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Die
Erfindung bezieht sich auf einen Linearantrieb, auf eine Antriebseinheit
zur Ausbildung eines Linearantriebs sowie auf ein Verfahren zum
Verschieben eines Objekts mittels eines Linearantriebs.
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Nach
dem Stand der Technik werden als Linearantriebe bzw. als Antriebssysteme
mit linear bewegten Elementen vor allem Direktantriebe auf der Basis
elektromagnetischer Schrittmotoren sowie hydraulische und pneumatische
Stellantriebe eingesetzt. Weiterhin sind Linearantriebe bekannt,
bei denen eine Linearbewegung indirekt mit Hilfe mechanischer Übertragungselemente
erzeugt wird. So wird bei einem Spindeltrieb indirekt mittels einer
an einen Drehstrommotor gekoppelten Spindel eine Drehbewegung in
eine Linearbewegung umgesetzt. Alle diese Linearantriebe sind mehr
oder weniger mechanisch komplex. Zudem ist für die Erzeugung
der Linearbewegung jeweils eine aufwändige Steuerungs- bzw.
Regelungstechnik notwendig.
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Aus
der
DE 198 53 324
A1 und der
DE
100 46 137 A1 ist jeweils ein Linearabtrieb mit bewegungserzeugenden
Aktoren und von diesen bewegbaren passiven Elementen bekannt. Hierbei
sind die passiven Elemente mit der Oberfläche eines zu
bewegenden Objekts magnetisch, elektrostatisch oder mechanisch gekoppelt.
Für eine Bewegungsübertragung ist die steuerbare
Reibkraft zwischen passiven Elementen und Objekt größer
als die am Objekt angreifende Trägheitskraft.
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Insbesondere
im Hinblick auf eine Miniaturisierung eines Linearantriebes ist
aus der
DE 102 27 509
A1 ein Piezomotor bekannt, der als Linearantrieb nutzbar
ist. Hierzu weist der Piezomotor ein mit einem Resonator verbundenes
Piezoelement auf. Mittels des Piezoelements wird der Resonator in
periodi sche Schwingungen versetzt, die zu einer Bewegung des Resonatorendes
führen. Im Betrieb des Piezomotors drückt das
Resonatorende periodisch gegen ein zu bewegendes Element. Dieses
zu bewegende Element ist als Linearläufer ausgeführt
und längsverschieblich gelagert, so dass sich mittels des Piezomotors
eine Linearbewegung erzeugen lässt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Linearantrieb anzugeben,
der einfach und kostengünstig herstellbar ist. Weiterhin
soll dieser Linearantrieb auf der Basis der Piezotechnologie ausgeführt
sein, um die Vorteile der Piezotechnologie nutzen zu können.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
einen Linearantrieb zum Antreiben eines beweglichen Objekts nach
Anspruch 1. Hierzu umfasst der Linearantrieb zumindest einen von
einer Steuereinrichtung ansteuerbaren Piezoaktor. Der Piezoaktor
weist ein von einem Haltekörper gehaltenes Piezoelement
sowie einen an dieses angekoppelten Übertrager auf. Zur Übertragung
einer Antriebskraft ist zwischen dem Übertrager und dem
zu bewegenden Objekt ein mechanischer Reibschluss ausgebildet. Die
Steuereinrichtung steuert den Piezoaktor derart an, dass unter Ausnutzung
der Massenträgheit des Objekts bei einer Auslenkung des
Objekts in Bewegungsrichtung das Objekt mitgenommen wird und in
der entgegengesetzten Richtung der Übertrager über
das Objekt gleitet. Mit anderen Worten wird das verschieblich gelagerte
Objekt nach der Herstellung des Reibkontaktes mit dem Übertrager
von diesem mittels Haftreibung bewegt. Die mechanische Kopplung
zwischen Übertrager und Objekt mittels Reibschluss ist
rein passiver Natur. Es ist daher keine Steuerung der Kopplungskraft
notwendig. Da der Übertrager direkt mit dem verschieblich
gelagerten Objekt mittels Reibschluss verbunden ist, liegt keinerlei
mechanisches Spiel zwischen Übertrager und Objekt vor.
Somit lässt sich eine sehr hohe Positionier- und Wiederholgenauigkeit
erzielen. Eine komplizierte Steuerungstechnik zum Ausgleich von
Positionierungsungenauigkeiten, wie sie selbst bei hochgenauen Schrittmotoren
notwendig ist, muss nicht ein gesetzt werden. Weiterhin ist die Ausdehnung
eines Piezoelements zu einer an ihm angelegten Versorgungsspannung
proportional. Somit lässt sich über die Versorgungsspannung
exakt und in einfacher Weise vorgeben, wie weit der am Piezoelement befestigte Übertrager
verschoben wird und wie weit der Übertrager somit mittels
Reibschluss das Objekt verschiebt. Durch eine wiederholte Ansteuerung
des Piezoelements ist somit eine sukzessive Linearbewegung des Objekts
erreichbar.
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Ein
Piezoaktor benötigt lediglich einen geringen Bauraum. Daher
kann der Linearantrieb sehr geringe Ausmessungen aufweisen. Er ist
daher auch in miniaturisierter Form vorteilhaft einsetzbar. Da mittels
des Übertragers über Reibschluss eine direkte Kraftübertragung
auf das zu bewegende Objekt erfolgt, kann weiterhin auf ein Getriebe
zur Kraftübertragung verzichtet werden, so dass der Antrieb
einfach und kostengünstig ausführbar ist. Die
Ausdehnung des Piezoelements erfolgt praktisch lautlos, so dass
die Geräuschentwicklung während des Verfahrens
des Objekts gering ist. Zudem weist das Piezoelement und somit der
Piezoaktor eine geringe Stromaufnahme während des Bewegens
des Übertragers, aber vor allem während des Haltens
des Objekts mittels Reibschluss in einer Halteposition auf. Ein
die elektrische Versorgung des Piezoaktors bereitstellender Transformator
benötigt somit nur eine geringe Leistung. Der Energiebedarf
des Piezoaktors und damit des Linearantriebs ist somit gering, so dass
die Betriebskosten des Linearantriebs im Vergleich zu einem elektromotorisch
getriebenen Linearantrieb niedrig liegen. Aufgrund der geringen
Leistungsaufnahme ist zudem die Geräuschentwicklung beim
Betrieb des Transformators gering.
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Vorteilhaft
ist die Steuereinheit eingerichtet, den Piezoaktor derart anzusteuern,
dass die Geschwindigkeit des Übertragers in Bewegungsrichtung geringer
ist, als in der entgegengesetzten Richtung. Ein rascher Aufbau oder
ein rascher Abbau der Versorgungsspannung führt zu einem
raschen Ausdehnen oder Zusammenziehen des Piezoelements. Somit überwindet
der am Piezoelement befestigte Übertrager die an seiner
Reibfläche durch Reibschluss angreifende Haftreibungskraft.
Der Übertrager wird mittels Gleitreibung an der Oberfläche
des zu bewegenden Objekts in der der Bewegungsrichtung entgegengesetzten
Richtung bewegt. Auf diese Weise ist der Angriffspunkt des Übertragers
am Objekt veränderbar. Hierbei ist ausgenutzt, dass das
zu bewegende Objekt gegenüber dem Übertrager eine
bedeutend größere Masse aufweist und somit aufgrund seiner
Massenträgheit in seiner Position verbleibt.
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Ein
langsamer Aufbau oder ein langsamer Abbau der Versorgungsspannung
führt zu einem langsamen Ausdehnen oder Zusammenziehen
des Piezoelements. Auf diese Weise kommt es zu einem Reibschluss
zwischen dem Übertrager und dem Objekt. Die Massenträgheit
des Objekts wird durch die Haftreibungskraft zwischen Übertrager
und Objekt überwunden. Das Objekt wird mittels des an ihm
angreifenden Übertragers in der Bewegungsrichtung verschoben.
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Somit
lässt sich mit einer periodischen Versorgungsspannung,
die zeitlich rasch ansteigt und langsam abfällt, eine Linearbewegung
des Objekts in Bewegungsrichtung in einfacher Weise erzielen. Mit einer
periodischen Versorgungsspannung, die rasch abfällt und
langsam ansteigt, lässt sich in ebenso einfacher Weise
eine Umkehr der Bewegungsrichtung erzielen.
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Damit
ist mittels einer asymmetrischen Versorgungsspannung eine beidseitige
Linearbewegung umsetzbar. Als Versorgungsspannung eignet sich beispielsweise
eine periodische Spannung nach Art eines asymmetrischen Sägezahns.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung sind mehrere Piezoaktoren zur
Bewegung des Objekts vorgesehen. Somit lässt sich auch
ein Objekt mit einer hohen Masse und damit hohen Massenträgheit mittels
des Linearantriebs bewegen. Die Piezoaktoren sind mittels der Steuereinrichtung
zusammen bewegbar, so dass die mittels Haftreibung auf das Objekt übertragene
Haftreibungskraft zur Verschiebung des Objekts mittels Reibschluss
ausreicht.
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Vorteilhaft
ist die Steuereinrichtung eingerichtet, die Piezoaktoren sukzessive
zu betätigen. Dadurch ist eine sukzessive Änderung
der Angriffspunkte der einzelnen Übertrager mittels Gleitreibung unter
Ausnutzung der Massenträgheit des Objekts und eine kontinuierliche
unterbrechungsfreie Verschiebung des Objekts möglich.
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In
einer vorteilhaften Variante ist die Steuereinrichtung eingerichtet,
in Bewegungsrichtung die gleiche oder eine höhere Anzahl
von Übertragern zu betätigen, als in der entgegengesetzten
Richtung. Für die Neupositionierung der Übertrager
werden immer nur so viele Übertrager zusammen bewegt, dass das
Objekt aufgrund seiner Massenträgheit keine Verschiebung
durch die an ihm angreifende Reibkraft erfährt. Das Verschieben
der Angriffspunkte der Übertrager kann zudem durch ein
rasches Aufbauen oder Abbauen der an den Piezoelementen angreifenden
Versorgungsspannung unterstützt werden. Anschließend
erfolgt durch eine Ansteuerung der gleichen oder einer höheren
Zahl von Übertragern eine Verschiebung des Objekts mittels
Haftreibung und somit eine Überwindung seiner Massenträgheit.
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In
einer zweckmäßigen Weiterbildung ist zwischen
Haltekörper und Übertrager eine Linearführung
zur Führung des Übertragers angeordnet. Diese Linearführung
ist beispielsweise als Rollenlager oder als Kugellager ausgeführt.
Auf diese Weise ist die Bewegung des Übertragers mittels
des Piezoelements gegen den Haltekörper geführt.
Es ist somit eine besonders präzise Positionierung des Übertragers
möglich. Weiterhin ist eine Linearführung nach Art
eines Rollenlagers oder nach Art eines Kugellagers einfach und kostengünstig
umsetzbar.
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Vorteilhaft
ist der Übertrager gegen den Haltekörper mittels
eines elastischen Elements vorgespannt derart, dass bei einer Bewegung
des Reibkörpers gegen das elastische Element die Vorspannung erhöht
ist. Das elastische Element ist beispielsweise nach Art einer Blattfeder
ausgeführt sein, die den Ü bertrager bevorzugt
an seiner dem Piezoelement gegenüberliegenden Stirnseite
umfasst. Wird die am Piezoelement anliegende Versorgungsspannung
reduziert, so wird der Übertrager nicht nur in Längsrichtung
vom Piezoelement gezogen, sondern zudem mittels des elastischen
Elements auf das Piezoelement zu geschoben. Hierdurch ist die Bewegung
des Übertragers zusätzlich unterstützt
und geführt. Es lassen sich somit besonders präzise
und spielarme Bewegungen des Objekts realisieren.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung umspannt der Haltekörper
das Piezoelement mit dem Übertrager klammerartig. Auf diese
Weise ist eine besonders gute Führung des Übertragers
erreicht.
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Die
Aufgabe wird weiterhin gelöst durch eine Antriebseinheit
zur Ausbildung eines Linearantriebs nach einem der vorhergehenden
Ansprüche. Hierzu umfasst die Antriebseinheit zumindest
einen von einer Steuereinrichtung ansteuerbaren Piezoaktor. Der Piezoaktor
weist ein Piezoelement sowie einen an dieses angekoppelten Übertrager
auf. Der Übertrager ist als ein Reibkörper zur
Ausbildung eines Reibschlusses und zur Übertragung einer
Antriebskraft auf ein zu bewegendes Objekt ausgebildet. Die Steuereinrichtung
ist dazu ausgebildet, den Piezoaktor richtungsabhängig
unterschiedlich anzusteuern, um unter Ausnutzung der Massenträgheit
des Objekts dieses nur in einer Bewegungsrichtung zu bewegen. Dabei
sind die auf den Linearantrieb gerichteten Ansprüche mit
ihren Vorzügen sinngemäß auf die Antriebseinheit
zu übertragen.
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Die
Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren zum Verschieben
eines Objekts mittels eines Linearantriebs nach einem der Ansprüche
1 bis 8. Der Linearantrieb weist zumindest einen Piezoaktor mit
einem Piezoelement sowie einen an das Piezoelement angekoppelten Übertrager
auf. Eine Antriebskraft zwischen dem Übertrager und dem
Objekt wird mittels eines mechanischen Reibschlusses übertragen.
Dabei wird der Piezoaktor derart angesteuert, dass das Objekt unter
Ausnut zung seiner Massenträgheit vom Übertrager
in Bewegungsrichtung mitgenommen wird und in der entgegengesetzten
Richtung der Übertrager über das Objekt gleitet. Dabei
sind die auf den Linearantrieb gerichteten Ansprüche mit
ihren Vorzügen sinngemäß auf das Verfahren
zu übertragen.
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Nachfolgend
wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer
Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
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1 in
einer schematischen Seitenansicht einen ersten Linearantrieb mit
einem Piezoaktor zur Bewegung eines Objekts,
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2a–c
schematisch die Bewegung des Objekts in einer Bewegungsrichtung
mittels des Linearantriebs in zwei Phasen und in einem Zeit-Spannungs-Diagramm
für die Versorgungsspannung des Piezoaktors,
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3a–c
die Bewegung des Objekts mittels des Linearantriebs entgegen der
Bewegungsrichtung aus 2, ebenfalls
in zwei Phasen und in einem Zeit-Spannungs-Diagramm für
die Versorgungsspannung des Piezoaktors,
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4a–c
die Linearbewegung eines Objekts mittels eines zweiten, zwei Piezoaktoren
umfassenden Linearantriebs in einer Bewegungsrichtung in drei Phasen,
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5a–c
die Bewegung des Objekts aus 4 entgegen
der Bewegungsrichtung aus 4 ebenfalls
in drei Phasen,
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6a–c
die Bewegung eines Objekts mittels eines dritten Linearantriebs
mit zwei an einer Seite des Objekts angeordneten Piezoaktoren in
einer Bewegungsrichtung in drei Phasen, sowie
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7a–c
die Bewegung des Objekts aus 6 entgegen
der Bewegungsrichtung aus 6 ebenfalls
in drei Phasen.
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1 zeigt
einen ersten Linearantrieb 1, umfassend einen Piezoaktor 2.
Der Piezoaktor 2 weist einen ortsfesten Haltekörper 4 zur
Aufnahme eines Piezoelements 6 auf. Am Piezoelement 6 ist
ein Übertrager 8 längsverschieblich befestigt.
Der Übertrager 8 ist gegen den ortsfesten Haltekörper 4 mittels
einer Linearführung 10 gelagert. Die Linearführung 10 umfasst zwei
zylinderförmige Wälzkörper. Zudem wird
der Übertrager 8 an seiner dem Piezoelement 6 gegenüberliegenden
Stirnseite 12 von einem nach Art einer Blattfeder ausgeführten
und in den Haltekörper 4 integrierten elastischen
Element 14 in einer Vorspannung gehalten. Dabei umspannt der
Haltekörper 4 mit seinem elastischen Element 14 das
Piezoelement 2 mit dem Übertrager 8 klammerartig.
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Der Übertrager 8 steht
in Reibkontakt zu einem zu bewegenden Objekt 16. Hierbei
wird der Reibkontakt durch eine am Übertrager angeordnete Reibfläche 18 und
die ebenfalls als Reibfläche 20 ausgebildete Oberfläche
des Objekts 16 gebildet.
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Mittels
einer Steuereinrichtung 22 erfolgt über die Vorgabe
einer Versorgungsspannung V eine Ansteuerung des Piezoelementes 6.
Dabei dehnt sich das Piezoelement 6 mit ansteigender Versorgungsspannung
V in seiner Ausdehnungsrichtung 23 aus. Somit wird der
am Piezoelement 6 befestigte Übertrager 8 in
Längsrichtung 23 gegen das elastische Element 14 bewegt.
Die Federspannung des elastischen Elements 14 erhöht
sich sukzessive.
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Wird
von der Steuereinrichtung 22 hingegen die Versorgungsspannung
V des Piezoelementes 6 reduziert, so reduziert sich die
Ausdehnung des Piezoelementes 6. Der am Piezoelement 6 befestigte Übertrager
wird entgegen seiner Ausdehnungsrichtung 23 vom Piezoelement 6 gezogen.
Dabei reduziert sich die Federspannung des elastischen Federelements 14.
Das elastische Element 14 und die Linearführung 10 unterstützen
die Führung des Übertragers 8 in der
und entgegen der Ausdehnungsrichtung 23.
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In
den 2 und 3 ist
die Bewegung des Objekts 16 mittels des Linearantriebs 1 in
einer der Ausdehnungsrichtung 23 des Piezoelements 6 parallelen Bewegungsrichtung 24 erläutert.
Der Einfachheit halber sind vom Piezoaktor 2 lediglich
sein Piezoelement 6 sowie sein am Piezoelement 6 befestigter Ü bertrager 8 gezeigt.
Für eine Bewegung des Objekts in Bewegungsrichtung 24 wird
gemäß 2a zunächst
mittels der Steuereinrichtung 22 die Versorgungsspannung
V des Piezoelements 6 rasch erhöht. Das Piezoelement 6 dehnt
sich in der der Bewegungsrichtung 24 entgegengesetzten
Richtung 26 aus. Da diese Ausdehnung schnell erfolgt, wird
die zwischen dem Übertrager 8 und dem Objekt 16 herrschende
Reibkraft überwunden. Der Übertrager 8 wird
mittels Gleitreibung entlang der Oberfläche des Objekts 16 bewegt.
Dabei wird in der entgegengesetzten Richtung 26 das Wegintervall 28 zurückgelegt.
Der Übertrager 8 verändert somit seinen
Angriffspunkt am Objekt 16 um das Wegintervall 28.
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Im
Anschluss wird gemäß 2b mittels
der Steuereinrichtung 22 die Versorgungsspannung V des
Piezoelements 6 verringert. Diese Verringerung der Versorgungsspannung
V geschieht zeitlich langsam. Das Piezoelement 6 zieht
sich in Bewegungsrichtung 24 zusammen. Der Übertrager 8 wird
vom Piezoelement 6 um das Wegintervall 28 in der
Bewegungsrichtung 24 gezogen. Da dieses Ziehen des Übertragers 8 langsam
erfolgt, ist ein Reibschluss über Haftreibung zwischen
dem Übertrager 8 und dem Objekt 16 hergestellt.
Das Objekt 16 wird somit mittels Haftreibung vom Übertrager 8 in
der Bewegungsrichtung 24 um das Wegintervall 28 mitbewegt.
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Im
Anschluss wird wiederum gemäß 2a der
Angriffspunkt des Übertragers 8 am Objekt 16 verändert.
Anschließend wird das Objekt 16 wiederum gemäß 2a in
der Bewegungsrichtung 24 um das Wegintervall 28 bewegt.
Somit ergibt sich eine kontinuierliche Linearbewegung des Objekts 16 in der
Bewegungsrichtung 24.
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In 2c ist
die am Piezoelement 6 angreifende Versorgungsspannung V
zeitlich abhängig dargestellt. Die Versorgungsspannung
V verläuft zeitlich gesehen nach Art eines asymmetrischen
Sägezahns. Der schnelle Anstieg der Versorgungsspannung
V gemäß 2 entspricht
der steil ansteigenden ersten Flanke 30 des Sägezahns.
Der langsame Abfall der Versorgungs spannung V des Piezoelements 6 gemäß 2b entspricht
der langsam abfallenden Flanke 32 des Sägezahns.
Jeweils bei einem langsamen Abfall des Sägezahns wird gemäß 2b das
Objekt 16 in der Bewegungsrichtung 24 verschoben.
Somit ist durch die Vorgabe der periodischen Sägezahnspannung
als Versorgungsspannung V des Piezoelements 6 eine kontinuierliche
Linearbewegung des Objekts 16 in der Bewegungsrichtung 24 erreicht.
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In
den 3a–c ist die Bewegung des Objekts 16 mittels
des Linearantriebs 1 in der der Bewegungsrichtung aus 2a–c
entgegengesetzten Bewegungsrichtung 24 beschrieben. Gemäß 3a wird
bei vollständig ausgedehntem Piezoelement 6 mittels
der Steuereinrichtung 22 die Versorgungsspannung V rasch
reduziert. Der Übertrager 8 wird vom Piezoelement 6 in
der der Bewegungsrichtung 24 entgegengesetzten Richtung 26 gezogen.
Da dieses Ziehen rasch erfolgt, wird die Haftkraft zwischen Übertrager 8 und
Objekt 16 überwunden. Der Übertrager 8 wird
um das Wegintervall 28 an der Oberfläche des Objekts 16 mittels
Gleitreibung in der entgegengesetzten Richtung 26 verschoben.
Somit ändert sich der Angriffspunkt des Übertragers 8.
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Anschließend
wird gemäß 3b mittels
der Steuereinrichtung 22 die Versorgungsspannung V des
Piezoelements 6 sukzessive und langsam erhöht.
Das Piezoelement 6 dehnt sich langsam in der Bewegungsrichtung 24 aus.
Da das Verschieben des Übertragers 8 langsam erfolgt,
kommt es zu einem Reibschluss zwischen dem Übertrager 8 und
dem Objekt 16. Das Objekt 16 wird zusammen mit
dem Übertrager 8 um das Wegintervall 28 in
der Bewegungsrichtung 24 verschoben. Dann wird der Bewegungsverlauf
gemäß 3a fortgesetzt,
so dass sich eine kontinuierliche Linearbewegung in der Bewegungsrichtung 24 ergibt.
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In 3c ist
die am Piezoelement 6 angreifende Versorgungsspannung V
zeitabhängig dargestellt. Sie verläuft wiederum
nach Art eines asymmetrischen Sägezahns. Zunächst
wird die Versorgungsspannung V mittels der Steuereinrichtung 22 rasch reduziert.
Dies entspricht im zeitlichen Verlauf der Versorgungsspannung V
einer steil abfallenden Flanke 34 des Sägezahns.
Anschließend wird die Versorgungsspannung V mittels der
Steuereinrichtung 22 langsam erhöht. Dies entspricht
einer langsam ansteigenden Flanke 36 des Sägezahns.
Somit ist durch die Vorgabe der periodischen Sägezahnspannung
als Versorgungsspannung V des Piezoelements 6 eine kontinuierliche
Linearbewegung des Objekts 16 in der ersten Längsrichtung 24 erreicht.
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Insgesamt
ist gemäß 2a–c
und 3a–c mittels zweier asymmetrischer Sägezahnspannungen
eine Linearbewegung in beiden Richtungen möglich.
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Mittels
eines einzelnen Piezoaktors sind lediglich Objekte 16 einer
vergleichsweise geringen Masse 16 bewegbar. Es sind jedoch
auch zwei oder mehr Piezoaktoren 2 zu einem Linearantrieb
kombinierbar. Gemäß 4a bilden
zwei Piezoaktoren 2, 2' einen Linearantrieb zur
Verschiebung eines Objekts 16. Die beiden Übertrager 8, 8' der
Piezoaktoren 2, 2' stehen mit den gegenüberliegenden
Flachseiten des Objekts 16 in Reibkontakt. Das Verschieben
des Objekts 16 in der zweiten Längsrichtung 26 verläuft
im wesentlichen, wie in den 2a bis 2c beschrieben.
Zunächst wird mittels der Steuereinrichtung 22 die
Versorgungsspannung V des Piezoelements 6 des ersten Piezoaktors 2 rasch
erhöht. Der Übertrager 8 des Piezoaktors 2 gleitet
mittels Gleitreibung über die Oberfläche 16 des
Objekts. Er legt dabei in der der Bewegungsrichtung 24 entgegengesetzten
Richtung 26 das Wegintervall 28 zurück
und verändert somit seinen Angriffspunkt. Anschließend
wird mittels der Steuereinrichtung 22 gemäß 4b die
Versorgungsspannung V' des Piezoelements 6' rasch erhöht.
Auch der Übertrager 8' des Piezoaktors 2' verschiebt
sich somit in der entgegengesetzten Richtung 26 an der
Oberfläche des Objekts 16 um das Wegintervall 28.
Nunmehr weisen beide Übertrager 8, 8' der
beiden Piezoaktoren 2, 2' einen um das Wegintervall 28 in
der entgegengesetzten Richtung 26 verschobenen neuen Angriffspunkt auf.
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Schließlich
wird gemäß 4c mittels
der Steuereinrichtung 22 gleichzeitig die Versorgungsspannung
V, V' beider Piezoelemente 6, 6' langsam reduziert.
Die beiden Übertrager 8, 8' werden von den
Piezoelementen 6, 6' um das Wegintervall 28 in Bewegungsrichtung 24 bewegt.
Somit greift die Reibkraft beider Reibflächen 18 der Übertrager 8, 8' gemeinsam
am Objekt 16 über einen Reibschluss an. Da die
Bewegung der beiden Übertrager 8, 8' zudem langsam
erfolgt, wird auch das Objekt 16 mittels Reibschluss mit
den Übertragern 8, 8' mitgeführt
und in der Bewegungsrichtung 24 um das Wegintervall 28 bewegt.
Anschließend erfolgt wiederum, für die 4a und 4b beschrieben,
eine erneute Veränderung des Angriffspunktes der beiden Übertrager 8, 8'.
Somit ist eine kontinuierliche Linearbewegung des Objekts 16 in
der Bewegungsrichtung 24 erreicht.
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In
den 5a–c ist die Bewegung des Objekts 16 mittels
des zweiten Linearantriebs 1 in der Bewegungsrichtung 24 entgegen
der Bewegungsrichtung aus den 4a–c
beschrieben. Die Bewegung des Objekts 16 erfolgt analog
der für einen einzelnen Piezoaktor 2 in den 3a bis 3c beschriebenen
Weise. Gemäß 5a wird
zunächst mittels der Steuereinrichtung 22 die
Versorgungsspannung V des Piezoelements 6' rasch reduziert. Der Übertrager 8' des
Piezoaktors 2' bewegt sich um das Wegintervall 28 in
der der Bewegungsrichtung 24 entgegengesetzten Richtung 26.
Anschließend wird gemäß der 5b mittels
der Steuereinrichtung 22 die Versorgungsspannung V des
Piezoelements 6 des ersten Piezoaktors 2 reduziert.
Somit bewegt sich auch der Übertrager 8 des Piezoaktors 2 um
das Wegintervall 28 mittels Gleitreibung in der entgegengesetzten
Richtung 26. Somit ist der Angriffspunkt beider Übertrager 8, 8' der
beiden Piezoaktoren 2, 2' jeweils um das Wegintervall 28 verändert.
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Schließlich
wird gemäß der 5c mittels der
Steuereinrichtung 22 die Versorgungsspannung V der beiden
Piezoaktoren 6, 6' gleichzeitig langsam erhöht.
Beide Übertrager 8, 8' werden um das
Wegintervall 28 in der Bewegungsrichtung 24 verschoben.
Da diese Verschiebung langsam erfolgt und zudem die beiden Reibflächen 18 der
beiden Übertrager 8, 8' eine Reibkraft
mittels Reibschluss auf das Objekt 16 übertragen,
wird das Objekt 16 mittels Haftreibung ebenfalls in der
Bewegungsrichtung 24 um das Wegintervall 28 bewegt.
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Da
die beiden Piezoaktoren 2, 2' mit ihren Übertragern
an den beiden gegenüberliegenden Flachseiten des Objekts 16 angreifen,
wird das Objekt 16 nicht mit einer zusätzlichen
Kraft beaufschlagt. Eine Führung des Objekts 16 kann
somit einfach ausgeführt sein.
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Die 4a bis 4c und
die 5a bis 5c sollen
lediglich ein Zusammenwirken mehrerer Piezoaktoren 2, 2' verdeutlichen.
Prinzipiell lassen sich durch den Einsatz einer noch größeren
Zahl von Piezoaktoren 2, 2' auch Objekte 16 mit
einer sehr großen Masse bewegen. Weiterhin müssen
in diesem Fall die Piezoaktoren 2, 2' nicht einzeln
hintereinander angesteuert sein, sondern es kann auch eine Ansteuerung
in Gruppen erfolgen. Weist das Objekt 16 eine sehr hohe
Masse auf, so bewirkt seine Massenträgheit, dass einzelne Übertrager 8, 8' auch dann
verschiebbar sind, wenn sie vergleichsweise langsam angesteuert
werden. Je nach zu bewegendem Objekt 16 wird somit die
Zahl der Piezoaktoren 2, 2', ihre Ansteuerung
und ihre Reibflächen 18 aufeinander abgestimmt,
um eine gleichmäßige Bewegung zu erhalten.
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Weiterhin
ist es möglich, zwei oder mehr Piezoaktoren 2, 2' an
einer Seite eines Objekts 16 anzuordnen. Gemäß 6a sind
bei einem dritten Linearantrieb 1 an einer der beiden Flachseiten
eines Objekts 16 zwei Piezoaktoren 2, 2' angeordnet.
Das Bewegen des Objekts 16 in Bewegungsrichtung 24 verläuft
gemäß den 4a–c.
Der einzige Unterschied zu den 4a–c
besteht in der Anordnung der Piezoaktoren 2, 2'.
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Analog
dazu ist in den 7a–c eine Bewegung
des Objekts 16 in der zu den 6a–c
entgegengesetzten Bewegungsrichtung gezeigt. Das Bewegen des Objekts 16 verläuft
in Bewegungsrichtung 24 gemäß der Beschreibung
zu den Figuren 5a bis 5c.
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Die
Anordnung mehrerer Piezoaktoren 2, 2' an einer
Seite des Objekts 16 macht nur auf dieser Seite des Objekts 16 einen
Einbauraum für die Piezoaktoren 2, 2' notwendig.
Ein derartiger Linearantrieb mit an einer Seite des Objekts angeordneten
Piezoaktoren 2, 2' lässt sich somit kompakt
ausführen. Andererseits greifen die Haftreibungskräfte
der Übertrager 8, 8' beim Verschieben
des Objekts 16 nur an einer Seite des Objekts an, so dass
für ein leichtgängiges Bewegen des Objekts 16 in
Bewegungsrichtung 24 eine dementsprechende Führung
bereitzustellen ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 19853324
A1 [0003]
- - DE 10046137 A1 [0003]
- - DE 10227509 A1 [0004]