DE102004056754A1

DE102004056754A1 - Piezoelektrisches Biegeelement

Info

Publication number: DE102004056754A1
Application number: DE102004056754A
Authority: DE
Inventors: Günther Strasser; Jochen Schaible
Original assignee: Hoerbiger Automatisierungstechnik Holding GmbH
Current assignee: Hoerbiger Automatisierungstechnik Holding GmbH
Priority date: 2004-11-24
Filing date: 2004-11-24
Publication date: 2006-06-01

Abstract

Ein piezoelektrisches Biegeelement für sowohl Aktorik und/oder Sensorik besteht aus zumindest zwei miteinander verbundenen Materiallagen (1, 2), wobei das Biegeelement in im wesentlichen ebener Form vorliegt und die Berührfläche der Lagen (1, 2) im wesentlichen eben oder nur geringgradig gekrümmt ist. DOLLAR A Um bei geringen Außenabmessungen einen möglichst großen Arbeitshub zu erzielen, ohne das Biegeelement (P) bzw. die Verbindung von dessen Teilen mechanisch zu großen Belastungen auszusetzen, ist vorgesehen, daß jede Lage (1, 2) in einer in der Ebene der Berührfläche der Lagen (1, 2) geometrisch kompakt gewickelten, beliebigen Bandform vorliegt.

Description

Die Erfindung betrifft ein piezoelektrisches Biegeelement für sowohl Aktorik und/oder Sensorik, bestehend aus zumindest zwei miteinander verbundenen Materiallagen, wobei das Biegeelement in im wesentlichen ebener Form vorliegt und die Berührfläche der Lagen im wesentlichen eben oder nur geringgradig gekrümmt ist, einen Trägerelement-Rohling, ein Piezokeramikelement, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen Biegeelementes, umfassend das Aufbringen von zumindest einem Piezokeramikelement mit einer im wesentlichen ebenen Fläche auf zumindest eine weitere Lage, welche ein vorzugsweise aus Metall, Keramik, Kunststoff, Glas- oder Kohlefaser bestehendes, Trägermaterial mit einer im wesentlichen ebenen Fläche oder ein weiteres Piezokeramikelement ist.
Piezoelektrische Biegeelemente liegen üblicherweise in einer im wesentlichen ebenen und langgestreckten Bauform vor. Damit erlauben diese Biegeelemente eine sehr flache Bauweise der sie enthaltenden Bauteile, welche beispielsweise Schalter, Ventile, usw. sein können. Nun ist aber der Arbeitshub dieser Biegeelemente begrenzt und zum Erzielen eines größeren Arbeitshubs sind Biegeelemente sehr großer Länge erforderlich, so daß der Nachteil der flachen Bauweise durch die große Länge wieder zunichte gemacht wird.

Als Lösungsansätze für Biegeelemente mit großem Hub wurden daher andere geometrische Formen für piezoelektrische Biegeelemente vorgeschlagen, wie etwa ein spiralförmiger Aktuator (Applied Physics Letters Vol 75(16) pp. 2488–2490). Dieses Biegeelement liegt in Form einer Spirale vor, die im Zentrum fixiert ist, deren äußeres, freies Ende für die Betätigung beispielsweise von Ventilelementen mit großem Hub nutzbar ist, wobei die Verbindungsfläche von Trägermaterial und Piezokeramik ebenfalls spiralförmig ist und senkrecht zur Ebene der Spiralwindungen orientiert ist. Damit, und durch die notwendigen großen Zwischenräume zwischen den Spiralwindungen ist aber auch ein relativ hoher Platzbedarf gegeben. Ähnliches gilt auch für die mäanderförmigen piezoelektrischen Aktoren, wie sie etwa in IEEE Trans. on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control, UFFC-38, 454 beschrieben sind.

Eine andere Ausführungsform eines piezoelektrischen Aktuators ist jene einer flachen, piezokeramischen Scheibe, auf welche spiralförmige Elektroden aufgebracht wurden sind. Diese Scheibe wölbt sich beim Anlegen einer Spannung kuppelförmig auf, wobei aber der Arbeitshub sehr begrenzt bleibt und mit den Nachteilen geringen Wirkungsgrades sowie hoher nachteiliger Scherkräfte in den übereinander liegenden Verbindungsschichten einhergeht.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein piezoelektrisches Biegeelement anzugeben, welches bei geringen Außenabmessungen einen möglichst großen Arbeitshub aufweist, ohne das Biegeelement selbst bzw. die Verbindungen zwischen seinen Teilen mechanisch zu großen Belastungen auszusetzen. Eine weitere Aufgabe ist ein vorteilhaftes Herstellungsverfahren für ein derartiges Biegeelement.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß jede Lage in einer in der Ebene der Berührfläche der Lagen geometrisch kompakt gewickelten, beliebigen Bandform vorliegt. Damit ist sichergestellt, daß jede Auslenkung im wesentlichen senkrecht auf die Ebene stattfindet, in welcher die Wicklungen des Biegeelementes liegen, Dies ist ganz im Gegensatz zu den bekannten, spiralförmigen piezoelektrischen Aktoren, deren Auslenkungsrichtung in der Ebene der Wicklungen liegt. Der Begriff „geometrisch kompakt gewickelte Bandform" umfasst alle Anordnungen, bei welchen die zusammenhängende Länge des Biegeelementes größer, vorzugsweise wesentlich größer, ist als dessen Breite entlang dieser zusammenhängenden Länge und auch als jede Gesamt-Länge oder Gesamt-Breite des Biegeelementes, d.h. größer als jede Außenabmessung des Biegeelementes, Diese Geometrie des Biegeelements bietet eine maximale Auslenkung, die nahezu einem geraden Biegewandler mit der Länge der abgewickelten Bandform entspricht und die daher auch die einzelnen Längsabschnitte des Biegeelementes mechanisch nicht mehr beansprucht als bei einem geraden Biegeelement. Außer der ebenen Berührfläche besteht für die zusammengefügten Einzelteile des Biegeelementes keinerlei prinzipielle geometrische Vorgabe, so daß sie in im wesentlichen beliebiger Formen ausgeführt sein können, beispielsweise unter Ausbildung von gezielten Dickenunterschieden in manchen Bereichen.

Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung sind zumindest zwei aneinandergrenzende Lagen durch Piezokeramikelemente gebildet.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist zumindest eine Lage durch ein Trägermaterial, beispielsweise aus Metall, und zumindest eine angrenzende Lage durch zumindest ein Piezokeramikelement gebildet.

Eine erste geometrisch kompakte Bandform, die vorteilhafterweise im Rahmen der Erfindung zur Anwendung kommt, sieht vor, daß die Lagen mäanderförmig vorliegen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Lagen spiralförmig vorliegen. Dabei kann der auslenkende Betätigungsbereich zentral angeordnet werden, was bei aus rotatorischen oder spiegelsymmetrischen Elementen aufgebauten Systemen auch eine konzentrische Anordnung des piezoelektrischen Betätigungselementes gestattet.

Eine spezielle Form dieser Geometrie sieht vor, daß die Lagen in Form einer Spirale mit sich stetig verändernder Krümmung vorliegen.

Vorteilhafterweise liegen alle Lagen in Ruhe in ebener Form vor und sind bei Anlegen einer Spannung auslenkbar. Ein derartiges Biegeelement ist besonders einfach in der Fertigung und auch beim Einbau leicht handhabbar.

Eine andere Ausführungsform kann dadurch gekennzeichnet sein, daß alle Lagen in Ruhe gekrümmt vorliegen und bei Anlegen einer Spannung eine ebene Form annehmen.

Eine einfach herzustellende geometrische Form des erfindungsgemäßen Biegeelementes ist dadurch gekennzeichnet, daß die Lagen in Form von geraden oder gekrümmten, sich aneinander anschließenden Abschnitten, vorzugsweise geraden Strecken oder Bogensegmenten, vorliegen.

Eine erhöhte Flexibilität in Ansteuerung und damit weite Variation von Hub und/oder Betätigungskraft kann durch eine erfindungsgemäße Ausführungsform erzielt werden, bei welcher einzelne Teilbereiche separat ansteuerbar sind.

Um die Einspannung des erfindungsgemäßen Biegeelementes zu erleichtern, sind gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform freie, nicht piezoaktive Bereiche für zumindest eine der Lagen, beispielsweise das Trägerelement, vorgesehen.

Vorteilhafterweise können in den freien Bereichen Fängerbohrungen oder Befestigungsstrukturen vorgesehen sein, die zur genauen Positionierung für den Fertigungsprozess, allfällige Schneidvorgänge und auch für den Einbau in einem beliebigen Gerät dienen.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß eine der Lagen mit Strukturen zur Verbindung mit bzw. Fixierung zumindest einer der anderen Lagen oder anderer Elemente versehen ist.

Die erfindungsgemäße Geometrie der Biegeelemente lässt eine vorteilhafte Ausführungsform für eine Biegeelementanordnung zu, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß zumindest zwei Biegeelemente gemäß zumindest einem der vorhergehenden Absätze seriell angeordnet sind, wobei der auslenkende Abschnitt eines Biegeelementes als Befestigungsstelle des Befestigungsabschnitts des zweiten Biegeelementes ist. Damit ergibt sich eine Addierung des Arbeitshubs der Biegeelemente.

Eine andere erfindungsgemäße Ausführungsform sieht zur Erreichung einer Kraftaddition vor, daß zumindest zwei Biegeelemente gemäß zumindest einem der obigen Absätze seriell angeordnet sind, wobei die Befestigungsabschnitte zweier Biegeelemente verbunden sind oder sich am gleichen Ende abstützen.

Andererseits können die zumindest zwei Biegeelemente gemäß zumindest einem der obigen Absätze auch parallel zueinander angeordnet sein und einen gemeinsamen freien, nicht piezoaktiven Bereich aufweisen. Auch in diesem Fall kann eine Addition der Kräfte der einzelnen Biegeelemente erzielt werden, wenn sie auf das gleiche Element einwirken. Aber auch eine reine geometrische Anordnung nebeneinanderliegender Biegeelemente ist möglich, die jeder für sich auf separate Elemente einwirken und nur zur Vereinfachung bei Herstellung und Einbau gemeinsam handhabbar sind.

Wenn zur Herstellung des Biegeelementes ein Trägermaterial-Rohling verwendet wird, der erfindungsgemäß durch eine geometrisch kompakt gewickelte, beliebige Bandform, vorzugsweise eine spiralförmige Ausführung gekennzeichnet ist, kann das Freischneiden der mit diesem Trägermaterial verbundenen, vorzugsweise verklebten Piezokeramik wesentlich erleichtert werden.

Natürlich kann auch bereits ein Piezokeramikelement verwendet werden, das durch eine Ausführung in geometrisch kompakt gewickelter, beliebiger Bandform, vorzugsweise in Form einer Spirale oder eines Teilabschnittes davon, vorgefertigt worden ist.

Zur Lösung der zweiten Aufgabe der Erfindung ist das Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen Biegeelementes dadurch gekennzeichnet, daß das Piezokeramikelement und die weitere Lage an ihren ebenen Flächen verbunden werden und das Piezokeramikelement anschließend an das Verbinden mit der zweiten Lage zu einer geometrisch kompakt gewickelten, beliebigen Bandform, beispielsweise mäander- oder spiralförmig, ausgeschnitten wird. Bei der Verbindung beider Teile liegt noch eine durchgehende Fläche vor, was die Herstellung der Verbindung, beispielsweise den Klebstoffauftrag, wesentlich erleichtert.

Alternativ dazu kann auch erfindungsgemäß vorgesehen sein, daß das Piezokeramikelement vor dem Aufbringen auf die andere Lage ausgeschnitten oder über ein geeignetes Herstellungsverfahren, vorzugsweise Spritzguss oder Freiformsintern, in einer geeigneten geometrisch freigeschnittenen beliebigen Form hergestellt wird.

Bei beiden genannten Verfahrensvarianten ist vorteilhafterweise vorgesehen, daß auch die zweite Lage anschließend an das Verbinden mit dem Piezokeramikelement zu einer geometrisch kompakt gewickelten, beliebigen Bandform ausgeschnitten wird.

Natürlich könnte auch eine Ausführungsvariante zur Anwendung kommen, bei welcher die zweite Lage vor dem Verbinden mit dem Piezokeramikelement ausgeschnitten oder über ein geeignetes Herstellungsverfahren in einer geometrisch freigeschnittenen beliebigen Form hergestellt wird.

In der nachfolgenden Beschreibung soll die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden.
Dabei zeigt die 1 ein erfindungsgemäßes Biegeelement in einer ersten Ausführungsform, 2 ist eine Darstellung einer alternativen Ausführungsform, 3 zeigt zwei Biegeelemente in serieller Anordnung, und 4 zeigt vier Biegeelemente auf einem gemeinsamen Träger.
Das in den 1 und 2 dargestellte piezoelektrische Biegeelement P, beispielsweise als Antrieb für pneumatische Steuersysteme oder als piezoelektrischer Sensor eingesetzt, besteht beispielsweise in einer möglichen Ausführungsform aus einer Lage eines Trägermaterials 1 mit zumindest einer ebenen und flachen Oberfläche, auf welche zumindest einseitig eine zweite Lage mit zumindest einem Piezokeramikelement 2 mit einer ebenfalls im wesentlichen ebenen Berührfläche zum Trägermaterial 1 aufgebracht ist. Das Trägermaterial 1 ist beispielsweise aus Metall, Keramik, Glas oder Kohlefaser angefertigt. Es sind aber genauso gut Konstruktionen mit zwei oder mehreren Lagen von Piezokeramikelementen 2 oder beliebige andere Kombinationen von piezoaktiven und neutralen Lagen möglich, die in erfindungsgemäßer kompakt gewickelter bandförmiger Geometrie vorliegen.
Sowohl das Trägermaterial 1 als auch das Piezokeramikelement 2 liegen in den dargestellten Ausführungsbeispielen beispielhaft in spiralförmiger Geometrie vor, wobei das Piezokeramikelement 2, welches auch aus mehreren separaten Abschnitten bestehen kann, mit Ausnahme der ebenen Berührfläche zum Trägermaterial 1 im Prinzip beliebig gestaltet sein kann, was vice-versa auch auf das Trägermaterial 1 zutrifft.
Die Achse der von Trägermaterial 1 und Piezokeramikelement 2 gebildeten z.B. spiralförmigen Struktur ist an jeder Stelle im wesentlichen senkrecht auf die Berührfläche zwischen Trägermaterial 1 und Piezokeramik 2. Dies ermöglicht ein Biegeelement P mit großer wirksamer Länge auf sehr geringer Fläche, mit welchem dennoch sehr große Auslenkungen erreichbar sind.
Die in 1 dargestellte Ausführungsform ist eine Spirale mit sich stetig verändernder Krümmung, in welcher Form sowohl das Trägermaterial 1 als auch das Piezokeramikelement 2 vorliegen. Wie aus 2 hervorgeht, kann die spiralförmige Struktur des erfindungsgemäßen Biegeelementes P auch in einer Form vorliegen, in welcher das Trägermaterial 1 und/oder das Piezokeramikelement 2 aus geraden, allenfalls auch gekrümmten, sich aneinander anschließenden Abschnitten, bestehen.
Sowohl in 1 als auch 2 ist das Biegeelement P derart ausgestaltet, daß Trägermaterial 1 und Piezokeramikelement 2 in Ruhe in z.B. eben spiraliger Form und bei Anlegen einer Spannung konisch spiralförmig vorliegen, in welchem Zustand der zentrale Bereich Z des Biegeelementes der 1 sowie der etwas außermittig liegende Bereich M des Biegeelementes der 2 maximale Auslenkung zeigen. Doch auch Ausführungen des Biegeelementes sind aber möglich, bei welchen es in Ruhe konisch spiralförmig vorliegt und das Anlegen einer Spannung bewirkt, daß eine eben spiralige Form angenommen wird.
Vorteilhafterweise sind an zumindest einem Ende der Spirale bzw. einer kreisförmigen äußeren Begrenzung des Biegeelementes P oder auch am dem Bereich M gegenüberliegenden Befestigungsabschnitt E nicht mit einem Piezokeramikelement 2 versehene Bereiche 5 des Trägerelementes 1 vorgesehen. Dadurch kann das Piezokeramikelement 2 beim Herstellungsverfahren als auch beim Einbau in Geräte, wie etwa Piezoventile od. dgl., nicht beschädigt werden. In diesen freien Bereichen 5 des Trägerelementes 1 können auch Fängerbohrungen 4 oder andere Befestigungsstrukturen vorgesehen sein, welche die Einspannung, auch während des Herstellungsprozesses, und Montage des Biegeelementes P erleichtern. Das Piezokeramikelement 2 kann aber auch die gesamte Oberfläche des Trägermaterials 1 bedecken, bis hin in den Befestigungsabschnitt E, wie dies in 2 beispielhaft dargestellt ist.
Um die Verbindung von Trägermaterial 1 und Piezokeramikelement 2 zu erleichtern und/oder auch die Anbindung anderer Elemente an das piezoelektrische Biegeelement P zu ermöglichen bzw. zu erleichtern, kann das Trägermaterial 1 geeignete Strukturen aufweisen. Dies können Ausnehmungen, Prägungen, Biegungen, sowie andere integrierte Bauteile sein, die zur Fixierung des Biegelements oder zur Betätigung eines anderen Elements dienen.
Einzelne Bereiche des Biegeelementes P können in herkömmlicher Weise separat angesteuert und damit zur Auslenkung gebracht werden. Ähnliche Wirkung kann auch erzielt werden, wenn einzelne Piezokeramikelemente 2 einer entlang des Trägermaterials 1 angeordneten Reihe von separaten Piezokeramikelementen 2 auch separat angesteuert werden. Diese partielle Kontaktierung kann ähnlich wie bei Platinen über Leiterbahnen, die in die Metallisierung integriert sind, erfolgen. Bei der Aufbringung der Metallisierung beispielsweise durch Sputtern oder Vakuumbedampfung wird dies über Masken realisiert. Es ist auch denkbar getrennte, metallisierte Bereiche über dünne, beispielsweise angelötete Drähte zu kontaktieren, wobei diese Kontaktelemente bei geeigneter Ausführung gleichzeitig als Sensorelemente für die Auslenkungsdetektion Verwendung finden können.
3 zeigt eine Biegeelementanordnung aus beispielhaft zwei seriell angeordneten, spiralförmigen Biegeelementen P1, P2. Durch diese Anordnung mehrerer Biegeelemente P hintereinander wird eine Addierung der Arbeitshübe aller Biegeelemente P1 und P2 bei gleicher Basisfläche erreicht. Der Befestigungsbereich E2 des zweiten, oberen Biegeelementes P2 ist mit dem maximal auslenkbaren, hier zentralen Bereich M1 des ersten Biegeelementes P1 verbunden. Denkbar wären aber auch Anordnungen, bei welchen zur Erzielung einer Kraftaddition zumindest zwei Biegeelemente P und deren Befestigungsabschnitte E1, E2 miteinander verbunden sind bzw. sich am gleichen Ende abstützen.
Eine parallele Anordnung von vier spiralförmigen Biegeelementen P1 bis P4 zeigt die 4. Diese vier Biegeelemente P1 bis P4 sind auf einem gemeinsamen Trägerelement angeordnet, welches einen gemeinsamen Einspannbereich E bildet und beispielsweise mit vier Fängerbohrungen 4 an den Ecken versehen sein kann. Wenn die zentralen Bereiche Z1 bis Z4 zumindest zweier Biegeelemente P1 bis P4 gemeinsam auf ein und dasselbe zu betätigende Element einwirken, ergibt sich ebenfalls der Vorteil einer Kraftaddition dieser zusammenwirkenden Biegeelemente. Genausogut ist allerdings denkbar, daß jedes der Biegeelemente P1 bis P4 auf ein anderes Element zu dessen Betätigung einwirkt. Auch jede Kombination dieser Maßnahmen wäre möglich.
Die Herstellung des erfindungsgemäßen piezoelektrischen Biegeelementes P erfolgt vorzugsweise durch Aufkleben eines Piezokeramikelements 2, welches wie oben erwähnt selbst auch aus mehreren Schichten aufgebaut sein kann, einseitig – für einen Monomorph – oder beidseitig – für einen Bimorph – auf eine Lage eines Trägermaterials 1. Dieses beispielsweise aus Metall, Glas, Keramik, oder Kohlefaser bestehende Trägermaterial 1 kann entweder als vorzugsweise auf einer Seite, nämlich der Berührfläche mit dem Piezokeramikelement 2, ebene und vorerst unbeschnittene Platte vorliegen, aber auch Form eines Trägerelement-Rohlings in bereits z.B. spiralförmiger oder sonst kompakt bandförmig gewickelten Ausführung, wodurch das Freischneiden der Keramik erleichtert wird.
Der Verbund von Trägermaterial 1 und Piezokeramikelement 2 wird nach dem Aufkleben der Keramik 2 mittels eines geeigneten Schneidverfahrens, beispielsweise mittels Laser oder Wasserstrahl, derart ausgeschnitten, daß z.B. eine Schneckenform entsteht. Alternativ dazu könnte auch das Piezokeramikelement 2 bereits vor der Verbindung mit dem Trägermaterial 1 oder einem selbst bereits vorgeschnittenen Rohling für eine Trägermaterial-Lage 1 in Form z.B. einer Spirale oder eines Teilabschnittes davon vorliegen.
Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Biegeelementes P sind die bessere Integrationsmöglichkeit in verschiedensten Applikationen und für den Fall des Monomorphs die kostengünstige Herstellung, da im Vergleich zu anderen Lösungen (Doppelbiegeelement) nur ein Keramikelement 2 aufgeklebt werden muß. Überdies kann ein Handling von langen, dünnen Keramikelementen 2 entfallen, so daß auch mit höheren Ausbeuten gerechnet werden kann.

Claims

Piezoelektrisches Biegeelement für sowohl Aktorik und/oder Sensorik, bestehend aus zumindest zwei miteinander verbundenen Materiallagen (1, 2), wobei das Biegeelement in im wesentlichen ebener Form vorliegt und die Berührfläche der Lagen (1, 2) im wesentlichen eben oder nur geringgradig gekrümmt ist, dadurch gekennzeichnet, daß jede Lage (1, 2) in einer in der Ebene der Berührfläche der Lagen (1, 2) geometrisch kompakt gewickelten, beliebigen Bandform vorliegt.
Biegeelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwei aneinandergrenzenden Lagen (1, 2) durch Piezokeramikelemente gebildet sind.
Biegeelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Lage durch ein Trägermaterial (1), beispielsweise aus Metall, und zumindest eine angrenzende Lage durch zumindest ein Piezokeramikelement (2) gebildet ist.
Biegeelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagen (1, 2) mäanderförmig vorliegen.
Biegeelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagen (1, 2) spiralförmig vorliegen.
Biegeelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagen (1, 2) in Form einer Spirale mit sich stetig verändernder Krümmung vorliegen.
Biegeelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß alle Lagen (1, 2) in Ruhe in ebener Form vorliegen und bei Anlegen einer Spannung auslenkbar sind.
Biegeelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß alle Lagen (1, 2) in Ruhe gekrümmt vorliegen und bei Anlegen einer Spannung eine ebene Form annehmen.
Biegeelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagen (1, 2) in Form von geraden oder gebogenen, sich aneinander anschließenden Abschnitten, vorzugsweise geraden Strecken oder Bogensegmenten, vorliegen.
Biegeelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß einzelne Teilbereiche separat ansteuerbar sind.
Biegeelement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß freie, nicht piezoaktive Bereiche (5) für zumindest eine der Lagen, beispielsweise das Trägerelement (1), vorgesehen sind.
Biegeelement nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß in den freien Bereichen (5) Fängerbohrungen (4) oder Befestigungsstrukturen vorgesehen sind.
Biegeelement nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Lagen (1) mit Strukturen zur Verbindung mit bzw. Fixierung zumindest einer der anderen Lagen (2) oder anderer Elemente versehen ist.
Biegeelementanordnung, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwei Biegeelemente (P) gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 13 seriell angeordnet sind, wobei der auslenkende Abschnitt eines Biegeelementes (P) als Befestigungsstelle des Befestigungsabschnitts des zweiten Biegeelementes (P) ist.
Biegeelementanordnung, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwei Biegeelemente gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 13 seriell angeordnet sind, wobei die Befestigungsabschnitte zweier Biegeelemente (P) verbunden sind oder sich am gleichen Ende abstützen.
Biegeelementanordnung, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwei Biegeelemente (P) gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 13 parallel zueinander angeordnet sind und einen gemeinsamen freien, nicht piezoaktiven Bereich (5) aufweisen.
Trägerelement-Rohling für ein piezoelektrisches Biegeelement (P) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch eine geometrisch kompakt gewickelte, beliebige Bandform, vorzugsweise eine spiralförmige Ausführung.
Piezokeramikelement für ein piezoelektrisches Biegeelement (P) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch die Ausführung in geometrisch kompakt gewickelter, beliebiger Bandform, vorzugsweise in Form einer Spirale oder eines Teilabschnittes davon.
Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen Biegeelementes, umfassend das Aufbringen von zumindest einem Piezokeramikelement (2) mit einer im wesentlichen ebenen Fläche auf zumindest eine weitere Lage (1), welche ein vorzugsweise aus Metall, Keramik, Kunststoff, Glas- oder Kohlefaser bestehendes, Trägermaterial mit einer im wesentlichen ebenen Fläche oder ein weiteres Piezokeramikelement ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Piezokeramikelement (2) und die weitere Lage (1) an ihren ebenen Flächen verbunden werden und das Piezokeramikelement (2) anschließend an das Verbinden mit der zweiten Lage (1) zu einer geometrisch kompakt gewickelten, beliebigen Bandform, beispielsweise mäander- oder spiralförmig, ausgeschnitten wird.
Verfahren zur Herstellung eines piezoelektrischen Biegeelementes, umfassend das Aufbringen von zumindest einem Piezokeramikelement (2) mit einer im wesentlichen ebenen Fläche auf zumindest eine weitere Lage (1), welche ein vorzugsweise aus Metall, Keramik, Kunststoff, Glas- oder Kohlefaser bestehendes, Trägermaterial mit einer im wesentlichen ebenen Fläche oder ein weiteres Piezokeramikelement ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Piezokeramikelement (2) vor dem Aufbringen auf die andere Lage (1) ausgeschnitten oder über ein geeignetes Herstellungsverfahren, vorzugsweise Spritzguss oder Freiformsintern, in einer geeigneten geometrisch freigeschnittenen beliebigen Form hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß auch die zweite Lage (1) anschließend an das Verbinden mit dem Piezokeramikelement (2) zu einer geometrisch kompakt gewickelten, beliebigen Bandform ausgeschnitten wird.
Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Lage (1) vor dem Verbinden mit dem Piezokeramikelement (2) ausgeschnitten oder über ein geeignetes Herstellungsverfahren in einer geometrisch freigeschnittenen beliebigen Form hergestellt wird.