Ein derartiger Biegewandler ist beispielsweise aus der WO 96/41384 A1 bekannt. Als Material für den Tragkörper wird darin Glas oder die Piezokeramik selbst vorgeschlagen.

Der eingangs genannte piezokeramische Biegewandler mit einer auf einem flachen Tragkörper aufgebrachten Piezokeramik dient vorrangig zur Ausnutzung des indirekten oder reziproken pie- zoelektrischen Effekts, d. h. zur Umwandlung von elektrischer in mechanische Energie. Für den Biegewandler gibt es eine Vielzahl von technischen Anwendungen. Solche Anwendungen sind z. B. als piezoelektrischer Druckkopf für einen Tintenstrahl- drucker, als Stellelement in Braille-Zeilen in Lesegeräten für Blinde, in Textilmaschinen oder in Ventilen.

Gerade bei Anwendungen in Ventilen, insbesondere in pneumati- schen Ventilen, ist ein Biegewandler mit der eingangs genann- ten Anpassung der thermischen Ausdehnungskoeffizienten von Tragkörper und Piezokeramik besonders geeignet. Bei einem solchen Einsatz ist nämlich selbst eine. geringe thermische Eigenverbiegung von einigen um/10 °K aufgrund unterschiedli- cher Ausdehnungskoeffizienten von Tragkörper und Piezokeramik nicht mehr tolerierbar. Bereits eine solch geringe thermische Eigenverbiegung des Biegewandlers bei Temperaturänderung würde nämlich dazu führen, dass beispielsweise die Schließ- funktion des Ventils nicht mehr gewährleistet ist.

Der thermische Ausdehnungskoeffizient einer Piezokeramik, um- fassend Blei, Zirkon und Titan, auch PZT-Piezokeramik ge- nannt, schwankt in Abhängigkeit vom Polarisationsgrad und von der Richtung des zur Ansteuerung verwendeten elektrischen Feldes zwischen-5 und +6-10-6/K. Je nach Herstellungsart und abhängig von der Ansteuerung einer PZT-Keramik ist also deren thermischer Ausdehnungskoeffizient verschieden. Unter- schiedliche Gewichtsanteile der Einzelkomponenten einer PZT- Piezokeramik hingegen führen hingegen lediglich zu einem Schwanken des Ausdehnungskoeffizienten der Piezokeramik von 0,5-10-6/K.

Wird gemäß der WO 96/41384 A1 als Material für den Tragkörper Glas genommen, so unterscheidet sich der thermische Ausdeh- nungskoeffizient der Piezokeramik von dem thermischen Ausdeh- nungskoeffizienten des Glases je nach Polarisation der Piezo- keramik dennoch in einem solchen Maße, dass der Einsatz eines derartigen Biegewandlers aufgrund der zu erwartenden thermi- schen Eigenverbiegung in einem Ventil, insbesondere in einem Pneumatik-Ventil, nicht mehr tolerierbar ist. Das Gleiche gilt für die Verwendung einer Piezokeramik als Material für den Tragkörper, da sich durch die Polarisation der PZT-Piezo- keramik der aktiven Schicht ein von dem thermischen Ausdeh- nungskoeffizienten des Tragkörpers verschiedener thermischer Ausdehnungskoeffizient der PZT-Piezokeramik ergibt.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen piezokeramischen Biege- wandler der eingangs genannten Art anzugeben, der gegenüber dem Stand der Technik eine weiter verringerte thermische Ei- genverbiegung aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß in einer ersten Alterna- tive dadurch gelöst, dass der Tragkörper aus einer Ni- ckel/Kobalt/Eisen-Legierung besteht, die 28-30 Gew.-% Ni- ckel, 16-18 Gew.-% Kobalt, 0-3 Gew.-% mindestens eines Elements, aufgewählt aus der Gruppe, welche Kohlenstoff, Man- gan und Silizium enthält, und einen Rest Eisen umfasst.

In einer zweiten Alternative wird die Aufgabe für einen ein- gangs genannten piezokeramischen Biegewandler erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Tragkörper aus einer Nickel/Eisen- Legierung besteht, die 40-44 Gew.-% Nickel, 0-3 Gew.-% mindestens eines Elements, ausgewählt aus der Gruppe, welche Kobalt, Chrom, Kohlenstoff, Mangan, Phosphor, Schwefel, Sili- zium und Aluminium enthält und einen Rest Eisen umfasst.

In einer dritten Alternative wird die Aufgabe für einen ein- gangs genannten piezokeramischen Biegewandler erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Tragkörper aus einem Halbleitermate- rial besteht, welches 10-55 Gew.-% Silizium, 45-90 Gew.-% Germanium und einem Rest an Spurenelementen umfasst. Die Spu- renelemente sollten dabei mit einer Menge so gering als mög- lich vorkommen.

Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass eine PZT-Piezokeramik unabhängig von deren Zusammensetzung in dem fertig hergestellten Biegewandler einen thermischen Ausdeh- nungskoeffizienten zwischen 4 und 5 10-6/K aufweist. Weiter geht die Erfindung von der Überlegung aus, dass jeder Wert des thermischen Ausdehnungskoeffizienten innerhalb dieses Be- reiches über eine entsprechende Zusammensetzung des Materials des Tragkörpers ausgleichbar sein sollte. Eine solche Ein- stellung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Materi- als des Tragkörpers auf den thermischen Ausdehnungskoeffi- zienten der PZT-Piezokeramik ermöglicht eine Nickel/Ko- balt/Eisen-Legierung über die Einstellung der Gewichtsanteile an Nickel und Kobalt sowie der optionalen Zufügung der ge- nannten weiteren Bestandteile.

Alternativ wird dies auch ermöglicht über die Gewichtsanteile von Nickel in einer Nickel/Eisen-Legierung sowie die Zufügung von bestimmten Gewichtsanteilen der weiter genannten Bestand- teile.

Schließlich wird dies auch ermöglicht über die Einstellung der Gewichtsanteile von Silizium und Germanium in einem Sili- zium und Germanium enthaltenden Halbleitermaterial mit einer eventuellen Restdotierung an Spurenelementen.

Über die in den Patentansprüchen 1 bis 3 genannten Anteile der jeweiligen Komponenten kann der thermische Ausdehnungsko- effizient des Materials des Tragkörpers innerhalb der Schwan- kungsbreite des thermischen Ausdehnungskoeffizienten der PZT- Piezokeramik eingestellt werden. Auf diese Weise ist eine weitest gehende Angleichung der thermischen Ausdehnungskoef- fizienten der PZT-Piezokeramik in polarisiertem Zustand und des Materials des Tragkörpers gegeben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert.

Dabei zeigt die einzige Figur einen piezokeramischen Biege- wandler 1 mit einem Tragkörper 2 und einer darauf einseitig aufgebrachten Schicht aus einer Blei-Zirkonat-Titan-Piezoke- ramik 3. Die Piezokeramik 3 ist mit einer inneren, dem Trag- körper 2 zugewandten Elektrode 5 und mit einer äußeren Elekt- rode 6 belegt. Beide Elektroden 5 und 6 sind als Metallisie- rungsschichten aus Silber-Palladium auf die Piezokeramik 3 flächig aufgebracht.

Die Blei-Zirkonat-Titan-Piezokeramik 3 ist über die Elektro- den 5 und 6 polarisiert worden. Die Ansteuerung der Piezoke- ramik 3 erfolgt durch Anlegen einer Spannung zwischen der in- neren Elektrode 5 und der äußeren Elektrode 6. Der Tragkörper 2 besteht aus einer Nickel/Kobalt/Eisen-Legierung, welche 28,5 Gew.-% Nickel, 18 Gew.-% Kobalt, 0,25 Gew.-% Mangan und 0,25 Gew.-% Silizium sowie einen Rest aus Eisen umfasst.

Zur elektrischen Kontaktierung der inneren Elektrode 5 ist auf das freie Ende des Tragkörpers 2 ein Kupferplättchen 8 aufgeklebt, welches teilweise zwischen den Tragkörper 2 und

die inneren Elektrode 5 eingelegt ist. Das Kupferplättchen 8 ermöglicht einen leichten Lötkontakt mit einem Anschlussdraht 10.

Zum Betrieb des gezeigten, aufgrund der lediglich einseitig aufgebrachten Piezokeramik 3 auch als unimorph bezeichneten Biegewandlers 3 wird ein Potenzial an den Anschluss 10 ge- legt. Die äußere Elektrode 6 ist hierbei auf Masse bzw. Erd- potenzial gelegt.

Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind die weiter in den Pa- tentansprüchen 2 und 3 genannten Materialien für den Tragkör- per 2 nicht in weiteren Figuren dargestellt.