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Ein Amplified Piezo Actuator besteht aus einem piezoelektrischen Stapelaktor und einem metallischen Festkörpergelenkrahmen. Durch diese Kombination ist trotz geringer mechanischer Auslenkungen des Stapelaktors ein für viele Anwendungen nötiger, größerer Stellweg realisierbar. Gleichzeitig können die Vorteile des piezoelektrischen Wandlerprinzips wie hohe Präzision, hohe Eigenfrequenz und hohe Blockierkraft beibehalten werden. Für den Entwurf eines solchen Amplified Piezo Actuators können sowohl analytische Modelle als auch numerische Simulationen hinzugezogen werden. In dieser Arbeit werden ausgewählte analytische Modelle hergeleitet und hinsichtlich eines konkreten Anwendungsbeispiels angepasst. Dies beinhaltet eine rein geometrische Betrachtung, die Beschreibung des mechanischen Aktorverhaltens durch ein elastostatisches sowie ein nachgiebigkeitsbasiertes Modell. Zudem werden Parameterstudien mithilfe entsprechender numerischer Simulationen durchgeführt. Die aus den Simulationsergebnissen gezogenen Schlüsse fließen in die Fertigung von fünf Festkörpergelenkrahmen mit unterschiedlichen Eigenschaften ein. Die Validierung der analytischen und numerischen Modelle anhand durchgeführter Messungen an den gefertigten Aufbauten runden den Beitrag ab.

Untersuchung analytischer und numerischer Modelle zur anwendungsspezifischen Dimensionierung eines Amplified Piezo Actuators