Piezoelektrische Aktoren werden in den verschiedensten tech- nischen Bereichen eingesetzt, um Stellglieder zu betätigen.

Dabei haben die piezoelektrischen Aktoren den wesentlichen Vorteil, dass eine schnelle Betätigung mit hoher Dynamik und mit hoher Kraft möglich ist.

Ein piezoelektrischer Aktor ist aus einer Vielzahl von piezo- elektrischen Schichten aufgebaut. Die einzelnen piezoelektri- schen Schichten sind jeweils zwischen zwei Metallelektroden angeordnet. Zur Betätigung des piezoelektrischen Aktors wird an die piezoelektrischen Schichten eine elektrische Spannung angelegt, die zu einer Verlängerung der einzelnen piezoelekt- rischen Schichten und zu einer Verlängerung des piezoelektri- schen Aktors insgesamt führt. Damit die piezoelektrische Schicht nach der Herstellung einen piezoelektrischen Effekt aufweist, bei dem sich die Dicke der piezoelektrischen Schicht bei Anlegen einer elektrischen Spannung verändert, ist es erforderlich, die piezoelektrischen Schichten zuerst zu polarisieren.

Zur Polarisierung der piezoelektrischen Schichten wird ein elektrisches Polarisationsfeld, d. h. eine elektrische Span- nung angelegt, wodurch sich eine remanente Polarisation und

eine geordnete Verteilung der in den piezoelektrischen Schichten ausgerichteten Domänen in der Feldrichtung des Po- larisationsfeldes gegenüber dem unpolarisierten Ausgangszu- stand ergibt. Nach der Polarisation der piezoelektrischen Schichten sind die piezoelektrischen Schichten remanent, d. h. andauernd in der Richtung des angelegten Polarisationsfeldes verlängert. Die remanente Verlängerung der piezoelektrischen Schichten wird an die Spannungsbedingungen im Einsatz des piezoelektrischen Aktors dadurch angepasst, dass die Polari- sation unter einer Druckspannung erfolgt. Dadurch werden Setzeffekte der piezoelektrischen Schichten, die nach der Po- larisation auftreten, reduziert. Ein entsprechendes, gat- tungsgemäßes Verfahren ist aus der Internationalen Patentan- meldung mit der Internationalen Veröffentlichungsnummer WO 99/31739 bekannt.

Zur Polarisierung des piezoelektrischen Aktors werden zeit- lich veränderliche Spannungen verwendet, da dadurch eine ver- besserte Polarisation erreicht wird. Die Länge des piezo- elektrischen Aktors ändert sich während des Polarisationsvor- ganges entsprechend den angelegten Spannungspulsen. Da der piezoelektrische Aktor zur Darstellung der Druckspannung zwi- schen zwei Halterungen eingespannt ist, wird die von den Hal- terungen auf dem piezoelektrischen Aktor erzeugte Druckspan- nung durch die Längenänderung des piezoelektrischen Aktors verändert. Dadurch wird der Polarisationsvorgang des piezo- elektrischen Aktors negativ beeinflusst.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Polarisierung eines piezoelektrischen Aktors bereitzustellen, mit dem eine Verbesserung des Polari- sierungsvorganges möglich ist.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch das Verfahren gemäß Pa- tentanspruch 1 und durch die Vorrichtung gemäß Patentanspruch 9 gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Vorspann- kraft während der Polarisation im Wesentlichen konstant gehalten wird. Dazu ist zwischen dem ersten piezoelektrischen Aktor und der Vorspannhalterung ein zweiter piezoelektrischer Aktor angeordnet, der einen Längenausgleich bei der Polarisa- tion des ersten piezoelektrischen Aktors bewirkt. Dadurch wird sichergestellt, dass die Gesamtlänge der zwei piezo- elektrischen Aktoren im Wesentlichen konstant bleibt. Somit kann die Lage der Halteelemente der Vorspannhalterung nach einer Startphase im Wesentlichen konstant gehalten werden.

Der zweite piezoelektrische Aktor wird dabei phasenverschoben zum ersten piezoelektrischen Aktor mit einer sich ändernden Spannung versorgt, wobei nach einer Startphase, in der die Amplituden der Spannungen erhöht werden, die zwei Spannungen in der Weise festgelegt werden, dass die Summe der Spannungen annähernd konstant bleibt. Auf diese Weise wird erreicht, dass die Gesamtlänge der zwei piezoelektrischen Aktoren wäh- rend des Polarisierungsvorganges im Wesentlichen konstant bleibt. Dadurch ist es möglich, eine konstante Vorspannkraft bei Beginn des Polarisationsvorganges an die zwei piezoelekt- rischen Aktoren durch eine Lagejustierung der Halteelemente der Vorspannhalterung festzulegen, ohne dass es erforderlich ist, die Lage der Halteelemente der Vorspannhalterung nach der Startphase während der Polarisation des ersten und/oder des zweiten Aktors verändern zu müssen.

Aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, die Spannungen, die zur Polarisation der piezoelektrischen Akto- ren verwendet werden, mit einer hohen Frequenz anzulegen. Da die piezoelektrischen Aktoren eine hohe Dynamik bei der Län- genänderung aufweisen, ist es möglich, die schnellen Längen- änderungen des ersten piezoelektrischen Aktors durch eine entsprechend schnelle Längenänderung des zweiten piezoelekt- rischen Aktors auszugleichen. Entsprechend hohe Frequenzen könnten mit einer Lageänderung der Halteelemente nicht er- reicht werden, da deren Massenträgheit eine entsprechende dy- namische Bewegung nicht zulässt.

Vorzugsweise werden die Spannungen, die an die zwei Aktoren gleichzeitig angelegt werden, in der Weise festgelegt, dass die Erhöhung bzw. Erniedrigung der Spannung an den Elektroden des ersten Aktors gleich der Erniedrigung bzw. der Erhöhung der Spannung an den Elektroden des zweiten Aktors ist. Auf diese Weise wird die auf die piezoelektrischen Schichten der zwei Aktoren wirkenden Spannungsänderungen gleich groß ge- wählt.

In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ver- fahrens wird die Längenänderung des ersten und/oder des zwei- ten piezoelektrischen Aktors während einer Startphase durch eine Lageänderung der Halteelemente der Vorspannhalterung während des Polarisierungsvorganges ausgeglichen. Auch auf diese Weise wird die Druckspannung, die auf die piezoelektri- schen Aktoren während des Polarisationsvorganges einwirkt, trotz der Längenänderung annähernd konstant gehalten.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist den Vorteil auf, dass die während eines Polarisationsvorganges eines ersten piezo-

elektrischen Aktors auftretenden hoch dynamischen Längenände- rungen präzise durch einen zweiten piezoelektrischen Aktor ausgeglichen werden, so dass die während des Polarisations- vorganges auf den ersten und/oder den zweiten piezoelektri- schen Aktor einwirkende Vorspannkraft im Wesentlichen kon- stant gehalten wird. Dazu weist die Vorrichtung ein Steuerge- rät auf, das die Polarisation des ersten und des zweiten Ak- tors in der Weise durchführt, dass die durch die Polarisation im ersten Aktor erzeugte Längenänderung durch die durch die Polarisation im zweiten Aktor erzeugte Längenänderung ausge- glichen wird.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist wenigstens ein Halteelement der Vorspannvorrichtung, das zur Halterung des piezoelektrischen Aktors dient, bewegbar gehaltert und dessen Lage wird von der Steuereinheit in entsprechender Wei- se geändert, um während der Startphase auftretende Längenän- derungen der piezoelektrischen Aktoren auszugleichen.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher er- läutert. Es zeigen Fig. 1 den schematischen Aufbau eines piezoelektrischen Ak- tors, Fig. 2 eine Vorrichtung zur Polarisierung eines piezoelektri- schen Aktors, Fig. 3 Kennlinien eines ersten Polarisationsverfahrens, und Fig. 4 Kennlinien eines zweiten Polarisationsverfahrens.

Fig. 1 zeigt den schematischen Aufbau eines piezoelektrischen ersten Aktors 1, der aus einer Vielzahl von piezoelektrischen Schichten 11 besteht. Die piezoelektrischen Schichten 11 sind in Form eines Schichtstapels übereinander angeordnet, wobei jeweils eine piezoelektrische Schicht 11 von zwei flächigen

Elektroden 12 begrenzt ist. Somit ist zwischen zwei piezo- elektrischen Schichten 11 jeweils eine Elektrode 12 angeord- net. Der Schichtstapel ist am unteren Ende von einer ersten Abdeckplatte 16 und am oberen Ende von einer zweiten Abdeck- platte 17 begrenzt. Die zwei Abdeckplatten 16,17 sind zwi- schen eine hülsenförmige Rohrfeder 18 eingespannt, die in der Fig. 1 nur schematisch angedeutet ist. Die Rohrfeder 18 spannt die erste und die zweite Abdeckplatte 16,17 in Rich- tung auf den Schichtstapel von piezoelektrischen Schichten 12 vor. In Abhängigkeit von der gewünschten Ausführungsform kann auf die Rohrfeder 18 auch verzichtet werden.

Die Elektroden 12 sind im Wesentlichen entsprechend der Flä- chenform der piezoelektrischen Schichten 12 ausgebildet. Die Elektroden 12 sind abwechselnd an einen ersten oder einen zweiten Leiter 14,15 angeschlossen. Der erste und der zweite Leiter 14,15 sind an gegenüberliegenden Eckbereichen des Schichtstapels angeordnet. Damit nicht jede Elektrode 12 mit jedem ersten und zweiten Leiter 14 und 15 kontaktiert ist, sind entsprechende Aussparungen 13 vorgesehen, so dass eine Elektrode 12 nur mit einem ersten oder zweiten Leiter 14,15 elektrisch leitend kontaktiert ist. Die Aussparungen befinden sich angrenzend an den ersten oder den zweiten Leiter 14,15 im Bereich der Elektroden 12. Auf diese Weise wird sicherge- stellt, dass eine piezoelektrische Schicht 11 zwischen zwei Elektroden 12 angeordnet ist, die mit dem ersten bzw. dem zweiten Leiter 14,15 elektrisch leitend verbunden sind. Wird nun an den ersten und den zweiten Leiter 14,15 eine Spannung angelegt, so wird die Spannung an jeweils zwei Elektroden 12 einer piezoelektrischen Schicht 11 angelegt. Damit stellt der Schichtstapel mit den piezoelektrischen Schichten 11 eine Se- rienschaltung von einer Vielzahl von piezoelektrischen

Schichten dar. Der Schichtstapel stellt einen monolithisch ausgebildeten Vielschichtpiezoaktor dar.

Der erste Aktor 1 kann beispielsweise als Ventilantrieb ver- wendet werden und hat eine Betriebsdauer, die 109 Betriebs- zyklen überschreiten kann. Die Elektroden 12 sind vorzugswei- se als Metallelektroden ausgebildet. Der erste und der zweite Leiter 14,15 werden zuerst für eine Polarisierung der piezo- elektrischen Schichten 12 und anschließend zum Betrieb des Aktors 1 verwendet. Um mit dem ersten Aktor Arbeitshübe von 5 bis 60 um erreichen zu können, ist eine Stapelhöhe von 5 bis 40 mm erforderlich, was einer Anzahl von bis zu 1000 piezo- elektrischen Schichten 11 entspricht.

Nach der Herstellung des Schichtstapels weisen die gesinter- ten Keramikkörner der piezoelektrischen Schichten 11 spontane Polarisationsbereiche mit unterschiedlichen Polarisations- richtungen auf. Die spontane Polarisation ist mit einer De- formation des Kristallgitters verbunden. Auftretende innere Spannungen können teilweise nur durch die Ausbildung von Do- mänen abgebaut werden. Nach der spontanen Polarisation sind die Dipolmomente der einzelnen Domänen so ausgerichtet, dass sie sich aufgrund der statistisch verteilten Polarisations- richtungen kompensieren.

Für die Bereitstellung von nutzfähigen Arbeitshüben ist es erforderlich, die Polarisationsrichtungen der Dipolmomente der einzelnen Domänen in einer Richtung auszurichten. Die Ausrichtung der Dipolmomente wird dadurch erreicht, dass ein elektrisches Polarisationsfeld an die piezoelektrischen Schichten 11 angelegt wird, wodurch eine Polarisation der Di- polmomente der Domänen parallel zur Längsachse des ersten Ak- tors 1 auftritt, da die Elektroden 12 senkrecht zu der Längs-

achse des Aktors 1 angeordnet sind. Zudem erfährt der Schichtstapel eine remanente Längenänderung in der Längsachse des Stapels. Zur Verbesserung des Polarisationsverfahrens wird der Schichtstapel bestehend aus den piezoelektrischen Schichten 11 unter einer festgelegten Druckspannung dem Pola- risationsfeld ausgesetzt und polarisiert. Das Polarisations- feld wird durch das Anlegen einer Polarisationsspannung an den ersten und den zweiten Leiter 14,15 erzeugt. Wahlweise kann eine Polarisationstemperatur von 20 bis 150°C einge- stellt werden. Typischerweise werden elektrische Polarisati- onsfelder verwendet, die eine Stärke von 2 bis 2,5 kV/mm auf- weisen. Während der gesamten Polarisationszeit wird das Pola- risationsfeld und die Druckspannung aufrechterhalten. Für ty- pische Polarisationsvorgänge sind Polarisationszeiten im Be- reich von einigen Minuten üblich.

Versuche haben gezeigt, dass piezoelektrische Aktoren 1 mit besonders guten Eigenschaften dadurch hergestellt werden kön- nen, dass die Polarisation der piezoelektrischen Schichten 11 des piezoelektrischen Aktors 1 mit veränderlichen Polarisati- onsfeldern erzeugt wird. Dabei werden während eines Polarisa- tionsverfahrens mehrere Spannungspulse in Folge in Form von Kennlinien mit sich ändernden Amplituden angelegt. Während eines Polarisationsverfahrens wird durch die sich ändernde Spannung ein sich änderndes elektrisches Polarisationsfeld an die piezoelektrischen Schichten 11 angelegt. Die Amplitude der Kennlinien der Spannungen kann einen sinusförmigen, einen rechteckförmigen oder auch andere Spannungsverläufe mit sich ändernden Amplituden aufweisen. Bei dieser Vorgehensweise be- steht jedoch ein Problem darin, die auf den Schichtstapel einwirkende Druckspannung in festgelegten Bereichen zu hal- ten. Dies ist deshalb schwierig, da bei dem Polarisationsver-

fahren der piezoelektrische Aktor entsprechend der sich än- dernden Spannung seine Länge verändert.

Die auf den piezoelektrischen Aktor 1 einwirkende Druckspan- nung sollte in einem festgelegten Bereich liegen, einen ge- wissen Maximalwert nicht überschreiten und einen gewissen Mi- nimalwert nicht unterschreiten, um die Güte des polarisierten Aktors 1 nicht zu beeinträchtigen. Die Längenänderung des piezoelektrischen Aktors 1 erfordert es im Stand der Technik, dass der Abstand der Halteelemente, zwischen die der piezo- elektrische Aktor 1 beim Polarisierungsvorgang eingespannt ist, variiert wird, damit die auf den piezoelektrischen Aktor 1 einwirkende Druckspannung in dem gewünschten Spannungsbe- reich bleibt. Mit zunehmender Frequenz der Spannung, die wäh- rend des Polarisierungsvorganges an die piezoelektrischen Schichten 11 angelegt wird, ist die Abstandsänderung zwischen den zwei Halteelementen der Spanneinrichtung immer schwieri- ger einzuhalten. Aufgrund der Massenträgheit der Halteelemen- te kann eine präzise Einstellung der Vorspannkraft während des Polarisationsvorganges bei hohen Frequenzen der Polarisa- tionsspannungen nicht mehr eingehalten werden.

Die Erfindung schlägt ein verbessertes Polarisationsverfahren und eine verbesserte Vorrichtung zur Durchführung des Polari- sationsverfahrens vor, die anhand der Fig. 2 näher erläutert werden. In Abhängigkeit von der gewählten Ausführung wird der erste Aktor 1 vor oder nach dem Einbringen in die Rohrfeder 18 polarisiert.

Fig. 2 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Vor- spannhalterung 4, die zwei Halteelemente 5,6 aufweist, die den ersten und zweiten piezoelektrischen Aktor 1, 2 während des Polarisationsvorganges mit einer einstellbaren Vorspann-

kraft beaufschlagen. Die Halteelemente 5,6 stehen über ein Gehäuse 7 miteinander in Wirkverbindung. In der dargestellten Ausführungsform ist das erste Halteelement 5 fest mit dem Ge- häuse 7 verbunden. Das zweite Halteelement 6 ist über eine Mechanik 8 bewegbar am Gehäuse 7 gehaltert. Die Mechanik 8 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Motor mit Schneckengetriebe ausgebildet. Durch eine entsprechende An- steuerung des Motors 8 kann die Lage des zweiten Halteelemen- tes 6 entlang der Längsrichtung des Gehäuses 7 verschoben werden. Damit wird der Abstand L zwischen den zwei Halteele- menten 5,6 verändert.

Der Motor 8 ist über Steuerleitungen mit einer Steuereinheit 9 verbunden. Die Steuereinheit 9 steht über erste Steuerlei- tungen 10 mit dem ersten Aktor 1 in Verbindung. Die ersten zwei Steuerleitungen 10 sind an den ersten bzw. den zweiten Leiter 14,15 des ersten Aktors 1 angeschlossen. Der erste Aktor 1 ist in der Längsrichtung parallel zum Gehäuse 7 ange- ordnet und liegt mit der zweiten Abdeckplatte 17 am ersten Halteelement 5 an. In einer bevorzugten Ausführungsform ist zwischen dem ersten Halteelement 5 und der zweiten Abdeck- platte 17 des ersten Aktors 1 ein Drucksensor 19 angeordnet.

Der Drucksensor 19 ist über eine Signalleitung 20 mit der Steuereinheit 9 verbunden. Der Drucksensor 19 erfasst die Vorspannkraft, die von der Vorspannhalterung 4 auf den ersten und zweiten Aktor 1, 2 ausgeübt wird.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der zweite Aktor 2 zwischen dem ersten Aktor 1 und dem zweiten Halteelement 6 angeordnet. Der zweite Aktor 2 ist vorzugsweise identisch zum ersten Aktor 1 ausgebildet. Vorzugsweise ist eine zweite Län- ge 12 des zweiten Aktors 2 gleich einer ersten Länge 11 des ersten Aktors 1. Der zweite Aktor 2 ist über zwei zweite

Steuerleitungen 21 an die Steuereinheit 9 angeschlossen. Eine der zweiten Steuerleitungen 21 ist an den ersten Leiter 14 und die andere zweite Steuerleitung 21 ist an den zweiten Leiter 15 angeschlossen.

Für die Durchführung eines Polarisationsvorganges legt die Steuereinheit 9 eine festgelegte Vorspannkraft in Längsrich- tung an den ersten und den zweiten Aktor 1, 2 dadurch an, dass das zweite Halteelement 6 über den Motor 8 in entspre- chender Weise in Richtung auf das erste Halteelement 5 bewegt wird. In Abhängigkeit davon, ob der Drucksensor 19 vorgesehen ist oder nicht, werden entweder experimentell ermittelte Ver- fahrwege des zweiten Halteelementes 6 zur Ansteuerung des Mo- tors 8 verwendet oder die Steuereinheit 9 erfasst während des Verfahrens des zweiten Halteelementes 6 über den Drucksensor 19 die auf den ersten und den zweiten Aktor einwirkende Vor- spannkraft und verfährt das zweite Halteelement 6 so lange, bis die gewünschte Vorspannkraft am ersten und am zweiten Ak- tor 1, 2 anliegt.

Figur 3 zeigt schematische Kennlinien eines Polarisationsver- fahrens der zwei Aktoren mit einer Startphase. In Figur 3a sind die Polarisationsspannungen P1, P2 über die Zeit t aufge- tragen. In Figur 3b sind die Längenänderungen W1, W2 des ers- ten und des zweiten Aktors 1,2 über der Zeit t aufgetragen.

In Figur 3c ist die Summe der Längenänderungen des ersten und des zweiten Aktors 1,2 über der Zeit t aufgetragen. Die Startphase erstreckt sich vom nullten Zeitpunkt t0 bis zum Anfangszeitpunkt TA der zweiten Phase.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird parallel zum Ein- stellen der Vorspannkraft der erste Aktor 1 während der Startphase mit einer sich ändernden ersten Polarisationsspan-

nung P1 beaufschlagt, deren Amplitude um einen steigenden ersten Mittelwert schwankt. Zudem wird während der Startphase der zweite Aktor mit einer zweiten sich ändernden Polarisati- onsspannung beaufschlagt, deren Amplitude um einen steigenden zweiten Mittelwert schwankt. Die erste und die zweite Polari- sationsspannung sind in der Weise aufeinander abgestimmt, dass die Summe aus der ersten und der zweiten Polarisations- spannung auf einen festgelegten Wert stetig zunimmt. Die ers- te und die zweite Polarisationsspannung können verschiedene Spannungsverläufe aufweisen. In Figur 3a sind die erste und die zweite Polarisationsspannung in Form von Sinuskurven dar- gestellt, die um 90° gegeneinander phasenverschoben sind.

Aufgrund der Zunahme des Mittelwertes der ersten Polarisati- onsspannung P1 während der Startphase verändert sich entspre- chend die erste Länge L1 des ersten Aktors 1 um eine erste Längenänderung W1, wie in Figur 3b dargestellt ist. Aufgrund der Zunahme des Mittelwertes der zweiten Polarisationsspan- nung P2 während der Startphase vergrößert sich entsprechend die zweite Länge L2 des zweiten Aktors 2 um eine zweite Län- genänderung W2, wie in Figur 3b dargestellt. Damit nimmt auch folglich die auf den ersten und den zweiten Aktor 1, 2 ein- wirkende Vorspannkraft unabhängig von der relativen Lage des ersten und des zweiten Halteelementes 5,6 zu.

Am Ende der Startphase nach dem Anfangszeitpunkt TA der zwei- ten Phase haben die erste und die zweite Polarisationsspan- nung Pl, P2 einen maximalen Mittelwert erreicht, um den die erste und die zweite Polarisationsspannung P1, P2 schwanken.

Die erste und die zweite Polarisationsspannung P1, P2 sind nach der Startphase in der Weise ausgebildet, dass die Summe aus der ersten und der zweiten Polarisationsspannung P1, P2 im wesentlichen zeitlich konstant ist. Da die Summe der Polari-

sationsspannungen im wesentlichen zeitlich konstant ist, ist auch die Summe der Längenänderungen (W1+W2) des ersten und des zweiten Aktors im wesentlichen zeitlich konstant, wie in Figur 3c dargestellt ist.

Die gewünschte Vorspannkraft wird von der Steuereinheit 9 bei Anliegen einer ersten Polarisationsspannung P1 am ersten Ak- tor 1 und bei Anliegen einer zweiten Polarisationsspannung P2 am zweiten Aktor 2 durch die Einstellung des Abstandes der Haltelemente 5,6 auf einen gewünschten Wert während der Startphase eingestellt.

Da die Summe der Längenänderungen (W1+W2) der zwei Aktoren 1,2 nach der Startphase im wesentlichen konstant bleibt, ist es trotz der sich um den jeweiligen Mittelwert schwankenden ersten und zweiten Polarisationsspannungen P1, P2 nicht erfor- derlich, die Abstände zwischen dem ersten und dem zweiten Haltelement zu verändern, um eine maximale Vorspannung des ersten und des zweiten Aktors in einem festgelegten Wertebe- reich zu halten.

Damit können die erste und die zweite Polarisationsspannung hohe Frequenzen aufweisen, mit denen die erste und die zweite Polarisationsspannung um den jeweiligen Mittelwert schwanken, ohne dass eine Nachregelung des Abstandes des ersten und zweiten Halteelementes erforderlich ist. Die dadurch mögli- chen hohen Frequenzen sind für die Polarisation des ersten und/oder des zweiten Aktors vorteilhaft.

Figur 4 zeigt Kennlinien einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens nach der Startphase in der zweiten Phase nach dem Anfangszeitpunkt TA, bei dem als Kurvenverlauf sägezahnartige Verläufe für die erste und die zweite Polarisationsspannung

P1, P2 gewählt werden. In Figur 4a sind die Verläufe der ers- ten und der zweiten Polarisationsspannung P1, P2 dargestellt, die an den ersten und an den zweiten Aktor 1, 2 angelegt wer- den. Nach der Startphase liegen zu dem Anfangszeitpunkt TA die erste Polarisationsspannung P1 mit einem Maximalwert am ersten Aktor 1 an. Die zweite Polarisationsspannung P2 weist den Wert 0 auf.

Die erste Polarisationsspannung P1, die dem ersten Aktor 1 zugeführt wird, und die zweite Polarisationsspannung P2 sind in der Weise ausgebildet, dass die Summe der ersten und der zweiten Polarisationsspannung im wesentlichen zeitlich kon- stant bleibt. Dazu sind die Kurvenverläufe identisch, jedoch so zeitverschoben, dass die Summe (P1+P2) aus der ersten und der zweiten Polarisationsspannung im wesentlichen konstant ist.

Die Summe (P1+P2) der Polarisationsspannungen P1, P2 ist in Figur 4b dargestellt. Als Folge von der konstanten Summe der Polarisationsspannungen ist die Gesamtlänge L der Serienan- ordnung des ersten und des zweiten Aktors 1, 2, die sich aus der ersten Länge 11 und der zweiten Länge 12 des ersten bzw. des zweiten Aktors 1,2 ergibt, im Wesentlichen auch konstant.

Die Gesamtlänge L ist in Figur 4c dargestellt. Geringe Schwankungen der Gesamtlänge L können hingenommen werden, so lange die auf den ersten und den zweiten Aktor einwirkende Vorspannkraft einen festgelegten Bereich nicht verlässt.

Zum Anfangszeitpunkt TA der zweiten Phase weisen der erste und der zweite Aktor 1, 2 eine Anfangslänge auf. Das erste und das zweite Halteelement 5,6 sind einen durch die Steuer- einheit 9 festgelegten Abstand voneinander beabstandet. Zudem wird über die Halteelemente 5,6 eine gewünschte Vorspann-

kraft FG auf die Aktoren 1, 2 ausgeübt. An dem ersten Aktor 1 liegt zum Anfangszeitpunkt TA eine maximale Polarisierungs- spannung Umax an. An dem zweiten Aktor 2 liegt zum Anfangs- zeitpunkt TA keine zweite Polarisierungsspannung P2 mit dem Wert 0 Volt an. Die Summe aus der ersten und der zweiten Po- larisierungsspannung P1, P2 entspricht zum Anfangszeitpunkt dem maximalen Spannungswert Umax. Der Anfangszeitpunkt stellt bereits den ersten Verfahrensschritt nach der Startphase dar.

Anschließend wird in einem zweiten Verfahrensschritt die zweite Polarisierungsspannung P2 auf einen höheren Wert ange- hoben. Der höhere und der niedrigere Wert der Polarisations- spannungen P1, P2 hängen von dem gewünschten Polarisations- vorgang ab.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird die erste Pola- risationsspannung Pl linear von dem maximalen Spannungswert Umax bis auf den Wert 0 Volt zum ersten Zeitpunkt T1 gesenkt.

Gleichzeitig wird die zweite Polarisationsspannung P2 von dem Wert 0 Volt linear bis zum ersten Zeitpunkt T1 auf den maxi- malen Spannungswert Umax erhöht. Während des ersten Verfah- rensschrittes, d. h. zwischen dem Anfangszeitpunkt TA und dem ersten Zeitpunkt T1 entspricht die Summe der Polarisations- spannung P1 + P2 im Wesentlichen dem maximalen Spannungswert Umax. Je nach Ausführungsform kann die Summe der Polarisati- onsspannungen aber auch geringfügig schwanken, wie im Dia- gramm der Fig. 4b dargestellt ist.

Die Gesamtlänge L sollte idealerweise während des ersten Po- larisationsschrittes, d. h. zwischen dem Anfangszeitpunkt TA und dem ersten Zeitpunkt T1 im Wesentlichen dem Startwert entsprechen. Jedoch können sowohl aufgrund von Ungenauigkei- ten bei der Ansteuerung als auch durch Abweichungen der Mate- rialeigenschaften des ersten und des zweiten Aktors 1, 2 ge-

ringfügige Änderungen oder Schwankungen der Gesamtlänge wäh- rend des ersten Polarisationsschrittes auftreten. Die Vor- spannkraft F, die in Figur 4d dargestellt ist, sollte während des ersten Verfahrensschrittes im Wesentlichen konstant blei- ben. Aufgrund von Ungenauigkeiten bei der Ansteuerung oder unterschiedlichen Materialeigenschaften des ersten und des zweiten Aktors 1, 2 können auch geringe Abweichungen von dem Startwert FG der Vorspannkraft auftreten.

Anschließend wird in einem dritten Verfahrensschritt zwischen dem ersten und dem zweiten Zeitpunkt T1, T2 die erste und die zweite Polarisationsspannung P1, P2 konstant gehalten.

Anschließend wird in einem vierten Verfahrensschritt nach dem zweiten Zeitpunkt T2 die zweite Polarisationsspannung P2 li- near bis zum dritten Zeitpunkt T3 auf den Wert 0 Volt abge- senkt. Gleichzeitig wird ausgehend vom zweiten Zeitpunkt T2 die erste Polarisationsspannung P1 ausgehend von dem Wert 0 Volt bis auf den maximalen Spannungswert Umax zum dritten Zeitpunkt T3 erhöht. Der symmetrische Wechsel der Polarisati- onsspannungen wird, wie aus Fig. 4a ersichtlich ist, eine festgelegte Zeitspanne wiederholt. Die festgelegte Zeitspanne wird experimentell ermittelt, wobei die Zeitspanne so lange gewählt wird, bis ein gewünschter Polarisationszustand des ersten und/oder des zweiten Aktors 1, 2 erreicht ist.

Je nach Anwendungsfall können die Zeitabschnitte, in denen die erste und die zweite Polarisationsspannung Pl, P2 kon- stant gehalten werden, verkleinert oder auch vollständig weg- gelassen werden. Zudem können die Änderungen der ersten und der zweiten Polarisationsspannung P1, P2 anstelle einer line- aren Änderung auch andere zeitliche Änderungsverhalten wie

z. B. abgestufte Änderungen oder exponentielle Änderungen oder Änderungen beliebiger anderer Art aufweisen.

Da während der Startphase des Polarisationsvorganges eine Än- derung der Gesamtlänge L des ersten und des zweiten Aktors 1, 2 auftritt, wird in einer vorteilhaften Ausführungsform der Abstand des ersten und des zweiten Halteelementes 5,6 wäh- rend der Startphase erhöht. Der Abstand steigt somit von ei- nem Anfangswert bis zum Endwert am Ende der Startphase. Somit steigt auch die Gesamtlänge L während der Startphase von ei- nem Startwert bis zu einem Endwert am Ende der Startphase.

Die Vorspannkraft, die auf den ersten und den zweiten Aktor 1, 2 einwirkt, sollte im Wesentlichen in einem festgelegten Wertebereich gehalten werden. Somit sind Schwankungen um den Startwert FG der Vorspannkraft zulässig. Am Ende des Polari- sationsvorganges werden beide Polarisationsspannungen P1, P2 auf den Wert 0 gesenkt und die Vorspannkraft wird anschlie- ßend ebenfalls auf den Wert 0 reduziert.

Die Frequenz der Polarisationsspannungen, mit denen der erste und der zweite Aktor versorgt werden, hängt von den verwende- ten Aktoren 1, 2 ab und kann im Bereich von einigen 100 Hertz liegen.

Die Erfindung wurde an einem Beispiel erläutert, bei dem in Serie zum ersten Aktor 1 ein zweiter Aktor 2 angeordnet ist, der im Wesentlichen identisch zum ersten Aktor 1 ausgebildet ist. Dies bietet den Vorteil, dass der erste und der zweite Aktor 1, 2 im Wesentlichen das gleiche Längenänderungsverhal- ten in Abhängigkeit von der angelegten Polarisationsspannung aufweist. Damit sind sowohl die zeitliche Änderung der Länge als auch die bei maximaler Spannung Umax sich ergebende maxi-

male Auslenkung des ersten und des zweiten Aktors identisch.

Somit können für die Polarisation des ersten und des zweiten Aktors im Wesentlichen gleiche Kurvenverläufe für die erste und die zweite Polarisationsspannung P1, P2 verwendet werden, die jedoch zeitlich gegeneinander verschoben sind. Durch die- ses Verfahren können bei einem Polarisationsvorgang jeweils zwei nicht polarisierte Aktoren verwendet werden, so dass bei einem Polarisationsvorgang zwei Aktoren gleichzeitig polari- siert werden.

In einer weiteren Ausführungsform können auch unterschiedli- che piezoelektrische Aktoren in Serie geschaltet werden. Dies erfordert jedoch einen höheren Aufwand bei der Polarisierung, da unterschiedliche Profile für die Polarisationsspannungen der zwei Aktoren verwendet werden müssen, um die Gesamtlänge L, die sich aus der Summe der Längen zwei Aktoren zusammen- setzt während der Polarisation im Wesentlichen konstant zu halten. Bei zwei Aktoren, die unterschiedliche piezoelektri- sche Eigenschaften aufweisen, sind die entsprechenden Profile für die Polarisationsspannungen auch unterschiedlich ausge- bildet. Um auch bei piezoelektrischen Aktoren mit unter- schiedlichen piezoelektrischen Eigenschaften eine Begrenzung der Vorspannkraft F in dem gewünschten Bereich zu erhalten, kann auch eine Regelung der Polarisationsspannungen P1, P2 über die Erfassung der Vorspannkraft durch den Drucksensor 19 erfolgen. Dabei überwacht die Steuereinheit 9 mit dem Druck- sensor 19 die an den ersten und den zweiten Aktor anliegende Druckspannung und regelt die Polarisationsspannungen P1, P2 der zwei Aktoren 1, 2 in der Weise, dass die Vorspannkraft F in dem gewünschten Bereich verweilt und trotzdem der erste und der zweite Aktor mit einer gepulsten Polarisationsspan- nung versorgt werden und eine remanente Polarisierung des ersten und des zweiten Aktors erreicht wird. Es können jedoch

auch experimentell ermittelte Kurvenverläufe für die zwei Po- larisationsspannungen verwendet werden.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann anstelle des zweiten Aktors 2 auch jedes andere Ausgleichselement ver- wendet werden, mit dem die Längenänderung des ersten Aktors 1 während des Polarisationsvorganges im Wesentlichen ausgegli- chen werden kann. Das Ausgleichselement kann beispielsweise aus mehreren piezoelektrischen Aktoren aufgebaut sein, die in entsprechender Weise von der Steuereinheit 9 angesteuert wer- den. Es könnte jedoch auch ein Ausgleichselement verwendet werden, das im Wesentlichen mit Federkräften funktioniert und als passives Ausgleichselement aufgebaut ist und die Vor- spannkraft auf einen maximalen Wert begrenzt.

Fig. 5 zeigt eine vorteilhafte Schaltungsanordnung für die Versorgung des ersten und des zweiten piezoelektrischen Ak- tors 1, 2 mit entsprechenden Polarisationsspannungen. In die- sem Ausführungsbeispiel sind der erste Leiter 14 des ersten Aktors 1 mit einer ersten Spannung U1 und der zweite Leiter 15 des zweiten Aktors 2 mit einer dritten Spannung U3 verbun- den. Die erste Spannung U1 und die dritte Spannung U3 sind jeweils konstant und weisen einen Potenzialunterschied auf.

In dem gewählten Ausführungsbeispiel sind die erste und die dritte Spannung U1, U3 positiv, wobei die erste Spannung U1 einen minimalen Spannungswert Umin und die dritte Spannung U3 einen maximalen Spannungswert Umax aufweist. Der zweite Lei- ter 15 des ersten Aktors 1 und der erste Leiter des zweiten Aktors 2 sind elektrisch miteinander verbunden und werden von der Steuereinheit 9 mit einer Wechselspannung U2 versorgt, die zwischen dem maximalen Spannungswert Umax und dem minima- len Spannungswert Umin hin-und herspringt. Aufgrund der vor- teilhaften Schaltungsanordnung reicht es aus, den ersten und

den zweiten Aktor mit nur einer Wechselspannung und zwei kon- stanten, aber unterschiedlichen Spannungen zu versorgen. Auf diese Weise ist eine einfache und kostengünstige Spannungs- versorgung während des Polarisationsvorganges möglich.