DE10321705A1 - Piezoelectric drive element with several identical stacks of layers of piezoelectric material with electrodes, including electrical breakdown protection stack segments - Google Patents

Piezoelectric drive element with several identical stacks of layers of piezoelectric material with electrodes, including electrical breakdown protection stack segments Download PDF

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DE10321705A1 DE2003121705 DE10321705A DE10321705A1 DE 10321705 A1 DE10321705 A1 DE 10321705A1 DE 2003121705 DE2003121705 DE 2003121705 DE 10321705 A DE10321705 A DE 10321705A DE 10321705 A1 DE10321705 A1 DE 10321705A1
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Abstract

Piezoelectric drive element (10) contains several stacks of layers of piezoelectric material, fitted with electrodes, with at least two identical parallel or series stack segments (S1-4) for electrical breakdown protection. At least one stack segment may include a current limiting element, e.g. a resistor. An independent claim is also included for operating method of at least one piezoelectric stack of drive element.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein piezoelektrisches Antriebselement mit zumindest einem Stapel mit Schichten aus einem piezoelektrischen Material, die mit Elektroden versehen sind.The The present invention relates to a piezoelectric drive element with at least one stack with layers of a piezoelectric material, which are provided with electrodes.

Derartige Antriebselemente sind grundsätzlich bekannt (vgl. beispielsweise DE 44 45 642 A1 oder DE 198 55 221 A1 ) und dienen als Antriebselemente bzw. Verstellelemente für eine Vielzahl von Anwendungen. Bei derartigen Antriebselementen sind die piezoelektrischen Schichten elektrisch parallel und mechanisch in Serie geschaltet und dehnen sich im Bereich von 0,1 bis 0,2 % ihrer Länge, wenn sie mit einer elektrischen Spannung beaufschlagt werden, die in einer Größenordnung von 1 bis 2 kV/mm liegt. Je nach Dicke der gestapelten piezoelektrischen Schichten entspricht dies Ansteuerspannungen von etwa 100 bis 1000 V.Such drive elements are generally known (see, for example DE 44 45 642 A1 or DE 198 55 221 A1 ) and serve as drive elements or adjusting elements for a variety of applications. In such drive elements, the piezoelectric layers are electrically connected in parallel and mechanically in series and stretch in the range from 0.1 to 0.2% of their length when they are subjected to an electrical voltage of the order of 1 to 2 kV / mm lies. Depending on the thickness of the stacked piezoelectric layers, this corresponds to control voltages of approximately 100 to 1000 V.

Die im Betrieb erforderlichen hohen elektrischen Feldstärken in Verbindung mit der auftretenden mechanischen Spannung und Dehnung sowie Störungen in den keramischen Schichten aus piezoelektrischem Material aber auch mechanische Überlastung, beispielsweise durch Anregung von Resonanzen, können vereinzelt zu Ermüdungsrissen führen. Als Folge ergeben sich Kurzschlüsse und Lichtbogenerscheinungen, über die sich die in der Versorgungselektronik und in den Antriebselementen selbst gespeicherte elektrische Energie entlädt. Sind diese Entladungsenergien zu hoch, so entstehen niederohmige Abbrandkanäle, die den gesamten Aktuator unbrauchbar machen und einen störungsfreien Betrieb verhindern.The high electrical field strengths required in operation Connection with the occurring mechanical tension and elongation as well as disorders in the ceramic layers made of piezoelectric material also mechanical overload, for example by stimulating resonances, can occasionally lead to fatigue cracks to lead. As a result, short circuits occur and arcing, about which are those in the supply electronics and in the drive elements even stored electrical energy discharges. Are these discharge energies Too high, low-resistance burn-up channels are created that cover the entire actuator make it unusable and a trouble-free Prevent operation.

Eine weitere Folge der ungewünschten elektrischen Entladungen kann eine Beschädigung der Versorgungselektronik sein.A further consequence of the unwanted Electrical discharges can damage the supply electronics his.

Ebenfalls problematisch sind die in bestimmten Anwendungsfällen auftretenden mechanischen Beschleunigungen, die zur Anregung von Eigenresonanzerscheinungen und zum Überschwingen mit Hubamplituden führen können, die um ein Vielfaches höher als der Normalwert des Hubes liegen können. Dies kann zur Überlastung und zur Zerstörung aller beteiligten Aktuatoren sowie einer vorgesehenen Antriebsmechanik führen.Likewise the mechanical accelerations occurring in certain applications are problematic, those to stimulate self-resonance phenomena and to overshoot lead with stroke amplitudes can, which is many times higher than the normal value of the stroke. This can lead to overload and to destruction all involved actuators as well as a proposed drive mechanism to lead.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein piezoelektrisches Antriebselement der eingangs genannten Art zu schaffen, das eine hohe Standzeit aufweist.It is the object of the present invention, a piezoelectric To create drive element of the type mentioned, the one has a long service life.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1 und insbesondere dadurch, dass zur Ausfallsicherung zumindest zwei im Wesentlichen gleichartige und elektrisch parallel geschaltete Stapelsegmente vorgesehen sind.The solution this object is achieved by the features of claim 1 and in particular in that at least two are essential for failover similar and electrically parallel stack segments are provided.

Erfindungsgemäß ist das Antriebselement nicht nur mit einem einzigen Stapel aus piezoelektrischen Schichten versehen, sondern es sind mindestens zwei elektrisch parallel geschaltete Stapelsegmente vorgesehen, die im Wesentlichen gleichartig sind, d.h. im Wesentlichen die gleiche Leistung aufweisen und die gleiche Funktion ausüben. Hierdurch ist es möglich, bei Ausfall eines Stapelsegmentes auf das andere, noch ordnungsgemäß funktionierende Stapelsegment zurückzugreifen. Hierbei kann das Antriebselement im Normalbetrieb entweder mit nur einem der Stapelsegmente oder aber mit beiden Stapelsegmenten betrieben werden. Auch ist es möglich, das noch ordnungsgemäß arbeitende Stapelsegment so anzusteuern, dass das Antriebselement trotz Ausfall eines Stapelsegments den gewünschten Hub durchführt, beispielsweise durch Erhöhung der Versorgungsspannung.According to the invention Drive element not only with a single stack of piezoelectric Layers provided, but there are at least two electrically parallel switched stack segments are provided which are essentially similar, i.e. have essentially the same performance and the same Perform function. This makes it possible in the event of failure of one stack segment on the other, still functioning properly recourse. In normal operation, the drive element can either use only one of the stack segments or operated with both stack segments become. It is also possible the one still working properly To control the stack segment so that the drive element despite failure the desired stroke of a stack segment performs, for example by increasing the supply voltage.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in der Beschreibung, der Zeichnung sowie den Unteransprüchen beschrieben.advantageous embodiments the invention are in the description, the drawing and the dependent claims described.

Nach einer ersten vorteilhaften Ausführungsform können die Stapelsegmente mechanisch parallel oder in Serie geschaltet sein. Durch eine mechanische Parallelschaltung wird ein ordnungsgemäßer Betrieb auch dann aufrechterhalten, wenn eines der Stapelsegmente ausfällt, da dann die noch verbleibenden Stapelsegmente den gewünschten Hub durchführen können. Wenn mehrere Stapelsegmente mechanisch in Serie geschaltet werden, kann bei Ausfall eines Stapelsegmentes die Ansteuerung des oder der verbleibenden Stapelsegmente so angepasst werden, dass der von der Gesamtanordnung durchgeführte Hub unverändert bleibt.To a first advantageous embodiment can the stack segments are connected mechanically in parallel or in series his. A mechanical parallel connection ensures proper operation maintained even if one of the stack segments fails because then the remaining stack segments the desired ones Carry out a stroke can. If several stack segments are mechanically connected in series, can the control of the or in the event of failure of a stack segment of the remaining stack segments so that the of of the overall arrangement Stroke unchanged remains.

Die erfindungsgemäß vorgesehenen Stapelsegmente können Bestandteil eines einzigen Stapels sein, indem beispielsweise die Elektroden der piezoelektrischen Schichten zu einzelnen Gruppen zusammengefasst werden. Auch ist es möglich, mehrere Stapelsegmente in einer mechanisch parallelen Anordnung zu verwenden, um die erfindungsgemäße Redundanz zu erzielen.The provided according to the invention Stack segments can Be part of a single stack, such as the Electrodes of the piezoelectric layers into individual groups be summarized. It is also possible to have several stack segments to be used in a mechanically parallel arrangement in order to achieve the redundancy according to the invention to achieve.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann zur Begrenzung eines Kurzschlussstromes innerhalb eines Stapelsegmentes für zumindest ein Stapelsegment ein Strombegrenzerelement vorgesehen sein. Ein solches Strombegrenzerelement kann beispielsweise ein Widerstand und/oder eine Überstromsicherung sein, die in die Zuleitung eines Stapelsegmentes geschaltet ist.To a further advantageous embodiment of the invention to limit a short-circuit current within a stack segment for at least a current limiter element can be provided in a stack segment. On such a current limiter element can be a resistor, for example and / or an overcurrent fuse be connected in the feed line of a stack segment.

Durch das elektrische Parallelschalten der Stapelsegmente fließt im Falle eines Kurzschlusses die gesamte gespeicherte elektrische Energie sämtlicher Stapelsegmente sowie die von einer Ansteuerelektronik maximal lieferbare Energie über den Kurzschluss ab, was zur Schädigung bzw. zur Zerstörung der Versorgungselektronik und unter Umständen auch der mit dem Antriebselement verbundenen Mechanik führt. Erfindungsgemäß kann der Anteil des Kurzschlussstromes aus der Versorgungselektronik durch übliche Strombegrenzungsmaßnahmen begrenzt werden, die aus dem Stand der Technik bekannt sind. Der Entladestrom aus den parallel geschalteten Stapelsegmenten kann beispielsweise durch geeignet dimensionierte Vorwiderstände begrenzt werden, die zumindest in jeder Zuleitung eines Stapelsegmentes vorgesehen werden und den Entladestrom beispielsweise um den Faktor 1000 verringern.By the electrical parallel connection of the stack segments flows in the case of a short circuit the entire stored electrical energy all Stack segments and the maximum that can be supplied by control electronics Energy over the short circuit, causing damage or to destroy the Supply electronics and possibly also with the drive element connected mechanics. According to the Share of short-circuit current from the supply electronics through usual current limiting measures limited, which are known from the prior art. The Discharge current from the stack segments connected in parallel can limited, for example, by suitably dimensioned series resistors are provided at least in each feed line of a stack segment and reduce the discharge current by a factor of 1000, for example.

Erfindungsgemäß können die Widerstände in der Spannungsversorgung, der Zuleitung zu den einzelnen Stapelsegmenten oder in den Stapelsegmenten selbst vorgesehen sein, beispielsweise als in die Endscheiben integrierte Dünn- oder Dickschichtwiderstände.According to the Resistances in the power supply, the supply line to the individual stack segments or be provided in the stack segments themselves, for example as thin or thick film resistors integrated in the end plates.

Erfindungsgemäß kann ferner vorgesehen sein, dass bei Überstrom bzw. bei zu langen Ladezeiten durch Kurzschluss das betroffene Stapelsegment dauerhaft abgeschaltet wird, beispielsweise durch Schmelzsicherungen oder elektronische Überstromsicherungen. Auch können die oben genannten Vorwiderstände so dimensioniert werden, dass sie durch einen durch sie fließenden Kurzschlussstrom zerstört werden und hierdurch die elektrische Verbindung sicher trennen.According to the invention can also be provided that overcurrent or if the loading times are too long due to a short circuit, the affected stack segment permanently is switched off, for example by fuses or electronic overcurrent protection. Can too the series resistors mentioned above be dimensioned such that they are caused by a short-circuit current flowing through them be destroyed and thereby safely disconnect the electrical connection.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann das Stellelement mit einer Überwachungseinrichtung versehen sein, wel che die Leistung der Stapelsegmente überwacht und einzelne Stapelsegmente abschaltet, wenn diese eine Leistung aufweisen, die einen vorbestimmten Grenzwert unterschreitet. Neben den eingangs genannten passiven Überstromsicherungen kann zu diesem Zweck auch eine Messanordnung vorgesehen sein, die den Gesamtladestrom integriert oder Spannung und/oder Ladestrom jedes einzelnen Stapelsegmentes detektiert, um einen Leistungsabfalls bzw. einen Ausfall zu ermitteln.To a further advantageous embodiment of the invention the control element with a monitoring device be provided which monitors the performance of the stack segments and turns off individual stack segments when this is performing have, which falls below a predetermined limit. Next the passive overcurrent protection devices mentioned at the beginning For this purpose, a measuring arrangement can also be provided integrated the total charging current or voltage and / or charging current of each individual stack segment is detected in order to identify a failure.

Wenn mehrere Stapelsegmente mechanisch in Serie hintereinander geschaltet sind, kann im Falle einer Leistungsverminderung oder eines Ausfalls eines einzelnen Stapelsegmentes eine Kompensation der Gesamtleistung des Stellelementes erfolgen, indem beispielsweise die Ansteuerspannung entsprechend erhöht wird. Durch eine Regelung kann diese Erhöhung automatisch erfolgen. Sind beispielsweise insgesamt zehn Stapelsegmente mechanisch in Serie geschaltet und fällt eines dieser Stapelsegmente aus, so kann die Ansteuerspannung des Stellelementes nach Ausfall um 10 % erhöht werden, wodurch das Stellelement nach wie vor einen Hub und eine Kraft von 100 % bewirken kann.If several stack segments mechanically connected in series in the event of a reduction in performance or a failure compensation of the overall performance of a single stack segment of the control element take place, for example, by the control voltage increased accordingly becomes. This increase can take place automatically by means of a regulation. For example, a total of ten stack segments are mechanically in Series switched and falls one of these stack segments, the drive voltage of the Control element can be increased by 10% after failure, which results in the control element can still cause a stroke and a force of 100%.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann die erfindungsgemäß vorgesehene Parallelschaltung der Stapelsegmente schaltbar sein. Hierdurch kann das Antriebselement beispielsweise in einem Normalzustand nur mit einem Stapelsegment betrieben werden. Wird von der Überwachungseinrichtung jedoch festgestellt, dass das Stapelsegment eine Leistungsverringerung aufweist, so kann auf das andere Stapelsegment umgeschaltet werden. Selbstverständlich. können stets eine Vielzahl von Stapelsegmenten vorgesehen sein, die im Normalbetrieb oder bei Ausfall eines Stapelsegmentes aktiviert werden.To Another advantageous embodiment can be the parallel connection provided according to the invention the stack segments can be switched. This allows the drive element for example in a normal state with only one stack segment operate. Is used by the monitoring device however, found that the stack segment was a performance degradation can be switched to the other stack segment. Of course. can always be provided a plurality of stack segments in normal operation or activated if a stack segment fails.

Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung beispielhaft anhand vorteilhafter Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:following the present invention will become more advantageous by way of example Embodiments and with reference to the attached Described drawings. Show it:

1 ein Stellelement zur linearen Verstellung mit vier mechanisch in Serie geschalteten Stapelsegmenten; 1 an actuator for linear adjustment with four mechanically connected stack segments;

2 ein Stellelement zur linearen Verstellung mit vier mechanisch parallel geschalteten Stapelsegmenten; 2 an actuator for linear adjustment with four mechanically parallel stack segments;

3 ein elektrisches Anschlussschema der Stellelemente von 1 und 2; 3 an electrical connection diagram of the control elements from 1 and 2 ;

4 ein Stellelement zur Verkippung mit zwei mechanisch in Serie geschalteten Kippelementen; 4 an actuating element for tilting with two mechanically connected tilting elements;

5 ein Stellelement zur Verkippung mit zwei mechanisch parallel geschalteten Kippelementen; und 5 an actuating element for tilting with two mechanically connected tilting elements; and

6 ein elektrisches Anschlussbild der Stellelemente von 4 und 5. 6 an electrical connection diagram of the control elements from 4 and 5 ,

1 zeigt ein piezoelektrisches Antriebselement 10 mit einem Stapel, der eine Vielzahl von Schichten aus einem piezoelektrischen Material umfasst, wobei die einzelnen piezoelektrischen Schichten mit Elektroden (nicht dargestellt) versehen sind, um die piezoelektrischen Schichten mit einer Versorgungsspannung zu beaufschlagen. 1 shows a piezoelectric drive element 10 with a stack comprising a plurality of layers of a piezoelectric material, the individual piezoelectric layers being provided with electrodes (not shown) in order to apply a supply voltage to the piezoelectric layers.

Wie 1 zeigt, ist das Antriebselement 10 aus insgesamt vier Stapelsegmenten S1, S2, S3 und S4 gebildet, die mechanisch in Serie geschaltet sind, d.h. die einen Gesamtstapel bilden. Innerhalb eines Stapelsegmentes sind jeweils die Elektroden jeder piezoelektrischen Schicht elektrisch parallel verschaltet. Darüber hinaus sind die vier Stapelsegmente S1 bis S4 elektrisch miteinander parallel geschaltet. Da sämtliche Stapelsegmente S1 bis S4 im Wesentlichen gleichartig sind, d.h. das gleiche Aktuatorvolumen, die gleiche Kapazität und gleiche Dimensionen aufweisen, entspricht der Hub des Antriebselementes 10 der Summe der Teilhübe der Stapelsegmente S1 bis S4.How 1 shows is the drive element 10 from a total of four stack segments S1, S2, S3 and S4 formed, which are mechanically connected in series, that is, which form an entire stack. The electrodes of each piezoelectric layer are electrically connected in parallel within a stack segment. In addition, the four stack segments S1 to S4 are electrically connected in parallel with one another. Since all stack segments S1 to S4 are essentially the same, ie the same actuator volume, the same capacity and the same dimensions, the stroke of the drive element corresponds 10 the sum of the partial strokes of the stack segments S1 to S4.

2 zeigt ein piezoelektrisches Antriebselement 20, das beim dargestellten Ausführungsbeispiel insgesamt vier elektrisch parallel geschaltete Stapelsegmente S1 bis S4 umfasst, die jedoch im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel von 1 mechanisch parallel geschaltet und über eine Brücke 22 verbunden sind. Hier entspricht der Hub des Antriebselementes 20 dem Hub jedes einzelnen Stapelsegmentes S1 bis S4. 2 shows a piezoelectric drive element 20 which in the illustrated embodiment comprises a total of four electrically parallel stack segments S1 to S4, which, however, in contrast to the embodiment of 1 mechanically connected in parallel and over a bridge 22 are connected. Here the stroke of the drive element corresponds 20 the stroke of each individual stack segment S1 to S4.

Da sämtliche Stapelsegmente S1 bis S4 elektrisch parallel geschaltet sind, führt das Antriebselement 20 auch dann den gewünschten Sollhub aus, wenn eines der Stapelsegmente aufgrund eines elektrischen Kurzschlusses oder aufgrund von Ermüdungsrissen ausfallen sollte. Demgegenüber würde sich bei der Ausführungsform von 1 der Gesamthub des Antriebselementes 10 um 25 % verringern, wenn eines der Stapelsegmente S1 bis S4 ausfallen sollte. In diesem Fall kann die Versorgungsspannung um 25 % erhöht werden, so dass der Gesamthub des Antriebselementes unverändert bleibt.Since all stack segments S1 to S4 are electrically connected in parallel, the drive element leads 20 also the desired setpoint stroke if one of the stack segments should fail due to an electrical short circuit or due to fatigue cracks. In contrast, the embodiment of 1 the total stroke of the drive element 10 reduce by 25% if one of the stack segments S1 to S4 should fail. In this case, the supply voltage can be increased by 25%, so that the total stroke of the drive element remains unchanged.

3 zeigt eine Ausführungsform einer Verschaltung der Antriebselemente 10 und 20 von 1 und 2, wobei bei der in 3 dargestellten Ausführungsform Mittel zur Begrenzung eines Kurzschlussstromes vorgesehen sind. Genauer gesagt ist in der Zuleitung zu jedem einzelnen Stapel segment S1 bis S4 jeweils ein Vorwiderstand R1, R2, R3 und R4 vorgesehen, der den Entladestrom jedes einzelnen Stapelsegmentes begrenzt, wenn eines der Stapelsegmente einen Kurzschluss erzeugen sollte. 3 shows an embodiment of an interconnection of the drive elements 10 and 20 of 1 and 2 , with the in 3 Embodiment shown means for limiting a short-circuit current are provided. More specifically, a series resistor R1, R2, R3 and R4 is provided in the feed line to each individual stack segment S1 to S4, which limits the discharge current of each individual stack segment if one of the stack segments should produce a short circuit.

Die 4 bis 6 zeigen weitere Ausführungsformen der Erfindung, wobei es sich bei den in den 4 und 5 dargestellten Anordnungen um piezoelektrische Antriebselemente zur Erzeugung eines Kippmomentes handelt.The 4 to 6 show further embodiments of the invention, wherein it is in the 4 and 5 arrangements shown are piezoelectric drive elements for generating a tilting moment.

Bei der in 4 dargestellten Ausführungsform weist ein piezoelektrisches Antriebselement 30 zwei mechanisch in Serie geschaltete Stapelsegmente T1 und T2 auf, wobei jedes Stapelsegment T1 und T2 zwei Segmentabschnitte T21, T22 sowie T11, T12 aufweist, die auf bekannte Weise (vgl. beispielsweise DE 198 55 221 A1 ) so angesteuert werden, dass das Antriebselement insgesamt eine Kipp- oder Torsionsbewegung durchführt. Genauer gesagt werden beispielsweise die Segmentabschnitte T11 und T21 mit negativer Spannung beaufschlagt während die Segmentabschnitte T12 und T22 mit positiver Spannung beaufschlagt werden, wodurch sich bei der in 4 dargestellten Anordnung eine Kippbewegung nach links ergibt.At the in 4 illustrated embodiment has a piezoelectric drive element 30 two stack segments T1 and T2 mechanically connected in series, each stack segment T1 and T2 having two segment sections T21, T22 and T11, T12, which in a known manner (cf. for example DE 198 55 221 A1 ) are controlled so that the drive element performs a total tilting or torsion movement. More specifically, for example, the segment sections T11 and T21 are subjected to a negative voltage, while the segment sections T12 and T22 are subjected to a positive voltage, as a result of which in FIG 4 arrangement shown results in a tilting movement to the left.

Wie 6 zeigt, sind die Stapelsegmente T1 und T2 bezogen auf die Versorgungsspannung U0 elektrisch parallel geschaltet. Sollte eines der Stapelsegmente T1 oder T2 ausfallen oder eine reduzierte Leistung aufweisen, so kann durch Erhöhen der Versorgungsspannung U0 die ursprüngliche Leistung des Antriebselementes gewährleistet werden.How 6 shows, the stack segments T1 and T2 are electrically connected in parallel with respect to the supply voltage U 0 . If one of the stack segments T1 or T2 fails or has a reduced power, the original power of the drive element can be guaranteed by increasing the supply voltage U 0 .

5 zeigt ein piezoelektrisches Antriebselement 40 für eine Kippbewegung, wobei hier zwei Stapelsegmente T1 und T2 mechanisch und elektrisch parallel geschaltet sind. Im Übrigen ist die Anordnung der Stapelsegmente T1 und T2 die gleiche wie bei der Ausführungsform von 4. 5 shows a piezoelectric drive element 40 for a tilting movement, here two stack segments T1 and T2 being connected mechanically and electrically in parallel. Otherwise, the arrangement of the stack segments T1 and T2 is the same as in the embodiment of FIG 4 ,

Wenn bei der in 5 dargestellten Ausführungsform eines der Stapelsegmente T 1 und T2 ausfallen sollte, so kann die gewünschte Kippbewegung noch durch das andere Stapelsegment gewährleistet werden.If at the in 5 Embodiment shown one of the stack segments T 1 and T2 should fail, the desired tilting movement can still be ensured by the other stack segment.

Das in 6 gezeigte Schaltbild für die Ausführungsform der 4 und 5 entspricht im Wesentlichen der Schaltungsanordnung von 3. Auch hier sind Vorwiderstände R11, R12, R21 und R22 vorgesehen, um Kurzschluss- bzw. Entladungsströme zu reduzieren.This in 6 shown circuit diagram for the embodiment of the 4 and 5 corresponds essentially to the circuit arrangement of 3 , Series resistors R11, R12, R21 and R22 are also provided here in order to reduce short-circuit or discharge currents.

1010
Antriebselementdriving element
2020
Antriebselementdriving element
2222
Brückebridge
3030
Kippelementtilt element
4040
Kippelementtilt element
4242
Brückebridge
R1-R4R1-R4
Widerständeresistors
R 11, R 12, R21, R22R 11, R 12, R21, R22
Widerständeresistors
S1-S4S1-S4
Stapelsegmentestack segments
T1, T2T1, T2
Stapelsegmentestack segments
T 11, T 12, T21, T22T 11, T 12, T21, T22
Segmentabschnittesegment sections
U0 U 0
Versorgungsspannungsupply voltage

Claims (14)

Piezoelektrisches Antriebselement (10-40) mit zumindest einem Stapel mit Schichten aus einem piezoelektrischen Material, die mit Elektroden versehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausfallsicherung zumindest zwei im Wesentlichen gleichartige und elektrisch parallel geschaltete Stapelsegmente (S1-S4; T1, T2) vorgesehen sind.Piezoelectric drive element ( 10-40 ) with at least one stack with layers of a piezoelectric material which are provided with electrodes, characterized in that at least two essentially similar and electrically parallel stack segments are connected in order to prevent failure elements (S1-S4; T1, T2) are provided. Stellelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stapelsegmente (S1-S4; T1, T2) mechanisch parallel oder in Serie geschaltet sind.Adjusting element according to claim 1, characterized in that the stack segments (S1-S4; T1, T2) mechanically parallel or are connected in series. Stellelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stapelsegmente (S1-S4; T1, T2) Bestandteil eines einzigen Stapels sind.Adjusting element according to claim 1, characterized in that the stack segments (S1-S4; T1, T2) are part of a single one Are stacks. Stellelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Begrenzung eines Kurzschlussstromes für zumindest ein Stapelsegment ein Strombegrenzerelement (R1-R4; R11-R22) vorgesehen ist.Adjusting element according to claim 1, characterized in that to limit a short circuit current for at least one stack segment a current limiter element (R1-R4; R11-R22) is provided. Stellelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Strombegrenzerelement ein Widerstand (R1-R4; R11-R22) und oder eine Überstromsicherung ist.Adjusting element according to claim 4, characterized in that the current limiter element is a resistor (R1-R4; R11-R22) and or an overcurrent fuse is. Stellelement nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Strombegrenzerelement in das Stapelsegment integriert ist.Adjusting element according to claim 4 or 5, characterized in that the current limiter element is integrated in the stack segment. Stellelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieses an eine Überwachungseinrichtung gekoppelt ist, welche die Leistung der Stapelsegmente überwacht und Stapelsegmente abschaltet, wenn diese eine einen vorbestimmten Grenzwert unterschreitende Leistung aufweisen.Adjusting element according to claim 1, characterized in that this to a monitoring facility coupled, which monitors the performance of the stack segments and turns off stack segments if it has a predetermined limit have less than performance. Stellelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieses an eine Überwachungseinrichtung gekoppelt ist, welche die Leistung der Stapelsegmente überwacht und die elektrische Versorgungsspannung erhöht, wenn zumindest ein Stapelsegment eine einen vorbestimmten Grenzwert unterschreitende Leistung aufweist.Adjusting element according to claim 1, characterized in that this to a monitoring facility coupled, which monitors the performance of the stack segments and the electrical supply voltage increases when at least one stack segment has a power below a predetermined limit. Stellelement nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinrichtung eine Einrichtung zur Integration des Versorgungsstromes und/oder eine Einrichtung zur Messung der Versorgungsspannung entweder des Stellelementes und/oder jedes Stapelsegmentes aufweist.Adjusting element according to claim 7 or 8, characterized in that the monitoring device is a Device for integrating the supply current and / or a Device for measuring the supply voltage of either the control element and / or each stack segment has. Stellelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Parallelschaltung der Stapelsegmente schaltbar ist.Adjusting element according to claim 1, characterized in that the parallel connection of the stack segments can be switched. Verfahren zum Betreiben eines Antriebselementes mit zumindest einem Stapel mit Schichten (10) aus einem piezoelektrischen Material, die mit Elektroden (12, 14) versehen sind, wobei zur Ausfallsicherung zumindest zwei im Wesentlichen gleichartige Stapelsegmente vorgesehen sind, bei welchem Verfahren die Stapelsegmente mit einer vorgegebenen elektrischen Versorgungsspannung betrieben werden und die Leistung der Stapelsegmente überwacht wird, wobei ein Stapelsegment abgeschaltet wird, wenn dieses eine einen vorbestimmten Grenzwert unterschreitende Leistung aufweist.Method for operating a drive element with at least one stack with layers ( 10 ) made of a piezoelectric material with electrodes ( 12 . 14 ) are provided, whereby at least two essentially identical stack segments are provided for failover, in which method the stack segments are operated with a predetermined electrical supply voltage and the performance of the stack segments is monitored, a stack segment being switched off when the latter falls below a predetermined limit value having. Verfahren zum Betreiben eines Antriebselementes mit zumindest einem Stapel mit Schichten (10) aus einem piezoelektrischen Material, die mit Elektroden (12, 14) versehen sind, welche durch durchgängige Kontaktierungen (16, 18) miteinander verbunden sind, wobei zur Ausfallsicherung zumindest zwei im Wesentlichen gleichartige Stapelsegmente vorgesehen sind, insbesondere nach Anspruch 11, bei welchem Verfahren die Stapelsegmente mit einer vorgegebenen elektrischen Versorgungsspannung betrieben werden und die Leistung der Stapelsegmente überwacht wird, wobei die elektrische Versorgungsspannung erhöht wird , wenn zumindest ein Stapelsegment eine einen vorbestimmten Grenzwert unterschreitende Leistung aufweist.Method for operating a drive element with at least one stack with layers ( 10 ) made of a piezoelectric material with electrodes ( 12 . 14 ) which are provided by continuous contacts ( 16 . 18 ) are connected to one another, with at least two essentially identical stack segments being provided for failover, in particular according to claim 11, in which method the stack segments are operated with a predetermined electrical supply voltage and the performance of the stack segments is monitored, the electrical supply voltage being increased when at least one stack segment has a power that falls below a predetermined limit value. Verfahren nach Anspruch 11 und/oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass zur Überwachung der Leistung der Stapelsegmente der Versorgungsstrom entweder des Stellelementes und/oder jedes Stapelsegmentes integriert wird und/oder die Versorgungsspannung entweder des Stellelementes und/oder jedes Stapelsegmentes gemessen wird.A method according to claim 11 and / or 12, characterized marked that for monitoring the performance of the stack segments the supply current of either Control element and / or each stack segment is integrated and / or the supply voltage of either the control element and / or each Stack segment is measured. Verfahren zum Betreiben eines Antriebselementes mit zumindest einem Stapel mit Schichten (10) aus einem piezoelektrischen Material, die mit Elektroden (12, 14) versehen sind, wobei zur Ausfallsicherung zumindest zwei im Wesentlichen gleichartige Stapelsegmente vorgesehen sind, bei welchem Verfahren im Normalbetrieb zumindest eines der Stapelsegmente abgeschaltet bleibt und das andere Stapelsegment mit einer vorgegebenen elektrischen Versorgungsspannung betrieben wird, wobei die Leistung des aktiven Stapelsegmentes überwacht wird, und, wenn dieses eine einen vorbestimmten Grenzwert unterschreitende Leistung aufweist, das Antriebselement mit dem zuvor abgeschalteten Stapelsegment anstatt dem zuvor aktiven Stapelsegment betrieben wird.Method for operating a drive element with at least one stack with layers ( 10 ) made of a piezoelectric material with electrodes ( 12 . 14 ) are provided, with at least two essentially identical stack segments being provided for failover, in which method in normal operation at least one of the stack segments remains switched off and the other stack segment is operated with a predetermined electrical supply voltage, the performance of the active stack segment being monitored, and, if this has a power below a predetermined limit value, the drive element is operated with the previously deactivated stack segment instead of the previously active stack segment.
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