DE102006004194B3 - Elektromechanischer Antrieb mit Piezomotor - Google Patents
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Abstract
Es
wird ein elektromechanischer Antrieb beschrieben, bei welchem ein
Piezomotor eine Welle (1) in Drehbewegung bzw. Linearbewegung versetzt. Zu
diesem Zweck steht der Piezomotor (3) mit der Welle (1) mittels
seines parallel zur Oberfläche
der Welle (1) schwingenden Antriebsfinger (3a) in Friktionskontakt.
Dieser Piezomotor (3) ist gegenüber
der Welle (1) in einem Winkelbereich von mindestens 0 bis 90° verdrehbar,
so dass die Welle (1) alternativ in Drehbewegung bzw. Linearbewegung
versetzt werden kann. Bei Zwischenstellungen zwischen 0 und 90° ergibt sich
eine aus Linearvorschub und Rotation überlagerte Bewegung der Welle
(1).
Description
- Die Erfindung betrifft einen elektromechanischen Antrieb mit einem Piezomotor der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.
- Derartige Antriebe sind z.B. aus verschiedenen Druckschriften bekannt.
-
DE 38 33 342 A1 offenbart einen Antrieb, bei welchem das piezoelektrisch in Schwingungen versetzbare Antriebselement in Friktionskontakt mit einem Abtriebskörper steht. Je nach Montage des Piezomotors kann hierbei ein Rad als Abtriebskörper in Drehbewegung oder ein ebenes Blatt in Linearbewegung versetzt werden. - WO 2005/081331 A1 offenbart einen Antrieb mit zwei orthogonal zueinander angeordneten piezelektrischen Schwingungserzeugern, die bei entsprechender Ansteuerung die Welle in eine Dreh- bzw. Linearbewegung versetzen.
-
US 54 53 653 A zeigt einen piezelektrischen Schwingungserzeuger, der abhängig von der Ansteuerung in zwei zueinander senkrechten Richtungen schwingen kann. - Aus
US 68 25 592 B2 ist ein piezelektrischer Schwingungserzeuger bekannt, bei dem die Schwingungsrichtung durch geeignete Ansteuerung variiert werden kann, so dass sowohl eine Dreh- als auch eine Linearbewegung der Welle möglich ist. - Aus WO 2006/000118 A1 geht ebenfalls ein piezelektrischer Schwingungserzeuger als bekannt hervor, bei dem die Schwingungsrichtung durch geeignete Ansteuerung variiert werden kann, so dass sowohl eine Dreh- als auch eine Linearbewegung der Welle möglich ist.
- Damit sind nach dem Stand der Technik piezelektrische Schwingungsantriebe bekannt, mit denen eine Welle sowohl in eine lineare als auch in eine Drehbewegung versetzt werden kann, wobei jeweils auch eine kombinierte Linear- und Drehbewegung möglich ist.
- Hierfür sind jedoch wie z.B. bei der Lösung nach WO 2005/08133 A1 zwei zueinander orthogonale Schwingungserzeuger oder ein Eingriff in die Ansteuerung erforderlich, wie dies in den weiteren Druckschriften beschrieben ist.
- Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, den z.B. aus WO 2005/081331 A1 bekannten elektromechanischen Antrieb derart zu gestalten, dass mittels eines einzigen Schwingungserzeugers ein Abtriebskörper alternativ in Drehbewegung oder in Linearbewegung versetzt werden kann.
- Nach dem Vorschlag gemäß Anspruch 1 ist diese Aufgabe gemäß vorliegender Erfindung dadurch gelöst, dass der Piezomotor gegenüber der Welle in einem Winkelbereich von 0 bis 360°, vorzugsweise von 0 bis 90°, verdrehbar und in jeder Winkelstellung feststellbar ist, wobei zum Linear- und/oder Drehantrieb der Friktionsantrieb zwischen Antriebselement und Welle aufrecht erhalten wird.
- Schwingt das Antriebselement des Piezomotors in Längsrichtung der Welle, so erfährt diese in Schwingungsrichtung einen Vorschub. Der Vorschub kann in die andere Richtung umgekehrt werden, wenn der Piezomotor um 180° gedreht wird.
- Wird dagegen der Piezomotor gegenüber der Welle um 90° gedreht, schwingt das Antriebselement in Umfangsrichtung, wodurch die Welle in Drehbewegung versetzt wird. Bei einer weiteren Drehung des Piezomotors um 180° wird die Welle in entgegengesetzter Richtung in Drehbewegung versetzt.
- Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäß ausgebildeten Antriebs ergibt sich, wenn der Piezomotor in eine Winkelstellung zwischen 0 und 90°, 90 und 180°, 180 und 270° bzw. 270 und 0° gedreht wird. In diesem Falle erfolgt eine überlagerte lineare und rotative Bewegung, deren Vorschub und Rotationsanteil durch die Winkelstellung beliebig beeinflusst werden kann.
- Der gleiche Effekt ist erzielbar, wenn das Antriebselement des Piezomotors so verstellt wird, dass seine Schwingungsebene in diesen Zwischenbereichen gelegen ist.
- Wegen der relativ geringen Friktionskräfte ist es vorteilhaft, die verschiebbare und verdrehbare Welle in sogenannten Luftlagern, nämlich in Büchsen mit Luftpolsterlager, berührungslos zu lagern, wie mit Anspruch 2 angegeben ist.
- Ein derartiger Antrieb eignet sich hervorragend für einen automatischen Betrieb, da mit einfachen Steuerschaltungen gemäß Anspruch 3 die Winkelstellung des Piezomotors bzw. des Antriebselementes veränderbar und einstellbar ist.
- Der Gegenstand der Erfindung ist anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles, das in den Zeichnungen schematisch dargestellt ist, nachstehend erläutert.
- In den Zeichnungen zeigen:
-
1 –3 : Elektromechanischer Antrieb gemäß der Erfindung mit rotierender Welle, nämlich -
1 : Längsschnitt längs der Linie A-A in2 -
2 : Aufsicht des Antriebes gemäß2 , -
3 : Schnitt längs der Linie B-B in2 , -
4 –6 : Antrieb gemäß1 bis3 mit linear verschiebbarer Welle, nämlich -
4 : Längsschnitt längs der Linie A-A in5 , -
5 : Aufsicht des Antriebs gemäß4 , -
6 : Querschnitt längs der Linie B-B in5 und -
7 Aufsicht des Antriebes entsprechend2 bzw.5 , deren Welle eine überlagerte lineare und rotative Bewegung durchführt. - Im Wesentlichen besteht der elektromechanische Antrieb der Erfindung aus einem Piezomotor
3 , dessen piezoelektrisch in Schwingungen versetzter Antriebsfinger3a auf der Oberfläche der Welle1 aufsitzt und mit dieser derart in Friktionskontakt steht, dass die Welle in Schwingungsrichtung vorgeschoben oder gedreht wird. - Die Welle
1 ist in einer Lagerbüchse2 axial verschiebbar und verdrehbar gelagert, wobei Luftpolster für eine weitgehend reibungslose Lagerung sorgen. Zur Erzeugung dieser Luftpolster sind koaxial zur Welle angeordnete Ringkammern2a vorgesehen, welche über den Druckluftkanal2b mit Druckluft beschickt werden und aus welchen zum Aufbau des Luftpolsters Druckluft über Bohrungen2c in einen Ringspalt zwischen Büchse2 und Welle1 gedrückt wird. Bei der in den1 bis3 dargestellten Anordnung schwingt der Antriebsfinger3a senkrecht zur Zeichenebene, wodurch die Welle1 in Richtung des Doppelpfeiles α in Drehbewegung versetzt wird. - Der Piezomotor
3 ist in einem am Gehäuse2d angebrachten Flansch4 derart verdrehbar gelagert, dass er um die Längsachse3b des Antriebsfingers3a zwischen den Winkelstellungen0 und 90° verdreht werden kann. - Wird er in die mit den
4 bis6 veranschaulichte Position gedreht, schwingt sein Antriebsfinger3a in Axialrichtung der Welle1 , so dass diese infolge des Friktionskontaktes mit dem Finger3a in Richtung des Doppelpfeiles β vorschiebbar ist. - Eine aus Linearvorschub und Rotation überlagerte Bewegung ergibt sich in der mit
7 veranschaulichten Zwischenstellung des Piezomotors3 . Das hat zur Folge, dass die Welle1 die mit dem Pfeil γ symbolisierte Vorschub- und Drehbewegung durchführt. -
- 1
- Welle
- 2
- Lagerbüchse
- 2a
- Ringkammer
- 2b
- Druckluftkanal
- 2c
- Bohrungen
- 2d
- Gehäuse
- 3
- Piezomotor
- 3a
- Antriebsfinger
- 3b
- Längsachse
- 4
- Flansch
- P
- Druckluft
- α
- Drehrichtung
- β
- Vorschubrichtung
- γ
- Richtung der überlagerten Dreh- und Vorschubbewegung.
Claims (4)
- Elektromechanischer Antrieb mit einem Piezomotor, dessen piezoelektrisch in Schwingungen versetzbares Antriebselement in Friktionskontakt mit einer Abtriebswelle steht und zum Vorschub der Abtriebswelle parallel zu deren Oberfläche schwingt, dadurch gekennzeichnet, dass der Piezomotor (
3 ) gegenüber der Welle (1 ) in einem Winkelbereich von 0 bis 360°, vorzugsweise von 0 bis 90°, verdrehbar und in jeder Winkelstellung feststellbar ist, wobei zum Linear- und/oder Drehantrieb der Friktionskontakt zwischen Antriebselement (3a ) und Welle (1 ) aufrechterhalten wird. - Elektromechanischer Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die linear verschiebbare und verdrehbare Welle (
1 ) in Büchsen (2 ) mit Luftpolsterlager (2a ,2b ,2c ) berührungslos gelagert ist. - Elektromechanischer Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkelstellung des Piezomotors (
3 ) bzw. des Antriebselementes (3a ) elektrisch steuerbar ist. - Elektromechanischer Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Piezomotor (
3 ) in einem an der Lagerbüchse (2 ) der Welle (1 ) befestigten Flansch (4 ) um die Mittelachse des in Form eines Fingers (3a ) ausgebildeten Antriebselementes drehbar und feststellbar gelagert ist.
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- 2006-01-27 DE DE200610004194 patent/DE102006004194B3/de not_active Expired - Fee Related
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