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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft einen Piezoaktor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus der
DE 10 2007 021 337 A1 ist bereits eine piezoelektrische Antriebsvorrichtung mit zwei Piezoaktoren, die jeweils gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ausgebildet sind, bekannt (
7). Hierbei sind die jeweils in Form eines Stapels angeordneten Piezoelemente der Piezoaktoren in einem Gehäuse angeordnet, welches für jeden Stapel eine mit dem Gehäuse verbindbare Spannschraube aufweist, die den Stapel axial vorspannt. Eine derartige Antriebsvorrichtung bzw. ein derartiger Piezoaktor lässt sich relativ einfach aufbauen und seine Vorspannung relativ einfach einstellen. Nachteilig dabei ist jedoch, dass der Einsatz einer derartigen Antriebsvorrichtung auf Bereiche beschränkt ist, in denen der Zutritt von Medien, insbesondere von Feuchtigkeit zu den Piezoelementen beschränkt oder gar ausgeschlossen ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Ausgehend von dem dargestellten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Piezoaktor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, dass dieser auch in Bereichen eingesetzt werden kann, in denen der Zutritt von Feuchtigkeit bzw. Medien in den Bereich der Piezoelemente nicht ausgeschlossen werden kann. Mit anderen Worten gesagt bedeutet dies, dass ein Piezoaktor vorgeschlagen werden soll, der auch unter schwierigen äußeren Bedingungen robust ist bzw. stets zuverlässig arbeitet. Diese Aufgabe wird mit einem Piezoaktor mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Der Erfindung liegt dabei die Idee zugrunde, zumindest den Bereich des Gehäuses, in dem der aus den Piezoelementen gebildete Stapel angeordnet ist, als mediendichten, insbesondere als wasserdichten Bereich, auszubilden.
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Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Piezoaktors sind in den Unteransprüchen angegeben. In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in den Ansprüchen, der Beschreibung und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen.
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In einer konstruktiv vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Spannelement als ein erstes Gehäuseteil ausgebildet ist, das mit einem zweiten Gehäuseteil dicht verbunden ist, wobei die beiden Gehäuseteile den Bereich zur Aufnahme des Stapels ausbilden. Durch diese Ausbildung lässt sich das Gehäuse aus relativ wenigen Bauteilen ausbilden, da das erste Gehäuseteil gleichzeitig die Funktion des Spannelements übernimmt.
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In einer konstruktiven Umsetzung wird dabei vorgeschlagen, dass das zweite Gehäuseteil zumindest teilweise topfförmig und das erste Gehäuseteil zumindest teilweise deckelförmig ausgebildet ist und, dass die beiden Gehäuseteile unter Vorspannung miteinander verbunden sind. Mittels einer derartigen Vorspannung lässt sich das Erfordernis der axialen Vorspannung auf die Piezoelemente erfüllen.
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Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn das erste Gehäuseteil einen starren Mittelbereich aufweist, der in Anlagekontakt mit dem Stapel angeordnet ist und, wenn der Mittelbereich von einem ringförmigen, zumindest teilweise elastischen Bereich umgeben ist, der mit dem zweiten Gehäuseteil verbunden ist. Mittels eines derartigen starren Mittelbereichs lässt sich die axiale Vorspannkraft mit relativ geringer Flächenpressung auf die Piezoelemente bzw. das oberste Piezoelement des Stapels überfragen, so dass auch relativ hohe Vorspannkräfte auf den Stapel realisiert werden können, ohne dass es zu Beschädigungen der Piezoelemente kommt. Darüber hinaus lässt sich durch das Vorsehen eines ringförmigen, den Mittelbereich umgebenden Bereich dieser bezüglich seiner elastischen Eigenschaften optimal ausbilden bzw. anpassen.
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In einer weiteren konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung ist es dabei vorgesehen, dass der Mittelbereich und der ringförmige Bereich als separate Bauteile ausgebildet sind und, dass der ringförmige Bereich als flache Stahlmembran ausgebildet ist. Durch die Verwendung separater Bauteile für das erste Gehäuseteil lassen sich somit die betreffenden Bauteile jeweils optimal an ihre zu erfüllende Funktion anpassen.
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Zur Ausbildung eines mediendichten Bereiches zur Aufnahme des Stapels ist es in vorteilhafter Weise vorgesehen, dass die beiden Gehäuseteile miteinander verschweißt sind. Eine derartige Verschweißung schafft nicht nur eine sichere Abdichtung zwischen den beiden Gehäuseteilen, sondern darüber hinaus auch die Möglichkeit, relativ hohe axiale Vorspannkräfte vorzusehen, da die Schweißverbindung dazu geeignet ist, derartig hohe Vorspannkräfte zu übertragen.
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Vorteilhaft zur Anordnung und Ansteuerung des Stapels ist es weiterhin, wenn in wenigstens einem der Gehäuseteile wenigstens eine Durchgangsöffnung für eine insbesondere als Kabel ausgebildete Ansteuerung des Piezoaktors ausgebildet ist und, wenn die wenigstens eine Durchgangsöffnung abgedichtet ist. Dadurch wird auch der Zutritt von Medien bzw. Feuchtigkeit in das Gehäuseinnere über die zur Ansteuerung der Piezoelemente erforderlichen Kabel vermieden.
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Besonders vorteilhaft ist die Verwendung eines erfindungsgemäßen Piezoaktors in einem Kraftfahrzeug-Verstellantrieb, insbesondere in einem Fensterheberantrieb. Dadurch werden gegebenenfalls Abdichtmaßnahmen im Bereich der Peripherie des Verstellantriebs überflüssig bzw. nicht erforderlich, so dass der Bereich, in dem der Verstellantrieb angeordnet ist, sich besonders leicht und kostengünstig ausbilden lässt.
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Die Erfindung umfasst auch einen Verstellantrieb, vorzugsweise für eine verstellbare Kraftfahrzeugkomponente, mit wenigstens einem erfindungsgemäßen Piezoaktor. Ein derartiger Verstellantrieb lässt sich, unabhängig von den äußeren Einflüssen, wie das Vorhandensein von Medien, universell einsetzen und arbeitet besonders zuverlässig.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung.
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Diese zeigt in der einzigen Figur eine vereinfachte schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Piezoaktors.
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In der einzigen Figur ist ein Piezoaktor
10 dargestellt, wie er insbesondere als Bestandteil eines Verstellantriebs, vorzugsweise für eine verstellbare Kraftfahrzeugkomponente, z. B. einem Fensterheberantrieb, dient. Hierbei kann der Verstellantrieb mehrere Piezoaktoren
10 aufweisen, die gemeinsam auf ein zu verstellendes Element, z. B. eine Fensterscheibe einwirken. Ein derartiger Verstellantrieb ist beispielhaft in der
DE 10 2007 021 337 A1 der Anmelderin dargestellt, auf die diesbezüglich Bezug genommen wird. Da die konkrete konstruktive Ausbildung eines derartigen Verstellantriebs nicht Bestandteil der Erfindung ist bzw. die Verwendung eines erfindungsgemäßen Piezoaktors
10 unabhängig von der konkreten Ausgestaltung eines Verstellantriebs vorteilhaft ist, wird auf eine genaue Darstellung eines derartigen Verstellantriebs an dieser Stelle verzichtet.
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Der Piezoaktor 10 weist ein Gehäuse 11 auf, welches insbesondere aus Metall besteht. Das Gehäuse 10 weist im Ausführungsbeispiel ein deckelförmiges erstes Gehäuseteil 12 sowie ein zweites, topfförmiges Gehäuseteil 13 auf. Im Innenraum 14 des Gehäuses 11 ist ein Stapel 15 von im Ausführungsbeispiel einer Vielzahl übereinander gestapelter Piezoelemente 16 angeordnet, deren Polarität alternierend angeordnet ist und deren Ansteuerung mittels Kabeln 17, 18 erfolgt, die durch Durchbrüche 19, 20 aus dem Innenraum 14 des Gehäuses 11 in den Außenbereich geführt werden, um dort entsprechend elektrisch kontaktiert zu werden.
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Wesentlich dabei ist, dass die Durchbrüche 19 und 20 mittels insbesondere eines zusätzlichen Dichtmediums abgedichtet ausgebildet sind, so dass über die Durchbrüche 19, 20 kein Medium, insbesondere keine Feuchtigkeit in den Innenraum 14 des Gehäuses 11 gelangen kann.
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Ergänzend wird erwähnt, dass anstelle des dargestellten Stapels 15 aus Piezoelementen 16 die Bauart bzw. Bauform des Stapels 15 nicht erfindungswesentlich ist, das heißt, dass der Stapel 15 als monolithischer Piezostapel, oder aber z. B. aus separaten, ringförmigen Piezoelementen 16 aufgebaut sein kann. Wesentlich ist lediglich, dass der Stapel 15 mit einer in Richtung der Längsachse 21 des Stapels 15 wirkenden Axialkraft F axial vorgespannt ist.
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Das erste, deckelförmige Gehäuseteil 12 weist einen starren Mittelbereich 22 auf, der von einem ringförmigen Verbindungsbereich 23 umgeben ist und der mit dem Stapel 15 in Anlagekontakt angeordnet ist. Hierbei können der starre Mittelbereich 22 und der Umgebungsbereich 23 sowohl als separate Bauteile, oder aber als gemeinsames, einteiliges Bauteil ausgebildet sein. Bei einer elektrischen Ansteuerung des Piezoaktors 10 über die Kabel 17, 18 wird eine axiale Ausdehnung des Stapels 15 erzeugt, die insbesondere an ein (nicht dargestelltes) Übertragungselement übertragen wird, das mit dem Mittelbereich 22 gekoppelt ist. Hierzu ist es erforderlich, dass das erste Gehäusebauteil 12 bzw. der Mittelbereich 22 axial beweglich angeordnet ist. Dies erfolgt mittels des (elastischen) Umgebungsbereichs 23, der an seinem Außenumfang mit der Innenwand 24 des zweiten Gehäuseteils 13 dicht verbunden ist. Hierbei erfolgt die Verbindung zwischen den beiden Gehäuseteilen 12 und 13 insbesondere durch eine Schweißverbindung, die als radial umlaufende Schweißnaht 25 an der Innenwand des zweiten Gehäuseteils 13 ausgebildet ist. Mittels des insbesondere als Stahlmembran ausgebildeten Umgebungsbereichs 23 lässt sich auch die benötigte Axialkraft F auf den Stapel 15 übertragen bzw. ausbilden. Hierzu ist es auch erforderlich, dass der radial umlaufende Innenbereich 26 des Umgebungsbereichs 23 mit dem starren Mittelbereich 22 fest verbunden ist, wiederum bevorzugt durch eine Schweißverbindung. Eine derartige Verbindung zwischen dem starren Mittelbereich 22 und dem Umgebungsbereich 23 ist jedoch nur erforderlich, wenn der starre Mittelbereich 22 und der Umgebungsbereich 23 als separate Bauteile ausgebildet sind.
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Durch die feste und dichte Verbindung zwischen den beiden Gehäuseteilen 12 und 13 wird erfindungsgemäß der Zutritt von Medien, insbesondere von Feuchtigkeit in den Innenraum des Gehäuses 14 vermieden.
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Ergänzend wird erwähnt, dass die dichte Ausbildung des Innenraums 14 des Gehäuses 11 auch durch andere Maßnahmen erzielt werden kann. So ist es beispielsweise denkbar, dass die beiden Gehäuseteile 12 und 13 unter Zwischenlage eines Dichtelements miteinander verbunden sind, wobei die beiden Gehäuseteile 12 und 13 dann beispielsweise mittels eines form- und/oder kraftschlüssig wirkenden Elements miteinander verbunden sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007021337 A1 [0002, 0015]
