DE102010025149B4 - Electronically controllable drive device - Google Patents

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Abstract

Elektronisch ansteuerbare Antriebsvorrichtung mit einem Mikrolinear- oder Piezoantrieb (1), dessen Stellglied (2) sich schrittweise auf einer ebenen Bahn (3) bewegt, und das Stellglied (2) oder ein damit verbundenes Teil (5) auf eine im spitzen Winkel zur Bewegungsbahn (3) des Stellglieds (2) verlaufende Gleitbahn (4) eines vertikal geführten, heb- und senkbaren Stößels (6) einwirkt, sodass die Bewegungen des Stellgliedes (2) in vertikale und verkürzte Hub- oder Absenkbewegungen des Stößels (6) umgesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, dass symmetrisch zu beiden Seiten einer Mittellinie (10) je ein Mikrolinearantrieb (1, 1') angeordnet ist mit Bewegungsbahnen (3, 3') der Stellglieder (2, 2'), die im spitzen Winkel zur Horizontalen verlaufen und entgegengesetzt geneigt sind, und dass sich auf diese Bewegungsbahnen (3, 3') eine um eine vertikale Mittelachse (11) drehbare und mit dem Stößel (6) zusammenwirkende Hubbrücke (12) abstützt, die von den Stellgliedern (2, 2') aus einer unteren Ausgangsstellung in eine obere Endstellung verdrehbar ist und die beim Verdrehen um die Mittelachse (11) sich hebt oder absenkt und dabei den Stößel (6) mitnimmt.Electronically controllable drive device with a microlinear or piezo drive (1), whose actuator (2) moves stepwise on a flat path (3), and the actuator (2) or a part (5) connected thereto at an acute angle to the trajectory (3) of the actuator (2) extending slideway (4) of a vertically guided, raised and lowered plunger (6) acts, so that the movements of the actuator (2) in vertical and shortened lifting or lowering movements of the plunger (6) are implemented , characterized in that symmetrical to both sides of a center line (10) each a microlinear drive (1, 1 ') is arranged with trajectories (3, 3') of the actuators (2, 2 '), which extend at an acute angle to the horizontal and are inclined in opposite directions, and that on these trajectories (3, 3 ') about a vertical central axis (11) rotatable and with the plunger (6) cooperating lifting bridge (12) is supported by the actuators (2, 2') one lower initial position in an upper end position is rotatable and when rotating about the central axis (11) raises or lowers while the plunger (6) entrains.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektronisch ansteuerbare Antriebsvorrichtung mit einem Mikrolinear- oder Piezoantrieb, dessen Stellglied sich schrittweise auf einer ebenen Bahn bewegt, wobei das Stellglied oder ein damit verbundenes Teil auf eine im spitzen Winkel zur Bewegungsbahn des Stellglieds verlaufende Gleitbahn eines vertikal geführten, heb- und senkbaren Stößels einwirkt, sodass die Bewegung des Stellgliedes in vertikale und verkürzte Hub- und Absenkbewegungen des Stößels umgesetzt wird.The invention relates to an electronically controllable drive device with a microlinear or piezo drive whose actuator moves stepwise on a flat path, wherein the actuator or an associated part on a running at an acute angle to the movement path of the actuator slideway of a vertically guided, lift - And lowerable plunger acts, so that the movement of the actuator is converted into vertical and shortened lifting and lowering movements of the plunger.

Antriebsvorrichtungen dieser Art sind bekannt aus der US 2009/140607 A1 . Diese bekannte steuerbare Antriebsvorrichtung dient zur Einstellung einer Linse einer digitalen Kamera.Drive devices of this type are known from the US 2009/140607 A1 , This known controllable drive device is used to set a lens of a digital camera.

Die vertikalen Bewegungen des Stößels können beispielsweise im Labor zum Betreiben von Pumpen genutzt werden, um kleinste, aber genau dosierbare Flüssigkeitsmengen wie Reagenzien zu fördern und Hohlräume oder anderen Stoffen zuzuführen.The vertical movements of the plunger can be used, for example in the laboratory to operate pumps to promote the smallest, but precisely metered amounts of liquid such as reagents and supply cavities or other substances.

Insbesondere bei DNA-Analysen und molekularen gentechnischen Untersuchungen können zahlreiche derartiger Pumpen eingesetzt werden, um gleichzeitig oder in vorbestimmter zeitlicher Aufeinanderfolge unterschiedliche Reagenzien den Proben oder gleiche Reagenzien unterschiedlichen Proben zuzuführen.In particular, in DNA analysis and molecular engineering studies, numerous such pumps can be used to simultaneously or in a predetermined time sequence different reagents the samples or the same reagents different samples.

Ferner können mit diesen Antriebsvorrichtungen Mikrowerkzeuge bewegt werden oder Farbstoffe aus Düsen gespritzt werden oder Hohlräumen eines Displays zugeführt werden.Furthermore, with these drive devices, micro-tools can be moved or dyes sprayed from nozzles or cavities of a display can be supplied.

Für den Antrieb des Stellgliedes sind alle Mikrolinearantriebe geeignet, deren Stellglied auf kleinste Schritte genau positionierbar ist und mit ausreichender Kraft und Geschwindigkeit den Stößel in die programmierte Stellung bringen kann.For the drive of the actuator all micro-linear drives are suitable, the actuator can be accurately positioned to the smallest steps and can bring the plunger into the programmed position with sufficient force and speed.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die Hubkraft des Stößels eines derartigen Mikroantriebes deutlich zu vergrößern. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass symmetrisch zu beiden Seiten einer Mittellinie je ein Mikrolinearantrieb angeordnet ist, mit Bewegungsbahnen der Stellglieder, die im spitzen Winkel zur Horizontalen verlaufen und entgegengesetzt geneigt sind, und dass sich auf diese Bewegungsbahnen eine um eine vertikale Mittelachse drehbare und mit dem Stößel zusammenwirkende Hubbrücke abstützt, die von den Stellgliedern aus einer unteren Ausgangsstellung in eine obere Endstellung verdrehbar ist und die beim Verdrehen um die Mittelachse sich hebt und absenkt und dabei den Stößel mitnimmt.The invention is based on the object to significantly increase the lifting force of the plunger of such a micro-drive. This object is achieved in that symmetrically arranged on either side of a center line per a microlinear drive, with trajectories of the actuators which are at an acute angle to the horizontal and inclined in opposite directions, and that on these trajectories rotatable about a vertical center axis and cooperating with the plunger lifting bridge, which is rotatable by the actuators from a lower starting position to an upper end position and which raises and lowers during rotation about the central axis and thereby takes the plunger.

Bei dieser Ausführung können die Bewegungsbahnen der Stellglieder gerade sein, dabei aber wandern während der Drehung der Hubbrücke die Stützpunkte der Hubbrücke. Dieses Wandern der Stützpunkte der Hubbrücke kann vermieden werden, wenn die Bewegungsbahnen halbkreisförmig so gekrümmt sind, dass die Hubbrücke an beiden Enden sich auf die entgegengesetzt geneigten Bewegungsbahnen abstützt.In this embodiment, the trajectories of the actuators may be straight, but while moving the hub of the lift bridge during rotation. This migration of the bases of the lifting bridge can be avoided if the trajectories are semicircular curved so that the lifting bridge is supported at both ends to the oppositely inclined trajectories.

Die Stellglieder und/oder der Stößel stehen unter der Wirkung einer Rückstellkraft zum Beispiel einer Rückstellfeder. Die Rückstellung in die Ausgangsstellung kann auch elektromagnetisch erfolgen.The actuators and / or the plunger are under the action of a restoring force, for example, a return spring. The return to the starting position can also be done electromagnetically.

In der folgenden Beschreibung werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Die Zeichnungen zeigen inIn the following description, embodiments of the invention will be described in more detail with reference to the drawings. The drawings show in

1 eine Draufsicht auf eine Antriebsvorrichtung mit zwei Mikrolinearantrieben, bei denen die Bewegungsbahn der Stellglieder gerade ist, 1 a top view of a drive device with two microlinear drives, in which the trajectory of the actuators is straight,

2 eine Seitenansicht der Vorrichtung gemäß 1, 2 a side view of the device according to 1 .

3 eine Draufsicht auf eine Antriebsvorrichtung mit zwei Mikrolinearantrieben, bei denen die Bewegungsbahn der Stellglieder kreisbogenförmig ist, in Ausgangsstellung, 3 a plan view of a drive device with two microlinear drives, in which the trajectory of the actuators is circular arc, in the starting position,

4 eine Ansicht nach der Schnittlinie A-A in 3, 4 a view after the section line AA in 3 .

5 eine Draufsicht auf eine Vorrichtung gem. 2 in Hubstellung, 5 a plan view of a device acc. 2 in lifting position,

6 eine Ansicht nach der Schnittlinie B-B in 5. 6 a view after the section line BB in 5 ,

Die in den 1 und 2 im Prinzip dargestellte Antriebsvorrichtung arbeitet mit symmetrisch zu beiden Seiten einer Mittellinie 10 angeordnete Mikrolinearaktoren oder Piezoaktoren 1, 1', deren Bewegungsbahnen 3, 3' der Stellglieder 2, 2' gerade sind und im spitzen Winkel zur Horizontalen verlaufen. Die Bewegungsbahn 3 des Stellgliedes 2 ist gegenüber der Bewegungsbahn 3' des Stellgliedes 2' entgegengesetzt geneigt. Der Abstand der zueinander parallelen Bewegungsbahnen 3, 3' voneinander beträgt 60 bis 80% der Länge der Bewegungsbahn 3 oder 3' der Stellglieder 2, 2'. Die Bewegungsbahnen 3, 3' der Stellglieder 2, 2' sind als Gleitbahnen ausgebildet, auf die sich eine um die vertikale Mittelachse 11 drehbare Hubbrücke 12 abstützt. In den 1 und 2 befindet sich die Hubbrücke 12 in maximaler Hubstellung. Wird die Hubbrücke 12 in 1 von einer Rückstellfeder in Gegenuhrzeigersinn um einen Drehwinkel von 100–110° zurückgedrückt, dann gleiten die Brückenarme auf den entgegengesetzt geneigten Bewegungsbahnen 3, 3' nach unten in die Ausgangsstellung. In 1 ist in Phantomlinien auch die Mittelstellung der Hubbrücke 12 gekennzeichnet.The in the 1 and 2 The drive device shown in principle operates symmetrically on both sides of a center line 10 arranged microlineactors or piezoactuators 1 . 1' whose trajectories 3 . 3 ' the actuators 2 . 2 ' straight and at an acute angle to the horizontal. The trajectory 3 of the actuator 2 is opposite the trajectory 3 ' of the actuator 2 ' oppositely inclined. The distance between the mutually parallel trajectories 3 . 3 ' each other is 60 to 80% of the length of the trajectory 3 or 3 ' the actuators 2 . 2 ' , The trajectories 3 . 3 ' the actuators 2 . 2 ' are designed as slideways, on which one around the vertical center axis 11 rotatable lifting bridge 12 supported. In the 1 and 2 is the lifting bridge 12 in maximum lifting position. Will the lifting bridge 12 in 1 pushed back by a return spring counterclockwise by a rotation angle of 100-110 °, then slide the bridge arms on the oppositely inclined trajectories 3 . 3 ' down to the starting position. In 1 is also the center position of the lifting bridge in phantom lines 12 characterized.

In den 3 bis 6 ist eine Vorrichtung dargestellt, bei der die im spitzen Winkel zur Horizontalen geneigten Bewegungsbahnen 3, 3' der Stellglieder 2, 2' und Gleitbahnen für die Stützpunkte der um die Mittelachse 12 drehbaren Hubbrücke 12 halbkreisförmig um die Mittelachse 11 gekrümmt sind. Die stets in gleicher Höhe sich befindenden Stützpunkte der Hubbrücke 12 befinden sich stets an den beiden Enden der Hubbrücke 12 und verschieben sich nicht während der Drehung der Hubbrücke 12. Die 3 und 4 zeigen die Hubbrücke 12 nach Verlassen der Ausgangsstellung und die 5 zeigt die Hubbrücke 12 nach einer Drehung um ca. 120° in einer Stellung vor Erreichen des maximalen Hubs.In the 3 to 6 a device is shown in which the inclined at an acute angle to the horizontal trajectories 3 . 3 ' the actuators 2 . 2 ' and slideways for the bases around the central axis 12 rotatable lifting bridge 12 semicircular around the central axis 11 are curved. The always located at the same height are the bases of the lifting bridge 12 are always at the two ends of the lifting bridge 12 and do not move during the rotation of the lift bridge 12 , The 3 and 4 show the lift bridge 12 after leaving the starting position and the 5 shows the lifting bridge 12 after a rotation of about 120 ° in a position before reaching the maximum stroke.

Zwischen der Hubbrücke 12 und den Bewegungsbahnen 3, 3', auf die sich die Hubbrücke 12 abstützt, sind an den Stützpunkten keilförmige Gleitstücke 13 angeordnet.Between the lifting bridge 12 and the trajectories 3 . 3 ' on which the lift bridge 12 supported, wedge-shaped sliders are at the bases 13 arranged.

Bei der Vorrichtung nach den 3 und 5 sind auf einer kreisrunden Fläche zwei Piezoaktoren mit halbkreisförmigen Bewegungsbahnen der Stellglieder angeordnet. Um die Hubkraft des Stößels 6 zu verstärken, können auch vier Piezoaktoren 1 mit 90° oder viertelkreisbogenförmige Bewegungsbahnen und eine Hubbrücke mit vier auf die Bewegungsbahnen sich abstützende Arme vorgesehen sein. In diesem Fall sind die Bewegungsbahnen der Stellglieder kürzer und steiler.In the device according to the 3 and 5 are arranged on a circular surface two piezo actuators with semicircular trajectories of the actuators. To the lifting force of the ram 6 To amplify, also four piezo actuators 1 be provided with 90 ° or quarter circular arc-shaped trajectories and a lifting bridge with four on the trajectories supporting arms. In this case, the trajectories of the actuators are shorter and steeper.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1, 1'1, 1 '
Mikrolinearantrieb, PiezoantriebMicrolinear drive, piezo drive
2, 2'2, 2 '
Stellgliedactuator
3, 3'3, 3 '
Bewegungsbahn des StellgliedsTrajectory of the actuator
4, 4'4, 4 '
Gleitbahnslipway
66
Stößeltappet
1010
Mittelliniecenter line
1111
Mittelachsecentral axis
1212
HubbrückeHubbrücke
1313
Gleitstückslide

Claims (6)

Elektronisch ansteuerbare Antriebsvorrichtung mit einem Mikrolinear- oder Piezoantrieb (1), dessen Stellglied (2) sich schrittweise auf einer ebenen Bahn (3) bewegt, und das Stellglied (2) oder ein damit verbundenes Teil (5) auf eine im spitzen Winkel zur Bewegungsbahn (3) des Stellglieds (2) verlaufende Gleitbahn (4) eines vertikal geführten, heb- und senkbaren Stößels (6) einwirkt, sodass die Bewegungen des Stellgliedes (2) in vertikale und verkürzte Hub- oder Absenkbewegungen des Stößels (6) umgesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, dass symmetrisch zu beiden Seiten einer Mittellinie (10) je ein Mikrolinearantrieb (1, 1') angeordnet ist mit Bewegungsbahnen (3, 3') der Stellglieder (2, 2'), die im spitzen Winkel zur Horizontalen verlaufen und entgegengesetzt geneigt sind, und dass sich auf diese Bewegungsbahnen (3, 3') eine um eine vertikale Mittelachse (11) drehbare und mit dem Stößel (6) zusammenwirkende Hubbrücke (12) abstützt, die von den Stellgliedern (2, 2') aus einer unteren Ausgangsstellung in eine obere Endstellung verdrehbar ist und die beim Verdrehen um die Mittelachse (11) sich hebt oder absenkt und dabei den Stößel (6) mitnimmt.Electronically controllable drive device with a microlinear or piezo drive ( 1 ) whose actuator ( 2 ) progressively on a flat track ( 3 ), and the actuator ( 2 ) or an associated part ( 5 ) at an acute angle to the trajectory ( 3 ) of the actuator ( 2 ) running slideway ( 4 ) of a vertically guided, raised and lowered plunger ( 6 ), so that the movements of the actuator ( 2 ) in vertical and shortened lifting or lowering movements of the plunger ( 6 ), characterized in that symmetrically to both sides of a center line ( 10 ) one microlearear drive each ( 1 . 1' ) is arranged with trajectories ( 3 . 3 ' ) of the actuators ( 2 . 2 ' ), which are at an acute angle to the horizontal and inclined in opposite directions, and that these trajectories ( 3 . 3 ' ) one about a vertical central axis ( 11 ) rotatable and with the plunger ( 6 ) cooperating lifting bridge ( 12 ) supported by the actuators ( 2 . 2 ' ) is rotatable from a lower starting position to an upper end position and when turning about the central axis ( 11 ) raises or lowers while holding the plunger ( 6 ) takes along. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsbahnen (3, 3') der Stellglieder (2, 2') gerade sind und die Hubbrücke (12) über zwei axial verschiebbare Gleitstücke (13) auf die Bewegungsbahnen (3, 3') der Stellglieder (2, 2') abgestützt ist.Drive device according to claim 1, characterized in that the movement paths ( 3 . 3 ' ) of the actuators ( 2 . 2 ' ) are straight and the lifting bridge ( 12 ) via two axially displaceable sliders ( 13 ) on the trajectories ( 3 . 3 ' ) of the actuators ( 2 . 2 ' ) is supported. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsbahnen (3, 3') der Stellglieder (2, 2') und Gleitstücke (13) für die Stützpunkte der Hubbrücke (12) um die Mittelachse (11) kreisbogenförmig gekrümmt sind.Drive device according to claim 1, characterized in that the movement paths ( 3 . 3 ' ) of the actuators ( 2 . 2 ' ) and sliders ( 13 ) for the bases of the lifting bridge ( 12 ) about the central axis ( 11 ) are curved in a circular arc. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,dass der Stößel (6) unter der Wirkung einer Rückstellfeder steht.Drive device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the plunger ( 6 ) is under the action of a return spring. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Stößel (6) elektromagnetisch in die Ausgangsposition rückführbar ist.Drive device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the plunger ( 6 ) is electromagnetically traceable to the starting position. Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass vier Piezoaktoren (1) mit 90° oder viertelkreisbogenförmigen Bewegungsbahnen (3, 3') vorgesehen sind und die Hubbrücke mit vier auf die Bewegungsbahnen sich abstützenden Armen vorgesehen ist.Drive device according to one of claims 1 to 5, characterized in that four piezo actuators ( 1 ) with 90 ° or quarter-circular arc-shaped trajectories ( 3 . 3 ' ) are provided and the lifting bridge is provided with four on the trajectories supporting arms.
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