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Die
Verwendung von piezoelektrischen Elementen ist allgemein bekannt.
Solche Piezoelemente werden z.B. dazu eingesetzt, Verformungen an
Bauteilen zu erfassen, wenn Piezoelemente an Bauteilen angebracht
sind und mit der am Bauteil erzeugten Verformung mitbewegt werden.
Dabei wird ausgenutzt, dass bei einer Verformung eines Piezoelements
in diesem eine Ladungsverschiebung hervorgerufen wird. Andererseits
dienen Piezoelemente auch dazu, gezielt ein Bauteil zu beeinflussen
und insbesondere zu verformen, indem umgekehrt das Piezoelement
mit Spannung versorgt wird und die daraus resultierende Verformung
ausgenutzt wird. Piezoelemente finden vor allem dann Anwendung, wenn
spezielle, komplexe Verformungsvorgänge am Bauteil erforderlich
sind und die Oberfläche
des Bauteils in allen Verformungszuständen möglichst unversehrt und glatt
sein soll. Anwendungsbeispiele finden sich z.B. in der Luftfahrttechnik
bei aerodynamischen Profilen, aber auch für große Hohlspiegel in z.B. Teleskopen
und vieles mehr.
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Beispielsweise
im Bereich der Luftfahrtechnik werden Piezoelemente zur Untersuchung
von aerodynamischen Profilen eingesetzt, wenn die Profile im Hinblick
auf ihre Umströmungseigenschaften
untersucht werden sollen. In der
DE 103 04 530 A1 ist eine Anordnung beschrieben,
bei der in einem aerodynamischen Profil zumindest stellenweise Piezoaktuatoren
eingebracht sind, deren Längenänderung bei
elektrischer Beaufschlagung im Wesentlichen in Richtung der Ebenen
der Deckhäute
des Profils erfolgt, wobei das Profil einen vorderen Profilbereich sowie
einen in der Abströmung
liegenden hinteren Profilbereich aufweist und durch eine druckseitige sowie
eine saugseitige Deckhaut begrenzt ist, die in einer Profilhinterkante
zusammenlaufen. Die verwendeten piezoelektrischen Aktuatoren enthalten
neben Schaltungsanschlüssen
Piezoelemente mit sogenanntem Longitudinaleffekt (d33-Effekt), bei
welchem die Längenänderung
des piezoelektrischen Werkstoffs in Richtung des elektrischen Felds
erfolgt, und gestatten ein effektives Einleiten von Kräften in das
aerodynamische Profil. Bei den in der
DE 103 04 530 A1 verwendeten
piezoelektrischen Aktuatoren, die den d33-Effekt ausnutzen, ist
die Längenänderung
des piezoelektrischen Werkstoffs in der Richtung des elektrischen
Felds und größer als
der Piezoeffekt (d31-Effekt), bei dem die Längenänderung senkrecht zum elektrischen
Feld erfolgt.
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Die
in der
DE 103 04 530
A1 verwendeten d33-Aktuatoren werden durch Schneiden eines
stapelförmigen
Piezoelements in Längsrichtung
in flache Scheiben, die dann auf oder in eine gekrümmte Struktur,
nämlich
das aerodynamische Profil, eingebracht werden, erzeugt. Die Aktuatoren
weisen eine geringe Dicke auf und sind im Wesentlichen plattenförmig oder
flache Quader, so dass sie die aerodynamischen Verhältnisse
nicht oder nur gering beeinflussen. Da jedoch der piezoelektrische
Aktuator auf gekrümmte
oder geformte Profile aufgebracht werden soll oder in diese eingebracht
werden soll und keinen aerodynamischen Widerstand am aerodynamischen Profil
erzeugen soll, müssen
die in den Piezoaktuatoren enthaltenen Piezoelemente häufig gebogen
oder gekrümmt
werden, wobei sie beim Anpassen bzw. Aufbringen auf solche gekrümmten Strukturen
leicht brechen, zumal die d33-Piezomaterialien an sich verhältnismäßig spröde sind.
Zudem werden die Schichten des Piezoelements möglicherweise gegeneinander
verschoben oder verformt, was wiederum die Genauigkeit und Funktionsfähigkeit
des Piezomaterials beeinflussen kann.
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Daher
werden häufig
gewöhnliche
d31- Piezoelemente verwendet, bei welchen die Längenänderung senkrecht zum elektrischen
Feld erfolgt und die daher dünner
gestaltet werden können
und verformungsnachgiebiger sind. Allerdings ist der Piezoeffekt
bzw. die erzielbare aktive Verformung geringer, so dass die Leistung
der d31- Piezoelemente oft nicht zufriedenstellend ist, um Bauteile
gezielt zu beeinflussen.
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Davon
ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein Piezoelement und einen
mit diesem Piezoelement gestalteten Aktuator zur Beeinflussung eines
mechanischen Bauteils vorzusehen, welcher hohe Leistung aufweist
und an die Form des Bauteils und/oder die Form der auftretenden
und/oder aufzubringenden Belastung angepasst ist.
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Diese
Aufgabe wird mit einem dreidimensionalen Stapelpiezoelement mit
den Merkmalen des Anspruchs 1 und mit einem piezoelektrischen Aktuator
mit den Merkmalen des Anspruchs 5 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen
sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Dadurch,
dass eine Fläche
des Stapelpiezoelements, die einer Fläche des Ausgangsstapelpiezoelements
in Quaderform entspricht, welche senkrecht zu den Schichtebenen
des Stapels bzw. parallel zur Stapelrichtung liegt, geformt ist,
kann das Stapelpiezoelement eine dreidimensionale Formgebung aufweisen
und beispielsweise an die Gestalt eines aerodynamischen Profils
angepasst werden. Aufgrund der Tatsache, dass der Piezoeffekt senkrecht zu
den Schichtebenen, d.h. in Stapelrichtung, auftritt, ist trotz der
Formgebung die Leistung des Piezoelements nicht beeinflusst.
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Unter
geformter Fläche
wird dabei verstanden, dass die Fläche z.B. anders als eine Ebene
gestaltet ist, d.h. dass eine Seitenfläche des Quaders des Ausgangsstapels
eines Stapelpiezoelements durch beispielsweise eine gekrümmte, gewellte
oder anderweitig gestaltete Fläche
ersetzt ist. Alternativ kann auch eine ebene Fläche, die jedoch unter einem Winkel
(anders als 0°)
zur Stapelrichtung steht, so dass z.B. ein insgesamt prismaförmiges Piezoelement
resultiert, die geformte Fläche
bilden. In diesem Fall stehen statt zweier zueinander gegenüberliegender
paralleler Flächen
des Stapels die beiden gegenüberliegenden
Flächen
zueinander unter einem Winkel, der ungleich 0° und ungleich 90° ist. In
jedem Fall haben die das Stapelpiezoelement bildenden Schichten
aus elektrisch leitfähigem
Material nicht alle die gleiche Form. Formung einer Fläche bedeutet
also mit anderen Worten, dass bei einer virtuellen Zerlegung des
Stapelpiezoelements in die einzelnen leitfähigen Schichten die einzelnen
Platten des Stacks verschiedene Plattenformen aufweisen. Für die Gestaltung
der Flächen
gibt es keine spezielle Beschränkung,
sondern sie können
vielmehr nach Bedarf an den entsprechenden Anwendungsfall des Piezoelements
angepasst werden.
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Als
geformte Fläche
wird somit jedes zweidimensional (2D) oder dreidimensional (3D)
bearbeitetes Stapelelement verstanden, wobei als zweidimensionale
Bearbeitung die Bearbeitung in einer Ebene des Stapelpiezoelements
bezeichnet wird, die zu einem Stack mit variierender Dicke führt, und
als dreidimensionale Bearbeitung eine Bearbeitung in mehreren Ebenen
des Stapelpiezoelements bezeichnet wird, aus der ein nahezu beliebig
konturiertes Stapelpiezoelement mit frei gestaltbaren Berg- und
Talformen entsteht. Bei der dreidimensionalen Bearbeitung ist die
Kontur des Piezoelements Funktion aller drei Raumrichtungen, während bei
der zweidimensionalen Bearbeitung die Kontur des Piezoelements in
einer der drei Raumrichtungen nicht variiert.
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Die
Formung der geformten Fläche
erfolgt nach dem Ausbilden des Piezoelements indem beispielsweise
ein spanendes Formgebungsverfahren, insbesondere z.B. Sägen, Schleifen,
Bohren, Drehen, Räumen,
Läppen
und Fräsen
oder Kombinationen dieser Verfahren, angewendet wird.
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Somit
kann für
einen d33-Piezoaktuator in gewöhnlicher
Weise zunächst
ein Piezoelement als Stapel oder Stack aufgebaut werden, d.h. in
nicht formangepasster Form als Quader mit z.B. zwei näherungsweise
quadratischen Seitenflächen,
die gleichzeitig Schichtebenenflächen
sind. Anschließend
wird vor dem Anbringen an einem Bauteil bzw. der Verwendung als
Aktuator zumindest eine Fläche
des Stacks an die Form des Bauteils, die erwartete Belastung für das Piezoelement
oder aber auch die durch das Piezoelement einzubringende Belastung
oder Kombinationen dieser Anforderungen angepasst, indem zumindest
eine Fläche
des quaderförmigen Stacks,
die parallel zur Stapelrichtung ist, z.B. mechanisch, spanend bearbeitet
wird.
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Bei
aerodynamischen Anwendungen ist es beispielsweise bevorzugt, dass
die formangepasste Fläche
des piezoelektrischen Aktuators, nämlich die der Profilaußenseite
eines aerodynamischen Profils zugewandte Fläche, gekrümmt ist, dass sie der Profilkontur
entspricht. Damit kann die aerodynamische Form des Profils im Wesentlichen
unbeeinflusst bleiben, trotz der Tatsache, dass eine Beeinflussung
des aerodynamischen Bauteils mittels des Piezoelements möglich ist.
In der Dickenrichtung kann das Piezoelement beispielsweise konstante
Dicke aufweisen, was bedeutet, dass die der geformten Fläche gegenüberliegende
Fläche
ebenfalls in entsprechender Weise geformt ist, so dass das Piezoelement
z.B. eine konkav gekrümmte
und eine konvex gekrümmte Außenfläche besitzt.
Alternativ kann das Piezoelement z.B. eine variable Dicke aufweisen,
indem beispielsweise gar keine oder eine andere Formgebung an den
anderen Flächen
vorgenommen wird.
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Durch
Variation der Dicke kann das Piezoelement beispielsweise an Belastungen,
die am Bauteil auftreten und in das Piezoelement eingeleitet werden,
angepasst werden. Auch kann bei einem dreidimensionalen Profil durch
eine variable Dicke des Piezoelements eine dreidimensionale Beeinflussung
des Bauteils erzielt werden.
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Bevorzugterweise
ist das eingesetzte Piezoelement ein d33-Stapelpiezoelement, bei
dem der Piezoeffekt in der Richtung senkrecht zu den Stapelschichten,
d.h. in Stapelrichtung, auftritt. Aufgrund der Formgebung der Aktuatoren
bzw. der Stapel piezoelemente müssen
die Aktuatoren beim Einbau nicht weiter gebogen oder verformt werden,
so dass eine Gefahr des Bruchs beim Einbau, beispielsweise mittels
Kleben, Klemmen oder Schrauben, aufgrund der Biegung sowie eine
Verformung innerhalb der Schichten bzw. der Schichten zueinander
vermieden wird. Damit bleibt die Leistung des Piezoaktuators erhalten
und der Verschleiß der
Piezoaktuatoren ist geringer.
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Nachfolgend
wird die Erfindung beispielhaft anhand der beigefügten Figuren
beschrieben, in denen zeigt
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1a eine
schematische Darstellung eines stapelförmigen piezoelektrischen Elements
zur Erläuterung
des d33-Effektes;
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1b eine
schematische Darstellung eines stapelförmigen piezoelektrischen Elements
zur Erläuterung
des d31-Effektes;
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2a einen
erfindungsgemäßen piezoelektrischen
Aktuator mit zwei dreidimensionalen Stapelpiezoelementen gemäß der Erfindung
zur Biegung einer Platte;
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2b einen
weiteren piezoelektrischen Aktuator zur Biegung einer Platte;
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3a einen
piezoelektrischen Aktuator gemäß der Erfindung
zur Biegung einer Schale;
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3b einen
alternativen piezoelektrischen Aktuator gemäß der Erfindung zur Biegung
einer Schale;
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4a einen
piezoelektrischen Aktuator zum Beeinflussen eines aerodynamischen
Profils durch Biegung, Beulen oder Wölbung;
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4b einen
alternativen piezoelektrischen Aktuator zur Beeinflussen eines Profils
durch Biegung, Beulen oder Wölbung;
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5 einen
piezoelektrischen Aktuator gemäß der Erfindung
zum Beeinflussen eines Bauteils durch Torsion und Beulung;
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6 eine
perspektivische Ansicht der Anordnung von piezoelektrischen Aktuatoren
gemäß der Erfindung
an einem aerodynamischen Profil ist;
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7a ein
variabel konturiertes dreidimensionales Stapelpiezoelement gemäß der Erfindung; und
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7b ein
segmentiertes dreidimensionales Stapelpiezoelement gemäß der Erfindung.
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1a und 1b zeigen
in schematischer Darstellung ein stapelförmiges piezoelektrisches Element 8,
das auch als "Piezostack" bezeichnet wird. Das
Piezoelement besteht jeweils aus alternierend angeordneten Schichten
aus elektrisch leitfähigem und
piezoelektrischem Material. Die Schichten sind bei den Stacks in 1a und 1b jeweils
quaderförmig
und besitzen in der Richtung senkrecht zur Stapelrichtung die gleiche
Querschnittsform. Die Schichten aus elektrisch leitfähigem Material
stellen Elektroden 8a dar. Bei dem Piezoelement gemäß 1a liegt
das elektrische Feld E in Stapel- bzw. Längsrichtung des piezoelektrischen
Elements 8 an. Das elektrische Feld E wird über die
Elektroden 8a bereitgestellt. Aufgrund des elektrischen
Felds E dehnt sich der piezoelektrische Werkstoff in Richtung des
elektrischen Felds E aus. Diese Längenänderung ist in 1a mit ΔL bezeichnet.
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Die
Abmessungen eines Stapels betragen typischerweise als Seitenlänge a der
Flächen
der Stapelelemente senkrecht zur Stapelrichtung etwa 5-60 mm, ebenso
wie die Höhe
b in Stapelrichtung.
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Bei
dem in 1a gezeigten Piezoelement 8,
das ein sogenanntes d33-Piezoelement
ist, ist die Längenänderung ΔL bei Anlegen
eines elektrischen Felds größer als
die Längenänderung ΔL bei einem Piezoelement
mit d31-Effekt (siehe 1b), bei dem die Längenänderung ΔL quer zum
elektrischen Feld E erfolgt.
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Gemäß der
DE 103 04 530 A1 ist
es bekannt, Schichten mit Schichtdicke d aus den Stacks gemäß
1a zu
schneiden und auf beispielsweise aerodynamische Profile aufzubringen.
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Ausgehend
von einem d33-Piezostak gemäß 1a wird
zur Ausführung
der Erfindung zumindest eine Seitenfläche von zumindest einem Teil der
den Stapel bildenden Schichten, d.h. der plattenförmigen Elemente,
die senkrecht zu den Schichtebenen des Stapels ist, mechanisch durch
beispielsweise spanende Formgebung bearbeitet. In Betracht kommen
Formgebungsverfahren, wie Sägen,
Schleifen, Bohren, Drehen, Räumen,
Läppen
und/oder Fräsen.
Daraus resultiert ein geformtes Piezoelement, bei dem wenigstens
eine Seitenfläche
beispielsweise gekrümmt
oder zwar eben aber unter einem Winkel zur Stapelrichtung ist, so
dass sie nicht mehr parallel zur Stapelrichtung ist, und das gesamte
Piezoelement nicht mehr quaderförmig
ist. Dies bedeutet, dass die einzelnen Schichtebenen nicht mehr
gleiche Querschnittsform in der Richtung senkrecht zur Stapelrichtung
aufweisen.
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Ein
derartiges Stapelpiezoelement, für
das vorzugsweise ein Stapelpiezoelement mit d33-Effekt verwendet
wird, kann als piezoelektrischer Aktuator verwendet wer den, indem
zugehörige
elektrische Anschlüsse
in bekannter Weise ergänzt
werden. Anwendungen dafür
sind in 2a bis 7b gezeigt.
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In 2a ist
dargestellt, wie zwei jeweils prismaförmige Piezoelemente, d.h. mit
dreiecksförmigem
Querschnitt bzw. mit variierender Dicke, in der Ansicht gemäß 2a,
auf die Ober- und Unterseite einer biegsamen Trägerplatte 10 aufgebracht
sind. Jeweils ein Piezoelement 11 ist auf der Oberseite
und ein Piezoelement 11 auf der Unterseite der Trägerplatte 10 angebracht.
Dabei sind in der in 2a dargestellten Ausführungsform
die Piezoelemente 11 spiegelsymmetrisch zueinander. Die
Aktuierung ist derart, dass die Piezoelemente entgegengesetzt angetrieben
werden, was bedeutet, dass sich ein Piezoaktuator 11 ausdehnt,
während
sich der andere gleichzeitig zusammenzieht. Dadurch kann in die Platte 10 eine
Biegung eingeleitet werden und beispielsweise das Biegeverhalten
der Platte untersucht oder gesteuert werden. Alternativ können die
Piezoelemente auch verwendet werden, um Belastungen an der Platte
zu erfassen, indem der Stromfluss, der durch die in den Piezoelementen
bewirkte Längenänderung
erzeugt wird, gemessen wird.
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Bei
der in 2a dargestellten Ausführungsform
sind die Formen der Piezoelemente 11 an die in die Trägerplatte 10,
die beispielsweise aus Verbundmaterial gefertigt ist, einzubringende
Belastung angepasst. Die Piezoelemente 11 sind mit der
Trägerplatte 10 z.B.
durch Kleben verbunden. Alternativ ist es auch möglich, die Piezoelemente 11 direkt
miteinander zu verbinden, um ein verformbares Bauteil zu erhalten.
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Bei
der in 2b dargestellten Ausführungsform
ist die Gestalt der Piezoelemente 11, die ebenfalls eine
Biegeplatte 10 zur Biegung bringen sollen, der einzubringenden
Belastung noch besser angepasst, indem im Querschnitt der Piezoelemente
die Momentenlinie am Biegebalken 10 nachgezeichnet wird.
Durch die Formgebung der Piezoelemente 11 mit zumindest
einer gekrümmten
Fläche
ist es somit möglich,
die Form der Piezoelemente 11 an die in das zu beeinflussende
Bauteil, hier die Biegeplatte 10, einzubringenden Lasten
anzupassen.
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Die
geformte Fläche 12 des
Stapels 8 ist die in den Querschnittsansichten gemäß 2a und 2b obere
bzw. untere Fläche
des Piezoelements 11, wobei bei den Piezoelementen eine
Ebene des Stacks zweidimensional bearbeitet ist.
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3a und 3b zeigen
die Anwendung von gemäß der Erfindung
geformten Piezoelementen 21 für schalenartige Bauteile 20,
beispielsweise Hohlspiegel für
Teleskope. Dabei zeigt 3a eine Anordnung, bei der wenigstens
zwei Flächen 22 eines
Piezostaks 8 gemäß 1a bearbeitet
sind, dass jeweils gekrümmte
Flächen
daraus resultieren, nämlich
einerseits die am Schalenbauteil 20 angebrachte Fläche 22 und
die dieser gegenüberliegende Fläche 22.
In 3b ist im Gegensatz dazu nur eine der Flächen 22 der
Stacks 8 derart bearbeitet, dass ihre Kontur derjenigen
des Schalenbauteils 20 angepasst ist. In beiden Fällen ist
es möglich,
ohne mechanische Beanspruchung des Piezoelements beim Aufbringen
auf ein gekrümmtes
Bauteil ein Piezoelement mit d33-Effekt mit einem gekrümmten Bauteil 20 zu
verbinden. Bei der Herstellung des mit zwei gewölbten Flächen 22 gebildeten
Piezoaktuators gemäß 3a wird
zunächst
die dem Bauteil 20 zugewandte konkave Form geformt, und
anschließend
die gegenüberliegende
Seite derart abgetragen, dass die konvexe Wölbung erhalten wird.
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Die
geformten Flächen
gemäß 3a sind die
konkav und konvex gewölbten
Flächen 22,
die an dem schalenförmigen
Bauteil anliegen bzw. diesem abgewandt sind, bei der Ausführungsform
in 3b nur die dem schalenförmigen Bauteil zugewandte Fläche.
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Mit
den Piezoaktuatoren gemäß 3a und 3b kann
somit auf gekrümmte
Flächen
ein Piezoaktuator aufgebracht werden, ohne dass beim Aufbringen
der Piezoaktuator gebogen werden muss und somit das Piezoelement
möglicherweise
beschädigt
wird. Die Verwendung von Piezoaktuatoren für schalenartige Bauteile, beispielsweise
Spiegel, bietet die Möglichkeit,
dass beispielsweise für
Teleskopspiegel die Kontur der Wölbung
mit durch andere Mittel unerreichbarer Präzision eingestellt werden kann, was
die Funktion des Teleskopspiegels deutlich verbessert. Die Piezoaktuatoren
können
der Kontur, insbesondere der Krümmung,
des Schalenelements 20 vollständig angepasst werden.
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Dies
ist beispielsweise auch vorteilhaft, wenn, wie in 4a und 4b gezeigt,
die Piezoaktuatoren 31 für die Beeinflussung von aerodynamischen
Profilen 30 verwendet werden. In 4a ist ein
Piezoaktuator 31 mit gleichmäßiger Dicke gezeigt, während der
Piezoaktuator 31 aus 4b eine der
einzubringenden Last bzw. Verformung oder Beeinflussung des Bauteils
angepasste Dicke aufweist. Durch einen derartigen Piezoaktuator 31 kann
beispielsweise das aerodynamische Profil 30 gebogen, gebeult
oder gewölbt
werden, ohne dass die Oberfläche
des aerodynamischen Profils merklich beeinflusst wird. Somit können die
Strömungseigenschaften
um das aerodynamische Profil 30 untersucht bzw. variiert
werden. Dadurch dass die Kontur der Piezoaktuatoren 31 vollständig der
Außenfläche des
aerodynamischen Profils angepasst ist, ohne dass das Piezoelement 31 durch
Biegen von ihm selbst der Form angepasst werden muss, können nahezu
beliebig geformte Bauteile mit derartigen Piezoaktuatoren mit hoher
Wirksamkeit beeinflusst oder verformt werden und, wenn die Dicke
des Piezoaktuators 31 auf die Belastungsart angepasst ist,
ohne Verformung der Außenkontur.
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Die
geformten Flächen
entsprechen den Flächen 32,
welche die Kontur des aerodynamischen Profils nachzeichnen. In 4b ist
die untere konturierte Fläche
in Abhängigkeit
von den einzubringenden Belastungen in das aerodynamische Profil 30 gewählt, so
dass eine dreidimensionale Beeinflussung des Profils 30 möglich ist.
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In 5 ist
eine Anordnung gezeigt, bei der ein schalen- oder zylinderförmiges Bauteil 40 mittels eines
Piezoaktuators 41, der konstante Dicke in der dargestellten
Ausführungsform
aufweist, auf Torsion und Beulung beansprucht werden kann.
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Die
Formgebung des Piezoaktuators 41 erfolgt vorzugsweise dreidimensional,
d.h. dass aus dem ursprünglichen
Piezostack 8, der in 1a dargestellt
ist, durch spanförmige
Abtragung dreidimensionale Körper
geformt werden, ohne dass die Schichtungsflächen zueinander verschoben
oder gedehnt bzw. auf Zug oder Spannung beansprucht werden.
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In 6 ist
ein aerodynamisches Profil 50 gezeigt, bei dem mehrere
d33-Piezoaktuatoren 51 mit
jeweils angepasster Oberflächenform
segmentförmig
angeordnet sind. Die Außenkontur
des aerodynamischen Profil 50 wird durch die Piezoaktuatoren 51 nicht
gestört,
da die späteren
Außenflächen 52 der
Piezoaktuatoren durch mechanische Bearbeitung eines Stacks entsprechend
formangepasst sind. Die Anordnung der Piezoaktuatoren am aerodynamischen
Profil 50 ist dabei derart, dass die Richtung des d33-Effekts
von Segment zu Segment unterschiedlich sein kann und somit eine
gezielte dreidimensionale Beeinflussung des Bauteils 50 möglich ist.
Die Beeinflussungsrichtung des in 6 oberen Piezoaktuators 51 ist
mit einem Pfeil angegeben (entspricht Richtung der Längenänderung).
Die Piezoaktuatoren 51 sind somit derart in die Struktur
integriert, dass sie vollständig
der Kontur angepasst sind, indem geeignete Geometrien aus dem Stack 8 geschnitten
werden, und auch ihre Elongationsrichtung an die aufzubringende
Beeinflussung angepasst ist. Nach Bedarf kann die Beeinflussungsrichtung
auch mit anisotropen Eigenschaften der Basisstruktur, z.B. des dafür verwendeten Werkstoffs,
kombiniert werden, so dass die Elongationsrichtung gezielt genutzt wird,
um bestimmte Beeinflussungen durch den Piezoaktuator 51 in
das aerodynamische Profil 50 einzubringen.
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Schließlich ist
es auch möglich,
durch geeignete Wahl der Geometrie des Piezoaktuators diesen im
Hinblick auf in das Grundbauteil eingeleitete Lasten möglichst
unempfindlich zu machen, indem der Piezoaktuator selbst durch Wahl
einer dreidimensionalen Form bezüglich
seiner Steifigkeit und Belastungsaufnahmefähigkeit an die erwarteten Kräfte bzw.
Momente angepasst ist.
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7a und 7b zeigen
schließlich
einen dreidimensional formangepassten Piezoaktuator, wobei in 7b ein
segmentförmiger
Piezoaktuator mit unterschiedlicher Richtung des d33-Effekts vorgesehen
ist, da der Piezoaktuator aus mehreren geformten Stacks gebildet
und an sich segmentiert ist. Die Richtung des d33-Effekts (Längenausdehnungsrichtung)
ist mit einem Pfeil bezeichnet. Es ist zu erkennen, dass der Piezoaktuator 61 bzw. 71 sowohl konturiert
ist als auch variable Dicke aufweist. Durch die Orientierung der
aktiven Richtung des d33-Effekts entsprechend der Zielsetzung, insbesondere bei
zusätzlicher
Segmentierung, können
nahezu beliebige Beeinflussungen in das Bauteil eingebracht werden.
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Der
wesentliche Aspekt der Erfindung liegt darin, statt eines herkömmlichen
quaderförmigen Stacks
aus piezoelektrischen Materialien und Elektroden einen solchen Stack
nach dem Stapeln zumindest an einer Oberfläche des Stapels, die senkrecht zu
dem Stapelebenen ist, so zu formen, dass der Piezoaktuator an die
Form eines Bauteils, an die von ihm zu erzeugenden Belastungen und/oder
die für den
Piezoaktuator entsprechend erwarteten Belastungen angepasst ist.