung H3 kann lediglich dann erreicht werden, wenn das Ansteuersignal seinen in der Figur gezeigten Wert beibehält. Demgegenüber weist eine Keramik mit hoher Leitfähigkeit gemäß der Erfindung die Auslenkung H2 zum Zeitpunkt t1 auf. Die weitere mögliche Auslenkung zwischen H2 und H3 ist für die Praxis irrelevant.

Aus der gezeigten Darstellung geht hervor, dass ein Biegewandler innerhalb der gleichen Zeit eine sehr viel höhere Auslenkung erreichen kann oder alternativ bei einer geforderten Auslenkung in geringerer Zeit getaktet werden kann.

Mit zusätzlichen freien Ladungsträgern in der Aktorschicht kann somit der Kriecheffekt eines Festkörperaktors vermindert werden. Das Kriechen kann jedoch durch einen weiteren Effekt beeinflusst werden, das so genannte Domänenschalten. Das Domänenschalten, d.h. die Richtungsänderung von Elementar-Dipolen kann sowohl elektrisch als auch mechanisch veranlasst werden. Die maximal mögliche mechanische Spannung Tmax liegt dabei bei konventionellen piezokeramischen Schichten im Bereich der so genannten Koerzitivspannungswerte, bei welchen das maximale Domänen-Schalten unter dem Einfluss der mechanischen Spannungen auftritt. Dies wird als ferro-elastisches Verhalten bezeichnet. Zur Vermeidung des Einflusses des Domänenschaltens wird deshalb die Ansteuerspannung derart begrenzt, dass in einem angesteuerten Festkörperaktor die maximalen mechanischen Spannungen deutlich unterhalb der Koerzitivspannungen bleiben (5). Entsprechende Informationen können über eine Berechnung oder abgespeicherte Werte in einem Aktoransteuermittel hinterlegt sein. Denkbar ist auch die Verwendung von anderen Piezokeramiken, welche aufgrund ihrer Materialeigenschaften bereits eine höhere Koerzitivspannung aufweisen. Geeignet sind hierbei solche Materialien, deren Koerzitivspannung höher als 25 MPa ist.

Ist der Festkörperaktor als Vielschichtaktor ausgeführt, so lässt sich das Kriechverhalten bereits durch einen geänderten physikalischen Aufbau erzielen. 6a zeigt einen Vielschichtaktor (bestehend aus drei Schichten 3), wie er aus dem Stand der Technik bekannt ist. Jede der Aktorschichten 3 weist dabei eine Schichtdicke von ungefähr 80 &mgr;m und darüber auf. Die in dem Schichtstapel angeordneten Elektroden werden durch das Aktoransteuermittel ebenfalls angesteuert.

Im Gegensatz dazu zeigt 6b einen Vielschichtaktor gemäß der Erfindung, bei dem die Schichtdicken jeweiliger Aktorschichten 3 im Bereich zwischen 10 &mgr;m bis 30 &mgr;m, bevorzugt 20 &mgr;m, liegen. Die im Inneren des Schichtstapels liegenden Elektroden werden durch das Aktoransteuermittel angesteuert und weisen eine Verbindung zu den Kontaktelektroden 4, 5 auf den Außenseiten des Vielschichtaktors auf. Die im Inneren des Vielschichtaktors gelegenen Elektroden, die vorzugsweise aus Silber oder einer Silberlegierung gebildet sind, stellen damit Äquipotentialflächen dar, die den größten Teil der elektrischen Feldverteilung durch entsprechende Ladungen kompensieren können. Darüber hinaus diffundiert das Silber der Elektroden in die benachbarten piezokeramischen Aktorschichten, wodurch weitere freie Ladungsträger in der Keramik vorhanden sind, so dass die sich die Leitfähigkeit vorteilhafterweise weiter erhöht. Dieser Effekt ist aufgrund des Vorhandenseins einer Vielzahl an Elektroden besonders ausgeprägt. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass eine Verbesserung des Kriechverhaltens eintritt. Durch eine Kombination mit den oben beschriebenen Verbesserungen lässt sich das Kriechverhalten weiter optimieren.

Beispiel:

Am Beispiel eines typischen Biegewandlers sollen die erfindungsgemäßen Überlegungen nochmals veranschaulicht werden. Ein Biegewandler besteht aus zwei Piezokeramikschichten (44 × 7,2 × 0,26 mm3), die beidseitig auf eine isolierende Trägerschicht aufgebracht sind. Wird eine der Aktorschichten mit 200 V angesteuert, so fließt bei einem für Weich-PZT typischen spezifischen Widerstand von 1·1012 &OHgr;m ein Strom von 0,24 nA. Die Zeitkonstante für innere Umladungsprozesse liegt im Bereich von 1 bis 1000 Sekunden. Erniedrigt man den spezifischen Widerstand des Keramikmaterials durch entsprechende Dotierung um drei Zehnerpotenzen, fällt die für das Kriechen verantwortliche Zeitkonstante in den Millisekunden- bis Sekundenbereich. Gleichzeitig bleibt der Dauerstrom des Biegewandlers noch deutlich unter dem Grenzwert von 1 &mgr;A.


Anspruch[de]
  1. Festkörperaktor (1), insbesondere Piezokeramikaktor, mit einer Trägerschicht (2), auf der zumindest eine Aktorschicht (3), insbesondere eine piezokeramische Schicht, aufgebracht ist, wobei die Aktorschicht (3) zwischen Kontaktelektroden (4, 5) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der spezifische Widerstand der Aktorschicht (3) in einer Größenordnung von 1·108 &OHgr;m bis 1·1010 &OHgr;m liegt.
  2. Festkörperaktor, insbesondere Piezokeramikaktor, mit einer Trägerschicht (2), auf der zumindest eine Aktorschicht (3), insbesondere eine piezokeramische Schicht aufgebracht ist, wobei die Aktorschicht (3) zwischen Kontaktelektroden (4, 5) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Aktoransteuermittel (6) zum Anlegen einer Ansteuerspannung an die Kontaktelektroden (4,5) vorgesehen ist und die maximale Ansteuerspannung derart gewählt wird, dass in dem Festkörperaktor die maximale mechanische Spannung unterhalb der Koerzitivspannung liegt.
  3. Festkörperaktor, insbesondere Piezokeramikaktor, mit einer Trägerschicht (2), auf der zumindest eine Aktorschicht (3), insbesondere eine piezokeramische Schicht aufgebracht ist, wobei die Aktorschicht (3) zwischen Kontaktelektroden (4, 5) angeordnet ist,

    dadurch gekennzeichnet, dass

    – der spezifische Widerstand der Aktorschicht (3) in einer Größenordnung von 1·108 &OHgr;m bis 1·1010 &OHgr;m liegt, und

    – ein Aktoransteuermittel (6) zum Anlegen einer Ansteuerspannung an die Kontaktelektroden (4, 5) vorgesehen ist und die maximale Ansteuerspannung derart gewählt wird, dass in dem Festkörperaktor die maximale mechanische Spannung unterhalb der Koerzitivspannung liegt.
  4. Festkörperaktor nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusammenhang zwischen der Ansteuerspannung und der mechanischen Spannung in dem Festkörperaktor (1) in einer Tabelle gespeichert ist oder durch eine Berechnung ermittelt wird.
  5. Festkörperaktor nach einem der Ansprüche 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktorschicht (3) aus Bleizirkonattitanat (PZT) gebildet ist und zusätzlich mit ein- oder zwei- oder dreiwertigen Kationen dotiert ist.
  6. Festkörperaktor nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die einwertigen Kationen auf dem A-Platz der Perkoswit-Zelle eingebaut sind und eine Akzeptor-Dotierung ergeben.
  7. Festkörperaktor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei- oder dreiwertigen Kationen auf dem B-Platz der Perkoswit-Zelle eingebaut sind und eine Akzeptor-Dotierung ergeben.
  8. Festkörperaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerschicht (2) zwischen zwei Aktorschichten angeordnet ist.
  9. Festkörperaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerschicht (2) als Aktorschicht (3), insbesondere piezokeramische Schicht, ausgebildet ist.
  10. Festkörperaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieser eine Vielzahl an Aktorschichten (3) zur Ausbildung eines Vielschichtaktors aufweist und die im Inneren des Schichtstapels angeordneten Kontaktelektroden (8) durch das Aktoransteuermittel (6) angesteuert werden zur Ausbildung von Äquipotentialflächen.
  11. Festkörperaktor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktorschichten (3) des Vielschichtaktors eine Dicke im Bereich zwischen 10 &mgr;m bis 30 &mgr;m, insbesondere 20 &mgr;m, aufweisen.
  12. Festkörperaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieser einen piezo-elektrischen Biegewandler darstellt.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






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