DE102019102634B3

DE102019102634B3 - Anordnung zur mechanischen Veränderung einer Oberfläche sowie System und Luftfahrzeug mit einer solchen Anordnung

Info

Publication number: DE102019102634B3
Application number: DE102019102634.2A
Authority: DE
Inventors: Stefan Storm; Alois Friedberger; Ralf CASPARI
Original assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 2019-02-04
Filing date: 2019-02-04
Publication date: 2020-01-09
Anticipated expiration: 2039-02-05
Also published as: GB2585407B; GB202001199D0; US20200247531A1; US11220328B2; GB2585407A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung (1) zur mechanischen Veränderung einer Oberfläche (35). Die Anordnung umfasst eine Isolationsschicht (20), ein Elektrodenpaar (11, 12), welches an oder in der Isolationsschicht (20) angeordnet ist und ein Piezoelement (30), welches an oder in der Isolationsschicht (20) angeordnet ist. Das Piezoelement (30) ist durch die Isolationsschicht (20) von dem Elektrodenpaar (11, 12) getrennt. Das Elektrodenpaar (11, 12) ist dazu ausgeführt, in einem Bereich (21) des Piezoelementes (30) ein elektrisches Feld (13) zu erzeugen, welches das Piezoelement (30) dazu veranlasst, eine mechanische Formänderung auszuführen, um somit eine Oberfläche (35) der Anordnung (1) mechanisch zu verändern. Das Elektrodenpaar (11, 12) ist ferner dazu ausgeführt, das elektrische Feld (13) so zu erzeugen, dass in einer Umgebung (22) der Anordnung (1) das elektrische Feld (13) eine minimale Feldstärke aufweist, um somit ein Plasma (22a) in der Umgebung (22) der Anordnung (1) zu erzeugen.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft die Beeinflussung von Strömungen an Bauteiloberflächen. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Anordnung sowie ein System zur mechanischen Veränderung einer Oberfläche. Ferner betrifft die Erfindung ein Luftfahrzeug mit einer Anordnung zur mechanischen Veränderung einer Oberfläche.
Hintergrund der Erfindung
Die Beeinflussung strömungsrelevanter Bauteiloberflächen ist insbesondere in der Luftfahrt von großer Bedeutung. Dabei führt eine Verschmutzung der Bauteiloberfläche zu einem erhöhten Luftwiderstand. Ebenso kann die Vereisung auf Bauteiloberflächen zu einer Erhöhung des Luftwiderstandes führen. Diese Verunreinigungen bzw. Unebenheiten an der Bauteiloberfläche führen bei Luftfahrzeugen zu erheblichen Luftwiderständen und somit zu erhöhten Betriebskosten des Luftfahrzeugs. Dabei kann es sich oft als umständlich und zeitaufwendig erweisen, diese Verunreinigungen oder Vereisungen manuell von der Bauteiloberfläche zu entfernen. Manchmal ist es gar nicht erst möglich solche Verunreinigungen oder Vereisungen zu entfernen, beispielsweise wenn sie während des Fluges auftreten. Dies führt dann zu einem höheren Luftwiderstand und folglich zu einem größeren Treibstoffverbrauch. Ebenso kann es zu einer Reduzierung des Auftriebs kommen.
Die EP 2 886 453 A1 beschreibt ein Grenzschichtsteuerungssystem und ein Luftfahrzeug mit einem solchen Grenzschichtsteuerungssystem. Das System weist eine Auslassöffnung auf, die in einem Hautbereich des Luftfahrzeugs angeordnet ist, wobei die Auslassöffnung eine Saugkraft bereitstellt, wenn eine Strömung an dem Hautbereich vorbeifließt.
Die US 7 988 102 B2 beschreibt ein Luftfahrzeug mit einer Fluidröhre zum Extrahieren der laminaren Grenzschicht und/oder zum Ausblasen von Fluid in Bereiche an der äußeren Haut, wobei ansteuerbare Ventile mit einer Pumpvorrichtung verbunden sind, die durch Luft von der Kabine angetrieben wird.
Die DE 10 2017 128 478 A1 beschreibt eine Baugruppe zur Anbringung an der Oberfläche eines aerodynamischen Profils, wobei die Baugruppe einen Array aus Aktuatoren auf aufweist, die als Piezoaktuatoren und Plasmaaktuatoren ausgebildet sind.
Die US 2011 / 0 198 312 A1 beschreibt eine Luftstromerzeugungsvorrichtung mit einem dielektrischen Substrat, einer ersten und zweiten Elektrode sowie einer Energiequelle. Das dielektrische Substrat ist Gas ausgesetzt ist, wobei die erste Elektrode innerhalb des dielektrischen Substrats angeordnet ist und die zweite Elektrode nahe einer Oberfläche des Dielektrikums angeordnet ist, um mit der ersten Elektrode zu korrespondieren. Die Energiequelle legt eine Spannung zwischen der ersten und der zweiten Elektrode an und verwendet einen Teil des Gases zum Erzeugen von Plasma, um einen Luftstrom zu erzeugen.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die mechanische Beeinflussung von Bauteiloberflächen zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Beispielhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist eine Anordnung zur mechanischen Veränderung einer Oberfläche angegeben. Die Anordnung umfasst eine Isolationsschicht, ein Elektrodenpaar, welches an oder in der Isolationsschicht angeordnet ist und ein Piezoelement, welches an oder in der Isolationsschicht angeordnet ist. Das Piezoelement ist durch die Isolationsschicht von dem Elektrodenpaar getrennt. Das Elektrodenpaar ist dazu ausgeführt, in einem Bereich des Piezoelements ein elektrisches Feld zu erzeugen, welches das Piezoelement dazu veranlasst, eine mechanische Formänderung auszuführen, um somit eine Oberfläche der Anordnung mechanisch zu verändern. Das Elektrodenpaar ist ferner dazu ausgeführt, das elektrische Feld so zu erzeugen, dass in einer Umgebung der Anordnung das elektrische Feld eine minimale Feldstärke aufweist, um somit ein Plasma in der Umgebung der Anordnung zu erzeugen.
Mit einer solchen Anordnung ist es möglich, die beispielsweise luftumströmte Oberflächengeometrie eines Bauteils zu verändern, um somit beispielsweise eine im Bereich der Oberfläche auftretende Verunreinigung, Vereisung, etc. gezielt vom Bauteil zu entfernen. Es ist möglich, mit einer solchen Anordnung eine Enteisung der Oberfläche bereitzustellen, indem beispielsweise bestimmte Frequenzen an der Oberfläche erzeugt werden. Die mechanische Veränderung der Oberfläche kann beispielsweise eine Geometrieveränderung der Oberfläche umfassen. Die Veränderung der Oberfläche kann aber auch durch eine Schwingung mit einer bestimmten Frequenz, beispielsweise ca. 1 kHz, verursacht werden. Die mechanische Veränderung der Oberfläche kann dabei so erfolgen, dass die Anordnung, insbesondere die Oberfläche der Anordnung nicht geschädigt wird. Die Oberfläche der Anordnung stellt vorzugsweise eine Grenzfläche zu einer Umgebungsluft dar. Die Oberfläche kann jedoch auch eine Grenzfläche zu einem anderen Bauteil sein. Die Anordnung kann modular ausgebildet sein, so dass die Anordnung an beliebigen Stellen eines Bauteils angebracht werden kann.
Bei der erfindungsgemäßen Anordnung können die Elektroden des Elektrodenpaares mit anderen Worten in der Isolationsschicht vergraben oder an der Oberfläche angeordnet sein. Die beiden Elektroden eines Elektrodenpaares können dabei in unterschiedlichem Abstand von der Oberfläche angeordnet sein. Die Erzeugung des Plasmas dient dabei der Entfernung von Kontaminationen oder Eis an der Oberfläche oder zur Verringerung von Kontaminationsanlagerungen oder zur Beeinflussung der Strömung an der Oberfläche. Das Piezoelement dient der Erzeugung kleiner mechanischer Veränderungen an der Oberfläche, um dadurch Kontaminationen oder Eis von der Oberfläche zu entfernen oder die Anlagerung von Kontaminationen oder Eis zu verringern. Die Anordnung kann daher auch als Enteisungsvorrichtung eingesetzt werden. Das Elektrodenpaar kann das elektrische Feld dabei in der Umgebung so erzeugen, dass das Plasma erzeugt werden kann, so dass das Elektrodenpaar auch als Plasmagenerator bezeichnet werden kann. Dieser Plasmagenerator und das Piezoelement können daher kombiniert werden, um sich in ihrer Wirkung zu ergänzen oder eine bessere Wirkung zu erzielen. Die für die Plasmaerzeugung verwendeten Elektroden des Elektrodenpaares erzeugen also ein elektrisches Feld, wobei dieses elektrische Feld auch das Piezoelement durchsetzt und zu dessen Betrieb verwendet wird. Das bedeutet, dass eine separate elektrische Kontaktierung des Piezoelements vermieden werden kann, was den Herstellungsaufwand verringert.
Es kann in der Umgebung der Anordnung, insbesondere im Bereich der Oberfläche ferner ein Plasma erzeugt werden, welches in der umgebenden Luft befindliche Teilchen oder Partikel, wie beispielsweise Staubpartikel bewegen bzw. entfernen kann. Hierzu kann eine Ionisierung von Teilchen in der Luft erfolgen.
Bei der erfindungsgemäßen Anordnung kann also ein elektrisches Feld durch das Elektrodenpaar erzeugt werden, so dass die elektrische Feldstärke in der Umgebung des Elektrodenpaars lokal unterschiedlich ist. Damit kann in einem Bereich des in der Nähe zum Elektrodenpaar angeordneten Piezoelements eine elektrische Feldstärke des elektrischen Feldes derart eingestellt werden, dass das Piezoelement dazu angeregt wird eine mechanische Formänderung auszuführen, welche wiederum die Veränderung der Oberfläche der Anordnung bewirkt. Hierfür kann das Elektrodenpaar dazu ausgeführt sein, das elektrische Feld derart zu erzeugen, dass eine elektrische Spannung an dem Piezoelement anliegt, die das Piezoelement dazu anregt, die mechanische Formänderung auszuführen. Die mechanische Formänderung des Piezoelements kann dabei ebenso als eine Geometrieänderung des Piezoelements an sich und dessen umgebendes Material verstanden werden. Durch die Formänderung des Piezoelements wird also eine Formänderung des umgebenden oder in unmittelbarer Umgebung befindlichen Isolationsmaterials der Isolationsschicht bewirkt, so dass diese Formänderung wiederum auf die Oberfläche übertragen wird, welche somit selbst eine Formänderung vollzieht. Die Oberfläche kann dabei eine Grenzfläche zwischen der Isolationsschicht und der Umgebungsluft oder einem auf der Oberfläche befindlichen Material, wie beispielsweise eine Verschmutzung oder Eis, darstellen.
Bei der erfindungsgemäßen Anordnung kann das elektrische Feld durch das Elektrodenpaar ferner so erzeugt werden, dass die elektrische Feldstärke in einer Umgebung der Anordnung ausreichend ist, um das Plasma zu erzeugen. Das Plasma wird dabei vorzugsweise in der die Anordnung umgebenden Luft erzeugt. Mit anderen Worten wird dasselbe elektrische Feld, welches zur Anregung des Piezoelements verwendet wird, auch dazu verwendet, das Plasma zu erzeugen. Hierfür wird durch das mittels des Elektrodenpaars erzeugte elektrische Feld so erzeugt, dass die Feldstärke in unterschiedlichen Bereichen in der Anordnung oder um die Anordnung lokal variiert. Diese lokale Variation der elektrischen Feldstärke des elektrischen Feldes kann zum einen durch die Position oder Ausrichtung der einzelnen Elemente innerhalb der Anordnung und zum anderen durch eine bestimmte Ausprägung der Isolationseigenschaften der Isolationsschicht erreicht werden. Beispielsweise kann ein elektrisches Feld mit einer vorgegebenen Feldstärke im Bereich des Piezoelements durch eine relative Anordnung des Piezoelements bezüglich des Elektrodenpaars eingestellt werden. Ferner kann eine Permittivität der Isolationsschicht im Bereich des Piezoelements oder um das Piezoelement herum so eingestellt sein, dass die vorgegebene Feldstärke im Bereich des Piezoelements erreicht wird, welche vorzugsweise ca. 2kV/mm beträgt. Die Elektroden des Elektrodenpaares können beispielsweise um etwa 0,2 mm beabstandet sein.
Analog dazu kann das elektrische Feld mit einer weiteren vorgegebenen Feldstärke in der Umgebung der Anordnung durch eine relative Anordnung des Elektrodenpaars bezüglich der Oberfläche der Anordnung eingestellt werden. Ferner kann eine Permittivität der Isolationsschicht zwischen dem Elektrodenpaar und der Oberfläche der Anordnung so eingestellt sein, dass die vorgegebene Feldstärke in der Umgebung der Anordnung erreicht wird. Für die Erzeugung des Plasmas in der Umgebung der Anordnung ist eine minimale Feldstärke erforderlich, welche vorzugsweise ca. 6 kV/mm beträgt.
Vorteilhafterweise kann durch die Anregung des Piezoelements mittels des elektrischen Feldes des Elektrodenpaars erreicht werden, dass keine elektrische Kontaktierung, wie beispielsweise ein elektrischer Leiter mit dem Piezoelement verbunden sein muss. Die Isolationsschicht kann vielmehr für das elektrische Feld des Elektrodenpaars zumindest teilweise durchlässig sein, so dass die elektrische Anregung des Piezoelements ausschließlich durch das vom Elektrodenpaar erzeugte elektrische Feld erfolgt. Das Elektrodenpaar kann zwei Elektroden aufweisen, welche verteilt in der Isolationsschicht angeordnet sind.
Die Isolationsschicht kann ein beliebiges Isolationsmaterial aufweisen. Die Isolationsschicht kann beispielsweise ein Polymer, einen keramischen Werkstoff, Siliziumdioxid oder Siliziumnitrid aufweisen.
Ein Piezoelement im Sinne der vorliegenden Erfindung kann als eine Vorrichtung verstanden werden, das den sog. Piezoeffekt ausnutzt, um durch Anlegen einer elektrischen Spannung, welche durch das elektrische Feld am Piezoelement erzeugt wird, eine mechanische Bewegung auszuführen. Diese mechanische Bewegung kann sich in einer Formänderung des Piezoelements äußern, welche wiederum die umliegende Materialschicht der Isolationsschicht und letztendlich die Oberfläche der Anordnung zu einer Formänderung anregt.
Eine Isolationsschicht im Sinne der vorliegenden Erfindung kann als ein Element oder eine Einheit verstanden werden, welches elektrischen Strom nicht oder nur in einem geringen Ausmaß leitet. Die Isolationsschicht kann eine bestimmte Permittivität, auch bezeichnet als dielektrische Leitfähigkeit, aufweisen, welche die Durchlässigkeit des Materials der Isolationsschicht für das elektrische Feld des Elektrodenpaars charakterisiert.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Piezoelement derart in oder an der Isolationsschicht angeordnet, dass die mechanische Formänderung des Piezoelements auf einer ausschließlichen Anregung durch das vom Elektrodenpaar erzeugte elektrische Feld erfolgt.
Auf diese Weise kann das Vorsehen eines elektrischen Leiters zur Kontaktierung des Piezoelements mit einer Spannungsquelle vermieden werden, da die für die elektrische Anregung des Piezoelements erforderliche Feldstärke lediglich durch das Elektrodenpaar aufgebracht wird. Damit kann das Piezoelement durch die Isolationsschicht von der Umgebung abgeschirmt und sogar in der Isolationsschicht eingebettet sein. Die Permittivität der Isolationsschicht kann dabei so eingestellt sein, dass eine bestimmte für die Anregung des Piezoelements erforderliche Feldstärke im Bereich des Piezoelements erreicht wird. Es kann auch vorgesehen sein, dass eine bestimmte Feldstärke im Bereich des Piezoelements nicht überschritten wird.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Piezoelement innerhalb der Anordnung elektrisch isoliert.
Wie bereits erwähnt kann durch die Isolationsschicht eine elektrische Isolierung erreicht werden, wobei jedoch die Isolationsschicht für das durch das Elektrodenpaar erzeugte elektrische Feld zumindest teilweise durchlässig bleibt. Eine Kontaktierung des Piezoelements durch einen elektrischen Leiter mit einer externen Spannungsquelle kann damit vermieden werden. Es sei verstanden, dass für die Feldlinien das Brechungsgesetz an der Grenzfläche zwischen den Isolationsschichten unterschiedlicher Permittivitäten gelten kann, insbesondere zwischen verschiedenen Teilschichten der Isolationsschicht.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Elektrodenpaar bezüglich des Piezoelements derart angeordnet, dass das erzeugte elektrische Feld in dem Bereich des Piezoelements eine Feldstärke aufweist, die eine maximale Feldstärke nicht überschreitet.
Damit kann sichergestellt werden, dass das Piezoelement eine lange Lebensdauer hat. Insbesondere kann bei hohen Feldstärken und hohen Ansteuerungsfrequenzen im Bereich des Piezoelements aufgrund der hohen Wirkleistung eine Erwärmung des Piezoelements auftreten. Somit kann eine maximale Feldstärke im Bereich des Piezoelements vorzugsweise maximal ca. 2 kV/mm betragen. Es ist jedoch auch möglich, dass die Feldstärke sogar maximal ca. 2,6 kV/mm beträgt. Bei Anregung des Piezoelements in Eigenresonanz kann bei gleichbleibender Verformung die elektrische Feldstärke bis auf 0,1 kV/mm im Bereich des Piezoelements reduziert werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Anordnung ferner eine Steuerungseinheit auf, die dazu ausgeführt ist, eine Spannungsfrequenz für das Elektrodenpaar einzustellen, um somit einen Ionisierungsgrad des erzeugten Plasmas in der Umgebung der Anordnung zu variieren und/oder die durch das Piezoelement ausgeführte, mechanische Formänderung zu variieren.
Die Steuerungseinheit kann ein Prozessor sein, welcher eine Spannungsquelle für die Anordnung steuert. Die Spannungsquelle kann eine Spannung an dem Elektrodenpaar anlegen. Beispielsweise kann dies eine externe bzw. von der Anordnung separierte Spannungsquelle sein, welche eine Spannung an dem Elektrodenpaar anlegt.
Die Spannungsfrequenz kann so eingestellt sein, dass die Feldstärke im Bereich des Piezoelements variiert. Damit kann beispielsweise eine Anregung des Piezoelements erfolgen, so dass dieses Piezoelement Schwingungen mit einer bestimmten Frequenz ausführt. Diese Schwingungen des Piezoelements führen wiederum zu einer Schwingung der Oberfläche mit vorgegebener Frequenz und damit zur mechanischen Veränderung der Oberfläche der Anordnung. Eine am Elektrodenpaar anliegende Spannung beträgt beispielsweise 1,2 kV.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Anordnung eine Mehrzahl von Elektrodenpaaren auf, wobei die Mehrzahl von Elektrodenpaaren dazu ausgeführt ist, in lokal unterschiedlichen Bereichen des Piezoelements jeweils ein elektrisches Feld zu erzeugen, welche das Piezoelement dazu veranlassen, verschiedene mechanische Formänderungen in den lokal unterschiedlichen Bereichen des Piezoelements auszuführen, um somit eine Oberfläche der Anordnung mechanisch zu verändern. Die hierin beschriebenen Merkmale des Elektrodenpaares können im Falle einer Mehrzahl von Elektrodenpaaren für sämtliche Elektrodenpaare gelten.
Somit wird weiterhin die lokal unterschiedliche Veränderung der Oberfläche der Anordnung begünstigt. Beispielweise kann ein erstes Elektrodenpaar ein erstes elektrisches Feld mit einer ersten vorgegebenen Feldstärke in einem ersten Bereich des Piezoelements erzeugen, wodurch eine bestimmte Formänderung im ersten Bereich des Piezoelements hervorgerufen wird. Ein zweites Elektrodenpaar kann ein zweites elektrisches Feld mit einer zweiten vorgegebenen Feldstärke in einem zweiten Bereich des Piezoelements erzeugen, wodurch eine bestimmte Formänderung im zweiten Bereich des Piezoelements hervorgerufen wird. Dadurch können verschiedene Bereiche des Piezoelements unterschiedlich starke Formänderungen ausführen, welche wiederum zu unterschiedlich starken Formänderungen in verschiedenen Bereichen der Oberfläche führen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Anordnung eine Mehrzahl von Piezoelementen auf, wobei das Elektrodenpaar dazu ausgeführt ist, im Bereich der Mehrzahl von Piezoelementen ein elektrisches Feld zu erzeugen, welches die Mehrzahl von Piezoelementen dazu veranlasst, jeweils unterschiedliche mechanische Formänderungen auszuführen, um somit eine Oberfläche der Anordnung mechanisch zu verändern. Die hierin beschriebenen Merkmale des Piezoelements können im Falle einer Mehrzahl von Piezoelementen für sämtliche Piezoelemente gelten.
Somit kann weiterhin die lokal unterschiedliche Veränderung der Oberfläche der Anordnung begünstigt werden. Beispielweise kann das Elektrodenpaar ein elektrisches Feld mit einer vorgegebenen Feldstärke im Bereich eines ersten Piezoelements erzeugen, wodurch eine bestimmte Formänderung des ersten Piezoelements hervorgerufen wird. Das gleiche elektrische Feld kann im Bereich eines zweiten Piezoelements mit einer anderen Feldstärke erzeugt werden, wodurch eine bestimmte Formänderung des zweiten Piezoelements hervorgerufen wird, die sich von der Formänderung des ersten Piezoelements unterscheidet. Dadurch können verschiedene Piezoelemente unterschiedlich starke Formänderungen ausführen, was wiederum zu unterschiedlich starken Formänderungen in verschiedenen Bereichen der Oberfläche führt.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Piezoelement in eine Folie integriert.
Beispielsweise kann die Folie zumindest einen Teil der Isolationsschicht bilden, wobei das Piezoelements in die Folie integriert ist. Die Folie kann aufgedruckte Leiterbahnen aufweisen, welche die elektrische Verbindung bzw. Kontaktierung des Elektrodenpaars mit der Spannungsquelle bereitstellen. Die Anordnung kann zumindest teilweise als Folie ausgebildet sein, so dass die Anordnung modular auf eine Bauteiloberfläche aufgebracht werden kann. Dies wird nachfolgend noch weiter beschreiben werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Anordnung ferner eine elektrische Leiterbahn auf, welche mit dem Elektrodenpaar elektrisch verbunden ist, um eine elektrische Verbindung zwischen dem Elektrodenpaar und einer separaten Spannungsquelle herzustellen.
Damit kann eine Spannung an dem Elektrodenpaar angelegt werden. Die Leiterbahn kann somit in die Anordnung zumindest teilweise integriert sein. Die Leiterbahn kann beispielsweise auf eine Folie der Anordnung aufgedruckt sein.
Es ist auch möglich, die Piezoelemente in der Folie zu integrieren. Dabei sind die Piezoelemente jedoch von der Leiterbahn elektrisch isoliert.
Die Folie kann auch eine Sensoreinheit, beispielsweise mit mehreren Sensoren, und deren Verkabelung aufweisen. Damit ist es möglich, dass die Anordnung auch zur Detektion von an der Oberfläche eingebrachten mechanischen Verformungen verwendet wird. In diesem Fall wird sozusagen der umgekehrte piezoelektrische Effekt genutzt, so dass eine Verformung der Anordnung auf die Piezoelemente übertragen wird und diese Verformung durch die Piezoelemente in ein elektrisches Signal umgewandelt wird, welches durch die Sensoreinheit erfasst wird, um somit das Ausmaß oder die Art der äußeren mechanischen Einwirkung zu charakterisieren. Eine entsprechende Auswertung der erfassten Signale kann über eine Steuereinheit erfolgen. Die Folie kann weitere elektronische Komponenten wie Spannungswandler oder Schalter umfassen. Die Sensoreinheit kann auch ein oder mehrere Sensoren in Form von Elektroden aufweisen. Insbesondere können die Elektroden der genannten Elektrodenpaare als Sensoren verwendet werden, beispielsweise um Veränderungen an der Oberfläche der Anordnung zu erfassen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist ein Abstand zwischen dem Elektrodenpaar und dem Piezoelement bezüglich einer Richtung senkrecht zur Oberfläche variabel.
Dabei kann das Piezoelement beispielsweise eine längliche Form aufweisen, wobei bestimmte Bereiche das Piezoelements unterschiedliche Abstände zu einer Ebene aufweisen, in der das Elektrodenpaar liegt oder die Elektrodenpaare liegen. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Ebene, in der die Elektroden oder Elektrodenpaare liegen, im Wesentlichen parallel zur Oberfläche der Anordnung verläuft. Das längliche Piezoelement kann in unterschiedlichen Bereichen entlang seiner Ausdehnung auch unterschiedliche Abstände zur Oberfläche aufweisen. Es ist auch möglich, dass die Ebene, in der die Elektroden oder Elektrodenpaare liegen, an lokal unterschiedlichen Stellen verschiedene Abstände zur Oberfläche der Anordnung aufweist. Das Elektrodenpaar bzw. die Elektrodenpaare können auch in einer Ebene mit dem Piezoelement bzw. den Piezoelementen liegen. Diese Zusammenhänge werden in der Figurenbeschreibung noch genauer erläutert werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist ein Abstand zwischen der Isolationsschicht und einer Auflagefläche der Anordnung bezüglich einer Richtung senkrecht zur Oberfläche variabel.
Dabei kann beispielsweise das Piezoelement in Form einer Schicht oder Platte ausgebildet sein, welche die Isolationsschicht von der Auflagefläche beabstandet. Die Auflagefläche kann beispielsweise eine Auflagefläche zur Anbringung der Anordnung auf einem Bauteil sein.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Isolationsschicht eine Permittivität auf, die in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche der Anordnung variabel ist.
Damit kann eine gezielte Einstellung der Eigenschaften, insbesondere der Feldstärke des von dem Elektrodenpaar erzeugten elektrischen Feldes innerhalb der Isolationsschicht erfolgen. Die Permittivität nimmt vorzugsweise ausgehend von der Oberfläche der Anordnung in Richtung des Piezoelements zu, so dass eine höhere Feldstärke an der Oberfläche bzw. in der Umgebung der Anordnung bereitgestellt werden kann als in tieferen Bereichen der Isolationsschicht, wo sich das Piezoelement befindet.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist ein Luftfahrzeug mit der erfindungsgemäßen Anordnung angegeben. Das Luftfahrzeug ist beispielsweise ein Flugzeug.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist ein System zur mechanischen Veränderung einer Oberfläche angegeben. Das System weist die erfindungsgemäße Anordnung sowie eine Bauteilstruktur oder ein Bauteil auf, welche/welches mit der Anordnung mechanisch verbunden ist.
Die Anordnung kann insbesondere ein Modul darstellen, welches an der Bauteilstruktur eines Bauteils angebracht ist. Beispielsweise kann die Anordnung auf dem Bauteil aufgeklebt, anmontiert oder schwimmend gelagert sein. Die modulare Anordnung kann dabei flexibel ausgestaltet sein und sich einer Oberfläche des Bauteils anpassen. Das Bauteil ist beispielsweise ein Luftfahrzeugbauteil wie eine Flugzeugaußenhaut. Vorzugsweise ist das Bauteil eine Steuerfläche des Luftfahrzeugs wie beispielsweise eine Vorderkantenklappe oder eine Hinterkantenklappe des Luftfahrzeugs. Es ist jedoch auch möglich, dass das Bauteil eine Rotorblattfläche einer Windkraftanlage ist und somit die Anordnung an der Rotorblattfläche eines Rotors der Windkraftanlage angebracht ist.
Da die Anordnung als Modul auf die Oberfläche des Bauteils oder die Bauteilstruktur aufgebracht werden kann, kann die Oberfläche der Anordnung anschließend eine Teiloberfläche des Bauteils oder der Bauteilstruktur bilden. Die Anordnung kann quasi in das Bauteil oder die Bauteilstruktur integriert werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Bauteilstruktur ein Material mit anisotropen mechanischen Eigenschaften, ein Faserverbundmaterial, einen kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff oder einen Materialverbund aus diesen Materialien auf.
Figurenliste

1 zeigt eine Anordnung zur mechanischen Veränderung einer Oberfläche gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
2 zeigt eine Anordnung zur mechanischen Veränderung einer Oberfläche mit einer Mehrzahl von Piezoelementen gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
3 zeigt eine Anordnung zur mechanischen Veränderung einer Oberfläche mit einem geformten Piezoelement gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
4 zeigt eine Anordnung zur mechanischen Veränderung einer Oberfläche mit einer elektrischen Leiterbahn gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
5 zeigt ein System zur mechanischen Veränderung einer Oberfläche gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Detaillierte Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen
Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich.
Werden in der folgenden Figurenbeschreibung in verschiedenen Figuren die gleichen Bezugszeichen verwendet, so bezeichnen diese gleiche oder ähnliche Elemente. Gleiche oder ähnliche Elemente können aber auch durch unterschiedliche Bezugszeichen bezeichnet sein.
1 zeigt eine Anordnung 1 zur mechanischen Veränderung einer Oberfläche 35. Die Anordnung umfasst eine Isolationsschicht 20 mit verschiedenen Teilschichten 31, 32, wobei die Teilschichten beispielsweise eine Permittivität von ε_r = 20 aufweisen. Die Anordnung weist ferner ein Elektrodenpaar 11, 12 auf, welches innerhalb der Isolationsschicht 20 angeordnet ist, und ein Piezoelement 30, welches an der Isolationsschicht 20 angeordnet ist bzw. mit dieser verbunden ist. Das Piezoelement 30 ist durch die Isolationsschicht 20 von dem Elektrodenpaar 11, 12 getrennt, insbesondere durch die Teilschicht 31 der Isolationsschicht 20, wobei die Teilschicht 31 beispielsweise eine Dicke von 0,2 mm aufweist und somit das Piezoelement 30 von dem Elektrodenpaar 11, 12 bezüglich einer Richtung 25 senkrecht zur Oberfläche 35 um den Abstand d₂ beabstandet. Der Abstand d₂ kann jedoch auch entlang der Ausdehnungsrichtung der Oberfläche 35 lokal variieren. Es sei angemerkt, dass das Piezoelement nicht notwendigerweise unterhalb des Elektrodenpaars 11, 12 angeordnet sein muss, sondern auch in etwa in einer Ebene mit dem Elektrodenpaar 11, 12 angeordnet sein kann. Die Elektroden des Elektrodenpaars 11, 12 können auch unterhalb des Piezoelements 30 angeordnet sein, um den Feldlinienverlauf des elektrischen Feldes 13 zu beeinflussen. Die elektrische Kontaktierung der Elektrodenpaare 11, 12 ist in 1 nicht dargestellt.
Das Piezoelement 30 ist in dem in 1 dargestellten Beispiel als ein schichtförmiges oder plattenförmiges Element 30 ausgebildet, welches eine Permittivität von ca. ε_r = 4000 sowie eine Dicke von d₃ = 0,5 mm aufweist. Der Abstand bzw. die Dicke d₃ kann ortsabhängig, das heißt in Erstreckungsrichtung der Oberfläche 35 lokal veränderlich sein. Das Piezoelement 30 bildet eine homogene Schicht mit piezoelektrischen Eigenschaften.
Das Elektrodenpaar 11, 12 ist dazu ausgeführt, in einem Bereich 21 des Piezoelements 30 ein elektrisches Feld 13 zu erzeugen, welches das Piezoelement 30 dazu veranlasst, eine mechanische Formänderung auszuführen, um somit eine Oberfläche 35 der Anordnung 1 mechanisch zu verändern. In 1 ist das elektrische Feld durch Feldlinien visualisiert. Ferner ist der Bereich des Piezoelements bzw. der Bereich, in dem piezoelektrische Eigenschaften auftreten, durch einen gestrichelten Kreis gekennzeichnet. Es sei verstanden, dass sich das Piezoelement, wie dargestellt, auch über diesen Bereich hinaus erstrecken kann. Das Piezoelement 30 ist derart in der Isolationsschicht 20 angeordnet, dass die mechanische Formänderung des Piezoelements 30 auf einer ausschließlichen Anregung durch das vom Elektrodenpaar 11, 12 erzeugte elektrische Feld 13 erfolgt. Das Piezoelement 30 ist also innerhalb der Anordnung 1 elektrisch isoliert ist und wird lediglich durch das elektrische Feld 13 angeregt.
Das Elektrodenpaar 11, 12 ist ferner dazu ausgeführt, das elektrische Feld 13 so zu erzeugen, dass in einer Umgebung 22 der Anordnung 1 das elektrische Feld 13 eine minimale Feldstärke aufweist, um somit ein Plasma 22a in der Umgebung 22 der Anordnung 1 zu erzeugen. Wie in 1 zu erkennen ist, weist die dort dargestellte Anordnung 1 zwei Elektrodenpaare 11, 12 auf, die jeweils ein elektrisches Feld 13 erzeugen, wobei diejenigen Bereiche 21 des Piezoelements 30, die mit dem elektrischen Feld 13 interferieren, durch dieses angeregt werden und entsprechende Formänderungen ausführen. Damit kann jeweils eine lokal unterschiedliche Formänderung der verschiedenen Bereiche 21 des Piezoelements 30 erreicht werden, indem die beiden Elektrodenpaare jeweils unterschiedliche elektrische Feldeigenschaften in den Bereichen 21 erzeugen.
Die Anordnung 1 weist eine Auflagefläche 36 auf, über welche die Anordnung 1 an einem nicht dargestellten Bauteil oder einer Bauteilstruktur befestigt werden kann.
Die Elektroden der Elektrodenpaare 11, 12 können an der Oberfläche 35 liegen. Die Elektrodenpaare 11, 12 können sich aber auch über die Oberfläche 35 hinaus erheben, beispielsweise um bis zu ca. 0,1 mm. Die Isolationsschicht 20 kann ein Material aufweisen, das feuchtigkeitsabweisende Eigenschaften aufweist. Das Material der Isolationsschicht 20 kann Feuchtigkeit auch aufnehmen und/oder transmittieren, während die Oberfläche 35 selbst ein Material aufweist, das Feuchtigkeit wenig bis gar nicht transmittiert. Die Oberfläche 35 kann eine Grenzfläche zwischen der Isolationsschicht 20 und einer Umgebungsluft 10 oder einem Umgebungsfluid 10 bilden. Die Permittivität von Luft beträgt ca. ε_r = 1.
Die einzelnen in 1 dargestellten Elektroden der Elektrodenpaare 11, 12 können unterschiedliche Abstände zueinander aufweisen. Dabei kann der Abstand t1 den Abstand zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode des ersten Elektrodenpaars 11, 12 angeben und der Abstand t2 kann den Abstand zwischen der negativen Elektrode des ersten Elektrodenpaares 11, 12 und der positiven Elektrode des zweiten Elektrodenpaares angeben. Dabei können die Abstände t1 und t2 im Wesentlichen gleich sein. Es ist jedoch auch möglich, dass die Abstände t1 und t2 unterschiedlich groß sind. Es ist auch möglich, dass das Verhältnis von t1 zu t2 zwischen 1 und 5 liegt.
2 zeigt eine Anordnung 1 zur mechanischen Veränderung einer Oberfläche 35 mit einer Mehrzahl von Piezoelementen 30, die beispielsweise in einer Teilschicht 30a der Isolationsschicht 20 angeordnet sind. Das Piezoelement 30 ist damit gegenüber dem in 1 dargestellten Piezoelement 30 strukturiert. Ferner sind zwei Elektrodenpaare 11, 12 vorgesehen, die dazu ausgeführt sind, in jeweils einem Bereich 21, in dem sich ein Piezoelement 30 befindet, jeweils ein elektrisches Feld 13 zu erzeugen. Diese elektrischen Felder 13 veranlassen die Mehrzahl von Piezoelementen 30 dazu, jeweils unterschiedliche mechanische Formänderungen auszuführen, um somit eine Oberfläche 35 der Anordnung 1 mechanisch zu verändern. Damit kann eine lokal unterschiedliche Formänderung in den verschiedenen Bereichen 21, in denen sich die Piezoelemente 30 befinden, erreicht werden, indem die beiden Elektrodenpaare jeweils unterschiedliche elektrische Feldeigenschaften in den Bereichen 21 der Piezoelemente 30 erzeugen.
Darüber hinaus wird analog zu dem in der 1 dargestellten Ausführungsbeispiel auch wieder ein Plasma 22a durch das elektrische Feld 13 in der Umgebung 22 der Anordnung 1 erzeugt. Dabei kann das Plasma in verschiedenen Bereichen der Umgebung 22 je nach Feldstärke der durch die Elektrodenpaare 11, 12 erzeugten elektrischen Felder 13 unterschiedliche Eigenschaften annehmen. Die Piezoelemente 30 sind in 2 zwischen einer Ebene, in der sich die Elektrodenpaare 11, 12 befinden, und der Auflagefläche 36 der Anordnung 1 angeordnet.
3 zeigt eine Anordnung 1 zur mechanischen Veränderung einer Oberfläche 35 mit einem geformten Piezoelement 30, insbesondere einem gestreckten Piezoelement 30, dessen Abstand von der Oberfläche 35 lokal variiert, während ein Abstand d₁ von der Oberfläche 35 zu einer Ebene, in der die Elektrodenpaare 11, 12 angeordnet sind, entlang der Erstreckung der Oberfläche 35 konstant ist. Dabei kann ein Abstand d₂ zwischen der Ebene, in der sich die Elektrodenpaare 11, 12 befinden, und verschiedenen Bereichen des sich erstreckenden Piezoelements 30 lokal unterschiedlich, das heißt ortsabhängig, sein. Vorteilhafterweise nimmt das Piezoelement 30 über dessen Erstreckung einen bestimmten Verlauf an, der beispielsweise wellenförmig ist. Der Verlauf des Piezoelements 30 ist dabei so ausgestaltet, dass die elektrischen Feldlinien der durch die Elektrodenpaare 11, 12 erzeugten elektrischen Felder jeweils im Wesentlichen senkrecht zur Erstreckungsrichtung eines Teilbereiches 21 des Piezoelements 30 verlaufen. Somit kann die Wirksamkeit der Anregung dieser Teilbereiche 21 des Piezoelements 30 besonders gesteuert werden, so dass die Formänderung des Piezoelements 30 in diesen Teilbereichen 21 zu einer bestimmten Formänderung der Oberfläche 35 der Anordnung 1 führt. Insbesondere kann dadurch eine leichtere Verformung des Piezoelements 30 erreicht werden. Mit anderen Worten können die Feldlinien, die von den Elektroden 11 bzw. 12 ausgehend Richtung Plasma 22a verlaufen, im Piezoelement 30 nicht parallel zu diesem verlaufen, sondern senkrecht dazu. Dadurch können die Bewegungsfreiheitsgrade des Piezoelements 30 erhöht werden.
Die übrigen Eigenschaften dieser Anordnung 1 können denen der 1 und 2 entsprechen. Es sei angemerkt, dass der Abstand d₁ auch Null sein kann. In diesem Falle liegen die Elektroden der Elektrodenpaare 11, 12 an der Oberfläche 35. Die Elektrodenpaare 11, 12 können sich aber auch über die Oberfläche 35 hinaus erheben.
Durch die Anordnung und Ausprägung der einzelnen Elemente der Anordnung 1, insbesondere des Piezoelements 30 und der Elektrodenpaare 11, 12 kann damit eine bestimmte Formänderung der Oberfläche 35 bewirkt werden.
4 zeigt eine Anordnung 1 zur mechanischen Veränderung einer Oberfläche 35 mit einer elektrischen Leiterbahn 40. Die elektrische Leiterbahn 40 ist mit den Elektrodenpaaren 11, 12 elektrisch verbunden, um eine elektrische Verbindung zwischen dem Elektrodenpaaren 11, 12 und einer separaten Spannungsquelle 60 oder einer separaten Steuerungseinheit 50 herzustellen.
Über die Steuerungseinheit 50 kann eine Spannung oder eine Spannungsfrequenz für die Elektrodenpaare 11, 12 eingestellt werden, um somit einen Ionisierungsgrad des erzeugten Plasmas 22a in der Umgebung 22 der Anordnung 1 zu variieren und/oder die durch das Piezoelement 30 ausgeführte, mechanische Formänderung zu variieren. Insbesondere kann durch die Spannungsquelle 60 eine Frequenz an den Elektrodenpaaren 11, 12 angelegt werden, die dazu führt, dass die Piezoelemente 30 zum Schwingen angeregt werden, so dass sich eine Formänderung in Form einer Schwingung an der Oberfläche 35 der Anordnung 1 ergibt. Ein Leistungsteil der Steuereinheit, beispielsweise ein Verstärker, kann sich in der Nähe oder an der Anordnung befinden und ein Reglerteil der Steuereinheit kann davon separat angeordnet sein. Eine Logik des Reglerteils kann autark arbeiten, so dass das Gesamtsystem allein über einen Ein-/Ausschalter bedient werden kann. Die übrigen Eigenschaften dieser Anordnung 1 können denen der 1 und 2 entsprechen.
Mittels der Steuerungseinheit 50 ist es möglich, eine Anpassung einer Hochspannungsfrequenz auf einen optimalen Betrieb der Plasmageneratoren, das heißt der Elektrodenpaare 11, 12, eine Anpassung der Hochspannungsfrequenz auf einen optimalen Betrieb der Piezoelemente 30, sowie eine Anpassung der Hochspannungsfrequenz auf einen optimalen Betrieb der Kombination der einzelnen Elemente der Anordnung 1 bereitzustellen. Ferner kann durch die Steuerungseinheit 50 eine Variierung der Hochspannungsfrequenz erfolgen, um verschiedene Betriebsmoden zu realisieren.
Gemäß einer Option kann ein hochfrequentes Umpolarisieren der Elektroden der Elektrodenpaare 11, 12 erfolgen, um sehr schnelle und auch starke Auslenkungen bzw. Formänderungen zu erzeugen. Dabei auftretende thermische Verluste können als Heizeffekt positiv genutzt werden.
Die Isolationsschicht 20 kann eine Lage sein oder umfasst eine Lage, beispielsweise eine Folie mit aufgedruckten Leiterbahnen 40, die die elektrische Verbindung zu den Elektroden der Elektrodenpaare 11, 12 herstellt.
5 zeigt ein System 100 zur mechanischen Veränderung einer Oberfläche 35. Das System 100 weist eine Anordnung 1, wie sie mit Bezug zu den 1 bis 4 beschrieben wurde, sowie eine Bauteilstruktur 110 auf, welche mit der Anordnung 1 mechanisch verbunden ist. Die Bauteilstruktur 110 ist eine Flügelstruktur 110, insbesondere eine Vorderkantenklappe 111 einer Flügelstruktur 110 eines Flugzeugs. Das System 100 weist ferner die Steuerungseinheit 50 auf, die dazu ausgeführt ist, die Anordnung 1 zu steuern, das heißt eine Spannung oder Spannungsfrequenz an den in der Anordnung 1 vorhandenen Elektrodenpaaren 11, 12 anzulegen, so dass die in der Anordnung 1 befindlichen Piezoelemente 30 zur Formänderung angeregt werden und ein Plasma über der Oberfläche 35 der Anordnung 1 erzeugt wird. Die Oberfläche 35 der Anordnung 1 kann in eine Oberfläche der Vorderkantenklappe des Luftfahrzeugs übergehen bzw. in diese integriert sein.
Die Einführung einer Lage, beispielsweise Folie mit aufgedruckten Leiterbahnen 40, zwischen Piezoelement 30 und Bauteil 110 kann eine elektrische Verbindung zu den Elektroden der Elektrodenpaare 11, 12 herstellen. Es ist möglich, dass die Piezoelemente 30 in diese Folie integriert sind.
Das Anbringen der Anordnung 1 an das Bauteil 110 kann beispielsweise durch eine harte Verbindung, beispielsweise durch einen harten Kleber erfolgen. Weiterhin ist es möglich, eine weiche Verbindung, wie beispielsweise eine schwimmende Lagerung oder eine Verbindung mit einem weichen Polymer, Silikon, etc. vorzusehen, damit sich die Auflagefläche 36 der Anordnung 1 und die Oberfläche des Bauteils 110 lokal stark verformen können.
Die erfindungsgemäße Anordnung 1 kann als eine Aktor-Struktur verstanden werden, welche an dem Bauteil 110 angebracht wird. Das Bauteil 110 kann aus einem Material mit anisotropen mechanischen Eigenschaften, aus Faserverbundwerkstoff, aus CFK (kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff), GFK (glasfaserverstärkter Kunststoff) oder aus Verbundwerkstoff mit eingebetteten Metallfasern gefertigt sein.
Durch eine Abstimmung der Ausrichtung der Piezoelemente 30 und einer Materialorientierung bzw. einer Orientierung von Materialfasern kann eine angepasste Verformbarkeit der Piezoelemente 30 erfolgen, so dass eine optimale richtungsabhängige Verformbarkeit der Anordnung 1 möglich ist. Eine Resonanzfrequenz kann durch Abstimmung zwischen dem Bauteil 110 und der Anordnung 1 mit den Piezoelementen 30 bestimmt werden. Die Bauteilstruktur 110 bzw. das Bauteil 110 kann elektrisch leitfähige Fasern aufweisen. Diese Fasern können als Abschirmung dienen und elektrische Felder von der unter der Anordnung 1 liegenden Struktur des Bauteils 110 fernhalten.
Durch die Wahl verschiedener Frequenzbereiche für die durch die Piezoelemente 30 verursachten Schwingungen können gezielt Schub- und/oder Biegespannungen in das Bauteil 110 eingeleitet werden, welche unterschiedliche Effekte hinsichtlich Enteisung bewirken. Somit kann ein Betriebsmodus „De-Icing“ (z. B. Absprengen von Eis) vorgesehen werden und anschließend kann die Erzeugung des Plasmas aktiviert werden in einem Betriebsmodus „Anti-Icing“, bei dem ein geänderter Betrieb der Piezoelemente 30 vorgesehen ist, so dass beispielsweise eine Eisschutzschicht mittels eines entsprechenden Fluids auf die Oberfläche 35 gezielt aufgebracht wird.
Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass „umfassend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können.

Claims

Anordnung (1) zur mechanischen Veränderung einer Oberfläche (35), aufweisend: eine Isolationsschicht (20); ein Elektrodenpaar (11, 12), welches an oder in der Isolationsschicht (20) angeordnet ist; ein Piezoelement (30), welches an oder in der Isolationsschicht (20) angeordnet ist; wobei das Piezoelement (30) durch die Isolationsschicht (20) von dem Elektrodenpaar (11, 12) getrennt ist; wobei das Elektrodenpaar (11, 12) dazu ausgeführt ist, in einem Bereich (21) des Piezoelementes (30) ein elektrisches Feld (13) zu erzeugen, welches das Piezoelement (30) dazu veranlasst, eine mechanische Formänderung auszuführen, um somit die Oberfläche (35) der Anordnung (1) mechanisch zu verändern; wobei das Elektrodenpaar (11, 12) ferner dazu ausgeführt ist, das elektrische Feld (13) so zu erzeugen, dass in einer Umgebung (22) der Anordnung (1) das elektrische Feld (13) eine minimale Feldstärke aufweist, um somit ein Plasma (22a) in der Umgebung (22) der Anordnung (1) zu erzeugen.
Anordnung (1) nach Anspruch 1, wobei das Piezoelement (30) derart in oder an der Isolationsschicht (20) angeordnet ist, dass die mechanische Formänderung des Piezoelements (30) aufgrund einer ausschließlichen Anregung durch das vom Elektrodenpaar (11, 12) erzeugte elektrische Feld (13) erfolgt.
Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Piezoelement (30) innerhalb der Anordnung (1) elektrisch isoliert ist.
Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Elektrodenpaar (11, 12) bezüglich des Piezoelements (30) derart angeordnet ist, dass das erzeugte elektrische Feld (13) in dem Bereich (21) des Piezoelements (30) eine Feldstärke aufweist, die eine maximale Feldstärke nicht überschreitet.
Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend: eine Steuerungseinheit (50), die dazu ausgeführt ist, eine Spannungsfrequenz für das Elektrodenpaar (11, 12) einzustellen, um somit einen Ionisierungsgrad des erzeugten Plasmas (22a) in der Umgebung (22) der Anordnung (1) zu variieren und/oder die durch das Piezoelement (30) ausgeführte, mechanische Formänderung zu variieren.
Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend: eine Mehrzahl von Elektrodenpaaren (11, 12); wobei die Mehrzahl von Elektrodenpaaren (11, 12) dazu ausgeführt ist, in lokal unterschiedlichen Bereichen (21) des Piezoelements (30) jeweils ein elektrisches Feld (13) zu erzeugen, welche das Piezoelement (30) dazu veranlassen, verschiedene mechanische Formänderungen in den lokal unterschiedlichen Bereichen (21) des Piezoelements (30) auszuführen, um somit eine Oberfläche (35) der Anordnung (1) mechanisch zu verändern.
Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend: eine Mehrzahl von Piezoelementen (30); wobei das Elektrodenpaar (11, 12) dazu ausgeführt ist, im Bereich (21) der Mehrzahl von Piezoelementen (30) ein elektrisches Feld (13) zu erzeugen, welches die Mehrzahl von Piezoelementen (30) dazu veranlasst, jeweils unterschiedliche mechanische Formänderungen auszuführen, um somit eine Oberfläche (35) der Anordnung (1) mechanisch zu verändern.
Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Piezoelement (30) in eine Folie integriert ist.
Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend eine elektrische Leiterbahn (40), welche mit dem Elektrodenpaar (11, 12) elektrisch verbunden ist, um eine elektrische Verbindung zwischen dem Elektrodenpaar (11, 12) und einer separaten Spannungsquelle (60) herzustellen.
Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Abstand (d₂) zwischen dem Elektrodenpaar (11, 12) und dem Piezoelement (30) bezüglich einer Richtung (25) senkrecht zur Oberfläche (35) variabel ist.
Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Abstand (d₃) zwischen der Isolationsschicht (20) und einer Auflagefläche (36) der Anordnung (1) bezüglich einer Richtung (25) senkrecht zur Oberfläche (35) variabel ist.
Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Isolationsschicht (20) eine Permittivität aufweist, die in einer Richtung (25) senkrecht zur Oberfläche (35) der Anordnung (1) variabel ist.
Luftfahrzeug (100) mit einer Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
System zur mechanischen Veränderung einer Oberfläche, aufweisend: eine Anordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12; eine Bauteilstruktur (111), welche mit der Anordnung (1) mechanisch verbunden ist.
System nach Anspruch 14, wobei die Bauteilstruktur (111) ein Material mit anisotropen mechanischen Eigenschaften, ein Faserverbundmaterial, einen kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff oder einen Materialverbund aus diesen Materialien aufweist.