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Die Erfindung betrifft einen Bremsbelag, umfassend einen Trägerkörper und einen am Trägerkörper angeordneten Reibbelag.
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Es ist bekannt, dass in Fahrzeuge eingebaute Bremsen teilweise unerwünschte Geräusche verursachen. Beispielsweise können derartige ungewünschte Geräusche insbesondere bei langsamer Fahrt dann auftreten, wenn ein Bremsbelag einen Rotor berührt. Dadurch entstehen Vibrationen, welche oft hochfrequente Geräusche verursachen. Diese unerwünschten Geräusche werden oft als Quietschen wahrgenommen.
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Stand der Technik
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Um derartige unerwünschte Geräusche von Bremsen zu vermeiden beziehungsweise zu reduzieren ist bekannt, an den Bremsbelägen, beispielsweise an einer Reibbelagträgerplatte eines Bremsbelages, Dämpfungsmaterialien, beispielsweise Dämpfungsplatten oder Dämpfungsbleche, anzubringen. Hierdurch können unerwünschte Geräusche reduziert werden.
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Des Weiteren wird regelmäßig versucht, die Geometrien der Bremsbeläge zu verändern, um Geräuschentwicklungen weiter zu reduzieren.
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Darstellung der Erfindung: Aufgabe, Lösung, Vorteile
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Bremsbelag möglichst kostengünstig bereitzustellen, durch welchen diese unerwünschten Geräusche, insbesondere Quietschen, nicht erzeugt werden beziehungsweise zumindest signifikant reduziert werden.
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Diese Aufgabe wird durch einen Bremsbelag umfassend einen Trägerkörper und einen am Trägerkörper angeordneten Reibbelag dadurch gelöst, dass am oder im Bremsbelag ein Aktor zur Erzeugung einer mechanischen Schwingung angeordnet ist. Mittels dieser mechanischen Schwingung werden die unerwünschten Geräusche, insbesondere das Quietschen, reduziert oder vollständig vermieden. Erfindungsgemäß ist der Aktor dabei derart ausgebildet, dass dieser durch ein elektrisches Signal anregbar ist.
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Bei dem Bremsbelag kann es sich um einen Belag für unterschiedliche Bremsen, beispielsweise Scheibenbremsen oder Trommelbremsen handeln. Der Trägerkörper des Bremsbelages dient zur Aufnahme beziehungsweise zur Anordnung des Reibbelages an dem Trägerkörper. Der Trägerkörper kann beispielsweise als Reibbelagträgerplatte ausgebildet sein. Der Reibbelag ist an einer ersten Seitenfläche des Trägerkörpers, beispielsweise der Reibbelagträgerplatte, angeordnet. Auf der gegenüberliegenden Seitenfläche des Trägerkörpers, das heißt auf der dem Reibbelag abgewandten Seitenfläche, nämlich der zweiten Seitenfläche, ist vorzugsweise eine Dämpfungsplatte angeordnet. Eine derartige Dämpfungsplatte wird unter anderem „Shim” bezeichnet. Die Dämpfungsplatte ist bevorzugterweise starr mit der Trägerplatte verbunden. Beispielsweise kann die Dämpfungsplatte auf den Trägerkörper aufgeklebt sein oder mit diesem vernietet sein.
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Unter einem Aktor ist ein Aktuator beziehungsweise ein Wandler zu verstehen. Der Aktor ist dabei derart ausgebildet, dass basierend auf einer Anregung beziehungsweise Ansteuerung eine mechanische Bewegung erzeugt wird. Die mechanische Bewegung wird dabei derart erzeugt, dass eine mechanische Schwingung entsteht. Ferner ist der Aktor bevorzugterweise zur aktiven Ansteuerung und/oder für eine Open-Loop-Ansteuerung ausgebildet. Unter einer aktiven Ansteuerung ist zu verstehen, dass das elektrische Signal zum Anregen beziehungsweise Ansteuern des Aktors gezielt generiert wird und zu einem vorbestimmten Zeitpunkt und/oder einer vorbestimmten Bedingung an den Aktor angelegt wird. Beispielsweise könnte der Aktor bei Unterschreiten einer bestimmten Geschwindigkeit und/oder Betätigung der Bremse angeregt werden. Unter einer „Open-Loop-Ansteuerung ist zu verstehen, dass der Aktor nicht auch als Sensor verwendet wird und somit keine Messdaten durch den Aktor erfasst werden. Die Erzeugung des elektrischen Signals zur Anregung des Aktors wird unabhängig von Zuständen in oder am Bremsbelag beziehungsweise unabhängig von Zuständen in der Bremse generiert und an den Aktor angelegt. Somit ist die Anregung des Aktors bevorzugterweise nicht von im Bereich des Bremsbelags zu messenden Werten und/oder Zuständen abhängig.
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Durch den erfindungsgemäßen Bremsbelag kann besonders kostengünstig ein Bremsbelag mit einer Vorrichtung zur Vermeidung oder Reduzierung von Geräuschen, beispielsweise Quietschen, in der Bremse bereitgestellt werden.
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Bevorzugterweise weist der Aktor ein oder mehrere Piezoelemente auf oder besteht aus einem oder mehreren Piezoelementen. Somit ist bevorzugterweise vorgesehen, dass der Aktor als Piezoaktor ausgebildet ist. Der Piezoaktor basiert auf dem inversen Piezoeffekt. Somit wird der Aktor durch Umkehrung des Piezoeffekts angeregt. Die Anregung erfolgt durch eine elektrische Spannung. Der Piezoaktor erzeugt nach Anlegen der elektrischen Spannung eine mechanische Hin- und Herbewegung, wodurch eine mechanische Schwingung entsteht. Ein Piezoelement weist piezoelektrische Materialien, beispielsweise piezoelektrische Kristalle oder piezoelektrische keramische Werkstoffe auf.
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Ein oder mehrere Piezoelemente weisen bevorzugterweise einen piezoelektrischen Keramikwerkstoff auf und sind somit bevorzugterweise als Piezo-Keramikelement ausgebildet. Dabei ist bevorzugterweise vorgesehen, dass sämtliche Piezoelemente eines Aktors als Piezo-Keramikelemente ausgebildet sind.
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Auch ist bevorzugterweise vorgesehen, dass der Aktor derart ausgebildet ist, dass dieser bei Anregung mittels einer elektrischen Wechselspannung und/oder eines Rauschsignals die mechanische Schwingung mit einer Frequenz größer als 16 kHz erzeugt. Das Rauschsignal ist bevorzugterweise ein schmales, breitbandiges Rauschen. Die elektrische Spannung zur Anregung des Aktors wird dabei bevorzugterweise in Form einer elektrischen Wechselspannung und/oder eines Rauschsignals an den Aktor angelegt. Der Aktor ist somit bevorzugterweise derart ausgebildet, dass dieser durch die Anregung mittels einer elektrischen Wechselspannung und/oder eines Rauschsignals eine mechanische Schwingung mit einer Frequenz im Ultraschallbereich erzeugt. Hierfür kann der Aktor eine vorbestimmte Geometrie, beispielsweise eine vorbestimmte Dicke, Breite und/oder Länge aufweisen. Ferner kann der Aktor zur Erzeugung einer mechanischen Schwingung in diesen bevorzugten Frequenzbereichen vorgegebene Materialeigenschaften beziehungsweise Materialzusammensetzungen und damit verbundene Materialkonstanten, wie beispielsweise Schallgeschwindigkeit und/oder Eigenfrequenz aufweisen.
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Der Aktor kann jede geeignete Form beziehungsweise Geometrie aufweisen. Bevorzugterweise ist der Aktor als flächiges Element ausgebildet. Hierunter ist im Sinner der vorliegenden Erfindung zu verstehen, dass der Aktor eine geringere Dicke als Länge und Breite aufweist. Der Aktor kann beispielsweise zylinderförmig oder quaderförmig ausgebildet sein.
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Ferner ist der Aktor vorzugsweise als Schichtaufbau mit mehreren Schichten ausgebildet. Hierfür sind mehrere Piezoelemente übereinander angeordnet, wobei zwischen jeweils zwei Piezoelementen eine Elektrode vorgesehen ist. Somit ist bevorzugterweise ein Piezostapel beziehungsweise Piezostack vorgesehen. Dabei sind mehrere Piezoelemente kaskadiert angeordnet, wobei durch die Anordnung mehrerer Piezoelemente übereinander eine mechanische Reihenanordnung der Piezoelemente entsteht. Die übereinander angeordneten Piezoelemente sind über die jeweils zwischen zwei Piezoelementen vorgesehenen Elektroden miteinander verschaltet. Dabei ist vorzugsweise eine elektrische Parallelschaltung vorgesehen. Somit werden vorzugsweise sämtliche positive Anschlüsse zusammengeschaltet sowie auch sämtliche negativen Anschlüsse zusammengeschaltet. Durch einen derartigen Schichtaufbau können bei kleineren Spannungen größere Amplituden der mechanischen Schwingung erreicht werden. Ferner ist bevorzugterweise vorgesehen, dass der Schichtaufbau beziehungsweise der Piezostapel eine Ummantelung, beispielsweise eine keramische Ummantelung aufweist.
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Der Aktor kann an verschiedenen Stellen in oder am Bremsbelag angeordnet und mit dem Bremsbelag verbunden sein. Beispielsweise kann der Aktor am oder im Trägerkörper angeordnet sein. Hierbei kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass der Aktor auf der ersten Seitenfläche des Trägerkörpers und somit zwischen dem Trägerkörper und dem darauf angeordneten Reibbelag angeordnet ist. Beispielsweise kann der Aktor auf den Trägerkörper aufgeklebt und somit fest mit dem Trägerkörper verbunden sein. Des Weiteren ist bevorzugterweise vorgesehen, dass der Aktor in den Trägerkörper integriert ist.
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Des Weiteren könnte der Aktor auf der dem Reibbelag abgewandten Seitenfläche, nämlich der zweiten Seitenfläche, des Trägerkörpers angeordnet sein. Bei Vorsehen einer Dämpfungsplatte könnte der Aktor somit zwischen Trägerkörper und Dämpfungsplatte am Trägerkörper fest mit diesem verbunden sein.
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Außerdem ist bevorzugterweise vorgesehen, dass der Aktor im oder am Reibbelag des Bremsbelages angeordnet und mit dem Reibbelag verbunden ist. Hierbei kann der Aktor beispielsweise auf einer dem Trägerkörper zugeordneten Seitenfläche des Reibbelages angeordnet, beispielsweise aufgeklebt sein. Des Weiteren könnte der Aktor in den Reibbelag integriert sein.
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Bei Vorsehen einer Dämpfungsplatte könnte der Aktor alternativerweise auch auf der Dämpfungsplatte angeordnet sein. Dabei könnte der Aktor auf der dem Trägerkörper zugeordneten Seitenfläche der Dämpfungsplatte angeordnet, beispielsweise aufgeklebt sein. Des Weiteren könnte der Aktor auf der dem Trägerkörper abgewandten Seitenfläche der Dämpfungsplatte angeordnet, beispielsweise aufgeklebt sein.
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Bevorzugterweise ist der Aktor in dem Andruckbereich eines Andruckmittels einer Bremse sowie am Bremsbelag angeordnet. Der Andruckbereich eines Andruckmittels einer Bremse ist der Bereich, auf welchen das Andruckmittel bei Bremsbetätigung auf den Bremsbelag einwirkt. Beispielsweise kann das Andruckmittel kolbenartig ausgebildet sein und im Wesentlichen mittig auf die zweite Seitenfläche des Trägerkörpers oder eine auf der zweiten Seitenfläche des Trägerkörpers angebrachten Dämpfungsplatte einwirken. Dabei kann der Aktor derart angeordnet sein, dass dieser bei Bremsbetätigung direkt mit dem Andruckmittel in Kontakt tritt. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn der Aktor auf der zweiten Seitenfläche des Trägerkörpers oder auf einer dem Trägerkörper abgewandten Seitenfläche einer Dämpfungsplatte aufgebracht ist.
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Am oder im Bremsbelag sind bevorzugterweise Anschlusselemente zur elektrischen Verbindung des Aktors mit einem Steuerungssystem angeordnet. Die Anschlussmittel können beispielsweise als Drähte oder Kabel ausgebildet sein. Bevorzugterweise sind zwei Anschlussmittel zur Kontaktierung der Elektroden, welche mit dem Aktor verbunden sind, vorgesehen. Die Anschlussmittel, beispielsweise Drähte oder Kabel, können auf dem Trägerkörper befestigt, beispielsweise aufgeklebt sein. Des Weiteren könnten die Anschlussmittel auf der Dämpfungsplatte angeordnet und mit dieser befestigt sein. Auch könnten die Anschlussmittel auf einer dem Trägerkörper zugewandten Seitenflächen des Reibbelages angeordnet und mit diesem verbunden sein. Alternativerweise könnten die Anschlussmittel in den Reibbelag hineinragen und somit mit einem im Reibbelag integrierten Aktor verbunden sein. Das Steuerungssystem kann im Fahrzeug, beispielsweise in die Bordelektronik integriert sein. Auch könnte das Steuerungssystem mit einer Bremslichtansteuerung des Fahrzeuges verknüpft sein. Das Steuerungssystem ist zur aktiven Ansteuerung beziehungsweise zur aktiven Erzeugung der elektrischen Anregung des Aktors ausgebildet.
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Der Aktor ist vorzugsweise an zwei einander gegenüberliegenden Seitenflächen mit jeweils einer Elektrode kontaktiert. Die Anschlussmittel dienen zur Kontaktierung dieser Elektroden und zur elektrischen Verbindung dieser Elektrode mit dem Steuerungssystem. Somit wird der Aktor über die Elektrode und das Anschlussmittel mit dem Steuerungssystem verbunden. Alternativerweise könnten die Anschlusselemente die Elektroden aufweisen. Beispielsweise könnte ein Drahtende als Anschlusselektrode ausgebildet sein.
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Erfindungsgemäß ist ferner eine Bremse aufweisend einen Bremsbelag gemäß der Ansprüche 1 bis 8 vorgesehen. Die Bremse kann als Scheibenbremse oder Trommelbremse ausgebildet sein.
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Ferner ist erfindungsgemäß ein Steuerungssystem zur aktiven Ansteuerung eines Aktors vorgesehen. Der Aktor ist dabei in oder an einem Bremsbelag gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 angeordnet.
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Die Aufgabe wird des Weiteren durch ein Verfahren zur Reduzierung von Geräuschen einer Bremse dadurch gelöst, dass ein in oder an einem Bremsbelag gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 angeordneter Aktor aktiv mittels einer elektrischen Spannung angesteuert wird. Unter einer aktiven Ansteuerung ist eine gezielte Anregung des Aktors unter vorbestimmten Bedingungen zur Erzeugung der mechanischen Schwingung zu verstehen. Unter vorgegebenen Bedingungen können beispielsweise die Unterschreitung einer vorgegebenen Geschwindigkeit und/oder die Betätigung einer Bremse zu verstehen sein.
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Die Ansteuerung beziehungsweise Anregung des Aktors wird bevorzugterweise als Open-Loop-Ansteuerung durchgeführt. Hierunter ist zu verstehen, dass durch den Aktor keine Messwerte erfasst werden. Somit kann ein besonders kostengünstiges Verfahren zur Geräuschreduzierung in einer Bremse bereitgestellt werden. Die mechanische Schwingung des Aktors im vorgegebenen Frequenzbereich, beispielsweise im Ultraschallbereich, kann Quietschen vollständig verhindern oder zumindest signifikant reduzieren. Ein Messen beziehungsweise Erfassen von Werten in der Bremse beziehungsweise im Bereich des Bremsbelages durch Verwendung des Aktors als Sensor ist für die Erzeugung des Ansteuersignals beziehungsweise der Anregung somit nicht zwingend erforderlich.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Es zeigen schematisch:
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1 eine perspektive Ansicht eines Bremsbelages,
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2 einen Aktor als Piezoelement,
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3 einen Aktor als Schichtaufbau aus mehreren Piezoelementen, und
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4 einen in einer Bremse angeordneten Bremsbelag mit Aktor und damit verbundenem Steuerungssystem.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Bremsbelages 100. Der Bremsbelag 100 weist einen Trägerkörper 10 in Form einer Reibbelagträgerplatte und einen an einer ersten Seitenfläche des Trägerkörpers 10 angeordneten Reibbelag 11 auf. An der dem Reibbelag 11 abgewandten Seitenfläche, nämlich der zweiten Seitenfläche, des Trägerkörpers 10 ist eine Dämpfungsplatte 16 angeordnet und fest mit dem Trägerkörper 10 verbunden.
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An der Dämpfungsplatte 16 ist ein Aktor 12 in Form eines Piezoelements 18a angeordnet. Das Piezoelement 18a ist dabei auf die Dämpfungsplatte 16 aufgeklebt. Über Anschlusselemente 13a, 13b ist das Piezoelement 18a zur Verbindung mit einem Steuerungssystem 300 (nicht in 1 gezeigt) kontaktiert.
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Der Aktor 12 ist dabei als Piezoelement 18a derart ausgebildet, dass bei Anregung mittels einer elektrischen Wechselspannung und/oder eines Rauschsignals das Piezoelement 18a in mechanische Schwingung versetzt wird, beziehungsweise eine mechanische Schwingung durch das Piezoelement 18a erzeugt wird, wodurch das Quietschen der Bremse 200 (nicht in 1 gezeigt) vermieden oder zumindest signifikant reduziert werden kann. Hierfür ist das Piezoelement 18a derart ausgebildet und wird derart mittels der elektrischen Wechselspannung und/oder eines Rauschsignals angesteuert, dass durch das Piezoelement 18a eine mechanische Schwingung mit einer Frequenz im Ultraschallbereich erzeugt wird.
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2 und 3 zeigen mögliche Ausgestaltungen eines Aktors 12. In 2 ist gezeigt, dass ein Aktor 12 beispielsweise aus einem flächig ausgebildeten Piezoelement 18a ausgebildet sein kann. Die Anschlusselemente 13a, 13b können über Elektroden 17a, 17b, 17c, 17d mit den Außenflächen des Piezoelementes 18a verbunden werden. Bei Anregung des Piezoelementes 18a mittels eines elektrischen Signals, nämlich einer elektrischen Wechselspannung und/oder eines Rauschsignals, wird aufgrund der inversierten Nutzung des Piezoeffektes eine mechanische Bewegung und eine hierdurch resultierende mechanische Schwingung erzeugt.
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In 3 ist ein Aktor 12 gezeigt, welcher aus einem Schichtaufbau aus einer Kaskadierung von mehreren Piezoelementen 18a, 18b, 18c ausgebildet ist. Hierfür ist auf eine erste Elektrode 17a ein erstes Piezoelement 18a aufgesetzt, beziehungsweise darauf angeordnet. Auf das erste Piezoelement 18a ist eine zweite Elektrode 17c angeordnet. Darauf ist wiederum ein weiteres Piezoelement 18b angeordnet. Auf dem weiteren Piezoelement 18b ist eine dritte Elektrode 17b und darauf ein drittes Piezoelement 18c angeordnet. Abschließend ist auf dem dritten Piezoelement 18c eine vierte Elektrode 17d angeordnet.
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Der gesamte Schichtaufbau ist mittels einer keramischen Ummantelung 19 ummantelt. Mittels der Elektroden 17a, 17b, 17c, 17d sind die Piezoelemente 18a, 18b, 18c miteinander elektrisch verbunden. Dabei sind die Elektroden 17a, 17b, 17c, 17d in einer elektrischen Parallelschaltung miteinander verschaltet. Jeweils zwei der Elektroden 17a, 17c sind mit einem ersten Anschlusselement 13b und die beiden anderen Elektroden 17b und 17d mit einem zweiten Anschlusselement 13a verbunden. Der Schichtaufbau könnte auch mehr als drei Piezoelemente 18a, 18b, 18c aufweisen.
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4 zeigt eine schematische Darstellung eines in einer Bremse 200 angeordneten Bremsbelages 100 mit daran angeordnetem Aktor 12. Der Aktor 12 ist über Anschlusselemente 13a, 13b mit einem Steuerungssystem 300 verbunden. Über das Steuerungssystem 300 wird der Aktor 12 angeregt, beziehungsweise mittels eines elektrischen Signals angesteuert.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Bremsbelag
- 200
- Bremse
- 300
- Steuerungssystem
- 10
- Trägerkörper
- 11
- Reibbelag
- 12
- Aktor
- 13a, 13b
- Anschlusselemente
- 14
- Andruckmittel
- 15
- Andruckbereich
- 16
- Dämpfungsplatte
- 17a, 17b, 17c, 17d
- Elektroden
- 18a, 18b, 18c
- Piezoelement
- 19
- Ummantelung
