DE102009020371A1 - Piezoelectric drive device for moving e.g. cleaning device on surface of glass pane of aquarium, has support elements comprising different geometric shapes such that elements are excited with frequencies to natural oscillation - Google Patents

Piezoelectric drive device for moving e.g. cleaning device on surface of glass pane of aquarium, has support elements comprising different geometric shapes such that elements are excited with frequencies to natural oscillation Download PDF

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Abstract

The device (1) has a supporting body (2) comprising two elongate support elements (4a, 4b) made of a resilient material. The elements are connected rigidly with the body with an end for introduction of the mechanical vibrations in the elements, and another end of the elements is supported on a surface (8) of a glass pane. The elements comprise different geometric shapes, length and/or material characteristics such that the elements are excited with frequencies to a natural oscillation. The latter end of the elements is moved away from the surface. Independent claims are also included for the following: (1) a cleaning device comprising a mechanical holding element (2) an inspection device comprising a detector (3) a toy comprising a housing.

Description

Die Erfindung betrifft eine piezoelektrische Antriebsvorrichtung sowie die Verwendung einer solchen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.The The invention relates to a piezoelectric drive device and the use of such according to the preamble of claim 1.

Piezoelektrische Antriebsvorrichtungen sind im Stand der Technik bekannt und werden dazu eingesetzt, um in der Regel kleinere Objekte mechanisch zu bewegen und zu positionieren. Hierbei werden die eingesetzten piezoelektrischen Kristalle in einer oder mehreren Raumrichtungen durch Anlegen einer entsprechenden elektrischen Spannung periodisch expandiert und kontrahiert, wobei die entstehenden mikroskopischen Längenausdehnungen der Kristalle in den unterschiedlichen Raumrichtungen reibschlüssig auf die Oberfläche übertragen werden, relativ zu welcher sich der Kristall bzw. das vom Kristall angetriebene Objekt bewegen soll.piezoelectric Drive devices are known in the art and are used to mechanically usually smaller objects move and position. Here are the piezoelectric used Crystals in one or more spatial directions by applying a corresponding electrical voltage periodically expands and contracts, the resulting microscopic length expansions the crystals in the different spatial directions frictionally be transferred to the surface, relative to which the crystal or the crystal driven Object should move.

So beschreibt die DE 196 36 827 C1 eine piezoelektrische Antriebsvorrichtung, die eine Basis besitzt, von der aus sich ein erster und ein zweiter stabförmiger piezoelektrischer Kristall in einem Winkel von jeweils ca. 45° aufeinander zu erstrecken und nach Art eines gleichschenkligen Dreiecks an einer gemeinsamen Spitze zusammenlaufen. An der Spitze ist eine hablkugelförmige Kappe befestigt ist, auf der sich die Oberfläche eines zu bewegenden Antriebskörpers abstützt. Die beiden stabförmigen Kristalle sind seitlich mit Schichtelektroden besetzt, die sich entlang der Außenflächen der Kristalle erstrecken und die wechselweise derart bestromt werden, dass sich die hablkugelförmige Kappe auf einer Kreisbahn mit einem Durchmesser von 5 Mikrometern bewegt, was zu einem Vorschub des Antriebskörpers von ca. 3 Mikrometern pro Schwingungsperiode führt. Da zur Erzeugung der zirkularen Bewegung der Kappe insgesamt zwei stabförmige piezoelektrische Kristalle benötigt werden, ist die elektrische Ansteuerung derselben vergleichsweise aufwändig. Zudem ist der Fertigungsaufwand für die Vorrichtung aufgrund der beiden geneigt angeordneten stabförmigen Kristalle vergleichsweise hoch, und die Vorrichtung ermöglicht trotz des Einsatzes von zwei Kristallen lediglich eine Bewegung des Antriebskörpers entlang einer Geraden.That's how it describes DE 196 36 827 C1 a piezoelectric driving device having a base from which a first and a second rod-shaped piezoelectric crystal extend at an angle of about 45 ° to each other and converge in an isosceles triangle manner at a common tip. At the top of a spherical cap is attached, on which the surface of a moving drive body is supported. The two rod-shaped crystals are laterally occupied with layer electrodes which extend along the outer surfaces of the crystals and which are alternately energized so that the spherical cap moves on a circular path with a diameter of 5 microns, resulting in a feed of the drive body of approx. 3 microns per oscillation period leads. Since a total of two rod-shaped piezoelectric crystals are needed to produce the circular movement of the cap, the electrical control of the same is relatively expensive. In addition, the manufacturing cost of the device is comparatively high due to the two inclined rod-shaped crystals, and the device allows, despite the use of two crystals only a movement of the drive body along a straight line.

Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine piezoelektrische Antriebsvorrichtung zu schaffen, welche mit einem geringen Vorrichtungsaufwand eine Bewegung in wenigstens zwei unterschiedlichen Bewegungsrichtungen einer Ebene ermöglicht. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, neue Einsatzmöglichkeiten für die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung zu schaffen.Accordingly It is an object of the present invention, a piezoelectric To provide drive device, which with a low device cost a movement in at least two different directions of movement a level allows. Another object of the invention is to find new uses for the To provide drive device according to the invention.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale von Anspruch 1, 12, 15 und 17 gelöst.These The object is achieved by the features from claim 1, 12, 15 and 17 solved.

Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.Further Features of the invention are contained in the subclaims.

Nach der Erfindung weist eine piezoelektrische Antriebsvorrichtung zum Bewegen von Kleinobjekten wie beispielsweise Inspektionseinrichtungen, Reinigungseinrichtungen und Spielzeug auf einer bevorzugt harten und glatten Oberfläche einen Stützkörper auf, an dem ein piezoelektrischer Kristall befestigt ist, der bevorzugt die Form eines Hohlzylinders oder eines Vollzylinders besitzt. Der piezoelektrische Kristall ist über elektrische Zuleitungen mit einem elektrischen Frequenzgenerator verbunden, der den Kristall zu mechanischen Schwingungen mit wenigstens einer ersten und einer zweiten Frequenz anregt, welche auf den Stützkörper übertragen werden. Der Stützkörper weist ein erstes und ein zweites langgestrecktes Stützelement aus einem federelastischen Werkstoff mit guten akustischen Eigenschaften auf, wobei die Schallgeschwindigkeit innerhalb des Werkstoffs bevorzugt größer als 1000 m/s beträgt. Der Werkstoff kann insbesondere Federstahldraht mit einem Durchmesser von 0,5 bis 2,5 mm sein, der eine dem Gewicht der Vorrichtung angepasst ausreichende Stützkraft erzeugt, und der jeweils mit einem ersten Ende zur Einleitung der mechanischen Schwingungen in das Stützelement starr mit dem Stützkörper verbunden ist.To The invention relates to a piezoelectric drive device for Moving small objects such as inspection equipment, cleaning equipment and toys on a preferably hard and smooth surface a support body on which a piezoelectric Crystal is attached, which preferably takes the form of a hollow cylinder or a solid cylinder owns. The piezoelectric crystal is via electrical leads with an electrical Frequency generator connected to the crystal to mechanical vibrations stimulated with at least a first and a second frequency, which be transferred to the support body. Of the Support body has a first and a second elongated Support element made of a springy material with good acoustic properties, with the speed of sound within the Material is preferably greater than 1000 m / s. The material may in particular spring steel wire with a diameter from 0.5 to 2.5 mm, one adapted to the weight of the device generates sufficient support force, and each with a first end to initiate the mechanical vibrations in the Support element rigid with the support body connected is.

Das zweite Ende der Stützelemente stützt sich demgegenüber auf der Oberfläche ab, wobei die beiden Stützelemente eine geringfügig voneinander abweichende geometrische Form und/oder Länge und/oder Werkstoffeigenschaft aufweisen, derart, dass das erste Stützelement bei der ersten Frequenz und das zweite Stützelement bei der zweiten Frequenz zu einer mechanischen Eigenschwingung angeregt wird, bei der sich das zweite Ende des jeweiligen Stützelements von der Oberfläche weg und auf diese zu bewegt.The second end of the support elements is supported in contrast on the surface, with the two support elements a slightly different geometric shape and / or have length and / or material property, such that the first support member at the first frequency and the second support element at the second frequency to a mechanical self-oscillation is excited, in which the second End of the respective support element from the surface gone and moved towards this.

Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass lediglich ein piezoelektrischer Kristall erforderlich ist, um eine Bewegung des Stützkörpers gegenüber der Oberfläche in eine erste und eine zweite Richtung zu ermöglichen. Hierbei wird der Vortrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung dadurch erzielt, dass die freien Enden der federelastischen Stützelemente, über die sich der Stützkörper zusammen mit dem Kristall und den übrigen Komponenten auf der Oberfläche abstützt, eine Auf- und Abbewegung durchführen, die aufgrund der gewichtsbedingten Durchbiegung der sich im Winkel vom Stützkörper seitlich weg erstreckenden Stützelemente in Verbindung mit dem massebedingten Beharrungsvermögen des Stützkörpers eine in lateraler Richtung wirkende Reibungskraft erzeugt, welche über die Stützelemente in den Stützkörper eingeleitet wird, wenn das entsprechende Stützelement zur mechanischen Eigenschwingung angeregt wird.By The invention has the advantage that only one piezoelectric Crystal is required to move the support body opposite the surface into a first and a to enable the second direction. Here, the propulsion of the Device according to the invention achieved in that the free ends of the resilient support elements, over which is the support body together with the crystal and the other components on the surface supports, perform an up and down movement, due to the weight-related deflection of the angle from the support body laterally extending support elements in connection with the mass-conditioned persistence of the support body acting in a lateral direction Frictional force generated by the support elements is introduced into the support body when the corresponding support element for mechanical self-oscillation is stimulated.

Hierbei hat es sich in überraschender Weise gezeigt, dass die beim Betreiben des Kristalls mit bestimmten Eigenfrequenzen auf den Stützkörper ausgeübt Vortriebskraft je nach Beschaffenheit und Material der Oberfläche sogar die Reibungskraft übersteigen kann, die zwischen den Kontaktpunkten der Stützelemente und der Oberfläche entsteht, wenn der piezoelektrische Kristall ruht, d. h. vom Frequenzgenerator nicht mit einer Wechselspannung beaufschlagt wird. Dies ist darauf zurück zu führen, dass das Material der Oberfläche durch die auf- und abbewegten freien Enden der Stützelemente selbst zu wellenförmigen Oberflächenschwingungen angeregt wird, an deren Wellenbergen sich die freien Enden der Stützelemente beim Auftreffen auf die Oberfläche bildlich gesprochen abstoßen.in this connection It has surprisingly been shown that the at Operating the crystal with certain natural frequencies on the support body exerted driving force depending on condition and material the surface even exceed the frictional force can be that between the contact points of the support elements and the surface is created when the piezoelectric Crystal rests, d. H. from the frequency generator not with an AC voltage is charged. This is due to, that the material of the surface moved by the up and down free ends of the support elements themselves to wavy Surface vibrations is excited at the wave crests the free ends of the support elements upon impact repelled figuratively speaking on the surface.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist am Stützkörper noch ein weiteres drittes Stützelement befestigt, welches gegenüber den anderen beiden Stützelementen eine geringfügig abweichende geometrische Form oder Länge oder Werkstoffeigenschaft aufweist, so dass dieses mit wenigstens einer weiteren mechanischen Eigenfrequenz angeregt werden kann, die sich von den Eigenfrequenzen der anderen beiden Stützelemente in dem jeweiligen Frequenzbereich geringfügig, z. B. um 10 Hz bis 50 Hz, unterscheidet.at the preferred embodiment of the invention is on the support body attached yet another third support element, which opposite to the other two support elements one slightly different geometric shape or length or material property, so that this at least a further mechanical natural frequency can be excited differing from the natural frequencies of the other two supporting elements in the respective frequency range slightly, z. B. order 10 Hz to 50 Hz, different.

Hierbei weisen die drei nahezu identisch ausgebildeten Stützelemente bevorzugt alle in einem Neigungswinkel von z. B. 45° in unterschiedlichen Raumrichtungen vom Stützkörper weg in Richtung der Oberfläche, so dass der Stützkörper anschaulich gesprochen auf einem Dreibein steht. Durch den Einsatz von insgesamt drei langgestreckten stabförmigen oder beinförmigen Stützelementen, die über den Kristall und den Frequenzgenerator jeweils für sich zu voneinander separaten mechanischen Eigenschwingung angeregt werden können, deren Frequenzen sich nur geringfügig um wenige 10 Hz voneinander unterscheiden, eröffnet sich die Möglichkeit, durch eine entsprechende Wahl der Frequenz des Frequenzgenerators drei getrennt voneinander wirkende Vortriebskräfte zu erzeugen, welche eine vorwärts, rückwärts und auch Seitwärtsbewegung sowie auch Drehung des Stützkörpers ermöglichen.in this connection have the three almost identical trained support elements preferably all at an inclination angle of z. B. 45 ° in different spatial directions of the support body away towards the surface, leaving the support body vividly spoken standing on a tripod. Because of the engagement of a total of three elongated rod-shaped or leg-shaped Support elements that over the crystal and the Frequency generator each separate from each other mechanical self-oscillation can be excited, whose Frequencies are only slightly separated by a few 10 Hz differ, the opportunity opens up an appropriate choice of the frequency of the frequency generator three generate mutually acting propulsive forces, which one forward, backward and also Sideways movement as well as rotation of the support body enable.

Die zwei, bzw. drei Stützelemente weisen bei den zuvor beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung bevorzugt eine räumlich gebogene, in der Seitenansicht S-förmige Querschnittsform auf und sind gegenüber der Senkrechten auf die Oberfläche geringfügig verdreht, z. B. um 10 bis 20°, so dass aufgrund des Eigengewichtes des Stützkörpers und der auf diesem angeordneten Komponenten ein gewisses Drehmoment auf die Stützelemente ausgeübt wird. Hierdurch ergibt sich in Verbindung mit der Torsionselastizität der Stützelemente der Vorteil, dass die Stützelemente im Resonanzfall eine Torsionsschwingung ausführen, die bewirkt, dass sich die freien Enden der Stützelemente auf einer im Wesentlichen kreisförmigen oder elliptischen Bewegungsbahn bewegen. Diese gegenüber der Senkrechten auf die Oberfläche in einem Winkel von z. B. 10 bis 20° geneigten, konvex verlaufenden Abschnitte, innerhalb von denen bevorzugt auch die Auflagepunkte für die Stützelemente angeordnet sind, werden nachfolgend auch als gekröpfte Abschnitte bezeichnet.The two or three support elements have in the previously described Embodiments of the invention preferably spatially curved, in side view S-shaped cross-sectional shape on and are slightly opposite to the perpendicular to the surface twisted, z. B. by 10 to 20 °, so that due to its own weight of the support body and arranged on this Components a certain torque on the support elements is exercised. This results in conjunction with the torsional elasticity of the support elements of Advantage that the support elements in the case of resonance, a torsional vibration run, which causes the free ends of the Support elements on a substantially circular or elliptical trajectory. These opposite the perpendicular to the surface at an angle of z. B. 10 to 20 ° inclined, convex portions, within those preferred also the support points for the support elements are arranged, are also below referred to as cranked sections.

Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst der Stützkörper eine mit dem piezoelektrischen Kristall unmittelbar verbundene Platte oder einen Ring, die bevorzugt aus Metall, z. B. aus Eisenblech, Stahlblech oder auch Kupferblech oder einem äbnlichen, bevorzugt lötbaren Metall besteht. Hierbei sind die ersten Enden der Stützelemente insbesondere durch Verlöten oder Verpressen oder eine formschlüssige Verbindung in der Weise starr mit dem Stützkörper verbunden, dass die zweiten freien Enden der Stützelemente in unterschiedliche Raumrichtungen weisen. Der piezoelektrische Kristall, der insbesondere eine zylindrische oder auch hohlzylindrische Form besitzt, ist dabei mit einer seiner beiden Stirnflächen z. B. durch Verkleben unmittelbar am Stützkörper befestigt, welch letzterer auch mit einem Schlitz versehen sein kann, um eine vergrößerte Anzahl von Schwingungsmoden des Stützkörpers anregen zu können. Die zuvor beschrieben Ausführungsform der Erfindung besitzt den Vorteil, dass sowohl die Stützelemente, aus auch der Stützkörper in kostengünstiger Weise aus einem zähen und hochfesten Werkstoff gefertigt werden können, welcher eine vergleichsweise hohe Tragfühigkeit der erfindungsgemäßen Anordnung erlaubt, wobei das Gewicht eines von der Anordnung getragenen Gehäuses oder einer sonstigen Einrichtung großflächig in den piezoelektrischen Kristall eingeleitet wird.To Another embodiment of the invention comprises Support body one with the piezoelectric crystal directly connected plate or a ring, preferably made of Metal, e.g. B. sheet iron, steel or copper sheet or a similar, preferably solderable metal is made. Here are the first Ends of the support elements in particular by soldering or pressing or a positive connection in the way rigidly connected to the support body, that the second free ends of the support elements in different Show spatial directions. The piezoelectric crystal, in particular has a cylindrical or hollow cylindrical shape is there with one of its two faces z. B. by gluing attached directly to the support body, which latter can also be provided with a slot to an enlarged Stimulate number of vibration modes of the support body to be able to. The embodiment described above The invention has the advantage that both the support elements, also the support body in cheaper Made of a tough and high-strength material can be, which has a relatively high Tragfühigkeit allows the inventive arrangement, wherein the weight of a housing carried by the assembly or any other large-scale facility in the piezoelectric crystal is introduced.

Obgleich die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung prinzipiell auch durch eine fest verdrahtete Elektronik betrieben werden kann, weist diese bevorzugt eine elektronische Steuerungseinrichtung auf, welche dem Frequenzgenerator entsprechende Vorgabewerte für die erste, zweite und weitere Frequenz zuführt, welche in einem elektronischen Speicher abgelegt sind. Die elektronische Steuerungseinrichtung umfasst dabei bevorzugt einen Mikrocontroller, der den Frequenzgenerator auf Basis von im Speicher abgelegten Vorgabewerten für die jeweiligen Frequenzen ansteuert, bei denen die jeweiligen Stützelemente in Eigenschwingungen versetzt werden.Although the drive device according to the invention in principle can also be operated by hardwired electronics, this preferably has an electronic control device, which the frequency generator corresponding default values for the first, second and further frequency feeds, which in one electronic memory are stored. The electronic control device comprises In this case, preferably a microcontroller, the frequency generator on the basis of stored in the memory default values for controls the respective frequencies at which the respective support elements be put into natural oscillations.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist am Stützkörper, bevorzugt auf der Platine der elektronischen Steuerungseinrichtung, ein Sensor angeordnet, der die Position des Grundkörpers auf der Oberfläche und/oder die Bewegung des Grundkörpers relativ zur Oberfläche und/oder die Beschleunigung des Grundkörpers in einer ersten und einer zweiten Richtung erfasst und diese der elektronischen Steuerungseinrichtung zuführt. Der Sensor kann z. B. als ein bildgebender Sensor, z. B. ein CCD-Flächensensor, ausgestaltet sein, der die Oberfläche detektiert und die relative Position, bzw. die Positionsänderung anhand der sich bei einer Bewegung der Antriebsvorrichtung relativ zur Oberfläche ändernden Bildpunkte bestimmt.In the preferred embodiment of the invention, a sensor is arranged on the support body, preferably on the board of the electronic control device, which determines the position of the base body on the surface and / or the movement of the base body relative to the surface and / or the Be detected acceleration of the body in a first and a second direction and feeds the electronic control device. The sensor can z. B. as an imaging sensor, for. B. a CCD area sensor, be configured which detects the surface and determines the relative position, or the position change on the basis of the movement of the drive device relative to the surface changing pixels.

Der Sensor kann jedoch auch ein anderer aus dem Stand der Technik bekannter Positionssensor oder auch ein Beschleunigungssensor sein, der der elektronischen Steuerungsvorrichtung die entsprechenden Signale über die Bewegungsrichtung, Bewegungsgeschwindigkeit und Beschleunigung zuführt.Of the However, sensor may also be another known from the prior art Position sensor or an acceleration sensor, which is the electronic control device via the corresponding signals the direction of movement, movement speed and acceleration supplies.

Durch den Einsatz eines zuvor beschriebenen Sensors eröffnet sich nicht nur die Möglichkeit, die Bewegung der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung entsprechend einem vorgegebenen Bewegungsschema zu steuern, sondern die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ebenfalls auf sehr einfache Weise zur ersten Inbetriebnahme initialisiert werden. Hierzu stimmt die elektronische Steuerungseinrichtung den Frequenzgenerator über einen vorgegebenen Frequenzbereich hinweg – der im Bereich der Eigenfrequenzen der beiden, bzw. drei Stützelemente liegt – solange durch, bis die elektronische Steuerungseinrichtung über den Sensor eine Bewegung der Antriebsvorrichtung in eine erste Richtung erfasst. Der zugehörige Frequenzwert wird sodann im Speicher zusammen mit einem ersten Richtungswert für die Bewegung des Stützkörpers abgespeichert, und der Frequenzgenerator anschließend weiter solange durchgestimmt, bis der Sensor eine Bewegung des Stützkörpers, bzw. der Antriebsvorrichtung in eine zweite Richtung detektiert. Der zugehörige Frequenzwert wird anschließend zusammen mit dem zugehörigen Richtungswert des Sensors für die zweite Bewegungsrichtung ebenfalls im Speicher abgelegt und das ganze für weitere Bewegungsrichtungen solange wiederholt, bis im Frequenzbereich der Grundschwingungen und bevorzugt auch der 1. und zweiten Oberschwingungen der Stützelemente die sich ergebenden Bewegungsrichtungen vom Sensor erfasst und zusammen mit den zugehörigen Richtungswerten im Speicher abgelegt sind. Die Richtungswerte können in Form von Richtungsvektoren oder Beschleunigungsvektoren im Speicher der elektronischen Steuerungsvorrichtung abgelegt sein.By opens the use of a previously described sensor not only the possibility of the movement of the invention Drive device according to a predetermined movement scheme to control, but the device of the invention can also be used in a very simple way for the first time be initialized. For this purpose, the electronic control device is right the frequency generator over a given frequency range away - in the range of the natural frequencies of the two, or three support elements is - as long as, until the electronic control device via the sensor detects a movement of the drive device in a first direction. The associated frequency value is then combined in the memory with a first directional value for the movement of the support body stored, and the frequency generator then continue tuned until the sensor detects a movement of the support body, or the drive device detected in a second direction. The associated frequency value then becomes together with the associated directional value of the sensor for the second direction of movement also in memory filed and the whole for further directions of movement until repeated in the frequency range of the fundamental and preferably also the 1st and second harmonics of the support elements the resulting directions of movement are detected by the sensor and together stored in memory with the associated directional values are. The direction values can be in the form of directional vectors or acceleration vectors in the memory of the electronic control device be filed.

Um nach diesem zuvor beschriebenen Initialisierungsvorgang eine Bewegung der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung entlang einer gewünschten Bewegungsbahn zu erhalten, die durch einen oder mehrere Richtungsvorgabewerte definiert wird, die z. B. ebenfalls in Form von Vektoren abgespeichert sein können, beaufschlagt die elektronische Steuerungseinrichtung den Frequenzgenerator mit dem abgespeicherten Frequenz-Wert, der dem Richtungsvorgabewert für die momentane Bewegungsrichtung am nächsten kommt. Durch ein wechselweises Umschalten für eine jeweils unterschiedlich lange Zeitdauer zwischen einem ersten Frequenz-Wert für einen ersten Richtungswert und einem zweiten Frequenz-Wert für einen zweiten Richtungswert lässt sich dabei die gerade gewünschte Bewegungsrichtung nach Art einer vektoriellen Addition erhalten.Around after this initialization process described above, a movement along the drive device according to the invention to get a desired trajectory through one or more directional default values is defined, the z. B. may also be stored in the form of vectors, the electronic control device acts on the frequency generator with the stored frequency value, the directional value closest to the current direction of movement comes. By alternating switching for one each different length of time between a first frequency value for a first direction value and a second frequency value for a second directional value can be the straight desired direction of movement in the manner of a vectorial Addition received.

Nach einem weiteren der Erfindung zugrunde liegenden Gedanken sind an den freien Enden des ersten und zweiten Stützelements sowie bevorzugt auch dritten Stützelements Permanentmagnete angeordnet, um den Stützkörper an einer insbesondere geneigt oder sogar vertikal verlaufenden Oberfläche aus magnetisierbarem Werkstoff zu halten. Hierdurch eröffnet sich die Möglichkeit, die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung z. B. zum Antrieb einer daran angeordneten Inspektionseinrichtung an vertikalen Metallwänden, wie z. B. Schiffswänden oder Hallenwänden einzusetzen, wobei sich gezeigt hat, dass die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung infolge der resonanten Schwingung der Stützelemente, bzw. der von diesen zu Oberflächenschwingungen angeregten magnetisierbaren Oberfläche sogar eine Bewegung in Aufwärtsrichtung ermöglicht.To Another idea underlying the invention are to the free ends of the first and second support members as well preferably also arranged third support element permanent magnets, around the support body at a particular inclined or even vertically extending surface of magnetizable To hold material. This opens up the possibility the drive device according to the invention z. B. for driving an inspection device arranged thereon on vertical Metal walls, such. B. ship walls or hall walls use, it has been shown that the inventive Drive device due to the resonant oscillation of the support elements, or the excited by these to surface vibrations magnetizable surface even a movement in the upward direction allows.

Nach einem weiteren der Erfindung zugrunde liegenden Gedanken können an den freien Enden des ersten und zweiten Stützelements sowie auch des dritten Stützelements Schwimmerkörper angeordnet sein, über die sich der Stützkörper auf einer Flüssigkeitsoberfläche abstützt. Wie die Anmelderin hierbei gefunden hat, kommt es bei einigen der Vielzahl von Eigenfrequenzen, mit denen sich die Stützelemente zu resonanten Eigenschwingungen anregen lassen sogar auf der Oberfläche einer Flüssigkeit, z. B. Wasser, zu einer Vortriebskraft. Diese ist darauf zurück zu führen, dass sich die resonant schwingenden Stützkörper anschaulich gesprochen an den Wellenbäuchen von gleichzeitig erzeugten sekundären Oberflächenwellen auf der Flüssigkeit abstoßen. Diese Ausführungsform der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung eröffnet die Möglichkeit, insbesondere kleinere schwimmende Objekte auf Flüssigkeitsoberflächen ohne den Einsatz von bekannten Schiffsschrauben und Steuerrudern flexibel in beliebige Richtungen zu bewegen.To another idea underlying the invention can at the free ends of the first and second support members as well as the third support element float body be arranged over which the supporting body supported on a liquid surface. As the Applicant has found this, it comes with some of the Variety of natural frequencies with which the support elements to stimulate resonant oscillations even on the surface a liquid, for. As water, to a propulsive force. This is due to the fact that the resonantly swinging support body vividly spoken at the antinodes of simultaneously generated secondary Repel surface waves on the liquid. This embodiment of the invention Drive device opens up the possibility, in particular smaller floating objects on liquid surfaces without the use of known propellers and control towers flexible to move in any direction.

Nach einer weiteren Anwendungsmöglichkeit der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung weist diese ein Reinigungselement, z. B. ein Reinigungstuch oder einen Schwamm oder dergleichen auf, welches auf der Unterseite des Stützkörpers angeordnet ist, und die Oberfläche kontaktiert, um von dieser anhaftenden Schmutz zu entfernen. Hierbei hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, dass die Oberfläche durch die Stützelemente zu Eigenschwingungen im kHz, bzw. im Ultraschallbereich angeregt wird, wenn das Reinigungselement durch die Antriebsvorrichtung über diese hinweg bewegt wird, wodurch die Reinigungswirkung in vorteilhafter Weise verbessert werden kann.After a further application possibility of the drive device according to the invention, this has a cleaning element, for. As a cleaning cloth or a sponge or the like, which is arranged on the underside of the support body, and contacted the surface to remove adhering dirt therefrom. It has been found to be advantageous that the surface through the support elements to Eigenschwin tions in kHz, or in the ultrasonic range is excited when the cleaning element is moved by the drive device over this time, whereby the cleaning effect can be improved in an advantageous manner.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann es hierbei vorgesehen sein dass zur Reinigung der Oberfläche eines dünnwandigen flächigen Elements, wie insbesondere einer Fensterscheibe eines Gebäudes oder der Glasscheibe eines Aquariums, am Stützkörper ein erstes magnetisches Halteelement angeordnet sein, welches unter Erzeugung einer durch das flächige Element hindurch wirkenden magnetischen Anziehungskraft mit einem auf der gegenüberliegenden Oberfläche des Elements angeordneten zweiten magnetischen Haltelement zusammenwirkt. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung ist das Reinigungselement bevorzugt auf einer Anlagefläche des ersten magnetischen Haltelements befestigt, welches die zu reinigende Oberfläche kontaktiert und welches sich seinerseits wiederum am Stützkörper abstützt.According to one Another embodiment of the invention may be hereby be provided that for cleaning the surface of a thin-walled sheet-like element, in particular a windowpane of a building or the glass pane an aquarium, on the support body, a first magnetic holding element be arranged, which is generating a by the plane Element by acting magnetic attraction with a arranged on the opposite surface of the element second magnetic holding element cooperates. In this embodiment the invention, the cleaning element is preferably on a contact surface attached to the first magnetic holding element, which is to be cleaned Contacted surface and which in turn turn supported on the support body.

Mit der zuvor beschriebenen Reinigungseinrichtung eröffnet sich die Möglichkeit, außen liegende Fensterflächen an großen Gebäuden, wie insbesondere Hochhäusern, in effizienter Weise ohne von außen am Gebäude angebrachte Lastenfahrstühle zu reinigen, da lediglich das erfindungsgemäße Reinigungselement auf der Außenseite der zu reinigenden Fensterscheibe platziert und z. B. durch eine Perlonschnur gegen ein versehentlichen Herabfallen gesichert werden muss. Auf der Innenseite des Gebäudes wird hingegen lediglich das zweite magnetische Element mit einem entsprechenden Reinigungsüberzug angesetzt, wobei die magnetischen Anziehungskräfte in Verbindung mit den Reinigungselementen, die bevorzugt auf beiden magnetischen Haltelementen befestigt sind, die erforderliche Reibungskraft erzeugen, die die Vorrichtung gegen ein Herabrutschen sichert, und die es ermöglicht, dass die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung den Stützkörper mit dem Reinigungselement auf der Außenseite des Gebäudes entgegen der Schwerkraft in die Aufwärtsrichtung bewegt.With opened the previously described cleaning device the possibility of outside windows on large buildings, in particular skyscrapers, in an efficient way without from outside the building to clean attached cargo elevators, as only the cleaning element according to the invention on the Outside of the window to be cleaned placed and Z. B. by a Perlonschnur against accidental dropping must be secured. On the inside of the building on the other hand, only the second magnetic element with a appropriate cleaning coating set, the magnetic Attractions in connection with the cleaning elements that are preferably mounted on both magnetic holding elements, generate the required frictional force, which the device against a slide down secures, and that allows that the drive device according to the invention the support body with the cleaning element on the outside of the building moved against gravity in the upward direction.

In Verbindung mit einem zuvor beschriebenen Bewegungssensor besteht weiterhin die Möglichkeit, dass die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung mit dem daran befestigten Reinigungselement bei der Reinigung eine vorgegebene Bewegungsbahn durchläuft, z. B. eine mäanderförmige Bewegungsbahn in der horizontalen Richtung von oben nach unten. Um dabei einen Richtungswechsel im Bereich der Ränder einer zu reinigenden Scheibe vorzunehmen, kann der piezoelektrische Kristall beim Erreichen eines Scheibenrandes aufgrund des damit einhergehenden Signals des Bewegungssensors von der elektronischen Steuerungseinrichtung mit einem zuvor abgespeicherten Frequenzwert beaufschlagt werden, der zu einer Drehung des Stützkörpers führt. Selbstverständlich können auch andere fest vorgegebene Bewegungsbahnen durchlaufen werden, die im elektronischen Speicher bevorzugt in Form von Folgen von Frequenzwerten für die unterschiedlichen Eigenschwingungen des piezoelektrischen Kristalls abgelegt sind. Die Fequenzwert-Folgen können z. B. bevorzugt empirisch ermittelt und im Speicher abgelegt werden.In Connection with a motion sensor described above continue the possibility that the inventive Drive device with the attached cleaning element at the cleaning goes through a given trajectory, z. B. a meandering trajectory in the horizontal direction from top to bottom. To make a change of direction in the area of the edges of a pane to be cleaned, can the piezoelectric crystal upon reaching a disc edge due to the accompanying signal of the motion sensor of the electronic control device with a previously stored Frequency value are applied, resulting in a rotation of the support body leads. Of course you can too be passed through other predetermined paths of movement, the in the electronic memory preferably in the form of sequences of frequency values for the different natural oscillations of the piezoelectric Crystals are stored. The frequency value sequences can z. B. preferably determined empirically and stored in memory.

Nach einem weiteren der Erfindung zugrunde liegenden Gedanken dient die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung zum Antrieb einer Inspektionseinrichtung, mit welcher die Oberfläche z. B. hinsichtlich ihrer Beschaffenheit untersucht werden kann. Hierzu ist an der Antriebsvorrichtung, insbesondere am Stützkörper oder einem elastisch mit diesem gekoppelten Träger ein Detektor aufgenommen, welcher entsprechend der durchzuführenden Inspektionsaufgabe z. B. einen elektrischen Messkopf, einen mechanischen Messfühler, einen Ultraschall-Messkopf oder eine auf die Oberfläche gerichtete Kamera oder dergleichen umfassen kann.To Another idea underlying the invention is the Drive device according to the invention an inspection device with which the surface z. B. can be examined in terms of their nature. For this purpose, on the drive device, in particular on the support body or a carrier elastically coupled thereto Detector taken, which according to the to be performed Inspection task z. B. an electrical measuring head, a mechanical Probe, an ultrasonic probe or one on the Surface-facing camera or the like can.

Hierbei kann es insbesondere bei der Inspektion von bestimmten Oberflächen auf Materialfehler von Vorteil sein, wenn der Frequenzgenerator den piezoelektrischen Kristall während des eigentlichen Messvorgangs mit einer Frequenz beaufschlagt, die die zu inspizierende Oberfläche selbst zu mechanischen Oberflächenschwingungen anregt, die vom Detektor anschließend wiederum zur Ermittlung der Eigenschaften der Oberfläche erfasst und im Anschluss daran z. B. von einer elektronischen Auswerteinheit ausgewertet werden, die z. B. ein Teil der elektronischen Steuerungseinrichtung ist.in this connection It can be especially useful when inspecting certain surfaces be advantageous to material error when the frequency generator the piezoelectric crystal during the actual measurement process with a frequency applied to the surface to be inspected itself stimulates to mechanical surface vibrations, the from the detector, in turn, to determine the properties recorded the surface and then z. B. from an electronic evaluation unit are evaluated, the z. B. is part of the electronic control device.

Schließlich kann die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung gemäß einer weiteren Anwendung zum Antrieb eines Spielzeugs, insbesondere eines Kinderspielzeugs eingesetzt werden, wozu am Stützkörper ein Gehäuse befestigt ist, das den Stützkörper zumindest teilweise umgibt und das insbesondere die Gestalt eines Käfers oder eines Insekts besitzt. Die Antriebsvorrichtung besitzt bei dieser Anwendung vorzugsweise drei Stützelemente, die die Beine des Käfers oder Insekts bilden.After all can the drive device according to the invention according to another application for driving a Toys, in particular a children's toy, why attached to the support body a housing is that at least partially surrounds the support body and in particular the shape of a beetle or a Insect possesses. The drive device has in this application preferably three supporting elements that are the legs of the beetle or insect.

Um die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung insbesondere bei den zuvor genannten Anwendungen entlang einer frei wählbaren oder auch fest vorgegebenen Bewegungsbahn zu bewegen, kann es vorgesehen sein, dass die elektronische Steuerungseinrichtung ein Funk-Empfangsmodul aufweist, welches mit Hilfe eines Funk-Senders von außen her eine Auswahl von abgespeicherten Frequenzwerten ermöglicht, wenn z. B. ein elektrischer Schalter am Funk-Sender betätigt wird. Der beim Betätigen des Schalters – z. B. des Schalters für die Bewegung zur rechten Seite – ausgewählte Frequenzwert wird anschließend dem Frequenzgenerator und von diesem als elektrische Spannung mit der entsprechenden Frequenz dem piezoelektrischen Kristall zugeführt, der eine mechanische Schwingung des Stützkörpers erzeugt, welche diesen zur rechten Seite bewegt. In entsprechender Weise können weitere Frequenzwerte für die Bewegung des Stützkörpers in andere Richtungen ebenfalls im Speicher abgelegt werden, die über entsprechende weitere elektrische Schalter am Funk-Sender aktivierbar sind, so dass sich der Stützkörper durch Betätigen der jeweiligen Schalter am Funk-Sender ähnlich einem ferngesteuerten Fahrzeug bewegen und lenken lässt.In order to move the drive device according to the invention in particular in the aforementioned applications along a freely selectable or fixed predetermined path of movement, it may be provided that the electronic control device has a radio reception module, which with the help of a radio transmitter from the outside a selection of stored frequency values possible when z. B. an electrical switch on the radio transmitter is actuated. When pressing the switch -. B. the switch for the movement to right side - selected frequency value is then supplied to the frequency generator and from this as electrical voltage at the appropriate frequency of the piezoelectric crystal, which generates a mechanical vibration of the support body, which moves it to the right side. In a corresponding manner, further frequency values for the movement of the support body in other directions can likewise be stored in the memory, which can be activated via corresponding further electrical switches on the radio transmitter, so that the support body by pressing the respective switch on the radio transmitter similar to a remote-controlled Move and steer the vehicle.

Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnungen anhand von bevorzugten Ausführungsformen beschrieben.The The invention will be described below with reference to the drawings of preferred embodiments.

In den Zeichnungen zeigen:In show the drawings:

1 eine schematische Aufsicht auf den Stützkörper mit dem piezoelektrischen Kristall sowie den daran angeordneten drei beinförmigen Stützelementen gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, 1 a schematic plan view of the support body with the piezoelectric crystal and the arranged thereon three leg-shaped support elements according to the preferred embodiment of the invention,

2 eine schematische Seitenansicht der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung mit dem in 1 gezeigten Stützkörper auf einer angedeuteten Oberfläche, 2 a schematic side view of the drive device according to the invention with the in 1 shown support body on an indicated surface,

3 eine schematische Darstellung des piezoelektrischen Kristalls sowie der zugehörigen elektronischen Steuerungseinrichtung zum Betrieb einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung, 3 a schematic representation of the piezoelectric crystal and the associated electronic control device for operating a drive device according to the invention,

4 eine schematische Querschnittsansicht durch eine Glasscheibe mit einer daran angeordneten Reinigungseinrichtung, die durch einen Magneten auf der Außenseite der Scheibe gehalten und durch eine erfindungsgemäße Antriebvorrichtung angetrieben wird, 4 a schematic cross-sectional view through a glass pane with a cleaning device arranged thereon, which is held by a magnet on the outside of the disc and driven by a drive device according to the invention,

5 eine schematische Seitenansicht einer Inspektionseinrichtung mit einer erfindungsgemäßen Antriebseinrichtung, an deren Stützelementen Permanentmagnete angeordnet sind, um die Inspektionsseinrichtung an einer ebenfalls angedeuteten Oberfläche aus einem magnetisierbaren Werkstoff zu halten und entlang dieser zu bewegen, 5 a schematic side view of an inspection device with a drive device according to the invention, on the support elements permanent magnets are arranged to hold the inspection device on a likewise indicated surface of a magnetizable material and to move along this,

6 ein ferngesteuertes Kinderspielzeug mit einem Gehäuse in der Gestalt eines Käfers, welches durch eine erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung angetrieben wird, 6 a remote-controlled toy with a housing in the shape of a beetle, which is driven by a drive device according to the invention,

7a eine schematische Aufsicht auf den Stützkörper mit piezoelektrischem Kristall und elektronischer Steuerungseinrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, und 7a a schematic plan view of the support body with piezoelectric crystal and electronic control device according to another embodiment of the invention, and

7b eine schematische Seitenansicht der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung nach der in 7a gezeigten Ausführungsform. 7b a schematic side view of the drive device according to the invention according to the in 7a shown embodiment.

Wie in 1 gezeigt ist, umfasst eine erfindungsgemäße piezoelektrische Antriebsvorrichtung 1 einen Stützkörper 2, der bevorzugt als ein in der Darstellung von 1 gezeigter Blechring oder Metallring mit einer Stärke von z. B. 0,2 bis 1,0 mm und einem Durchmesser von z. B. 1 bis 5 cm ausgestaltet ist.As in 1 is shown comprises a piezoelectric drive device according to the invention 1 a support body 2 which is preferred as one in the illustration of 1 shown sheet metal ring or metal ring with a thickness of z. B. 0.2 to 1.0 mm and a diameter of z. B. 1 to 5 cm is designed.

Auf der Unterseite des Stützkörpers sind ein erstes Stützelement 4a, ein zweites Stützelement 4b sowie bevorzugt noch ein weiteres drittes Stützelement 4c mit ihrem ersten Ende starr, d. h. im Bereich des Befestigungspunkts unverdrehbar, z. B. durch Verlöten oder Verkleben, befestigt. Die freien Ende der Stützelemente 4a, 4b, 4c sind dabei erfindungsgemäß geschwungen oder S-förmig ausgestaltet und weisen einen gekröpften Abschnitt 6 auf, innerhalb von welchem bevorzugt der Auflagepunkt definiert ist, über welchen sich das entsprechende Stützelement 4a, 4b, 4c auf einer bevorzugt ebenen und harten Oberfläche 8, wie z. B. einer Metall- oder Glasoberfläche, abstützt.On the underside of the support body are a first support element 4a , a second support element 4b and preferably still another third support element 4c rigid with its first end, ie non-rotatable in the region of the attachment point, z. B. by soldering or gluing, attached. The free end of the support elements 4a . 4b . 4c are curved according to the invention or configured S-shaped and have a bent portion 6 within, within which preferably the support point is defined, over which the corresponding support element 4a . 4b . 4c on a preferably flat and hard surface 8th , such as B. a metal or glass surface supported.

Die Stützelemente 4a, 4b und 4c weisen eine Länge von beispielsweise 2,5 cm bis 5 cm auf und bestehen bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung aus Stahldraht mit einem Durchmesser von z. B. 0,8 mm bis 1,5 mm.The support elements 4a . 4b and 4c have a length of for example 2.5 cm to 5 cm and consist in the preferred embodiment of the invention of steel wire with a diameter of z. B. 0.8 mm to 1.5 mm.

Wie der Darstellung von 1 und auch von 2 weiterhin entnommen werden kann, ist auf der Oberseite des Stützkörpers 2 ein piezoelektrischer Kristall 10 befestigt, der z. B. als ein vollzylindrischer Kristall ein in den Zeichnungen gezeigter hohlzylindrischer Kristall ausgestaltet ist.Like the presentation of 1 and also from 2 can still be found on the top of the support body 2 a piezoelectric crystal 10 attached, the z. B. is designed as a solid cylindrical crystal shown in the drawings hollow cylindrical crystal.

Der piezoelektrische Kristall 10 ist hierbei von oben her auf den ringförmigen Stützkörper 2 aufgeklebt, welcher sich nach unten hin nach Art eines Dreibeins auf der Oberfläche 8 abstützt.The piezoelectric crystal 10 is here from above on the annular support body 2 glued on, which downwards in the manner of a tripod on the surface 8th supported.

Gemäß der Darstellung von 3 ist der piezoelektrische Kristall 10 in bekannter Weise über nicht näher dargestellte Elektroden, z. B. Schichtelektroden an den beiden Stirnseiten des Kristalls mit den Polen eines bekannten Frequenzgenerators verbunden, der den piezoelektrischen Kristall mit einer elektrischen Spannung, beispielsweise einer Sinusspannung, beaufschlagt, deren Frequenz dem Frequenzgenerator 12 von einer elektronischen Steuerungseinrichtung 14 als Frequenzwert zugeführt wird. Durch die angelegte elektrische Wechselspannung dehnt der piezoelektrische Kristall sich mit der vorgegebenen Frequenz der Wechselspannung in bekannter Weise periodisch in Längsrichtung aus und zieht sich anschließend wiederum zusammen. Dem gemäß kann der piezoelektrische Kristall 10 über den Frequenzgenerator 12 zu mechanischen Längsschwingungen angeregt werden, die über die mechanisch starre Kopplung zwischen dem piezoelektrischen Kristall 10 und dem Stützkörper 2 zu einer mechanischen Schwingung des Stützkörpers 2 führt, welche wiederum infolge der starren mechanischen Kopplung des ersten, zweiten und weiteren Stützelements 4a, 4b, 4c mit dem Stützkörper 2 zu einer mechanischen Schwingung des jeweiligen Stützelements 4 nach Art eines einseitig eingespannten schwingenden Stabes führt. Der Frequenzgenerator 12 bezieht seine elektrische Energie hierbei in gleicher Weise wie die elektronische Steuerungseinrichtung 14 von einer Stromquelle 13, die z. B. eine Batterie oder ein wiederaufladbarer Akkumulator sein ist.As shown by 3 is the piezoelectric crystal 10 in a known manner via non-illustrated electrodes, for. B. layer electrodes connected to the two end faces of the crystal with the poles of a known frequency generator, which acts on the piezoelectric crystal with an electrical voltage, such as a sine wave voltage whose frequency the frequency generator 12 from an electronic control device 14 is supplied as a frequency value. As a result of the applied alternating electrical voltage, the piezoelectric crystal expands at the predetermined frequency of the alternating voltage ter periodically in the longitudinal direction and then pulls together again. Accordingly, the piezoelectric crystal 10 via the frequency generator 12 to be excited to mechanical longitudinal vibrations, via the mechanically rigid coupling between the piezoelectric crystal 10 and the support body 2 to a mechanical vibration of the support body 2 leads, which in turn due to the rigid mechanical coupling of the first, second and further support member 4a . 4b . 4c with the support body 2 to a mechanical vibration of the respective support element 4 leads in the manner of a cantilevered oscillating rod. The frequency generator 12 it draws its electrical energy in the same way as the electronic control device 14 from a power source 13 that z. B. is a battery or a rechargeable battery.

Gemäß der Erfindung sind das erste Stützelement 4a und das zweite Stützelement 4b sowie bevorzugt auch das ebenfalls vorgesehene, jedoch nicht zwangsweise zur Erzeugung einer Bewegung der Antriebsvorrichtung 1 erforderliche dritte Stützelement 4c hinsichtlich ihrer geometrischen Form und/oder ihrer Länge bzw. ihrer Werkstoffeigenschaften geringfügig unterschiedlich ausgestaltet, was dazu führt, dass bei einer Anregung des piezoelektrischen Kristalls 10 mit einer ersten Frequenz F1 ausschließlich das erste Stützelement 4a zu einer resonanten mechanischen Eigenschwingung angeregt wird, bei welcher sich das freie Ende des ersten Stützelements 4a relativ zur Oberfläche 8 in Aufwärts- und Abwärtsrichtung bewegt. Diese Aufwärts- und Abwärtsbewegung wird über den bevorzugt ebenfalls vorgesehenen, zur Seite hin weisenden gekröpften Abschnitt 6 in eine zirkulare Bewegung des Auflagepunkts im Bereich des freien Endes des Stützelements 4a überführt, die dazu führt, dass das freie Ende des ersten Stützelements 4a eine Vorschubkraft erzeugt, die über das Stützelement in den Stützkörper 2 eingeleitet wird und im Falle einer zirkularen Bewegung zu einer Drehung oder einer seitlichen Bewegung des Stützkörpers 2 Führt.According to the invention, the first support element 4a and the second support element 4b as well as preferably also provided, but not necessarily for generating a movement of the drive device 1 required third support element 4c with respect to their geometric shape and / or their length or their material properties designed slightly different, which leads to that upon excitation of the piezoelectric crystal 10 with a first frequency F1, only the first support element 4a is excited to a resonant mechanical natural vibration, in which the free end of the first support element 4a relative to the surface 8th moved in the upward and downward direction. This upward and downward movement is over the preferably also provided, side-facing cranked portion 6 in a circular movement of the support point in the region of the free end of the support element 4a convicted, which causes the free end of the first support element 4a generates a feed force, via the support element in the support body 2 is introduced and in the case of a circular movement to a rotation or a lateral movement of the support body 2 Leads.

In gleicher Weise ist das zweite Stützelement 4b mit einer zweiten Frequenz F2 zu resonanten mechanischen Eigenschwingungen anregbar, die sich beispielsweise nur um wenige Herz von der ersten resonanten Eigenfrequenz des ersten Stützelements 4a unterscheidet.In the same way, the second support element 4b with a second frequency F2 to resonant mechanical natural vibrations excitable, for example, only a few heart of the first resonant natural frequency of the first support element 4a different.

Durch eine entsprechende Anpassung der Länge und der geometrischen Form, bzw. der Materialeigenschaften wie insbesondere dem Elastizitätsmodul des Werkstoffs, aus welchem das erste und zweite Stützelement 4a, 4b gefertigt sind, werden die zugehörigen Eigenfrequenzen so gewählt, dass diese hinreichend weit voneinander entfernt liegen, um sicher zu stellen, dass beim Betreiben des Frequenzgenerators 12 mit der ersten Eigenfrequenz F1 lediglich das erste Stützelement 4a und beim Betreiben derselben mit der zweiten Frequenz F2 lediglich das zweite Stützelement 4b in eine resonante mechanische Auf- und Abwärtsbewegung versetzt wird, die dazu führt, dass der Stützkörper 2 entweder in die eine Richtung oder in die andere Richtung bewegt wird. Dies schließt nicht aus, dass es weitere übereinstimmende Eigenfrequenzen gibt, bei denen beide Stützkörper 4a und 4b gemeinsam zu resonanten Eigenschwingungen angeregt werden, durch die sich der Stützkörper 2 aufgrund der sich überlagernden Antriebskräfte z. B. eine gradlinige Vorwärtsbewegung oder eine Bewegung auf einer leicht gekrümmten Kreisbahn ausführt. Hierbei kann durch Einbringen eines Spalts oder Schlitzes 16 in den in 1 und 2 gezeigten ringförmig ausgestalteten Stützkörper 2 die Anzahl an möglichen Schwingungsmodi des Stützkörper 2 in vorteilhafter Weise erhöht werden. Der zuvor beschriebene piezoelektrische Kristall und ringförmige Stützkörper 2 sind beispielsweise als Antriebe für elektrische Uhren frei im Handel erhältlich und zeichnen sich durch einen kostengünstigen Preis und einen besonders niedrigen Energieverbrauch aus.By a corresponding adjustment of the length and the geometric shape, or the material properties such as in particular the modulus of elasticity of the material from which the first and second support element 4a . 4b are made, the associated natural frequencies are selected so that they are sufficiently far apart to ensure that when operating the frequency generator 12 with the first natural frequency F1, only the first support element 4a and in operating the same with the second frequency F2, only the second support member 4b is set in a resonant mechanical up and down movement, which causes the support body 2 is moved either in one direction or in the other direction. This does not exclude that there are other matching natural frequencies where both support bodies 4a and 4b be stimulated together to resonant natural oscillations, through which the support body 2 due to the overlapping driving forces z. B. performs a straightforward forward movement or movement on a slightly curved circular path. This can be done by introducing a gap or slot 16 in the in 1 and 2 shown annular configured supporting body 2 the number of possible vibration modes of the support body 2 be increased in an advantageous manner. The above-described piezoelectric crystal and annular support body 2 For example, as drives for electric watches are freely available in the trade and are characterized by a low cost and very low energy consumption.

Durch Einsatz eines in den Figuren gezeigten weiteren Stützelements 4c mit einer gegenüber den anderen Stützelementen ebenfalls geringfügig unterschiedlichen Länge oder geometrischen Form oder Materialeigenschaft des federelastischen Werkstoffs, aus welchem das Stützelement gefertigt ist, lassen sich ferner in überraschender Weise allein durch Auswahl einer entsprechenden Frequenz, mit der der piezoelektrische Kristall 10 betrieben wird, sowohl lineare als auch Drehbewegungen des Stützkörpers 2 auf der Oberfläche 8 erzeugen, die in 2 durch die beiden Pfeile 18 und 19 angedeutet sind.By using a further support element shown in the figures 4c with a respect to the other support elements also slightly different length or geometric shape or material property of the resilient material from which the support member is made, can be further surprisingly alone by selecting a corresponding frequency with which the piezoelectric crystal 10 is operated, both linear and rotational movements of the support body 2 on the surface 8th generate that in 2 through the two arrows 18 and 19 are indicated.

Um die für eine solche Bewegung erforderlichen Frequenzen der vom Frequenzgenerator 12 erzeugten Wechselspannung zu ermitteln, wird der Frequenzgenerator 12 über einen Frequenzbereich von z. B. 10 kHz bis 80 kHz hinweg durchgestimmt, was beispielsweise durch die elektronische Steuerungseinrichtung 14 erfolgen kann. Der mit einer einsetzenden Bewegung des Stützkörpers 2 verbundene Frequenzwert wird dabei zusammen mit einem zugehörigen Richtungs-Vorgabewert, welcher die Bewegungsrichtung des Stützkörpers 2 beispielsweise als Vektor beschreibt, in einem elektronischen Speicher 20 der elektronischen Steuerungseinrichtung 14 in Form von Wertepaaren abgelegt.To the frequencies required for such a movement of the frequency generator 12 To determine the generated AC voltage, the frequency generator 12 over a frequency range of z. B. 10 kHz to 80 kHz tuned away, which, for example, by the electronic control device 14 can be done. The one with an incipient movement of the support body 2 Connected frequency value is doing together with an associated directional default value, which is the direction of movement of the support body 2 for example as a vector, in an electronic memory 20 the electronic control device 14 filed in the form of value pairs.

Die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung weist weiterhin bevorzugt einen Sensor 23 auf, der mit der elektronischen Steuerungseinrichtung 14 gekoppelt ist und die Bewegungsrichtung in Verbindung mit der auftretenden Beschleunigung erfasst, welche der elektronischen Steuerungseinrichtung 14 als entsprechendes elektrisches Signal zugeführt und von dieser im Speicher abgelegt werden.The drive device according to the invention furthermore preferably has a sensor 23 on that with the electronic control device 14 is coupled and detects the direction of movement in connection with the occurring acceleration, which of the electronic control device 14 as ent supplied electrical signal and stored by this in the memory.

Um die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung 1 auf einfache Weise zu initialisieren, wird bei dieser Ausführungsform der Erfindung der Frequenzgenerator 12 ausgehend von der niedrigsten Frequenz, z. B. 10 kHz durchgestimmt und beim Auftreten einer vom Sensor 23 erfassten Bewegung der zugehörige Frequenzwert Fi zusammen mit dem zugehörigen Beschleunigungswert und der Beschleunigungsrichtung in Form eines Beschleunigungsvektors ai im Speicher 20 abgelegt. Nach Durchlaufen des Frequenzspektrums, welches bei einem Stützkörper 2 und Stützelementen 4 mit der zuvor beschriebenen Größe im Bereich von ca. 10 kHz bis 100 kHz liegt, lässt sich die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung im Anschluss daran beispielsweise mit Hilfe von Richtungs-Vorgabewerten entlang einer gewünschten Bewegungsrichtung oder einer zu durchlaufenden Bewegungsbahn bewegen, welche bevorzugt in Form einer parametrisierten Kurve im Speicher 20 abgelegt sind.To the drive device according to the invention 1 In a simple way to initialize, in this embodiment of the invention, the frequency generator 12 starting from the lowest frequency, z. B. 10 kHz tuned and the occurrence of a sensor 23 detected movement of the associated frequency value F i together with the associated acceleration value and the acceleration direction in the form of an acceleration vector a i in the memory 20 stored. After passing through the frequency spectrum, which in a support body 2 and support elements 4 with the size described above in the range of approximately 10 kHz to 100 kHz, the drive device according to the invention can subsequently be moved, for example, with the aid of directional default values along a desired direction of movement or a trajectory to be traversed, which preferably takes the form of a parameterized curve In the storage room 20 are stored.

Hierbei kann es weiterhin vorgesehen sein, dass die Bewegungsbahn, die die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung 1 durchlaufen soll, mit Hilfe eines Funk-Senders 22 vorgegeben wird, welcher mit einem mit der elektronischen Steuerungseinrichtung 14 gekoppelten Funk-Empfänger 24 am Stützkörper 1 zusammenwirkt. Durch Betätigen eines entsprechenden elektrischen Schalters 26 lässt sich hierbei per Funk der zuvor im Speicher 20 abgelegte Richtungs-Vorgabewert für die Bewegung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Richtung des Pfeils 18, und in entsprechender Weise durch Betätigen des elektrischen Schalters 28 in Richtung des Pfeils 19 in 2 durch eine entsprechende Auswahl der jeweiligen Richtungs-Vorgabewerte und Zuführen der diesem zugeordneten Frequenzwerte zum Frequenzgenerator 12 bewirken, so dass sich der Stützkörper 2 einmal nach rechts/links und zum anderen mal nach vorne/hinten bewegt.In this case, it may furthermore be provided that the movement path which the drive device according to the invention 1 to go through, with the help of a radio transmitter 22 is given, which with one with the electronic control device 14 coupled radio receiver 24 on the support body 1 interacts. By pressing a corresponding electrical switch 26 can be by radio previously in the memory 20 stored direction default value for the movement of the device according to the invention in the direction of the arrow 18 , and in a corresponding manner by actuation of the electrical switch 28 in the direction of the arrow 19 in 2 by an appropriate selection of the respective directional default values and supplying the frequency values associated therewith to the frequency generator 12 cause so that the supporting body 2 once to the right / left and to the other times moved forward / backward.

Somit lässt sich die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung 1 mit Hilfe des Funk-Senders 22 durch Abrufen der jeweiligen Frequenzwerte Fi aus dem Speicher 20 nach Art eines ferngesteuerten Fahrzeugs allein dadurch auf der Oberfläche 8 in die gewünschte Richtung 18, 19 steuern, dass der Frequenzgenerator 12 mit dem entsprechenden Frequenzwert Fi beaufschlagt wird.Thus, the drive device according to the invention can be 1 with the help of the radio transmitter 22 by retrieving the respective frequency values F i from the memory 20 in the manner of a remote-controlled vehicle alone on the surface 8th in the desired direction 18 . 19 control that frequency generator 12 with the corresponding frequency value F i is applied.

Nach einer weiteren, in den Zeichnungen nicht näher dargestellten Ausführungsform der Erfindung können an den freien Enden der Stützelemente Schwimmkörper befestigt sein, über die sich der Stützkörper 2 auf einer Flüssigkeitsoberfläche, wie z. B. einer Wasseroberfläche, abstützt. Die Schwimmkörper können hierbei insbesondere auch eine abgeflachte, paddelartige Form aufweisen, um in Verbindung mit der zuvor beschriebenen zirkularen Bewegung der freien Enden der Stützelemente 4 eine Vortriebsbewegung in der Flüssigkeit zu erzeugen. Obgleich die von den Schwimmkörpern insgesamt erzeugte Auftriebskraft bevorzugt größer ist, als die von der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung erzeugte Gewichtskraft, ist es ebenfalls möglich, die Schwimmkörper kleiner und z. B. lediglich als abgeflachte Paddel auszugestalten, die durch wiederholtes Eintauchen in die Flüssigkeit eine Vortriebskraft erzeugten. Der Auftrieb des Stützkörpers wird in diesem Falle bevorzugt über einen zentralen Schwimmkörper erzeugt, der z. B. unterhalb des Stützkörpers angeordnet ist.According to another, not shown in the drawings embodiment of the invention may be attached to the free ends of the support elements floating body over which the support body 2 on a liquid surface, such. B. a water surface supported. In this case, the floats can in particular also have a flattened, paddle-like shape, in order in conjunction with the previously described circular movement of the free ends of the support elements 4 to create a propulsive motion in the liquid. Although the buoyancy force generated by the floats is preferably greater than the weight generated by the drive device according to the invention, it is also possible for the floats smaller and z. B. only as a flattened paddle to create a propulsive force by repeated immersion in the liquid. The buoyancy of the support body is preferably generated in this case via a central float, the z. B. is arranged below the support body.

Wie weiterhin der Darstellung von 5 entnommen werden kann, können bei einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung 1 an den freien Enden der Stützelemente 4a, 4b und 4c Permanentmagnete 30 befestigt sein. Die Permanentmagnete 30 sind durch eine entsprechend Wahl der Größe, bzw. des permanentmagnetischen Werkstoffs in der Weise ausgestaltet, dass die von ihnen auf einer Oberfläche 8 aus magnetisierbarem Material, wie z. B. einer Eisenplatte oder einer Stahlwand erzeugte magnetische Anziehungskraft eine solche Größe besitzt, dass der Stützkörper 2 mit den darauf angeordneten Komponenten an der Oberfläche haftet, insbesondere dann, wenn die Oberfläche 8 geneigt oder gar vertikal verläuft, wie dies in 5 zeichnerisch angedeutet ist. Die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung 1 dient hierbei bevorzugt zur Verwendung in einer in 5 schematisch angedeuteten Inspektionseinrichtung 101, bei der am Stützkörper 2 ein Detektor 32 aufgenommen ist, z. B. eine Kamera oder dergleichen, mit welchem sich die Oberfläche 8 auf Risse, Unebenheiten oder sonstige Oberflächenfehler untersuchen lässt.As continues the presentation of 5 can be removed, in a further embodiment of the drive device according to the invention 1 at the free ends of the support elements 4a . 4b and 4c permanent magnets 30 be attached. The permanent magnets 30 are designed by an appropriate choice of size, or of the permanent magnetic material in such a way that of them on a surface 8th made of magnetizable material, such. B. an iron plate or a steel wall generated magnetic attraction has such a size that the support body 2 with the components disposed thereon adheres to the surface, especially when the surface 8th inclined or even vertical, as in 5 is indicated in the drawing. The drive device according to the invention 1 serves here preferably for use in a in 5 schematically indicated inspection device 101 , at the support body 2 a detector 32 is included, for. As a camera or the like, with which the surface 8th for cracks, bumps or other surface defects.

Gemäß einem weiteren, der Erfindung zu Grunde liegenden Gedanken dient die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung 1 zur Verwendung in einer in 4 schematisch gezeigten Reinigungseinrichtung 201, welche dazu eingesetzt wird, um die Oberfläche 8 von anhaftendem Schmutz und Verunreinigungen zu reinigen. Hierzu ist am Stützkörper 2 ein Reinigungselement 34 angeordnet, welches z. B. ein von einer nicht näher gezeigten Vorratsrolle abgerolltes Reinigungstuch umfasst, dass anschließend auf eine ebenfalls nicht näher gezeigte Rolle für das verbrauchte Reinigungstuch aufgewickelt wird.According to another idea underlying the invention, the drive device according to the invention is used 1 for use in an in 4 schematically shown cleaning device 201 , which is used to the surface 8th from adhering dirt and impurities to clean. This is on the support body 2 a cleaning element 34 arranged, which z. B. unrolled from a supply roll not shown in detail includes cleaning cloth that is then wound onto a likewise not shown in detail role for the used cleaning cloth.

Für den Einsatz der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung 1 in einer Reinigungseinrichtung 201, mit der sich in vorteilhafter Weise eine Oberfläche in Form einer dünnwandigen flächigen Elements 208, wie insbesondere einer Glasscheibe, reinigen lässt, ist am Stützkörper 2 ein erstes magnetisches Halteelement 36 angeordnet. Dieses erste magnetische Halteelement 36 ist bevorzugt ein Permanentmagnet, der unter Erzeugung einer durch das flächige Element 208 hindurch wirkenden magnetischen Anziehungskraft mit einem zweiten magnetischen Haltelement 38 zusammenwirkt, dass sich auf der dem ersten magnetischen Haleelemente 36 gegenüberliegenden Seite 40 des flächigen Elements 208, z. B. auf der Außenseite eines Gebäudes, befindet.For the use of the drive device according to the invention 1 in a cleaning device 201 , with which advantageously a surface in the form of a thin-walled sheet-like element 208 , as in particular a glass pane, clean, is on the support body 2 a first magnetic holding element 36 arranged. This first magneti cal holding element 36 is preferably a permanent magnet, which generates a through the planar element 208 acting through magnetic attraction with a second magnetic holding element 38 interacts that on the first magnetic Haleelemente 36 opposite side 40 of the planar element 208 , z. B. on the outside of a building, located.

Wie der Darstellung von 4 hierbei weiterhin entnommen werden kann, ist das Reinigungselement 34 auf einer die Oberfläche 8 kontaktierenden Anlagefläche 42 des ersten magnetischen Haltelements 26 befestigt, welches sich seinerseits wiederum am Stützkörper abstützt. Das zweite magnetische Halteelement 38 ist ferner bevorzugt ebenfalls mit einem Reinigungselement 44 versehen, welches das flächige Element 208 im Bereich der Seite 40 kontaktiert, um beide Oberflächen 8 – d. h. insbesondere beide Seiten einer Glasscheibe – zu reinigen.Like the presentation of 4 this can still be taken, is the cleaning element 34 on one's surface 8th contacting contact surface 42 of the first magnetic holding element 26 attached, which in turn is supported on the support body. The second magnetic holding element 38 is also preferably also with a cleaning element 44 provided, which is the planar element 208 in the area of the page 40 contacted to both surfaces 8th - ie in particular both sides of a glass pane - to clean.

Schließlich kann die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung 1 in einem Spielzeug 301 zum Einsatz gelangen, wozu gemäß der Darstellung von 6 am Stützkörper 2 ein Gehäuse 46 befestigt ist, welches den Stützkörper 2 zumindest teilweise umgibt. Das Gehäuse besteht dabei insbesondere aus Kunststoff und besitzt beispielsweise die Gestalt eines Käfers oder eines Insekts, wobei die Stützelemente 4a, 4b und 4c die Beine des Insekts bilden.Finally, the drive device according to the invention 1 in a toy 301 be used, including according to the representation of 6 on the support body 2 a housing 46 attached, which is the support body 2 at least partially surrounds. The housing consists in particular of plastic and has, for example, the shape of a beetle or an insect, wherein the support elements 4a . 4b and 4c forming the legs of the insect.

Gemäß einer weiteren, in 7a und 7b gezeigten Ausführungsform der Erfindung, die sich besonders kostengünstig fertigen lässt, besteht der Stützkörper 2 aus einem bevorzugt dreieckförmigen Blech, beispielsweise Stahlblech, mit einer Stärke von z. B. 0,5 mm, das insbesondere die Form, eines gleichwinkeligen Dreiecks mit einer Höhe von 5 cm besitzt. Alternativ kann das Blech auch aus einem anderen Werkstoff bestehen, der gute akustische Eigenschaften besitzt, wobei die Schallgeschwindigkeit innerhalb des Materials wenigstens 1000 m/s beträgt.According to another, in 7a and 7b shown embodiment of the invention, which can be manufactured particularly cost, consists of the support body 2 from a preferably triangular sheet metal, for example steel sheet, with a thickness of z. B. 0.5 mm, which in particular has the shape of an equiangular triangle with a height of 5 cm. Alternatively, the sheet may be made of another material having good acoustic properties, the speed of sound within the material being at least 1000 m / s.

Bei dieser Ausführungsform der Erfindung werden die Stützelemente 4a, 4b und 4c durch abgewinkelte Bereiche 404a, 404b und 404c gebildet, die sich beispielsweise in einem Winkel von 10 bis 30 Grad nach unten erstrecken, so dass der Stützkörper 2 mit den Stützelementen ein integrales Bauteil bildet, welches die Form eines Dreifußes oder Dreibeins besitzt, wie dies in 7a und 7b angedeutet ist.In this embodiment of the invention, the support elements 4a . 4b and 4c through angled areas 404a . 404b and 404c formed, for example, extend down at an angle of 10 to 30 degrees, so that the support body 2 forms an integral component with the support elements, which has the form of a tripod or tripod, as in 7a and 7b is indicated.

Auch bei dieser Ausführungsform der Erfindung ist bevorzugt die Länge oder auch die geometrische Form, beziehungsweise die physikalische und/oder mechanische Werkstoffeigenschaft der drei abgewinkelten Bereiche 404a, 404b und 404c in erfindungsgemäßer Weise geringfügig unterschiedlich, so dass die Bereiche zu Eigenschwingungen mit unterschiedlichen Frequenzen F1, F2 und F3 anregbar sind, wie dies im Zusammenhang mit den zuvor beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung im Detail beschrieben wurde.Also in this embodiment of the invention is preferably the length or the geometric shape, or the physical and / or mechanical material property of the three angled regions 404a . 404b and 404c slightly different in accordance with the invention, so that the regions can be excited to natural oscillations with different frequencies F1, F2 and F3, as has been described in detail in connection with the previously described embodiments of the invention.

Auf dem ebenen Bereich des einteilig ausgestalteten Stützkörpers 2 mit den integral daran geformten Stützelementen 4a, 4b, 4c in Form der abgewinkelten Bereiche 404a, 404b und 404c ist der piezoelektrische Kristall 10 bevorzugt in einem geringen Abstand – z. B. 1 bis 15 mm – vom geometrischen Zentrum des Stützkörpers angeordnet und an diesem, beispielsweise durch verkleben, befestigt. Auf der den Auflagepunkten an den abgewinkelten Bereichen gegenüber liegenden Oberseite des Stützkörpers 2 sind bevorzugt gummielastische Dämpfungselemente 402 befestigt, die eine geringfügig größere Höhe als der piezoelektrische Kristall 10 besitzen, und auf denen die Platine der elektronischen Steuerungseinrichtung 14, bzw. die Elektronikkomponenten und bevorzugt auch ein Gehäuse oder ein Reinigungselement etc. federelastisch befestigt sind.On the flat area of the one-piece designed supporting body 2 with the support elements integrally formed thereon 4a . 4b . 4c in the form of angled areas 404a . 404b and 404c is the piezoelectric crystal 10 preferably at a small distance - z. B. 1 to 15 mm - arranged from the geometric center of the support body and attached to this, for example by gluing. On the support points on the angled areas opposite the top of the support body 2 are preferably rubber-elastic damping elements 402 attached, which is a slightly greater height than the piezoelectric crystal 10 own, and on which the board of the electronic control device 14 , or the electronic components, and preferably also a housing or a cleaning element, etc. are resiliently mounted.

Diese Ausführungsform der Erfindung besitzt den Vorteil, dass sich das Blech mit hoher Präzision durch einen einfachen Stanz- und Prägevorgang in sehr kostengünstiger Weise herstellen lässt, wodurch sich die Kosten für die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung 1 bei der Massenfertigung erheblich reduzieren lassen.This embodiment of the invention has the advantage that the sheet can be produced with high precision by a simple punching and stamping process in a very cost-effective manner, resulting in the cost of the drive device according to the invention 1 Reduce significantly in mass production.

11
Antriebsvorrichtungdriving device
22
Stützkörpersupport body
4a4a
erstes Stützelementfirst support element
4b4b
zweites Stützelementsecond support element
4c4c
weiteres Stützelementadditional support element
66
gekröpfter Abschnittcranked section
88th
Oberflächesurface
1010
piezoelektrischer Kristallpiezoelectric crystal
1212
Frequenzgeneratorfrequency generator
1313
Stromquellepower source
1414
elektronische Steuerungseinrichtungelectronic control device
1616
Spaltgap
1818
Pfeil für seitliche Bewegungsrichtungarrow for lateral movement direction
1919
Pfeil für Vorwärts-Rückwärtsbewegungarrow for forward-backward movement
2020
SpeicherStorage
2222
Funk-SenderRadio transmitter
2323
Sensorsensor
2424
Funk-EmpfängerRadio receiver
2626
elektrischer Schalter für Rechts- und Linksbewegungelectrical Switch for right and left movement
2828
elektrischer Schalter für Vorwärts-Rückwärtsbewegungelectrical Switch for forward-backward movement
3030
Permanentmagnetpermanent magnet
3232
Detektordetector
3434
Reinigungselementcleaning element
3636
erstes magnetisches Halteelementfirst magnetic holding element
3838
zweites magnetisches Halteelementsecond magnetic holding element
4040
der der Antriebsvorrichtung gegenüberliegende Seite des flächigen Elementsof the the drive device opposite side of the flat Elements
4242
Anlageflächecontact surface
4444
Reinigungselementcleaning element
4646
Gehäusecasing
101101
Inspektionseinrichtunginspection device
201201
Reinigungseinrichtungcleaning device
208208
flächiges zur reinigendes Element/Glasscheibeflat for cleaning element / glass pane
301301
Spielzeugtoy
402402
gummielastisches Dämpfungselementelastomeric damping element
404a404a
erster abgewinkelte Bereichfirst angled area
404b404b
zweiter abgewinkelte Bereichsecond angled area
404c404c
dritter abgewinkelte Bereichthird angled area
F1F1
erste Frequenzfirst frequency
F2F2
zweite Frequenzsecond frequency
F3F3
dritte Frequenzthird frequency
Fi F i
Frequenzwerte in Speicherfrequency values in memory
ai a i
Beschleunigungsvektor in Speicheracceleration vector in memory

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - DE 19636827 C1 [0003] - DE 19636827 C1 [0003]

Claims (19)

Piezoelektrische Antriebsvorrichtung (1) zum Bewegen von Kleinobjekten wie insbesondere Inspektionseinrichtungen, Reinigungseinrichtungen und Spielzeug auf einer Oberfläche (8), mit einem Stützkörper (2), einem auf den Stützkörper (2) wirkenden, insbesondere zylinderförmigen piezoelektrischen Kristall (10) und einem mit dem piezoelektrischen Kristall (10) elektrisch verbundenen Frequenzgenerator (12), der diesen zu mechanischen Schwingungen mit einer ersten und einer zweiten Frequenz (F1, F2) anregt, welche auf den Stützkörper (2) übertragen werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkörper (2) ein erstes und ein zweites langgestrecktes Stützelement (4a, 4b) aus einem federelastischen Werkstoff aufweist, welches jeweils mit einem ersten Ende zur Einleitung der mechanischen Schwingungen in das Stützelement (4a, 4b) starr mit dem Stützkörper (2) verbunden ist, und dessen zweites freies Ende sich auf der Oberfläche (8) abstützt, wobei die beiden Stützelemente (4a, 4b) eine geringfügig voneinander abweichende geometrische Form und/oder Länge und/oder Werkstoffeigenschaft aufweisen, derart, dass das erste Stützelement (4a) bei der ersten Frequenz (F1) und das zweite Stützelement bei der zweiten Frequenz (F2) zu einer Eigenschwingung angeregt wird, bei der sich das zweite Ende des jeweiligen Stützelements (4a, 4b) von der Oberfläche (8) weg und auf diese zu bewegt.Piezoelectric drive device ( 1 ) for moving small objects such as in particular inspection devices, cleaning devices and toys on a surface ( 8th ), with a supporting body ( 2 ), one on the support body ( 2 ), in particular cylindrical piezoelectric crystal ( 10 ) and one with the piezoelectric crystal ( 10 ) electrically connected frequency generator ( 12 ), which excites it to mechanical vibrations with a first and a second frequency (F1, F2), which on the support body ( 2 ), characterized in that the supporting body ( 2 ) a first and a second elongated support element ( 4a . 4b ) comprises a resilient material, each having a first end for introducing the mechanical vibrations in the support element ( 4a . 4b ) rigidly with the support body ( 2 ) and its second free end is on the surface ( 8th ) is supported, wherein the two support elements ( 4a . 4b ) have a slightly different geometric shape and / or length and / or material property, such that the first support element ( 4a ) is excited at the first frequency (F1) and the second support element at the second frequency (F2) to a self-oscillation, in which the second end of the respective support element ( 4a . 4b ) from the surface ( 8th ) and move towards it. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Piezoelektrische Kristall (10) durch den Frequenzgenerator (12) zu mechanischen Schwingungen mit einer von der ersten und zweiten Frequenz (F1, F2) abweichenden weiteren Frequenz F3) anregbar ist, und dass am Stützkörper (2) wenigstens ein weiteres Stützelement (4c) befestigt ist, welches jeweils mit einem ersten Ende zur Einleitung der mechanischen Schwingungen in das Stützelement (4c) starr mit dem Stützkörper (2) verbunden ist, und dessen zweites freies Ende sich auf der Oberfläche (8) abstützt, wobei die geometrische Form und/oder Länge und/oder Werkstoffeigenschaft des weiteren Stützelements (4c) von derjenigen der des ersten und zweiten Stützelementes (4a, 4b) geringfügig abweicht, derart, dass ausschließlich das weitere Stützelemente (4c) bei der weiteren Frequenz (F3) zu einer Eigenschwingung angeregt wird, bei der sich das zweite Ende des weiteren Stützelements (4c) von der Oberfläche (8) weg und auf diese zu bewegt.Drive device according to claim 1, characterized in that the piezoelectric crystal ( 10 ) by the frequency generator ( 12 ) is excitable to mechanical vibrations with a different frequency of the first and second frequency (F1, F2) F3), and that on the support body ( 2 ) at least one further support element ( 4c ), each having a first end for introducing the mechanical vibrations into the support element ( 4c ) rigidly with the support body ( 2 ) and its second free end is on the surface ( 8th ) is supported, wherein the geometric shape and / or length and / or material property of the further support element ( 4c ) of that of the first and second support element ( 4a . 4b ) slightly deviates, such that only the further support elements ( 4c ) is excited at the further frequency (F3) to a natural oscillation, in which the second end of the further support element ( 4c ) from the surface ( 8th ) and move towards it. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützelemente (4a, 4b, 4c) eine räumlich gebogene, im Querschnitt S-förmige Form mit einem gekröpften Abschnitt (6) aufweisen, über welchen sie sich auf der Oberfläche (8) abstützen, derart, dass das freie Ende eines jeweiligen Stützelements (4a, 4b, 4c) zu einer im Wesentlichen zirkularen Bewegung anregbar ist.Drive device according to one of the preceding claims, characterized in that the support elements ( 4a . 4b . 4c ) a spatially curved, in cross-section S-shaped form with a bent portion ( 6 ) over which they lie on the surface ( 8th ), such that the free end of a respective support element ( 4a . 4b . 4c ) is excitable to a substantially circular motion. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkörper (2) eine mit dem piezoelektrischen Kristall (10) unmittelbar verbundene Platte, insbesondere aus Metall, umfasst, mit der die ersten Enden der Stützelemente (4a, 4b, 4c) insbesondere durch Verlöten oder Verpressen oder eine formschlüssige Verbindung in der Weise starr verbunden sind, dass die zweiten Enden der Stützelemente (4a, 4b, 4c) in unterschiedliche Raumrichtungen weisen.Drive device according to one of the preceding claims, characterized in that the supporting body ( 2 ) one with the piezoelectric crystal ( 10 ) directly connected plate, in particular of metal, with which the first ends of the support elements ( 4a . 4b . 4c ) are rigidly connected in particular by soldering or pressing or a positive connection in such a way that the second ends of the support elements ( 4a . 4b . 4c ) in different directions. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese eine elektronische Steuerungseinrichtung (14) umfasst welche mit dem Frequenzgenerator (12) verbunden ist und diesem entsprechende Vorgabewerte (Fi) für die erste, zweite und weitere Frequenz zuführt, welche in einem elektronischen Speicher (20) abgelegt sind.Drive device according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises an electronic control device ( 14 ) which includes the frequency generator ( 12 ) and supplies to it corresponding default values (F i ) for the first, second and further frequency which are stored in an electronic memory ( 20 ) are stored. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Stützkörper (2) ein Sensor (23) angeordnet ist, der die Position des Stützkörpers (2) auf der Oberfläche (8) und/oder die Bewegung des Stützkörpers (2) relativ zur Oberfläche (8) und/oder die Beschleunigung des Stützkörpers (2) in einer ersten und einer zweiten Richtung (18, 19) erfasst und diese der elektronischen Steuerungseinrichtung (14) zuführt.Drive device according to one of the preceding claims, characterized in that on the supporting body ( 2 ) a sensor ( 23 ) is arranged, which determines the position of the support body ( 2 ) on the surface ( 8th ) and / or the movement of the support body ( 2 ) relative to the surface ( 8th ) and / or the acceleration of the support body ( 2 ) in a first and a second direction ( 18 . 19 ) and that of the electronic control device ( 14 ) feeds. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuerungseinrichtung (14) den Frequenzgenerator (12) über einen vorgegebenen Frequenzbereich hinweg durchstimmt, und dass die elektronische Steuerungseinrichtung (14) diejenigen Frequenzwerte (Fi), bei denen der Sensor (23) eine Bewegung des Stützkörpers (2) in eine erste und eine zweite Bewegungsrichtung (18, 19) erfasst, im Speicher (20) der elektronischen Steuerungseinrichtung (14) abspeichert.Drive device according to one of the preceding claims, characterized in that the electronic control device ( 14 ) the frequency generator ( 12 ) is tuned over a predetermined frequency range, and that the electronic control device ( 14 ) those frequency values (F i ) at which the sensor ( 23 ) a movement of the support body ( 2 ) in a first and a second direction of movement ( 18 . 19 ), in memory ( 20 ) of the electronic control device ( 14 ) stores. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuerungseinrichtung (14) mit einem Funk-Empfänger (24) verbunden ist, der zum Auslesen von im Speicher (10) abgespeicherten Frequenzwerten (Fi) und Zufuhr derselben zum Frequenzgenerator (12) über einen Funk-Sender (22) betätigbar ist.Drive device according to claim 7, characterized in that the electronic control device ( 14 ) with a radio receiver ( 24 ), which is used for reading in memory ( 10 ) stored frequency values (F i ) and supply them to the frequency generator ( 12 ) via a radio transmitter ( 22 ) is operable. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der elektronischen Steuerungseinrichtung ein Richtungs-Vorgabewert für die Bewegung des Stützkörpers (2) zugeführt wird, und dass die elektronische Steuerungseinrichtung (14) den Frequenzgenerator (14) abwechselnd mit den abgespeicherten Frequenzwerten (Fi) für die erste und zweite Bewegungsrichtung (18, 19) in der Weise beaufschlagt, dass sich der Stützkörper (2) in Richtung des Richtungs-Vorgabewertes bewegt.Drive device according to claim 6, characterized in that the electronic control device a directional default value for the movement of the support body ( 2 ), and that the electronic control device ( 14 ) the frequency generator ( 14 ) alternately with the stored frequency values (F i ) for the first and second direction of movement ( 18 . 19 ) acted in such a way that the supporting body ( 2 ) is moved in the direction of the directional default value. Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an den freien Enden des ersten und zweiten Stützelements (4a, 4b) Permanentmagnete (30) vorgesehen sind, um den Stützkörper (2) an einer insbesondere geneigt oder vertikal verlaufenden Oberfläche (8) aus magnetisierbarem Werkstoff zu halten.Drive device according to one of the preceding claims, characterized in that at the free ends of the first and second support element ( 4a . 4b ) Permanent magnets ( 30 ) are provided to the support body ( 2 ) on a particular inclined or vertical surface ( 8th ) of magnetizable material. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass an den freien Enden des ersten und zweiten Stützelements (4a, 4b) Schwimmkörper vorgesehen sind, über die sich der Stützkörper (2) auf einer Flüssigkeitsoberfläche abstützt.Drive device according to one of claims 1 to 9, characterized in that at the free ends of the first and second support member ( 4a . 4b ) Floating bodies are provided, over which the support body ( 2 ) is supported on a liquid surface. Reinigungseinrichtung zur Reinigung einer Oberfläche (8), gekennzeichnet, durch eine Antriebsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 sowie ein die Oberfläche (8) kontaktierendes Reinigungselement (34).Cleaning device for cleaning a surface ( 8th ), characterized by a drive device ( 1 ) according to any one of claims 1 to 11 and a surface ( 8th ) contacting cleaning element ( 34 ). Reinigungseinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zur Reinigung der Oberfläche (8) eines dünnwandigen flächigen Elements (201), wie insbesondere einer Glasscheibe, am Stützkörper ein erstes magnetisches Halteelement (36) angeordnet ist, welches unter Erzeugung einer durch das flächige Element (208) hindurch wirkenden magnetischen Anziehungskraft mit einem auf der gegenüberliegenden Oberfläche (40) des Elements (201) angeordneten zweiten magnetischen Haltelement (38) zusammenwirkt.Cleaning device according to claim 12, characterized in that for cleaning the surface ( 8th ) of a thin-walled sheet-like element ( 201 ), in particular a glass pane, on the support body a first magnetic holding element ( 36 ), which is generated by the planar element (FIG. 208 ) acting through magnetic attraction with one on the opposite surface ( 40 ) of the element ( 201 ) arranged second magnetic holding element ( 38 ) cooperates. Reinigungseinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Reinigungselement (36) auf einer die Oberfläche (8) kontaktierenden Anlagefläche (42) des ersten magnetischen Haltelements (36) befestigt ist, welches sich seinerseits wiederum am Stützkörper (2) abstützt.Cleaning device according to claim 13, characterized in that the cleaning element ( 36 ) on one's surface ( 8th ) contacting contact surface ( 42 ) of the first magnetic holding element ( 36 ), which in turn on the support body ( 2 ) is supported. Inspektionseinrichtung zum Inspizieren einer Oberfläche, gekennzeichnet, durch eine Antriebsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 sowie einen die Beschaffenheit der Oberfläche inspizierenden Detektor (32).Inspection device for inspecting a surface, characterized by a drive device ( 1 ) according to one of Claims 1 to 11 and a detector which inspects the nature of the surface ( 32 ). Inspektionseinrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenzgenerator (12) den piezoelektrischen Kristall (10) mit einer Frequenz (F1, F2, F3) anregt, welche die zu inspizierende Oberfläche (8) zu Oberflächenschwingungen anregt, die vom Detektor (32) zur Ermittlung der Eigenschaften der Oberfläche (8) erfasst werden.Inspection device according to claim 15, characterized in that the frequency generator ( 12 ) the piezoelectric crystal ( 10 ) with a frequency (F1, F2, F3) which determines the surface to be inspected ( 8th ) excites to surface vibrations emitted by the detector ( 32 ) for determining the properties of the surface ( 8th ). Spielzeug, insbesondere für Kinder, gekennzeichnet, durch eine Antriebsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 sowie ein am Stützkörper (2) befestigtes Gehäuse (46), welches den Stützkörper (2) zumindest teilweise umgibt und welches insbesondere die Gestalt eines Käfers oder eines Insekts besitzt, wobei die Stützelemente (4a, 4b, 4c) die Beine des Spielzugs (301) bilden.Toy, in particular for children, characterized by a drive device ( 1 ) according to one of claims 1 to 11 and one on the supporting body ( 2 ) fixed housing ( 46 ), which supports the supporting body ( 2 ) at least partially surrounds and which in particular has the shape of a beetle or an insect, wherein the support elements ( 4a . 4b . 4c ) the legs of the turn ( 301 ) form. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkörper (2) ein insbesondere dreiecksförmiges Blech aus Metall oder einem anderen Werkstoff mit zu einer Seite hin abgewinkelten Bereichen (404a, 404b, 404c) umfasst, welche die Stützelemente (4a, 4b, 4c) definieren und welche eine geringfügig voneinander abweichende geometrische Form und/oder Materialeigenschaft aufweisen, und dass der piezoelektrische Kristall (10) bevorzugt unmittelbar am Stützkörper befestigt ist.Drive device according to one of claims 1 to 11, characterized in that the supporting body ( 2 ) a particular triangular metal sheet or other material with angled towards one side areas ( 404a . 404b . 404c ), which supports the support elements ( 4a . 4b . 4c ) and which have a slightly different geometric shape and / or material property, and that the piezoelectric crystal ( 10 ) is preferably attached directly to the support body. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der piezoelektrische Kristall (10) auf einem zentralen Abschnitt des Stützkörpers (2) befestigt ist, und dass sich insbesondere der Frequenzgenerator (12) und/oder weitere elektronische Bauteile der Vorrichtung und/oder ein Gehäuse (46) über gummielastische Dämpfungselemente (402) am Stützkörper (2) abstützen.Drive device according to claim 18, characterized in that the piezoelectric crystal ( 10 ) on a central portion of the support body ( 2 ), and in particular that the frequency generator ( 12 ) and / or further electronic components of the device and / or a housing ( 46 ) via rubber-elastic damping elements ( 402 ) on the support body ( 2 ).
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