压电执行器装置以及配备有该压电执行器装置的阀门的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及具有至少一个压电转换器的压电执行器装置，所述压电转换器拥有至少一个压电体以及被分配给该压电体的、由两个被布置在该压电体的彼此相对的侧上的电极构成的以及具有总电容的电极单元。
[0002]本发明此外涉及配备有这种压电执行器装置的、用于控制流体的阀门，在该阀门中所述压电转换器形成阀门构件或者用于阀门构件的驱动元件。
【背景技术】
[0003]从DE 20 2005 006 126 U1中已知的这种类型的压电执行器装置包含作为弯曲转换器来实施的压电转换器，所述压电转换器具有由压电活性材料构成的压电体以及两个在相对的纵向侧上置于压电体两侧的电极，所述电极共同地形成电极单元，所述电极单元具有由电极的基面确定的总电容。在压电执行器装置的运行中将操控电压施加到电极单元上，这导致到两个电极的电荷流入，由此尤其产生压电体的长度变化。因为压电体放置在压电非活性衬底上，所以压电体的长度变化引起弯曲转换器的弯曲，这例如能够用于操纵阀门。
[0004]根据本发明的类型的压电转换器也可以被构建为堆叠变换器，所述堆叠变换器拥有多个彼此分层堆积的以及分别由电极单元置于两侧的压电体。在这种情况下，压电体的根据逆压电效应产生的厚度变化尤其可以被用于操纵目的。
[0005]W0 02/089160 A2描述具有所谓的多层构造的压电转换器，其中薄的压电体层与电极交替地彼此分层堆积，这具有以下优点:利用相对低的操控电压已经能够实现压电材料的可接受的延伸以及与此相应地能够实现压电转换器的值得一提的变形。
[0006]从US 2011/0057543 A1中已知一种振动驱动器，所述振动驱动器具有致动器本体，所述致动器本体由压电层以及内部的正和负电极层的堆叠的布置构成。每个电极层由多个被划分的电极构成，使得正和负电极成对地位于对面，所述正和负电极能够被可变地电操控，以便使致动器本体以高频率变形并且产生振动，可移位地安装的元件可以借助于所述振动的帮助被来回移动。每个电极对在中间连接线圈的情况下连接到自身的电压源上。
[0007]原则上，压电体的可实现的延伸以及所属的压电转换器的由此产生的机械升程工作取决于所施加的操控电压。然而，尤其在要求一定的爆炸保护和与此有关的标准的遵守的应用的情况下，高操控电压的使用受到限制。高操控电压在电荷流入到电极上以及从电极流出的情况下导致高电流，这在相应的环境中由于火花击穿可能导致危险的爆炸。为了避免这一点，压电转换器允许在相应的环境中仅在所谓的本质安全的运行中以及因此仅以受限的操控电压来运行。这损害在运行中能够实现的机械升程工作。如果压电转换器例如作为执行器被用于阀门操纵，则这一般来说导致对可控制的流动速率的限制。
【发明内容】
[0008]本发明所基于的任务是创建压电执行器装置，所述压电执行器装置在遵守爆炸保护规定的情况下也能够以高的效率运行。
[0009]该任务不仅在压电执行器装置的情况下而且在配备有该压电执行器装置的阀门的情况下通过如下方式来解决:电极单元的两个电极中的至少一个被细分成多个彼此间隔的单独的部分电极，所述部分电极与位于对面的电极形成多个分别定义总电容的部分电容的部分电极对，其中在电荷流动时有效的自身的电流限制电阻与每个部分电极对串联。
[0010]本发明所基于的方案是，将被分配给压电体的电极单元的总电容划分成多个与总电容相比分别更小的部分电容并且给每个部分电容分配能够被称为电流限制电阻的串联电阻以便限制在电荷流动时出现的电流强度。通过部分电极为此被彼此间隔地布置，可以为每个部分电容保证本质安全的电路。
[0011]在压电转换器在防爆炸的环境中运行的情况下一般来说应注意所谓的点火极限曲线，根据所述点火极限曲线，允许的操控电压随着增加的电容而降低。不过，基本上力求高的操控电压，以便实现电极单元的尽可能高的电荷密度以及与此相应地能够完成高水平(gross)的机械升程工作。本发明通过如下方式考虑该平衡做法:被分配给压电体的总电容不是利用一对相应大面积的电极来形成，而是在一定程度上基于将至少一个大电极分割成多个更小的部分电极，所述部分电极并排地布置并且分别与位于对面的对应电极形成部分电极对，所述部分电极对的被称为部分电容的电容比总电容更小，其中总电容由存在的部分电容的总和构成。更小的部分电容可以以允许的方式以比大电容更高的操控电压来运行，使得可以总体上将比在单个的很大面积的电极对的情况下更大的电荷施加到电极单元上。因为所有的部分电容通过优选地单件地以及尤其整体地被构造的所分配的压电体相互机械耦合，所以由部分电极对和压电体构成的压电单元如常规的压电转换器那样表现，所述常规的压电转换器在两侧分别仅由唯一一个电极置于两侧。电路技术上与部分电极对串联地布置的电流限制电阻负责电流强度在电荷流动时不超出允许的程度，其中随之出现的略微更高的时间常数直至部分电极对的完全充电是非常小的并且对运行表现产生微不足道的影响。因为根据本发明的压电转换器除了附加的电阻和更高的操控电压之外一般来说不对所分配的驱动电子设备提出进一步的要求，所以可以保证在几乎所有情况下普遍使用，在所述情况下使用迄今常规地构建的压电转换器。
[0012]根据本发明的原理可以在任意类型的压电转换器的情况下实现。仅示例性地提及在单态压电转换器、三态弯曲转换器和/或具有多层构造的弯曲转换器的情况下的应用。此外，根据本发明的原理尤其不仅在弯曲转换器中而且在堆叠变换器中适合。
[0013]本发明的有利的改进方案由从属权利要求得知。
[0014]—种特别低成本的构造规定，被分配给压电体的电极单元的两个电极中仅仅一个被细分成多个彼此间隔的单独的部分电极，而位于压电体的另一侧上的电极被实施为单一的、也即连贯的以及尤其整体的电极。在此，单一电极的位于单独的部分电极对面的电极区段于是形成布置在该侧上的部分电极。
[0015]如果压电体在压电转换器的相应构造中布置在压电非活性衬底上，则存在使用导电的衬底的有利的可能性，所述衬底于是可以直接被用作单一电极。
[0016]不过，在电极单元的两个电极被细分成多个彼此间隔的单独的部分电极，使得两个电极的单独的部分电极成对地彼此位于对面以形成单独的部分电极对时，根据本发明的效果也能够有利地实现。在该上下文中有利的是，存在于压电体的两侧上的部分电极的数目是同样大的并且一侧的每个单独的部分电极位于另一侧的唯一一个单独的部分电极对面。
[0017]此外有利的是，至于电极面，在形成单独的部分电极对的情况下分别彼此位于对面的单独的部分电极分别是同样大的。
[0018]适宜地，属于分别相同的电极的单独的部分电极布置在共同的平面中。
[0019]在一种优选的设计中单独的部分电极被带状地构造并且以横向间隔在纵向侧并排地布置。这在作为微长的弯曲转换器的压电转换器的构型中是特别适宜的，其中单独的部分电极于是尤其横向于弯曲转换器的纵向彼此以间隔布置。
[0020]不过，根据本发明的成功在部分电极对的每个任意分布模式中出现。因此，例如可以在具有纵向形状的弯曲转换器的情况下多个部分电极对也在弯曲转换器的纵向上相继地彼此以间隔布置。
[0021]如已经提到的那样，压电体尤其在作为弯曲转换器的压电转换器的构造中布置在压电非活性以及优选地有弹簧弹性的衬底上。在该衬底导电时，该衬底可以形成电极单元的单一电极，所述单一电极逐段地与在压电体的相对的侧上的单独的部分电极共同作用以形成部分电容。
[0022]优选地，每个部分电极对与用于电荷传输的自身的电连接导体接触，所分配的串联的电流限制电阻接通到所述电连接导体的走向中。
[0023]压电执行器装置的一种优选构型除了至少一个压电转换器之外包含用于提供能够操纵至少一个压电转换器的操控电压的电压源，所述电压源与全体的部分电极对同时连接或能够连接。
【附图说明】
[0024]随后借助附图更详细地阐述本发明。在所述附图中:
图1以示意性等距图示出压电执行器装置的一种优选实施方式，
图2示出在根据箭头II来看压电转换器的一个端面时图