DE102006004194B3

DE102006004194B3 - Elektromechanischer Antrieb mit Piezomotor

Info

Publication number: DE102006004194B3
Application number: DE200610004194
Authority: DE
Inventors: Manfred Bär
Original assignee: IEF Werner GmbH
Current assignee: IEF Werner GmbH
Priority date: 2006-01-27
Filing date: 2006-01-27
Publication date: 2007-05-31
Anticipated expiration: 2026-01-28

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 in 2
2: Aufsicht des Antriebes gemäß 2,
3: Schnitt längs der Linie B-B in 2,
4–6: Antrieb gemäß 1 bis 3 mit linear verschiebbarer Welle, nämlich
4: Längsschnitt längs der Linie A-A in 5,
5: Aufsicht des Antriebs gemäß 4,
6: Querschnitt längs der Linie B-B in 5 und
7 Aufsicht des Antriebes entsprechend 2 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 Antriebsfinger 3a auf der Oberfläche der Welle 1 aufsitzt und mit dieser derart in Friktionskontakt steht, dass die Welle in Schwingungsrichtung vorgeschoben oder gedreht wird.
Die Welle 1 ist in einer Lagerbüchse 2 axial verschiebbar und verdrehbar gelagert, wobei Luftpolster für eine weitgehend reibungslose Lagerung sorgen. Zur Erzeugung dieser Luftpolster sind koaxial zur Welle angeordnete Ringkammern 2a vorgesehen, welche über den Druckluftkanal 2b mit Druckluft beschickt werden und aus welchen zum Aufbau des Luftpolsters Druckluft über Bohrungen 2c in einen Ringspalt zwischen Büchse 2 und Welle 1 gedrückt wird. Bei der in den 1 bis 3 dargestellten Anordnung schwingt der Antriebsfinger 3a senkrecht zur Zeichenebene, wodurch die Welle 1 in Richtung des Doppelpfeiles α in Drehbewegung versetzt wird.
Der Piezomotor 3 ist in einem am Gehäuse 2d angebrachten Flansch 4 derart verdrehbar gelagert, dass er um die Längsachse 3b des Antriebsfingers 3a zwischen den Winkelstellungen 0 und 90° verdreht werden kann.
Wird er in die mit den 4 bis 6 veranschaulichte Position gedreht, schwingt sein Antriebsfinger 3a in Axialrichtung der Welle 1, so dass diese infolge des Friktionskontaktes mit dem Finger 3a in Richtung des Doppelpfeiles β vorschiebbar ist.
Eine aus Linearvorschub und Rotation überlagerte Bewegung ergibt sich in der mit 7 veranschaulichten Zwischenstellung des Piezomotors 3. Das hat zur Folge, dass die Welle 1 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

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.