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Die Erfindung betrifft ein Piezofederelement, insbesondere zur Verwendung in einem Schwingförderer gemäß dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 1 sowie ein Schwingförderer gemäß dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 13.
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Piezofederelemente zur Verwendung in Schwingförderern sind beispielsweise aus der
DE 103 40 455 B4 bekannt. Dort wird ein piezoelektrischer Aktor, im Folgenden als Piezoaktor bezeichnet, auf einem Trägerkörper aufgebracht, insbesondere aufgeklebt. Derartige Piezoaktoren können beispielsweise als sogenannte Biegewandler ausgebildet sein, die sich bei einer Beaufschlagung mit einer elektrischen Spannung verbiegen. Das Funktionsprinzip von derartigen Piezoaktoren ist hinlänglich bekannt und soll daher vorliegend nicht näher erläutert werden. Durch die Biegung des Piezoaktors wird der damit verbundene Trägerkörper ebenfalls gebogen, wobei eine geeignete Variation der am Piezoaktor anliegenden Spannung und deren Frequenz den Trägerkörper und damit das Piezofederelement in Schwingung versetzen können. Das Piezofederelement ist mit einem Fördertisch des Schwingförderers mechanisch verbunden, auf dem zu verlagernde Objekte angeordnet sind, die beispielsweise in einem industriellen Prozess von einem Ort zum anderen transportiert werden sollen. Durch die mechanische Kopplung wird die Schwingung des Piezofederelements auf den Fördertisch übertragen, so dass die auf dem Fördertisch angeordneten Objekte verlagert werden. Piezoelektrisch angetriebene Schwingförderer arbeiten im Vergleich zu herkömmlichen Systemen mit deutlich höheren Schwingungsfrequenzen, ca. 100–300 Hz (Die Schwingungsfrequenz liegt in der Regel nahe der Resonanzfrequenz des Schwingsystems). Die daraus resultierenden deutlich kleineren Schwingungsamplituden (15–150 μm) ermöglichen in Verbindung mit dem Prinzip der Werkstückgleitförderung einen sehr gleichmäßigen und bauteilschonenden Fördervorgang hoher Geschwindigkeit.
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Bei den bekannten Piezofederelementen hat sich jedoch herausgestellt, dass die Verbindung zwischen dem Trägerkörper und dem Piezoaktor nicht zuverlässig ist und es zu einem Ablösen des Piezoaktors von dem Trägerkörper kommen kann. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn der Piezoaktor lediglich an dem Trägerkörper festgeklebt ist. Durch die Biegebewegung des Piezoaktors, die sich auf den Trägerkörper überträgt, ist die Verbindung zwischen dem Piezoaktor und dem Trägerkörper stets einer großen Belastung ausgesetzt. Die Verbindung zwischen dem Piezoaktor und dem Trägerkörper bildet damit eine Schwachstelle des Piezofederelements und begrenzt dessen Lebensdauer.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Piezofederelement zu schaffen, bei dem der Piezoaktor zuverlässig mit dem Trägerkörper derart verbunden ist, dass ein Ablösen des Piezoaktors von dem Trägerkörper sicher vermieden wird.
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Zur Lösung der oben genannten Aufgabe wird ein Piezofederelement mit den Merkmalen des Schutzanspruchs 1 vorgeschlagen. Das Piezofederelement dient insbesondere zur Verwendung für einen Schwingförderer und weist einen Trägerkörper sowie wenigstens einen mit dem Trägerkörper in Verbindung stehenden piezoelektrischen Aktor auf, der so ausgebildet ist, dass er den Trägerkörper in Schwingung versetzen kann. Das Piezofederelement zeichnet sich dadurch aus, dass der wenigstens eine piezoelektrische Aktor in den Trägerkörper eingebettet ist.
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Ein wesentlicher Punkt der Erfindung liegt also darin, dass durch die Einbettung des Piezoaktors in den Trägerkörper eine zuverlässige Funktion des Piezofederelements gewährleistet wird, da sich der Piezoaktor nicht mehr von dem Trägerkörper lösen kann. Unter „eingebettet” wird vorliegend verstanden, dass der Piezoaktor in den Trägerkörper voll integriert und vorzugsweise darin eingegossen ist. Hierbei kann beispielsweise ein RTM-Prozess (RTM = Resin Transfer Molding) zum Einsatz kommen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Trägerkörper einen Faserverbundwerkstoff aufweist und vorzugsweise aus diesem besteht. Bei dem Faserverbundwerkstoff kann es sich beispielsweise um eine Verbindung aus Glas-, Aramid- oder Kohlefasern und einer Kunststoffmatrix handeln. Bei dem Kunststoff kann es sich um Duroplast oder Thermoplast, insbesondere um ein Harzsystem handeln. Faserverbundwerkstoffe eignen sich besonders gut für den Einsatz in Piezofederelementen, da sie einen mechanisch hochwertigen Federwerkstoff bilden, der in seiner Kombination bezüglich einer Frequenz und Phasenlage einer Schwingung besonders gut für den Einsatz in Schwingförderern geeignet ist.
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Das Fasermaterial des Trägerkörpers kann vorzugsweise ein Gewebe sein, insbesondere elf Halbzeug in Form einer Fasermaterialmatte oder eines Fasermaterialschlauchs. Das Gewebe bzw. das Halbzeug umfasst vorzugsweise Glas-, Aramid- oder Kohlefasern. Das Fasergewebe kann eine Grundbindung, beispielsweise eine Leinwandbindung oder dergleichen aufweisen. Der Trägerkörper ist vorzugsweise durch mehrere Fasermaterialschichten gebildet. Vorzugsweise umfasst der Trägerkörper mehrere schichtförmig angeordnete Fasermaterialmatten und/oder Fasermaterialschläuche. Der Trägerkörper weist im Bereich des wenigstens einen eingebetteten Piezoaktors vorzugsweise eine größere Dicke auf als in den übrigen Bereichen. Hierdurch wird die Materialdicke des Piezoaktors ausgeglichen, so dass das gesamte Piezofederelement eine im Wesentlichen konstante Dicke des Trägerkörpers und damit eine homogene Steifigkeit aufweist. Im Bereich des wenigstens einen eingebetteten Piezoaktors kann der Trägerkörper im Übrigen auch höher sein als in den übrigen Bereichen des Trägerkörpers. Vorzugsweise ist der Trägerkörper länglich und flächenartig, insbesondere stabartig ausgebildet und weist an seinen gegenüberliegenden Enden jeweils einen eingebetteten Piezoaktor auf. Grundsätzlich können jedoch auch Piezofederelemente mit nur einem Piezoaktor, insbesondere an einem Ende des Trägerkörpers vorgesehen sein.
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Um eine zuverlässige Funktion des Piezofederelements zu gewährleisten, weist der wenigstens eine Piezoaktor auf beiden Seiten bezüglich einer Mittelachse des Piezofederelements vorzugsweise gleich viele Fasermaterialschichten auf, d. h. er befindet sich in der neutralen Faser des Trägerkörpers. Insbesondere ist der Piezoaktor von gleich vielen Fasermaterialmatten und/oder Fasermaterialschläuchen umgeben. Die Anzahl der Faserschichten ist dabei über den gesamten Trägerkörper hinweg konstant. Durch eine Verdickung im Bereich der Piezoaktoren wird darüber hinaus ein nahezu konstanter Faservolumenanteil und damit eine über die Länge des Trägerkörpers konstante Steifigkeit erzielt.
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Der Piezoaktor kann beispielsweise als Biegewandler mit einer bimorphen oder polymorphen Bauform ausgebildet sein, der sich beim Anlegen einer geeigneten Spannung in eine vorbestimmte Richtung biegt. Grundsätzlich können jedoch auch andere Piezoaktoren zum Einsatz kommen. Entscheidend ist, dass der Piezoaktor zur Verwendung in einem Piezofederelement für einen Schwingförderer geeignet ist.
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Zur Lösung der oben genannten Aufgabe wird auch ein Schwingförderer gemäß dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 14 vorgeschlagen. Der Schwingförderer weist wenigstens ein Piezofederelement gemäß der Erfindung auf, welches in einer geeigneten Position in dem Schwingförderer an beiden Enden eingespannt ist. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Schwingförderer zwei Piezofederelemente aufweist, die so angeordnet (d. h. eingespannt) sind, dass sie zur Erzeugung einer linearen Beförderung eines Objekts in vertikale und horizontale Richtung schwingen und mit einem Fördertisch des Schwingförderers mechanisch verbunden sind. Grundsätzlich denkbar ist jedoch auch eine Ausführungsform, bei der ein einzelnes Piezofederelement in zwei Richtungen gleichzeitig schwingen kann. In diesem Fall ist lediglich ein Piezofederelement für die Funktion des Schwingförderers notwendig.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine perspektivische Darstellung eines Piezofederelements gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
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2 eine schematische Draufsicht auf ein Piezofederelement gemäß der Erfindung;
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3 eine schematische Schnittdarstellung eines Piezofederelements gemäß der Erfindung;
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4 ein Ausschnitt einer schematischen Schnittdarstellung des Piezofederelements gemäß der Erfindung;
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5 eine perspektivische Darstellung einer RTM-Form zur Herstellung eines Piezofederelements gemäß der Erfindung, und
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6 eine perspektivische Darstellung eines Endstücks einer RTM-Form gemäß 5.
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Die 1 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Piezofederelements 1. Das Piezofederelement 1 umfasst einen Trägerkörper 3 mit integrierten Piezoaktoren 5a und 5b. In der Ausführungsform gemäß 1 sind die Piezoaktoren 5a und 5b jeweils an gegenüberliegenden Enden 7 und 9 des Trägerkörpers 3 angeordnet. In den Endbereichen 7 und 9 weist der Trägerkörper 3 jeweils einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt auf. Auch ein Verbindungsbereich 8 des Trägerkörpers 3 zwischen den beiden Endbereichen 7 und 9 weist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiels beispielhaft einen rechteckigen Querschnitt auf.
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Die Piezoaktoren 5a und 5b sind in den Trägerkörper 3 eingebettet und voll integriert. Sie sind somit formschlüssig mit dem Trägerkörper 3 verbunden und sind von allen Seiten vollständig von dem Trägerkörpermaterial umgeben. Die Piezoaktoren sind also von dem Trägermaterial des Trägerkörpers vollständig umgeben und vorzugsweise in dieses eingegossen, wie unter Bezugnahme auf die 5 und 6 noch näher erläutert wird.
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In der 1 sind außerdem die elektrischen Anschlüsse 11 erkennbar, die mit den Piezoaktoren 5a, 5b verbunden sind und für den Anschluss der Spannungsquelle dienen. Die Anschlüsse 11 können als einfache Drähte zur Spannungsversorgung ausgebildet und mit einer Isolierung versehen sein. Auch die Anschlüsse 11, die jeweils an den Piezoaktoren 5a und 5b zur Verbindung des Aktors mit der Spannungsquelle befestigt sind, sind zumindest bereichsweise in den Trägerkörper 3 voll integriert bzw. eingebettet und ragen aus dem Trägerkörper 3 zum Anschluss an eine geeignete Spannungsquelle heraus.
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Die Piezoaktoren 5a und 5b können dem Aufbau nach ähnlich wie Bimetalle ausgebildet sein. Durch eine unterschiedliche Längenänderung der Schichten entsteht bei der Beaufschlagung mit einer Spannung eine Biegung des Piezoaktors. Insbesondere biegt sich der den Anschlüssen 11 gegenüberliegende Teil der Piezoaktoren in Richtung des Pfeils 13. Die Biegewandler können dabei mit zwei unterschiedlichen längenveränderlichen Schichten (bimorphe Bauform) oder auch mit mehr als zwei Schichten (polymorphe Bauform) ausgebildet sein. In der Ausführungsform als Biegewandler wird die Spannungsversorgung über die elektrischen Anschlüsse 11 eine Verlagerung der Piezoaktoren 5a, 5b in Richtung des Pfeils 13 bewirkt. Hierdurch wird der Trägerkörper 3 und somit das gesamte Piezofederelement 1 in Schwingung versetzt.
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Die 2 zeigt eine Draufsicht auf ein Piezofederelement 1 gemäß der Erfindung. Rein beispielhaft ist vorliegend ein Piezofederelement 1 gezeigt, welches zwei Piezoaktoren 5a und 5b aufweist. Es versteht sich jedoch, dass das Piezofederelement 1 zur Verwendung in einem Schwingförderer auch lediglich einen einzigen Piezoaktor aufweisen kann. Ebenso ist es denkbar, in den Endbereichen 7 und 9 des Piezofederelements 1 mehrere Piezoaktoren vorzusehen, die beispielsweise parallel zueinander, insbesondere nebeneinander angeordnet sein können. Es versteht sich, dass die Tiefe T oder die Breite B des Trägerelementes dann entsprechend größer ausgebildet sein müsste. Die Piezoaktoren 5a und 5b erstrecken sich vorliegend in dem Trägerkörper 3 entlang oder parallel der Mittelachse M. Die Längsachse der Piezoaktoren 5a und 5b fällt damit mit der Mittelachse M zusammen, wie in 2 gut erkennbar ist, bzw. verläuft im Fall mehrerer Piezoaktoren parallel zur Mittelachse M.
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Die 3 zeigt noch eine schematische Schnittdarstellung des Piezofederelements 1. Dabei wird wiederum deutlich, dass die Piezoaktoren 5a und 5b im Bereich der Mittelachse M des Piezofederelements 1 angeordnet sind, so dass sie also in der Höhenrichtung h zentrisch bzw. mittig in dem Trägerkörper 3 angeordnet sind. Für die Funktionsweise des Piezofederelements 1 ist die Anordnung der Piezoaktoren 5a und 5b in der sogenannten „neutralen Faser”, d. h. also in der Mitte des Trägerkörpers 3, bezogen auf die Höhenrichtung h, von entscheidender Bedeutung. Bei dieser Anordnung ist nämlich gewährleistet, dass keine Schubkräfte oder dergleichen störende Effekte die Funktionsweise der Piezoaktoren und damit des Piezofederelements 1 negativ beeinflussen. Diese Positionierung der Piezoaktoren wird insbesondere dann erreicht, wenn zu beiden Seiten der Piezoaktoren gleich viele Fasermaterialschichten angeordnet sind, wie nachfolgend noch näher erläutert wird.
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In der 3 ist erkennbar, dass das dort gezeigte Piezofederelement 1 im Bereich der Piezoaktoren 5a und 5b eine größere Höhe H aufweist, als in den übrigen Bereichen des Piezofederelements 1. Es hat sich gezeigt, dass bei einer konstanten Höhe H des Piezofederelements 1, d. h. über dessen gesamte Fläche, bei gleichzeitiger Einbettung der Piezoaktoren 5a und 5b mit einer Dicke von beispielsweise 3 mm eine stark erhöhte Faserkonzentration im Bereich der Piezoaktoren resultiert, wenn das Fasermaterial um die Piezoaktoren 5a und 5b herumgeführt wird. Dies führt zu einer erheblichen Inhomogenität des gesamten Piezofederelements 1, wodurch seine Funktionsweise stark beeinträchtigt ist. Besonders vorteilhaft ist es daher, wenn das Piezofederelement 1 in denjenigen Bereichen, in denen die Piezoaktoren 5a und 5b angeordnet sind, verdickt ausgebildet ist. Dies bedeutet, dass die Höhe H des Piezofederelements in diesen Bereichen größer ist als in den übrigen Bereichen des Piezofederelements, also insbesondere größer als im Verbindungsbereich 8 des Trägerkörpers 3. Die lokale Aufdickung des Piezofederelements im Bereich der Piezoaktoren kann insbesondere dadurch bewerkstelligt werden, dass einerseits eine geeignete Form zur Herstellung des Piezofederelements vorgesehen ist, die in den entsprechenden Bereichen eine größere Tiefe aufweist.
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Die bereichsweise Aufdickung des Piezofederelements 1 wird auch anhand der 4 deutlich, die einen schematischen Ausschnitt einer Schnittdarstellung des Piezofederelements 1 gemäß 3 zeigt. Bei der in 4 gezeigten Ausführungsform ist der Trägerkörper 3 aus einem Faserverbundwerkstoff gebildet. Beispielsweise kann es sich um ein Trägerkörpermaterial handeln, das Glas-, Aramid- oder Kohlefasern aufweist, die in eine Kunststoffmatrix eingebettet werden, wodurch sich die mechanischen Eigenschaften des gesamten Werkstoffs verbessern. Generell können Faserverbundwerkstoffe als Ersatz für Metalle eingesetzt werden, da sie bei geringerer Dichte ähnliche Festigkeitswerte haben.
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Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Piezofederelements werden vorzugsweise Faserhalbzeuge verwendet, die zur einfacheren Handhabbarkeit aus einzelnen Fasern hergestellt werden. Bei den Faserhalbzeugen kann es sich beispielsweise um flexible Fasermatten oder auch flexible, insbesondere dehnbare Faserschläuche handeln. Die Faserhalbzeuge sind als Flächengebilde, beispielsweise als Gewebe ausgebildet und können eine herkömmliche Gewebebindung, insbesondere eine Leinwandbindung oder dergleichen aufweisen. Die vollintegrierten Piezoaktoren sind vorliegend also von einer ausgehärteten Kunststoffmatrix und einem darin eingebetteten Fasermaterial umgeben, wobei das Fasermaterial, wie oben beschrieben, in Form eines Faserhalbzeugs vorliegt.
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Die 4 zeigt schematisch, dass der Piezoaktor 5a von mehreren Lagen Faserhalbzeug, vorliegend beispielhaft von Fasermatten 15 umgeben ist. Sowohl der Piezoaktor 5a als auch die Fasermatten 15 werden von einer Kunststoffmatrix 17, die beispielsweise als Harz ausgebildet sein kann, vollständig umgeben bzw. von dieser durchdrungen. Die Zahl der dargestellten Fasermatten 15 ist rein beispielhaft gewählt und kann zwischen 2 und 20 oder auch mehr als 20 Fasermatten betragen. Dabei ist die Zahl der Fasermatten jeweils über den gesamten Bereich des Piezofederelements 1 konstant. Die Aufdickung im Bereich des Piezoaktors ist vorzugsweise dergestalt, dass sie die Höhe H des Piezofederelements 1 um denjenigen Betrag erhöht, welcher der Dicke d des Piezoaktors (in der Höhenrichtung h gesehen) entspricht, so dass der Faservolumenanteil des Trägermaterials über die gesamte Federlänge hinweg nahezu konstant ist.
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Grundsätzlich kann die Länge L, die Breite B und die Höhe H des Piezofederelements 1 je nach Anwendungsfall variieren. Die Auslegung der Feder erfolgt in Abhängigkeit der anzutreibenden Schwungmasse und der gewünschten Betriebsfrequenz. Die Anzahl der Fasermatten bzw. ineinander angeordneten Faserschläuche (Steifigkeit steigt mit der Anzahl an), Art und Anzahl der Piezoaktoren, sowie Breite, Stärke und Länge des Federelementes werden dann so gewählt, dass die Resonanzfrequenz des Feder-Masse-Systems ungefähr der gewünschten Betriebsfrequenz entspricht und somit die Leistung der Feder maximiert wird. Insofern dient das in den 1 bis 3 gezeigte Piezofederelement lediglich zur Veranschaulichung der Erfindung. Entscheidend ist, dass zwischen einem Piezoaktor und dem Trägerkörper ein Formschluss dergestalt hergestellt wird, dass ein Ablösen des Piezoaktors von dem Trägerkörper sicher vermieden wird und die einwandfreie Funktionsweise des Piezofederelements dennoch gewährleistet ist.
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Zur Herstellung des in 1 gezeigten Piezofederelements 1 und damit zur Integration der Piezoaktoren 5a und 5b in den Trägerkörper 3 kann ein so genanntes RTM-Verfahren (RTM = Resin Transfer Molding) zum Einsatz kommen, welches zur Herstellung von faserverstärkten Bauteilen dient. Hierzu werden zunächst anhand von CAD-Daten des herzustellenden Bauteils die entsprechenden Formen und Werkzeuge, beispielsweise aus Ureol und Aluminium hergestellt. Eine perspektivische Darstellung einer geeigneten Form zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Piezofederelements 1 ist in der 5 dargestellt. Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass die in 5 gezeigte Form zur Herstellung eines anders geformten Piezofederelements als das in den 1 bis 3 gezeigte ausgebildet ist.
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Die Form 19 gemäß 5 umfasst ein Oberteil 21 und ein Unterteil 23 sowie an deren Stirnseiten angeordnete Seitenteile 25. Bei der Form 19 handelt es sich um eine sogenannte Negativform, die also eine Aushöhlung in Form des herzustellenden Piezofederelements entspricht. Diese Negativform des Piezofederelements kann in die Form 19, die insbesondere aus Metall ausgebildet ist, durch geeignete materialbearbeitende Verfahren eingebracht, beispielsweise gefräst werden. Insbesondere ist die Negativform teilweise in das Oberteil 21 und teilweise in das Unterteil 23 der Form 19 eingebracht. Die Einzelteile der Form 19 können über Schrauben miteinander verbunden werden. Hierzu weist die Form 19 entsprechende Schraubenaufnahmen 26 auf. Sämtliche Teile der Form 19 müssen gut abgedichtet sein, um zu verhindern, dass eine über eine entsprechende Zufuhröffnung 27 injizierte Kunststoffmasse aus der Form 19 austritt. Hierzu weist die Form entsprechende Nuten 29 zur Aufnahme von geeignetem Dichtmaterial, beispielsweise in Form von Schnurdichtungen auf. Die Zufuhröffnung 27 steht mit der Negativform des Ober- und Unterteils der Form 19 in Fluidverbindung, um diese mit dem zugeführten Kunststoffmaterial zu fluten.
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Die 6 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Seitenteils 25 der Form 19. Hierbei wird deutlich, dass das Seitenteil 25 drei der Negativform zugewandte Ausnehmungen 31 aufweist, die zur Aufnahme der drei elektrischen Anschlüsse 11 während der Herstellung des Piezofederelements 1 vorgesehen sind. Es handelt sich somit um drei Sacklöcher, in welche während des Herstellungsprozesses des Piezofederelements 1 die elektrischen Anschlüsse 11 der Piezoaktoren eingeführt und mit Silikon oder einem anderen geeigneten Material abgedichtet werden. Hierdurch wird verhindert, dass Kunststoffmasse, insbesondere Harz an die Anschlüsse 11 gelangt, die dadurch unbrauchbar werden würden. Nach dem Herstellungsprozess können die Anschlüsse 11 einfach aus dem Seitenteil herausgenommen werden und mit einer Spannungsquelle zum Betrieb der Piezoaktoren verbunden werden.
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Die 6 macht noch deutlich, dass durch die Ausnehmungen 31 zur Aufnahme der Anschlüsse 11 eine exzentrische Anordnung der Zufuhröffnung 27 notwendig ist, was jedoch für den Herstellungsprozess des Piezofederelements in keiner Weise nachteilig ist. Es versteht sich, dass je nach Anzahl der vorgesehenen Anschlüsse, die in Abhängigkeit von Art und Anzahl der verwendeten Piezoaktoren unterschiedlich sein kann, die Ausnehmungen 31 entsprechend angepasst werden müssen. Auch müssen die Ausnehmungen 31 derart in den Seitenteilen 25 angeordnet und auf die Negativform ausgerichtet sein, dass die Anschlüsse 11 in die Ausnehmungen 31 ragen, wenn die Piezoaktoren in der Negativform angeordnet sind.
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Die richtige Positionierung der Piezoaktoren in der Form 19 in Bezug auf die Faserhalbzeuge ist von entscheidender Bedeutung für die Funktion des Piezofederelements. Wie oben bereits angedeutet wurde, sollte die Längsachse der Piezoaktoren vorzugsweise mit der Mittelachse M des Piezofederelements übereinstimmen. Um die richtige Positionierung der Piezoaktoren in der Form 19 zu gewährleisten, werden diese vorzugsweise an dem Faserhalbzeug fixiert, insbesondere mit Klebstoff festgeklebt. Das Fasergewebe wird vorzugsweise in mehreren Schichten um die Piezoaktoren herum angeordnet. Um eine zentrische Anordnung der Piezoaktoren in Bezug auf die Höhenrichtung h zu erreichen, werden auf beiden Seiten der Piezoaktoren vorzugsweise gleich viele Fasermaterialschichten angeordnet. Im Bereich der Piezoaktoren können dabei mehr Fasermaterialschichten als in den übrigen Bereichen der Form angeordnet sein. Für die Positionierung ist es ausreichend, wenn der Piezoaktor an einer Fasermaterialschicht fixiert ist. Nach der Positionierung der gewünschten Anzahl von Lagen des Faserhalbzeugs und der Fixierung der Piezoaktoren an der richtigen Position in der Negativform, wird die mehrteilige Form 19 geschlossen und ein Kunststoffmaterial, insbesondere ein duromeres Material wie Harz in die Form injiziert. Hierdurch erfolgt eine vollständige Benetzung des Fasergewebes und der Piezoaktoren. Anschließend wird das Piezofederelement ausgehärtet. Hierzu kann beispielsweise die Form vorgeheizt sein, so dass der Aushärteprozess beschleunigt wird.
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Insgesamt schafft die vorliegende Erfindung in vorteilhafterweise einen Formschluss zwischen einem Piezoaktor und einem Trägerkörper eines Piezofederelements, indem der Piezoaktor durch ein geeignetes Verfahren in den Trägerkörper 3 eingebettet, d. h. voll integriert wird. Vorzugsweise wird der Piezoaktor von dem Trägerkörpermaterial umgossen bzw. umspritzt. Ein hierfür geeignetes Verfahren ist beispielsweise das so genannte RTM-Injektionsverfahren, bei dem eine Kunststoffmatrix in eine entsprechende Form injiziert wird, in der neben den Piezoaktoren auch ein Fasermaterial, insbesondere in Form eines Faserhalbzeugs angeordnet ist. Ein Piezoaktor ist damit derart in dem Trägerkörper positionierbar, dass eine relative Verlagerung zwischen dem Piezoaktor und dem Trägerkörper nicht mehr möglich ist, nachdem der Trägerkörper 3 ausgehärtet wurde. Die Problematik hinsichtlich einer unzuverlässigen Verbindung zwischen dem Piezoaktor und dem Trägerkörper wird somit in vorteilhafter Weise gelöst.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Piezofederelement
- 3
- Trägerkörper
- 5a, b
- Piezoaktoren
- 7
- Endbereich
- 8
- Verbindungsbereich
- 9
- Endbereich
- 11
- Anschlüsse
- 13
- Pfeil
- 15
- Fasermatten
- 17
- Kunststoffmatrix
- 19
- Form
- 21
- Oberteil
- 23
- Unterteil
- 25
- Seitenteil
- 27
- Zufuhröffnung
- 29
- Nuten
- 31
- Ausnehmungen
- M
- Mittelachse
- h
- Höhenrichtung
- L
- Länge
- B
- Breite
- H
- Höhe
- d
- Dicke
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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