DE102011078706B4 - PROCESS AND MANUFACTURING DEVICE FOR PRODUCING A MULTILAYER ACTUATOR - Google Patents

PROCESS AND MANUFACTURING DEVICE FOR PRODUCING A MULTILAYER ACTUATOR Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen Aktuators (10), mit den Schritten a) Zunächst vollflächiges Kontaktieren einer piezoelektrischen Platte (18, 20) mit einem Flächenelement (14), das eine größere Fläche als die piezoelektrische Platte (18, 20) und Überstände (40) aufweist, zum Erzeugen eines Aktuatoraufbaus (12), wobei das Flächenelement (14) und die piezoelektrische Platte (18, 20) schubspannungsfrei zwischen einer ersten und einer zweiten biegsamen Montageplatte (36, 38) gehalten werden, wobei das Flächenelement (14) durch Inkontaktbringen der Überstände (40) mit an den Montageplatten (36, 38) angeordneten Abstandshaltern (42, 46) gehalten wird; b) Anschließendes Krümmen des Aktuatoraufbaus (12); und c) Anschließendes Verbinden der piezoelektrischen Platte (18, 20) mit dem Flächenelement (14), wobei die erste und zweite Montageplatte (36, 38) nach dem Verbinden von dem mehrschichtigen Aktuator (10) gelöst werden.Method for producing a multilayer actuator (10), comprising the steps of a) first of all contacting a piezoelectric plate (18, 20) with a surface element (14) having a larger area than the piezoelectric plate (18, 20) and projections (40 ), for producing an actuator assembly (12), wherein the surface element (14) and the piezoelectric plate (18, 20) between a first and a second flexible mounting plate (36, 38) are held without thrust, wherein the surface element (14) Contacting the projections (40) with spacers (42, 46) disposed on the mounting plates (36, 38); b) subsequent bending of the actuator assembly (12); and c) subsequently bonding the piezoelectric plate (18, 20) to the sheet (14), wherein the first and second mounting plates (36, 38) are released from the multi-layer actuator (10) after bonding.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen Aktuators, insbesondere Biegeaktuators, sowie eine Herstellungsvorrichtung, die zur Herstellung eines mehrschichtigen Aktuators, insbesondere Biegeaktuators, geeignet ist.The invention relates to a method for producing a multilayer actuator, in particular Biegeaktuators, and a production apparatus which is suitable for producing a multilayer actuator, in particular Biegeaktuators.

Um beispielsweise unter beengten Bedingungen wie beispielsweise in Statorblättern von Triebwerken, z. B. von Luftfahrzeugen, kleine Bauteile bewegen zu können, werden häufig Aktuatoren in Form von piezoelektrischen Materialien verwendet. Zur Bewegung der kleinen Bauteile wird dabei der inverse Piezoeffekt ausgenutzt, bei dem das piezoelektrische Material sich bei Anlegen einer Spannung verformt, beispielsweise ausdehnt oder zusammenzieht, und so das Bauteil bewegt.For example, in cramped conditions such as in stator blades of engines, such. As of aircraft, to be able to move small components, actuators are often used in the form of piezoelectric materials. To move the small components of the inverse piezoelectric effect is exploited, in which the piezoelectric material deforms when a voltage is applied, for example, expands or contracts, and so moves the component.

Die auf dem Markt erhältlichen piezoelektrischen Materialien sind zumeist Keramiken aus Blei, Sauerstoff, Titan und Zirkonium, die in einer bestimmten Kristallstruktur kristallisieren. Diese Kristalle sind zumeist spröde und hart und daher nur schwer verformbar.The piezoelectric materials available on the market are mostly ceramics of lead, oxygen, titanium and zirconium, which crystallize in a specific crystal structure. These crystals are mostly brittle and hard and therefore difficult to deform.

Unter bestimmten Bedingungen kann es erwünscht sein, dass der aus einem piezoelektrischen Material gebildete Aktuator eine Krümmung aufweist. Bislang wurde dies erreicht, indem eine piezoelektrische Platte auf ein ebenes Flächenelement geklebt wurde und nach Verbindung der Platte mit dem Flächenelement beide gemeinsam bis zur gewünschten Krümmung gekrümmt wurden.Under certain conditions, it may be desirable for the actuator formed of a piezoelectric material to have a curvature. Heretofore, this has been accomplished by adhering a piezoelectric plate to a planar sheet and, after joining the sheet to the sheet, have both been bent together to the desired curvature.

Nachteil dieses Verfahrens ist, dass zum einen hohe mechanische Spannungen an der Oberfläche der piezoelektrischen Platte entstehen, die zur Zerstörung der Platte führen können, und weiter aufgrund der durch die nachträgliche Krümmung auftretenden Zugspannung nur ein Anbringen auf der konkaven Seite des Flächenelementes möglich ist, da die Zugspannungen, die auf der konvexen Seite nach Krümmung herrschen, schnell das zulässige Niveau überschreiten.Disadvantage of this method is that on the one hand high mechanical stresses on the surface of the piezoelectric plate arise, which can lead to the destruction of the plate, and further due to the tensile stress occurring due to the subsequent bending only attachment to the concave side of the surface element is possible since the tensile stresses that prevail on the convex side after bending quickly exceed the allowable level.

Ein weiteres in der Praxis angewandtes Verfahren sieht vor, statt piezoelektrischer Platten Piezostreifen zu verwenden, die derart in eine Matrix eingebettet sind, dass sie sich um eine Achse verformen lassen. Damit ist es jedoch nicht möglich, ein homogenes Flächenträgheitsmoment, d. h. einen Widerstand gegen Biegung und Torsion, zu erhalten. Deshalb sind solche in eine Matrix eingebettete Piezostreifen eher ungeeignet, um eine effektive Bewegung eines Bauteiles zu bewirken.Another method used in practice is to use instead of piezoelectric plates Piezostreifen that are embedded in a matrix so that they can be deformed about an axis. However, this does not make it possible to achieve a homogeneous area moment of inertia, ie. H. to get a resistance to bending and torsion. Therefore, such piezo stripes embedded in a matrix are rather unsuitable for effecting effective movement of a component.

US 2010/0171395 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen gebogenen Aktuators, wobei ein piezoelektrisches Material an einer gekrümmten Oberfläche eines Substrates befestigt wird. US 2010/0171395 describes a method of making a multilayer bent actuator wherein a piezoelectric material is attached to a curved surface of a substrate.

In US 5 761 782 ist ein Verfahren zur Herstellung eines gebogenen mehrschichtigen Aktuators beschrieben, wobei eine gefaltete piezoelektrische Folie zwischen zwei Stempeln mit gekrümmten Oberflächen geformt wird.In US 5,761,782 For example, a method of manufacturing a bent multilayer actuator is described wherein a folded piezoelectric film is formed between two stamps having curved surfaces.

US 7 084 554 B2 offenbart ein Verfahren zur Herstellung mehrschichtiger Aktuatoren, wobei die einzelnen Schichten unter Verwendung von Transfersubstraten miteinander verbunden und dann auf einem Zielsubstrat befestigt werden. US Pat. No. 7,084,554 B2 discloses a method of making multilayer actuators wherein the individual layers are bonded together using transfer substrates and then attached to a target substrate.

In US 5 507 896 ist ein Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen Keramik-Laminats beschreiben, wobei die Schichten des Laminats durch Aufbringen von Druck und Temperatur miteinander verbunden werden. Aufgabe der Erfindung ist es, einen gekrümmten Aktuator zur Verfügung zu stellen, der eine größere Freiheit beim Einbau zur Verfügung stellt und weiter ein homogenes Flächenträgheitsmoment bereitstellt.In US 5,507,896 is a method for producing a multilayer ceramic laminate describe, wherein the layers of the laminate are joined together by applying pressure and temperature. The object of the invention is to provide a curved actuator which provides greater freedom of installation and further provides a homogeneous area moment of inertia.

DE 202 02 297 U1 offenbart ein flaches mehrschichtiges Bauelement zum Einsatz als Aktor oder Sensor, mit einer elektrisch aktivierbaren Materialschicht, und einer passiven Mittellage. Ferner ist ein Herstellungsverfahren beschrieben. DE 202 02 297 U1 discloses a flat multilayer component for use as an actuator or sensor, with an electrically activatable material layer, and a passive center layer. Furthermore, a manufacturing method is described.

US 5 632 841 A offenbart ein Verfahren zum Formen ferroelektrischer Wafer. Dabei wird der Wafer auf eine vorgespannte Schicht aufgesetzt. Die Schichten werden erwärmt und gekühlt, wodurch der ferroelektrische Wafer vorgespannt wird. US Pat. No. 5,632,841 discloses a method of forming ferroelectric wafers. The wafer is placed on a prestressed layer. The layers are heated and cooled, biasing the ferroelectric wafer.

DE 694 10 078 T2 offenbart ein Herstellungsverfahren für einen Ultraschallwandler mit einer Matrix von mehreren akustisch isolierten Elementen, die gleichmäßig entlang einer geraden, krummlinigen oder nicht linearen Achse verteilt sind. DE 694 10 078 T2 discloses a manufacturing method for an ultrasonic transducer having a matrix of a plurality of acoustically isolated elements evenly distributed along a straight, curvilinear or non-linear axis.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen gekrümmten Aktuator zur Verfügung zu stellen, der eine größere Freiheit beim Einbau zur Verfügung stellt und weiter ein homogenes Flächenträgheitsmoment bereitstellt.The object of the invention is to provide a curved actuator which provides greater freedom of installation and further provides a homogeneous area moment of inertia.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.This object is achieved by a method having the features of claim 1.

Eine Herstellungsvorrichtung, mit der ein solcher Aktuator hergestellt werden kann, ist Gegenstand des Nebenanspruches.A manufacturing device with which such an actuator can be produced is the subject of the independent claim.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Die Erfindung schafft ein Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen Aktuators, mit den Schritten

  • a) Zunächst vollflächiges Kontaktieren einer piezoelektrischen Platte mit einem Flächenelement, das eine größere Fläche als die piezoelektrische Platte und Überstände aufweist, zum Erzeugen eines Aktuatoraufbaus, wobei das Flächenelement und die piezoelektrische Platte schubspannungsfrei zwischen einer ersten und einer zweiten biegsamen Montageplatte gehalten werden, wobei das Flächenelement durch Inkontaktbringen der Überstände mit an den Montageplatten angeordneten Abstandshaltern gehalten wird;
  • b) Anschließendes Krümmen des Aktuatoraufbaus; und
  • c) Anschließendes Verbinden der piezoelektrischen Platte mit dem Flächenelement, wobei die erste und zweite Montageplatte nach dem Verbinden von dem mehrschichtigen Aktuator entfernt werden.
The invention provides a method for producing a multilayer actuator, comprising the steps
  • a) First, full surface contacting a piezoelectric plate with a surface element having a larger area than the piezoelectric plate and protrusions, for producing an actuator assembly, wherein the surface element and the piezoelectric plate thrust tension between a first and a second flexible mounting plate are held, said Surface element is held by contacting the supernatants with arranged on the mounting plates spacers;
  • b) subsequent bending of the actuator assembly; and
  • c) then connecting the piezoelectric plate to the surface element, wherein the first and second mounting plates are removed after the connection of the multi-layer actuator.

Bei diesem Verfahren wird somit zunächst die empfindliche piezoelektrische Platte über ihre gesamte Fläche mit dem Flächenelement in Kontakt gebracht, jedoch noch nicht mit diesem verbunden. Nach Inkontaktbringen der piezoelektrischen Platte mit dem Flächenelement werden beide Bauteile gemeinsam gekrümmt und erst danach fest miteinander verbunden. So können sich die piezoelektrische Platte und das Flächenelement auch während des Krümmens noch gegeneinander bewegen und es entstehen keine mechanischen Spannungen durch eine zuvor erfolgte Verbindung. Erst wenn die piezoelektrische Platte und das Flächenelement so wie gewünscht zueinander angeordnet sind und die Krümmung aufweisen, die gewünscht ist, werden die beiden Bauteile endgültig miteinander verbunden. Damit kann ein Aktuator, wie insbesondere ein Biegeaktuator, erzielt werden, der zwar durch die Krümmung eine gewisse Vorspannung aufweist, bei dem jedoch die mechanischen Spannungen, die an dem Aktuator wirken, nicht so hoch sind, dass er zerstört wird. Demgemäß ist es auch möglich, die piezoelektrische Platte sowohl oberhalb des Flächenelementes als auch unterhalb des Flächenelementes anzuordnen, und am Ende einen Aktuator zu erhalten, bei dem das piezoelektrische Material entweder auf der konkaven oder auf der konvexen Seite des Flächenelementes oder auf beiden Seiten angeordnet ist. Der gekrümmte Aktuator weist über seine gesamte Oberfläche nach Herstellung mit dem obigen Verfahren ein gleichförmiges, homogenes Flächenträgheitsmoment auf. Er kann so nach Einbau, beispielsweise in ein Statorblatt eines Triebwerkes, über seine gesamte Oberfläche eine vordefinierte, homogene Kraft auf die zu bewegenden Bauteile aufbringen.In this method, the sensitive piezoelectric plate is thus first brought into contact with the surface element over its entire surface, but not yet connected to it. After contacting the piezoelectric plate with the surface element, both components are curved together and only then firmly connected. Thus, the piezoelectric plate and the surface element can still move against each other during the bending and there are no mechanical stresses caused by a previously made connection. Only when the piezoelectric plate and the surface element are arranged as desired to each other and have the curvature that is desired, the two components are finally connected together. Thus, an actuator, such as in particular a Biegeaktuator, can be achieved, which although by the curvature has a certain bias, but in which the mechanical stresses acting on the actuator, are not so high that it is destroyed. Accordingly, it is also possible to arrange the piezoelectric plate both above the surface element and below the surface element, and to obtain at the end an actuator in which the piezoelectric material is arranged either on the concave or on the convex side of the surface element or on both sides , The curved actuator has a uniform, homogeneous moment of inertia over its entire surface after manufacture by the above method. Thus, after installation, for example in a stator blade of an engine, it can apply a predefined, homogeneous force to the components to be moved over its entire surface.

Bei einem im Randbereich eingespannten Flächenelement wirkt dieses vorteilhaft wie die schwingende Membran eines Lautsprechers, die zur Schallerzeugung aktuiert werden kann. Aufgehängt im Statorblatt eines Triebwerks können somit für jeden Aktuator beispielsweise 110 dB Schalldruckpegel im Frequenzbereich 1 kHz bis 3 kHz erzeugt werden. Liegen einzelne Eigenmoden des Aktuators im Bereich der Anregungsfrequenz kann vorteilhaft die Resonanzüberhöhung genutzt werden, um bei einer niedrigen Ansteuerspannung eine hohe Aktuatorauslenkung bzw. einen hohen Schalldruckpegel zu erzeugen. Bei Ausnutzung der Resonanzüberhöhung treten in der Regel Zugkräfte an der Akuatoroberfläche auf, sofern diese nicht zusätzlich lateral vorgespannt wird. Aufgrund des Klebeprozesses ist jedoch vorteilhaft eine thermisch bedingte Vorspannung möglich, um die auftretenden Zugkräfte zu kompensieren und eine Zerstörung der Keramik zu vermeiden.In the case of a surface element clamped in the edge region, this advantageously acts like the vibrating membrane of a loudspeaker, which can be actuated to generate sound. Suspended in the stator blade of an engine, for example, 110 dB of sound pressure level in the frequency range 1 kHz to 3 kHz can be generated for each actuator. If individual eigenmodes of the actuator in the region of the excitation frequency can advantageously be used, the resonance superelevation can be used to generate a high actuator deflection or a high sound pressure level at a low drive voltage. When using the resonance peak tensile forces usually occur on the Akuatoroberfläche, unless this is additionally biased laterally. Due to the bonding process, however, a thermally induced bias is advantageously possible to compensate for the tensile forces occurring and to avoid destruction of the ceramic.

In Schritt a) werden das Flächenelement und die piezoelektrische Platte schubspannungsfrei zwischen einer ersten und einer zweiten biegefähigen Montageplatte eingeklemmt. Somit können vor Krümmen des Aktuatoraufbaus das Flächenelement und die piezoelektrische Platte vorteilhaft vollflächig in Kontakt bleiben, ohne jedoch fest miteinander verbunden zu sein. Die Kraft der biegefähigen Montageplatten wirkt lediglich zum Zusammendrücken des Flächenelementes mit der piezoelektrischen Platte, die beiden Bauteile können sich jedoch vorteilhaft lateral gegeneinander bewegen, so dass keine Zug- bzw. Schubspannung entsteht. Durch die Verwendung der biegefähigen Montageplatten kann dann vorteilhaft über die gesamte Fläche des Aktuatoraufbaus eine über die gesamte Fläche konstante Kraft auf den Aktuatoraufbau aufgebracht werden.In step a), the surface element and the piezoelectric plate are clamped free of thrust between a first and a second bendable mounting plate. Thus, prior to curving the actuator assembly, the sheet and the piezoelectric plate may advantageously remain in full contact with one another, but without being firmly joined together. The force of the bendable mounting plates acts only to compress the surface element with the piezoelectric plate, but the two components can advantageously move laterally against each other, so that no tensile or shear stress arises. By using the bendable mounting plates can then be applied over the entire surface of the actuator assembly over the entire surface constant force on the actuator structure advantageous.

Das Flächenelement wird durch Inkontaktbringen seiner Überstände, insbesondere äußeren Randbereiche, mit an den Montageplatten angeordneten Abstandshaltern eingeklemmt. Um später den mehrschichtigen Aktuator einfach an der gewünschten Einbaustelle einbauen zu können, weist das Flächenelement eine größere Fläche auf als die piezoelektrische Platte. Demgemäß überlappt es vorzugsweise in dem Aktuatoraufbau die piezoelektrische Platte. Um eine Krümmung der überlappenden Bereiche des Flächenelementes bereits beim Einklemmen des Flächenelementes und der piezoelektrischen Platte zwischen den beiden Montageplatten zu vermeiden, sind an den Montageplatten Abstandshalter angeordnet, die in besonders bevorzugter Ausgestaltung die gleiche Dicke wie die piezoelektrische Platte aufweisen. So kann vorteilhaft eine in ihren Abmessungen kleinere piezoelektrische Platte vollflächig in Kontakt mit dem Flächenelement gebracht werden und gleichzeitig können auch die Randbereiche des Flächenelementes ohne Krümmung zwischen den beiden biegefähigen Montageplatten eingeklemmt werden.The surface element is clamped by bringing its supernatants, in particular outer edge regions, into contact with spacers arranged on the mounting plates. In order to be able to easily install the multilayer actuator at the desired installation site later, the surface element has a larger area than the piezoelectric plate. Accordingly, it preferably overlaps the piezoelectric plate in the actuator structure. In order to avoid a curvature of the overlapping regions of the surface element already when clamping the surface element and the piezoelectric plate between the two mounting plates, spacers are arranged on the mounting plates, which have the same thickness as the piezoelectric plate in a particularly preferred embodiment. Thus advantageously a smaller in size piezoelectric plate can be brought over the entire surface in contact with the surface element and at the same time, the edge regions of the surface element without curvature between the two bendable mounting plates can be clamped.

Vorzugsweise werden ebene Montageplatten verwendet, damit ein guter Kontakt mit der vorzugsweise ebenfalls ebenen piezoelektrischen Platte hergestellt werden kann. Preferably flat mounting plates are used so that a good contact with the preferably also flat piezoelectric plate can be produced.

Vorteilhaft weisen die beiden Montageplatten ebenfalls eine größere Fläche auf als der Aktuatoraufbau. Um hier vorzugsweise ebenfalls zu vermeiden, dass bereits beim Einklemmen des Flächenelementes und der piezoelektrischen Platte zwischen den beiden Montageplatten sich die Montageplatten verbiegen, werden vorteilhaft auch an den äußeren Randbereichen der Montageplatten Abstandshalter vorgesehen, die die beiden Montageplatten auf einem Abstand entsprechend der Gesamtdicke des Aktuatoraufbaus halten. Demgemäß ist besonders bevorzugt, wenn beide Montageplatten erste Abstandshalter aufweisen, die das Flächenelement an seinen äußeren Randbereichen einklemmen und weiter zweite Abstandshalter an den Montageplatten angeordnet sind, die die beiden Montageplatten während des Einklemmens zueinander auf Abstand halten. Diese zweiten Abstandshalter können entweder am Randbereich einer der beiden Montageplatten oder wechselseitig an beiden Montageplatten vorgesehen sein. Alternativ können hier auch an den äußeren Randbereichen beider Montageplatten zweite Abstandhalter mit einer Dicke, die der Hälfte der Dicke des gesamten Aktuatoraufbaus entspricht, vorgesehen sein.Advantageously, the two mounting plates also have a larger area than the actuator structure. In order to preferably also avoid the bending of the mounting plates when clamping the surface element and the piezoelectric plate between the two mounting plates, spacers are advantageously also provided at the outer edge regions of the mounting plates, which provide the two mounting plates at a distance corresponding to the total thickness of the actuator structure hold. Accordingly, it is particularly preferred if both mounting plates have first spacers which clamp the surface element at its outer edge regions and further second spacers are arranged on the mounting plates, which hold the two mounting plates to each other during clamping at a distance. These second spacers can be provided either on the edge region of one of the two mounting plates or alternately on both mounting plates. Alternatively, second spacers with a thickness which corresponds to half the thickness of the entire actuator structure can also be provided here at the outer edge regions of both mounting plates.

Vorzugsweise wird zum Krümmen in Schritt b) ein über die Fläche des Aktuatoraufbaus konstantes Moment aufgebracht. So ergibt sich vorteilhaft eine Vorspannung an dem piezoelektrischen Material, die über die gesamte Fläche des piezoelektrischen Materials ein homogenes Flächenträgheitsmoment aufweist.Preferably, for bending in step b), a constant torque is applied over the surface of the actuator assembly. This advantageously results in a bias voltage on the piezoelectric material which has a homogeneous area moment of inertia over the entire area of the piezoelectric material.

Vorteilhaft wird dazu in Schritt b) ein Formwerkzeug mit einer gekrümmten Formoberfläche verwendet. Dies macht es vorteilhaft besonders einfach, ein konstantes Moment auf den Aktuatoraufbau aufzubringen.Advantageously, a mold with a curved mold surface is used in step b). This advantageously makes it particularly easy to apply a constant torque to the actuator structure.

Vorzugsweise wird dabei die Formoberfläche des Formwerkzeuges durch Verwendung von wenigstens einem ersten und einem zweiten Druckstempel zum Bereitstellen von wenigstens zwei Teilformoberflächen gebildet. Damit kann besonders einfach der Aktuatoraufbau in das Formwerkzeug eingebracht werden und danach das Formwerkzeug durch Zusammenbringen der beiden Druckstempel geschlossen werden und somit der Aktuatoraufbau verformt werden.Preferably, the mold surface of the mold is formed by using at least a first and a second plunger for providing at least two partial mold surfaces. Thus, the actuator assembly can be particularly easily introduced into the mold and then the mold are closed by bringing the two plunger together and thus the Aktuatoraufbau be deformed.

Vorzugsweise wird durch den ersten Druckstempel eine konvex gekrümmte Teilformoberfläche und durch den zweiten Druckstempel eine konkav gekrümmte Teilformoberfläche zur Verfügung gestellt. Besonders bevorzugt weisen die Teilformoberflächen dabei einen gleichen Krümmungmittelpunkt auf.Preferably, a convexly curved part-form surface is provided by the first pressure stamp and a concavely curved part-form surface is provided by the second pressure stamp. Particularly preferably, the partial mold surfaces have the same center of curvature.

Wird nun besonders bevorzugt in Schritt b) der zwischen den Montageplatten eingespannte Aktuatoraufbau zwischen den beiden Teilformoberflächen zusammengepresst, kann so sowohl von einer Seite über die konkav gekrümmte Teilformoberfläche als auch von der anderen Seite über die konvex gekrümmte Teilformoberfläche eine senkrecht zur Oberfläche des Aktuatoraufbaus wirkende Kraft aufgebracht werden, die den Aktuatoraufbau krümmt.If the actuator assembly clamped between the mounting plates is pressed particularly preferably between the two partial mold surfaces in step b), then a force acting perpendicular to the surface of the actuator structure can be produced both from one side via the concavely curved partial mold surface and from the other side via the convexly curved partial mold surface be applied, which bends the actuator assembly.

In besonders bevorzugter Ausgestaltung werden zwischen den Montageplatten und den Formoberflächen zusätzlich noch Gleitflächen eingebracht. So ist es möglich, dass der zwischen den Montageplatten eingeklemmte Aktuatoraufbau auch innerhalb des Formwerkzeuges in lateraler Richtung hin- und hergleiten kann und somit das Aufbringen einer Zug- bzw. Schubspannung vorteilhaft vermieden wird.In a particularly preferred embodiment, sliding surfaces are additionally introduced between the mounting plates and the mold surfaces. Thus, it is possible that the actuator assembly clamped between the mounting plates can also slide back and forth in the lateral direction within the molding tool and thus the application of a tensile or shear stress is advantageously avoided.

Vorzugsweise ist zwischen der piezoelektrischen Platte und dem Flächenelement eine klebefähige Schicht angeordnet. Diese klebefähige Schicht kann dann nach Krümmen des Aktuatoraufbaus vorteilhaft dazu verwendet werden, die piezoelektrische Platte und das Flächenelement miteinander zu verbinden. Die klebefähige Schicht kann beispielsweise in Form einer Klebefolie flächenelementseitig auf die piezoelektrische Platte aufgebracht sein.Preferably, an adhesive layer is disposed between the piezoelectric plate and the sheet. This adhesive layer may then be advantageously used, after curving the actuator assembly, to interconnect the piezoelectric plate and the sheet. The adhesive layer may, for example, be applied to the piezoelectric plate in the form of an adhesive film on the surface element side.

Vorteilhaft wird in Schritt c) unter gleichzeitiger Beaufschlagung mit dem konstanten Moment die klebefähige Schicht durch Temperaturbeaufschlagung aktiviert und ausgehärtet. Dadurch wird vorteilhaft die klebefähige Schicht erst zum Verbinden der piezoelektrischen Platte mit dem Flächenelement aktiviert, wenn der Aktuatoraufbau bereits gekrümmt ist. Die Verbindung erfolgt somit derart, dass vorzugsweise kaum oder keine Schubspannung auf die piezoelektrische Platte aufgebracht wird. Das Beaufschlagen mit einer erhöhten Temperatur, um die klebefähige Schicht zu aktivieren und auszuhärten und somit die piezoelektrische Platte mit dem Flächenelement zu verbinden, kann beispielsweise ganz einfach durch Erhitzen des Formwerkzeuges erfolgen.Advantageously, the adhesive layer is activated and cured by applying temperature in step c) with simultaneous application of the constant moment. As a result, the adhesive layer is advantageously activated only for connecting the piezoelectric plate to the planar element when the actuator structure is already curved. The connection thus takes place in such a way that preferably hardly or no shear stress is applied to the piezoelectric plate. For example, applying an elevated temperature to activate and cure the adhesive layer and thus bond the piezoelectric plate to the sheet may be done simply by heating the mold.

Vorteilhaft weisen das Flächenelement und die piezoelektrische Platte unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten auf. Nach Krümmung und Temperaturbeaufschlagung sowie Verbindung über die ausgehärtete klebefähige Schicht kühlt der gesamte mehrschichtige Aktuator ab, wobei durch die unterschiedlichen Wärmekoeffizienten die piezoelektrische Platte und das Flächenelement sich unterschiedlich stark zusammenziehen. Somit kann vorteilhaft über die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten eine Vorspannung der piezoelektrischen Platte auf dem Flächenelement erreicht werden.Advantageously, the surface element and the piezoelectric plate have different thermal expansion coefficients. After bending and exposure to temperature as well as connection via the cured adhesive layer, the entire multilayer actuator cools down, the piezoelectric plate and the surface element contracting to different degrees due to the different thermal coefficients. Thus, advantageous over the different Thermal expansion coefficient, a bias of the piezoelectric plate can be achieved on the surface element.

Besonders bevorzugt wird in die klebefähige Schicht zusätzlich ein leitfähiges Netzgewebe eingebracht. Damit ist später vorteilhaft eine bessere Kontaktierung der piezoelektrischen Platte über das Flächenelement möglich.Particularly preferably, a conductive mesh fabric is additionally introduced into the adhesive layer. This is advantageous later better contacting of the piezoelectric plate over the surface element possible.

Vorzugsweise weist Schritt a) den Schritt Kontaktieren einer mit einer klebefähigen Schicht versehenen zweiten piezoelektrischen Platte mit einer der ersten piezoelektrischen Schicht gegenüberliegenden Seite des Flächenelementes auf. Somit ist es vorteilhaft möglich, auf beiden Seiten des Flächenelementes gekrümmte piezoelektrische Platten anzuordnen und somit die Bewegungsdistanz des gesamten mehrschichtigen Aktuators zu vergrößern.Preferably, step a) comprises the step of contacting a second piezoelectric plate provided with an adhesive layer with a side of the planar element opposite the first piezoelectric layer. Thus, it is advantageously possible to arrange on both sides of the surface element curved piezoelectric plates and thus to increase the movement distance of the entire multilayer actuator.

Vorzugsweise umfasst Schritt a) den Schritt Kontaktieren einer dritten und/oder vierten piezoelektrischen Platte mit der ersten und/oder zweiten piezoelektrischen Platte. Je mehr piezoelektrische Platten in dem mehrschichtigen Aktuator angeordnet sind, desto niedriger ist vorteilhaft die beaufschlagte elektrische Spannung, die zur Ausdehnung bzw. zum Zusammenziehen des mehrschichtigen Aktuators benötigt wird. Bei kleinen Krümmungsradien ist ein mehrschichtiger Aktuator besonders bevorzugt, um die für die Anwendung gewünschte Gesamtdicke der piezoelektrischen Platten herzustellen ohne die zulässigen Zugkräfte zu überschreiten. Außerdem kann vorteilhaft bei Anordnung mehrerer piezoelektrischer Platten eine größere Ausdehnung bzw. ein größeres Zusammenziehen des mehrschichtigen Aktuators bei Beaufschlagung mit einer Spannung erzielt werden. Damit sind vorteilhaft größere Bewegungen der zu bewegenden Bauteile möglich.Preferably, step a) comprises the step of contacting a third and / or fourth piezoelectric plate with the first and / or second piezoelectric plate. The more piezoelectric plates are arranged in the multilayer actuator, the lower is advantageously the applied electrical voltage required for expansion or contraction of the multilayer actuator. For small radii of curvature, a multilayer actuator is particularly preferred in order to produce the total thickness of the piezoelectric plates desired for the application without exceeding the permissible tensile forces. In addition, it can be advantageously achieved with the arrangement of a plurality of piezoelectric plates, a greater expansion or a larger contraction of the multilayer actuator when subjected to a voltage. This advantageously larger movements of the components to be moved are possible.

Vorzugsweise werden das Flächenelement, die piezoelektrischen Platten, die Montageplatten und die Gleitflächen derart zueinander angeordnet, dass sie während des Aufbringens des konstanten Momentes orthogonal zu dem konstanten Moment gegeneinander weggleiten können. So kann vorzugsweise eine Zug- bzw. Schubspannung an sämtlichen Kontaktflächen und Elementen vermieden werden.Preferably, the sheet, the piezoelectric plates, the mounting plates and the sliding surfaces are arranged to each other so that they can slide against each other during the application of the constant moment orthogonal to the constant moment. Thus, preferably, a tensile or shear stress on all contact surfaces and elements can be avoided.

In besonders bevorzugter Ausgestaltung kann als Flächenelement eine weitere piezoelektrische Platte oder eine Membran, insbesondere eine gekrümmte Membran, bereitgestellt werden.In a particularly preferred embodiment, a further piezoelectric plate or a membrane, in particular a curved membrane, can be provided as surface element.

Nach Aushärten der klebefähigen Schicht werden vorteilhaft die folgenden Schritte zum Entfernen des mehrschichtigen Aktuators aus dem Formwerkzeug durchgeführt, um vorteilhaft eine Beschädigung des mehrschichtigen Aktuators zu vermeiden:

  • d) Lösen des zweiten Druckstempels bei gleichzeitigem Festhalten der ersten Montageplatte an dem ersten Druckstempel;
  • e) Lösen der zweiten Montageplatte;
  • f) Entnehmen des gekrümmten, ausgehärteten, mehrschichtigen Biegeaktuators;
  • g) Lösen der ersten Montageplatte von dem ersten Druckstempel.
After the adhesive layer has cured, the following steps for removing the multilayer actuator from the mold are advantageously carried out in order to advantageously avoid damage to the multilayer actuator:
  • d) releasing the second plunger while holding the first mounting plate to the first plunger;
  • e) releasing the second mounting plate;
  • f) removing the curved, cured, multilayer bending actuator;
  • g) releasing the first mounting plate from the first plunger.

So kann vorteilhaft auch nach Krümmung des Aktuatoraufbaus das Aufbringen einer negativen Zug- bzw. Schubspannung vermieden werden.Thus, advantageously, even after curvature of the actuator assembly, the application of a negative tensile or shear stress can be avoided.

Eine Herstellungsvorrichtung zur Herstellung eines mehrschichtigen Aktuators, insbesondere eines mehrschichtigen Biegeaktuators, weist eine Handhabungseinrichtung zum vollflächigen Kontaktieren einer piezoelektrischen Platte mit einem Flächenelement zum Erzeugen eines Aktuatoraufbaus, wobei als Handhabungseinrichtung eine erste und eine zweite biegsame Montageplatte vorhanden sind, die Abstandshalter aufweisen und die ausgebildet sind, zwischen sich das Flächenelement und die piezoelektrische Platte schubspannungsfrei zu halten, wobei die Montageplatten ferner ausgebildet sind, das Flächenelement mittels der Abstandshalter an einem Überstand des Flächenelements zu halten, eine Krümmeinrichtung zum Krümmen des Aktuatoraufbaus und eine Verbindungseinrichtung zum Verbinden der piezoelektrischen Platte mit dem Flächenelement auf.A production apparatus for producing a multilayer actuator, in particular a multilayer bending actuator, comprises a handling device for contacting a piezoelectric plate over the entire surface with a surface element for producing an actuator assembly, wherein as handling means a first and a second flexible mounting plate are provided which have spacers and which are formed between them to hold the surface element and the piezoelectric plate thrust-free, wherein the mounting plates are further adapted to hold the surface element by means of the spacers on a projection of the surface element, a curving device for curving the Aktuatoraufbaus and connecting means for connecting the piezoelectric plate with the surface element on.

Vorteilhaft weisen die beiden Montageplatten an ihren äußeren Wandbereichen angeordnete erste Abstandshalter und/oder zweite Abstandshalter auf, um das Flächenelement an seinen äußeren Randbereichen einklemmen zu können und sich gegenseitig auf Abstand zu halten.Advantageously, the two mounting plates on their outer wall areas arranged first spacers and / or second spacers in order to clamp the surface element at its outer edge regions and to keep each other at a distance.

Um vorteilhaft ein über die Fläche des Aktuatoraufbaus konstantes Moment aufbringen zu können, ist die Krümmeinrichtung durch ein Formwerkzeug mit einer gekrümmten Formoberfläche gebildet. Besonders bevorzugt weist die Krümmeinrichtung dazu einen ersten und einen zweiten Druckstempel auf. Der erste Druckstempel weist vorzugsweise eine konvex gekrümmte Teilformoberfläche und der zweite Druckstempel vorzugsweise eine konkav gekrümmte Teilformoberfläche auf. Weiter umfasst die Krümmeinrichtung vorzugsweise zwischen den Montageplatten und den Formoberflächen einzubringende Gleitflächen.In order to advantageously be able to apply a constant torque over the surface of the actuator assembly, the bending device is formed by a molding tool with a curved mold surface. For this purpose, the bending device particularly preferably has a first and a second pressure stamp. The first pressure stamp preferably has a convexly curved partial mold surface and the second pressure stamp preferably has a concavely curved partial mold surface. Furthermore, the bending device preferably comprises sliding surfaces to be introduced between the mounting plates and the mold surfaces.

Die Verbindungseinrichtung wird vorzugsweise durch eine klebefähige Schicht gebildet, die durch eine Temperaturbeaufschlagung aktiviert und ausgehärtet werden kann. Weiter weist die klebefähige Schicht vorteilhaft ein leitfähiges Netzgewebe auf.The connecting device is preferably formed by an adhesive layer, which can be activated and cured by a temperature application. Furthermore, the adhesive layer advantageously has a conductive mesh.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigt: An advantageous embodiment of the invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. It shows:

1 Einzelteile zum Herstellen eines mehrschichtigen Aktuators; 1 Individual parts for producing a multilayer actuator;

2 einen ersten Schritt zum Herstellen des mehrschichtigen Aktuators; 2 a first step of manufacturing the multilayer actuator;

3 einen zweiten Schritt zum Herstellen eines mehrschichtigen Aktuators; 3 a second step of manufacturing a multi-layered actuator;

4 einen dritten Schritt zum Herstellendes mehrschichtigen Aktuators; 4 a third step of manufacturing the multilayer actuator;

5 einen ersten Schritt zum Entnehmen des fertig gekrümmten mehrschichtigen Aktuators; 5 a first step of removing the finished curved multilayer actuator;

6 einen zweiten Schritt zum Entnehmen des fertig gekrümmten mehrschichtigen Aktuators; 6 a second step of removing the finished curved multilayer actuator;

7 einen dritten Schritt zum Entnehmen des fertig gekrümmten mehrschichtigen Aktuators; und 7 a third step of removing the finished curved multilayer actuator; and

8 den fertigen gekrümmten Aktuator. 8th the finished curved actuator.

1 zeigt die Einzelteile, die benötigt werden, um einen schubspannungsfreien mehrschichtigen Aktuator, hier insbesondere einen mehrschichtigen Biegeaktuator 10, zu bilden. 1 shows the items that are needed to a shear stress-free multi-layer actuator, in particular a multi-layer bending actuator 10 , to build.

Zum Erzeugen eines Aktuatoraufbaus 12 wird in der gezeigten Ausführungsform ein Flächenelement 14 in Form einer gekrümmten Membran 16 sowie eine erste piezoelektrische Platte 18 und eine zweite piezoelektrische Platte 20 verwendet.For generating an actuator structure 12 becomes a surface element in the embodiment shown 14 in the form of a curved membrane 16 and a first piezoelectric plate 18 and a second piezoelectric plate 20 used.

In der gezeigten Ausführungsform ist die erste piezoelektrische Platte 18 auf einer ersten Seite 26 des Flächenelementes 14, und zwar auf einer konkaven Seite 28, angeordnet. Die zweite piezoelektrische Platte 20 ist auf einer der ersten Seite 26 gegenüberliegenden zweiten Seite 22 des Flächenelementes 14, nämlich einer konvexen Seite 24, angeordnet.In the illustrated embodiment, the first piezoelectric plate is 18 on a first page 26 of the surface element 14 , on a concave side 28 arranged. The second piezoelectric plate 20 is on one of the first page 26 opposite second side 22 of the surface element 14 namely a convex side 24 arranged.

Flächenelementseitig weisen die beiden piezoelektrischen Platten 18, 20 jeweils eine klebefähige Schicht 30 in Form einer noch nicht aktiven Klebefolie 32 als Verbindungseinrichtung 33 auf. In die Klebefolie 32 eingebracht ist ein nicht gezeigtes leitfähiges Netzgewebe.Surface element side, the two piezoelectric plates 18 . 20 one adhesive layer each 30 in the form of a not yet active adhesive film 32 as a connection device 33 on. In the adhesive film 32 introduced is a not shown conductive mesh.

Die piezoelektrischen Platten 18, 20 und das Flächenelement 14 sollen nun über die gesamte Fläche der piezoelektrischen Platten 18, 20 miteinander in Kontakt gebracht werden. Dazu sind Handhabungseinrichtungen 34 in Form einer ersten Montageplatte 36 und einer zweiten Montageplatte 38 vorgesehen. Die Montageplatten 36, 38 sind aus biegefähigem Material gebildet.The piezoelectric plates 18 . 20 and the surface element 14 shall now over the entire surface of the piezoelectric plates 18 . 20 be brought into contact with each other. These are handling equipment 34 in the form of a first mounting plate 36 and a second mounting plate 38 intended. The mounting plates 36 . 38 are made of bendable material.

Die erste Montageplatte 36 ist von dem Flächenelement 14 aus gesehen hinter der ersten piezoelektrischen Platte 18 anzuordnen. Die zweite Montageplatte 38 dagegen ist hinter der zweiten piezoelektrischen Platte 20 anzuordnen. So können durch Zusammenpressen der Montageplatten 36, 38 die beiden piezoelektrischen Platten 18, 20 mit dem Flächenelement 14 vollflächig in Kontakt gebracht werden.The first mounting plate 36 is from the surface element 14 seen from behind the first piezoelectric plate 18 to arrange. The second mounting plate 38 on the other hand, behind the second piezoelectric plate 20 to arrange. So can by compressing the mounting plates 36 . 38 the two piezoelectric plates 18 . 20 with the surface element 14 be brought into contact over the entire area.

Das Flächenelement 14 weist eine größere Fläche als die piezoelektrischen Platten 18, 20 auf. Die piezoelektrischen Platten 18, 20 sind mittig auf der ersten Seite 26 bzw. der zweiten Seite 22 des Flächenelementes 14 angeordnet. Damit das Flächenelement 14 beim Zusammenpressen der Montageplatten 36, 38 trotz seiner Überstände 40 über die piezoelektrischen Platten 18, 20 nicht mit einem oder beiden der Überstände 40 unerwünscht in eine Richtung gedrängt wird, sondern durch das Zusammenpressen der Montageplatten 36, 38 geebnet wird, weisen die Montageplatten 36, 38 an ihren zu dem Flächenelement 14 zu richtenden Seiten erste Abstandshalter 42 auf. Beim Zusammenpressen der Montageplatten 36, 38 werden so äußere Randbereiche 44 des Flächenelementes 14 zwischen den ersten Abstandshaltern 42 gehalten, so dass das Flächenelement 14 durch das Zusammenpressen der Montageplatten 36, 38 geebnet werden kann.The surface element 14 has a larger area than the piezoelectric plates 18 . 20 on. The piezoelectric plates 18 . 20 are in the middle of the first page 26 or the second page 22 of the surface element 14 arranged. So that the surface element 14 when pressing the mounting plates 36 . 38 despite his supernatants 40 over the piezoelectric plates 18 . 20 not with one or both of the supernatants 40 undesirable in one direction, but by the compression of the mounting plates 36 . 38 is leveled, assign the mounting plates 36 . 38 at her to the surface element 14 to be straightened pages first spacers 42 on. When pressing the mounting plates 36 . 38 become outer edge areas 44 of the surface element 14 between the first spacers 42 held so that the surface element 14 by compressing the mounting plates 36 . 38 can be leveled.

Weiter weisen die Montageplatten 36, 38 zu den ersten Abstandshaltern 42 weiter außen angeordnete zweite Abstandshalter 46 auf, die dafür sorgen, dass die Montageplatten 36, 38 beim Zusammenpressen der piezoelektrischen Platten 18, 20 und dem Flächenelement 14 eben verbleiben. Damit nur geringe Kräfte durch die ersten und zweiten Abstandshalter 42, 46 wirken und das Flächenelement 14 trotz des festen Zusammenhaltes der Montageplatten 36, 38 dennoch in lateraler Richtung gleiten kann, sind die Abstandhalter 42, 46 aus Gewebeband gebildet.Next point the mounting plates 36 . 38 to the first spacers 42 further outwardly arranged second spacers 46 on that make sure the mounting plates 36 . 38 during compression of the piezoelectric plates 18 . 20 and the surface element 14 just remain. So that only small forces through the first and second spacers 42 . 46 act and the surface element 14 despite the solid cohesion of the mounting plates 36 . 38 can still slide in a lateral direction, the spacers 42 . 46 Made of fabric tape.

Um den Aktuatoraufbau 12 krümmen zu können, ist eine Krümmeinrichtung 48 in Form eines Formwerkzeuges 50 mit einer gekrümmten Formoberfläche 52 vorgesehen. Die gekrümmte Formoberfläche 52 wird dabei durch einen ersten Druckstempel 54 und einen zweiten Druckstempel 56 gebildet, die somit eine erste Teilformoberfläche 58 und eine zweite Teilformoberfläche 60 bereitstellen.To the actuator structure 12 to be able to bend, is a Krümmeinrichtung 48 in the form of a mold 50 with a curved mold surface 52 intended. The curved shape surface 52 is doing by a first plunger 54 and a second plunger 56 formed, thus forming a first Teilformoberfläche 58 and a second part mold surface 60 provide.

Die erste Teilformoberfläche 58 ist dabei konvex gekrümmt und die zweite Teilformoberfläche 60 ist konkav gekrümmt. Die zweite Teilformoberfläche 60 weist neben ihrem konkaven Krümmungsbereich parallel zu den Montageplatten 36, 38 angeordnete Flächen 62 auf, über die die Montageplatten 36, 38 sowie der dazwischen angeordnete Aktuatoraufbau 12 in dem Formwerkzeug 50 fixiert werden können.The first part form surface 58 is convexly curved and the second Teilformoberfläche 60 is concavely curved. The second part form surface 60 points next to its concave curvature area parallel to the mounting plates 36 . 38 disposed surfaces 62 on, over which the mounting plates 36 . 38 as well as the interposed actuator assembly 12 in the mold 50 can be fixed.

Zwischen den Teilformoberflächen 58, 60 und den Montageplatten 36, 38 sind noch aus Teflon gebildete Gleitflächen 64 vorgesehen, durch die die Montageplatten 36, 38 in lateraler Richtung in dem Formwerkzeug 50 gleiten können.Between the part form surfaces 58 . 60 and the mounting plates 36 . 38 are still made of Teflon sliding surfaces 64 provided by the mounting plates 36 . 38 in the lateral direction in the mold 50 can slide.

Die Bildung des mehrschichtigen Biegeaktuators 10 ist nun in den 2 bis 4 gezeigt.The formation of the multilayer bending actuator 10 is now in the 2 to 4 shown.

In 2 ist ein erster Schritt zum Bilden des Aktuatoraufbaus 12 gezeigt. Dazu werden das Flächenelement 14, die piezoelektrischen Platten 18, 20 sowie die Montageplatten 36, 38 wie in 1 gezeigt zueinander angeordnet und dann die Montageplatten 36, 38 in der in 2 gezeigten Pfeilrichtung aufeinander zubewegt. Dabei pressen sich die Montageplatten 36, 38 auf die Flächen der piezoelektrischen Platten 18, 20. Gleichzeitig wird das Flächenelement 14 über die ersten Abstandshalter 42 gehalten und durch den Anpressdruck geebnet, so dass es keine Krümmung mehr aufweist. Dadurch kommen die piezoelektrischen Platten 18, 20 und das Flächenelement 14 vollflächig in Kontakt zueinander, wobei zwischen den piezoelektrischen Platten 18, 20 und dem Flächenelement 14 die Klebefolie 32 angeordnet ist, die später die Verbindungseinrichtung 33 bildet. In lateraler Richtung sind die piezoelektrischen Platten 18, 20 und das Flächenelement 14 weiterhin beweglich.In 2 is a first step in forming the actuator assembly 12 shown. These are the surface element 14 , the piezoelectric plates 18 . 20 as well as the mounting plates 36 . 38 as in 1 shown arranged to each other and then the mounting plates 36 . 38 in the in 2 shown arrow direction moved towards each other. The mounting plates are pressed 36 . 38 on the surfaces of the piezoelectric plates 18 . 20 , At the same time, the surface element becomes 14 about the first spacers 42 held and leveled by the contact pressure, so that it no longer has a curvature. This will cause the piezoelectric plates 18 . 20 and the surface element 14 over the entire surface in contact with each other, wherein between the piezoelectric plates 18 . 20 and the surface element 14 the adhesive film 32 is arranged, which later the connecting device 33 forms. In the lateral direction are the piezoelectric plates 18 . 20 and the surface element 14 still mobile.

In einem zweiten Schritt zur Herstellung des mehrschichtigen Biegeaktuators 10, gezeigt in 3, wird nun der Aktuatoraufbau 12 mit den Montageplatten 36, 38 zwischen den Druckstempeln 54, 56 fixiert, wobei die Gleitflächen 64 an die druckstempelseitige Seite der Montageplatten 36, 38 angedrückt werden. Die Fixierung erfolgt über die Fläche 62 der zweiten Teilformoberfläche 60 sowie einen obersten Punkt 68 der ersten Teilformoberfläche 58.In a second step for the production of the multilayer bending actuator 10 , shown in 3 , now becomes the actuator structure 12 with the mounting plates 36 . 38 between the stamps 54 . 56 fixed, with the sliding surfaces 64 to the pressure-stamp side of the mounting plates 36 . 38 be pressed. The fixation takes place over the surface 62 the second part form surface 60 as well as a top point 68 the first part form surface 58 ,

In einem dritten Schritt zum Herstellen des mehrschichtigen Biegeaktuators 10, gezeigt in 4, werden nun die genannten Teile fest zwischen den beiden Druckstempeln 54, 56 zusammengepresst, indem die Druckstempel 54, 56 auf Anschlag zusammengebracht werden. Der Aktuatoraufbau rollt sich dabei auf der ersten Teilformoberfläche 58 ab und bildet die gewünschte Krümmung, die durch die zweite Teilformoberfläche 60 stabil gehalten wird. Es ist zu erkennen, dass sämtliche in das Formwerkzeug 50 eingebrachte Elemente lateral zueinander beweglich sind, insbesondere ist dies anhand der im Vergleich zur 2 verschobenen Abstandshalter 42, 46 ersichtlich. Durch das Zusammenpressen der beiden Druckstempel 54, 56 wird in der in 4 gezeigten Pfeilrichtung ein konstantes Moment auf den Aktuatoraufbau 12 aufgebracht.In a third step for producing the multilayer bending actuator 10 , shown in 4 , now the parts mentioned are firmly between the two stamps 54 . 56 Pressed together by the plunger 54 . 56 to be brought together on strike. The actuator assembly rolls on the first part mold surface 58 and forms the desired curvature, through the second Teilformoberfläche 60 is kept stable. It can be seen that all in the mold 50 introduced elements are laterally movable relative to each other, in particular this is based on the compared to 2 shifted spacers 42 . 46 seen. By compressing the two plungers 54 . 56 will be in the in 4 arrow direction shown a constant moment on the actuator structure 12 applied.

Während die beiden Druckstempel 54, 56 den Aktuatoraufbau 12 mit den Montageplatten 36, 38 und den Gleitflächen 64 in der gezeigten Krümmung halten, d. h. während das konstante Moment darauf beaufschlagt wird, wird das Formwerkzeug 50 mit einer erhöhten Temperatur beaufschlagt, wobei die klebefähige Schicht 30 aktiviert und gleichzeitig ausgehärtet wird. Dabei verbinden sich die piezoelektrischen Platten 18, 20 und das Flächenelement 14 fest und unlösbar zueinander. Eine laterale Verschiebung der piezoelektrischen Platten 18, 20 sowie des Flächenelementes 14 ist bereits beim Zusammenpressen der Druckstempel 54, 56 erfolgt, so dass beim Verkleben der piezoelektrischen Platten 18, 20 mit dem Flächenelement 14 keine Zug- bzw. Schubspannungen mehr auftreten. Das Flächenelement 14 weist einen anderen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf als die piezoelektrischen Platten 18, 20, so dass sich die Elemente beim Abkühlen unterschiedlich stark zusammenziehen. Dabei werden die piezoelektrischen Platten 18, 20 noch stärker lateral komprimiert und somit vorgespannt. Im Betrieb wird die Gefahr von Zugkräften minimiert, selbst im Falle von Resonanzüberhöhungen.While the two printing stamps 54 . 56 the actuator structure 12 with the mounting plates 36 . 38 and the sliding surfaces 64 hold in the curvature shown, ie while the constant moment is applied to it, the mold becomes 50 subjected to an elevated temperature, wherein the adhesive layer 30 activated and cured at the same time. In this case, the piezoelectric plates connect 18 . 20 and the surface element 14 firm and inseparable from each other. A lateral displacement of the piezoelectric plates 18 . 20 as well as the surface element 14 is already compressing the plunger 54 . 56 takes place, so that when gluing the piezoelectric plates 18 . 20 with the surface element 14 no tensile or shear stresses occur anymore. The surface element 14 has a different thermal expansion coefficient than the piezoelectric plates 18 . 20 so that the elements contract differently when cooling down. Thereby the piezoelectric plates become 18 . 20 even more laterally compressed and thus biased. In operation, the risk of tensile forces is minimized, even in the case of resonance peaks.

Um den fertigen mehrschichtigen Biegeaktuator 10 auch schubspannungsfrei aus dem Formwerkzeug 50 entfernen zu können, wird, wie in 5 gezeigt, zunächst der zweite Druckstempel 56 gelöst, wobei die erste Montageplatte 36 mit dem darauf aufliegenden mehrschichtigen Biegeaktuator 10 an dem ersten Druckstempel 54 festgehalten wird (gezeigte Pfeilposition).To the finished multilayer bending actuator 10 also shear stress free from the mold 50 to be able to remove, as in 5 shown, first the second plunger 56 solved, with the first mounting plate 36 with the multilayer bending actuator resting thereon 10 at the first printing stamp 54 is held (arrow position shown).

Danach wird, wie in 6 gezeigt, der ausgekühlte mehrschichtige Biegeaktuator 10 entfernt. Die erste Montageplatte 36 wird weiterhin an den gezeigten Pfeilpositionen auf dem ersten Druckstempel 54 festgehalten. So kann auch keine unerwünschte Kraft durch Zurückspringen der biegefähigen ersten Montageplatte 36 auf den mehrschichtigen Biegeaktuator 10 aufgebracht werden.After that, as in 6 shown, the cooled multilayer bending actuator 10 away. The first mounting plate 36 will continue at the arrow positions shown on the first plunger 54 recorded. So no unwanted force by jumping back the bendable first mounting plate 36 on the multilayer bending actuator 10 be applied.

Erst nachdem der mehrschichtige Biegeaktuator 10 aus dem Formwerkzeug 50 entfernt ist, wird auch, wie in 7 gezeigt, die erste Montageplatte 36 von dem ersten Druckstempel 54 gelöst.Only after the multilayer bending actuator 10 from the mold 50 is removed, too, as in 7 shown the first mounting plate 36 from the first printing stamp 54 solved.

Es resultiert der in 8 gezeigte mehrschichtige Biegeaktuator 10, der zwischen zwei nun gekrümmten piezoelektrischen Platten 18, 20 die gekrümmte Membran 16 aufweist, die über die Verbindungseinrichtung 33 in Form der aktivierten klebefähigen Schicht 30 fest und unlösbar mit den piezoelektrischen Platten 18, 20 verbunden ist.It results in the 8th shown multilayer bending actuator 10 that between two now curved piezoelectric plates 18 . 20 the curved membrane 16 having, via the connecting device 33 in the form of the activated adhesive layer 30 firm and unsolvable with the piezoelectric plates 18 . 20 connected is.

Mit dem oben gezeigten Verfahren ist es möglich, kommerziell erhältliche, ebene piezoelektrische Platten 18, 20 beidseitig unter definierter flächiger Vorspannung auf eine gekrümmte Membran 16 anzubringen, um einen mehrschichtigen Biegeaktuator 10 zu erhalten. Der mehrschichtige Biegeaktuator 10 weist aufgrund seines Aufbaus eine sehr hohe Lebensdauer auf. With the method shown above, it is possible to have commercially available planar piezoelectric plates 18 . 20 on both sides under defined flat pretensioning on a curved membrane 16 attach to a multilayer bending actuator 10 to obtain. The multilayer bending actuator 10 has a very long life due to its construction.

Dieser mehrschichtige Biegeaktuator 10 kann vorzugsweise unter beengten Einbaubedingungen eingesetzt werden, die eine flächige und gekrümmte Aktuatorgeometrie erfordern, wie beispielsweise in Statorblättern von Triebwerken.This multilayer bending actuator 10 can be preferably used in tight installation conditions that require a flat and curved actuator geometry, such as in stator blades of engines.

Um flächige piezoelektrische Platten 18, 20 an gekrümmte Flächen, wie beispielsweise eine gekrümmte Membran 16, anzubringen, wird bisher die zugempfindliche Keramik auf ein ebenes Flächenelement 14 geklebt und anschließend gekrümmt. Damit entstehen jedoch hohe mechanische Spannungen an der Keramikoberfläche. Dieses Verfahren kann außerdem nur auf der konkaven Seite 24 der gekrümmten Membran 16 angewendet werden, da auf der konvexen Seite 28 die Zugspannungen das zulässige Niveau schnell überschreiten lassen.To planar piezoelectric plates 18 . 20 curved surfaces, such as a curved membrane 16 , To attach, so far the zugempfindliche ceramic on a flat surface element 14 glued and then curved. However, this results in high mechanical stresses on the ceramic surface. This method can also only on the concave side 24 the curved membrane 16 be applied because on the convex side 28 the tensile stresses quickly exceed the permissible level.

Eine weitere Methode ist es, statt der piezoelektrischen Platten 18, 20, in eine Matrix eingebettete Piezostreifen zu verwenden (erhältlich bei beispielsweise Mide Technology Corporation), die dann um eine Achse verformbar sind. Damit erhält man jedoch ein inhomogenes Flächenträgheitsmoment.Another method is to use piezoelectric plates instead 18 . 20 to use piezo stripes embedded in a matrix (available from, for example, Mide Technology Corporation), which are then deformable about an axis. However, this gives an inhomogeneous area moment of inertia.

Das Verfahren erfolgt in mehreren Schritten mit Hilfe einer Herstellungsvorrichtung 70, die es ermöglicht, die piezoelektrischen Platten 18, 20 in ihrer ursprünglichen flachen Form an eine ursprünglich vorgekrümmte Membran 16 mit dazwischenliegender Klebefolie 32 flächig anzudrücken. Dies wird mittels zweier definiert biegeweicher Montageplatten 36, 38 erreicht, die die gekrümmte Membran 16 derart verformen, dass diese flächig an die piezoelektrischen Platten 18, 20 anliegt. Anschließend wird vergleichbar wie in einem 4-Punkt-Biegeversuch die gesamte Anordnung mit einem konstanten äußeren Moment beaufschlagt und somit nahezu konstant bis zur vorgegebenen Form, dem Anschlag, gekrümmt. Hierbei ist es möglich, dass die Auflageflächen gegeneinander nahezu spannungsfrei weggleiten können. Abschließend wird unter Temperaturbeaufschlagung die klebefähige Schicht 30 ausgehärtet und außerdem die piezoelektrischen Platten 18, 20 ausschließlich über die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten und die eingestellte Aushärtetemperatur definiert vorgespannt.The process takes place in several steps with the aid of a production device 70 that allows the piezoelectric plates 18 . 20 in its original flat form to an originally pre-curved membrane 16 with intermediate adhesive film 32 to press flat. This is defined by means of two flexibly flexible mounting plates 36 . 38 reached, which is the curved membrane 16 deform such that it is flat against the piezoelectric plates 18 . 20 is applied. Subsequently, as in a 4-point bending test, the entire assembly is subjected to a constant external moment and thus almost constant to the predetermined shape, the stop, curved. It is possible that the bearing surfaces can slide away from each other almost free of tension. Finally, the temperature is applied to the adhesive layer 30 cured and also the piezoelectric plates 18 . 20 exclusively biased by the different thermal expansion coefficients and the set curing temperature defined.

In die Klebefolie 32 kann zur besseren Kontaktierung ein leitfähiges Netzgewebe eingebettet werden.In the adhesive film 32 can be embedded for better contacting a conductive mesh.

Das Verfahren erlaubt es, piezoelektrische Platten 18, 20 beliebiger Hersteller beidseitig an eine gekrümmte Membran 16 unter mechanischer Vorspannung aufzubringen, um eine homogene aktuatorische Verformung einzuleiten. Mit der damit erhaltenen Designfreiheit wird eine deutliche elektromechanische Effizienzsteigerung erreicht.The method allows piezoelectric plates 18 . 20 Any manufacturer on both sides of a curved membrane 16 under mechanical pretension to induce homogeneous actuator deformation. With the design freedom thus obtained, a significant electromechanical increase in efficiency is achieved.

Ein in die Klebefolie 32 eingebettetes leitfähiges Netzgewebe gewährleistet eine zuverlässige flächige Kontaktierung der piezoelektrischen Platten 18, 20. Somit kann der mehrschichtige Biegeaktuator 10 bei auftretender mechanischer Überbelastung und damit verbundener Rissbildung in der Keramik ohne deutliche Einbußen in der Aktuatorleistung und Lebensdauer weiterbetrieben werden.One in the adhesive film 32 embedded conductive mesh ensures a reliable surface contact of the piezoelectric plates 18 . 20 , Thus, the multilayer bending actuator 10 be used in case of occurring mechanical overloading and associated cracking in the ceramic without significant losses in the actuator performance and life.

Mit dem Verfahren ist es möglich, die folgenden Aufbauvarianten eines mehrschichtigen Aktuators, insbesondere eines mehrschichtigen Biegeaktuators 10, herzustellen:

  • Piezoelektrische Platte 18gekrümmte Membran 16 – piezoelektrische Platte 20
  • Piezoelektrische Platte 18 – piezoelektrische Platte 20 (ohne gekrümmte Membran 16)
  • Piezoelektrische Platte 18 – piezoelektrische Platte 18gekrümmte Membran 16 – piezoelektrische Platte 20 – piezoelektrische Membran 20
  • Piezoelektrische Platte 18 – gekrümmte Membran 16 (als asymmetrischer Aufbau)
With the method, it is possible to use the following construction variants of a multilayer actuator, in particular a multilayer bending actuator 10 to manufacture:
  • • Piezoelectric plate 18 - curved membrane 16 - piezoelectric plate 20
  • • Piezoelectric plate 18 - piezoelectric plate 20 (without curved membrane 16 )
  • • Piezoelectric plate 18 - piezoelectric plate 18 - curved membrane 16 - piezoelectric plate 20 - piezoelectric membrane 20
  • • Piezoelectric plate 18 - curved membrane 16 (as asymmetrical structure)

Solche mehrschichtigen Aktuatoren, insbesondere mehrschichtige Biegeaktuatoren, können z. B. in Triebwerksschaufeln von beispielsweise Luftfahrzeugen, insbesondere in Turbinenschaufeln in Turbinen von Flugzeugen und/oder Hubschrauben, verwendet werden.Such multilayer actuators, in particular multilayer bending actuators, z. B. in engine blades of, for example, aircraft, especially in turbine blades in turbines of aircraft and / or jackscrews are used.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
mehrschichtiger Biegeaktuatormultilayer bending actuator
1212
Aktuatoraufbauactuator assembly
1414
Flächenelementsurface element
1616
gekrümmte Membrancurved membrane
1818
erste piezoelektrische Plattefirst piezoelectric plate
2020
zweite piezoelektrische Plattesecond piezoelectric plate
2222
zweite Seitesecond page
2424
konvexe Seiteconvex side
2626
erste Seitefirst page
2828
konkave Seiteconcave side
3030
klebefähige Schichtadhesive layer
3232
Klebefolieadhesive film
3333
Verbindungseinrichtungconnecting device
3434
Handhabungseinrichtunghandling device
3636
erste Montageplattefirst mounting plate
3838
zweite Montageplattesecond mounting plate
4040
ÜberstandGot over
4242
erster Abstandshalterfirst spacer
4444
äußerer Randbereichouter edge area
4646
zweiter Abstandshaltersecond spacer
4848
KrümmeinrichtungKrümmeinrichtung
5050
Formwerkzeugmold
5252
gekrümmte Formoberflächecurved mold surface
5454
erster Druckstempelfirst printing stamp
5656
zweiter Druckstempelsecond printing stamp
5858
erste Teilformoberflächefirst part form surface
6060
zweite Teilformoberflächesecond part form surface
6262
Flächearea
6464
Gleitflächensliding surfaces
6868
oberster Punkttop point
7070
Herstellungsvorrichtungmaking device

Claims (13)

Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen Aktuators (10), mit den Schritten a) Zunächst vollflächiges Kontaktieren einer piezoelektrischen Platte (18, 20) mit einem Flächenelement (14), das eine größere Fläche als die piezoelektrische Platte (18, 20) und Überstände (40) aufweist, zum Erzeugen eines Aktuatoraufbaus (12), wobei das Flächenelement (14) und die piezoelektrische Platte (18, 20) schubspannungsfrei zwischen einer ersten und einer zweiten biegsamen Montageplatte (36, 38) gehalten werden, wobei das Flächenelement (14) durch Inkontaktbringen der Überstände (40) mit an den Montageplatten (36, 38) angeordneten Abstandshaltern (42, 46) gehalten wird; b) Anschließendes Krümmen des Aktuatoraufbaus (12); und c) Anschließendes Verbinden der piezoelektrischen Platte (18, 20) mit dem Flächenelement (14), wobei die erste und zweite Montageplatte (36, 38) nach dem Verbinden von dem mehrschichtigen Aktuator (10) gelöst werden.Method for producing a multilayer actuator ( 10 ), with the steps a) First, full-surface contacting a piezoelectric plate ( 18 . 20 ) with a surface element ( 14 ), which has a larger area than the piezoelectric plate ( 18 . 20 ) and supernatants ( 40 ) for generating an actuator structure ( 12 ), wherein the surface element ( 14 ) and the piezoelectric plate ( 18 . 20 ) Schubspannungsfrei between a first and a second flexible mounting plate ( 36 . 38 ), wherein the surface element ( 14 ) by contacting the supernatants ( 40 ) with at the mounting plates ( 36 . 38 ) arranged spacers ( 42 . 46 ) is held; b) subsequent bending of the actuator assembly ( 12 ); and c) subsequently connecting the piezoelectric plate ( 18 . 20 ) with the surface element ( 14 ), wherein the first and second mounting plates ( 36 . 38 ) after joining the multilayer actuator ( 10 ) are solved. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Krümmen in Schritt b) ein über eine Fläche (62) des Aktuatoraufbaus (12) konstantes Moment aufgebracht wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that for bending in step b) an over a surface ( 62 ) of the actuator assembly ( 12 ) constant moment is applied. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt b) ein Formwerkzeug (50) mit einer gekrümmten Formoberfläche (52) verwendet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that in step b) a mold ( 50 ) having a curved molding surface ( 52 ) is used. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Formoberfläche (52) durch Verwendung von wenigstens einem ersten und einem zweiten Druckstempel (54, 56) zum Bereitstellen von wenigstens zwei Teilformoberflächen (58, 60) gebildet wird.Method according to claim 3, characterized in that the mold surface ( 52 ) by using at least a first and a second plunger ( 54 . 56 ) for providing at least two partial shaping surfaces ( 58 . 60 ) is formed. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass durch den ersten Druckstempel (54) eine konvex gekrümmte Teilformoberfläche (58) und durch den zweiten Druckstempel (56) eine konkav gekrümmte Teilformoberfläche (60) zur Verfügung gestellt wird.A method according to claim 4, characterized in that by the first plunger ( 54 ) a convexly curved partial surface ( 58 ) and by the second plunger ( 56 ) a concavely curved partial surface ( 60 ) is made available. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt b) der zwischen den Montageplatten (36, 38) eingespannte Aktuatoraufbau (12) zwischen den Teilformoberflächen (58, 60) zusammengepresst wird und/oder dass zwischen den Montageplatten (36, 38) und den Teilformoberflächen (58, 60) Gleitflächen (64) eingebracht werden.Method according to one of claims 4 or 5, characterized in that in step b) the between the mounting plates ( 36 . 38 ) clamped actuator assembly ( 12 ) between the part form surfaces ( 58 . 60 ) and / or that between the mounting plates ( 36 . 38 ) and the partial form surfaces ( 58 . 60 ) Sliding surfaces ( 64 ) are introduced. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der piezoelektrischen Platte (18, 20) und dem Flächenelement (14) eine klebefähige Schicht (30) angeordnet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that between the piezoelectric plate ( 18 . 20 ) and the surface element ( 14 ) an adhesive layer ( 30 ) is arranged. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt c) unter gleichzeitiger Beaufschlagung mit dem konstanten Moment die klebefähige Schicht (30) durch Temperaturbeaufschlagung aktiviert und ausgehärtet wird.A method according to claim 7, characterized in that in step c) while simultaneously applying the constant moment, the adhesive layer ( 30 ) is activated by temperature and hardened. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, gekennzeichnet durch Einbringen eines leitfähigen Netzgewebes in die klebefähige Schicht (30).A method according to claim 7 or 8, characterized by introducing a conductive mesh fabric into the adhesive layer ( 30 ). Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt a) den Schritt Kontaktieren einer mit einer klebefähigen Schicht (30) versehenen zweiten piezoelektrischen Platte (20) mit einer der ersten piezoelektrischen Platte (18) gegenüberliegenden Seite des Flächenelements (14) und/oder den Schritt Kontaktieren einer dritten und/oder vierten piezoelektrischen Platte mit der ersten und/oder zweiten piezoelektrischen Platte (18, 20) umfasst.Method according to one of the preceding claims, characterized in that step a) comprises the step of contacting an adhesive layer ( 30 ) second piezoelectric plate ( 20 ) with one of the first piezoelectric plate ( 18 ) opposite side of the surface element ( 14 ) and / or the step of contacting a third and / or fourth piezoelectric plate with the first and / or second piezoelectric plate ( 18 . 20 ). Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächenelement (14), die piezoelektrischen Platten (18, 20), die Montageplatten (36, 38) und die Gleitflächen (64) derart zueinander angeordnet werden, dass sie während des Aufbringens des konstanten Moments orthogonal zu dem konstanten Moment gegeneinander weggleiten können.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the surface element ( 14 ), the piezoelectric plates ( 18 . 20 ), the mounting plates ( 36 . 38 ) and the sliding surfaces ( 64 ) are arranged to each other so that they can slide against each other during the application of the constant torque orthogonal to the constant moment. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Flächenelement (14) eine weitere piezoelektrische Platte oder eine Membran (16) bereitgestellt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that as surface element ( 14 ) another piezoelectric plate or a membrane ( 16 ) provided. Herstellungsvorrichtung (70) zur Herstellung eines mehrschichtigen Aktuators (10), mit einer Handhabungseinrichtung (34) zum vollflächigen Kontaktieren einer piezoelektrischen Platte (18, 20) mit einem Flächenelement (14) zum Erzeugen eines Aktuatoraufbaus (12), wobei als Handhabungseinrichtung (34) eine erste und eine zweite biegsame Montageplatte (36, 38) vorhanden sind, die Abstandshalter (42, 46) aufweisen und die ausgebildet sind, zwischen sich das Flächenelement (14) und die piezoelektrische Platte (18, 20) schubspannungsfrei zu halten, wobei die Montageplatten (36, 38) ferner ausgebildet sind, das Flächenelement (14) mittels der Abstandshalter (42, 46) an einem Überstand (40) des Flächenelements (14) zu halten, einer Krümmeinrichtung (48) zum Krümmen des Aktuatoraufbaus (12) und mit einer Verbindungseinrichtung (33) zum Verbinden der piezoelektrischen Platte (18, 20) mit dem Flächenelement (14).Manufacturing device ( 70 ) for producing a multilayer actuator ( 10 ), with a handling device ( 34 ) for full surface contacting of a piezoelectric plate ( 18 . 20 ) with a surface element ( 14 ) for producing an actuator structure ( 12 ), as a handling device ( 34 ) a first and a second flexible mounting plate ( 36 . 38 ), the spacers ( 42 . 46 ) and which are formed, between them the surface element ( 14 ) and the piezoelectric plate ( 18 . 20 ) shear stress-free, the mounting plates ( 36 . 38 ) are further formed, the surface element ( 14 ) by means of the spacers ( 42 . 46 ) on a supernatant ( 40 ) of the surface element ( 14 ), a curving device ( 48 ) for curving the actuator assembly ( 12 ) and with a connection device ( 33 ) for connecting the piezoelectric plate ( 18 . 20 ) with the surface element ( 14 ).
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