DE102009003270A1 - Piezoactuator i.e. longitudinal resonator, for use in piezomotor, has energy storage element adjusting mechanical resonant frequency and storing energy at electrical input of stack arrangement - Google Patents

Piezoactuator i.e. longitudinal resonator, for use in piezomotor, has energy storage element adjusting mechanical resonant frequency and storing energy at electrical input of stack arrangement Download PDF

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Abstract

The piezoactuator (1) has a stack arrangement (2) with piezoelements (3), which are electrically excitable to mechanical oscillation. An energy storage element (14) adjusts a mechanical resonant frequency and stores energy at an electrical input (4) of the stack arrangement. The storage element is formed as an inductive element or as a capacitive element. The storage element is formed by a serial auxiliary capacitor (Ce) at the input. The piezoactuator is vibrated due to expanding and/or shortening of the arrangement if alternating voltage (Us) is applied to the input. An independent claim is also included for a method for adjusting a resonant frequency of a piezoactuator.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung betrifft einen Piezoaktor sowie ein Verfahren zur Anpassung der Resonanzfrequenz eines Piezoaktors.The The invention relates to a piezoelectric actuator and a method for adaptation the resonance frequency of a piezoelectric actuator.

Stand der TechnikState of the art

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Piezoaktoren, die in der Regel eine Stapelanordnung mit einem oder mehreren piezoelektrischen Piezoelementen und dazwischen angeordneten Elektroden sowie beispielsweise Halterungs-, Verbindungs-, Lager-, Gehäuse- und Abtriebselementen umfassen. Zur Bildung von Piezomotoren können zwei oder mehrere Piezoaktoren koordiniert im Verbund betrieben werden.The The present invention relates to the field of piezoactuators usually a stack arrangement with one or more piezoelectric Piezo elements and interposed electrodes and, for example Bracket, connection, bearing, housing and output elements include. For the formation of piezo motors can two or several piezo actuators coordinated in the network operated.

Solche Piezoaktoren werden in Piezomotoren vorzugsweise bei ihrer „mechanischen” Resonanzfrequenz betrieben, wobei sich eine große Auslenkung der Piezoaktoren erzielen lässt, der Materialeinsatz gering bleiben kann und die Elektronik einfach ausgeführt werden kann. Die Elektronik für den Resonanzbetrieb verwendet meist eine Abstimmschaltung, welche vorzugsweise eine gemeinsame Anregungsfrequenz zur Ansteuerung der Piezoelemente der Piezoaktoren liefert. So werden sich überlagernde Schwingungen vermieden. Eine derartige piezoelektrische Antriebsvorrichtung ist beispielsweise aus der DE 102007021338 A1 bekannt.Such piezoelectric actuators are preferably operated in piezomotors at their "mechanical" resonance frequency, wherein a large deflection of the piezo actuators can be achieved, the material usage can remain low and the electronics can be easily implemented. The electronics for resonant operation usually uses a tuning circuit, which preferably provides a common excitation frequency for driving the piezo elements of the piezoelectric actuators. This avoids overlapping vibrations. Such a piezoelectric drive device is for example from the DE 102007021338 A1 known.

Problematisch bei derartigen Systemen, die ihren größten Wirkungsgrad bei Resonanzfrequenz erzielen, ist, dass die eingesetzten mehreren Piezoaktoren herstellungsbedingt geringe bauliche Abweichungen aufweisen. Dies führt zu unterschiedlichen Resonanzfrequenzen der Piezoaktoren. Um die Resonanzfrequen zen anzupassen bzw. die Resonanzfrequenzen der Piezoaktoren aufeinander abzustimmen, muss Material am Piezoaktor auf- oder abgetragen werden, um die Resonanzfrequenz in gewünschter Weise zu verschieben, so dass die Piezoaktoren mit einer gemeinsamen Resonanzfrequenz im piezoelektrischen Antrieb betrieben werden können. Diese Materialbearbeitung ist jedoch kostspielig und aufwändig. Alternativ kann eine Feinabstimmung auch durch Einstellung der Systemsteifigkeit mittels geeigneter Vorspannung der aktiven Materialien in der Konstruktion erfolgen. Dies ist jedoch ebenfalls aufwändig und kann später nicht mehr ohne Weiteres variiert werden.Problematic in such systems, their greatest efficiency at resonant frequency, is that the used several Piezo actuators have low structural deviations due to their production. This leads to different resonance frequencies of the Piezo actuators. To adjust the Resonanzfrequen zen or the resonance frequencies To match the piezo actuators, material must be on the piezo actuator up or down to the resonance frequency in the desired Way to move so that the piezo actuators with a common Resonant frequency can be operated in the piezoelectric drive. However, this material processing is costly and time-consuming. Alternatively, fine-tuning can also be achieved by adjusting the system stiffness by means of suitable prestressing of the active materials in the construction respectively. However, this is also complicated and can can not be varied later without further ado.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Piezoaktor zur Verfügung zu stellen, dessen mechanische Resonanzfrequenz einfach und ohne kostspielige Materialbearbeitung durch elektrische Beeinflussung der mechanischen Steifigkeit anpassbar ist.It is therefore an object of the invention, a piezoelectric actuator available to provide its mechanical resonance frequency simple and without costly material processing by electrical influence the mechanical rigidity is adaptable.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Diese Aufgabe wird durch den Piezoaktor nach Anspruch 1 sowie durch das Verfahren nach dem nebengeordneten Anspruch gelöst.These Task is achieved by the piezoelectric actuator according to claim 1 and by the Method solved according to the independent claim.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.Further advantageous embodiments of the invention are in the dependent Claims specified.

Gemäß einem ersten Aspekt wird ein Piezoaktor vorgeschlagen, der eine Stapelanordnung mit einem oder mehreren Piezoelementen aufweist, die elektrisch zu einer mechanischen Schwingung anregbar ist, wobei der Piezoaktor ein Energiespeicherelement zur Anpassung einer Resonanzfrequenz umfasst, das zur Energiespeicherung an einem elektrischen Eingang der Stapelanordnung angeordnet ist.According to one In the first aspect, a piezoelectric actuator is proposed, which is a stacking arrangement having one or more piezoelectric elements which are electrically is excitable to a mechanical vibration, wherein the piezoelectric actuator an energy storage element for adjusting a resonance frequency includes, for energy storage at an electrical input the stack arrangement is arranged.

Gemäß noch einer Ausführungsform der Erfindung ist das Energiespeicherelement als ein induktives Element oder als ein kapazitives Element ausgeführt.According to An embodiment of the invention is the energy storage element designed as an inductive element or as a capacitive element.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist das Energiespeicherelement seriell oder parallel an dem elektrischen Eingang des Piezoelements angeordnet.According to one Aspect of the invention is the energy storage element serial or arranged parallel to the electrical input of the piezoelectric element.

Weiterhin kann das Energiespeicherelement durch eine serielle Zusatzkapazität am elektrischen Eingang des Piezoelements gebildet sein.Farther can the energy storage element by a serial additional capacity be formed at the electrical input of the piezoelectric element.

Bei einer weiteren Ausführungsform beeinflusst die serielle Zusatzkapazität CE die wirksame mechanische Steifigkeit des Piezoelements wie folgt:

Figure 00030001
, wobei F eine vom Piezoaktor erzeugte Gesamtkraft, cp eine Piezosteifigkeit des Piezoelements, epa ein indirekter Piezokoeffizient, eps ein direkter Piezokoeffizient, C X / P eine Piezokapazität, CE das Energiespeicherelement in Form der seriellen Zusatzkapazität ist, Δx eine Differenzauslenkung sowie US eine Ansteuerspannung einer externen Spannungsquelle am elektrischen Eingang des Piezoelements mit daran angeordnetem Energiespeicherelement ist; wobei die beeinflusste wirksame mechanische Piezosteifigkeit cpw, welche die Resonanzfrequenz mittels des Werts der seriellen Zusatzkapazität CE beeinflusst, wiedergegeben ist durch den Ausdruck
Figure 00030002
und ein aus der Beeinflussung resultierend reduzierter wirksamer indirekter Piezokoeffizient wiedergegeben ist durch den Ausdruck
Figure 00030003
. Das Energiespeicherelement in Form der seriellen Zusatzkapazität CE kann zur Beeinflussung der wirksamen mechanischen Piezosteifigkeit cpw des Piezoelements des Piezoaktors zur Anpassung der Resonanzfrequenz so ausgewählt sein, dass sich die angepasste Resonanzfrequenz
Figure 00030004
einstellt, wobei ω0 der angepassten Resonanzfrequenz des Piezoaktors, cpw der durch das Energiespeicherelement (14) in Form der Zusatzkapazität CE elektrisch beeinflussten wirksamen mechanischen Piezosteifigkeit der Stapelanordnung, mA einer ersten Masse des Piezoaktors und mK einer zweiten Masse des Piezoaktors entsprechen.In a further embodiment, the additional serial capacity C E influences the effective mechanical rigidity of the piezoelectric element as follows:
Figure 00030001
where F is a total force generated by the piezoelectric actuator, c p is a piezoelectric stiffness of the piezoelectric element, e pa is an indirect piezoelectric coefficient, e ps is a direct piezoelectric coefficient, CX / P is a piezoelectric capacitance, C E is the energy storage element in the form of the additional serial capacity, Δx is a differential deflection and U S is a drive voltage of an external voltage source at the electrical input of the piezoelectric element with energy storage element arranged thereon; wherein the affected effective mechanical piezo-stiffness c pw , which affects the resonant frequency by means of the value of the additional serial capacitance C E , is represented by the expression
Figure 00030002
and a reduced effective indirect piezoelectric coefficient resulting from the influence is expressed by the expression
Figure 00030003
, The energy storage element in the form of the additional serial capacitance C E can be selected to influence the effective mechanical piezoelectric stiffness c pw of the piezoelectric element of the piezoelectric actuator to adapt the resonance frequency so that the adapted resonance frequency
Figure 00030004
where ω 0 of the adapted resonant frequency of the piezoelectric actuator, c pw by the energy storage element ( 14 ) in the form of the additional capacitance C E electrically influenced effective mechanical piezoelectric stiffness of the stack assembly, m A of a first mass of the piezoelectric actuator and m K correspond to a second mass of the piezoelectric actuator.

Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Verfahren zur Anpassung einer Resonanzfrequenz eines Piezoaktors vorgeschlagen, der eine Stapelanordnung mit mehreren Piezoelementen aufweist, wobei die Stapelanordnung zu einer mechanischen Schwingung elektrisch anregbar ist, wobei ein Energiespeicherelements an einem elektrischen Eingang der Stapelanordnung angeordnet wird.According to one Another aspect is a method for adjusting a resonant frequency proposed a piezoelectric actuator having a stack arrangement with several Comprises piezoelectric elements, wherein the stack arrangement to a mechanical Oscillation is electrically excitable, wherein an energy storage element is arranged at an electrical input of the stack assembly.

Gemäß einer Ausführungsform beeinflusst das Energiespeicherelement in Form der seriellen Zusatzkapazität CE die wirksame mechanische Steifigkeit des Piezoelements wie folgt:

Figure 00040001
, wobei F eine vom Piezoaktor erzeugte Gesamtkraft, cp eine Piezosteifigkeit des Piezoelements, epa ein indirekter Piezokoeffizient, eps ein direkter Piezokoeffizient, C X / P eine Piezokapazität, CE das Energiespeicherelement in Form der seriellen Zusatzkapazität ist, Δx eine Differenzauslenkung sowie US eine Ansteuerspannung einer externen Spannungsquelle am elektrischen Eingang des Piezoelements mit daran angeordnetem Energiespeicherelement ist; wobei die beeinflusste wirksame mechanische Piezosteifigkeit cpw, welche die Resonanzfrequenz mittels des Werts der seriellen Zusatzkapazität CE beeinflusst, wiedergegeben ist durch den Ausdruck
Figure 00040002
und ein aus der Beeinflussung resultierend reduzierter wirksamer indirekter Piezokoeffizient wiedergegeben ist durch den Ausdruck
Figure 00040003
.According to one embodiment, the energy storage element in the form of the additional serial capacity C E influences the effective mechanical rigidity of the piezoelectric element as follows:
Figure 00040001
where F is a total force generated by the piezoelectric actuator, c p is a piezoelectric stiffness of the piezoelectric element, e pa is an indirect piezoelectric coefficient, e ps is a direct piezoelectric coefficient, CX / P is a piezoelectric capacitance, C E is the energy storage element in the form of the additional serial capacity, Δx is a differential deflection and U S is a drive voltage of an external voltage source at the electrical input of the piezoelectric element with energy storage element arranged thereon; wherein the affected effective mechanical piezo-stiffness c pw , which affects the resonant frequency by means of the value of the additional serial capacitance C E , is represented by the expression
Figure 00040002
and a reduced effective indirect piezoelectric coefficient resulting from the influence is expressed by the expression
Figure 00040003
,

Insbesondere kann das Energiespeicherelement in Form einer seriellen Zusatzkapazität ausgebildet werden, wobei die Kapazität der seriellen Zusatzkapazität ausgewählt wird, um die wirksame mechanischen Piezosteifigkeit der Stapelanordnung des Piezoaktors elektrisch so einzustellen, dass die Resonanzfrequenz an eine vorgegebene Resonanzfrequenz angepasst wird. Insbesondere kann die angepasste Resonanzfrequenz als

Figure 00040004
ermittelt werden, wobei ω0 die angepasste Resonanzfrequenz des Piezoaktors, cpw die durch das Energiespeicherelement in Form der Zusatzkapazität CE elektrisch beeinflusste wirksame mechanische Piezosteifigkeit des Piezoelements, mA eine erste Masse des Piezoaktors und mK eine zweite Masse des Piezoaktors ist.In particular, the energy storage element can be designed in the form of a serial additional capacitance, wherein the capacitance of the additional serial capacitance is selected in order to set the effective mechanical piezoelectric stiffness of the stack arrangement of the piezoelectric actuator so that the resonance frequency is adapted to a predetermined resonant frequency. In particular, the adjusted resonant frequency as
Figure 00040004
where ω 0 is the adjusted resonant frequency of the piezoelectric actuator, c pw is the effective mechanical piezo-stiffness of the piezoelectric element electrically influenced by the energy storage element in the form of the additional capacitance C E , m A is a first mass of the piezoactuator and m K is a second mass of the piezoactuator.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.Further Features and advantages of the invention will become apparent from the following Description of embodiments of the invention, based the figures of the drawing, the essential to the invention details show, and from the claims. The individual characteristics can each individually for themselves or to several in any combination realized in a variant of the invention be.

Kurzbeschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:preferred Embodiments of the invention are described below the accompanying drawings explained. Show it:

1 einen Piezoaktor gemäß einer möglichen Ausführungsform der Erfindung; und 1 a piezoelectric actuator according to a possible embodiment of the invention; and

2 ein elektromechanisches Ersatzschaltbild eines Piezoaktors gemäß einer möglichen Ausführungsform der Erfindung. 2 an electromechanical equivalent circuit diagram of a piezoelectric actuator according to a possible embodiment of the invention.

In der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen entsprechen gleiche Bezugszeichen Elementen gleicher oder vergleichbarer Funktion.In the following description and the drawings are the same Reference signs Elements of the same or comparable function.

Beschreibung von AusführungsformenDescription of embodiments

1 zeigt beispielhaft einen ersten Piezoaktor 1, der eine Stapelanordnung 2 mit mehreren aufeinander gestapelten Piezoelementen 3 aufweist, zwischen denen jeweils flächige Elektroden angeordnet sind. Solche Stapelanordnungen sind aus dem Stand der Technik bekannt. Die Stapelanordnung kann ringförmig oder quaderförmig sein oder einen anderen Querschnitt aufweisen. Aus der Stapelanordnung 2 sind Elektrodenenden 4, 4' zum Anschluss einer Spannungsquelle 5 herausgeführt. Sie bilden den elektrischen Eingang des Piezoaktors 1. Über den Eingang kann der Piezoaktor mit einer Spannung US versorgt werden. 1 shows an example of a first piezoelectric actuator 1 making a stack arrangement 2 with several stacked piezo elements 3 has, between each of which planar electrodes are arranged. Such stack arrangements are known in the art. The stack arrangement may be annular or cuboidal or have a different cross section. From the stacking arrangement 2 are electrode ends 4 . 4 ' for connecting a voltage source 5 led out. They form the electrical input of the piezoelectric actuator 1 , The piezoelectric actuator can be supplied with a voltage U S via the input.

Der Piezoaktor 1 ist im vorliegenden Fall als Longitudinalschwinger ausgebildet. Wird eine Wechselspannung US am elektrischen Eingang angelegt, schwingt der Piezoaktor 1 infolge des Ausdehnens bzw. des Zusammenziehens der Stapelanordnung 2 in Längsrichtung 6 parallel zu einer Längsachse A.The piezo actuator 1 is formed in the present case as a longitudinal oscillator. If an alternating voltage U S is applied to the electrical input, the piezoactuator oscillates 1 due to the expansion or contraction of the stack assembly 2 longitudinal 6 parallel to a longitudinal axis A.

Das Ausdehnen bzw. das Zusammenziehen der einzelnen Piezoelemente 3 der Stapelanordnung 2 addiert sich auf, so dass durch deren Anzahl die Gesamtamplitude der Längenänderung der Stapelanordnung 2 in Längsrichtung 6 vorgegeben werden kann. Zur Anregung bei Resonanzfrequenz ist die Spannungsquelle 5 beispielsweise in einer Elektronikeinheit umfasst, die die Stapelanordnung 2 derart ansteuert, dass der Piezoaktor 1 aufgrund einer angelegten Spannung, vorzugsweise einer Wechselspannung US, in Resonanz schwingt. Eine solche Elektronikeinheit kann beispielsweise eine geeignete Abstimmschaltung umfassen.The expansion or contraction of the individual piezo elements 3 the stack arrangement 2 adds up, so that by the number of the total amplitude of the change in length of the stack assembly 2 longitudinal 6 can be specified. For excitation at resonance frequency is the voltage source 5 For example, in an electronics unit comprising the stacking arrangement 2 such that the piezoelectric actuator 1 due to an applied voltage, preferably an alternating voltage U S , resonates. Such an electronic unit may for example comprise a suitable tuning circuit.

Es kann vorgesehen sein, den Piezoaktor 1 bei seiner Grundresonanzfrequenz bzw. seiner niedrigsten auftretenden Resonanzfrequenz oder bei einer Oberschwingung der Resonanzfrequenz zu betreiben.It can be provided, the piezoelectric actuator 1 to operate at its fundamental resonant frequency or its lowest occurring resonant frequency or at a harmonic of the resonant frequency.

Der Piezoaktor 1 kann, vorzugsweise am unteren Ende (Ortsangaben in der Beschreibung orientieren sich zum Zwecke der Veranschaulichung an der Darstellung in den Zeichnungen) der Stapelanordnung 2, beispielsweise ein Lagerelement 7 aufweisen. Das Lagerelement 7 ermöglicht die zur beabsichtigten Longitudinalschwingung erforderliche bewegliche, vorzugsweise mittige, Abstützung des Piezoaktors 1.The piezo actuator 1 may, preferably at the lower end (location in the description will be oriented for purposes of illustration in the drawings) of the stack arrangement 2 , For example, a bearing element 7 exhibit. The bearing element 7 allows for the intended longitudinal vibration required movable, preferably central, support of the piezoelectric actuator 1 ,

Unterhalb des Lagerelements 7 ist beispielsweise ein Fußelement 8 angeordnet und an dem Lagerelement 7 fixiert, z. B. mit diesem verbunden oder integral gebildet. Auch eine Lösung, bei dem die am Piezoelement 3 zur Anlage gebrachten Massen durch ein Gehäuse, zumindest teilweise, umschlossen sind, ist z. B. denkbar. Das Lagerelement 7 und das Fußelement 8 stellen zusammen eine erste Masse mA dar, die von dem Piezoaktor 1 bei einer Schwingung bewegt wird. Allgemein soll der Begriff der ersten Masse mA für den vorliegenden Longitundinalschwinger die Masse kennzeichnen, die in 1 unterhalb der Stapelanordnung 2 angeordnet ist.Below the bearing element 7 is for example a foot element 8th arranged and at the camp lement 7 fixed, z. B. connected thereto or formed integrally. Also a solution in which the on the piezo element 3 brought to bear masses by a housing, at least partially, is z. B. conceivable. The bearing element 7 and the foot element 8th together represent a first mass m A , that of the piezoelectric actuator 1 is moved at a vibration. In general, the concept of the first mass m A for the present longitundinal oscillator is intended to denote the mass which is described in US Pat 1 below the stacking arrangement 2 is arranged.

Der Piezoaktor 1 kann ferner ein Kopfelement 9 aufweisen, welches am oberen Ende des Piezoelements 3 angeordnet ist. Es kann beispielsweise als Abtriebselement für einen mit dem Piezoaktor 1 betriebenen Piezomotor genutzt werden oder zur Verbindung mit einem Abtriebselement vorgesehen sein. Es kann auch zur Verbindung mit einem weiteren Piezoaktor, beispielsweise durch ein Stegelement, vorgesehen sein. Das Kopfelement 9 stelt zusammen mit der Stapelanordnung 2 eine zweite Masse mK dar. Für den vorliegenden Longitudinalschwinger soll der Begriff der zweiten Masse mK allgemein die Massen oberhalb der Stapelanordnung 2 einschließlich der Stapelanordnung 2 beschreiben. Die zweite Masse mK und die Abmessungen des Kopfelements 9 sind vorzugsweise so gewählt, dass sich die Massen- und Hebelverhältnisse oberhalb und unterhalb der Piezoaktor-Mittelquerachse B entsprechen. Somit kann der Piezoaktor 1 bei einer Schwingung um den Lagerpunkt infolge Lagerung durch das Lagerelement 7 ohne Unwucht schwingen.The piezo actuator 1 can also be a head element 9 have, which at the upper end of the piezoelectric element 3 is arranged. It can, for example, as an output element for a with the piezoelectric actuator 1 operated piezoelectric motor can be used or provided for connection to an output element. It can also be provided for connection to a further piezoactuator, for example by a web element. The head element 9 Stelt together with the stacking arrangement 2 a second mass m K. For the present longitudinal oscillator, the term of the second mass m K is generally intended to mean the masses above the stack arrangement 2 including the stacking arrangement 2 describe. The second mass m K and the dimensions of the head element 9 are preferably chosen so that the mass and leverage ratios above and below the piezoelectric actuator center transverse axis B correspond. Thus, the piezoelectric actuator 1 at a vibration around the bearing point due to storage by the bearing element 7 swing without unbalance.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine elektrische Anpassung (im Sinne einer Feinabstimmung) einer Resonanzfrequenz eines Piezoaktors 1, 1' durch Beeinflussung der mechanischen Steifigkeit der Stapelanordnung 2 vorgeschlagen. Dazu wird erfindungsgemäß ein Energiespeicherelement 14 am Eingang des Piezoelements 3 verwendet (1, 2), welches zur dauerhaften Resonanzfrequenzanpassung z. B. dauerhaft am Eingang 4, 4' angeordnet ist (beispielsweise durch Löten, Kleben) oder z. B. integral mit diesem gebildet ist oder anderweitig dauerhaft elektrisch leitend angeordnet ist. Das Energiespeicherelement 14 wird z. B. seriell am Eingang 4, 4' angeordnet, z. B. derart, dass es zwischen einer Anschlussklemme bzw. einem Elektrodenende 4 und einer Anschlussklemme 5a der Spannungsversorgung 5 elektrisch leitend angeschlossen wird. Weiterhin kann das Energiespeicherelement 14 beispielsweise parallel am Einang angeordnet werden, z. B. derart, dass es zwischen den Elektrodenenden 4, 4' elektrisch leitend angeschlossen wird.According to the present invention, an electrical adjustment (in the sense of a fine tuning) of a resonant frequency of a piezoelectric actuator 1 . 1' by influencing the mechanical rigidity of the stack arrangement 2 proposed. For this purpose, an energy storage element according to the invention 14 at the entrance of the piezoelement 3 used ( 1 . 2 ), which for permanent resonance frequency adjustment z. B. permanently at the entrance 4 . 4 ' is arranged (for example, by soldering, gluing) or z. B. is integrally formed with this or otherwise permanently arranged electrically conductive. The energy storage element 14 is z. B. serially at the entrance 4 . 4 ' arranged, z. B. such that it is between a terminal or an electrode end 4 and a connection terminal 5a the power supply 5 electrically connected. Furthermore, the energy storage element 14 For example, be arranged parallel to Einang, z. B. such that it is between the electrode ends 4 . 4 ' electrically connected.

Erfindungsrelevante Größen und Gesetzmäßigkeiten werden nunmehr anhand des vereinfachten elektromechanischen Ersatzschaltbildes (ESB) nach 2 erläutert. Das ESB stellt die z. B. am Piezoaktor 1 wirkenden Größen vereinfacht nach mechanischen und elektrischen Wirkmechanismen getrennt dar. Es orientiert sich dabei an der Kraft-Strom-Analogie, wonach beispielsweise eine mechanische Kraft mit einem elektrischen Strom korrespondiert. Links der gezeigten gestrichelten Linie wird der mechanische Teil, rechts der elektrische Teil der am Piezoaktor 1 wirkenden Größen dargestellt.Invention-relevant variables and laws are now based on the simplified electromechanical equivalent circuit diagram (ESB) after 2 explained. The ESB provides the z. B. on the piezoelectric actuator 1 It is based on the force-current analogy, according to which, for example, a mechanical force corresponds to an electric current. On the left of the dashed line shown is the mechanical part, on the right the electrical part of the piezoelectric actuator 1 Acting sizes shown.

Dargestellt sind zwei Quellensymbole 10 und 11 zur Veranschaulichung der jeweiligen elektromechanischen Wechselwirkung der Elemente des elektrischen Teils auf den mechanischen Teil und umgekehrt, welche durch die Koeffizienten ePA und ePS ausgedrückt wird. Die im Schwingkreis des Piezoaktors 1 wirksamen mechanischen bzw. elektrischen Energiespeicher, welche maßgeblich durch Materialeigenschaften eingestellt sind, werden durch eine Feder 12 bzw. einen Kondensator C X / P veranschaulicht. Ein Dämpfungselementsymbol 13 bezeichnet die passive Strukturdämpfung (Piezodämpfung) des Piezokeramikmaterials, die im Rahmen der Erfindung unbeachtlich ist. Sie ist mit dp bezeichnet. Die an den Massen mA und mK dargestellten Vektorsymbole vK und vA bezeichnen die Ge schwindigkeiten, mit denen die Massen mA und mK im Resonanzfall jeweils schwingen. Deren Geschwindigkeitsdifferenz (mechanisch) korrespondiert mit einer Spannung (elektrisch). IP sowie UP bezeichnen den elektrischen Strom sowie die elektrische Spannung, der/die an den Anschlussklemmen der Kapazität C X / P bei Verwendung des erfindungsgemäßen Energiespeicherelements 14, hier in Form einer seriellen Zusatzkapazität CE, am Piezoelement 3 fließt bzw. anliegt.Shown are two source symbols 10 and 11 to illustrate the respective electromechanical interaction of the elements of the electrical part on the mechanical part and vice versa, which is expressed by the coefficients e PA and e PS . The resonant circuit of the piezoelectric actuator 1 effective mechanical or electrical energy storage, which are set by material properties are significantly, by a spring 12 or a capacitor CX / P illustrated. A damping element symbol 13 denotes the passive structure damping (piezo damping) of the piezoceramic material, which is irrelevant in the context of the invention. It is denoted by d p . The vector symbols v K and v A shown on the masses m A and m K denote the velocities with which the masses m A and m K respectively oscillate in the case of resonance. Their speed difference (mechanical) corresponds to a voltage (electrical). I P and U P denote the electrical current and the electrical voltage, the / s at the terminals of the capacitance CX / P when using the energy storage element according to the invention 14 , here in the form of a serial additional capacitance C E , on the piezo element 3 flows or rests.

Im folgenden wird die Beeinflussung der mechanischen Steifigkeit der Stapelanordnung 2 durch das Energiespeicherelement 14 am elektrischen Eingang 4, 4' erläutert bzw. dargestellt. Ausgehend von der Annahme einer mechanischen Fremderregung im Sinne eines Anschwingens der Massen mA und mK ohne angeschlossene Spannungsversorgung am Eingang 4, 4' des Piezoelements 3 (i. e. bei offenen Anschlussklemmen 4, 4'), wird durch den sogenannten direkten piezoelektrischen Effekt eine Ladung auf den Stirnflächen der gestapelten Piezoelemente 3 der Stapelanordnung 2 erzeugt, die bei offenen elektrischen Klemmen 4, 4' durch die elektrische Kapazität C X / P der Stapelanordnung 2 eine Spannung U über der Stapelanordnung 2 hervorruft. Diese Spannung wirkt infolge des indirekten oder inversen piezoelektrischen Effektes derart auf den mechanischen Kreis zurück, dass sich die effektiv wirksame Steifigkeit im mechanischen Teilsystem gegenüber der bei kurzgeschlossenen elektrischen Klemmen wirksamen Steifigkeit erhöht.In the following, the influence on the mechanical rigidity of the stack arrangement 2 through the energy storage element 14 at the electrical entrance 4 . 4 ' explained or illustrated. Starting from the assumption of a mechanical external excitation in the sense of an oscillation of the masses m A and m K without connected power supply at the input 4 . 4 ' of the piezoelectric element 3 (ie with open connection terminals 4 . 4 ' ), by the so-called direct piezoelectric effect, a charge on the end faces of the stacked piezoelectric elements 3 the stack arrangement 2 generated by open electrical terminals 4 . 4 ' by the electrical capacitance CX / P of the stack arrangement 2 a voltage U across the stacking arrangement 2 causes. Due to the indirect or inverse piezoelectric effect, this voltage acts on the mechanical circuit in such a way that the effective effective stiffness in the mechanical subsystem increases relative to the stiffness effective in the case of short-circuited electrical terminals.

Wird nun der Kapazität C X / P des Piezoelements 3 eine weitere Kapazität C parallelgeschaltet, erhöht sich die Gesamtkapazität, so dass bei gegebener Ladung die entstehende Spannung kleiner wird. Dadurch wird über den inversen piezoelektrischen Effekt weniger Gegenkraft im mechanischen Teilsystem erzeugt. Als Folge davon sinkt die wirksame Steifigkeit im Vergleich zu dem Fall offener Klemmen. Die Steifigkeit wird insofern beeinflusst und folglich die Resonanzfrequenz verändert bzw. angepasst.Will now be the capacitance CX / P of the piezo element 3 If a further capacitor C is connected in parallel, the total capacitance increases, so that for a given charge the resulting voltage becomes smaller. As a result, less counterforce is generated in the mechanical subsystem via the inverse piezoelectric effect. As a result, the effective rigidity decreases compared to the case of open terminals. The stiffness is influenced in this respect and consequently the resonance frequency changed or adjusted.

Als Energiespeicherelement 14 ist ein kapazitives Element z. B. in Form eines Kondensators oder ein induktives Element verwendbar, wie zum Beispiel eine Spule. Denkbar ist, derartige Elemente in Serie oder parallel zum elektrischen Eingang des Piezoelements zu schalten.As energy storage element 14 is a capacitive element z. B. in the form of a capacitor or an inductive element used, such as a coil. It is conceivable to switch such elements in series or parallel to the electrical input of the piezoelectric element.

Für den Fall der Beschaltung der Stapelanordnung 2 mit einer seriellen Zusatzkapazität CE als Energiespeicherelement 14 am Eingang gemäß ESB, 2 mit angeschlossener Steuerspannung US im Betriebsfall gilt erfindungsgemäß nunmehr:

Figure 00090001
In the case of the wiring of the stack arrangement 2 with a serial additional capacitance C E as an energy storage element 14 at the entrance according to ESB, 2 with connected control voltage U S in the operating case according to the invention now applies:
Figure 00090001

F bezeichnet hierin eine vom Piezoaktor 1 erzeugte Gesamtkraft. Diese wirkt auf die Massen mA und mK. Die Gesamtkraft setzt sich aus einer mechanischen Kraft und einer elektrisch erzeugten aktiven Kraft, im ESB ausgedrückt durch ePAUP, zusammen.F herein denotes one of the piezoactuator 1 generated total force. This affects the masses m A and m K. The total force is composed of a mechanical force and an electrically generated active force, expressed in ESB by e PA U P.

Der Koeffizient cP bezeichnet einen (passiven) Systemparameter, der die Eigensteifigkeit des Piezoelements 3 beschreibt. Dieser Systemparameter kann über eine Parameteridentifikation bestimmt werden, z. B. durch Messung der Frequenzgänge mittels eines Spektrum- oder Audioanalyzers. Dieser Systemparameter ist nur von den mechanischen Parametern des Materials abhängig und hat die Einheit [N/m]. Er ist mit einer Federkonstanten vergleichbar.The coefficient c P denotes a (passive) system parameter which determines the inherent rigidity of the piezoelement 3 describes. This system parameter can be determined via a parameter identification, eg. B. by measuring the frequency responses by means of a spectrum or Audioanalyzers. This system parameter depends only on the mechanical parameters of the material and has the unit [N / m]. He is comparable to a spring constant.

Mit ePA ist ein indirekter Piezokoeffizient im Sinne eines Proportionalitätsfaktors bezeichnet, welcher die Umsetzung der elektrischen in mechanische Größen gemäß obiger Kraft-Strom-Analogie zum Ausdruck bringt. Die Multiplikation des indirekten Piezokoeffizienten mit einer Spannung liefert eine aktive Kraft, welche neben der passiven Materialkraft wirkt. Der indirekte Piezokoeffizient wird in [N/V] angegeben.E PA denotes an indirect piezo coefficient in the sense of a proportionality factor, which expresses the conversion of the electrical into mechanical quantities according to the above-mentioned force-current analogy. The multiplication of the indirect piezo coefficient with a voltage provides an active force which acts in addition to the passive material force. The indirect piezo coefficient is given in [N / V].

Mit ePS ist ein direkter Piezokoeffizient bezeichnet, welcher die Umsetzung der mechanischen in elektrische Größen gemäß obiger Analogie zum Ausdruck bringt. Dessen Multiplikation mit einer Differenzgeschwindigkeit vK – vA der Massen (mK und mA; mechanisch) liefert einen Strom. Der direkte Piezokoeffizient wird in [As/m] angegeben.With e PS a direct piezo coefficient is referred to, which expresses the implementation of the mechanical in electrical quantities according to the above analogy. Its multiplication by a differential velocity v K - v A of the masses (m K and m A , mechanical) supplies a current. The direct piezo coefficient is given in [As / m].

C X / P stellt eine statische Piezokapazität dar, die der Stapelanordnung 2 in einem ungeklemmten freien Schwingungszustand zuordenbar ist; die Massen des Piezoaktors mA und mK sind herbei unberücksichtigt. „X” bezeichnet hierbei eine mechanische Randbedingung für konstante Dehnung. Die Piezokapazität wird beispielsweise durch Bestimmung der Frequenzgänge der Klemmengrößen Strom, Spannung und nachfolgende Parameteridentifikation ermittelt.CX / P represents a static piezo capacity, that of the stack arrangement 2 is assignable in an unclamped free vibration state; the masses of the piezoelectric actuator m A and m K are hereby disregarded. "X" denotes a mechanical boundary condition for constant strain. The piezo capacitance is determined, for example, by determining the frequency responses of the terminal quantities current, voltage and subsequent parameter identification.

CE bezeichnet das erfindungsgemäß vorgesehene Energiespeicherelement 14 in Form einer seriellen Zusatzkapazität. Dabei ist auch mitumfasst, dass die Zusatzkapazität CE durch ein oder mehrere Bauelemente, beispielsweise in Reihen oder Parallelschaltung, realisiert ist.C E denotes the inventively provided energy storage element 14 in the form of a serial additional capacity. It is also included that the additional capacitance C E is realized by one or more components, for example in series or in parallel.

Δx bezeichnet eine Differenzauslenkung der Massen mA und mK am Piezoaktor 1, nämlich xK – xA.Δx denotes a differential deflection of the masses m A and m K at the piezoelectric actuator 1 , namely x K - x A.

US identifiziert eine Ansteuerspannung einer Spannungsquelle 5 am Eingang des Piezoelements 3 mit daran angeordnetem Energiespeicherelement 14. Die Ansteuerspannung wird bevorzugt als Wechselspannung zur Erzeugung und Erhaltung des Resonanzfalls geliefert und ist z. B. über die Anschlussklemmen 5a und 4' abgreifbar.U S identifies a drive voltage of a voltage source 5 at the entrance of the piezoelement 3 with energy storage element arranged thereon 14 , The drive voltage is preferably supplied as an alternating voltage for generating and maintaining the resonance case and is z. B. via the terminals 5a and 4 ' tapped.

Die wirksame mechanische Piezosteifigkeit cpw, die durch das Energiespeicherelement 14 in Form der seriellen Zusatzkapazität CE erfindungsgemäß elektrisch beeinflusst ist, wird beschrieben durch den Ausdruck

Figure 00100001
. Der Term rechts des Pluszeichens gibt hierin die aktive mechanische Steifigkeit wieder, die durch Beschaltung mit dem Energiespeicherelement 14 in Form der Zusatzkapszität CE elektrisch beeinflusst, vorliegend gegenüber einem unbeschalteten Zustand des Eingangs (d. h. ohne Energiespeicherelement 14) des Piezoaktors 1, verringert ist. Dieser Term drückt die Auswirkung des elektrischen Verhaltens der Piezokeramik auf ihre mechanischen Steifigkeitseigenschaften aus.The effective mechanical piezo-stiffness c pw generated by the energy storage element 14 in the form of the additional electrical capacity C E according to the invention is electrically influenced, is described by the expression
Figure 00100001
, The term to the right of the plus sign here represents the active mechanical stiffness generated by wiring with the energy storage element 14 electrically influenced in the form of Zusatzkapszität C E , in this case against an un-connected state of the input (ie without energy storage element 14 ) of the piezo actuator 1 , is reduced. This term expresses the effect of the electrical behavior of the piezoceramic on its mechanical stiffness properties.

Durch Beschaltung des Eingangs des Piezoelements 3 mit der seriellen Zusatzkapazität CE ist der Kapazitätswert C X / P im Nenner des obigen Ausdrucks um den Term CE größer. Die wirksame mechanische Piezosteifigkeit cpw ist folglich gegenüber dem unbeschalteten Zustand (d. h. ohne Energiespeicherelement 14 bzw. ohne Zusatzkapazität CE) elektrisch beeinflusst bzw. verringert. (Aus der Verringerung resultiert daneben ein reduzierter wirksamer indirekter Piezokoeffizient, welcher beschrieben wird durch den Ausdruck

Figure 00100002
.By wiring the input of the piezo element 3 With the additional serial capacity C E , the capacitance value CX / P in the denominator of the above expression is larger by the term C E. The effective mechanical piezo-stiffness c pw is consequently opposite the uncoupled state (ie without energy storage element 14 or without additional capacitance C E ) is electrically influenced or reduced. (The reduction also results in a reduced effective indirect piezo coefficient, which is described by the term
Figure 00100002
,

Die wirksame mechanische Piezosteifigkeit cpw der Stapelanordnung 2, die elektrisch über den Wert der Zusatzkapazität CE wie obenstehend elektrisch beinflusst wird, beeinflusst nunmehr die Resonanzfrequenz wie folgt:

Figure 00110001
The effective mechanical piezo-stiffness c pw of the stack arrangement 2 , electrically electrically influenced by the value of the additional capacitance C E as above, now influences the resonant frequency as follows:
Figure 00110001

Hierin ist ω0 die für die Anpassung maßgebliche Resonanzfrequenz des abzustimmenden Piezoaktors 1, hin zu welcher die Resonanzfrequenz infolge der Anordnung des Energiespeicherelements 14 in Form der seriellen Zusatzkapazität CE aufgrund der verringerten wirksamen mechanischen Piezosteifigkeit cpw des Piezoelements 3 verschoben wird.Herein, ω 0 is the resonant frequency of the piezoelectric actuator to be adjusted for the adaptation 1 , to which the resonance frequency due to the arrangement of the energy storage element 14 in the form of the additional serial capacitance C E due to the reduced effective mechanical piezo-stiffness c pw of the piezoelectric element 3 is moved.

mA bezeichnet vorliegend wie oben erläutert die Masse von Fußelement 8 und Lagerelement 7, mK die Masse des Kopfelements 9 des Piezoaktors 1 sowie des Piezoelements 3.In the present case, m A designates the mass of foot element as explained above 8th and bearing element 7 , m K is the mass of the head element 9 of the piezo actuator 1 and the piezoelectric element 3 ,

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Anpassung der Resonanzfrequenz auf eine Resonanzfrequenz ω0, ist ein Schritt vorgesehen, bei welchem ein Energiespeicherelement 14 am elektrischen Eingang des Piezoelements 3 angeordnet wird. Das Energiespeicherelement 14 kann wie vor die Form eines Kondensators aufweisen oder ein vergleichbares kapazitives Element sein, oder eine Spule oder ein vergleichbares induktives Element sein, wobei der obige Schritt zum Zwecke der dauerhaften Anpassung der Resonanzfrequenz eine dauerhafte Anordnung z. B. durch Löten, Kleben umfassen kann. Auch eine Anordnung bei der das Energiespeicherelement 14 integral mit dem Piezoaktor oder anderweitig dauerhaft elektrisch leitend angeordnet ist, ist vorgesehen.In the method according to the invention for adapting the resonance frequency to a resonance frequency ω 0 , a step is provided in which an energy storage element 14 at the electrical input of the piezoelectric element 3 is arranged. The energy storage element 14 may be as before the shape of a capacitor or be a comparable capacitive element, or a coil or a similar inductive element, wherein the above step for the purpose of permanent adjustment of the resonant frequency, a permanent arrangement z. B. by soldering, gluing may include. Also an arrangement in which the energy storage element 14 is arranged integrally with the piezoelectric actuator or otherwise permanently electrically conductive, is provided.

Der Schritt des Anordnens umfasst dabei sowohl eine Anordnung des Energiespeicherelements 14 parallel zum Eingang 4, 4', als auch seriell dazu.The arranging step comprises both an arrangement of the energy storage element 14 parallel to the entrance 4 . 4 ' , as well as serial.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann das Energiespeicherelement 14 in Form einer seriellen Zusatzkapazität CE angeordnet werden. Diese beeinflusst die mechanischen Steifigkeitseigenschaften des Piezoelements 3 wie oben beschrieben elektrisch derart, dass sich eine verringerte wirksame mechanische Piezosteifigkeit cpw einstellt. Infolge der veränderten wirksamen mechanischen Steifigkeit verschiebt sich die Resonanzfrequenz hin zu einer angepassten Resonanzfrequenz ω0.In the method according to the invention, the energy storage element 14 be arranged in the form of a serial additional capacity C E. This influences the mechanical stiffness properties of the piezoelectric element 3 as described above electrically such that a reduced effective mechanical piezoelectric stiffness c pw sets. As a result of the changed effective mechanical rigidity, the resonance frequency shifts towards an adapted resonance frequency ω 0 .

Zur Anpassung auf die Resonanzfrequenz ω0 kann, ausgehend von Gleichung B), ein notwendiger Wert für die wirksame mechanische Steifigkeit cpw des Pie zoelements 1 mathematisch ermittelt werden, wobei die Massen mA und mK bekannt sind oder beispielsweise messtechnisch ermittelt werden.For adaptation to the resonance frequency ω 0 , starting from equation B), a necessary value for the effective mechanical stiffness c pw of the piezoelement can be obtained 1 be determined mathematically, the masses m A and m K are known or be determined by measurement, for example.

Nach Ermittlung des Sollwerts der Größe cpw, wird der Sollwert dem Term

Figure 00120001
aus Gleichung A) gleichgesetzt. Aufgelöst nach CE ergibt sich der notwendige Kapazitätswert CE für die Resonanzfrequenzanpassung. Die zum Auflösen der Gleichung erforderlichen Parameter sind beispielsweise messtechnisch zu ermitteln bzw. bekannt.After determining the setpoint of the variable c pw , the setpoint is the term
Figure 00120001
from Equation A). Solving for C E, the necessary capacitance value C E results for the resonance frequency adjustment. The parameters required to solve the equation are, for example metrologically to determine or known.

Im Rahmen der Erfindung ist die Zusatzkapazität CE vorzugsweise das einzige Beeinflussungselement zum Erreichen der Resonanzfrequenzanpassung.In the context of the invention, the additional capacitance C E is preferably the only influencing element for achieving the resonance frequency adaptation.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - DE 102007021338 A1 [0003] - DE 102007021338 A1 [0003]

Claims (8)

Piezoaktor (1) mit einer Stapelanordnung (2) mit einem oder mehreren Piezoelementen (3), die elektrisch zu einer mechanischen Schwingung anregbar ist, wobei der Piezoaktor (1) ein Energiespeicherelement (14) zur Anpassung einer Resonanzfrequenz umfasst, welches zur Energiespeicherung an einem elektrischen Eingang (4, 4') der Stapelanordnung (2) angeordnet ist.Piezoelectric actuator ( 1 ) with a stacking arrangement ( 2 ) with one or more piezo elements ( 3 ), which is electrically excitable to a mechanical vibration, wherein the piezoelectric actuator ( 1 ) an energy storage element ( 14 ) for adapting a resonant frequency which is used for energy storage at an electrical input ( 4 . 4 ' ) of the stack arrangement ( 2 ) is arranged. Piezoaktor (1) nach Anspruch 1, wobei das Energiespeicherelement (14) als ein induktives Element oder als ein kapazitives Element ausgebildet ist.Piezoelectric actuator ( 1 ) according to claim 1, wherein the energy storage element ( 14 ) is formed as an inductive element or as a capacitive element. Piezoaktor (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Energiespeicherelement (14) seriell oder parallel an dem elektrischen Eingang (4, 4') des Piezoelements angeordnet ist.Piezoelectric actuator ( 1 ) according to one of claims 1 or 2, wherein the energy storage element ( 14 ) serially or parallel to the electrical input ( 4 . 4 ' ) of the piezoelectric element is arranged. Piezoaktor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Energiespeicherelement (14) durch eine serielle Zusatzkapazität CE am elektrischen Eingang (4, 4') des Piezoelements (3) gebildet ist.Piezoelectric actuator ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the energy storage element ( 14 ) by a serial additional capacitance C E at the electrical input ( 4 . 4 ' ) of the piezo element ( 3 ) is formed. Piezoaktor (1) nach Anspruch 4, wobei das Energiespeicherelement (14) in Form der seriellen Zusatzkapazität CE zur elektrischen Beeinflussung einer wirksamen mechanischen Piezosteifigkeit cpw der Stapelanordnung (2) des Piezoaktors (1) zur Anpassung der Resonanzfrequenz (ω0) so gewählt ist, dass sich die angepasste Resonanzfrequenz gemäß
Figure 00130001
einstellt, wobei ω0 der angepassten Resonanzfrequenz des Piezoaktors (1), cpw der durch das Energiespeicherelement (14) in Form der Zusatzkapazität CE elektrisch beeinflussten wirksamen mechanischen Piezosteifigkeit der Stapelanordnung (2), mA einer ersten Masse des Piezoaktors (1) und mK einer zweiten Masse des Piezoaktors (1) entsprechen.Piezoelectric actuator ( 1 ) according to claim 4, wherein the energy storage element ( 14 ) in the form of the additional serial capacitance C E for electrically influencing an effective mechanical piezoelectric stiffness c pw of the stack arrangement ( 2 ) of the piezo actuator ( 1 ) is selected to match the resonant frequency (ω 0 ) such that the matched resonant frequency is determined according to
Figure 00130001
where ω 0 is the adjusted resonance frequency of the piezo actuator ( 1 ), c pw by the energy storage element ( 14 ) in the form of the additional capacitance C E electrically influenced effective mechanical piezo-rigidity of the stack arrangement ( 2 ), m A of a first mass of the piezoelectric actuator ( 1 ) and m K of a second mass of the piezoelectric actuator ( 1 ) correspond. Verfahren zur Anpassung einer Resonanzfrequenz eines Piezoaktors (1), der eine Stapelanordnung (2) mit mehreren Piezoelementen (3) aufweist, wobei die Stapelanordnung (2) zu einer mechanischen Schwingung elektrisch anregbar ist, wobei ein Energiespeicherelements (14) an einem elektrischen Eingang (4, 4') der Stapelanordnung (2) angeordnet wird.Method for adapting a resonant frequency of a piezoelectric actuator ( 1 ) having a stack arrangement ( 2 ) with several piezo elements ( 3 ), wherein the stack arrangement ( 2 ) is electrically excitable to a mechanical vibration, wherein an energy storage element ( 14 ) at an electrical input ( 4 . 4 ' ) of the stack arrangement ( 2 ) is arranged. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Energiespeicherelement (14) in Form einer seriellen Zusatzkapazität CE ausgebildet wird, wobei die Kapazität der seriellen Zusatzkapazität CE ausgewählt wird, um die wirksame mechanischen Piezosteifigkeit cpw der Stapelanordnung (2) des Piezoaktors (1) elektrisch so einzustellen, dass die Resonanzfrequenz an eine vorgegebene Resonanzfrequenz angepasst wird.Method according to claim 6, wherein the energy storage element ( 14 ) is formed in the form of an additional serial capacity C E , wherein the capacity of the additional serial capacity C E is selected in order to determine the effective mechanical piezo-stiffness c pw of the stack arrangement ( 2 ) of the piezo actuator ( 1 ) so that the resonance frequency is adjusted to a predetermined resonance frequency. Verfahren nach Anspruch 7, wobei sich die angepasste Resonanzfrequenz gemäß
Figure 00140001
ermittelt wird, wobei ω0 der angepassten Resonanzfrequenz des Piezoaktors (1), cpw der durch das Energiespeicherelement (14) in Form der Zusatzkapazität CE elektrisch beeinflusste wirksame mechanische Piezosteifigkeit des Piezoelements (3), mA einer ersten Masse des Piezoaktors (1) und mK einer zweiten Masse des Piezoaktors (1) entsprechen.The method of claim 7, wherein the matched resonant frequency according to
Figure 00140001
where ω 0 is the adjusted resonance frequency of the piezoelectric actuator ( 1 ), c pw by the energy storage element ( 14 ) in the form of the additional capacitance C E electrically influenced effective mechanical piezoelectric stiffness of the piezoelectric element ( 3 ), m A of a first mass of the piezoelectric actuator ( 1 ) and m K of a second mass of the piezoelectric actuator ( 1 ) correspond.
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