DE102005022355A1 - Electromechanical control drive e.g. piezoelectric control drive, for e.g. automotive engineering field, has actuators positioned on x`-z`-plane and/or y`-z`-plane and actuator units positioned together in right-angled coordinate system - Google Patents

Electromechanical control drive e.g. piezoelectric control drive, for e.g. automotive engineering field, has actuators positioned on x`-z`-plane and/or y`-z`-plane and actuator units positioned together in right-angled coordinate system

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DE102005022355A1
DE102005022355A1 DE200510022355 DE102005022355A DE102005022355A1 DE 102005022355 A1 DE102005022355 A1 DE 102005022355A1 DE 200510022355 DE200510022355 DE 200510022355 DE 102005022355 A DE102005022355 A DE 102005022355A DE 102005022355 A1 DE102005022355 A1 DE 102005022355A1
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actuators
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Application number
DE200510022355
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German (de)
Inventor
Bernhard Dr. Gottlieb
Andreas Dr. Kappel
Tim Dr. Schwebel
Carsten Wallenhauer
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NOLIAC A/S, KVISTGAARD, DK
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Siemens AG
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02NELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N2/00Electric machines in general using piezo-electric effect, electrostriction or magnetostriction
    • H02N2/10Electric machines in general using piezo-electric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
    • H02N2/105Cycloid or wobble motors; Harmonic traction motors

Abstract

Drive has a shaft (12) lying against a drive ring (11) and actuators (1-4) lying in a plane that is positioned in a right-angled coordinate system perpendicular to a ring axis. Actuators are mirror-symmetrically positioned on an x`-z`-plane and/or y`-z`-plane and connected with the ring. Actuator units (20, 30) are mirror-symmetrically positioned together in the system based on z`-plane that is aligned to x` - and y`-axes.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen elektromechanischen Stellantrieb, insbesondere einen piezoelektrischen Stellantrieb, der elektrisch initiierte mechanische Hubbewegungen in Drehbewegungen umsetzt. The invention relates to an electromechanical actuator, in particular a piezoelectric actuator, which converts electrically initiated mechanical stroke movements into rotational movements.
  • Aus der europäischen Patentschrift From the European Patent EP 1 098 429 B1 EP 1098429 B1 ist ein elektromechanischer Motor bekannt, der im Folgenden auch als Piezoringmotor (PRM) bezeichnet wird. is known, an electromechanical motor, which is also referred to as a piezo ring motor (PRM). In den diese Patentschrift begleitenden In this specification accompanying 1 1 bis to 6 6 ist ein derartiger PRM in der Aufsicht geschnitten skizziert. such PRM is sketched cut in plan view. Es ist jeweils die gesamte Anordnung des PRM dargestellt mit den Antriebseinheiten bzw. Aktoren des PRM. In each case, the overall arrangement of the PRM shown with the drive units or actuators of the PRM. In einer bevorzugten Ausführung des Patentgegenstandes nach dem Stand der Technik steht eine Spiegelebene, x'-z'-Ebene, von Aktor In a preferred embodiment of the patent article according to the prior art is a mirror plane, x'-z 'plane, of actuator 1 1 und Ring (ohne Aktor and Ring (without actuator 2 2 ) senkrecht auf einer Spiegelebene, y'-z'-Ebene, von Aktor ) Perpendicular to a mirror plane Y'-Z 'plane of actuator 2 2 und Ring (ohne Aktor and Ring (without actuator 1 1 ), wobei die z'-Richtung senkrecht zur Blattebene verläuft und diese beiden Spiegelebenen schneiden sich in der Achse der zylindrischen Ringbohrung, der z'-Achse. ), Wherein the Z'-direction is perpendicular to the sheet plane, and these two planes of symmetry intersect in the axis of the cylindrical ring bore, the z 'axis. Aktor actuator 1 1 bewegt den Ring in eine Richtung, die relativ zur Richtung von Aktor moving the ring in a direction relative to the direction of actuator 2 2 senkrecht orientiert ist. is vertically oriented.
  • Ein an der Welle angreifendes Drehmoment wird im Kontaktpunkt zwischen Ring und Welle auf den Ring übertragen und bewirkt dort ein Drehmoment bezüglich des Ringmittelpunktes. An engaging on the shaft torque is transferred at the contact point between the ring and shaft on the ring and there produces a torque with respect to the ring center. Wird der Wellenradius mit rW und der Ring-Innenradius mit rR bezeichnet so gilt der Zusammenhang: If the shaft radius rW and the ring inner radius r R referred to the relationship applies:
    Figure 00010001
  • Wegen rW = rR werden die an der Welle angreifenden Drehmomente vollständig auf den Ring übertragen, dh MR = MW. Because Rw = rR the engaging the shaft torques are completely transmitted to the ring, ie MR = MW. Das Drehmoment MR wiederum muss über den Ring auf die Aktoren 3 entsprechend der Figuren übertragen und letztendlich an den Rückseiten der Aktoren in Form von Festlagern auf das nicht dargestellte Motorgehäuse übertragen. The torque MR must in turn transmitted through the ring to the actuators 3 according to the figures and ultimately transmitted to the rear sides of the actuators in the form of fixed bearings on the not shown motor housing.
  • Ein Aktor bzw. ein Antriebselement besteht aus einem piezoelektrischen Multilayer Aktor (PMA) der zur steifen mechanischen Ankopplung und zum Schutz vor schädlichen dynamischen Zugspannungen unter Druckvorspannung zwischen zwei Endkappen in eine mechanisch weiche Rohrfeder eingeschweißt ist. An actuator or a driving element consists of a piezoelectric multilayer actuator (PMA) which is welded to the rigid mechanical coupling and to protect against harmful dynamic tensile stresses under compressive prestress between two end caps in a mechanically soft tube spring. Da die Rohrfeder mechanisch weich ausgebildet ist, um die PMA-Auslenkung nicht zu behindern, trägt sie auch nur vernachlässigbar wenig zur Drehmomentübertragung vom Ring auf das Motorgehäuse bei. As the Bourdon tube is formed mechanically soft, so as not to hinder the PMA-deflection, it also contributes only negligibly little to the torque transmission from the ring to the motor housing. Der Großteil der Drehmomentlast, mehr als 90%, wird daher durch den PMA vom Ring auf das Motorgehäuse übertragen. The majority of the torque load, more than 90%, is therefore transmitted through the PMA from the ring on the motor housing. Das Drehmoment MR bewirkt eine Torsion des Ringes, dh eine Rotation des Ringes um die Achse seiner zylindrischen Innenbohrung. The torque MR causes a twist of the ring, ie, a rotation of the ring about the axis of its cylindrical inner bore. Der Torsionswinkel wird maßgeblich durch die Biegesteifigkeit der PMA bestimmt, da Ring und Endkappen der Aktoreinheiten in Stahl mit einem Elastizitätsmodul von ca. 200 GPa und sehr massiv ausgeführt werden, wohingegen der Elastizitätsmodul der PMA nur ca. 33 GPa beträgt. The torsion angle is mainly determined by the bending stiffness of the PMA, since the ring and end caps of the actuator units in steel are designed to be very solid with a modulus of elasticity of about 200 GPa and, whereas the modulus of elasticity of the PMA is only about 33 GPa. Die großtechnisch verfügbaren PMA mit typischen Dimensionen von ca. L × B × H = 45 × 5.2 × 5.2 mm 3 sind vergleichsweise schlank und filigran ausgeführt. The PMA industrially available with typical dimensions of approximately L × W × H = 45 × 5.2 × 5.2 mm 3 are relatively slender and filigree executed.
  • Insbesondere bei Einwirkung höherer Drehmomente von mehr als ca. 1 Nm auf die Welle des PRM liegen bisher keine Erfahrungswerte vor im Betrieb eines PMA vor. In particular, are under the effect of higher torques of more than about 1 Nm to the wave of PRM so far no experience with the operation of a PMA before. Die Piezokeramik ist beispielsweise als sprödes Material nur sehr begrenzt in der Lage Biegelasten zu tragen. The piezoceramic must be worn, for example, as a brittle material only very limited ability bending loads.
  • Die Biegefestigkeit der PMA ist somit begrenzt und sollte mit dem erreichbaren Drehmoment eines gewünschten PRM kompatibel sein. The flexural strength of the PMA is thus limited and should be compatible with the achievable torque of a desired PRM.
  • In der europäischen Patentschrift In the European Patent EP 1 098 429 B1 EP 1098429 B1 werden in deren in whose 9 9 und in Anspruch 5 PRM Varianten vorgestellt, bei denen mehr als zwei elektromechanische Antriebselemente innerhalb einer Bewegungsebene des Antriebsringes, um einen an nähernd konstanten Winkel zueinander gegenseitig versetzt sind. and in claim 5 presented PRM variants in which more than two electromechanical drive elements within a plane of movement of the drive ring to have a constant offset of approaching angle to each other.
  • 9 9 der Patentschrift the patent EP 1 098 429 B1 EP 1098429 B1 zeigt einen dementsprechenden PRM-Aufbau mit 3 Aktoren und shows a structure corresponding thereto PRM 3 actuators and 8 8th eine Antriebseinheit mit den Aktoren jeweils gegenüberliegenden Federn. a drive unit connected to the actuators respectively opposite springs. Das maximal erreichbare Drehmoment bei der Betrachtung von The maximum achievable torque when viewing 9 9 wird insofern erhöht, da sich die daraus ergebende Biegelast in diesem Fall auf 3 statt auf 2 Elemente annähernd gleichmäßig verteilt. is increased in so far as the resultant bending load is distributed approximately uniformly in this case 3 instead of 2 elements. Im allgemeinen Fall mit der Anzahl n>2 kann durch einen Motoraufbau mit n-Aktoren das maximal erreichbare Drehmoment um den Faktor n/2 bezogen auf den Basis – PRM mit n=2 gesteigert werden. In the general case the number n> 2 can be obtained by a motor assembly with n-actuators, the maximum achievable torque by a factor of n / 2 on the base - was increased with n = 2 PRM.
  • Mit der Erfindung soll das Drehmoment eines elektromechanischen Stellantriebes wie eines Piezo-Ring-Motors bei gleichzeitig stabilem Betrieb wesentlich erhöht werden. With the invention the torque of an electro-mechanical actuator such as a piezo-ring motor is to be increased substantially at the same time stable operation. Die Lösung dieser Aufgabe geschieht durch die Merkmalskombination entsprechend Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen können den Unteransprüchen entnommen werden. The solution of this object is achieved by the combination of features according to claim 1. Advantageous embodiments may be taken from the subclaims.
  • Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass die Biegefestigkeit der Aktoren eines elektromechanischen Stellantriebs der Schwachpunkt einer Piezo-Ring-Anordnung ist. The invention is based on the realization that the bending strength of the actuators of an electro-mechanical actuator is the weak point of a piezo-ring arrangement. Die von einem entsprechenden Motor erzeugten Drehmomente müssen nach hinten bzw. auf die Basis des Motors abgestützt werden. The torques generated by a corresponding motor must be supported to the rear or on the base of the engine. In diesem Bereich existieren systembedingt nur die Aktoren, die zwangsläufig diese Last aufnehmen oder übertragen müssen. exist due to the system, only the actors who have to take this burden or necessarily be passed in this area.
  • 1 1 zeigt einen erfindungsgemäßen PRM mit 4 Aktoren und shows a PRM invention with 4 actuators and
  • 2 2 nur die Antriebseinheit ohne Welle. only the drive unit without a shaft. Der Stellantrieb besitzt in die Antriebseinheit gemäß The actuator has in the drive unit according to 2 2 folgende Symmetrien: following symmetries:
    Der Ring und die Aktoren 1 u 2, ohne die Aktoren 3 u. The ring and actuators 1 and 2 without the actuators 3 u. 4 besitzen die x'-z' Ebene als Spiegelebene. 4 have the x'-z 'plane as the mirror plane.
    Der Ring und die Aktoren 3 u 4, ohne die Aktoren 1 u. The ring and actuators 3 and 4 without the actuators 1 u. 2 besitzen die y'-z' Ebene als Spiegelebene. 2 have the y 'z' plane as the mirror plane.
  • Diese beiden Spiegelebenen schneiden sich in der Achse der zylindrischen Ringbohrung, der z'-Achse, die senkrecht auf der Papierebene steht. These two mirror planes intersect in the axis of the cylindrical ring bore, the z 'axis which is perpendicular to the plane of the paper. Die Ausführung als Gesamtheit besitzt eine Spiegelebene, in der die z' Achse enthalten ist und die die x'-z'- oder y'-z'-Ebene im 45° Winkel schneidet. The design as a whole has a mirror plane in which the z 'axis is contained, and which intersects the x'-z' and y'-z 'plane at a 45 ° angle. Die Symmetrieebenen sind als Strich – Punkt – Linien in The planes of symmetry as a line - point - lines 2 2 dargestellt. shown. Damit enthält der Erfindungsgegenstand mindestens zwei Antriebseinheiten bzw. Aktoreinheiten gemäß Thus, the subject invention includes at least two drive units and actuator units in accordance with 2 2 mit den beschriebenen Symmetrien. with the described symmetries. Die Anzahl der Aktoren liegt bei mindestens vier, welche gleichmäßig auf zwei Aktoreinheiten aufgeteilt sind, also 2 × 2. Bei einer Erhöhung der Aktoranzahl müssen jeweils die Symmetriebedingungen erfüllt sein. The number of actuators is at least four, which are divided equally between two actuator units, ie 2 x 2. With an increase in Aktoranzahl each symmetry conditions must be met. Somit muss in jeder Aktoreinheit die Spiegelbedingung bezüglich der x'- und der y'-Achse erfüllt sein, sowie die an der Winkelhalbierenden zu diesen beiden Achsen. Thus, in each actuator, the mirror condition with respect to the x 'and y' axis must be met, and at the bisector of these two axes. Die Aktoren 1 u. The actuators 1 u. 2 bewegen den Ring in x'-Richtung, die Aktoren 3 u. 2 move the ring in x 'direction, the actuators 3 u. 4 bewegen den Ring in y'-Richtung. 4 to move the ring in the y'-direction.
  • Das Prinzip lässt sich auf jede gerade Anzahl von Aktoren erweitern. The principle can be just extend to any number of actuators. 3 3 u. u. 4 4 zeigen beispielsweise die Erweiterung auf 6 Aktoren. show, for example, the extension to 6 actuators.
  • Im Folgenden werden anhand der begleitenden Figuren Ausführungsbeispiele Beschrieben. Exemplary embodiments are described with reference to the accompanying drawings.
  • 1 1 zeigt einen erfindungsgemäßen PRM mit 4 Aktoren, shows a PRM invention with 4 actuators,
  • 2 2 zeigt die Antriebseinheit ohne Welle, shows the drive unit without a shaft,
  • 3 3 , . 4 4 zeigen beispielsweise die Erweiterung auf 6 Aktoren. show, for example, the extension to 6 actuators.
  • 5 5 - 8 8th geben den Stand der Technik wieder mit in einer Aktoreinheit lediglich einem Aktor, dessen Längsachse die Ringachse schneidet. reflect the state of the art in again with an actuator only an actuator whose longitudinal axis intersects the axis of the ring.
  • Vergleich zwischen dem Stand der Technik und der erfindungsgemäßen Ausführung: Comparison between the prior art and the inventive design:
    Das PRM Prinzip wird im folgenden mit dem Prinzip aus dem Stand der Technik anhand der entsprechenden Ausführungen mit 4 Aktoren verglichen (siehe The PRM principle is compared below with the principle of the prior art with reference to the relevant passages of 4 actuators (see 8 8th und and 1 1 ). ).
  • Entsprechend der elementaren Theorie zur Balkenbiegung gilt in jedem Balkenquerschnitt in guter Näherung ein lineares Spannungsprofil: According to the elementary theory of beam bending a linear voltage profile applicable in all beam cross-section to a good approximation:
    Figure 00050001
    wobei mit I das Flächenträgheitsmoment des Balkenquerschnitts für die entsprechende Biegerichtung; eluting with I, the geometrical moment of inertia of the beam cross-section for the respective bending direction; mit z der Abstand von der neutralen Faser, und mit MR das angreifende Drehmoment bezeichnet wird. with z is the distance from the neutral fiber, and MR with the engaging torque is referred to.
  • Betrachtung für den Stand der Technik ( Consideration of the prior art ( 8 8th ): ):
    Für einen quadratischen Querschnitt der Kantenlänge a, der mit einem Drehmoment belastetet wird, das im Balkenquerschnitt eine Schubkraft parallel zu einer der Kantenrichtungen bewirkt, ergibt sich für I: For a square cross section of side length a, which is debited with a torque, which causes in the beam cross section of a thrust parallel to one of edge directions, the result for I:
    Figure 00050002
  • Aus dem linearen Spannungsprofil geht zudem hervor, dass der betragsmäßig größte Wert der mechanischen Materialspannung dort auftritt, wo der Abstand zur neutralen Faser am größten ist. From the linear voltage profile also shows that the maximum absolute value of the mechanical material stress occurs where the distance from the neutral axis is the greatest.
  • Im vorliegenden Fall gilt hierfür: In the present case is applicable:
    Figure 00050003
    und für die maximale mechanische Spannung bei 4 Aktoren auf die sich das Drehmoment gleichmäßig überträgt: and for the maximum stress at 4 actuators to which the torque evenly transmits:
    Figure 00060001
  • Betrachtung auf die Erfindung bezogen ( based on consideration of the invention ( 1 1 , . 2 2 ): ):
    Jede Aktoreinheit ist in der x'-y'-Ebene um die Strecke b senkrecht von der neutralen Faser weggerückt. Each actuator is moved away in the x'-y 'plane by the distance b perpendicularly from the neutral fiber. Gemäß dem Satz von Steiner gilt: According to the Steiner's theorem applies:
    Figure 00060002
  • Auch hier geht aus dem linearen Spannungsprofil hervor, dass der betragsmäßig größte Wert der mechanischen Materialspannung an dem Ort mit dem größten Abstand zur neutralen Faser erreicht wird. Here, too, it follows from the linear voltage profile that the maximum absolute value of the mechanical material stress is achieved at the place with the greatest distance from the neutral axis. Im vorliegenden Fall gilt hierfür: In the present case is applicable:
    Figure 00060003
    und für die maximale mechanische Spannung bei 4 Aktoren auf die sich das Drehmoment symmetriebedingt gleichmäßig überträgt. and for the maximum stress at 4 actuators to which the torque symmetry conditionally transmits evenly.
  • Figure 00060004
  • Im direkten Vergleich zwischen dem Stand der Technik und der Erfindung gilt In a direct comparison between the prior art and the invention applies
    Figure 00060005
  • Positioniert man die Piezokeramiken unmittelbar nebeneinander, so gilt b=a/2 und damit: Positioned to the piezoceramics immediately next to each other, so b = a / 2, and thus:
    Figure 00070001
    typische Werte für b liegen im Bereich a < b < 2∙a und der Vorteil in der Absenkung der maximal auftretenden mechanischen Spannungen liegt hierfür im Bereich: Typical values ​​for b are in the range a <b <2 ∙ a and the advantage in the reduction of the maximum occurring mechanical stresses this lies in the area:
    Figure 00070002
  • Mit der Erfindung dieses elektromechanischen Stellantriebes können, verglichen mit dem Stand der Technik, bis zu 10-fach höhere Drehmomente bei vergleichbarer mechanischer Belastung der PMA erreicht werden. With the invention, this electromechanical actuator, can be achieved compared with the prior art, up to 10-fold higher torques with comparable mechanical load on the PMA.
  • In den Figuren ist insgesamt der Stand der Technik entsprechend den In the figures, a total of the art in accordance with the 5 5 , . 6 6 , . 7 7 und and 8 8th und die Erfindung in den and the invention in the 1 1 , . 2 2 , . 3 3 und and 4 4 dargestellt. shown.
  • Im Stand der Technik sind bereits rechtwinklige Ausrichtungen von Aktoren zueinander bei gleichzeitiger Befestigung an einen Antriebsring bekannt. In the prior art rectangular orientations of actuators each other with simultaneous attachment to a drive ring are already known. Die Anzahl der Aktoren liegt in der Regel bei zwei, kann jedoch bis auf vier erweitert werden. The number of actuators is usually in two, but can be expanded up to four. Die The 5 5 und and 6 6 zeigen einen Piezo-Ringmotor entsprechend dem Stand der Technik, wobei in show a piezo ring motor according to the prior art, in which 5 5 zwei Aktoren verwendet werden: Aktor two actuators are used: Actuator 7 7 und Aktor and actuator 8 8th , die in einer Ebene liegend 90° gegeneinander versetzt sind und an einem Antriebsmotor That are offset from one another in a plane lying at 90 °, and a drive motor 11 11 mit äußerer quadratischer Kontur und mit innerer kreisförmiger Kontur befestigt sind. are fixed with outer square contour and inner circular contours. Die in In the 5 5 nebengeordnete Skizze zeigt den gleichen Ringmotor um 90° gedreht, wobei sich die Welle ancillary sketch shows the same ring motor rotated by 90 °, wherein the shaft 12 12 von links nach rechts erstreckt. extends from left to right. Die Verschiebebewegungen des Antriebsrings The displacement movements of the drive ring 11 11 erzeugen eine Drehung der Welle generate a rotation of the shaft 12 12 . , Die aufnehmbaren bzw. übertragbaren Drehmomente dieses Systems müssen an der Basis des Motors abgestützt werden. The recordable or transmittable torques of this system must be supported at the base of the engine. Hierzu kommen bei einem Ringmotor mit Festkörper-Aktuator-Antrieb lediglich die Aktoren in Frage. To this end, only the actuators are suitable for a ring motor with solid-state actuator drive. Diese stützen sich entsprechend der Figuren an durch Dreiecke dargestellte Festlager nach hinten ab. These are based according to the figures on represented by triangles bearing to the rear. Somit ist aus den Thus, from the 5 5 , . 6 6 , . 7 7 und and 8 8th leicht ersichtlich, dass aufgrund der geometrischen Verhältnisse und der in der Beschreibung angeführten Biegemoment-Abschätzungen die Aktuatoren eine begrenzte Last tragen können. readily apparent that due to the geometric ratios and the cited in the description bending moment estimates the actuators can carry a limited load. Durch die Erhöhung der Anzahl von Aktoren entsprechend den By increasing the number of actuators in accordance with the 7 7 und and 8 8th kann diese Drehmomenten-Aufnahme lediglich geringfügig gesteigert werden. these torques recording may be only slightly increased. Die Variante nach dem Stand der Technik entsprechend The variant according to the prior art in accordance with 7 7 oder or 8 8th weist aus, dass sämtliche Aktoren indicates that all the actuators 7 7 , . 8 8th , . 9 9 , . 10 10 in einer Ebene liegen, jeweils 90° zueinander versetzt sind und an dem äußeren quadratischen Querschnitt des Rings befestigt sind. lie in a plane, each 90 ° offset from each other and are fixed to the outer square section of the ring.
  • Die The 1 1 und and 2 2 geben einen erfindungsgemäßen elektromechanischen Stellantrieb wieder, der mit vier Aktoren ausgestattet ist. give an electromechanical actuator according to the invention again, which is equipped with four actuators. Jeweils zwei Aktoren sind in einer Aktoreinheit Each two actuators in an actuator 20 20 , . 30 30 zusammengefasst und dort symmetrisch zu einer Achse des kartesischen Koordinatensystems spiegelbildlich angeordnet. combined and arranged in mirror image there symmetrical to an axis of the Cartesian coordinate system. Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung existiert kein Aktor, dessen Längsachse die Achse des Antriebsrings schneidet. In this embodiment of the invention, no actuator whose longitudinal axis intersects the axis of the drive ring exists. Vielmehr sind die Aktoren Rather, the actuators 1 1 und and 2 2 entlang der x'-Achse achsparallel ausgerichtet und mit der äußeren quadratischen Kontur des Antriebsrings an einer Seite befestigt. axially aligned along the x 'axis and fixed to the outer square contour of the drive ring on one side. Gleiches gilt für die Aktoren The same applies to the actuators 3 3 und and 4 4 , die sich jedoch an der y'-Achse orientieren. However, oriented to the y 'axis. Die gesamte Anordnung ist weiterhin spiegelbildlich aufgebaut zur Winkelhalbierenden zwischen der x'- und der y'-Achse. The entire assembly is further constructed in mirror image to the bisecting line between the x 'and y' axis. Entsprechend der doppelten Ausführung der Aktoren innerhalb einer Aktoreinheit kann die Momentenaufnahme wesentlich gesteigert werden. Corresponding to twice the execution of the actuators within an actuator unit, the snapshot can be substantially increased. Die elektrische Ansteuerung der einzelnen Aktoren The electrical control of the individual actuators 1 1 bis to 4 4 kann jeweils paarweise oder individuell gestaltet sein. can each be designed in pairs or individually.
  • Entsprechend der According to the 3 3 und and 4 4 kann ein beschriebenes System auch mit zweimal drei Aktoren dargestellt werden, wobei die bisher beschriebenen Symmetrie-Bedingungen gelten. a described system can also be represented with two three actuators, the previously described symmetry conditions. In diesem Fall wird in einer Aktoreinheit In this case, in an actuator 20 20 , . 30 30 ein Satz von Aktoren a set of actuators 1 1 , . 2 2 , . 3 3 oder Aktoren or actuators 4 4 , . 5 5 , . 6 6 vorhanden sein. to be available. Der jeweils mittlere Aktor, Aktor The respective mean actuator, actuator 2 2 oder or 5 5 ist derart ausgerichtet, dass seine Längsachse die Achse des Antriebsrings schneidet. is oriented such that its longitudinal axis intersects the axis of the drive ring. Die Symmetriebedingungen sind jedoch trotzdem erfüllt, da die Akto ren symmetrisch ausgebildet sind und in einer Aktoreinheit, in diesem Fall mindestens zwei weitere parallele Aktoren, vorhanden sind. The symmetry conditions are nevertheless fulfilled since the Akto ren are formed symmetrically and in an actuator, in this case at least two parallel actuators, are provided.
  • Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass aus der Reihe der verfügbaren Antriebsprinzipien das piezoelektrische Prinzip eingesetzt wird. A preferred embodiment of the invention provides that, from the series of available drive principles, the piezoelectric principle is used. PMA-Systeme sind derzeit in größerem Umfang verfügbar und werden in der Automobiltechnik bereits eingesetzt. PMA systems are currently more widely available and are already used in the automotive industry. Insbesondere werden hier piezoelektrische Multilayer-Aktoren verwendet. In particular, piezoelectric multilayer actuators are used here. Diese werden insbesondere zur Vermeidung von Brüchen innerhalb der Keramik mittels einer Feder vorgespannt. These are biased in particular to avoid breakage of the ceramic material by means of a spring.
  • Da sich die größten Wirkungsgrade des piezoelektrischen Prinzips nur bei absolut steifer Ausführung des Gesamtsystems erzielen lassen, sind die Aktoren nach hinten an Festlagern abgestützt. As the largest efficiencies of the piezoelectric principle can be achieved only when absolutely rigid implementation of the general system, the actuators are supported at the rear on fixed bearings. Systembedingt kann jede Gesamtzahl von Aktoren, mindestens jedoch vier, eingesetzt werden, wenn die Gesamtzahl geradzahlig ist. Depending on the system but can be at least four used each total number of actuators, when the total number is even. Es ist besonders vorteilhaft, wenn der Antriebsring einen inneren kreisrunden Querschnitt aufweist und zur Anbindung der Aktoren einen rechtwinkligen äußeren Querschnitt. It is particularly advantageous if the drive ring has an inner circular cross-section and for connection of the actuators a rectangular outer cross section.
  • Die Aktoren sind mit dem Antriebsring durch eine mechanisch steife Verbindung gekoppelt, die vorzugsweise durch Schweißen, Pressen oder Verschrauben realisiert ist. The actuators are coupled with the drive ring by a mechanically rigid connection, which is preferably realized by welding, pressing or screwing.

Claims (10)

  1. Elektromechanischer Stellantrieb der Folgendes aufweist: – mindestens vier elektromechanische Aktoren ( An electromechanical actuator comprising: - at least four electromechanical actuators ( 1 1 - 6 6 ), mindestens einen Antriebsring ( (), At least one drive ring 11 11 ), der durch die Hubbewegungen ausführenden Aktoren zu einer umlaufenden Verschiebebewegung anregbar ist, – eine Welle ( ) Which is excited into a circumferential displacement movement by the lifting movements exporting actuators, - a shaft ( 12 12 ), die von einem Antriebsring ( ), Which (from a drive ring 11 11 ) umschlossen ist und an diesem anliegt, so dass durch die Verschiebebewegung des Antriebrings die Welle rotierbar ist, – sämtliche Aktoren ( ) Is enclosed and rests on the latter, so that the shaft is rotatable by the movement of the drive ring, - all actuators ( 1 1 - 6 6 ) liegen in einer Ebene, die in einem rechtwinkligen Koordinatensystem (x', y', z') senkrecht zur Ringachse (z') positioniert ist, – die Aktoren ( ) Lie in a plane (in a rectangular coordinate system x ', y', z ') perpendicular (to the ring axis z') is positioned, - the actuators ( 1 1 - 6 6 ) sind gleichmäßig auf mindestens zwei Aktoreinheiten ( ) Are evenly (at least two actuator units 20 20 , . 30 30 ) verteilt, von denen der Ring ( ) Distributed, one of which (the ring 11 11 ) in dem rechtwinkligen Koordinatensystem (x', y', z') bezogen auf die Ringachse (z') umlaufend antreibbar ist, – die Aktoreinheiten ( ) (In the rectangular coordinate system x ', y', z ') relative to the ring axis (z') is peripherally driven, - the actuator units ( 20 20 , . 30 30 ) sind jeweils zum Ring ( ) Are (in each case to the ring 11 11 ) entlang der x'-Achse bzw. der y'-Achse ausgerichtet und die enthaltenen Aktoren ( ) Aligned along the x'-axis and the y 'axis and the actuators contained ( 1 1 - 6 6 ) sind spiegelsymmetrisch zur x'-z'-Ebene bzw. y'-z'-Ebene positioniert und mit dem Antriebsring verbunden, und – die Aktoreinheiten ( ) Are mirror-symmetrically positioned to the x'-z 'plane and y'-z' plane and is connected to the drive ring, and - the actuator units ( 20 20 , . 30 30 ) sind, bezogen auf eine im Koordinatensystem (x', y', z') unter 45° zur x'- und y'-Achse ausgerichteten z'-Ebene spiegelsymmetrisch zueinander positioniert. ) Are based on one (in the coordinate system x ', y', z ') at 45 ° to x' and y-axis aligned z 'plane positioned mirror-symmetrically to one another.
  2. Stellantrieb nach Anspruch 1, bei dem die Aktoren bzw Aktoreinheiten mechanisch steif mit dem Antriebsring verbunden sind. The actuator of claim 1, wherein said actuators are mechanically rigidly connected or actuator units with the drive ring.
  3. Stellantrieb nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Aktoren aus piezoelektrischem, magnetostriktivem oder elektrostriktivem Material aufgebaut sind. Actuator according to claim 1 or 2, wherein the actuators of piezoelectric, magnetostrictive or electrostrictive material are built up.
  4. Stellantrieb nach Anspruch 3, bei dem ein piezoelektrisch basierter Aktor ein piezoelektrischer Multilayer-Aktor (PMA) ist. The actuator of claim 3, wherein a piezoelectric-based actuator is a piezoelectric multilayer actuator (PMA).
  5. Stellantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem Aktoren durch umgreifende Rohrfedern vorgespannt sind. Actuator according to one of claims 1 to 4, are biased by springs embracing tube at the actuators.
  6. Stellantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem jeder Aktor, an dessen dem Antriebsring abgewandten Ende durch mindesten ein Festlager abgestützt ist. Actuator according to one of claims 1 to 5, wherein each actuator, facing away from the end of the drive ring by at least one fixed bearing is supported.
  7. Stellantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem eine Aktoreinheit ( Actuator according to one of claims 1 to 6, in which (an actuator 20 20 , . 30 30 ) jeweils drei Aktoren aufweist, wobei die Längsachse eines Aktors die Achse des Ringes schneidet und die beiden weiteren Aktoren spiegelbildlich zu diesem Aktor angeordnet sind. has) in each case three actuators, the longitudinal axis of an actuator intersects the axis of the ring and the other two actuators are arranged in mirror image to that actuator.
  8. Stellantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem der Ring an seiner äußeren Kontur quadratisch ausgebildet ist. Actuator according to one of claims 1 to 7, wherein the ring is square in its outer contour.
  9. Stellantrieb nach Anspruch 8, bei dem der innere Kreisdurchmesser des Ringes konzentrisch zur äußeren quadratischen Gestalt des Ringes liegt. The actuator of claim 8, wherein the inner circle diameter of the ring is concentric to the outer square shape of the ring.
  10. Stellantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem Aktoren mit dem Antriebsring durch eine mechanisch steife Verbindung gekoppelt sind. Actuator according to one of claims 1 to 9, wherein the actuators are coupled with the drive ring by a mechanically rigid connection.
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