DE102004055996A1

DE102004055996A1 - Biegeaktuator

Info

Publication number: DE102004055996A1
Application number: DE102004055996A
Authority: DE
Inventors: Stefan Eickenberg; Eugen Schommartz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-11-19
Filing date: 2004-11-19
Publication date: 2006-05-24

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Biegeaktuator mit einem Aktuatorantrieb, wobei der Aktuatorantrieb durch einen in einer Richtung gekrümmten flächigen Träger (3, 13, 23) gebildet ist, an dessen einer flachen Seite ein Piezoelement (4, 14, 24) angeordnet ist, das flächig mit der flachen Seite des Trägers verbunden ist, und sich die Länge dieser Seite des Trägers durch Anlegen einer Versorgungsspannung an das Piezoelement relativ zur anderen flachen Seite des Trägers ändert, wobei der Träger (3, 13, 23) an der anderen flachen Seite vollflächig oder bereichsweise, insbesondere streifenförmig, gehärtet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Aktuator mit einem Aktuatorantrieb, wobei der Aktuatorantrieb durch einen in einer Richtung gekrümmten flächigen Träger gebildet ist, an dessen einer flachen Seite ein Piezoelement angeordnet ist, das flächig mit der flachen Seite des Trägers verbunden ist, und sich die Länge dieser Seite des Trägers durch Anlegen einer Versorgungsspannung an das Piezoelement relativ zur anderen flachen Seite des Trägers ändert.
Biegeaktuatoren, die ein piezoelektrisches Biegeglied aufweisen, das durch Anlegen einer Spannung zwischen wenigstens zwei Lagen schaltbar ist, sind u. a. aus der DE 44 25 078 , US 4,383,195 , US 4,916,349 und US 4,672,257 bekannt. Die Aktuatoren der DE 44 25 078 und der US 4, 383, 195 verwenden zur Ver stärkung der Aktuatorkraft bzw. zum Halten des piezoelektrischen Biegegliedes in einer Endstellung eine bistabile Feder.
Es sind ferner piezoelektrische Folien bekannt, die als Aktuatoren z. B. auf ein ein Autodach bildendes Blech oder auf einen Flügel eines Flugzeuges aufgeklebt werden. Mittels der auf das Blech des Autodaches aufgeklebten piezoelektrischen Folien erhält das Dach trotz geringer Blechdicke eine hinreichende Stabilität, indem die Piezoelemente der Folie kurzgeschlossen sind, wodurch diese einer Längenänderung der Oberfläche des Autodaches entgegenwirken. Der Einsatz der piezoelektrischen Folien bei Flugzeugflügeln dient der Oberflächenanpassung der Flügel an geänderte Flugsituationen. Durch Anlegen einer Spannung an die Piezoelemente der Folie kann die Flügeloberfläche in der gewünschten Form gekrümmt werden, was in einer aerodynamisch besseren Flügelform resultiert.
Nachteilig bei den bekannten piezoelektrischen Biegeaktuatoren ist, dass die Aktuatoren aufgrund ihrer Bauart nur geringe Kräfte aufbringen bzw. ausüben können.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen piezoelektrischen Biegeaktuator bereitzustellen, welcher größere Kräfte erzeugen kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit Biegeaktuatoren mit den Merkmalen der nebengeordneten Ansprüche 1, 7 und 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Aktuatoren ergeben sich durch die Merkmale die rückbezogenen Ansprüche. Ferner werden Federn beansprucht, welche ähnlich zu den Biegeaktuatoren aufgebaut sind, und deren Federeigenschaften sich durch die an den Federn angeordneten Piezoelemente vorteilhaft beeinflussen lassen bzw. die Federn mittels der Piezoelemente auseinanderziehbar bzw. verkürzbar sind.
Der Erfindung liegt der Erfindungsgedanke zugrunde, dass bisher bekannte Biegeaktuatoren deshalb nur geringere Kräfte erzeugen können, da sie entweder die Kräfte senkrecht zur Län genänderung der Piezoelemente ausüben und/oder ihr Trägermaterial zu labil ausgebildet ist. Die erfindungsgemäßen Biegeaktuatoren weisen vorteilhaft einen verstärkten Träger auf, wodurch sie größere Kräfte aufbringen bzw. übertragen können, wobei gleichzeitig nicht auf den Vorteil der Biegeaktuatoren verzichtet wird, der darin besteht, dass bereits durch geringfügige Längenänderungen des bzw. der auf einer flachen Seite des Trägers angeordneten Piezoelemente eine relativ große Krümmung des Trägers erzielbar ist. Durch die Härtung der einen flachen Seite des erfindungsgemäßen Trägers wird dessen neutrale Faser in Richtung der gehärteten Oberfläche verschoben, wodurch zum einen der Träger weiterhin flexibel und biegbar bleibt, jedoch über die gehärtete Oberfläche große Kräfte übertragen kann. Bei dieser Erfindung wird lediglich ein Piezoelement auf einer Seite des Trägers benötigt, wohingegen bei den Biegeaktuatoren aus dem Stand der Technik jeweils auf beiden flachen Seiten des Trägers, sofern dieser überhaupt vorhanden ist, jeweils mindestens ein Piezoelement angeordnet werden muss. Ein großer Biegeradius bzw. Krümmung bei gleicher Längenänderung des verwendeten Piezoelements wird mit dünnen Trägerschichten erzielt. Hierdurch wird der Träger jedoch instabiler und es können lediglich kleinere Kräfte übertragen werden. Für den jeweiligen Anwendungsfall ist daher das richtige Verhältnis von Trägerdicke zu erzielbarer Kraft zu berücksichtigen.
Bei einer weiteren möglichen erfindungsgemäßen Ausführungsform wird der Träger zwischen zwei Lagern eingespannt, wobei zumindest eines der Lager verschieblich gelagert ist. Die Kraftübertragung kann dabei in Richtung der Flächennormalen des Trägers oder aber auch in Richtung der Verbindungslinie der beiden Widerlager des Trägers erfolgen. Die Widerlager sollten derart gestaltet sein, dass bei der Verbiegung des Trägers möglichst keine Reibungsenergie an dessen Lagerstellen bzw. im Widerlager verloren geht. Es ist ferner darauf zu achten, dass die Widerlager stets in Kontakt zu dem Träger sind. Hierfür kann zumindest ein Widerlager mittels einer Feder gegen den Träger druckbeaufschlagt sein. Es ist jedoch auch möglich, dass die Trägerenden verschwenkbar oder drehbar gelagert sind.
Damit der Aktuator seine Kraft bzw. Bewegung auf ein nach außen wirkendes Aktuatorbetätigungselement übertragen kann, kann dieses insbesondere einstückig mit einem Widerlager ausgebildet sein. Es ist jedoch auch möglich, dass das Aktuatorbetätigungselement an dem Träger mittelbar oder unmittelbar anliegt oder an diesem insbesondere drehbar befestigt ist. Auch kann das Aktuatorbetätigungselement federbelastet gegen den Träger gedrückt sein, so dass stets ein Kontakt und damit ein unmittelbarer Kraftfluss vom Träger auf das Aktuatorbetätigungselement gegeben ist.
Da mit dem erfindungsgemäßen Biegeaktuator, bedingt durch die kleinen Kapazitäten der Piezoelemente, relativ hohe Frequenzen bzw. Richtungsänderungen pro Sekunde möglich sind, sollte bei dem Masse-Feder-System des Biegeaktuators darauf geachtet werden, dass die Massen zur Erzielung hoher Frequenzen klein gehalten werden.
Es ist selbstverständlich möglich, dass ein Biegeaktuator mehr als einen Träger aufweist. Diese können nebeneinander Und/oder übereinander angeordnet sein. Auch ist es möglich, dass auf einer Seite eines Trägers mehr als ein Piezoelement angeordnet ist. Auch spielt es keine Rolle welche flache Seite das Piezoelement trägt und welche Seite gehärtet ist. Die jeweilige Anordnung ist lediglich vom gewählten Aufbau des Aktuators abhängig. Auch können mehrere Piezoelemente direkt übereinander zur Kraftverstärkung übereinander auf einer Seite des Trägers angeordnet werden.
Nachfolgend werden mögliche Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Biegeaktuatoren und Federn anhand von Figuren näher erläutert.
Es zeigen:
1: Eine erste Ausführungsform eines Biegeaktuators mit zwei parallel wirkenden Trägern;
1a: einen Träger gem. 1;
2: eine zweite mögliche Ausführungsform eines Biegeaktuators;
3: einen Träger gem. 1a im Querschnitt;
4: eine mögliche Ausgestaltung eines zweischichtigen Trägers;
5: einen zweischichtiger Träger mit innenliegender gehärteter Schicht;
6: eine dritte mögliche Ausgestaltung eines Biegeaktuators;
7 u. 8: verschiedene Anordnungen von Piezoelementen auf einem Träger;
9: eine Schraubenfeder mit auf einer Oberflächenseite angeordneten Piezoelementen;
10: eine Schraubenfeder mit auf zwei Oberflächenseiten angeordneten Piezoelementen;
11: eine weitere mögliche Ausführungsform des Biegeaktuators ohne Widerlager;
12: nebeneinander angeordnete Träger.
Die 1 zeigt eine erste Ausführungsform eines Biegeaktuators 1 mit zwei parallel wirkenden Trägern 3. Jeder Träger trägt auf einer seiner flachen Seiten mindestens ein Piezoelement 3 und ist in einem Bereich 3h oder vollflächig auf seiner anderen flachen Seite mittels Laserstrahlhärtung oder einem anderen geeigneten Härtungsverfahren gehärtet. Die Träger 3 sind gekrümmt und liegen mit ihren geraden Kanten bzw. Seiten 3a in Kerben 5a, 6a der Widerlager 5, 6 ein. Das Widerlager 5 ist fest am Aktuatorgehäuse 2 angeordnet, wohingegen das Widerlager 6 verschieblich am Gehäuse 2 gelagert ist. Ein Feder 7 druckbeaufschlagt das Widerlager 6 in Richtung Träger 3, wodurch stets ein Kontakt zwischen den Widerlagern 5, 6 und dem Träger 3 bzw. dessen Kanten 3a besteht. Das Widerlager 6 bildet gleichzeitig das Aktuatorbetätigungselement, indem es durch das Gehäuse 2 hindurchgreift und somit nach außen wirken kann. Die Führung des Widerlagers 6 ist nicht dargestellt und kann beliebig gestaltet werden. Es ist selbstverständlich möglich, das der Träger 3 mit seinen Kanten 3a mittels eines Dreh- oder Schwenklagers an den Widerlagern gelagert ist. In diesem Falle kann auf die Feder 7 verzichtet werden. In gestrichelten Linien sind die durch Anlegen einer Spannung an die Piezoelemente 3 stärker als im Ausgangszustand gekrümmten Träger 4 sowie das hierdurch verstellte Widerlager 6 dargestellt. Durch die stärkere Krümmung des Trägers verringert sich der Abstand seiner Seiten 3a zueinander, wodurch die Feder 7 das Widerlager 6 nach links verstellen kann. Durch Anlegen einer periodischen oder sich ändernden Spannung kann somit das Betätigungselement verstellt, insbesondere periodisch hin und her bewegt werden. Aufgrund der Tatsache, dass die Bewegungsrichtung des Betätigungselements bzw. Widerlagers 6 in etwa in Längserstreckungsrichtung der Träger 3 erfolgt, können diese relativ große Kräfte übertragen.
Die 1a zeigt eine perspektivische Darstellung eines in 1 verwendeten Trägers 3 mit darauf angeordnetem Piezoelement 4. Das Piezoelement 4 ist bevorzugt – und dies gilt für alle nachfolgend erläuterten Ausführungsformen – eine Piezofolie der Firma Smart Material^®, die ihr Produkt als "Macro Fibre Composite" bezeichnet. Andere gleichwirkende Piezofolien sind ebenfalls einsetzbar. Die Folien 4 sind auf den Träger 3 aufgeklebt oder sonstwie möglichst vollflächig befestigt, damit eine große Kraftübertragung von der Folie 4 auf die Oberfläche des Trägers 3 erzielt werden kann. Damit sich der Trä ger 3 verbiegen kann, muss dieser aus einem federnden Material sein. Die der Piezofolie 4 abgewandte flache Seite kann vollflächig oder nur im Bereich der Piezoelemente 3h gehärtet sein. Ebenso können die freien Endbereiche 3c auf beiden flachen Seiten gehärtet sein. Statt eines speziellen Härtungsverfahrens kann die Härtung auch durch Aufbringen oder Aufkleben von einem härteren Werkstoff erfolgen, wobei sichergestellt sein muss, dass die Verbindung des Trägermaterials 3 mit dem härteren Materials genügend hohe Kräfte übertragen kann. Die Härtung bzw. das Aufbringen von zusätzlichem Material kann streifenförmig in Längserstreckung des Trägers oder aber auch in einem anderen Muster oder vollflächig erfolgen.
Die 2 zeigt eine zweite mögliche Ausgestaltung eines Biegeaktuators, bei dem lediglich ein Träger 13 als Aktuatorantrieb vorgesehen ist. Der Träger 13 ist vom Aufbau zu dem in den 1 und 1a beschriebenen Träger 3 identisch, ist jedoch mit seinem einen Ende 13a fest in einem Lagerblock 15, welcher fest am Gehäuse 12 angeordnet ist, gelagert. Der Träger 13 hat an seiner rechten flachen Seite mindestens ein Piezoelement 14. An der gegenüberliegenden Seite ist der Träger zumindest im Bereich 13h gehärtet. Durch Anlegen einer Spannung an das Piezoelement 14 wird der Träger 13 gekrümmt oder gestreckt, wodurch das freie Ende 13b nach rechts oder links verschwenkt. Die Feder 17 stützt sich mit ihrem einen Ende gegen das Gehäuse 12 und mit ihrem anderen Ende gegen einen Kragen 16a des Betätigungselements 16 ab und bewirkt, dass das Betätigungselement 16 dem freien Ende 13b des Trägers 13 folgt.
Die 3 zeigt einen Träger 3 gem. 1a im Querschnitt, wobei R_i den Innenradius des Trägers 3 und α den vom Träger 3 um den Mittelpunkt M aufgespannten Winkel bezeichnet. L_Piezo bezeichnet die effektive Länge des Piezoelements 4. D bezeichnet die Dicke und S die Länge des gekrümmten Trägers 3. Durch Anlegen einer Spannung an das Piezoelement 4 wird der Träger gekrümmt, wodurch sich seine Höhe h, die Länge S, der Innenradius R_i und der aufgespannte Winkel α ändern.
Die 4 und 5 zeigen zwei mögliche Ausgestaltungen eines Trägers 3 im Querschnitt, wobei der Träger gem. 4 zwei Trägerschichten 31 und 32 aufweist, die mittels einer Klebeschicht K miteinander verklebt sind. Die miteinander verklebten Seiten der Trägerschichten sind gehärtet, so dass sich die neutralen Fasern der Trägerschichten 31 und 32 hin zur gehärteten Oberfläche verschoben haben. Auf den beiden äußeren Seiten sind jeweils mindestens ein Piezoelement 4 angeordnet, um die Krümmung des Trägers beeinflussen zu können.
Statt die Oberflächen der Trägerschichten 3 zu härten, kann, wie es 5 zeigt, zwischen die Schichten eine Schicht H aus einem härteren Material angeordnet werden. Alle drei Schichten werden vollflächig miteinander verklebt, wodurch ebenfalls die neutralen Fasern der Schichten 3 hin zu ihren einander zugewandten Seiten verschoben werden.
Die 6 zeigt eine dritte mögliche Ausgestaltung eines Biegeaktuators 20, welcher von seinem Aufbau dem der 1 ähnelt. Der Biegeaktuator 20 wirkt mit seinem Betätigungselement B nicht in Richtung der Verbindungsachse der Widerlager 25, 26, sondern quer dazu. Dazu liegt das Betätigungselement B auf der flachen Seite des Trägers 23 auf. Der Träger weist an seiner einen flachen Seite mindestens ein Piezoelement 24 auf und ist an der gegenüberliegenden flachen Seite 23h gehärtet. Es ist ebenso möglich, dass auf der einen Seite mehrere Piezoelemente 4 übereinander zur Kraftverstärkung angeordnet sind, sofern dies die verwendeten Piezoelemente zulassen. Das Betätigungselement B weist einen Abstützkragen B_a auf, an dem sich eine Feder 29 mit ihrem einen Ende abstützt. Mit ihrem anderen Ende stützt sich die Feder 29 an dem Lager 28 für das Betätigungselement B ab. Das Betätigungselement B durchgreift das Gehäuse 22. Durch Anlegen einer Spannung wird der Träger 23 gekrümmt, wodurch das linke federbelastete Widerlager 26, 26' dem linken Ende 23a' des Trägers 23, 23' folgt. Die Federkräfte der Federn 27 und 29 wirken sich entgegen und sind im Kräftegleichgewicht, wodurch das Piezoelement 24 keine zusätzlichen Kräfte zur Krümmung des Trägers aufbringen muss.
Die 7 und 8 zeigen verschiedene mögliche Anordnungen von Piezoelementen 4 auf einem Träger 3. So ist es möglich, die Piezoelemente lediglich in einer Reihe (7) nebeneinander parallel zu den geraden Seiten 3a anzuordnen. Mit 3b sind – wie in 1a – die gekrümmten Seiten des Trägers 3 bezeichnet. Durch das parallele Anordnen ändert sich die erzielbare Krümmung des Trägers nicht. Es wird jedoch die erzielbare Kraft des Aktuators vervielfacht. Das Vorsehen von mehr als einer Reihen von nebeneinander angeordneten Piezoelementen 4 (8) ermöglicht eine größere Krümmung bei gleicher, an alle Piezoelemente angelegten Spannung, wodurch der Aktuatorhub vergrößert werden kann.
Wie in den 1, 5, 11 und 12 dargestellt, können auch mehrere Träger 3 parallel oder hintereinander (in Reihe) zueinander wirken. Die Zahl und die Anordnung der verwendeten Träger ist dabei lediglich durch die vorgegebene Baugröße und Bauform des Aktuators begrenzt. Sie wird ferner von dem benötigten Hub und der zu erzielenden Kraft des Aktuators bestimmt.
Die 9 und 10 zeigen Schraubenfedern 33, 43 mit auf einer oder zwei Oberflächenseiten angeordneten Piezoelementen 34, 44. Sofern lediglich auf einer Oberflächenseite Piezoelemente 34 vorgesehen werden, sollte die andere gegenüberliegende Oberflächenseite des Schraubenfedernmaterials gehärtet werden, damit die neutrale Faser zur gehärteten Oberflächen 34h verschoben wird und sich hierdurch eine bessere Krümmung und Kraftübertragung bei gleicher angelegter Spannung einstellt. Mit Oberflächenseite ist jeweils die Seite gemeint, die zu einem der Federenden 33a1, 33a2 bzw. 43a weist.
Es ist selbstverständlich möglich, die in den Figuren beschriebenen Ausgestaltungen der Träger für sämtliche vorbe schriebenen Ausgestaltungen der Biegeaktuatoren zu verwenden. So kann auch ein ungehärteter Träger, welcher an seinen beiden flachen Oberflächen jeweils Piezoelemente trägt, für den in den 1 und 6 dargestellten Biegeaktuator verwendet werden.
Die 11 zeigt eine weitere mögliche Ausgestaltung eine erfindungsgemäßen Biegeaktuators 50, welcher ein Gehäuse 52 aufweist, in dem zwei Träger 53 angeordnet sind, deren geraden Seiten 53a miteinander verbunden sind. Der untere Träger 53 ist mit seinem mittleren Bereich bei 55 mit dem Gehäuse verbunden. Die Träger 53 tragen an ihrer Innenwandung jeweils mindestens ein Piezoelement 54, wobei sie zumindest bereichsweise an ihrer Außenwandung 53h gehärtet sind. Ein Betätigungselement B ist in Pfeilrichtung verschieblich zwischen den Lagerelementen 58 gelagert und wird mittels der Feder 59, welche sich gegen das Gehäuse 52 und den Kragen Ba des Betätigungselementes B abstützt, gegen den oberen Träger 53 druckbeaufschlagt. Es ist selbstverständlich ebenso möglich, auf die Feder zu verzichten, indem das Betätigungselement B an dem oberen Träger 53 befestigt ist. Durch letztere Maßnahme sind die Träger sicher zwischen dem Betätigungselement B und der Befestigungsstelle 55 in Position gehalten. Durch Anlegen einer Spannung an die Piezoelemente 54 krümmen sich die beiden Träger' 53 und verstellen das Betätigungselement B'.
Es versteht sich von selbst, dass der erfindungsgemäße Biegeaktuator ebenso als Sensor verwendet werden kann, in dem an die Piezoelemente keine Spannung angelegt, sondern die durch die durch äußere Kräfte gekrümmten Träger erzeugte Spannung in den Piezoelementen gemessen und ausgewertet wird. Ebenso ist es möglich, beim Anlegen einer Spannung in der Spannungsversorgung einen Rückschluß auf die tatsächliche Krümmung und damit den Ist-Wert der Verstellung des Betätigungselements des Aktuators zu bekommen. Anhand der eindeutigen geometrischen Beziehungen zwischen der Krümmung und der Spannung ist eine leichte Umrechnung möglich.

Claims

Biegeaktuator mit einem Aktuatorantrieb, wobei der Aktuatorantrieb durch einen in einer Richtung gekrümmten flächigen Träger (3, 13, 23) gebildet ist, an dessen einer flachen Seite ein Piezoelement (4, 14, 24) angeordnet ist, das flächig mit der flachen Seite des Trägers verbunden ist, und sich die Länge dieser Seite des Trägers durch Anlegen einer Versorgungsspannung an das Piezoelement relativ zur anderen flachen Seite des Trägers ändert, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (3, 13, 23) an der anderen flachen Seite vollflächig oder bereichsweise, insbesondere streifenförmig, gehärtet ist.
Biegeaktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (3h, 13h, 23h) des Trägers (3, 13, 23) mittels Laserhärtung erfolgt, wobei hierbei insbesondere eine Kobalt-Basis-Legierung oder eine Edelstahllegierung aufgetragen wird.
Biegeaktuator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial des Trägers aus einem metallischen Werkstoff und federnd, insbesondere Bandfederstahl ist.
Biegeaktuator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger aus zwei übereinander angeordneten in einer Richtung gekrümmten flächigen Trägerschichten (3, 3₁ , 3₂ ) gebildet ist, deren einander zugewandte flache Seiten (3₁h, 3₂h) gehärtet und miteinander; insbesondere vollflächig miteinander verbunden sind oder zwischen den beiden Trägerschichten (3) ei ne weitere Schicht (H) durch ein härteres Material gebildet ist, wobei auf den beiden äußeren und zueinander abgewandten flachen Seiten der Trägerschichten (3, 3₁ , 3₂ ) jeweils mindestens ein Piezoelement (4) angeordnet ist (4 und 5).
Biegeaktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (13) mit seiner einen geraden Kante (13a) oder deren angrenzendem Bereich fest im oder am Aktuatorgehäuse (12, 15) angeordnet ist, und dass die andere Kante oder deren angrenzender Bereich (13b) ein durch den Aktuator anzutreibendes Element (16) verstellt (2).
Biegeaktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (3, 23) mit seinen beiden geraden Seiten bzw. Kanten (3a, 23a) zwischen zwei Lagern (5, 6; 25, 26) gehalten ist, wobei ein oder beide Lager (5, 6; 25, 26) verschieblich, insbesondere in oder in entgegengesetzter Richtung des anderen Lagers (5, 6; 25, 26), im Gehäuse (2, 22) gelagert ist bzw. sind.
Biegeaktuator nach dem Oberbegriff des Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger mit seiner einen geraden Kante oder deren angrenzendem Bereich fest im oder am Aktuatorgehäuse angeordnet ist, und das die andere Kante oder deren angrenzender Bereich ein durch den Aktuator anzutreibendes Element verstellt, und das an beiden flachen Seiten des Trägers jeweils mindestens ein Piezoelement angeordnet ist.
Biegeaktuator nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger mit seinen beiden geraden Seiten bzw. Kanten zwischen zwei Lagern gehalten ist, wobei ein oder beide Lager verschieblich, insbesondere in oder in entgegengesetzter Richtung des anderen Lagers, gelagert ist bzw. sind, und das an beiden flachen Seiten des Trägers jeweils mindestens ein Piezoelement angeordnet ist.
Biegeaktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lager (6) das Aktuatorbetätigungselement bildet oder auf dieses die Aktuatorkraft überträgt.
Biegeaktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger an mindestens einem Lager befestigt ist.
Biegeaktuator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger mit seiner einen Kante oder dem angrenzenden Bereich fest, drehbar oder verschwenkbar an dem Lager angelagert ist.
Biegeaktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Länge des Piezoelements durch Anlegen einer Versorgungsspannung entlang der Krümmungslinie des Trägers ändert.
Biegeaktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des Trägers bzw. der Trägerschichten klein gegenüber der Länge der Krümmungslinie ist.
Biegeaktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf mindestens einer flachen Seite des Trägers mehrere Piezoelemente nebeneinander in einer oder mehreren Reihen angeordnet sind.
Biegeaktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger bzw. die Trägerschicht aus einem federelastischen Material ist.
Biegeaktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der von dem gekrümmten Träger aufgespannte Winkel zur Erzeugung von großen Aktuatorkräften klein ist, insbesondere einen Wert im Bereich von 2–45° hat.
Biegeaktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial, insbesondere nur dessen beiden flachen Oberflächen zwischen den parallelen Seiten und dem auf dem Träger angeordneten mindestens einen Piezoelement, gehärtet und/oder mittels zusätzlicher Mittel versteift ist.
Biegeaktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Piezoelement auf das Trägermaterial vollflächig aufgeklebt oder mit diesem verschweißt ist.
Biegeaktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger mittels mindestens eines Federelementes, insbesondere einer Feder in oder entgegen der Hubbewegung des Aktuatorantriebs druckbeaufschlagt ist.
Biegeaktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator einen Generator zur Spannungsversorgung des mindestens einen Piezoelements hat, welcher eine Eingangsspannung auf die Betriebsspannung des Piezoelements erhöht.
Biegeaktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines Sensors die Krümmung des mindestens einen Trägers, die vom Aktuator aufgebrachte Kraft und/oder die Position des Aktuatorbetätigungselements bestimmbar ist.
Biegeaktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinheit die Piezoelemente in Abhängigkeit von mindestens einem Eingangsignal ansteuert.
Biegeaktuator nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit anhand der mittels des mindestens einen Sensors ermittelten Daten die Versorgungsspannung des mindestens einen Piezoelementes einstellt bzw. einregelt.
Biegeaktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Aktuator mehrere Träger nebeneinander, übereinander oder in Reihe zueinander angeordnet sind und gemeinsam den Aktuatorantrieb bilden.
Biegeaktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Härtung der Oberfläche durch Aufkleben eines härteren Materials oder eine Materials mit geringerer Dehnung erfolgt.
Verwendung eines Biegeaktuators nach einem der vorhergehenden Ansprüche als Sensor.
Feder, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder eine Blattfeder ist, auf mindestens einer flachen Seite der Blattfeder mindestens ein Piezoelement angeordnet ist, und deren andere flache Seite mittels eines Härtungsverfahrens gehärtet oder mittels eines aufgetragenen oder verbundenen härteren bzw. dehnfesteren Materials, insbesondere Glasfasermaterialien, gehärtet ist.
Feder, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder eine Schraubenfeder (33, 43) ist, wobei entlang des Schraubenhubs der Schraubenfeder auf mindestens einer einem Schraubenfederende (33a1, 33a2, 43a) zugewandten Seite mindestens ein Piezoelement (34, 44) angeordnet ist, mittels dem die Schraubenfeder zusammen- oder auseinanderziehbar ist.
Feder nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die gegenüberliegende Seite des Schraubenfedermaterials, welches die die Piezoelemente tragenden Bereiche der Feder bildet, insbesondere durch Materialauftragung gehärtet ist oder weitere Piezoelemente trägt.
Feder nach einem der Ansprüche 26 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass deren Länge, Durchbiegung und/oder Federeigenschaften mittels des mindestens einen Piezoelements einstellbar ist bzw. sind.