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Die
Erfindung betrifft ein Befestigungssystem mit zumindest einem ersten
Befestigungsmittel und zumindest einem zweiten Befestigungsmittel, wobei
das erste Befestigungsmittel mit dem zweiten Befestigungsmittel
beweglich verbunden ist.
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Befestigungssysteme,
dienen in der Regel dazu, um zwei voneinander unabhängig erstellte
Produkte, Anlagenteile, Gehäuseteile
oder ähnliches miteinander
zu verbinden, wobei diese Verbindung sowohl lösbar oder auch unlösbar sein
kann. Darüber hinaus
erfüllen
Befestigungssysteme noch enger spezifizierte Aufgaben, die oftmals
weit über
die bloße
Verbindung hinausgehen. So sind z.B. aus dem Maschinenbau oder dem
Anlagenbau Befestigungssysteme bekannt, die zugleich dämpfende
Aufgaben erfüllen,
um z.B. die Übertragung
von Körperschall von
dem einen auf das andere Bauteil zu vermeiden oder zumindest zu
verringern. Auch sollen große Schwingungen
z.B. beim Anlauf von großen
Maschinen mit rotierenden Teilen dämpfend abgefangen werden. Dabei
sind diese Befestigungssysteme als Metallgummilager ausgebildet,
wobei die Eigenschaften des elastischen Gummis eine Übertragung der
Schwingung vermindert. Ein solches Befestigungssystem mit einer
sogenannten passiven Dämpfung
erreicht optimale Ergebnisse in einen sehr eng abgegrenzten physikalischen
Bereich, wobei verschiedene physikalische Parameter wie z.B. Temperatur,
Intensität
und Frequenz der Schwingung zu berücksichtigen sind. Eine Abweichung
aus den optimalen Bereichen verhindert demzufolge auch eine optimale
Dämpfung.
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Übertragen
auf Einbauten in Gehäuse
für elektronische
Geräte,
wie z.B. elektromechanische Bauteile, ändert sich an der prinzipiellen
Problematik nichts. D.h. unabhängig,
in welchem Größenbereich Befestigungssysteme
ihren Einsatz finden, sind sie, wenn mit einem passiven Dämpfungsmittel
ausgestattet, jeweils nur für
einen vergleichsweise engen physikalischen Bereich optimal geeignet.
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Aus
zwei Artikeln, des Fraunhofer Magazins 2.2003 „Adaptronik – wenn Material
aktiv wird", von Seite
8 bis Seite 13, und „Intelligente
Materialien" von Professor
Dr. Gerd Müller
auf Seite 30 und Seite 31, ist bekannt, dass Eigenschaften von Materialien
aktiv beeinflussbar und steuerbar sind.
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Es
ist die Aufgabe der Erfindung, ein Befestigungssystem vorzuschlagen,
das insbesondere für elektronische
Geräte,
wie z.B. Computergeräte
geeignet ist, die Geräuschentwicklung
des Gesamtgerätes
zu vermindern.
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Diese
Aufgabe wird durch die Maßnahmen der
unabhängigen
Patentansprüche
1 und 15 gelöst und
in denen darauf rückbezogenen
Unteransprüchen
vorteilhaft weitergebildet.
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Dabei
ist ein Befestigungssystem, mit zumindest einem ersten Befestigungsmittel
und zumindest einem zweiten Befestigungsmittel, wobei das erste Befestigungsmittel
mit dem zweiten Befestigungsmittel beweglich verbunden ist, vorgeschlagen,
und wobei die bewegliche Verbindung durch einen Aktuator beeinflusst
ist, wobei der Aktuator elektrische Signale in eine Änderung
mechanischer Größen umsetzt. Vorteilhaft
ist dabei, dass die Eigenschaften der beweglichen Verbindung, die
ja aufgrund ihrer Ausgestaltung immer nur in einem begrenzten physikalischen
Bereich optimale Wirkung entfaltet, dass diese Eigenschaften beeinflussbar
sind. So ist es beispielsweise denkbar, im einfachsten Fall durch
die Veränderung
der Temperatur die Eigenschaften der beweglichen Verbindung insgesamt,
durch die Veränderung
der Temperatur des Aktuators zu beeinflussen. Auch andere denkbare
Einflussmöglichkeiten sind
möglich.
So sind aus dem Fraunhofer Artikel Materialien bekannt, die ein
elektrisches Signal in eine Änderung
der mechanischen Größe umsetzen.
Die Änderung
der mechanischen Größe kann
sich nun auf eine Bewegung beziehen, oder auf eine Formveränderung
oder auf eine Änderung
der Materialeigenschaften in Bezug auf Festigkeit oder Viskosität. Dabei
muss der Aktuator nicht zwingend aus einem dieser Materialien bestehen,
sondern ist gegebenenfalls gebildet aus einem elektromagnetischen
System, das aus einem ferromagnetischen Ring oder einem Elektromagnet,
der ebenso ringförmig
um den ferromagnetischen Ring angebracht ist, besteht. Damit ist eine
zwingende Verwendung von "aktiven
Materialien" nicht
erforderlich. Vielmehr ist in diesem Falle die Einflussnahme auf
die Bewegung, die Dämpfungscharakteristik,
oder auf die Steifigkeit der bewegten Verbindung in Abhängigkeit
eines Stromflusses durch den Elektromagneten steuer- bzw. regelbar.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform, die sich ebenfalls
nicht zwingend auf ein aktives Material beruft, ist der Aktuator,
als kapazitiver Aktuator, vom Prinzip her aufgebaut mit zwei parallelen kapazitiven
Platten. Die Anzahl der Ladungsträger sowie die Polung der Ladungsträger und
damit die an den beiden kapazitiven Platten angelegte Spannung wirkt
sich auf die Eigenschaften der bewegten Verbindung aus. Auch hier
kann eine erhöhte
Steifigkeit der bewegten Verbindung oder eine Bewegung generiert
werden.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Aktuator
als piezoelektrischer Aktuator ausgeführt, und ist damit ein Aktuator,
der von seinen Materialeigenschaften her, aus dem Bereich der "aktiven Materialien" kommt. Durch Anlegen
einer Spannung an einen Piezokristall wird an diesem Piezokristall
eine Formveränderung
bzw. eine Größenänderung
erzeugt. Diese Form bzw. Größenänderung wirkt
sich unmittelbar auf die Eigenschaften der beweglichen Verbindung
zwischen den beiden Befestigungselementen aus. Ist die bewegliche
Verbindung beispielsweise durch ein elastisches Gummimaterial dargestellt,
so könnte
somit eine durch den einen Körper
ausgeführte
Schwingung durch die bewegte Verbindung gezielt abgefangen und gedämpft werden,
wobei die Dämpfung
der jeweiligen Schwingung, ihrer Intensität und der vorherrschenden Temperatur
optimal angepasst werden kann, und damit nicht auf einen engen physikalischen
Bereich eingegrenzt ist.
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Ähnlich wie
ein piezoelektrischer Aktuator ist in vorteilhafter Weise auch ein
magnetostriktiver Aktuator einsetzbar. Wobei im Falle eines magnetostriktiven
Aktuators eben ein Magnetfeld zur Einflussnahme auf den Aktuator
aufzubauen ist. Dieses Magnetfeld kann z.B. durch einen ringförmigen Elektromagnet,
der um den Aktuator angebracht ist, generiert werden. Für die Optimierung
eines solchen Befestigungssystems für einen möglichst breiten Anwendungsbereich
bzw. möglichst
breiten Bereich in dem die aktive Dämpfung erfolgen soll, ist es
oftmals sinnvoll und vorteilhaft, die bisher genannten Aktuatoren zu
kombinieren. Prinzipiell ist es möglich, alle Formen von Aktuatoren
in einen Aktuator zu vereinen, wobei die Kombinationsmöglichkeiten
vielfältig
sind. So können
zwei der oben genannten Aktuatoren ebenso kombiniert werden, wie
drei oder vier der oben genannten Aktuatoren.
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In
welcher Form die bewegliche Verbindung der beiden Befestigungsmittel
dargestellt ist, ist grundsätzlich
beliebig. Von einfachen Federsystemen bis hin zu komplexen Kunststoffverbindungen oder
vergleichsweise starren Verbindungen über bewegliche Gelenke ist
hier alles denkbar. Entscheidend ist, dass der Aktuator Einflussnahme
auf die bewegliche Verbindung erhält. Dazu kann der Aktuator um
die bewegliche Verbindung herum oder in die bewegliche Verbindung
unmittelbar integriert sein. Die elektrischen Signale, mit denen
der Aktuator versorgt wird, sind dabei auf den Anwendungsbereich
abgestimmt. Ob dies permanente Signale oder Signale in regelmäßigen Abständen oder
Sinus oder rechteckförmige
Spannungssignale mit unterschiedlicher Auslenkung sind, bleibt dabei
der spezifischen Anwendung des Befestigungssystems vorbehalten.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform
werden die elektrischen Signale zur Steuerung des Aktuators bzw.
zur Beeinflussung des Aktuators von einem elektronischen Steuerungssystem
aus an den Aktuator übermittelt.
Dieses elektronische Steuerungssystem kann abhängig von vorbestimmten Programmabläufen, die
in das elektronische Steuerungssystem integriert sind, oder von
bekannten Parametern, der mit dem Befestigungssystem zu befestigenden
Bauteile, gesteuert werden.
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In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform werden die elektrischen
Signale, die an den Aktuator durch das Steuerungssystem übermittelt
werden, in Abhängigkeit
von einem Sensorsignal ausgegeben. Dieses Sensorsignal erhält das Steuerungssystem
von einem Sensor, der beispielsweise an einem der beiden Komponenten
oder wahlweise auch an beiden Komponenten, dann allerdings wären es zwei
Sensoren, befestigt ist. Diese Sensoren nehmen Schwingungen oder
andere physikalische Parameter auf und übertragen diese als elektrische Signale
an das Steuerungssystem. In dem Steuerungssystem ist ein Programm
enthalten, das diese elektrischen Signale entsprechend der Aufgabe
des Befestigungssystems umsetzt und elektrische Signale an den Aktuator
weiterleitet. Somit ist es beispielsweise möglich, Schwingungen, die durch
ein Bauteil erzeugt werden, durch elektrische Signale unmittelbar und
in "Echtzeit" entgegenzuwirken.
Eine optimale Übertragungsdämpfung von
Schwingungen kann somit erreicht werden. Das Steuerungssystem ist
so ausführbar,
dass es eine beliebige Anzahl von Sensoren und eine beliebige Anzahl
von Aktoren verarbeiten kann und Abhängigkeiten von Sensoren und Aktoren
zuordnen kann. Damit ist eine Ausweitung des physikalischen Wirkungsbereiches
eines Befestigungssystems gemäß der Erfindung
möglich.
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In
elektronischen Geräten
sind immer mehr Komponenten verbaut, die die Geräuschentwicklung des elektronischen
Gerätes
im Gesamten negativ beeinflussen, da dies Geräte geräuschintensiv sind, wie z.B.
Computerlaufwerke, die aufgrund von sehr hohen Drehzahlen eine hohe
Geräuschentwicklung
beinhalten. Mit jedem Einbau eines zusätzlichen Gerätes dieser
oder ähnlicher
Art in ein elektronisches Gesamtgerät, z.B. einem Computer, erhöht sich
damit die Gesamtgeräuschentwicklung
des Gesamtgerätes.
Mit der Verwendung eines erfindungsgemäßen Befestigungssystems für solche
Computerkomponenten lässt
sich somit die Geräuschentwicklung
des Computersystems vermindern. Dabei ist es möglich, das Steuerungssystem
für die
Aktuatoren auch durch die Hardwarekomponenten, wie z.B. dem Prozessor des
Computers, zu realisieren. Somit wäre ein Steuerungssystem möglich, das
ohne zusätzliche
Hardware, abgesehen von den Aktuatoren, in dem Befestigungssystem
auskommen würde.
Die Rechenleistung moderner Computergeräte ist in der Lage, diese Zusatzaufgabe
zu übernehmen,
ohne dabei bemerkenswerte Einbu ßen
in der Performance zu verursachen. Sollte die Rechenleistung des
Computersystems für
andere Aufgaben benötigt
werden, so könnte
der Prozess des Steuerungssystems für diesen Zeitraum ausgesetzt
werden und zu einem späteren Zeitpunkt
wieder eingesetzt werden.
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Im
folgenden ist die Erfindung anhand von 7 Figuren und Ausführungsbeispielen
näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
Prinzipdarstellung eines Befestigungssystems
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2 eine
Prinzipdarstellung eines Befestigungssystems mit elektromagnetischem
Aktuator
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3 eine
Prinzipdarstellung des Befestigungssystems mit kapazitivem Aktuator
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4 eine
Prinzipdarstellung des Befestigungssystems mit piezoelektrischem
Aktuator
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5 eine
Prinzipdarstellung des Befestigungssystems mit magnetostriktivem
Aktuator
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6 eine
Prinzipdarstellung des Befestigungssystems inklusive Steuerung
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7 eine
Prinzipdarstellung der Verwendung eines solchen Befestigungssystems
in einem elektronischen Gerätegehäuse.
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Die 1 zeigt
eine schematische Darstellung eines Befestigungssystems gemäß der vorliegenden
Erfindung. Links und rechts sind ein erstes Befestigungsmittel 1 und
ein zweites Befestigungsmittel 2 angeordnet. Diese Befestigungsmittel
können
z.B. Schrauben, Nieten, auch Klebestellen oder ähnliches darstellen, womit
z.B. eine Gehäusewand befestigt
werden kann. Die beiden Befestigungsmittel sind über eine bewegliche Verbindung 3 miteinander verbunden.
Bewegliche Verbindung heißt
an dieser Stelle, dass die Verbindung in sich in nahezu beliebiger
Weise durch Formveränderung,
Elastizität
durch Gelenke oder ähnliches
veränderbar
und/oder beweglich gestaltet ist. Ein Aktuator 4 wirkt
auf diese bewegliche Verbindung ein. Dies kann durch Formveränderung
des Aktuators, durch Temperaturänderung
des Aktuators, durch Änderung
der magnetischen Eigenschaften usw. letztendlich induziert durch
elektrische Signale, mit denen der Aktuator versorgt wird, ausgeführt werden.
Durch die direkte Wirkung des Aktuators auf die bewegliche Verbindung
ist diese damit beeinflussbar, so dass die bewegliche Verbindung
angeregt durch den Aktuator ihre physikalischen Eigenschaften ändert. Dies
sind beispielsweise physikalische Eigenschaften, insbesondere in
Bezug auf Elastizität,
Viskosität,
Formveränderung
oder gar eine Bewegung der beweglichen Verbindung darselbst.
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In 2 ist
ein Ausführungsbeispiel
mit einem elektromagnetischen Aktuator 4 dargestellt. Die Befestigungsmittel 1 und 2 verbinden
das Befestigungssystem mit den zu befestigenden Teilen und die Befestigungsmittel 1 und 2 sind über die
bewegliche Verbindung 3 miteinander verbunden. Der elektromagnetische
Aktuator 4 besteht aus einem ringförmigen ferromagnetischen Körper bzw.
einem ferromagnetischen Ring 5 und einem Elektromagneten 6. Der
ferromagnetische Ring 5 und der Elektromagnet 6 sind
ringförmig
um die bewegliche Verbindung 3 angeordnet, und dabei so
formschlüssig
mit diesem ausgeführt,
dass durch die elektromagnetische Kraft, die auf den ferromagnetischen
Ring 5 durch den Elektromagnet 6 wirkt, eine Bewegung
oder eine Änderung
der Steifigkeit der beweglichen Verbindung 3 herbeigeführt wird.
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3 zeigt
eine ähnliche
Verbindung, wie 2, jedoch ist der Aktuator hier
durch zwei kapazitive Platten 7 ausgeführt. Die Zahl der Ladungsträger auf
den kapazitiven Platten 7 und damit die an den kapazitiven
Platten 7 anliegende elektrische Spannung ist für die Wirkung
auf die bewegliche Verbindung 3 entscheidend. Die Form
der kapazitiven Platten 7 kann dabei z.B. durch die bewegliche
Verbindung hindurchreichend oder ringförmig oder formschlüssig um
die bewegliche Verbindung herum ausgestaltet sein. Auch hier dienen
die Befestigungsmittel 1 und 2 zur Befestigung
des Befestigungssystems an den zu befestigenden Körpern.
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Den
Aktuator 4, ausgeführt
als ein Piezokristall 8, zeigt das Ausführungsbeispiel der 4. Durch
Anlegen einer elektrischen Spannung an den Piezokristall 8 ändert diese
seine Größe und wirkt
damit unmittelbar auf die bewegliche Verbindung 3, so dass
Schwingungen der beweglichen Verbindung 3 durch den Piezokristall 8 direkt
angeregt werden können.
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Das
Anregen von Schwingungen gelingt aber nicht nur mit einem Piezokristall 8,
sondern auch mit den kapazitiven und elektromagnetischen Aktuatoren
wie in 2 und 3 dargestellt.
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5 zeigt
eine schematische Darstellung eines elektrostriktiven Aktuators 4,
wobei dieser aus einem elektrostriktiven Körper 9 gebildet ist
und in die bewegliche Verbindung 3 integriert ist. Um den
elektrostriktiven Körper 9 herum
ist ein Elektromagnet 6 angeordnet, dessen elektromagnetisches
Feld seine Wirkung auch auf den elektrostriktiven Körper ausbreitet.
Der elektrostriktive Effekt führt
zu einer Größenänderung
des elektrostriktiven Körpers,
wodurch sich Formveränderungen
des elektrostriktiven Körpers
und damit eine direkte Einflussnahme auf die bewegliche Verbindung 3,
die z.B. aus einem elastischen Mittel 10 bestehen kann,
geschieht.
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6 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
in einer schematischen Darstellung, indem die Signale, die auf den
Aktuator 4 wirken, nicht vorbestimmt sind, sondern in Abhängigkeit
von einem elektronischen Steuersystem 11 gebildet sind.
Dieses elektronische Steuersystem 11 ist verbunden mit
zumindest einem Sensor 12, der physikalische Umgebungsparameter aufnimmt.
Diese physikalischen Umgebungsparameter können zum Beispiel Körperschallschwingungen, Temperaturen,
Geräusche
oder ähnliches
sein. Das elektronische Steuersystem 11 wertet diese aus
und gibt entsprechende Signale an den Aktuator 4 weiter. Ist
z.B. das Ziel eines solchen Befestigungssystems Körperschallschwingungen
bzw. die Übertragung derselben
zu verringern, so ist zum Beispiel der Sensor 12 an dem
Körper
anzubringen, der vor der Übertragung
der Körperschallschwingungen
geschützt bleiben
soll, das Steuersystem ermittelt über den Sensor 12 dort
anliegende Körperschallschwingungen
und optimiert durch ein Rechenverfahren die Einflussnahme auf das
Befestigungssystem bzw. den darin integrierten Aktuator 4.
Dies geschieht derart, dass die durch das schwingende Gerät, das mit
dem Befestigungssystem in einem Gehäuse z.B. befestigt ist, angeregten
Schwingungen nicht oder so gut wie nicht auf das Gehäuse übertragen
werden. Ein Ausführungsbeispiel,
das ein solches System näher
beschreibt, ist in einer halbschematischen Darstellung in 7 gezeigt.
Hier ist eine elektri sche oder elektromechanische Komponente z.B.
eines Computergerätes
in ein Gehäuse 14 eingebaut.
Die Schwingungen des Gehäuses 14 und
die Schwingungen der elektromechanischen Komponente 13 werden
durch die Sensoren 12 aufgenommen und an das elektronische
Steuersystem übermittelt.
Dieses Steuersystem berechnet aus den eingehenden elektrischen Signalen
der Sensoren die an dem Befestigungssystemen notwendige optimale
Dämpfung
und sendet dafür entsprechende
Signale an die Aktuatoren 4 der Befestigungssysteme. Dieses
Ausführungsbeispiel zeigt
die besondere Eignung der Verwendung der Erfindung in einem Computergehäuse, bzw.
in einem Gehäuse
für ein
elektronisches Gerät.
Der Grundgedanke der Erfindung ist jedoch nicht auf diese Verwendung
eingeschränkt,
sondern er eignet sich im Prinzip für alle erdenklichen Befestigungen
auch von rotierenden oder schwingenden Teilen an feststehenden Teilen,
wobei eine Übertragung
von Körperschall oder ähnlichen
Schwingungen so gut als möglich
vermeidbar ist.
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In
einem weiteren Ausführungsbeispiel
ist der Sensor 12 über
dem ersten und ein weiterer Sensor 12 über dem zweiten Befestigungsmittel
derart angeordnet, dass der Istwert der Relativbewegung der beiden
Befestigungsmittel zueinander durch Differenzbildung der beiden
Sensorsignale erfolgt. Durch die Steuerung 11 kann dann
der Aktuator über ein
Signal 15 derart gesteuert werden, dass die Relativbewegung
frequenzspezifisch beziehungsweise bezüglich mehrerer Spektralanteile
der Relativbewegung kompensiert wird.
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Vorteilhaft
weist die Steuereinrichtung 11 eine optimierte Regelcharakteristik
auf, die eine Oszillation des Regelkreises verhindert und von den physikalischen
Parametern abhängig
möglichst
ein geräuschdämpfendes
Einschwingverhalten auf weist, zum Beispiel bei einem sogenannten
aperiodischem Grenzfall.
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- 1
- erstes
Befestigungsmittel
- 2
- zweites
Befestigungsmittel
- 3
- bewegliche
Verbindung
- 4
- Aktuator
- 5
- ferromagnetischer
Ring
- 6
- Elektromagnet
- 7
- kapazitiv
wirkende Platten
- 8
- Piezokristall
- 9
- Körper aus
magnetostriktiver Legierung
- 10
- elastisches
Mittel
- 11
- elektronisches
Steuersystem
- 12
- Sensor
- 13
- elektronische
oder elektromechanische Komponente
- 14
- Gehäuse
- 15
- Signal