Freiform Einzelschicht-Biegewandler: Neue Designfreiheit für Piezoaktoren

Abstract:
Wir präsentieren und validieren ein neues Aktuationsprinzip für Piezokeramiken, bei dem eine einzelne, homogene Schicht in Freiform ausgelenkt werden kann. Der Aktor besteht dementsprechend nur aus einer einzelnen Piezolage die sich durch eine inhomogene und global anisotrope Dehnung in der Ebene senkrecht zur Ebene auslenkt. Im rotationssymmetrischen Fall leiten wir einen einfachen Ausdruck für das Auslenkungsprofil abhängig von der Polarisation her, und verifizieren diesen an mehreren Beispielen. Dabei sind die Krümmungsradien nicht durch das Aktuationsprinzip sondern nur durch die Materialsteifigkeit begrenzt. Im Vergleich zu klassischen Biegewandlern sind die Auslenkungen sehr hoch und in erster Ordnung unabhängig von der Dicke des Materials.