DE10358200B4

DE10358200B4 - Stabförmiges, hochbelastbares, aktives Verbindungselement sowie Drehflügelflugzeug mit einem solchen Verbindungselement

Info

Publication number: DE10358200B4
Application number: DE10358200A
Authority: DE
Inventors: Horst Dr.-Ing. Bansemir; Stefan Emmerling
Original assignee: Eurocopter Deutschland GmbH
Current assignee: Airbus Helicopters Deutschland GmbH
Priority date: 2003-12-12
Filing date: 2003-12-12
Publication date: 2010-06-24
Anticipated expiration: 2023-12-13
Also published as: US7247974B2; DE10358200A1; ITTO20040866A1; US20050146246A1

Abstract

Stabförmiges, hochbelastbares, aktives Verbindungselement (2) zum Verbinden von mindestens zwei Strukturkomponenten, umfassend
– ein erstes Ende mit einem ersten Anschlussbereich (A1; 4), welcher der ersten Strukturkomponente zugeordnet ist, und ein zweites Ende mit einem zweiten Anschlussbereich (A2; 6), welcher der zweiten Strukturkomponente zugeordnet ist;
– einen zwischen dem ersten (A1; 4) und zweiten Anschlussbereich (A2; 6) angeordneten, lastabtragenden Zwischenabschnitt (8), durch den bei einer Belastung des Verbindungselementes (2) der Kraftfluss zwischen dem ersten (A1; 4) und zweiten Anschlussbereich (A2; 6), verläuft;
– mindestens einen ansteuerbaren (24) Dehnungsaktuator, der wenigstens einen Piezostapel (18) aufweist und parallel zu dem Zwischenabschnitt (8) angeordnet ist und bei einer Betätigung das Verbindungselement (2) zumindest im Bereich des Zwischenabschnitts (8) kontrolliert dehnt, um Schwingungen zwischen der ersten und zweiten Strukturkomponente aktiv zu unterdrücken oder zu isolieren; und
– eine Vorspanneinrichtung mit einem Vorspannelement (8), das eine Druck-Vorspannung auf den Piezostapel (18)...

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein stabförmiges, hochbelastbares, aktives Verbindungselement zum Verbinden von mindestens zwei Strukturkomponenten sowie ein Drehflügelflugzeug, insbesondere einen Hubschrauber, mit mindestens einem solchen Verbindungselement.
STAND DER TECHNIK
Aus der DE 198 13 959 A1 , der DE 101 39 686 A1 sowie der DE 101 54 391 A1 ist jeweils ein stabförmiges, hochbelastbares, aktives Verbindungselement zum Verbinden von mindestens zwei Strukturkomponenten bekannt. Derartige aktive Verbindungselemente, die auch als sog. Aktivstreben bezeichnet werden, finden insbesondere bei Drehflügelflugzeugen bzw. Hubschraubern Anwendung, um mindestens eine erste Strukturkomponente (z. B. ein Getriebe) und mindestens eine zweite Strukturkomponente (z. B. eine Hubschrauberzelle) sicher miteinander zu verbinden und Schwingungen, insbesondere Körperschall, aktiv zu unterdrücken bzw. zu minimieren und von der zweiten Strukturkomponente möglichst weitgehend zu isolieren. Ein betreffendes Verbindungselement muss Lasten von mehreren Tonnen übertragen und ist ein sicherheitsrelevantes Bauteil. Derartige Verbindungselemente gewinnen in der Drehflügelflugzeug-Technologie zunehmend an Bedeutung, da die Beeinträchtigung des Passagierkomforts sowie strukturelle Belastungen durch Schallbeaufschlagung und Vibrationen immer noch sehr groß ist und durch diese Bauteile eine Verbesserung erzielt werden kann.
Ein solches Verbindungselement umfasst: ein erstes Ende mit einem ersten Anschlussbereich, welcher der ersten Strukturkomponente zugeordnet ist, und ein zweites Ende mit einem zweiten Anschlussbereich, welcher der zweiten Strukturkomponente zugeordnet ist; einen zwischen dem ersten und zweiten Anschlussbereich angeordneten, lastabtragenden Zwischenabschnitt, durch den bei einer Belastung des Verbindungselementes der Kraftfluss zwischen dem ersten und zweiten Anschlussbereich verläuft; mindestens einen, wenigstens einen Piezostapel oder eine flächige Piezoanordnung aufweisenden, ansteuerbaren Dehnungsaktuator, der parallel zu dem Zwischenabschnitt angeordnet ist und bei einer Betätigung das Verbindungselement zumindest im Bereich des Zwischenabschnitts kontrolliert dehnt, um Schwingungen zwischen der ersten und zweiten Strukturkomponente aktiv zu unterdrücken oder zu isolieren; und eine Vorspanneinrichtung mit einem Vorspannelement, das eine mechanische Druck-Vorspannung auf den Piezostapel ausübt.
Bei den Verbindungselementen der zuvor genannten Art sind die Anschlussbereiche in der Gestalt einer durchgehenden Strebe oder eines durchgehenden Stabes einstückig mit dem Zwischenstück ausgebildet. Dehnungsaktuatoren mit einer flächigen Piezoanordnung werden üblicherweise direkt auf den Außenumfang der Strebe aufgeklebt. Dehnungsaktuatoren mit einem Piezostapel wiederum werden durch spezielle, an der Strebe befestigte, separate, externe Haltungerungen an der Außenseite der Strebe angebracht. Bei Verwendung einer solchen separaten Halterung ist die parallel zum Zwischenabschnitt angeordnete Vorspanneinrichtung an dieser Halterung fixiert. Insbesondere bei Dehnungsaktuatoren mit flächiger Piezoanordnung wird eine Vorspannung dadurch erzielt, dass die Trägerstruktur, auf die der Dehnungsaktuator appliziert wird, zunächst unter eine Zugspannung gesetzt und dann nach dem Anbringen des Piezostapels wieder entlastet wird.
Es sind auch Anordnungen bekannt, bei denen der Dehnungsaktuator in Serie zu dem Zwischenabschnitt angeordnet ist. Derartige Konfigurationen haben sich in der Praxis jedoch weniger bewährt und sind deshalb von untergeordneter Bedeutung.
Die genannten vorbekannten Konstruktionen haben diverse Nachteile. So hat es sich gezeigt, dass insbesondere aufgeklebte Dehnungsaktuatoren mit flächigen Piezoanordnungen im Betrieb der Strebe leicht abplatzen und dadurch versagen. Derartige Dehnungsaktuatoren verfügen auch nur über einen recht geringen Wirkungsgrad und können nur vergleichsweise kleine Kräfte auf die Strebe übertragen. Piezostapel, die per se einen höheren Wirkungsgrad als rein flächige Piezoanordnungen aufweisen, sind bei diesem Aktuatorentyp nicht möglich.
Bei mit separaten Halterungen und Vorspanneinrichtungen versehenen Verbindungselemente bzw. Streben ist zwar der Einsatz von Dehnungsaktuatoren mit einem Piezostapel realisierbar, jedoch sind diese konventionellen Konstruktionen von ihrem Aufbau und ihrer Herstellung her sehr aufwendig und darüber hinaus relativ schwer, was insbesondere den im Luftfahrzeugbau vorherrschenden Leichtbau-Anforderungen entgegen steht. Des Weiteren ist das Anbringen der separaten Halterungen und Vorspanneinrichtungen an der Außenseite der Strebe sowie die Erzielung einer sicheren Verbindung zwischen diesen Komponenten problematisch, da zum einen eine gute Verbindung der Halterung zur Strebe bestehen muss, um die Kräfte des Aktuators in die Strebe einzuleiten, andererseits aber die Strebe nicht durch Kerbwirkung, ungünstige Steifigkeitssprünge und dergleichen geschwächt werden darf.
Auch bei derartigen Verbindungselemente bzw. Streben hat es sich gezeigt, dass der Wirkungsgrad des Dehnungsaktuators nicht optimal ist. Für eine Verbesserung des Wirkungsgrades müssten die Steifigkeiten der beteiligten Baukomponenten in bestimmter Weise aufeinander abgestimmt und angepasst werden. Dies würde bei derartigen Konstruktionen aber wiederum zu einer zu starken Taillierung und damit einer Schwächung der Strebe führen. Deshalb konnte bei einer solchen Bauart bisher keine günstigere Lösung realisiert werden.
Bei den zuvor beschriebenen vorbekannten Verbindungselementen ist es überdies schwierig, die Dehnungsaktuatoren, die aufgrund der verwendeten Piezo-Technologie elektrisch betrieben werden, elektrisch von dem Verbindungselement bzw. der Strebe zu isolieren, insbesondere, weil Streben bisher in der Regel aus einem Metallwerkstoff hergestellt wurden.
Aus der DE 196 53 555 A1 , der DE 199 06 468 A1 und der DE 39 22 504 A1 sind ansteuerbare Dehnungsaktuatoren bekannt, die einen Gehäusekörper und einen innerhalb des Gehäuses angeordneten Piezostapel umfassen, der funktional mit einem Stellglied des Dehnungsaktuators gekoppelt ist. Innerhalb des Gehäuses ist des Weiteren ein Vorspannelement angeordnet, das eine mechanische Druck-Vorspannung auf den Piezostapel ausübt. Bei diesem Vorspannelement handelt es sich z. B. um eine Druckfeder oder einen Faltenbalg, welcher den Piezostapel umschließt. Das Vorspannelement stützt sich über Zwischenelemente, wie z. B. Zwischenscheiben, an dem Gehäuse und dem Piezostapel ab. Die DE 39 22 504 A1 offenbart auch eine Variante, bei der das Vorspannelement in Form eines Faltenbalgs innerhalb einer im Piezostapel vorgesehenen Durchgangsöffnung angeordnet ist.
Die DE 42 28 974 A1 zeigt einen vergleichbaren Dehnungsaktuator, bei dem das Vorspannelement in Gestalt einer Tellerfeder außerhalb des eigentlichen Gehäuses zwischen einem externen Gehäuseabschnitt und einem aus dem Gehäuse herausragenden Stößel angeordnet ist. Derartige Dehnungsaktuatoren werden üblicher Weise zur Betätigung einer Einspritzdüse oder eines vergleichbaren Funktionselementes verwendet. Die Dehnungsaktuatoren oder ihre Gehäuse haben anders als die oben genannten lastabtragenden, aktiven Verbindungselemente keine besonderen lastabtragenden Funktionen und dienen auch nicht dazu, ihr eigenes Gehäuse zum Zwecke einer Schwingungsisolation oder -minderung zu manipulieren. Dehnungsaktuatoren der in diesem und dem vorangegangenen Absatz genannten Art sind deshalb auch nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
Die WO 98/45886 beschreibt ein Stellelement, beispielsweise für Rotorklappen. Zwei parallele Piezostapel sind in kreuzförmig angeordnete innere und äußere Rahmen eingebracht. Bei der Verwendung ist der Aktuator an einem Längsende an einem der Rahmen befestigt und ortsfest festgelegt. Am schräg gegenüberliegenden anderen Ende des Rahmens ist er mit einer Stange verbunden, welche die Verformung des Aktuators an eine Klappe überträgt.
Aus der DE 39 39 822 C2 ist eine Lagerung für eine Batterie eines Fahrzeugs bekannt. Zwischen einem Tragblech und einem Steg der Fahrzeugbatterie ist ein piezokeramischer Aktuator angeordnet, der zur Schwingungsdämpfung dient. Der Aktuator besteht aus einzelnen piezokeramischen Elementen, die säulenartig geschichtet sind und von einer zylindrischen Rohrfeder umgeben werden. Diese Rohrfeder ist über einen Flansch und Schrauben mit dem Tragblech der Konsole verbunden. Eine Spannschraube ist in die Rohrfeder eingesetzt und belastet den Piezostapel vor.
Aus der DE 195 24 080 C1 ist ein Stab mit einer rohrförmigen Wandung aus Faserverbundwerkstoff und beidseitig angeordneten Anschlusselementen bekannt. Der Stab ist getrennt in zwei Stabteile, wobei im Bereich des Trennspalts auf der Außenseite ein ringförmig ausgebildetes druckerzeugendes Element angeordnet ist und den Trennspalt überbrückt. Dieses Element liegt stirnseitig gegen Schultern an, die durch Elemente gebildet werden, die mit der Oberfläche der Stabelemente fest verbunden sind. Im Inneren des Stabs ist ebenfalls im Bereich des Trennspalts ein axial wirkendes druckerzeugendes Element angeordnet, das von Faserschlaufen übergriffen wird, die beidseitig im Inneren der Stabteile befestigt sind. Die Faserschlaufen belasten das innenliegende aktiv steuerbare Element, das vorzugsweise ebenfalls als Piezotranslator ausgebildet ist, vor.
Aus der EP 0 955 228 A2 ist ein Schwingungstilger für ein Kraftfahrzeug bekannt, der eine Strebe aufweist, die zweigeteilt ist. Die zwei Strebenteile sind relativ zueinander verschiebbar. Im Inneren des Teilungsbereichs ist ein Stellglied, beispielsweise in Form mehrerer hintereinander angeordneter Piezoelemente, vorgesehen. Das Stellglied bewirkt eine Längenvariation, die auf die Stabteile einwirkt und die gegeneinander verschiebbaren Teile der Strebe relativ zueinander bewegt. Das Stellglied ist insgesamt permanent unter Druck gehalten.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Der Erfindung liegt die Aufgabe beziehungsweise das technische Problem zugrunde, ein gattungsgemäßes, stabförmiges, hochbelastbares, aktives Verbindungselement zu schaffen, welches die dem Stand der Technik anhaftenden Nachteile möglichst weitgehend vermeidet und ohne Beeinträchtigung seiner Funktionalität und Sicherheit hinsichtlich seiner Schwingungsisolierungs- bzw. -minimierungseigenschaften über einen verbesserten Wirkungsgrad verfügt. Ferner soll ein Drehflügelflugzeug, insbesondere ein Hubschrauber, mit mindestens einem solchen Verbindungselement bereit gestellt werden.
Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt gelöst durch ein erfindungsgemäßes Verbindungselement mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Dieses stabförmige, hochbelastbare, aktive Verbindungselement zum Verbinden von mindestens zwei Strukturkomponenten umfasst:
ein erstes Ende mit einem ersten Anschlussbereich, welcher der ersten Strukturkomponente zugeordnet ist, und ein zweites Ende mit einem zweiten Anschlussbereich, welcher der zweiten Strukturkomponente zugeordnet ist;
einen zwischen dem ersten und zweiten Anschlussbereich angeordneten, lastabtragenden, mechanisch hoch belastbaren Zwischenabschnitt, durch den bei einer Belastung des Verbindungselementes der Kraftfluss zwischen dem ersten und zweiten Anschlussbereich verläuft;
mindestens einen ansteuerbaren Dehnungsaktuator, der wenigstens einen Piezostapel aufweist und parallel zu dem Zwischenabschnitt angeordnet ist und bei einer Betätigung das Verbindungselement zumindest im Bereich des Zwischenabschnitts kontrolliert dehnt, um Schwingungen zwischen der ersten und zweiten Strukturkomponente aktiv zu unterdrücken oder zu isolieren; und
eine Vorspanneinrichtung mit einem Vorspannelement, das eine mechanische Druck-Vorspannung auf den Piezostapel ausübt. Das erfindungsgemäße Verbindungselement, welches z. B. in Form einer länglichen oder auch gedrungeneren Strebe oder dergleichen ausgestaltet sein kann, ist dadurch gekennzeichnet, dass das Vorspannelement der lastabtragende Zwischenabschnitt selbst ist.
Die erfindungsgemäße Verbindungselement bzw. sein Dehnungsaktuator kann durch eine an sich bekannte Steuer- und/oder Regeleinrichtung angesteuert werden, die mindestens einen Schwingungssensor umfasst, der beispielsweise in der Nähe von wenigstens einem der Anschlussbereiche oder an mindestens einer der zu verbindenden Strukturkomponenten angeordnet sein kann.
Bei dem erfindungsgemäßen Verbindungselement übernimmt der Zwischenabschnitt nicht nur eine rein lastabtragende Funktion, sondern gleichzeitig auch die Funktion eines hochwirksamen Vorspannelementes, mit dem hohe Vorspannkräfte auf den Piezostapel übertragbar sind. Hierbei erfolgt die Vorspannung in oder im Wesentlichen in Längsrichtung des Verbindungselementes und ist so gewählt, dass der Piezostapel im Betrieb des Verbindungselementes niemals entlastet oder gar auf Zug belastet und dadurch ggf. zerstört wird. Die verwendeten Piezoelemente können in Längsrichtung des Verbindungselementes und über im Wesentlichen die gesamte Länge des Zwischenabschnitts gestapelt werden. So ergibt sich eine große Stapelhöhe und dadurch bedingt bereits eine größere realisierbare Stellbewegung als bei Dehnungsaktuatoren mit einer flächigen Anordnung der Piezoelemente.
Separate, außen an dem Vorspannelement anzubringende Halterungen und Vorspanneinrichtungen für die Piezoelemente, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind, sind bei der erfindungsgemäßen Lösung nicht erforderlich. Und die bei vorbekannten Konstruktionen auftretenden Nachteile, wie z. B. die problematische Anbringung der Halterung bzw. Vorspanneinrichtung an das Zwischenstück, unerwünschte Kerbwirkungen, Steifigkeitssprünge, unzureichende Vorspannkräfte oder dergleichen, können wirkungsvoll vermieden werden. Darüber hinaus wird der Aufbau des erfindungsgemäßen Verbindungselementes und des Dehnungsaktuators vereinfacht und das Gesamtgewicht des Verbindungselementes reduziert. Auch im Vergleich zu vorbekannten, reinen Dehnungsaktuatoren, die keine lastabtragenden Funktionen übernehmen, ist eine Vereinfachung der Konstruktion erreichbar, da bei der erfindungsgemäßen Lösung der lastabtragende Zwischenabschnitt eine vorteilhafte Mehrfachfunktion übernimmt und somit auf zusätzliche, separate Vorspannelemente, die fest an dem Verbindungselement anzubringen sind, verzichtet werden kann.
Obwohl das erfindungsgemäße Verbindungselement durch die Vorspannung des Piezostapels zusätzlich zu den bereits aus der Verbindung zwischen den mindestens zwei Strukturkomponenten bestehenden Belastungen beansprucht wird, kann es diese Beanspruchung problemlos aufnehmen und die mindestens zwei Strukturkomponenten stets sicher verbinden, da das erfindungsgemäße Verbindungselement im Wesentlichen nur durch Längskräfte belastet wird, was eine einfache Dimensionierung und mechanisch günstige Verhältnisse bei niedrigem Gewicht gestattet. Durch die erfindungsgemäße Konstruktion ist eine sichere Lastübertragung selbstverständlich auch für den Fall gewährleistet, dass der Dehnungsaktuator versagt.
Darüber hinaus verfügt der Dehnungsaktuator bei dem erfindungsgemäßen Verbindungselement über einen höheren Wirkungsgrad. Dies ist eine Folge der verbesserten Vorspannung des Piezostapels durch das lastabtragende Verbindungselement selbst und eines optimierten Steifigkeitsverhältnisses des Zwischenabschnitts und des Piezostapels. Zur Erzielung dieses geeigneten Steifigkeitsverhältnisses ist es nicht erforderlich, das Verbindungselement ungünstig zu taillieren und dadurch zu schwächen. Die für die Optimierung erforderlichen Parameter und Vorschriften werden nachfolgend noch genauer beschrieben werden.
Infolge des hohen Wirkungsgrades lassen sich mit dem Dehnungsaktuator im Betrieb des erfindungsgemäßen aktiven Verbindungselementes vergleichsweise hohe Kräfte und große Stellbewegungen auf den Zwischenabschnitt übertragen, wodurch ein verbessertes Schwingungsisolierungs- bzw. -minimierungsverhalten realisierbar ist.
Das erfindungsgemäße Verbindungselement mit seinem Piezo-Dehnungsaktuator ist somit ein hochgradig effektives und zuverlässiges Multifunktionsbauteil, welches neben seiner reinen Verbindungs- und Lastabtragungsfunktion insbesondere bei einer Verwendung in Drehflügelflugzeugen zu einer erheblichen Reduzierung der auf eine Zelle übertragenen Schwingungen und damit zu einer Verbesserung des Passagierkomforts und einer Reduzierung vibrationsbedingter Strukturbelastungen beiträgt.
Weitere bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale des erfindungsgemäßen Verbindungselementes sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 15.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird gemäß einem zweiten Aspekt gelöst durch ein erfindungsgemäßes Drehflügelflugzeug, insbesondere ein Hubschrauber, mit den Merkmalen des Anspruchs 16. Dieses Drehflügelflugzeug umfasst mindestens eine erste Strukturkomponente (z. B. ein Getriebe) und mindestens eine zweite Strukturkomponente (z. B. eine Hubschrauberzelle), die durch mindestens ein aktives Verbindungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 15 miteinander verbunden sind. Das erfindungsgemäße Drehflügelflugzeug bietet im Wesentlichen die gleichen Vorteile, wie sie bereits weiter oben im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verbindungselement erläutert wurden.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung mit zusätzlichen Ausgestaltungsdetails und weiteren Vorteilen ist nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben und erläutert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es zeigt:
1 eine schematische Querschnittsansicht durch ein erfindungsgemäßes Verbindungselement in einem nicht vorgespannten Zustand; und
2 eine schematische Querschnittsansicht durch das erfindungsgemäße Verbindungselement in einem vorgespannten Zustand.
DARSTELLUNG EINES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
In der 1 ist eine schematische Querschnittsansicht durch ein erfindungsgemäßes, stabförmiges, hochbelastbares, aktives Verbindungselement 2 in einem nicht vorgespannten Zustand dargestellt. Dieses Verbindungselement 2, das zum Verbinden von mindestens zwei Strukturkomponenten dient, wird nachfolgend kurz als Aktivstrebe 2 bezeichnet werden.
Die Aktivstrebe 2 umfasst ein erstes Ende mit einem ersten Anschlussbereich A1, welcher der ersten Strukturkomponente (nicht gezeigt) zugeordnet ist, und ein zweites Ende mit einem zweiten Anschlussbereich A2, welcher der zweiten Strukturkomponente (nicht gezeigt) zugeordnet ist. Jeder Anschlussbereich A1, A2 ist mit einer Öse oder einem Auge 4, 6 versehen, durch den ein Bolzen (nicht gezeigt) oder dergleichen hindurch steckbar ist. Zwischen dem ersten und zweiten Anschlussbereich A1, A2 ist ein lastabtragender Zwischenabschnitt angeordnet, durch den bei einer Belastung des Verbindungselementes 2 der Kraftfluss zwischen dem ersten und zweiten Anschlussbereich A1, A2 verläuft. Wie in der Zeichnung erkennbar, ist der Zwischenabschnitt als ein gehäuseartiger, rohrförmiger Hohlkörper 8 ausgebildet.
Der rohrförmige Hohlkörper 8 ist vollständig bzw. im Wesentlichen vollständig aus Faserverbundwerkstoff hergestellt. Im vorliegenden Beispiel besitzt der Hohlkörper 8 an seinem Umfang eine geschlossene Wandung. Grundsätzlich kann der Hohlkörper 8 in seiner Wandung jedoch auch eine oder mehrere Öffnungen aufweisen. Als Hohlkörper 8 ist deshalb z. B. auch ein käfigartiger Körper zu verstehen, dessen Kontur z. B. durch gitter-, stab- oder streifenförmige Strukturen oder Schlitze und Aussparungen gebildet ist. Durch die Öffnungen können der Innenraum des Hohlkörpers 8 sowie darin befindliche Bauteile leichter gekühlt werden. Mittels der käfigartigen Struktur sind zudem bestimmte mechanische Eigenschaften des Hohlkörpers 8 erzielbar. Der Elastizitätsmodul des Faserverbundwerkstoff-Hohlkörpers 8 kann insbesondere durch die Art des verwendeten Matrixwerkstoffes, der Art der Verstärkungsfasern bzw. Verstärkungsfaserkombinationen sowie durch die Faserorientierungen festgelegt werden.
Wie in der 1 erkennbar, ist der rohrförmige Hohlkörper 8 an einem Ende, d. h. hier seinem linken Ende durch einen Hohlkörperverschluss 10 verschlossen, der an seiner linken Seite bzw. an seinem aus dem Hohlkörper 8 herausragendem Teil den zweiten Anschlussbereich A2 aufweist. Die rechte Seite des Hohlkörperverschlusses 10, die den eigentlichen Verschluss bildet, besitzt einen mit einer Ausnehmung 10b bzw. Bohrung versehenen zylindrischen Stopfen 10a, der in den Hohlkörper 8 eingesetzt ist. Der Außendurchmesser des Stopfens 10a entspricht im Wesentlichen dem Innendurchmesser des Hohlkörpers 8 an dieser Stelle. An dem Stopfen 8a ist der Hohlkörperverschluss 10 mit der Innenumfangsfläche des Hohlkörpers 8 verklebt und zusätzlich mit formschlüssigen Verbindungsmitteln, wie z. B. Nieten 12, Schrauben oder dergleichen fixiert. Die Verklebung dient primär einem bestimmten Steifigkeitsverhalten der Verbindung.
Der Hohlkörperverschluss 10 bildet einen Einsatz (hier: zweiter Einsatz E2 genannt), der in einer, in der 1 linken, End-Öffnung des Hohlkörpers 8, die einer rechten End-Öffnung gegenüber liegt, befestigt ist. Obwohl der Hohlkörperverschluss 10 in diesem Beispiel als ein separates und aus einem Metallwerkstoff hergestelltes Bauteil ausgestaltet ist, kann er grundsätzlich auch durch einen integralen Abschnitt des Hohlkörpers 8 selbst gebildet sein und hierbei ein freies Ende besitzen, welches mit dem zweiten Anschlussbereich A2 versehen ist.
Aus der 1 geht ferner hervor, dass die erfindungsgemäße Aktivstrebe 2 an dem anderen, rechten Ende des Hohlkörpers 8, welches dem Hohlkörperverschluss 10 gegenüber liegt, über einen verstellbaren Ansatz 14 verfügt, der den ersten Anschlussbereich A1 aufweist. Dieser verstellbare und aus einem Metallwerkstoff hergestellte Ansatz 14 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als ein verstellbarer, erster Einsatz E1 ausgebildet, der in der dem Hohlkörperverschluss 10 gegenüber liegenden rechten End-Öffnung des rohrförmigen Hohlkörpers 8 befestigt ist. An seinem aus dem Hohlkörper 8 herausragenden Teil ist der erste Einsatz E1 mit dem ersten Anschlussbereich A1 versehen.
Die Verstellbarkeit dieses ersten Einsatzes E1 in Bezug zum rohrförmigen Hohlkörper 8 wird beispielsweise durch einen mit einem Außengewinde versehenen kolbenartigen Schraubabschnitt 14a gewährleistet, der in einen in die rechte Endöffnung des rohrförmigen Hohlkörpers 8 befestigten Schraubeinsatz 16 einschraubbar ist und die rechte End-Öffnung des Hohlkörpers 8 verschließt. Der Schraubeinsatz 16 kann integraler Bestandteil des Hohlkörpers 8 oder ein separates, mit dem Hohlkörper 8 verbundenes Bauteil sein. In Abhängigkeit der Ein- oder Ausschraubtiefe kann der Ansatz 14 somit in Längsrichtung der Aktivstrebe 2 bzw. des Hohlkörpers 8 verstellt und sein axialer Abstand zum Hohlkörperverschluss 10 verändert werden.
Der gegenseitige Abstand der in der 1 jeweils inneren Befestigungs- bzw. Nietstellen des ersten und zweiten Einsatzes E1, E2 an dem Faserverbundwerkstoff-Hohlkörper 8 definiert im vorliegenden Beispiel eine Länge bzw. Teillänge L_FVW des Hohlkörpers 8, die in Optimierungsbetrachtungen bzw. Dehnungsberechnungen einfließt, die Gegenstand des weiter unten stehenden Formelteils sind.
Die erfindungsgemäße Aktivstrebe 2, die eine Verbundstrebe darstellt, umfasst des Weiteren mindestens einen ansteuerbaren, piezoelektrischen Dehnungsaktuator, der wenigstens einen Piezostapel 18 mit einer in Längsrichtung der Aktivstrebe 2 gemessenen Länge bzw. Stapelhöhe L_P aufweist. Der Dehnungsaktuator ist bezüglich des in der Strebe auftretenden Kraftflusses parallel zu dem durch den rohrförmigen Hohlkörper 8 gebildeten Zwischenabschnitt angeordnet und dehnt bei einer Betätigung die Aktivstrebe 2 zumindest den Bereich der Länge L_FVW des rohrförmigen Hohlkörpers 8 kontrolliert, um Schwingungen zwischen der ersten und zweiten Strukturkomponente (nicht gezeigt) aktiv zu unterdrücken bzw. zu isolieren.
Wie aus der 1 ersichtlich, ist der Dehnungsaktuator mit seinem Piezostapel 18 innerhalb des rohrförmigen Hohlkörpers 8 angeordnet.
Die Aktivstrebe 2 ist überdies mit einer Führungseinrichtung für den Piezostapel 18 ausgestattet, welche den Piezostapel 18 bei einer Vorspannung desselben und/oder einer durch eine Stellbewegung bedingten Dehnung des piezoelektrischen Dehnungsaktuators führt und gegen Kippen sichert. Diese Führungseinrichtung besitzt ein innerhalb des Hohlkörpers 8 und zwischen dem Hohlkörperverschluss 10 und dem verstellbaren Ansatz 14 beweglich angeordnetes Führungselement 20, an dem auch der Piezostapel 18 angebracht ist. Bei diesem Führungselement 20 handelt es sich in diesem Ausführungsbeispiel um ein stempel- oder kolbenartiges Bauteil 20 mit einer mittigen Stange 20a und einem Kolbenkopf 20b. Dieses kolbenartige Bauteil 20 ist zwischen dem Hohlkörperverschluss 10 und dem verstellbaren Ansatz 14 angeordnet. Auf ihrer in der 1 linken Seite ist die Stange 20a in der Ausnehmung 10b geführt, die mittig in dem zylindrischen Stopfen 10a ausgebildet ist. An der rechte Seite besitzt der Kolbenkopf 20b einen Zentrier- und Führungszapfen 20d, der in eine korrespondierende Ausnehmung 14b passt, die im Boden 14c des Schraubabschnitts 14a des Ansatzes 14 vorgesehen ist. Das derart ausgestaltete Führungselement 20 ist zusammen mit dem Piezostapel 18 im nicht vorgespannten Zustand der Aktivstrebe 2 somit um einen bestimmten Betrag x in Längsrichtung der Aktivstrebe 2 bzw. des rohrförmigen Hohlkörpers 2 verschiebbar.
Schließlich verfügt die erfindungsgemäße Aktivstrebe auch über eine Vorspanneinrichtung für den Piezostapel 18. Die Vorspanneinrichtung ist mit einem Vorspannelement versehen, das eine mechanische Druck-Vorspannung auf den Piezostapel 18 ausüben kann. Bei diesem Vorspannelement handelt es sich um den lastabtragende Zwischenabschnitt der Aktivstrebe 2 selbst, also im vorliegenden Fall um den rohrförmigen Hohlkörper 8 aus Faserverbundwerkstoff. Dadurch ist der Piezostapel 18 im Inneren des Hohlkörpers 8 zwischen dem Hohlkörperverschluss 10 und dem verstellbaren Ansatz 14 durch den Hohlkörper 8 vorspannbar, wie nachfolgend noch genauer beschrieben werden wird.
Als Hilfseinrichtung zum Aufbringen der Vorspannung ist der rohrförmige Hohlkörper 8 in diesem Ausführungsbeispiel an mindestens einem Ende, d. h. hier an demjenigen Ende, welches dem verstellbaren Ansatz 14 zugeordnet ist, mit einem Befestigungsabschnitt 22 zum temporären Befestigen eines Hohlkörper-Spannwerkzeugs ausgerüstet. Dieser Befestigungsabschnitt ist in diesem Beispiel als eine Gewindehülse 22 mit Außengewinde 22a ausgebildet. Der Innendurchmesser der Gewindehülse 22 entspricht im Wesentlichen dem Außendurchmesser des rohrförmigen Hohlkörpers 8. Wie der Schraubeinsatz 16 ist auch die Gewindehülse 22 mit dem rohrförmigen Hohlkörper 8 verklebt und zusätzlich mit formschlüssigen Verbindungsmitteln, wie z. B. Nieten 12, Schrauben oder dergleichen fixiert. Für die Gewindehülse 22 und den Schraubeinsatz 16 können gemeinsame Verbindungsmittel 12 verwendet werden, wie in der 1 angedeutet ist.
Da der rohrförmige Hohlkörper 8, wie bereits erwähnt, aus Faserverbundwerkstoff hergestellt ist, können ein günstiges Steifigkeitsverhalten, eine verbesserte Vorspannung und ein erhöhter Wirkungsgrad des Piezostapels 18 sowie eine insgesamt optimierte Aktivstrebe 2 realisiert werden, wie nachstehend noch genauer beschrieben werden wird. Bei geeigneter Wahl des Faserverbundwerkstoffs kann der Piezostapel zudem auf effektive Art und Weise von wesentlichen Bereichen oder Komponenten der Aktivstrebe 2 elektrisch isoliert werden, was die Gesamtkonstruktion weiter vereinfacht und erleichtert. Die Erfindung ist jedoch nicht auf solch einen isolierenden Faserverbundwerkstoff beschränkt. Je nach Anwendungsfall kann der Faserverbundwerkstoff auch elektrisch leitende Elemente, wie z. B. Kohlefasern, enthalten.
Die erfindungsgemäße Aktivstrebe 2 bzw. ihr Piezo-Dehnungsaktuator kann durch eine an sich bekannte Steuer- und/oder Regeleinrichtung 24 angesteuert werden, die mindestens einen Schwingungssensor 26 umfasst, der in diesem Beispiel in der Nähe des Anschlussbereichs A1 des verstellbaren Ansatzes 14 angeordnet ist.
Es wird nun das Vorspannen der erfindungsgemäßen Aktivstrebe 2 und ihres Piezostapels 18 beschrieben werden. Hierzu wird ergänzend auf die 2 Bezug genommen, die eine schematische Querschnittsansicht durch die erfindungsgemäße Aktivstrebe 2 von 1 in einem vorgespannten Zustand zeigt.
Zum Vorspannen wird ausgehend von dem in 1 gezeigten Zustand zunächst der verstellbare Ansatz 14 so weit in den Schraubeinsatz 16 und den rohrförmigen Hohlkörper 8 eingeschraubt, bis der auf dem Führungselement 20 geführte Piezostapel 18 mit seiner linken Seite an der Bodenfläche 10c des Stopfens 10a und mit seine rechten Seite an der linken Stirnfläche 20c des Kolbenkopfes 20b anliegt. Durch dieses Einschrauben hat sich gleichzeitig die Stange 20a weiter nach links in die Ausnehmung 10b bewegt, und die Bodenfläche 20e des Kolbenkopfs 20b liegt bündig und im Wesentlichen spielfrei am Boden 14c des Schraubabschnitts 14a an. Dann wird eine externe Spannvorrichtung (z. B. eine hydraulische oder mechanische Vorrichtung; nicht gezeigt) über die Gewindehülse 22 und z. B. den Anschlussbereich A2 des Hohlkörperverschlusses 10 an der Aktivstrebe 2 befestigt.
Durch Aktivieren dieser externen Spannvorrichtung wird dann der rohrförmige Hohlkörper 8 um einen vorbestimmten Betrag elastisch gedehnt und vorgespannt. Dadurch erhält der verstellbare Ansatz 14 wieder Spiel zum Kolbenkopf 20b und kann weiter in den Hohlkörper 8 eingeschraubt werden, bis er wieder bündig und spielfrei an der Stirnfläche 20c des Kolbenkopfes 20b anliegt. Dieser Vorgang ist bei Bedarf ein- oder mehrmals zu wiederholen. Die durch die externe Spannvorrichtung auf den rohrförmigen Hohlkörper 8 ausgeübte Kraft kann über eine geeignete Messeinrichtung, die z. B. einen an der Außenseite des Hohlkörpers 8 angebrachten Dehnungsmessstreifen oder dergleichen aufweist, ermittelt und kontrolliert werden. Die notwendige Vorspannung ist so zu wählen, dass der Piezostapel 18 im Betrieb der Aktivstrebe 2 und den dabei auftretenden Lasten nicht vollständig von seiner Druck-Vorspannung entlastet wird.
Danach wird die Kraftbeaufschlagung durch die externe Spannvorrichtung aufgehoben und die Spannvorrichtung entfernt. Durch sein Rückstellbestreben kann der elastisch vorgespannte rohrförmige Hohlkörper 8 nun seinerseits eine Vorspannung, d. h. hier eine Druckspannung, auf den Piezostapel 18 ausüben. Da sich das Führungselement 20 mit seinem Kolbenkopf 20b an dem verstellbaren Ansatz 14 abstützt und der Piezostapel 18 zwischen dem Kolbenkopf 20b und dem Hohlkörperverschluss 10 angeordnet ist, wird der Piezostapel 18 also zwischen dem Führungselement 20, dem Ansatz 14 und dem Hohlkörperverschluss 10 durch den rohrförmigen Hohlkörper 8 vorgespannt. Hierbei ist der Dehnungsaktuator bzw. sein Piezostapel 18 parallel zu dem durch den rohrförmigen Hohlkörper 8 gebildeten Zwischenabschnitt angeordnet bzw. – bezogen auf die auftretenden Kräfte bzw. den Kraftfluss – parallel geschaltet. Durch Ansteuern der Piezoelemente 18 des Dehnungsaktuators mittels elektrischer Signale können diese und somit wiederum die gesamte Strebe 2 aktiv gedehnt werden, um dadurch Schwingungen zwischen der zu verbindenden ersten und zweiten Strukturkomponente aktiv zu unterdrücken oder zu isolieren.
Die erfindungsgemäße Aktivstrebe 2 und der Piezostapel 18 lassen sich grundsätzlich jedoch auch ohne Aufbringen einer mittels eines separaten Hohlkörper-Spannwerkzeugs erzeugten äußeren Last vorspannen. Dazu wird der verstellbare Ansatzes 14 so weit in den rohrförmigen Hohlkörper 8 geschraubt, bis eine hinreichende Zugspannung im Hohlkörper 8 bzw. im Zwischenabschnitt und eine hinreichende Druckspannung im Piezostapel 18 entsteht. Die Höhe der auf diese Weise erzielten Vorspannung lässt sich z. B. wiederum mit einem Dehnungsmessstreifen ermitteln, der vorzugsweise an der Außenseite des Hohlkörpers 8 angebracht ist.
Die erfindungsgemäße Aktivstrebe 2 kann nach den folgenden Formeln ausgelegt und optimiert werden. Hierbei gelten die folgende Formelzeichen:

A_FVW: Querschnittsfläche des FVW-Hohlkörpers 8
A_P: Querschnittsfläche des Piezoelementstapels 18
ε_FVW: Dehnung im FVW-Hohlkörper 8
ε_Piezo: Dehnung im Piezostapel 18
ε_e: Elastische Druck(vorspannung) im Piezostapel 18
ε_v: Elastische Vordehnung des FVW-Hohlkörpers 8 vor dem Verbinden
ε_P: Aktive Dehnung des Piezostapels 18 allein
ε_a: Aktive Dehnung der Aktivstrebe 2
EA_FVW: Dehnungssteifigkeit des FVW-Hohlkörpers 8
EA_Piezo: Dehnungssteifigkeit des Piezostapels 18E
E_FVW: Elastizitätsmodul des FVW-Hohlkörpers 8
E_P: Elastizitätsmodul des Piezostapels 18
FVW: Abkürzung für Faserverbundwerkstoff
F_FVW: Vorspannlast auf dem FVW-Hohlkörper 8F
F_{FVW_nach}: Kraft im FVW-Hohlkörper 8 nach dem Verbinden
F_{Piezo_nach}: Kraft im Piezostapel 18 nach dem Verbinden
L_FVW: Rohr-Teillänge des FVW-Hohlkörpers 8 im Bereich des
Piezostapels 18, gemessen zwischen zwei Einspannstellen
L_P: Länge bzw. Stapelhöhe des Piezostapels 18
S: Steifigkeitsverhältnis von EA_FVW zu EA_Piezo
V: Vorspannverhältnis

2

Die nachstehenden Formeln gelten für den Fall, dass LFVW = LP.
L_FVW und L_P sind deshalb in den folgenden Formel nicht zu finden, da sie sich bei dieser Konstellation jeweils herauskürzen. Es sei an dieser Stelle jedoch ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf den Fall L_FVW = L_P beschränkt ist. Die Länge L_P des Piezostapels und die Länge L_FVW des Faserverbundrohres können auch voneinander unterschiedlich sein, was in den Formeln dann entsprechend berücksichtigt werden müsste. Dadurch steht dann ein weiterer Parameter zur Auslegung und Abstimmung der Federsteifigkeit dieser Bauteile zu Optimierungszwecken bereit.
I. ELASTISCHE (DRUCK) – VORSPANNUNG DES PIEZOAKTUATORS:

a) Vorspannen des FVW-Hohlkörpers 8 (an der Aktivstrebe 2 und dem Hohlkörper 8 liegen keine weiteren Lasten an):
Für die Dehnungen im FVW-Hohlkörper 8 und im Piezoelementstapel 18 gilt in diesem Zustand: ε*FVW = εv ε*P = 0
b) Nach dem Verbinden des vorgespannten FVW-Hohlkörpers 8 mit dem verstellbaren Ansatz 14, dem vollständig Einschrauben des Ansatzes 14 in den Hohlkörper 8 und dem Entfernen der externen Spannvorrichtung (kurz „nach dem Verbinden” genannt) gilt für die Aktivstrebe 2:

Aus (1), (2), (3), (4), (5) folgt:
II. AKTIVE DEHNUNG DER VERBUNDSTRUKTUR DER AKTIVSTREBE:
Analog zur Gleichung (6) ergibt sich die Dehnung ε_a der Verbundstruktur der Aktivstrebe 2 aus der aktiven Dehnung ε_p des Piezostapels 18 zu:
II. AUSLEGUNG
Damit kann die Aktivstrebe 2 ausgelegt werden.
Für den Wirkungsgrad der aktiven Dehnung der Verbundstruktur der Aktivstrebe 2 gilt:
Das notwendige Vorspannverhältnis V ergibt sich mit dem Steifigkeitsverhältnis S
Damit sind die Zusammenhänge zwischen η_e, S und V, welche in diesem Ausführungsbeispiel die wesentlichen Auslegungs- und Optimierungsparameter darstellen, bekannt.
AUSLEGUNGSBEISPIEL:

Unter Berücksichtigung der o. g. Formeln, Optimierungsvorschriften und Anmerkungen kann die in den 1 und 2 gezeigte erfindungsgemäße Aktivstrebe 2 beispielsweise folgende wesentliche Abmessungen und Parameter aufweisen:

Für den Hohlkörper 8 aus Faserverbundrohr:
Außendurchmesser:	D_a = 30 mm
Innendurchmesser:	D_i = 26 mm
Elastizitätsmodul:	E_FVW = 60000 N/mm²
Dehnsteifigkeit:	EA_FVW = 1,06·10⁷ N
Querschnittsfläche:	A_FVW = 176 mm²
Rohr-Teillänge zwischen zwei Einspannstellen, im Bereich des Piezostapels:	L_FVW = 100 mm

Für den Piezoelementstapel 18 des Dehnungsaktuators:
Außendurchmesser:	D_aP = 15 mm
Innendurchmesser:	D_iP = 10 mm
Elastizitätsmodul:	E_P = 55000 N/mm²
Dehnsteifigkeit:	EA_Piezo = 5,40·10⁷ N
Querschnittsfläche:	A_P = 98 mm²
Höhe des Piezostapels:	L_P = 100 mm

Für einen gewünschten Wirkungsgrad η_e der aktiven Dehnung von ca. 0,7 ist unter Berücksichtigung der o. g. Formeln demnach bei einem gegebenen Steifigkeitsverhältnis S von 1,95 ein Vorspannverhältnis V von 1,5 erforderlich. Der Wirkungsgrad η_e kann bei der erfindungsgemäßen Aktivstrebe in einem Bereich von ca. 0,5 bis ca. 0,9 liegen.
Das erfindungsgemäße Verbindungselement bzw. die erfindungsgemäße Aktivstrebe ist besonders vorteilhaft bei einem Drehflügelflugzeug, insbesondere einem Hubschrauber, anwendbar. Der Hubschrauber umfasst hierbei zum Beispiel eine erste Strukturkomponente, wie eine Hubschrauber-Zelle, und mindestens eine zweite Strukturkomponente, wie ein Getriebe, die durch mindestens ein solches Verbindungselement miteinander verbunden sind. Es können beispielsweise sieben erfindungsgemäße Verbindungselemente zwischen Getriebe und Zelle vorgesehen sein, von denen im kartesischen Koordinatensystem (X, Y, Z) vier (sog. Z-Streben) das Gewicht der Hubschrauberzelle und Momente um die X- und Y-Achse, zwei (sog. X-Streben) die Längskräfte und die Momente um die Z-Achse, und eine (sog. Y-Strebe) die Querlast abtragen.
Die Erfindung ist nicht auf das obige Ausführungsbeispiel beschränkt, das lediglich der allgemeinen Erläuterung des Kerngedankens der Erfindung dient. Im Rahmen des Schutzumfangs kann das erfindungsgemäße aktive Verbindungselement bzw. die Aktivstrebe 2 vielmehr auch eine andere als die oben konkret beschriebene Ausgestaltungsform annehmen. Der Hohlkörper 8 kann je nach Anwendungsfall über seine Länge auch unterschiedliche Durchmesser und Wandstärken aufweisen. Ferner sind für den Hohlkörper 8 unterschiedliche Faserverbundwerkstoffe und auch andere Materialien, wie z. B. Aluminium, sowie Kombinationen daraus einsetzbar. Der Hohlkörperverschluss 10 und der verstellbare Ansatz 14 bzw. die Einsätze E1 und E2 können zudem Durchgangsöffnungen aufweisen. Es ist auch eine Variante des erfindungsgemäßen Verbindungselementes realisierbar, bei der anstelle des Hohlkörperverschlusses 10 ein zweiter verstellbarer Ansatz 14 vorgesehen ist und der Piezoelementstapel 18 dann zwischen zwei Ansätzen angeordnet und vorgespannt ist. Die Ausgestaltungsweise des Führungselementes 20 kann bei einer solchen Variante im Wesentlichen analog zu der oben beschriebenen Ausführungsform erfolgen. Anstelle eines innenliegenden Führungselementes, was sich durch den Piezoelementstapel 18 hindurch erstreckt, ist auch ein außenliegendes Führungselement realisierbar.
Bezugszeichen in den Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen dienen lediglich dem besseren Verständnis der Erfindung und sollen den Schutzumfang nicht einschränken.

2: Aktivstrebe/aktives Verbindungselement
4: Auge
6: Auge
8: Faserverbundwerkstoff-Hohlkörper, rohrförmig
10: Hohlkörperverschluss
10a: Zylindrischer Stopfen von 10
10b: Ausnehmung in 10a
10c: Bodenfläche von 10a
12: Nieten/Verbindungsmittel
14: Verstellbarer Ansatz
14a: Schraubabschnitt von 14
14b: Ausnehmung in 14a
16: Schraubeinsatz
18: Piezostapel
20: Führungselement/kolbenartiges Bauteil
20a: Stange von 20
20b: Kolbenkopf von 20
20c: Stirnfläche von 20b
20d: Zentrierzapfen von 20b
20e: Bodenfläche von 20b
22: Befestigungsabschnitt für Hohlkörper-Spannwerkzeug/Gewindehülse
22a: Außengewinde von 22
24: Steuer- und/oder Regeleinrichtung
26: Schwingungssensor
A1: Erster Anschlussbereich von 2
A2: Zweiter Anschlussbereich von 2
E1: Erster Einsatz
E2: Zweiter Einsatz
x: Verschiebeweg

Claims

Stabförmiges, hochbelastbares, aktives Verbindungselement (2) zum Verbinden von mindestens zwei Strukturkomponenten, umfassend – ein erstes Ende mit einem ersten Anschlussbereich (A1; 4), welcher der ersten Strukturkomponente zugeordnet ist, und ein zweites Ende mit einem zweiten Anschlussbereich (A2; 6), welcher der zweiten Strukturkomponente zugeordnet ist; – einen zwischen dem ersten (A1; 4) und zweiten Anschlussbereich (A2; 6) angeordneten, lastabtragenden Zwischenabschnitt (8), durch den bei einer Belastung des Verbindungselementes (2) der Kraftfluss zwischen dem ersten (A1; 4) und zweiten Anschlussbereich (A2; 6), verläuft; – mindestens einen ansteuerbaren (24) Dehnungsaktuator, der wenigstens einen Piezostapel (18) aufweist und parallel zu dem Zwischenabschnitt (8) angeordnet ist und bei einer Betätigung das Verbindungselement (2) zumindest im Bereich des Zwischenabschnitts (8) kontrolliert dehnt, um Schwingungen zwischen der ersten und zweiten Strukturkomponente aktiv zu unterdrücken oder zu isolieren; und – eine Vorspanneinrichtung mit einem Vorspannelement (8), das eine Druck-Vorspannung auf den Piezostapel (18) ausübt; dadurch gekennzeichnet, dass – das Vorspannelement der lastabtragende Zwischenabschnitt (8) selbst ist.
Verbindungselement (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der lastabtragende Zwischenabschnitt (8) aus Faserverbundwerkstoff hergestellt ist.
Verbindungselement (2) nach einem oder mehreren der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der lastabtragende Zwischenabschnitt als stangenförmiger Körper ausgebildet ist, der sich durch den Dehnungsaktuator (18) hindurch erstreckt.
Verbindungselement (2) nach dem Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der lastabtragende Zwischenabschnitt als gehäuseartiger Hohlkörper (8) ausgebildet und der Dehnungsaktuator (18) innerhalb dieses Hohlkörpers (8) angeordnet ist.
Verbindungselement (2) nach dem Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper (8) als ein käfigartiger Körper aufgebaut ist, dessen Kontur durch gitter-, stab- oder streifenförmige Strukturen oder Schlitze und Aussparungen gebildet ist.
Verbindungselement (2) nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass – der Hohlkörper (8) an einem Ende durch einen Hohlkörperverschluss (10) verschlossen ist, der den zweiten Anschlussbereich (A2) aufweist, – an dem anderen Ende des Hohlkörpers (8), welches dem Hohlkörperverschluss (10) gegenüber liegt, ein in Bezug zum Hohlkörperverschluss (10) verstellbarer Ansatz (14) befestigt ist, der den ersten Anschlussbereich (A1) aufweist, und – der Piezostapel (18) im Inneren des Hohlkörpers (8) zwischen dem Hohlkörperverschluss (10) und dem verstellbaren Ansatz (14) durch den Hohlkörper (8) vorspannbar ist.
Verbindungselement (2) nach einem oder mehreren der vorhergenannten Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass – an beiden Enden des Hohlkörpers (8) jeweils ein verstellbarer Ansatz (14) befestigt ist, der den ersten bzw. zweiten Anschlussbereich (Al, A2) aufweist, und – der Piezostapel (18) im Inneren des Hohlkörpers (8) zwischen den beiden verstellbaren Ansätzen (14) durch den Hohlkörper (8) vorspannbar ist.
Verbindungselement (2) nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der verstellbare Ansatz (14) als ein verstellbarer, erster Einsatz (E1) ausgebildet ist, der in einer ersten, dem Hohlkörperverschluss (10) gegenüber liegenden Öffnung des Hohlkörpers (8) befestigt ist und an seinem aus dem Hohlkörper (8) herausragenden Teil mit dem ersten Anschlussbereich (A1; 4) versehen ist.
Verbindungselement (2) nach dem Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörperverschluss (10) ein zweiter Einsatz (E1) ist, der in einer zweiten End-Öffnung des Hohlkörpers (8), die der ersten End-Öffnung gegenüber liegt, befestigt ist und an seinem aus dem Hohlkörper (8) herausragenden Teil mit dem zweiten Anschlussbereich (A2; 6) versehen ist.
Verbindungselement (2) nach einem der Ansprüche 6, 6 und 7, 8 oder 9 dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörperverschluss (10) durch einen integralen Abschnitt des Hohlkörpers (8) selbst gebildet ist und ein freies Ende besitzt, welches mit dem zweiten Anschlussbereich (A2; 6) versehen ist.
Verbindungselement (2) nach einem oder mehreren der vorhergenannten Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass dieses eine Führungseinrichtung (10b, 14b, 20) für den Piezostapel (18) besitzt, welche den Piezostapel (18) bei der Vorspannung und/oder einer durch eine Stellbewegung bedingten Dehnung des Dehnungsaktuators führt und gegen Kippen sichert.
Verbindungselement (2) nach dem Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungseinrichtung (10b, 14b, 20) ein innerhalb des Hohlkörpers (8) und zwischen dem Hohlkörperverschluss (10) und dem verstellbaren Ansatz (14) beweglich angeordnetes Führungselement (20a, 20b) besitzt, an dem der Piezostapel (18) angebracht ist.
Verbindungselement (2) nach dem Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Führungselement (20a, 20b) im vorgespannten Zustand des Piezostapels (18) mit mindestens einer Seite (20c) an dem verstellbaren Ansatz (14) und/oder dem Hohlkörperverschluss (10) abstützt und der Piezostapel (18) zwischen dem Führungselement (20a, 20b), dem Ansatz (14) und dem Hohlkörperverschluss (10) durch den Hohlkörper (8) vorgespannt ist.
Verbindungselement (2) nach einem oder mehreren der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenabschnitt (8) an mindestens einem Ende einen Befestigungsabschnitt (22) zum temporären Befestigen eines Zwischenabschnitt-Spannwerkzeugs besitzt.
Verbindungselement (2) nach einem oder mehreren der vorhergenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge (L_P) des Piezostapels (18) und die zwischen zwei einander gegenüberliegenden Einspannstellen (12) gemessene Länge (L_FVW) des Zwischenabschnitts (8) unterschiedlich sind.
Drehflügelflugzeug, insbesondere ein Hubschrauber, umfassend mindestens eine erste und mindestens eine zweite Strukturkomponente, die durch mindestens ein aktives Verbindungselement (2) nach einem des Ansprüche 1 bis 15 miteinander verbunden sind.