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
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Abstract
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
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:
Wie
in
Auf
der Unterseite des Stützkörpers sind ein erstes
Stützelement
Die
Stützelemente
Wie
der Darstellung von
Der
piezoelektrische Kristall
Gemäß der
Darstellung von
Gemäß der
Erfindung sind das erste Stützelement
In
gleicher Weise ist das zweite Stützelement
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
Durch
Einsatz eines in den Figuren gezeigten weiteren Stützelements
Um
die für eine solche Bewegung erforderlichen Frequenzen
der vom Frequenzgenerator
Die
erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung weist weiterhin
bevorzugt einen Sensor
Um
die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung
Hierbei
kann es weiterhin vorgesehen sein, dass die Bewegungsbahn, die die
erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung
Somit
lässt sich die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung
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
Wie
weiterhin der Darstellung von
Gemäß einem
weiteren, der Erfindung zu Grunde liegenden Gedanken dient die erfindungsgemäße
Antriebsvorrichtung
Für
den Einsatz der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung
Wie
der Darstellung von
Schließlich
kann die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung
Gemäß einer
weiteren, in
Bei
dieser Ausführungsform der Erfindung werden die Stützelemente
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
Auf
dem ebenen Bereich des einteilig ausgestalteten Stützkörpers
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
- 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)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102009020371A DE102009020371A1 (en) | 2009-05-08 | 2009-05-08 | 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 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE102009020371A DE102009020371A1 (en) | 2009-05-08 | 2009-05-08 | 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 |
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DE102009020371A1 true DE102009020371A1 (en) | 2010-11-11 |
Family
ID=42932462
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102009020371A Withdrawn DE102009020371A1 (en) | 2009-05-08 | 2009-05-08 | 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 |
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DE (1) | DE102009020371A1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102012218377B3 (en) * | 2012-10-09 | 2013-11-21 | Eberhard Karls Universität Tübingen | Apparatus and method for transferring a sample holder from a transport device to a scanning device |
DE102021130298A1 (en) | 2021-11-19 | 2023-05-25 | Physik Instrumente (PI) GmbH & Co KG | ultrasonic drive |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19636827C1 (en) | 1996-09-11 | 1998-04-16 | Frank Sittig | Piezoelectric drive for linear or circular movement in precision mechanics and optics |
-
2009
- 2009-05-08 DE DE102009020371A patent/DE102009020371A1/en not_active Withdrawn
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