薄片转换器的制作方法

本发明涉及一种薄片转换器，该薄片转换器具有：保持件；电活性的复合结构，该复合结构具有至少一个可变形的载体和至少两个电极，该至少两个电极被布置在可变形的载体的相对侧上；以及负荷作用件，该负荷作用件被安置于电活性的复合结构上。

背景技术：

薄片转换器可用于将电能转换成机械功。例如已知将薄片转换器用作为致动器。

简单而言，电活性的复合结构由薄片形式的可弹性形变的电介体构成，薄片作为载体用于两个电极。电极被置于薄片的上侧和下侧上。当在两个电极之间产生电场时，在电极之间出现引力使得导致电极之间的距离减小。由此，载体被压缩。因为载体的材料是基本不可压缩的，通过载体的厚度减小导致长度增大。由此，例如当负荷作用件被弹簧在确定方向上施压时，可产生负荷作用件的行程。

在现有技术中，保持件通常被实施成封闭的环或框，其全方位包围复合结构。该框和载体例如可在俯视图中具有圆形或矩形形状。注意，保持件的该形状对于不同应用不是最佳的。

技术实现要素：

本发明的目的在于，改进已知的薄片转换器，使得产生负荷作用件的更好的调整性能。

为了实现该目的，对于已知类型的薄片转换器提出，保持件作用在复合结构的两个相互远离的端部上，且负荷作用件被布置在复合结构的两个端部之间。本发明基于下述基本思路，即，不再将复合结构全方位地夹紧在保持件中，而一般而言使用条形的复合构件，该复合构件在其对立端部上被保持件固定。由此产生复合结构的更长的自由伸展，该伸展可被转换成负荷作用件的行程。这归因于下述情况，即，当复合结构仅在相互对立端部上被保持时其主要沿着其纵轴线形变，即，主要在一个方向上。另一优点在于，薄片转换器适用于仅提供窄小结构空间的应用。

优选地，复合结构具有矩形的基本形状。在此特别地，“矩形”表示，有两个更长的侧边和两个更短的侧边。优选地，更长的侧边的长度至少是更短的侧边的长度的两倍。“矩形”不必须表示，复合结构强制性具有直的侧边和/或角。复合结构可具有“靴子形状”、肾形状等。

复合结构可基本上有唯一的可变形的载体构成，其在相对侧上设置有两个电极。然而也可行的是，复合结构具有两个或更多个可变形的载体，在其之间以合适的方式布置电极。通过该方式可提高由薄片转换器提供的机械或电功率。

当设置多个可变形的载体时，电极优选在保持件的区域中通孔金属化(durchkontaktiert)。通过该方式，可通过唯一的接触部同时连接多个电极。

优选地，载体是电介体，特别是介电聚合物。电活性的聚合物是特别优选的。载体基本上可以是例如由聚合物、由硅酮、丙烯酸脂或聚氨酯制成的薄片或薄膜。

为了制造载体可使用不同的方法。特别优选地，将载体实施成特别通过丝网印刷法、移印法或3D打印法被制造的印制构件。

电介体也可以是浇注构件，该浇注构件例如被制造成旋转涂层。

电极可由基体材料、传导材料、溶剂和添加物构成。通过该方式可在良好导电性的情况下实现所期望的高的可形变性。

特别地，诸如硅酮、丙烯酸脂或聚氨酯的弹性体材料适合作为基体材料。

对于电极的传导材料，可使用炭黑、碳纳米管、传导聚合物、纳米金属丝或这些材料构成的混合物。这些材料确保，也可在大量形变循环上保持电极的导电性且不妨碍电介体的机械形变。

电极可被实施成印制构件。对此丝网印刷法、移印法、3D打印法、层压法、喷墨打印法或气溶胶喷射法是特别合适的。上述方法使得可直接在载体上制造电极。

电极也可被分开制造且与载体粘接。

根据一个设计方案提出，电极在载体的一侧上被连续实施。替选地，也可行的是，电极在载体的一侧上由两个分开的电极部分构成，且在操作时处于同一电势。

在负荷作用件的最佳行程方面提出，复合结构具有伸长的、矩形的基本形状，且保持件作用在复合结构的两个更短侧上。

根据本发明的一个设计方案提出，保持件由两个固定部分构成，其中的每个被布置在复合结构的一个端部上。所述固定部分不是必须相互固定连接，而可被安置在基础件上，使得复合结构合适地被保持在固定部分之间。换而言之：固定部分仅间接通过复合结构相互连接。

在此优选地，固定部分设置有固定开口。这简化了将固定部分固定在基础件上。特别地，固定开口也可用于触点接通。

也可行的是，两个固定部分通过连接部分相互连接。通过该方式在基本形状中形成框类型的保持件，然而保持件仅在两个相互远离侧上与复合结构连接，而复合结构在两个其他(更长)侧上与两个连接部分分开。

在固定部分与连接部分之间可有预定断裂点。这使得当连接部分对于薄片转换器的具体应用不必要时能够以较小的代价移除连接部分。尽管如此，不要求对于不同应用情况制造不同的保持件。

连接部分相互间的距离大于负荷作用件的宽度。这确保连接部分不妨碍负荷作用件的行程。

优选地，固定部分具有面对复合结构的边缘，其中，该边缘被实施成倒圆角的。该倒圆角的边缘确保复合结构也在大量操作循环的情况下不被机械损伤。

根据本发明的一个设计方案提出，保持件由硬度高于可变形的载体的硬度的材料构成。通过该方式阻止在操作时作用力使保持件形变。

根据本发明的一个设计方案，负荷作用件具有至少一个侧边缘，其被实施成倒圆角的。这也用于在大量操作循环的情况下保持复合结构的较低的机械负荷。

薄片转换器可用于将电能转换成机械功。该机械功以通过操作力实施的操作行程的方式被提供。

也可行的是，薄片转换器用于将机械能转换成电能。在此，当负荷作用件从外部被移动时，电极相互间的距离改变。类似于充电的电容器的情况，在其中，电容器板相互间的距离改变，则在该情况下在薄片转换器中电极之间的电压改变。即，薄片转换器可类似于传感器或发电机被使用。

为了防止电击穿或与其他构件短路，可在电极上设置可弹性形变的绝缘层。

绝缘层例如可通过化学气相沉积被施加或被层压到电极上。

也可行的是，绝缘层是印制构件，其特别通过丝网印刷法、移印法或3D打印法被施加。

为了不妨碍负荷作用件的行程，绝缘层的硬度优选小于复合结构的硬度。

适用于绝缘层的材料是硅酮、丙烯酸脂或聚氨酯。

保持件可以是印制构件，其优选直接被印制到复合结构上。由此节省安装步骤。

丝网印刷法、移印法或3D打印法可被用作为印制保持件的方法。

也可行的是，保持件是压铸件，特别是塑料压铸件。

当保持件与复合结构分开地被制造时，保持件可被层压到复合结构上，使得保持件在此可靠地被固定。

环氧树脂可用作为用于保持件的材料。该情况的特征在于良好的绝缘性和高的机械和化学抗性。

用于触点接通电极的合适的印制导线可被集成到保持件中。

根据本发明的一个设计方案提出，保持件具有至少一个分离隔片，保持件通过该至少一个分离隔片在制造过程期间与相邻的保持件连接。然后，分离隔片被切开、被冲开或完全被分离，从而将保持件与相邻的保持件分开。在此可行的是，同时印制或在压铸模具中制造大量保持件。

根据一个设计方案提出，复合结构拥有固有传感特性。

根据本发明的一个设计方案提出，在偶数个载体的情况下，电极和载体的面积比可以是大致1，而不会在外电极层之间产生电飞弧，因为外电极层在该情况下在操作致动器时被置于相同的电势。

附图说明

下文中根据在附图中所示的不同实施方式描述本发明。附图中：

图1示意性地示出根据本发明的薄片转换器，其用于将电能转换成机械功；

图2示意性地示出根据本发明的薄片转换器，其用于将机械能转换成电能；

图3以透视示意图示出根据本发明的薄片转换器的一个实施例；

图4以放大的侧视图示出图3中的细节IV；

图5以俯视图示出图3的薄片转换器；

图6示出当负荷作用件如保持件在同一平面中时的图5中的薄片转换器的侧视图；

图7示出沿着图5的平面VII-VII的截面，其中，负荷作用件相对于图6的视图被拉长；

图8以俯视图示出根据本发明的薄片转换器的第二实施方式；

图9以俯视图示出根据本发明的薄片转换器的第三实施方式；

图10以俯视图示出包括多个根据本发明的薄片转换器的载体；

图11以俯视图示出可在图10的载体中使用的电极的矩阵；

图12以俯视图示出具有多个并排的薄片转换器的条；以及

图13以俯视图示出具有多个并排的薄片转换器的条。

具体实施方式

在图1中示意性地示出薄片转换器1，其具有作为基本构件的保持件2，在保持件中保持条形的、电活性的复合结构3。在电活性的复合结构3上，在保持件2内，安置负荷作用件4。

负荷作用件4被施加在弹簧5的一侧上，且由薄片转换器1操作的构件6被安置在相对侧上。

在该所示的实施例中，构件6为阀件，其与阀座7共同作用。阀件6可在箭头P的方向上被调整，使得位于阀座7上，由此阀被闭合，或从阀座7被升起由此阀被打开。

特别的特征在于，构件6与负荷作用件4磁性耦接。对此，在构件6上布置磁体8，且负荷作用件4由铁磁材料构成，或包括铁磁插入部，例如小的钢板。

磁体8可被是实施成球、透镜或滚筒，这具有下述特别的优点，即，构件6在至少一个方向上(在滚筒情况下)或在两个方向上(在透镜或球的情况下)可相对于负荷作用件4旋转。这特别在下述情况下是有利的，即，当构件6被非平移调整而围绕旋转轴线被转动时；在该情况下构件6相对于负荷作用件4的朝向改变。

因为薄片转换器在图1所示的实施方式中作为致动器工作，其被连接至电源9。

在图2中示出第二实施方式，在其中，对于第一实施方式已知的构件使用相同的参考标记。就此参考上文的说明。

第一与第二实施方式之间的不同在于，薄片转换器在第二实施方式中用于将机械功(通过构件6的行程被提供)转换成电能。

下文中结合图3至图7详细描述薄片转换器1的结构。

薄片转换器1具有保持件2，电活性的复合结构3被保持在其中。在该实施方式中，保持件2根据环形框的方式被实施，其由两个固定部分10和两个连接部分12组成。两个连接部分12沿着由框类型的保持件2限定的矩形的更长的边延伸，且固定部分沿着更短的边延伸。

在此，保持件2被实施成总共两层的，即，由两个相互相同的部分2A、2B构成。然而，保持件2可被同样好地实施成一体的。

矩形的电活性的复合结构3的相互远离的端部被固定在保持件的两个部分2A、2B之间，更确切地在固定部分10之间。由此，电活性的复合结构3在自由空间中在两个相互平行布置的连接部分12之间延伸。

电活性的复合结构由可变形的载体20构成，其在其外侧上(即，“上侧”和“下侧”)分别设置有电极22。

在两个固定部分10之间在电活性的复合结构上布置负荷作用件4。

优选地，负荷作用件4居中地被布置在两个固定部分10之间。.

在该所示的实施例中，负荷作用件4被实施成矩形板，其在中间设置有开口。更确切地说，负荷作用件4由被布置在复合结构3的相对侧上的两个部分4A、4B构成。负荷作用件4的宽度小于两个连接部分12之间的距离(参见在图5中在每侧上留下的间隙s)，且负荷作用件4的长度在尺寸方面为固定部分10之间的距离的一半(参见图5)。负荷作用件也可具有另一、匹配各使用情况的形状。也可行的是，负荷作用件通过下述方式仅被布置在复合结构3的一侧上，即，例如其在此被粘接。

在此，电活性的复合结构3的宽度对应于负荷作用件4的宽度，且由此同样在连接部分12的相互的距离之下。长度在宽度两倍至四倍的范围中。

保持件2的以及负荷作用件4的边缘被倒圆角，电活性的复合结构在操作时沿着所述边缘移动(参见在保持件2的两个部分2A、2B上的倒角24)。

保持件2由相对刚性的材料制成，如环氧树脂。强度很高，使得保持件2在出现负荷时可被认为是刚性框。

负荷作用件4也可由诸如环氧树脂的塑料制成。载体20是由介电聚合物制成的薄片或薄膜。在此，可使用硅酮、丙烯酸脂或聚氨酯。

被施加到载体20上的电极22由基体材料(例如，如硅酮、丙烯酸脂或聚氨酯的弹性体)构成的混合物构成，在其中嵌入传导材料(例如，炭黑、碳纳米管、传导聚合物、纳米金属丝或这些材料的混合物)。

电极22延伸进入固定部分10的下述区域，即，在该区域固定部分借助于未示出的接触部电触点接通。该接触部位于被设置在两个固定部分10中的开口26中。

电极22可连续地在整个载体上延伸，即，从一个固定部分10通过负荷作用件4直至另一固定部分10，或电极22仅从固定部分10延伸至负荷作用件4。在第一种情况下足以将上侧上的接触部与下侧上的接触部连接。在第二种情况下，在每个固定部分10中必须既在下侧上设置接触部又在上侧上设置接触部。

在该所示的实施例中，电极22未延伸至载体20的边缘(参见图3)。然而基本上也可行的是，电极22覆盖载体20的整个表面。

当将合适的电场置于电极22上时，电极22相互施压。在此，载体20被弹性地压到一起。因为载体20由基本不可压缩的材料构成，载体(与电极一起)变长。在图1的实施例中，这导致弹簧5可用于向右移动负荷作用件4且由此关闭阀。

当再次移除电场时，载体20变短，使得弹簧5被压缩且阀被打开。

保持件2可与电活性的复合结构3粘接。也可行的是，将保持件2实施成印制构件，其被印制到电活性的复合结构上。

同样的情况适用于负荷作用件4。

电活性的复合结构的电极22同样可被印制到载体上。

在该所示的实施例中，电活性的复合结构包括具有两个电极的载体。也可行的是，使用堆叠的复合结构，在其中，多个电极与多个载体交替。在该情况下，所有奇数电极优选共同通孔金属化，使得其在控制时处于第一电势，且所有偶数电极通孔金属化，使得其处于第二电势。

图8中所示的实施方式与第一实施方式的不同在于，在固定部分10和侧向与其布置的连接部分12之间设置缝隙30，该缝隙延伸直至保持件2的外边缘之前少许。由此，连接部分12与固定部分10仅通过非常薄的材料隔片32连接，材料隔片作为预定断裂点。这使得当连接部分12在确定的使用情况下是不必要的或是干扰的时，可通过较低代价在没有工具的情况下移除连接部分12。在该情况下，保持件2由两个固定部分10构成，固定部分不再直接相互连接，而仅间接通过在其之间延伸的电活性的复合结构3连接。当然必要的是，将固定部分10相互间隔地布置在基础件上。

在图9的实施例中，类似于图8的第二实施方式，在保持件2的固定部分10与连接部分12之间设置预定断裂点。在此，预定断裂点32被实施成具有保持件2的两个部分2A、2B的减小壁厚的部分，即，被实施成凹槽。这也使得可在需要时快速移除连接部分12。

在图10中，示出载体20(即，柔性薄片)具有相比于图5面积更大的设计方案。在载体20上以矩阵结构的类型并排且成列地布置多个薄片转换器1。保持件2及负荷作用件4例如可借助于丝网印刷法、移印法或3D打印法被施加到载体20上。

同时，多个电极22(参见图11)也能够以适合触点接通的样式被施加。对此也适用打印法。

在电活性的复合结构被施加且保持件完整之后，由此形成的单个薄片转换器例如可通过切边由大面积的载体20分开。

替选地，基于图10，可切出具有多个成排的(图12)或成列的(图13)薄片转换器1的条。通过在箭头方向上对该条快速折叠，获得由多个重叠薄片转换器1构成的堆叠的复合结构，在其中，多个电极与多个载体交替，如上所述的那样。