DE102005032725A1

DE102005032725A1 - Drive device for driving solid actuator e.g. magnetostrictive drive unit, has drive surface shifted into rotation in axial direction using actuators, where shaft is shifted into rotation by rotation of drive surface

Info

Publication number: DE102005032725A1
Application number: DE200510032725
Authority: DE
Inventors: Michael Ertl; Bernhard Dr. Gottlieb; Andreas Dr. Kappel; Tim Dr. Schwebel; Carsten Wallenhauer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2005-07-13
Filing date: 2005-07-13
Publication date: 2007-01-25

Abstract

The device has a shaft (2) extending around a shaft axis and solid actuators shifting the shaft into rotation around the axis, where a rotation plane extends transverse to the axis. A drive surface (21) is formed at an angle to the plane and is shifted into rotation in an axial direction or parallel to the direction using the actuators, where the shaft is shifted into rotation by the rotation of the drive surface. An independent claim is also included for a method of driving a shaft of a solid actuator-drive device.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Festkörperaktor-Antriebsvorrichtung mit den oberbegrifflichen Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie auf ein Verfahren zum Antreiben einer Welle einer solchen Festkörperaktor-Antriebsvorrichtung.The The invention relates to a solid-state actuator drive device having the above-mentioned features of claim 1 and a method for driving a Wave of such a solid-state actuator drive device.

EP 1 098 429 A2 beschreibt eine Festkörperaktor-Antriebsvorrichtung mit einer Welle, die sich um eine Wellenachse in einer axialen Richtung erstreckt, und mit zwei oder mehr Festkörperaktoren zum Versetzen der Welle in Rotation um die Wellenachse, wobei sich eine Rotationsebene der Welle quer zur Wellenachse erstreckt. Die Festkörperaktoren werden durch piezoelektrische Antriebselemente ausgebildet. Die Festkörperaktoren sitzen dabei außenseitig und sich in radialer Richtung erstreckend an einem ringförmigen Antriebskörper. Die Welle führt durch eine Durchgangsöffnung des Antriebskörpers und steht mit einem Umfangspunkt der Welle mit einem Wandungspunkt der Durchgangsöffnung in Reibkontakt, so dass die Welle durch eine entsprechende Bewegung des Antriebskörpers in Rotation versetzbar ist. Eine solche Festkörperaktor-Antriebsvorrichtung stellt ein hohes Drehmoment mit ca. 1 Nm–5 Nm bei relativ geringer Drehzahl von weniger als 100 U/min bereit und ist daher vornehmlich für Stellaufgaben mit hohem Drehmomentbedarf aber geringer Drehgeschwindigkeit geeignet. EP 1 098 429 A2 describes a solid-state actuator drive apparatus having a shaft extending about a shaft axis in an axial direction and having two or more solid state actuators for displacing the shaft in rotation about the shaft axis, with a plane of rotation of the shaft extending transverse to the shaft axis. The solid-state actuators are formed by piezoelectric drive elements. The solid state actuators sit on the outside and extending in the radial direction on an annular drive body. The shaft passes through a through opening of the drive body and is in frictional contact with a circumferential point of the shaft with a wall point of the through hole, so that the shaft can be set in rotation by a corresponding movement of the drive body. Such a solid-state actuator drive device provides a high torque with about 1 Nm-5 Nm at a relatively low speed of less than 100 rev / min and is therefore primarily suitable for control tasks with high torque requirement but low rotational speed.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Festkörperaktor-Antriebsvorrichtung mit alternativem Aufbau vorzuschlagen. Insbesondere soll eine Platz sparendere Bauform sowie ein Antrieb für eine schnell rotierende Welle bei gleichzeitig geringem Drehmomentbedarf bereitgestellt werden.The The object of the invention is a solid-state actuator drive device to propose with alternative construction. In particular, a place should more economical design and a drive for a fast rotating shaft be provided at the same time low torque requirement.

Diese Aufgabe wird durch eine Festkörperaktor-Antriebsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw. durch ein Verfahren zum Antreiben einer Festkörperaktor-Antriebsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 14 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand abhängiger Ansprüche.These Task is by a solid state actuator drive device with the features of claim 1 and by a method for driving a solid-state actuator drive device solved with the features of claim 14. Advantageous embodiments are subject more dependent Claims.

Bevorzugt wird insbesondere eine Festkörperaktor-Antriebsvorrichtung mit einer Welle, die sich um eine Wellenachse in einer axialen Richtung erstreckt, und Festkörperaktoren, insbesondere zumindest drei solche Festkörperaktoren zum Versetzen der Welle in eine Rotation um die Wellenachse, wobei sich eine Rotationsebene quer zur Wellenachse erstreckt, wobei eine Antriebsfläche unter einem Winkel zu der Rotationsebene ausgebildet ist, mittels der Festkörperaktoren in der axialen Richtung oder parallel zur axialen Richtung die Antriebsfläche in Rotation versetzt wird und über die Rotation der Antriebsfläche die Welle in die Rotation versetzt wird.Prefers in particular, a solid-state actuator drive device with a shaft that extends around a shaft axis in an axial direction extends, and solid-state factors, in particular at least three such solid state actuators for offsetting the Wave in a rotation around the shaft axis, being a plane of rotation extends transversely to the shaft axis, wherein a drive surface under is formed at an angle to the plane of rotation, by means of Solid-state actuators in the axial direction or parallel to the axial direction, the drive surface in rotation is offset and over the rotation of the drive surface the shaft is put into rotation.

Insbesondere bevorzugt wird eine Festkörperaktor-Antriebsvorrichtung, bei welcher die Festkörperaktoren kreisförmig um die Wellenachse herum angeordnet sind, um gegenüber der Antriebsfläche eine umlaufende wandernde Wellenbewegung erzeugen zu können.Especially preferred is a solid-state actuator drive device, in which the solid state actuators circular are arranged around the shaft axis around to the drive surface To generate a circulating wandering wave motion.

Insbesondere bevorzugt wird eine Festkörperaktor-Antriebsvorrichtung, bei welcher die Welle und/oder die Antriebsfläche relativ zu den Festkörperaktoren rotierbar und axial nicht verschiebbar gelagert ist.Especially preferred is a solid-state actuator drive device, wherein the shaft and / or the drive surface relative to the solid state actuators is rotatably mounted and not axially displaceable.

Insbesondere bevorzugt wird eine Festkörperaktor-Antriebsvorrichtung, bei welcher die Antriebsfläche an einer Stirnseite der Welle ausgebildet ist.Especially preferred is a solid-state actuator drive device, at which the drive surface an end face of the shaft is formed.

Insbesondere bevorzugt wird eine Festkörperaktor-Antriebsvorrichtung, bei welcher zwischen den Festkörperaktoren und der Antriebsfläche ein flächiger Übertragungskörper, insbesondere eine biegesteife Scheibe, gelagert ist, welcher zur Antriebsfläche hin eine parallele Übertragungsfläche aufweist und zu den Festkörperaktoren hin derart gelagert ist, dass der Übertragungskörper eine taumelnde Bewegung ausführen kann.Especially preferred is a solid-state actuator drive device, at which between the solid state actuators and the drive surface a planar transmission body, in particular a rigid disc, is mounted, which towards the drive surface has a parallel transfer surface and to the solid state factors is stored in such a way that the transfer body a can perform staggering movement.

Insbesondere bevorzugt wird eine Festkörperaktor-Antriebsvorrichtung, bei welcher der Übertragungskörper in Verlängerung der Wellenachse gegenüber den Festkörperaktoren axial nicht verschiebbar aber kippbar und insbesondere nicht rotierbar gelagert ist.Especially preferred is a solid-state actuator drive device, in which the transfer body in renewal the shaft axis opposite the solid state factors axially non-displaceable but tiltable and in particular not rotatable is stored.

Insbesondere bevorzugt wird eine Festkörperaktor-Antriebsvorrichtung, bei welcher die Übertragungsfläche des Übertragungskörpers an der Antriebsfläche anliegt und relativ zum Material der Antriebsfläche einen geringen Reibkoeffizienten aufweist.Particularly preferred is a solid-state actuator drive device in which the transfer surface of the transfer body rests against the drive surface and relative to the material of the drive surface ei NEN low coefficient of friction has.

Insbesondere bevorzugt wird eine Festkörperaktor-Antriebsvorrichtung, bei welcher die Antriebsfläche an einem Antriebskörper ausgebildet ist, wobei der Antriebskörper seine Bewegung, insbesondere seine Taumelbewegung als Rotation auf die Welle überträgt.Especially preferred is a solid-state actuator drive device, at which the drive surface a drive body is formed, wherein the drive body its movement, in particular transfers its tumbling motion as rotation to the shaft.

Insbesondere bevorzugt wird eine Festkörperaktor-Antriebsvorrichtung, bei welcher der Winkel größer 0° und kleiner 5°, insbesondere kleiner 3° ist, insbesondere im Bereich von 1°–2° liegt.Especially preferred is a solid-state actuator drive device, where the angle is greater than 0 ° and smaller 5 °, in particular is less than 3 °, especially in the range of 1 ° -2 °.

Insbesondere bevorzugt wird eine Festkörperaktor-Antriebsvorrichtung, bei welcher der Winkel größer als ein Reibwinkel ist gemäß μ = tan mit μ als Reibzahl zwischen der Antriebsfläche und einem diese antreibenden Übertragungskörper und/oder diese antreibenden Festkörperaktoren.Especially preferred is a solid-state actuator drive device, where the angle is greater than a friction angle is given as μ = tan with μ as the friction coefficient between the drive surface and a transmission body driving them and / or these driving solid-state actuators.

Insbesondere bevorzugt wird eine Festkörperaktor-Antriebsvorrichtung mit einem Schmiermittel zum Schmieren der Antriebsfläche, insbesondere mit einer Schmiermittel-Zuführungseinrichtung zum Zuführen des Schmiermittels zur Antriebsfläche.Especially preferred is a solid-state actuator drive device with a lubricant for lubricating the drive surface, in particular with a lubricant supply device for feeding the lubricant to the drive surface.

Insbesondere bevorzugt wird eine Festkörperaktor-Antriebsvorrichtung, bei welcher die Festkörperaktoren ausgebildet sind als magnetostriktive, elektrostriktive oder piezoelektrische Antriebselemente.Especially preferred is a solid-state actuator drive device, in which the solid state actuators are formed as magnetostrictive, electrostrictive or piezoelectric Drive elements.

Insbesondere bevorzugt wird eine Festkörperaktor-Antriebsvorrichtung mit einer Steuereinrichtung, insbesondere einer integrierten Steuereinrichtung zum Ansteuern der Festkörperaktoren zum Erzeugen einer umlaufend wandernden Wellenbewegung.Especially preferred is a solid-state actuator drive device with a control device, in particular an integrated control device for driving the solid state actuators for generating a circulating wave motion.

Insbesondere bevorzugt wird ein Verfahren zum Antreiben einer Welle einer Festkörperaktor-Antriebsvorrichtung, insbesondere der Festkörperaktor-Antriebsvorrichtung, wobei gegen eine unter einem Winkel schräg verlaufende Antriebsfläche der Welle einwirkende Festkörperaktoren zum Erzeugen einer umlaufend wandernden Wellenbewegung mit zur Wellenachse achsparalleler Wellenamplitude angesteuert werden.Especially preferred is a method for driving a shaft of a solid-state actuator drive device, in particular, the solid-state actuator drive device, wherein against an obliquely inclined drive surface of the Wave-acting solid-state factors for generating a circumferentially traveling wave motion with the shaft axis axis-parallel wave amplitude can be controlled.

Insbesondere bevorzugt wird ein Verfahren, bei welchem die Festkörperaktoren derart angesteuert und insbesondere justiert werden, dass die gemäß der Wellenbewegung aktivierten Festkörperaktoren zu jedem Zeitpunkt auf Anlage mit der Antriebsfläche und/oder mit einem Antriebskörper gehalten werden.Especially preferred is a method in which the solid state actuators be controlled and in particular adjusted so that the according to the wave motion activated solid state actuators held at any time on contact with the drive surface and / or with a drive body become.

Insbesondere bevorzugt wird ein Verfahren, bei welchem die Polarität einer Spannung zum Ansteuern zumindest eines der Festkörperaktoren zumindest zeitweilig umgekehrt wird zum Erzeugen einer Kontraktion des Festkörperaktors.Especially preferred is a method in which the polarity of a Voltage for driving at least one of the solid state actuators at least temporarily is reversed to produce a contraction of the solid state actuator.

Eine solche Festkörperaktor-Antriebsvorrichtung ermöglicht gemäß erster Versuche Drehgeschwindigkeiten bis zu zumindest 5000 U/min. Mit dem Wirkprinzip lassen sich somit Piezomotoren mit hoher Leistung und hoher Drehgeschwindigkeit realisieren. Außerdem basiert ein solcher Anrieb auf einem formschlüssigen Prinzip. Durch zusätzliche Schmierung ist eine Optimierung von Leistung und Lebenszeit vorteilhaft ermöglichbar.A such solid-state actuator drive device allows according to first Try turning speeds up to at least 5000 rpm. With The operating principle can thus be piezomotors with high performance and realize high rotational speed. In addition, such is based Anrieb on a form-fitting Principle. By additional Lubrication is an optimization of performance and lifetime advantageous ermöglichbar.

Ein Ausführungsbeispiel wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:One embodiment will be explained in more detail with reference to the drawing. Show it:

1 eine Schnittdarstellung durch eine beispielhafte Festkörperaktor-Antriebsvorrichtung, 1 a sectional view through an exemplary solid-state actuator drive device,

2 eine Draufsicht auf eine solche Festkörperaktor-Antriebsvorrichtung in axialer Richtung, 2 a plan view of such a solid-state actuator drive device in the axial direction,

3 eine Schnittansicht einer alternativen Ausführungsform einer solchen Festkörperaktor-Antriebsvorrichtung, 3 a sectional view of an alternative embodiment of such a solid-state actuator drive device,

4 skizziert mathematische Grundaspekte der Kinematik einer solchen Antriebsvorrichtung, 4 outlines basic mathematical aspects of the kinematics of such a drive device,

5 skizziert eine zeitabhängige Raumbewegung eines Punktes einer schrägen Antriebsfläche einer solchen Festkörperaktor-Antriebsvorrichtung und 5 outlines a time-dependent spatial movement of a point of an oblique drive surface of such a solid-state actuator drive device and

6 eine skizzierte alternative Betrachtungsweise zur Veranschaulichung des zu Grunde liegenden physikalischen Prinzips. 6 a sketched alternative approach to illustrate the underlying physical principle.

Wie dies aus 1 und 2 ersichtlich ist, besteht eine beispielhafte Festkörperaktor-Antriebsvorrichtung aus einer Vielzahl einzelner Komponenten, welche zur Veranschaulichung des Wirkprinzips und Grundaufbaus lediglich schematisch skizziert dargestellt sind. Entsprechend können vereinfachte Komponenten oder alternative Komponenten eingesetzt werden. Insbesondere sind auch einzelne Komponenten, beispielsweise Lagerelemente zur Umsetzung des Konzepts entbehrlich.Like this 1 and 2 can be seen, there is an exemplary solid-state actuator drive device of a plurality of individual components, which are shown only schematically outlined to illustrate the principle of action and basic structure. Accordingly, simplified components or alternative components can be used. In particular, individual components, such as bearing elements for implementing the concept are unnecessary.

Ein Gehäuse 1 weist in axialer Richtung vorderseitig einen Antriebsraum 10 auf, in welchen von der Stirnseite her eine Welle 2 hineinragt. Die Welle 2 ist mittels eines Lagers 20 in dem Antriebsraum 10 bzw. in dem Gehäuse 1 derart gelagert, dass sich eine Wellenachse X der Welle 2 in axialer Richtung z erstreckt.A housing 1 has in the axial direction on the front side a drive space 10 on, in which from the front side a wave 2 protrudes. The wave 2 is by means of a warehouse 20 in the drive room 10 or in the housing 1 mounted such that a shaft axis X of the shaft 2 extends in the axial direction z.

In axialer Richtung z führen vorzugsweise drei oder mehr Festkörperaktoren 30, 31, 32 durch das Gehäuse 1, wobei jeweils ein vorderseitiger Endabschnitt der Festkörperaktoren 30–32 in den Antriebsraum 10 ragt. Üblicherweise, jedoch nicht zwingend erforderlich, sitzt auf dem entsprechenden vorderseitigen Ende der Festkörperaktoren 30–32 jeweils eine Kopfkappe 33. Mit dem rückseitigen Ende sind die Festkörperaktoren 30–32 in dem Gehäuse 1 festgelegt. Beispielsweise erfolgt das Festlegen durch Anlegen eines Festkörperaktoren-Vorsprungs 34 an einem rückseitigen Gehäusevorsprung 11 zur Festlegung in vorderseitiger axialer Richtung und durch Einsetzen, beispielsweise Einschrauben, eines rückseitigen Befestigungselements 12. Über Leiter 35 sind die Festkörperaktoren 30 durch Anlegen entsprechender Spannungswerte zu einer Ausdehnung bzw. Kontraktion um eine meist mittlere Elongation anregbar. Entsprechend bewegt sich das vorderseitige Ende bzw. die Kopfkappe 33 der Festkörperaktoren 30–32 entsprechend der jeweils angelegten Spannung mehr oder weniger weit in den Antriebsraum 10 hinein. In axialer Draufsicht sind die Festkörperaktoren 30–32 längs einer kreisförmigen Bahn um die verlängerte Wellenachse X herum angeordnet, insbesondere äquidistant zueinander angeordnet. Die Ansteuerung der Festkörperaktoren 30–32 erfolgt derart, dass diese sich in Art einer umlaufenden wandernden Wellenbewegung mit zur Wellenachse X achsparalleler Wellenamplitude ausdehnen bzw. zusammenziehen. Entsprechend wird an den ersten Festkörperaktor 30 eine erste Spannung U0 mit insbesondere sinusförmiger Spannungsamplitude angelegt. An den zweiten Festkörperaktor 31 wird eine zweite Spannung U1 zu dessen Anregung angelegt, wobei die zweite Spannung U1 einen gegenüber der ersten Spannung U0 um 120° versetzten Spannungsverlauf aufweist. Entsprechend wird an den dritten Festkörperaktor 32 eine dritte Spannung U2 mit einem gegenüber der ersten Spannung U0 um 240° versetzten Spannungsverlauf der Spannungsamplitude angelegt. Bei einer anderen Anzahl von Festkörperaktoren und/oder bei einer längs der kreisförmigen Bahn geänderten Anordnung werden die Phasen der Spannungen zueinander entsprechend versetzt angelegt, um die umlaufende und wandernde Wellenbewegung der Kopfabschnitte der Festkörperaktoren zu erzeugen.In the axial direction z, preferably three or more solid state actuators result 30 . 31 . 32 through the housing 1 , wherein in each case a front-side end portion of the solid-state actuators 30 - 32 in the drive room 10 protrudes. Usually, but not necessarily, sits on the corresponding front end of the solid state actuators 30 - 32 one head cap each 33 , With the back end are the solid state actuators 30 - 32 in the case 1 established. For example, the setting is done by applying a solid state actuator protrusion 34 on a rear housing protrusion 11 for fixing in the front axial direction and by inserting, for example, screwing, a rear fastener 12 , About ladder 35 are the solid state factors 30 by applying appropriate voltage values to an expansion or contraction by a usually average elongation excitable. Accordingly, the front end or the head cap moves 33 the solid state factors 30 - 32 according to the voltage applied in each case more or less far into the drive space 10 into it. In axial plan view are the solid state actuators 30 - 32 arranged along a circular path around the extended shaft axis X around, in particular arranged equidistant from each other. The control of the solid state actuators 30 - 32 takes place in such a way that they expand or contract in the manner of a circulating traveling wave movement with wave amplitude which is axis-parallel to the wave axis X. Accordingly, the first solid state actuator becomes 30 a first voltage U0 applied with particular sinusoidal voltage amplitude. To the second solid-state actuator 31 a second voltage U1 is applied to its excitation, wherein the second voltage U1 has a relation to the first voltage U0 offset by 120 ° voltage waveform. Accordingly, to the third solid-state actuator 32 a third voltage U2 applied with a relation to the first voltage U0 by 240 ° offset voltage waveform of the voltage amplitude. In a different number of solid-state actuators and / or in a changed along the circular path arrangement, the phases of the voltages are applied to each other correspondingly offset to produce the circulating and migratory wave motion of the head portions of the solid state actuators.

Um die zur Wellenachse X in achsparalleler Richtung gerichtete umlaufende Wellenbewegung der Festkörperaktoren 30–32 in eine Rotation ω der Welle 2 umzusetzen, weist die Welle 2 eine stirnseitige Antriebsfläche 21 auf, welche unter einem Winkel α gegenüber einer Rotationsebene xy geneigt verläuft. Die Rotationsebene xy erstreckt sich quer zur Wellenachse X und quer zur Längserstreckung der Festkörperaktoren 30–32.Around the shaft axis X in the axis-parallel direction directed circumferential wave motion of the solid-state actuators 30 - 32 in a rotation ω of the shaft 2 implement, rejects the wave 2 a front drive surface 21 which is inclined at an angle α with respect to a plane of rotation xy. The plane of rotation xy extends transversely to the shaft axis X and transversely to the longitudinal extent of the solid-state actuators 30 - 32 ,

Zwischen der unter dem Winkel α verlaufenden Antriebsfläche 21 und den vorderseitigen und stirnseitigen Endabschnitten der Festkörperaktoren 30–32 ist ein Übertragungskörper 4 eingesetzt, welcher vorzugsweise in Form einer Scheibe ausgebildet ist. Der Übertragungskörper 4 weist eine ebene Übertragungsfläche 40 auf, welche an der Antriebsfläche 21 der Welle 2 anliegt. Ein Reibungskoeffizient Fr der Übertragungsfläche 40 relativ zur Antriebsfläche 21 ist bezüglich deren Materialien derart ausgewählt, dass eine möglichst geringe Reibung zwischen dem Übertragungskörper 4 und der Welle 2 entsteht. Vorzugsweise besteht der Übertragungskörper 4 aus einem verschleißfesten und biegestabilen Material. Rückseitig bzw. in Richtung der Festkörperaktoren 30–32 ist der Übertragungskörper 4 über ein Lager 41 an der Innenwandung des Antriebsraums 10 des Gehäuses 1 gelagert. Das Lager 41 ist dabei derart ausgestaltet, dass der Übertragungskörper 4 in axialer Richtung z verschiebefest gelagert ist. Außerdem ist das Lager 41 vorzugsweise derart ausgebildet, dass der Übertragungskörper 4 hinsichtlich der Wellenachse X rotationsfest gelagert ist und nicht zusammen mit der Welle 2 in Rotation ω versetzbar ist. Das Lager 41 ist so ausgebildet, dass der Übertragungskörper 4 verkippbar um einen Schnittpunkt der Wellenachse X gelagert ist, so dass der Außenumfang des flächi gen und vorzugsweise scheibenförmigen Übertragungskörpers 4 in axialer Richtung z bzw. achsparallel hin und her bewegbar gelagert ist.Between the drive surface running at the angle α 21 and the front and front end portions of the solid state actuators 30 - 32 is a transference body 4 used, which is preferably formed in the form of a disc. The transfer body 4 has a flat transfer surface 40 on which at the drive surface 21 the wave 2 is applied. A friction coefficient Fr of the transfer surface 40 relative to the drive surface 21 is selected with respect to their materials such that the lowest possible friction between the transfer body 4 and the wave 2 arises. Preferably, the transmission body 4 made of a wear-resistant and flexurally stable material. On the back or in the direction of the solid state actuators 30 - 32 is the transfer body 4 about a camp 41 on the inner wall of the drive space 10 of the housing 1 stored. The warehouse 41 is designed such that the transfer body 4 is mounted displaceable z in the axial direction. Besides, the warehouse is 41 preferably designed such that the transfer body 4 with respect to the shaft axis X is mounted rotationally fixed and not together with the shaft 2 in rotation ω is displaceable. The warehouse 41 is designed so that the transmission body 4 tiltable about an intersection of the shaft axis X is mounted so that the outer periphery of the flächi conditions and preferably disc-shaped transmission body 4 Is mounted in the axial direction z and axially parallel back and forth movable.

Der Übertragungskörper 4 weist eine rückseitige Wandung 42 auf, welche vorzugsweise parallel zu der Übertragungsfläche 40 verläuft. An der rückseitigen Wandung 42 greifen die vorderseitigen Endabschnitte bzw. Kopfkappen 33 der Festkörperaktoren 30–32 an. Die Festkörperaktoren 30–32 werden dabei durch die anliegenden Spannungen U0–U2 derart angesteuert, dass der Übertragungskörper 4 eine Bewegung vergleichbar einer taumelnden Scheibe um die verlängerte Wellenachse X ausführt. Durch die gleitfähige Lagerung der unter dem Winkel α geneigten Antriebsfläche 21 der Welle 2 an der Übertragungsfläche 40 des in die taumelnde Bewegung versetzten Übertragungskörpers 4 wird die Welle 2 in die Rotation ω versetzt.The transfer body 4 has a back wall 42 preferably parallel to the transfer surface 40 runs. At the back wall 42 grip the front end portions or caps 33 the solid state factors 30 - 32 at. The solid-state factors 30 - 32 are controlled by the applied voltages U0-U2 such that the transfer body 4 a movement comparable to a tumbling disc around the extended shaft axis X performs. Due to the slidable mounting of the inclined at the angle α drive surface 21 the wave 2 at the transfer surface 40 of the transferring body staggered in the tumbling motion 4 becomes the wave 2 offset in the rotation ω.

Durch das Ansteuern der Festkörperaktoren 30–32 mit den jeweiligen Spannungen U0–U2 mit einer Phasenverschiebung entsprechend der Anordnung der Festkörperaktoren 30–32 wird der Übertragungskörper 4 stets in einer gekippten Stellung gehalten. Dies führt dazu, dass die Welle 2 bei einem Stillstand der Festkörperaktor-Antriebsvorrichtung rotationsfest gehalten wird. Zum Ermöglichen eine Leerlaufs der Welle 2 können alle Festkörperaktoren 30–32 in einen nicht ausgedehnten Grundzustand oder einen Kontraktionszustand versetzt werden, so dass der Übertragungskörper 4 nicht mehr in einer Zwangsstellung geneigt an der Antriebsfläche 21 anliegt.By driving the solid state actuators 30 - 32 with the respective voltages U0-U2 with a phase shift corresponding to the arrangement of the solid state actuators 30 - 32 becomes the transfer body 4 always kept in a tilted position. This causes the shaft 2 is held rotationally fixed at a standstill of the solid-state actuator drive device. To allow idling of the shaft 2 can all solid-state factors 30 - 32 be placed in an unexpanded ground state or a contraction state, so that the transmission body 4 no longer in a forced position inclined to the drive surface 21 is applied.

Die Welle 2 führt vorzugsweise durch das als ein Wälzlager ausgebildete Wellenlager 20, in welchem die Welle 2 vorzugsweise nur um die z-Achse rotierbar aber in z-Richtung nicht verschiebbar gelagert ist. Im rückseitigen Bereich innerhalb des Antriebsraums 10 weist die Welle 2 vorzugsweise einen vergrößerten Radius auf, um eine vergrößerte Antriebsfläche auszubilden. Der Übertragungskörper 4 ist vorzugsweise durch eine biegesteife Antriebsscheibe mit einem Radius gleich oder größer dem Radius der Antriebsfläche ausgebildet. Die vorzugsweise drei oder mehr Festkörperaktoren 30–32 sind vorzugsweise formschlüssig an der Rückseite des Übertragungskörpers 4 angekoppelt.The wave 2 preferably leads through the trained as a rolling bearing shaft bearing 20 in which the wave 2 preferably rotatable only about the z-axis but not slidably mounted in the z-direction. In the back area within the drive room 10 shows the wave 2 preferably an enlarged radius to form an enlarged drive surface. The transfer body 4 is preferably formed by a rigid drive pulley with a radius equal to or greater than the radius of the drive surface. The preferably three or more solid state actuators 30 - 32 are preferably form-fitting at the back of the transfer body 4 coupled.

3 zeigt eine alternative Ausführungsform, wobei nachfolgend im Wesentlichen nur Elemente beschrieben werden, welche von denen der Ausführungsform gemäß 1 abweichen. Beliebige Kombinationen der verschiedene Elemente und Aspekte dieser Ausführungsformen sind natürlich vorteilhaft umsetzbar. 3 shows an alternative embodiment, wherein hereinafter essentially only elements are described, which of those of the embodiment according to 1 differ. Any combinations of the various elements and aspects of these embodiments are of course advantageous to implement.

Bei der Festkörperaktor – Antriebsvorrichtung gemäß 3 entfällt ein separater Übertragungskörper 4. Die Festkörperaktoren 30, 31 reichen in den Antriebsraum 10 so weit hinein, dass sie mit ihren vorderseitigen Stirnseiten Gegen-Antriebsflächen zur Anlage an der Antriebsfläche 21 der Welle 2 ausbilden. Im Betrieb werden die vorzugsweise drei oder mehr Festkörperaktoren 30, 31 derart angesteuert, dass sie vorzugsweise stets alle an der Antriebsfläche 21 anliegen und durch eine umlaufend wandernde Wellenbewegung längs der Antriebsfläche 21 die Rotation ω der Welle bewirken.In the solid-state actuator driving apparatus according to 3 eliminates a separate transfer body 4 , The solid-state factors 30 . 31 reach into the drive room 10 so far in that they with their front end faces counter-drive surfaces for engagement with the drive surface 21 the wave 2 form. In operation, the preferably three or more solid state actuators 30 . 31 controlled such that they are always always all on the drive surface 21 abutment and by a circumferentially migratory wave motion along the drive surface 21 cause the rotation ω of the wave.

Das Material der Gegenantriebsflächen 36 der Festkörperaktoren 30, 31 oder gegebenenfalls eine entsprechend zwischengesetzte Kopfplatte oder Beschichtung der Festkörperaktoren 30, 31 ist so gewählt, dass einerseits ein Verschleiß möglichst gering gehalten wird und andererseits eine Reibung an der Antriebsfläche 21 möglichst gering gehalten wird.The material of the counter drive surfaces 36 the solid state factors 30 . 31 or optionally a correspondingly interposed top plate or coating of the solid state actuators 30 . 31 is chosen so that on the one hand wear is kept as low as possible and on the other hand a friction on the drive surface 21 kept as low as possible.

Bei der Ausführungsform gemäß 3 führen die Leiter 35 in eine Steuereinrichtung 5, welche im Gehäuse 1 integriert ist oder am Gehäuse 1 angesetzt ist. Alternativ kann eine solche Steuereinrichtung 5 auch als eigenständige Komponente ausgebildet sein oder durch eine entsprechende zentrale übergeordnete Steuereinrichtung ganz oder teilweise ersetzt werden. Die Leiter 35 führen zu einer Platine 50, welche in üblicher Art und Weise mit elektronischen Komponenten, insbesondere integrierten Schaltkreisen bestückt ist. Von der Platine 50 führen Anschlussleiter 51 aus der Steuereinrichtung 5 heraus, welche zum Ansteuern der Festkörperaktor-Antriebsvorrichtung dienen. Bei einer solchen Anordnung kann von einer externen übergeordneten Steuereinheit mit einer reduzierten Anzahl an Anschlussleitern 51 und/oder Steuerbefehlen die Ansteuerung einer Vielzahl einzelner Festkörperaktoren 30, 31 vorgenommen werden. Insbesondere ist für die übergeordnete Steuereinheit nicht von Bedeutung, ob die angesteuerte Festkörperaktor-Antriebsvorrichtung mit beispielsweise 3 oder 5 Festkörperaktoren 30–32 ausgestattet ist, welche mit Spannungen jeweils verschiedener Phasenverschiebung anzusteuern wären.In the embodiment according to 3 lead the ladder 35 in a control device 5 which in the housing 1 is integrated or on the housing 1 is scheduled. Alternatively, such a control device 5 be designed as a separate component or be replaced in whole or in part by a corresponding central higher-level control device. The ladder 35 lead to a circuit board 50 , which is equipped in a conventional manner with electronic components, in particular integrated circuits. From the board 50 lead connection conductor 51 from the control device 5 out, which serve to drive the solid-state actuator drive device. In such an arrangement, from an external higher-level control unit with a reduced number of connection conductors 51 and / or control commands the activation of a plurality of individual solid state actuators 30 . 31 be made. In particular, for the higher-level control unit is not important whether the controlled solid-state actuator drive device with, for example, 3 or 5 solid-state actuators 30 - 32 is equipped, which would be driven with voltages each different phase shift.

Die Ausführungsform gemäß 3 weist außerdem eine Schmiermittel-Zuführungseinrichtung 6 auf, welche als ein Rohr zum Hindurchführen eines Schmiermittels 60 skizziert ist. Das Schmiermittel 60 dient zum Schmieren der Antriebsfläche 21 gegenüber den Gegenantriebsflächen 36, um die Reibung zwischen diesen und gegebenenfalls auch einen Verschleiß weiter zu reduzieren. Eine solche Anordnung ermöglicht eine gegenüber anderen Ausführungsformen weiter reduzierte Reibung und zugleich weiter erhöhte Lebensdauer der Festkörperaktor-Antriebsvorrichtung. Neben der Schmiermittel-Zuführungseinrichtung 6 kann gegebenenfalls auch eine Abführungseinrichtung zum Abführen von verbrauchtem Schmiermittel oder sonstigen Abriebrückständen vorgesehen werden.The embodiment according to 3 also has a lubricant supply device 6 which serves as a tube for passing a lubricant 60 outlined. The lubricant 60 serves to lubricate the drive surface 21 opposite the counter drive surfaces 36 To further reduce the friction between these and possibly also a wear. Such an arrangement allows a further reduced friction compared to other embodiments and at the same time further increased life of the solid-state actuator drive device. In addition to the lubricant supply device 6 Optionally, a discharge device for removing used lubricant or other Abriebrückständen can be provided.

Neben der Möglichkeit des Weglassens eines Übertragungskörpers gemäß 3 besteht z.B. auch die Möglichkeit, an einer Welle einen eigenständigen Übertragungskörper mit einer derart angeschrägten Antriebsfläche direkt oder über ein Getriebe zu befestigen. Möglich ist auch die Anordnung oder Ausbildung eines ringförmig um die Welle herum angeordneten Übertragungskörpers mit einer angeschrägten Antriebsfläche, welche mittig von der Welle durchstoßen wird, wobei die Festkörperaktoren parallel zu der Welle verlaufend angeordnet werden.In addition to the possibility of omitting a transmission body according to 3 For example, it is also possible to attach a separate transmission body to a shaft with such a beveled drive surface directly or via a transmission. Also possible is the arrangement or formation of a ring-shaped around the shaft arranged transfer body with a tapered drive surface, which is pierced centrally of the shaft, wherein the solid-state actuators are arranged to extend parallel to the shaft.

Ein solcher zwischengesetzter Übertragungskörper bietet verschiedene Vorteile. So kann unabhängig vom Material der Welle 2 und der Festkörperaktoren 30–32 das Material des Übertragungskörpers 4 und/oder von dessen Oberflächen aus einem Material gewählt werden, welches ein besonders reibungs- und verschleißfreies Gleiten der Antriebsfläche 21 ermöglicht. Die Welle 2 und die Festkörperaktoren 30–32 bzw. deren Kopfkappen bestehen zumeist aus Metall. Hingegen kann für den Übertragungskörpers 4 z.B. ein keramisches Material verwendet werden. Natürlich können auch die Welle 2 und die Festkörperaktoren 30–32 bzw. deren Kopfkappen aus anderen Materialien gefertigt oder mit anderen Materialien beschichtet werden.Such an intermediate transfer body offers various advantages. So regardless of the material of the shaft 2 and the solid state factors 30 - 32 the material of the transfer body 4 and / or from the surfaces thereof are selected from a material, which is a particularly friction and wear-free sliding of the drive surface 21 allows. The wave 2 and the solid state factors 30 - 32 or their caps are mostly made of metal. On the other hand, for the transmission body 4 For example, a ceramic material can be used. Of course, the wave can also 2 and the solid state factors 30 - 32 or whose caps are made of other materials or coated with other materials.

Vorzugsweise werden bei den verschiedenen Ausführungsformen, insbesondere gemäß 1, mit Hilfe sinusförmiger Spannungsverläufe der Spannungen U0–U2 und geeigneter relativer Phasenverschiebung mindestens drei piezoelektrischen Aktoren als solche Festkörperaktoren 30–32 angesteuert. Die Festkörperaktoren 30–32 treiben eine axial nicht verschiebbar und nicht rotierbar aber kippbar gelagerte Scheibe als der Übertragungskörper 4 derart an, dass die Scheibe eine Taumelbewegung mit einem Kippwinkel α ausführt. An der taumelnden Scheibe liegt die rotierbare aber axial nicht verschiebbare Welle 2 an, deren Antriebsfläche 21 um den Kippwinkel α angeschrägt ist. Eine Verlängerung der Wellenachse X verläuft durch den Scheibenmittelpunkt. Die mechanische Situation wird somit gebildet durch eine taumelnde, aber nicht rotierbare und nicht verschiebbare aber kippbare Kreisscheibe in flächigem Kontakt mit der angeschrägten Stirnfläche einer axial nicht kippbar und nicht verschiebbaren aber rotierbar fixierten Welle. Erzwungen wird eine Rotation der Welle mit der Frequenz der Taumelbewegung und daher mit der Frequenz der sinusförmigen Ansteuerungsspannung der Piezoaktoren, wobei die Anlageflächen aufeinander gleiten.Preferably, in the various embodiments, in particular according to 1 with the help of sinusoidal voltage waveforms of the voltages U0-U2 and suitable relative phase shift at least three piezoelectric actuators as such solid state actuators 30 - 32 driven. The solid-state factors 30 - 32 drive a disc not axially displaceable and not rotatable but tiltable mounted as the transmission body 4 such that the disc performs a tumbling motion with a tilt angle α. At the tumbling disc is the rotatable but axially non-displaceable shaft 2 to whose driving surface 21 is bevelled by the tilt angle α. An extension of the shaft axis X passes through the disk center. The mechanical situation is thus formed by a wobbling, but not rotatable and non-displaceable but tiltable circular disc in surface contact with the tapered end face of an axially not tiltable and non-displaceable but rotatably fixed shaft. Forced rotation of the shaft with the frequency of the tumbling motion and therefore with the frequency of the sinusoidal drive voltage of the piezoelectric actuators, wherein the contact surfaces slide on each other.

Die Kinematik des Motors bzw. Festkörperaktor-Antriebs wird anhand 4–6 skizziert. Grundelement ist eine biegestei fe Scheibe mit Radius R, die in jede Richtung gegen die Rotationsebene xy verkippt werden kann.The kinematics of the motor or solid-state actuator drive is based on 4 - 6 outlined. Basic element is a rigid disk with radius R, which can be tilted in any direction against the plane of rotation xy.

Das Antriebsprinzip beruht auf der Induzierung einer Taumelbewegung der Kreisscheibe. Theoretischer Ausgangspunkt ist die ruhende Kreisscheibe in der Rotationsebene xy mit einem Einheitsvektor n = ez in axialer Richtung z.The Drive principle is based on the induction of a tumbling motion the circular disk. Theoretical starting point is the stationary disc in the plane of rotation xy with a unit vector n = ez in axial Direction z.

Im Gegensatz dazu ist der Normalenvektor n einer taumelnden Kreisscheibe zeitabhängig, wie dies in 4 abgebildet ist. Seine räumlichen Komponenten nx, ny, nz ändern sich zeitlich gemäß nx = a cos(αt), ny = a sin(αt), nz = b und |n| = 1. In contrast, the normal vector n of a tumbling disc is time-dependent, as in 4 is shown. Its spatial components nx, ny, nz change in time nx = a cos (αt), ny = a sin (αt), nz = b and | N | = 1.

Der Normalenvektor n ist dabei um den Winkel α gemäß tan α = a/b gegenüber der Wellenachse X geneigt. Die zum Normaleneinheitsvektor n senkrechte Ebene beschreibt bei umlaufendem Normalenvektor n eine Taumelbewegung. Daher ist die Transformation gesucht, die den ursprünglichen achsparallelen Normalenvektor in z-Richtung in den Normalenvektor n der taumelnden Bewegung transformiert und die dazu senkrechte Ebene damit genauso taumeln lässt. Dies wird gewährleistet durch ux' = ux·c1/c2 + uz·nx/c2, uy' = –ux nx ny/(c1·c2) + uy nz/c1 + uz ny/c2 und uz' = –ux nx nz/(c1·c2) – uy ny/c1 + uz nz/c2mit

und mit u = (ux, uy, 0) als einem Punkt in der Rotationsebene xy und u' als einer zeitabhängigen Raumbewegung bzw. dem Taumeln. Diese Raumbewegung stellt sich für einen Punkt u' schleifenförmig dar, wie dies in 5 abgebildet ist.The normal vector n is inclined by the angle α according to tan α = a / b with respect to the shaft axis X. The plane perpendicular to the normal unit vector n describes a wobbling motion with the normal vector n rotating. Therefore, the transformation is sought, which transforms the original axis-parallel normal vector in the z-direction into the normal vector n of the tumbling motion and thus causes the plane perpendicular to it to wobble in the same way. This is guaranteed by ux '= ux * c1 / c2 + uz * nx / c2, uy '= -ux nx ny / (c1 * c2) + uy nz / c1 + uzny / c2 and uz '= -ux nx nz / (c1 * c2) -yy ny / c1 + uz nz / c2 With

and with u = (ux, uy, 0) as a point in the plane of rotation xy and u 'as a time-dependent space motion or tumbling. This space movement is looped for a point u ', as in 5 is shown.

Die zu jedem Zeitpunkt gekippte Kreisscheibe wird nun formschlüssig gegen die angeschrägte, axial steife, aber drehbar gelagerte Welle 2 angestellt und optional durch Federelemente angedrückt. Dabei sollten sich vorzugsweise die Kippwinkel α von Scheibe bzw. des Übertragungskörpers 4 und Ring aus Festkörperaktoren 30–32 recht genau entsprechen. Taumelt die Kreisscheibe in der angegebenen Weise, so erfolgt ein Vortrieb auf die Welle 2, denn diese ist bestrebt, sich mit ihrer angeschrägten Fläche immer in gleicher Weise wie die sich scheinbar drehende, gekippte Ebene der Kreisscheibe auszurichten.The disc, tilted at each point in time, now becomes a positive fit against the tapered, axially rigid but rotatably mounted shaft 2 employed and optionally pressed by spring elements. In this case, preferably the tilt angle α of the disc or the transfer body 4 and ring of solid state actuators 30 - 32 correspond exactly. If the disk rotates in the manner indicated, then a propulsion takes place on the shaft 2 because it endeavors to align itself with its bevelled surface always in the same way as the seemingly rotating, tilted plane of the circular disk.

Alternativ kann die Bewegung gemäß 6 auch durch eine gekippte Scheibe beschrieben werden, deren Radius R zu jedem Zeitpunkt einen tiefsten Punkt entsprechend einem axialen Koordinaten-Minimum hat gemäß zMin = –R·sin(α) = –a R,wobei das Minimum zMin in axialer Richtung z kreisförmig mit der Frequenz der Rotation ω der Welle 2 läuft. Dabei steht der Radius R in Projektionsbeziehung zu einem gekippten Radius R' gemäß R' = R b = R·cos(α). Alternatively, the movement according to 6 also be described by a tilted disc whose radius R at any time has a lowest point corresponding to an axial coordinate minimum according to zMin = -R ·sin (α) = -a R, wherein the minimum zMin in the axial direction z is circular with the frequency of the rotation ω of the shaft 2 running. Here, the radius R is in projection relation to a tilted radius R 'according to R '= R b = R * cos (α).

Da sich die formschlüssig verbundenen Teile, d.h. die angeschrägte Welle 2 und die Kreisscheibe bzw. der Übertragungskörper 4 nicht durchdringen können und diese axial mechanisch steif gelagert sind, muss der tiefste Punkt der Kreisscheibe stets mit dem tiefsten Punkt der angeschrägten Welle 2 übereinstimmen. Dadurch kommt es zu einer kreisförmigen Bewegung der Welle 2 mit der Frequenz der Rotation ω.Because the positively connected parts, ie the tapered shaft 2 and the circular disk or the transfer body 4 can not penetrate and these are mounted axially mechanically stiff, the lowest point of the disc must always be with the lowest point of the tapered shaft 2 to match. This leads to a circular movement of the shaft 2 with the frequency of rotation ω.

Lässt man die Scheibe bzw. den Übertragungskörper gemäß 1 mit einer moderaten Frequenz von 50 Hz taumeln, so ergibt sich aufgrund der Übersetzung mit dem Übersetzungsfaktor 1 eine Drehzahl von 3000 U/min. Es handelt sich im Gegensatz zu einer Festkörperaktor-Antriebsvorrichtung gemäß EP 1 098 429 A2 also um einen schnell laufenden Piezomotor mit geringem Drehmoment.Leaving the disc or the transfer body according to 1 wobble with a moderate frequency of 50 Hz, so results due to the translation with the ratio factor 1, a speed of 3000 rev / min. It is in contrast to a solid-state actuator drive device according to EP 1 098 429 A2 So a fast-running piezomotor with low torque.

Zur Realisierung der Taumelbewegung können in idealer Weise piezoelektrische Vielschicht- (Multilayer-) Aktuatoren (PMA) in Niedervolttechnik eingesetzt werden. Die Realisierung ist übertragbar auf andere Typen von Festkörperaktoren mit insbesondere derart geringen Hüben. Möglich ist z.B. auch der Einsatz von magnetostriktiven oder elektrostriktiven Antriebselementen.to Realization of the wobble motion can be ideally piezoelectric Multilayer actuators (PMA) in low-voltage technology be used. The realization is transferable to other types of solid state factors in particular with such low strokes. It is possible, e.g. also the use of magnetostrictive or electrostrictive drive elements.

Die Auslenkung der Festkörperaktoren 30–32 erfolgt über elektrisches aufladen, wobei die Auslenkung in erster Näherung und unter Vernachlässigung vorhandener Hysterese-Effekte proportional zur Ansteuerspannung ist. Z.B. werden an kreisförmig um jeweils 120° verschoben angeordnete Festkörperaktoren 30–32 die zeitabhängigen Spannungsverläufe mit den Spannungen

mit U_max als Versorgungsspannung einer Spannungsquelle und γ als Winkelabstand der Festkörperaktoren 30–32 in der Rotationsebene xy angelegt. In diesem Fall werden die Koordinaten der entsprechenden Verbindungsstellen der Festkörperaktoren 30–32 zum Übertragungskörper 4 durch die Vektoren

beschrieben. Im Verbindungspunkt Aktor-Übertragungskörper wird dabei eine drehbare Befestigung oder ein nur geringer Verkippwinkel angenommen. Die drei Vektorenden bilden die Stützpunkte einer Ebene. Bildet man daraus den Normaleneinheitsvektor, so zeigt sich die mathematische Form des taumelnden Vektors.The deflection of the solid-state actuators 30 - 32 occurs via electrical charging, the deflection is proportional to the drive voltage in a first approximation and neglecting existing hysteresis effects. For example, be arranged in a circular manner by 120 ° shifted solid state actuators 30 - 32 the time-dependent voltage curves with the voltages

with U _max as the supply voltage of a voltage source and γ as the angular distance of the solid state actuators 30 - 32 created in the rotation plane xy. In this case, the coordinates of the corresponding junctions of the solid state actuators become 30 - 32 to the transfer body 4 through the vectors

described. In the connection point actuator transmission body while a rotatable mounting or only a small tilt angle is assumed. The three vector ends form the vertices of a plane. If one forms the normal unit vector from this, the mathematical form of the tumbling vector is shown.

Vorzugsweise wird durch eine Steuereinheit oder eine integrierte Elektronik die Ansteuerfrequenz und Amplitude der Aktoren variabel gehalten.Preferably is by a control unit or an integrated electronics the Control frequency and amplitude of the actuators kept variable.

Aufgrund der typischen Piezo-Elongation von 60 μm werden insbesondere Verkippwinkel α = 1°–2° erreicht gemäß z.B. tan(α) = 30 μm/1 mm bei Ra = 1 mm. D.h. die Welle 2 muss nur gering angeschrägt werden, um eine Umsetzung der translatorischen Einzelbewegungen der Festkörperaktoren 30–32 in die rotatorische Bewegung der Welle 2 zu bewirken.Due to the typical piezo elongation of 60 .mu.m in particular Verkippwinkel α = 1 ° -2 ° are achieved according to eg tan (α) = 30 microns / 1 mm at Ra = 1 mm. That is the wave 2 only slightly bevelled to an implementation of the translational individual movements of the solid state actuators 30 - 32 in the rotary motion of the shaft 2 to effect.

Zur sicheren Gewährleistung der Gleitbewegung in der Anlagefläche zwischen der abgeschrägten Stirnfläche der Welle 2 und der Taumelscheibe, wird der Winkel α größer als der Reibwinkel ν der verwendeten Materialpaarung gewählt. Andernfalls würde sich der Motor selbst abbremsen oder sogar blockieren. Durch Schmierung kann der Reibwinkel ν gemäß der Reibzahl μ = tan(ν) auf Werte von weniger als 1° gebracht werden, d.h. als Festkörperaktoren 30–32 sind typische PMA einsetzbar. Außerdem besteht die Möglichkeit, durch geeignete, insbesondere mechanische, hydraulische oder pneumatische Übersetzungselemente eine weitere Hub- und Winkelerhöhung zu bewirken.To ensure safe sliding movement in the contact surface between the tapered end face of the shaft 2 and the swash plate, the angle α is chosen to be greater than the friction angle ν of the material pairing used. Otherwise, the engine itself would slow down or even lock. By lubrication, the friction angle ν according to the friction coefficient μ = tan (ν) can be brought to values of less than 1 °, ie as solid state actuators 30 - 32 Typical PMA can be used. It is also possible to effect a further increase in lift and angle by suitable, in particular mechanical, hydraulic or pneumatic transmission elements.

Normalerweise wird ein PMA als Festkörperaktor 30–32 unipolar betrieben, d.h. nur mit einer positiven Auslenkung in seiner Längsrichtung. Erste Experimente haben gezeigt, dass bis zu einem begrenzten Spannungsniveau die Polarität der Ansteuerspannung umkehrbar ist, ohne den PMA zu depolarisieren, und so eine Kontraktion des PMA in Längsrichtung zu erreichen. Die nutzbare Auslenkung der PMA wird damit erhöht, so dass eine Vergrößerung des Kippwinkels ermöglicht wird.Normally, a PMA becomes a solid-state actuator 30 - 32 operated unipolar, ie only with a positive deflection in its longitudinal direction. Initial experiments have shown that, up to a limited voltage level, the polarity of the drive voltage is reversible without depolarizing the PMA, thus achieving longitudinal contraction of the PMA. The usable deflection of the PMA is thus increased, so that an increase in the tilt angle is made possible.

Claims

Solid-state actuator drive device with - a shaft ( 2 ) extending around a shaft axis (X) in an axial direction (z), and - solid state actuators ( 30 . 31 . 32 ), in particular at least three such solid state actuators for offsetting the shaft ( 2 ) in a rotation (ω) about the shaft axis (X), wherein a plane of rotation (xy) extends transversely to the shaft axis (X), characterized in that A drive surface ( 21 ) is formed at an angle (α) to the plane of rotation (xy), - by means of the solid-state actuators ( 30 - 32 ) in the axial direction (z) or parallel to the axial direction (z) the driving surface (z) 21 ) is set in rotation and - via the rotation of the drive surface ( 21 ) the wave ( 2 ) is placed in the rotation.

Solid state actuator drive device according to claim 1, in which the solid state actuators ( 30 - 32 ) are arranged in a circle around the shaft axis (X) so as to be opposite the drive surface (X). 21 ) to be able to produce a circulating traveling wave motion.

Solid state actuator drive device according to claim 1 or 2, in which the shaft ( 2 ) and / or the drive surface ( 21 ) relative to the solid state actuators ( 30 - 32 ) is rotatable and axially non-displaceable.

A solid-state actuator drive device as claimed in any preceding claim, wherein the drive surface ( 21 ) on an end face of the shaft ( 2 ) is trained.

A solid-state actuator drive device according to any preceding claim, wherein between the solid state actuators ( 30 - 32 ) and the drive surface ( 21 ) a planar transmission body ( 4 ), in particular a rigid disc, is mounted, which to the drive surface ( 21 ) a parallel transfer area ( 40 ) and to the solid state actuators ( 30 - 32 ) is mounted such that the transfer body ( 4 ) can perform a tumbling motion.

A solid-state actuator drive device according to claim 5, wherein the transfer body ( 4 ) in extension of the shaft axis (X) with respect to the solid state actuators ( 30 - 32 ) axially non-displaceable but tiltable and in particular not rotatably mounted.

Solid state actuator drive device according to claim 5 or 6, wherein the transfer surface ( 40 ) of the transmission body ( 4 ) on the drive surface ( 21 ) and relative to the material of the drive surface ( 21 ) has a low coefficient of friction (Fr).

Solid-state drive device according to any preceding claim, wherein the drive surface on a drive body is formed, wherein the drive body its movement, in particular transfers its tumbling motion as rotation to the shaft.

Solid-state drive device according to any preceding claim, wherein the angle (α) is greater than 0 ° and smaller 5 °, in particular is less than 3 °, especially in the range of 1 ° -2 °.

Solid-state actuator drive device according to any preceding claim, wherein the angle (α) is greater than a friction angle (ν) according to μ = tan (ν) with μ as the friction coefficient between the driving surface ( 21 ) and a transmission body driving them ( 4 ) and / or these driving solid-state actuators ( 30 - 32 ).

Solid state actuator drive device according to any preceding claim, comprising a lubricant ( 60 ) for lubricating the drive surface ( 21 ), in particular with a lubricant supply device ( 6 ) for supplying the lubricant ( 60 ) to the drive surface ( 21 ).

Solid state actuator drive device according to any preceding claim, wherein the solid state actuators ( 30 - 32 ) are designed as magnetostrictive, electrostrictive or piezoelectric drive elements.

Solid-state actuator drive device according to any preceding claim, having a control device ( 5 ), in particular an integrated control device for controlling the solid state actuators ( 30 - 32 ) for generating a circumferentially traveling wave motion.

Method for driving a shaft ( 2 ) of a solid-state actuator drive device, in particular the solid-state actuator drive device according to any preceding claim, wherein against an obliquely extending at an angle (α) drive surface ( 21 ) the wave ( 2 ) acting solid state actuators ( 30 - 32 ) to generate a circumferentially traveling wave motion with the wave axis (X) axis-parallel wave amplitude can be controlled.

The method of claim 14, wherein the solid state actuators ( 30 - 32 ) are controlled and in particular adjusted such that the activated according to the wave motion solid state actuators ( 30 - 32 ) at any time on contact with the drive surface ( 21 ) and / or with a drive body ( 4 ) being held.

Method according to claim 14 or 15, in which the polarity of a voltage (U0-U2) for driving at least one of the solid state actuators ( 30 - 32 ) is at least temporarily reversed to produce a contraction of the solid state actuator ( 30 - 32 ).