DE10139686B4 - Piezoelektrischer Dehnungsaktuator - Google Patents
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Abstract
Piezoelektrischer
Dehnungsaktuator zur Vibrationsreduzierung in Strukturen, umfassend
einen Piezostapel (2) aus d33-Piezoelementen, welcher zwischen Abtriebselementen
(4) aufgenommen ist, die auf der Oberfläche einer Struktur (7) befestigt
sind, um in einen Abschnitt (D) der Struktur (7) Kräfte einzuleiten,
wobei die Aufsetzflächen
der Abtriebselemente (4) auf der Struktur (7) gegenüber entsprechenden
Endplatten (3) des Piezostapels (2) in Längsrichtung der Struktur (7)
beabstandet sind, und wobei die Abtriebselemente (4) von ihrer Anordnung an
der Endplatte (3) bis zum Ort der Krafteinleitung jeweils einen
Hebelarm (E, F) ausbilden, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens
ein Hebelarm (E, F) derart vergrößerbar oder
verkleinerbar ausgebildet ist, dass der Abstand (D) der Aufsetzflächen der
Abtriebselemente (4) veränderlich einstellbar
ist.
Description
- Die Erfindung betrifft einen piezoelektrischen Dehnungsaktuator gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und dem des Nebenanspruchs 8.
- Ein derartiger piezoelektrischer Dehnungsaktuator ist aus
DE 198 12 748 C1 bekannt, der zur Schwingungsisolierung, insbesondere zur Körperschallisolierung, in Reihe mit einem eine erste schwingende Struktur und eine zweite Struktur verbindenden Verbindungsteil geschaltet ist. - Zur Vibrationskontrolle und zur Beeinflussung von Vibrationen in Strukturen ist die Verwendung von d31-Piezoplatten oder d31-Piezosegmenten bekannt. d31-Piezoplatten nutzen die elastische Querkontraktion des piezoelektrischen Werkstoffes. Mehrere Piezoplatten oder -segmente werden nachfolgend kurz als Piezostapel bezeichnet. Ein Piezostapel wird von mehreren Piezoelementen, mindestens 2 Piezoelementen, gebildet. Mit den vorgenannten d31-Piezoelementen werden beispielsweise Dehnungen in Trägerstrukturen für Hubschraubergetriebe eingeleitet, um damit die Übertragung von Körperschall auf die Hubschrauberzelle zu unterdrücken. Dabei sind die d31-Piezoelemente entsprechend ihrer Dehnungsrichtung, die parallel zu der Oberfläche der d31-Elemente wirkt, flächig in die Oberfläche der Trägerstrukturen integriert; z.B. mittels einer Klebetechnik.
- Im Vergleich dazu wirkt die Dehnung in den bekannten d33-Piezoelementen senkrecht zur Oberfläche der Elemente, denn d33-Piezoplatten nutzen die Dehnung des piezoelektrischen Werkstoffes in Richtung des angelegten Feldes.
- Die
DE 198 13 959 A1 verfolgt das Ziel, eine Einrichtung zur Körperschallunterdrückung bereitzustellen, die die Übertragung von Maschinenvibrationen und -schwingungen durch eine Trägerstruktur auf eine Zellenstruktur eines Cockpits bei möglichst einfacher Bauweise und mit verhältnismäßig geringem Integrationsaufwand wirkungsvoller reduziert. DieDE 198 13 959 A1 lehrt, dass die Einrichtung zur Körperschallunterdrückung zumindest einen Piezoaktuator beinhaltet, der Schwingungen in die Trägerstruktur einleitet, um den Körperschall-Übertragungspfad auf die zu isolierende Struktur im Wesentlichen zu sperren und um die Schallerregung mittels der vorhandenen und erregten Systemmaßen des Schallerzeugers wirkungsvoller zu kompensieren. Diese technische Lehre ist nicht auf eine Anwendung im Hubschrauberbau eingeschränkt. Sie kann in allen Bereichen des Maschinenbaus eingesetzt werden, wo eine Einrichtung zur Körperschallunterdrückung notwendig wird. - Im Gegensatz zu anderen, bekannten Dehnungsaktuatoren realisiert der Piezoaktuator die Krafteinleitung nicht mehr annähernd punktuell in die Trägerstruktur, sondern über eine relativ große Oberfläche der Trägerstruktur. Die Trägerstruktur kann beispielsweise zwischen Hauptgetriebe eines Rotors und einer Zellenstruktur des Cockpits eines Hubschraubers angeordnet sein. Die Trägerstruktur wäre in diesem Fall als eine oder mehrere Streben (auch Getrie bestrebe genannt) ausgebildet. Der Piezoaktuator ist im Wesentlichen entlang des gesamten Umfangs der Strebe angeordnet und hat eine definierte Ausdehnung in der axialen Richtung der Strebe. Die Krafteinleitung vom Piezoaktuator nach
DE 198 13 959 A1 erfolgt über dessen Fläche. - Der Wirkungsgrad der Krafteinleitung ist dort durch die effektiv zu bedeckende Fläche der Strebe begrenzt.
- Zudem ist aus der Offenlegungsschrift
DE 196 50 900 A1 ein piezoelektrischer Aktuator bekannt, der zur Betätigung von Einspritzventilen an Verbrennungsmotoren in Kraftfahrzeugen vorgesehen ist, der ein federndes Vorspannelement aufweist, um gegen zerstörerische Zugspannungen geschützt zu sein. - Aus
DE 698 05 302 T2 ist zur Schwingungskontrolle ein Strukturelement mit einer Vorrichtung zum Verändern der Steifigkeit bekannt. - In
EP 0 488 232 A1 ist ein elektrostriktiver Aktuator beschrieben, der Elemente zur Verstärkung mechanischer Verschiebungen aufweist. - In
EP 0 926 387 A2 ist ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Dämpfen von Schwingungen in Turbomaschinen-Komponenten beschrieben. - Ferner ist aus WO 96/01503 A1 ein piezoelektrischer Aktuator zur Kompensation von Dreh- bzw. Torsionsbewegungen bekannt.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen piezoelektrischen Dehnungsaktuator für d33-Piezoelemente zu schaffen, mit dem sich Vibrationen in Strukturen aktiv und kontrollierbar unterdrücken lassen, wobei nicht nur der Wirkungsgrad der Krafteinleitung deutlich verbessert ist, sondern sich dieser auch gezielt steuern lässt.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 sowie alternativ durch die Merkmale des Nebenanspruchs 8 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
- Eine erfindungsgemäße Lösung beruht darauf, dass ein d33-Piezoelement in Form eines Stapels in einem mechanischen Rahmen eingespannt ist, der auf der Oberfläche der Struktur befestigt ist. Neben einer hohen spezifischen, mechanischen Leistung lässt sich mit dem erfindungsgemäßen Dehnungsaktuator auch ein guter Wirkungsgrad erzielen. Ebenfalls vorteilhaft ist die Aufbringung einer in den Aktuator integrierten, mechanischen Vorspannung, mit der sich die für Piezoelemente so kritischen Zugbelastungen vermeiden lassen. Optional können in den Rahmen Mittel integriert sein, mit denen sich vorteilhaft Hubübersetzungen oder Steifigkeitstransformationen erzielen lassen.
- Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Lösung gelingt es, eine Wirkungsgradverbesserung der Krafteinleitung für den Piezoaktuator zu erzielen, in dem der Abstand der Aufsetzflächen zweier Abtriebselemente eines Piezoaktuators gegenüber einer entsprechenden Endplatte des Piezostapels in axialer Richtung zum Strebenende deutlich erhöht ist. Die Abtriebselemente des mechani schen Rahmens bilden die Kraftübertragungsmittel vom Piezoaktuator zur Strebe. Der damit deutlich vergrößerte Strebenabschnitt zwischen den Aufsetzflächen der beiden Abtriebselemente besitzt eine geringere Steifigkeit, in dessen Folge für die Dehnung dieses Strebenabschnitts eine geringere Kraft ausreichend ist als bei einer vergleichbaren Anordnung eines Piezoaktuators, wo der Abstand der Aufsetzflächen der Abtriebselemente im Wesentlichen der Länge des Piezostapels entspricht. Das Piezoelement verwendet auch die d33-Piezoelemente.
- Anhand der Zeichnung werden nachstehend Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigt:
-
1 einen Dehnungsaktuator in geschnittener Ansicht, -
2 einen Dehnungsaktuator mit Hubübersetzung, -
3 eine alternative Ausführung eines Dehnungsaktuators mit Hubübersetzung, -
4 ein Schema einer Strebe mit axial beabstandeten Abtriebselementen eines Piezoaktuators, -
5 einen Ausschnitt einer Strebe mit manschettenförmigen Abtriebselementen eines Piezoaktuators, und -
6 alternative Ausgestaltung des Abtriebselements mit Aussparungen. - Der in
1 gezeigte Dehnungsaktuator1 ist auf der Oberfläche einer Struktur7 starr befestigt und besteht aus einem d33-Piezostapel2 , zwei Endplatten3 , zwei Abtriebselementen4 und einem Vorspannelement6 . - Der d33-Piezostapel
2 ist so in seinem mechanischen Rahmen angeordnet, dass seine Ausdehnungsrichtung parallel zur Oberfläche der Struktur7 verläuft, in welche der Dehnungsaktuator1 seine piezoelektrisch erzeugten Dehnungen überträgt. Der d33-Piezostapel beansprucht 1/3 des Materialvolumens eines d31-Piezostapels für eine gleichwertige aktive Dehnung. - Im Ausführungsbeispiel der
1 ist der mechanische Rahmen aus den beiden auf der Struktur7 starr befestigten Abtriebselementen4 gebildet. Dazu sind die Abtriebselemente4 so auf der Oberfläche der Struktur7 befestigt, dass ihre Abtriebsfläche5 parallel zu der jeweiligen Endplatte3 des Piezostapels2 ausgerichtet ist. Die Befestigung der Abtriebselemente4 auf der Struktur7 kann mittels bekannten Verbindungstechniken erfolgen; beispielsweise mittels Kleben. - Die Abtriebselemente
4 können mit ihrer Befestigungsfläche verschieden gekrümmten oder ebenen Strukturoberflächen angepasst sein. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Struktur ein Rohr mit einer kreisförmig gekrümmten Oberfläche. Die Länge des Piezoaktuators entspricht der Länge des zu dehnenden Strebenabschnitts. - Der Piezostapel
2 ist zwischen seinen zwei Endplatten3 aufgenommen und mit einem Vorspannelement6 auf mechanischer Druckvorspannung gehalten. - Mögliche auf den Dehnungsaktuator
1 einwirkende, schädigende Zugbelastungen werden von dieser Druckvorspannung kompensiert und können dadurch nicht auf den Piezostapel2 einwirken. - Das Vorspannelement
6 kann beispielsweise – wie im Ausführungsbeispiel der1 symbolisch angedeutet ist – mit einer oder mehreren mechanisch wirkenden Zugfedern realisiert sein. Es ist aber auch möglich, die Endplatten3 als elastische Platten auszubilden und den Piezostapel2 mit zusammengedrückten Endplatten3 unter Druckvorspannung in den mechanischen Rahmen einzusetzen. - Der in
2 gezeigte Dehnungsaktuator1 mit Hubübersetzung entspricht dem vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispiel bis auf die nachfolgend genannten Abweichungen. Die Endplatten3 des Piezostapels2 sind nicht direkt, sondern über einen biegeweichen Drucksteg8 mit den Abtriebsflächen5 der Abtriebselemente4 verbunden und die Abtriebselemente4 weisen einen nach innen einseitig offenen, parallel zur Oberfläche der Struktur7 verlaufenden Schlitz9 auf. Weiterhin sind die beiden Abtriebselemente4 mit einer dehnungssteifen Abstützstange11 starr miteinander verbunden, die jeweils an das freie Ende10 der Abtriebselemente4 angreift. Anstelle von einer Abstützstange11 können auch zwei parallele Abstützstangen11 beidseitig zum Piezostapel2 angeordnet verwendet werden, wie es2 mit einer in der Zeichnung erkennbaren Abstützstange11 entnehmbar ist. - Die biegeweichen Druckstege
8 , Schlitze9 und Abstützstange11 bilden an jedem Abtriebselement4 drei Gelenke "a", "b" und "c", um die sich Hebelabschnitte der Abtriebselemente4 drehen können und eine Hubübersetzung in dem Dehnungsaktuator1 erzeugen. -
3 zeigt einen Dehnungsaktuator mit Hubübersetzung in einer zu2 alternativen konstruktiven Ausführung der Abtriebselemente4 und Gelenke "a", "b" und "c". Die Wirkung von Hebelabschnitten um die Gelenke "a", "b" und "c" entspricht im Prinzip dem vorangehend zu2 beschriebenen Ausführungsbeispiel. - Die Abtriebselemente
4 sind hier mit einem im Gelenk "a" gelagerten Hebel12 ausgebildet. Mit einem ersten Hebelabschnitt13 beabstandet vom Gelenk "a" ist auf dem Hebel12 das Gelenk "b" angeordnet, an welches der Piezostapel2 mit einem Abtriebssteg14 angreift. - Mit einem zweiten Hebelabschnitt
15 beabstandet vom Gelenk "b" ist auf dem Hebel12 Gelenk "c" angeordnet. An Gelenk "c" greift die Abstützstange11 an. -
4 zeigt schematisch eine Strebe16 . Die Strebe kann beispielsweise ein Stahlrohr mit einer jeweils an dem Ende angeschweißten Befestigungsöse sein. Solch eine Strebe wird beispielsweise in 4-facher Ausführung verwendet, um das Hauptgetriebe des Rotors eines Hubschraubers mit der Zellenstruktur des Cockpits des Hubschraubers zu verbinden. Das Hauptgetriebe befindet sich dabei oberhalb der Decke der Zellenstruktur des Cockpits. Die Verbindung zwischen beiden erfolgt an 4 Orten durch jeweils eine Strebe16 . Das Hauptge triebe des Rotors ist eine der Hauptquellen für die Lärmerzeugung im Cockpit. Da die Strebe16 an der Schnittstelle zwischen Hauptgetriebe und Zellenstruktur sitzt, ist es zweckmäßig, an der Strebe elastische Form-änderungen zu erzeugen, die die über die Strebe eingeleiteten Kräfte im Wesentlichen kompensieren können. Dies erfolgt beispielsweise durch eine steuerbare Formänderung (Dehnung oder Kontraktion) der Strebe16 in ihrer axialen Richtung X. Die gesteuerte, elastische Formänderung wird durch den Piezoaktuator17 realisiert, der in einem bestimmten Abschnitt D der Strebe eine Formänderung, insbesondere eine Längenänderung in axialer Richtung X veranlasst. Auch bei der Strebe16 nach4 sind je Piezostapel zwei Abtriebselemente18 ,19 angeordnet. Die Abtriebselemente18 ,19 sind jedoch nicht unmittelbar nach der Endplatte20 ,21 eines Piezostapels22 mit der Oberfläche der Strebe16 verbunden, sondern die Aufsetzflächen23 ,24 der Abtriebselemente18 ,19 sind in axialer Richtung X gegenüber der Endplatte20 ,21 des Piezostapels22 beabstandet. Der Piezostapel22 muss nicht unmittelbar auf der Oberfläche der Strebe anliegen. An der Aufsetzfläche23 ,24 wird die vom Piezostapel22 erzeugte Kraft auf die Strebe16 eingeleitet. Diese Kraft erzeugt eine elastische Formänderung in einem Abschnitt D der Strebe16 zwischen den beiden Aufsetzflächen23 ,24 . - Der Abschnitt D entlang des Strebenumfangs umfasst die zutreffende abschnittsweise, räumliche Struktur der Strebe, kurz Abschnitt D genannt. Die dortige elastische Formänderung kompensiert die Vibrationskraft in der Strebe
16 , und zwar im Bereich der Schnittstelle Strebe-Zellenstruktur. - Der piezoelektrische Dehnungsaktuator
17 wird aus d33-Piezoelementen gebildet, die zu einem Piezostapel22 angeordnet sind. Die beiden Enden des Piezostapels22 werden durch Endplatten20 ,21 begrenzt. An diesen Endplatten20 ,21 sind die Abtriebselemente18 ,19 angeordnet. Der Ort der Krafteinleitung eines Abtriebselements18 ,19 auf der Strebe16 ist gegenüber der Endplatte20 ,21 in axialer Richtung X hin zur Befestigungsöse160 ,161 beabstandet. Die Gewinnung eines solchen Abstandes ist verbunden mit der Gewinnung eines beidseitig an den Endplatten des Piezostapels angreifenden Hebelarmes. Je ein Hebelarm E, F wird gebildet durch das Abtriebselement18 ,19 . Die Hebelarme E, F vergrößern den Abschnitt D um deren Länge, denn ursprünglich entsprach der Abschnitt D nur der Länge des Piezostapels. - Die bei einer Ansteuerung des piezoelektrischen Dehnungsaktuators beispielsweise erzeugte Zugkraft wird über die Abtriebsfläche der Abtriebselemente in die Strebe eingeleitet. Der zwischen den Abtriebsflächen
23 ,24 liegende Abschnitt D der Strebe16 wird somit einer gesteuerten Formänderung in axialer Richtung X ausgesetzt. Dabei handelt es sich um eine elastische Formänderung. Gegenüber der vorangehend beschriebenen Lösung nutzt diese alternative Lösung die geringere Steifigkeit eines vergrößerten Strebenabschnittes. Damit wird der Wirkungsgrad der Krafteinleitung eines Piezoaktuators17 deutlich erhöht. Es wird somit möglich, einen deutlich kleineren Piezostapel einzusetzen, ohne einen Wirkungsgradverlust hinnehmen zu müssen. - In Abhängigkeit einer Anordnung der Piezostapel entlang des Umfangs der Strebe kann eine vielachsige Beeinflussung der Formänderung des bezeichneten Abschnitts D der Strebe
16 gesteuert werden. - Die in
4 gezeigte Anordnung kann beispielsweise auch in den Innenraum einer rohrförmigen Strebe angeordnet werden. - Wie
4 weiterhin zeigt, wird diese elastische Formänderung des Abschnitts D mittels einer Regeleinrichtung25 geregelt. Die Regeleinrichtung hat im Bereich jedes Abtriebselements18 ,19 vorzugsweise in Nähe der Aufsetzfläche23 ,24 einen Sensor26 , der ein Signal über die quantitative Größe der vorliegenden Vibrationskräfte ermittelt und an die Regeleinrichtung liefert. Die Regeleinrichtung25 regelt den Piezostapel22 so, dass vom Piezostapel eine Kraft erzeugt und über die Abtriebselemente18 ,19 auf die Strebe16 eingeleitet wird, zur Erzeugung einer elastischen Formänderung des Strebenabschnitts D. - Der Abstand D zwischen den Aufsetzflächen
23 ,24 kann veränderlich einstellbar gemacht werden, indem mindestens ein Hebelarm E, F vergrößerbar und verkleinerbar ausgebildet ist. - Die voranstehenden Erläuterungen gelten analog für den Piezoaktuator
170 in4 mit den Abtriebselementen180 ,190 und den Piezostapel220 mit den Endplatten200 ,210 . -
5 zeigt ausschnittsweise ein Ausführungsbeispiel für eine Strebe30 , wobei die beiden Befestigungsösen an den Enden der Strebe30 nicht dargestellt sind. -
5 zeigt drei Piezostapel31 ,32 ,33 , die mit den Abtriebselementen35 ,36 einen Piezoaktuator34 bilden. Diese Piezostapel31 ,32 ,33 sind beispielsweise um 120° gegeneinander versetzt. Jeder der Piezostapel kann gegenüber der Oberfläche der Strebe beabstandet sein. Sie können jedoch auch auf der Oberfläche der Strebe30 angeordnet sein. Ersteres wird im Beispiel gezeigt. - Die axiale Achse der Piezostapel ist in Richtung der axialen Achse X der Strebe
30 ausgerichtet. Jeder der Piezostapel ist zwischen zwei Abtriebselementen35 ,36 angeordnet. Die beiden je einen Piezostapel31 ,32 ,33 greifenden Abtriebselemente35 ,36 haben jeweils eine Ringfassung37 ,38 ausgebildet, die die Strebe30 form- und kraftschlüssig entlang deren Umfangsfläche umschließt. Ausgehend von der Ringfassung37 ,38 öffnet sich das Abtriebselement35 ,36 glockenförmig wie eine Manschette, die vom Rand der Ringfassung beginnend bis zu ihrem ringförmigen Rand von der Strebe beabstandet ist. Diese Gestalt wird als ringförmige Manschette39 ,40 bezeichnet. Auf dem Rand41 der Manschette39 liegt jeweils ein Ende der Piezostapel31 ,32 ,33 auf. Das jeweils andere Ende der drei Piezostapel31 ,32 ,33 liegt am Rand42 der Manschette40 auf. - Die Ringfassung
37 ,38 der Manschette39 ,40 ist von ausreichender Steifigkeit und Festigkeit, die einer Aufsetzfläche370 ,380 entspricht, die kraft- und form schlüssig in Umfangsrichtung mit der Oberfläche der Strebe30 verbunden ist. Über die Aufsetzfläche370 ,380 erfolgt die Einleitung der von den Piezostapeln31 ,32 ,33 erzeugten Kräfte. Ein solches konstruktiv ausgebildetes Abtriebselement35 ,36 gestattet eine Wirkung in einer Vielzahl von Raumachsen. Es bestehen somit variablere Gestaltungsmöglichkeiten der Krafteinleitung in die Strebe30 . Die Kräfte und Biegemomente, die in die Strebe30 eingeleitet werden, können zu einer Auslenkung in longitudinaler (axialer) Richtung, zu einer lateralen Biegeauslenkung in einer beliebigen Richtung als auch zur Torsion der Strebe30 eingesetzt werden. - Diese elastische Formänderung betrifft auch bei der Strebe
30 einen Strukturbereich entlang des Abschnitts D. - Durch die Verwendung von mindestens zwei um die Strebe angeordneten Piezostapeln kann, bei geeigneter Ansteuerung der einzelnen Piezostapel, die Strebe in longitudinaler und lateraler Richtung ausgelenkt werden. Eine entsprechende Steuer- oder Regeleinrichtung ist bei
5 nicht dargestellt. - Es ist auch möglich, durch schräges Einsetzen der Piezostapel, d.h. eine zur Längsachse X der Strebe
30 gekippte Anordnung mindestens eines Piezostapels, eine Torsionskraft einzuleiten. -
6 zeigt eine mögliche weitere Ausgestaltung eines Abtriebselements. Es wird ein einzelnes Abtriebselement360 ohne Strebe und ohne Piezostapel gezeigt. Das Abtriebselement360 wird in Richtung der axialen Achse X einer Strebe geführt und mittels ihrer Ringfassung390 an der Oberfläche der Strebe befestigt. An der Ringfassung ist eine Manschette400 ausgebildet. Diese Manschette400 weist Aussparungen401 auf, so dass Gewicht des Abtriebselements gespart werden kann. Die Manschette400 hat beispielsweise drei Arme ausgebildet, die zueinander im Winkel von 120° angeordnet sein können. Diese drei Arme der Manschette400 werden an ihrem Ende durch einen Ring420 verbunden und begrenzt. Dieser Ring420 bildet den Rand der Manschette400 . Auf dem Rand der Manschette wird jeweils ein Ende eines Piezostapels angeordnet. - Nach einer weiteren Ausgestaltung (nicht dargestellt) ist es auch möglich, ein Abtriebselement
360 partiell in Teilabtriebselemente zu unterteilen. Hierzu werden in einer Richtung entlang des Umfangs einer Strebe segmentweise nacheinander Teilabtriebselemente formschlüssig miteinander angeordnet und verbunden. Bei Blickrichtung in X-Achse ist ein Abtriebselement in einzelne (keilförmige) Segmente teilbar, die um die X-Achse angeordnet sind. Somit wird das Abtriebselement segmentweise aus Teilabtriebselementen zusammengesetzt. Beispielsweise das Abtriebselement nach5 könnte bei drei Piezostapeln aus drei Teilabtriebselementen zusammengesetzt sein. Diese Anordnung von Teilabtriebselementen ist eine einfache Möglichkeit zum Nachrüsten einer bereits installierten Strebe am Hubschrauber. - Eine solche Anordnung ermöglicht es, die vom Hauptgetriebe ausgehenden Vibrationen gegenüber der Zellenstruktur des Cockpits eines Hubschraubers in effizienter Weise für den Piloten und die Passagiere spürbar zu reduzieren.
Claims (12)
- Piezoelektrischer Dehnungsaktuator zur Vibrationsreduzierung in Strukturen, umfassend einen Piezostapel (
2 ) aus d33-Piezoelementen, welcher zwischen Abtriebselementen (4 ) aufgenommen ist, die auf der Oberfläche einer Struktur (7 ) befestigt sind, um in einen Abschnitt (D) der Struktur (7 ) Kräfte einzuleiten, wobei die Aufsetzflächen der Abtriebselemente (4 ) auf der Struktur (7 ) gegenüber entsprechenden Endplatten (3 ) des Piezostapels (2 ) in Längsrichtung der Struktur (7 ) beabstandet sind, und wobei die Abtriebselemente (4 ) von ihrer Anordnung an der Endplatte (3 ) bis zum Ort der Krafteinleitung jeweils einen Hebelarm (E, F) ausbilden, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Hebelarm (E, F) derart vergrößerbar oder verkleinerbar ausgebildet ist, dass der Abstand (D) der Aufsetzflächen der Abtriebselemente (4 ) veränderlich einstellbar ist. - Dehnungsaktuator nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Piezostapel (
2 ) mittels eines Vorspannelementes (6 ) eine mechanische Druckspannung ausgeübt ist. - Dehnungsaktuator nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorspannelement (
6 ) aus einer oder mehreren mechanischen Zugfedern besteht. - Dehnungsaktuator nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorspannelement (
6 ) aus elastischen Endplatten (3 ) besteht, die den in die Abtriebselemente (4 ) unter Druck eingesetzten Piezostapel (2 ) begrenzen. - Dehnungsaktuator nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in den Dehnungsaktuator (
1 ) eine Hubübersetzung integriert ist. - Dehnungsaktuator nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzielung der Hubübersetzung in den Abtriebselementen (
4 ) ein nach innen einseitig offener, parallel zur Oberfläche der Struktur (7 ) verlaufender Schlitz (9 ) und jeweils ein biegeweicher Drucksteg (8 ) zwischen den Endplatten (3 ) des Piezostapels (2 ) und den Abtriebsflächen (5 ) der Abtriebselemente (4 ) integriert ist. - Dehnungsaktuator nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzielung der Hubübersetzung die Abtriebselemente (
4 ) jeweils mit einem gelenkig gelagerten Hebel (12 ) ausgebildet sind, dass nach einem ersten Hebelabschnitt (13 ) der Piezostapel (2 ) mit einem Abtriebssteg (14 ) jeweils gelenkig gelagert an den Hebel (12 ) angreift und dass nach einem zweiten Hebelabschnitt (15 ) jeweils die Abstützstange (11 ) gelenkig gelagert an den Hebel (12 ) angreift. - Piezoelektrischer Dehnungsaktuator zur Vibrationsreduzierung in Strukturen, wobei mindestens ein Piezoaktuator (
17 ,170 ) an einer Strebe (16 ;30 ) angeordnet ist, wobei der Piezoaktuator (17 ,170 ) mindestens einen Piezostapel (22 ,220 ;31 ,32 ,33 ) aus d33-Piezoelementen aufweist, der zwischen Abtriebselementen (18 ,19 ,180 ,190 ;35 ,36 ) aufgenommen ist, die auf der Oberfläche der Strebe (16 ;30 ) befestigt sind, wobei der Piezoaktuator (17 ,170 ) an einem Abschnitt (D) der Strebe eine steuerbare Kraft zur elastischen Formänderung dieses Abschnittes der Strebe einleitet, wobei die Aufsetzflächen (23 ,24 ,230 ,240 ;370 ,380 ) der Abtriebselemente (18 ,19 ,180 ,190 ;35 ,36 ) auf der Strebe gegenüber entsprechende Endplatten des Piezostapels (22 ,220 ;31 ,32 ,33 ) in axialer Richtung (X) beabstandet sind, und wobei die Abtriebselemente (18 ,19 ,180 ,190 ;35 ,36 ) von ihrer Anordnung an einer Endplatte bis zum Ort der Krafteinleitung jeweils einen Hebelarm (E, F) ausbilden, dadurch gekennzeichnet, dass die Strebe (16 ;30 ) das Hauptgetriebe eines Hubschrauberrotors mit einer Zellenstruktur des Cockpits verbindet und dass mindestens ein Hebelarm (E, F) derart vergrößerbar oder verkleinerbar ausgebildet ist, dass der Abstand (D) der Aufsetzflächen (23 ,24 ,230 ,240 ;370 ,380 ) der Abtriebselemente (18 ,19 ,180 ,190 ;35 ,36 ) veränderlich einstellbar ist. - Dehnungsaktuator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebselemente (
35 ,36 ) manschettenförmig ausgebildet sind. - Dehnungsaktuator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den manschettenförmig ausgebildeten Abtriebselementen (
35 ,36 ) die Piezostapel (31 ,32 ,33 ) um 120 ° zueinander versetzt angeordnet sind - Dehnungsaktuator nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Manschette (
400 ) des Abtriebselements (360 ) Aussparungen (401 ) aufweist. - Dehnungsaktuator nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtriebselemente (
18 ,19 ,180 ,190 ;35 ,36 ) in einer Umfangsrichtung der Strebe aus Teilabtriebselementen zusammengesetzt sind, so dass eine Nachrüstung einer bereits angeordneten Strebe möglich ist.
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