DE102010029278A1 - Device for detecting angular accelerations toward rotation degree of freedom and for applying rotational torques or rotational angles toward rotation degree of freedom, has transducer attached to surface of strip material - Google Patents
Device for detecting angular accelerations toward rotation degree of freedom and for applying rotational torques or rotational angles toward rotation degree of freedom, has transducer attached to surface of strip material Download PDFInfo
- Publication number
- DE102010029278A1 DE102010029278A1 DE102010029278A DE102010029278A DE102010029278A1 DE 102010029278 A1 DE102010029278 A1 DE 102010029278A1 DE 102010029278 A DE102010029278 A DE 102010029278A DE 102010029278 A DE102010029278 A DE 102010029278A DE 102010029278 A1 DE102010029278 A1 DE 102010029278A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- strip material
- contraption
- mechanical
- device part
- base
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 61
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 title description 7
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims description 27
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 4
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 8
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 4
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 4
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- BUHVIAUBTBOHAG-FOYDDCNASA-N (2r,3r,4s,5r)-2-[6-[[2-(3,5-dimethoxyphenyl)-2-(2-methylphenyl)ethyl]amino]purin-9-yl]-5-(hydroxymethyl)oxolane-3,4-diol Chemical compound COC1=CC(OC)=CC(C(CNC=2C=3N=CN(C=3N=CN=2)[C@H]2[C@@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O2)O)C=2C(=CC=CC=2)C)=C1 BUHVIAUBTBOHAG-FOYDDCNASA-N 0.000 description 1
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/10—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
- G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
- G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
- G01P15/0888—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values for indicating angular acceleration
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
- G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
- G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
- G01P15/09—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by piezoelectric pick-up
- G01P15/0922—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by piezoelectric pick-up of the bending or flexing mode type
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
- G01P15/18—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration in two or more dimensions
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/30—Piezoelectric or electrostrictive devices with mechanical input and electrical output, e.g. functioning as generators or sensors
- H10N30/302—Sensors
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
- G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
- G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
- G01P2015/0805—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
- G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
- G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
- G01P2015/0805—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration
- G01P2015/0857—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values being provided with a particular type of spring-mass-system for defining the displacement of a seismic mass due to an external acceleration using a particular shape of the suspension spring
Abstract
Description
TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNGTECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung mit mindestens einer Spiralfeder und den weiteren Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Patentanspruchs 1.The invention relates to a device having at least one spiral spring and the further features of the preamble of
Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine solche Vorrichtung, die als Sensor für einen Rotationsfreiheitsgrad verwendbar ist, wobei es wiederum insbesondere darum geht, Winkelbeschleunigungen in Richtung des Rotationsfreiheitsgrads zu erfassen. Auch die Erfassung von Drehwinkeln in Richtung des Rotationsfreiheitsgrads kann von Interesse sein. Parallel dazu betrifft die vorliegende Erfindung auch solche Vorrichtungen, die als Aktuator für einen Rotationsfreiheitsgrad geeignet sind, um Drehmomente oder Drehwinkel in Richtung des Rotationsfreiheitsgrads aufzubringen.More particularly, the present invention relates to such a device which is useful as a rotational degree of freedom sensor, again, in particular, to detect angular accelerations in the direction of rotational freedom. Also, the detection of rotation angles in the direction of the rotational degree of freedom may be of interest. In parallel, the present invention also relates to such devices that are suitable as a rotational degree of freedom actuator to apply torques or rotation angle in the direction of rotation degree of freedom.
Die vorliegende Erfindung ist aber ausdrücklich nicht auf solche Vorrichtungen beschränkt, die nur einen Rotationsfreiheitsgrad abdecken. Vielmehr können sowohl mehrere Rotationsfreiheitsgrade als auch zusätzliche Translationsfreiheitsgrade abgedeckt werden.However, the present invention is expressly not limited to those devices that cover only one rotational degree of freedom. Rather, both multiple rotational degrees of freedom as well as additional translational degrees of freedom can be covered.
STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART
Aus der
AUFGABE DER ERFINDUNGOBJECT OF THE INVENTION
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Patentanspruchs 1 aufzuzeigen, die als Sensor und Aktuator auch für größere Drehwinkel und Kräfte geeignet ist.The invention has for its object to provide a device with the features of the preamble of
LÖSUNGSOLUTION
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe der Erfindung durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der neuen Vorrichtung sind in den abhängigen Patentansprüchen 2 bis 18 definiert. Der Patentanspruch 19 betrifft die Verwendung der neuen Vorrichtung als Sensor zumindest für Drehbewegungen und der Patentanspruch 20 betrifft die Verwendung der neuen Vorrichtung als Aktuator zumindest für Drehbewegungen.According to the invention, the object of the invention is achieved by a device having the features of
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDESCRIPTION OF THE INVENTION
Bei der neuen Vorrichtung greift an mindestens einer in ihrer einen Haupterstreckungsrichtung parallel zu der Achse verlaufenden und sich in ihrer anderen Haupterstreckungsrichtung um diese herum windenden Oberfläche des Bandmaterials mindestens ein mechanisch-elektrischer Wandler an. Ein solcher mechanisch-elektrischer Wandler wandelt mechanische Spannungen in elektrische Signale und umgekehrt. Ein Piezowiderstand fällt nicht unter diese Definition, selbst wenn die bevorzugte Ausführungsform des mechanisch-elektrischen Wandlers ein piezoelektrischer Wandler ist. Indem der mechanisch-elektrische Wandler bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung an der parallel zu der Achse verlaufenden und sich um die Achse herum windenden Oberfläche des Bandmaterials angreift, weist er eine hohe Sensibilität bezüglich der Rotationen des von der Spiralfeder abgestützten Vorrichtungsteils auf. So können sowohl Drehbewegungen des Vorrichtungsteils gegenüber der Basis genau erfasst und unter Berücksichtigung der Steifigkeit der Spiralfeder bestimmten Drehmomenten und somit Winkelbeschleunigungen zugeordnet werden, als auch in umgekehrter Richtung Drehbewegungen des Vorrichtungsteils gegenüber der Basis gezielt hervorgerufen werden. Zwar wirken sich die herrschenden Kraft-Weg-Übersetzungsverhältnisse auf diese beiden Empfindlichkeiten gegenläufig aus, doch ist bei bekannten mechanisch-elektrischen Wandlern normalerweise der mit zunehmender Spannung zurückgelegte Weg nur sehr klein, so dass eine massive Wegvergrößerung unter definierten Bedingungen nur für ausgewogene Verhältnisse und nicht dafür sorgt, dass der mechanisch-elektrische Wandler als Sensor gegenüber kleinen Bewegungen unempfindlich würde.In the new device, at least one mechanical-electrical converter engages at least one surface of the strip material that runs parallel to the axis in its one main extension direction and that winds around it in its other main extension direction. Such a mechanical-electrical converter converts mechanical stresses into electrical signals and vice versa. A piezoresistor does not fall within this definition, even if the preferred embodiment of the mechanical-electrical transducer is a piezoelectric transducer. By the mechanical-electrical converter in the device according to the invention on the parallel to the axis and running around the axis winds around surface of the strip material, it has a high sensitivity to the rotations of the device supported by the coil spring device part. Thus, both rotational movements of the device part relative to the base can be detected accurately and given the stiffness of the coil spring specific torques and thus angular accelerations are assigned, as well as in the opposite direction rotational movements of the device part relative to the base are deliberately caused. Although the prevailing force-displacement ratios affect these two sensitivities in opposite directions, in known mechanical-electrical transducers the distance traveled with increasing voltage is usually very small, so that a massive travel magnification under defined conditions only for balanced conditions and not ensures that the mechanical-electrical transducer as a sensor against small movements would be insensitive.
Bei der neuen Vorrichtung ist es bevorzugt, wenn das erste, an der Basis festliegende Ende das äußere Ende des Bandmaterials und das zweite, an dem Vorrichtungsteil angreifende Ende das innere Ende des Bandmaterials ist. Die Spiralfeder windet sich damit um das elastisch abgestützte Vorrichtungsteil herum.In the new device, it is preferable that the first end fixed to the base is the outer end of the strip material and the second end engaging the device part is the inner end of the strip material. The coil spring thus winds around the resiliently supported device part.
Weiter ist es bei der neuen Vorrichtung bevorzugt, wenn das zweite Ende an dem Vorrichtungsteil festliegt oder zumindest über einen Festkörpergelenk an dem Vorrichtungsteil angreift, um hier eine spiel- und totpunktfreie Anbindung zu schaffen.Further, it is preferred in the new device, when the second end is fixed to the device part or at least via a solid-state joint on the device part attacks to create a play and dead-point connection here.
In der neuen Vorrichtung weist der mechanisch-elektrische Wandler eine längs der jeweiligen Oberfläche des Bandmaterials um die Achse herum gekrümmte Arbeitsrichtung auf. Dabei ist es bevorzugt, wenn der mechanisch-elektrische Wandler Anschlusselektroden aufweist, die längs seiner Arbeitsrichtung und damit längs der Oberfläche des Bandmaterials verlaufen, an der der mechanisch elektrische Wandler angreift. Dabei ist es auch möglich, mindestens eine der Anschlusselektroden des piezo-elektrischen Wandlers durch das Bandmaterial auszubilden oder zumindest über das Bandmaterial elektrisch zu kontaktieren, wenn dieses elektrisch leitfähig ist. Letzteres ist dann der Fall wenn das Bandmaterial ein Metall ist oder ein leitfähiger Kohlenstofffaserverbund. Das Bandmaterial muss aber nicht elektrisch leitfähig sein, sondern kann auch aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff, optional mit Verstärkung bspw. durch Glasfasern bestehen.In the new apparatus, the mechanical-electrical converter has a working direction curved along the respective surface of the strip material around the axis. In this case, it is preferable for the mechanical-electrical converter to have connecting electrodes which extend along its working direction and thus along the surface of the strip material, against which the mechanical electrical transducer acts. It is also possible to form at least one of the terminal electrodes of the piezoelectric transducer by the strip material or to electrically contact at least over the strip material, if this is electrically conductive. The latter is the case when the strip material is a metal or a conductive carbon fiber composite. However, the strip material does not have to be electrically conductive, but may also consist of an electrically insulating plastic, optionally with reinforcement, for example, by glass fibers.
Bei der neuen Vorrichtung kann der mechanisch-elektrische Wandler an einer der beiden äußeren Oberflächen des Bandmaterials und nur an dieser Oberfläche angreifen. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform greift der mechanisch-elektrische Wandler an zwei einander gegenüberliegenden inneren Oberflächen des Bandmaterials an. Bei dieser Ausführungsform der neuen Vorrichtung kann beispielsweise der d15-Effekt von piezoelektrischen Materialien ausgenutzt werden. Vorzugsweise verläuft der mechanisch-elektrische Wandler bei dieser Ausführungsform der neuen Vorrichtung im Bereich der neutralen Faser des Bandmaterials.In the new device, the mechanical-electrical converter can engage one of the two outer surfaces of the strip material and only on this surface. In another preferred embodiment, the mechanical-electrical transducer engages two opposing inner surfaces of the strip material. In this embodiment of the new device, for example, the d 15 effect of piezoelectric materials can be exploited. Preferably, in this embodiment of the new device, the mechanical-electrical converter extends in the region of the neutral fiber of the strip material.
Es können auch mehrere mechanisch-elektrische Wandler an denselben oder verschiedenen Oberflächen des Bandmaterials angreifen. Bevorzugt ist es in diesem Fall, dass die mehreren mechanisch-elektrischen Wandler über die Erstreckung des Bandmaterials zwischen der Basis und dem Vorrichtungsteil verteilt angeordnet sind, um auf unterschiedliche Bereiche des Bandmaterials einzuwirken bzw. Verformungen dieser unterschiedlichen Bereiche des Bandmaterials zu erfassen.It can also attack several mechanical-electrical converter on the same or different surfaces of the strip material. It is preferred in this case that the plurality of mechanical-electrical transducers are distributed over the extent of the strip material between the base and the device part in order to act on different areas of the strip material or to detect deformations of these different areas of the strip material.
Besonders bevorzugt ist es, wenn der oder die mechanisch elektrischen Wandler über mindestens 25%, noch mehr bevorzugt über mindestens 33% und am meisten bevorzugt über mindestens 50% der Erstreckung des Bandmaterials zwischen der Basis und dem Vorrichtungsteil ausgedehnt sind. Idealerweise sind sie zumindest im Wesentlichen über die gesamte Erstreckung des Bandmaterials zwischen der Basis und dem Vorrichtungsteil ausgedehnt.It is particularly preferred if the mechanical electrical transducer or transducers are extended over at least 25%, more preferably over at least 33%, and most preferably over at least 50% of the extent of the strip material between the base and the device part. Ideally, they are at least substantially extended over the entire extent of the strip material between the base and the device part.
Wenn mehrere mechanisch-elektrische Wandler auf beiden äußeren Oberflächen des Bandmaterials vorgesehen sind, kann hierdurch in der Regel der Arbeitsbereich im Hinblick auf Drehbewegungen des Vorrichtungsteils relativ zu der Basis gegenüber dem Fall erweitert werden, dass die Wandler nur auf einer der äußeren Oberflächen vorliegen, weil mechanischelektrische Wandler häufig nicht in gleicher Weise durch elektrische Ansteuerung gedehnt und verkürzt werden können.As a result, if a plurality of mechanical-electrical transducers are provided on both outer surfaces of the strip material, the working area can generally be expanded with respect to rotational movements of the device part relative to the base, compared to the case in which the transducers are present only on one of the outer surfaces, because often mechanical electrical converters can not be stretched and shortened in the same way by electrical control.
Hinsichtlich der Anzahl der Windungen der Spiralfeder um die Achse ist eine Mindestanzahl von einer Windung, vorzugsweise von 2 Windungen einzuhalten, um durch den Angriff des mechanisch-elektrischen Wandlers an dem Bandmaterial der Spiralfeder eine möglichst reine Drehbewegung des Vorrichtungsteils um die Achse einzuleiten und umgekehrt. Andererseits ist zu berücksichtigen, dass sich bei einer größeren Anzahl von Windungen der Spiralfeder Drehbewegungen des Vorrichtungsteils gegenüber der Basis in immer kleiner werdenden lokalen Deformationen des Bandmaterials der Spiralfeder äußern. Zudem wird bei gleicher Steifigkeit des Bandmaterials die Gesamtsteifigkeit der Abstützung des Vorrichtungsteils immer geringer. Daher ist eine deutlich größere Anzahl von Windungen der Spiralfeder in der Regel nicht günstig.With regard to the number of turns of the coil spring about the axis, a minimum number of one turn, preferably of 2 turns, must be observed in order to initiate as pure as possible a rotary movement of the device part about the axis by the attack of the mechanical-electrical transducer on the strip material of the spiral spring and vice versa. On the other hand, it should be noted that, in a larger number of turns of the coil spring rotational movements of the device part relative to the base in ever smaller local deformations of the strip material of the coil spring express. In addition, with the same rigidity of Band material, the overall stiffness of the support of the device part is always lower. Therefore, a significantly larger number of turns of the coil spring is usually not favorable.
Hinsichtlich der Form der Spiralfedern ist eine archimedische Spirale um die Achse bevorzugt. Es können aber auch andere Spiralformen wie logarithmische, fermatsche und hyperbolische Spiralformen zur Anwendung kommen.Regarding the shape of the coil springs, an Archimedean spiral around the axis is preferred. However, other spiral shapes such as logarithmic, Fermatsche and hyperbolic spiral shapes may be used.
Bei der neuen Vorrichtung kann, wenn sie als Sensor oder Aktuator für reine Drehbewegungen zum Einsatz kommen soll, was eine bevorzugte Anwendung ist, das Vorrichtungsteil in einem Drehlager um die Achse drehbar an der Basis gelagert sein. Damit hat das Vorrichtungsteil nur den einen Rotationsfreiheitsgrad um die Achse.In the new device, if it is to be used as a sensor or actuator for pure rotational movements, which is a preferred application, the device part may be rotatably mounted on the base in a rotary bearing about the axis. Thus, the device part has only one rotational degree of freedom about the axis.
Grundsätzlich kann das Vorrichtungsteil aber auch zusätzlich mindestens einen parallel zu der Haupterstreckungsebene der Spiralfeder verlaufenden Translationsfreiheitsgrad gegenüber der Basis aufweisen. Selbst mit nur einer Spiralfeder und daran angeordneten mehreren mechanisch-elektrischen Wandlern kann auch dieser Translationsfreiheitsgrad angesteuert bzw. sensorisch abgedeckt werden. Bevorzugt ist es jedoch, wenn zur Ansteuerung bzw. zur Erfassung von Bewegungen in Richtung des mindestens eine Translationsfreiheitsgrads mindestens 2, vorzugsweise mindestens 3 und am meisten bevorzugt mindestens 4 in ihrer gemeinsamen Haupterstreckungsebene ineinander gewundene Spiralfedern mit an ihren Bandmaterialien angreifenden mechanisch-elektrischen Wandlern vorgesehen sind, die in unterschiedlichen Winkelbereichen um die Achse mit ihren einen Enden an der Basis festliegen und in unterschiedlichen Winkelbereichen um die Achse mit ihren anderen Enden an den Vorrichtungsteil angreifen. Die Bewegungen des Vorrichtungsteils in Richtung der Translationsfreiheitsgrade wirken sich dann typischerweise unterschiedlich auf die einzelnen Spiralfedern und damit die daran angeordneten mechanisch-elektrischen Wandler aus oder umgekehrt.In principle, however, the device part can additionally also have at least one translational degree of freedom with respect to the base running parallel to the main extension plane of the spiral spring. Even with only one spiral spring and several mechanical-electrical transducers arranged thereon, this degree of translational freedom can also be controlled or covered by sensors. However, it is preferred if at least 2, preferably at least 3, and most preferably at least 4 helical springs wound into one another in their common main extension plane are provided for triggering or detecting movements in the direction of the at least one translational degree of freedom with mechanical-electrical transducers acting on their band materials , which are fixed in different angular ranges about the axis with its one end to the base and engage in different angular ranges about the axis with its other ends to the device part. The movements of the device part in the direction of translational degrees of freedom then typically have different effects on the individual coil springs and thus the mechanical-electrical converters arranged thereon, or vice versa.
Bei der neuen Vorrichtung kann die Basis, an der das erste Ende des Bandmaterials der Spiralfeder festliegt, in einer zu der Haupterstreckungsebene der Spiralfeder orthogonalen Ebene über eine weitere Spiralfeder mit mindestens einem mechanisch-elektrischen Wandler in einer weiteren Basis abgestützt sein. Dies entspricht einem kaskadierten Aufbau zur Abdeckung verschiedener Bewegungsfreiheitsgrade, insbesondere Rotationsfreiheitsgrade mit der neuen Vorrichtung.In the new device, the base on which the first end of the strip material of the spiral spring is fixed, in a plane orthogonal to the main extension plane of the coil spring via a further spiral spring with at least one mechanical-electrical converter in a further basis be supported. This corresponds to a cascaded structure for covering various degrees of freedom of movement, in particular rotational degrees of freedom with the new device.
Grundsätzlich können aber auch mindestens zwei, vorzugsweise drei Spiralfedern mit zueinander orthogonalen Haupterstreckungsebenen ineinander gewunden sein, wobei die ersten Ende deren Bandmaterialien an derselben Basis festliegen und wobei die zweiten Enden deren Bandmaterialien an den Vorrichtungsteil angreifen. Es versteht sich, dass dabei die Deformationen der einzelnen Spiralfedern nicht unabhängig voneinander sind, was aber bei der Auswertung der Signale von den mechanisch-elektrischen Wandlern bzw. deren Ansteuerung berücksichtigt werden kann.In principle, however, it is also possible for at least two, preferably three spiral springs with mutually orthogonal main extension planes to be wound into one another, with the first ends of their strip materials being fixed to the same base and the second ends engaging their strip materials on the device part. It is understood that the deformations of the individual coil springs are not independent of each other, but this can be taken into account in the evaluation of the signals from the mechanical-electrical converters or their control.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibungseinleitung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen. Weitere Merkmale sind den Zeichnungen – insbesondere den dargestellten Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer Bauteile zueinander sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung – zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rückbeziehungen der Patentansprüche möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden. Ebenso können in den Patentansprüchen aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungsformen der Erfindung entfallen.Advantageous developments of the invention will become apparent from the claims, the description and the drawings. The advantages of features and of combinations of several features mentioned in the introduction to the description are merely exemplary and can come into effect alternatively or cumulatively, without the advantages having to be achieved by embodiments according to the invention. Further features are the drawings - in particular the illustrated geometries and the relative dimensions of several components to each other and their relative arrangement and operative connection - refer. The combination of features of different embodiments of the invention or of features of different claims is also possible deviating from the chosen relationships of the claims and is hereby stimulated. This also applies to those features which are shown in separate drawings or are mentioned in their description. These features can also be combined with features of different claims. Likewise, in the claims listed features for further embodiments of the invention can be omitted.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGURENBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
Im Folgenden wird die Erfindung anhand in den Figuren dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele weiter erläutert und beschrieben.In the following the invention will be further explained and described with reference to preferred embodiments shown in the figures.
FIGURENBESCHREIBUNGDESCRIPTION OF THE FIGURES
Die in
Bei der Spiralfeder
Bei der sich über eine volle Windung windenden Spiralfeder
Bei der sich über 1,5 Windungen um die Achse
In
Dem gegenüber zeigt
Demgegenüber skizziert
Von den in den
Bei der Vorrichtung
Bei experimentellen Erprobungen der neuen Vorrichtung ergab sich ein weitgehend linearer Zusammenhang zwischen der Spannung, mit der piezo-elektrische Wandler an der Spiralfeder angesteuert wurde, und den Winkel, um den ein um eine starre Achse
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Spiralfederspiral spring
- 22
- Bandmaterialband material
- 33
- äußere Oberflächeouter surface
- 44
- mechanisch-elektrischer Wandlermechanical-electrical converter
- 55
- piezo-elektrischer Wandlerpiezoelectric transducer
- 66
- zweites Endesecond end
- 77
- erstes Endefirst end
- 88th
- Achseaxis
- 99
- Vorrichtungcontraption
- 1010
- BasisBase
- 1111
- Vorrichtungsteildevice part
- 1212
- FestkörpergelenkSolid joint
- 1313
- äußere Oberflächeouter surface
- 1414
- innere Oberflächeinner surface
- 1515
- innere Oberflächeinner surface
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- CH 684029 A5 [0004] CH 684029 A5 [0004]
Claims (20)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102010029278.8A DE102010029278B4 (en) | 2010-05-25 | 2010-05-25 | Sensor and actuator for multiple rotational degrees of freedom |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102010029278.8A DE102010029278B4 (en) | 2010-05-25 | 2010-05-25 | Sensor and actuator for multiple rotational degrees of freedom |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102010029278A1 true DE102010029278A1 (en) | 2011-12-01 |
DE102010029278B4 DE102010029278B4 (en) | 2019-05-23 |
Family
ID=44924677
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102010029278.8A Expired - Fee Related DE102010029278B4 (en) | 2010-05-25 | 2010-05-25 | Sensor and actuator for multiple rotational degrees of freedom |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102010029278B4 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2015133903A1 (en) * | 2014-03-06 | 2015-09-11 | Stichting Vu-Vumc | Transducer for use in a capacitive vibration sensor |
US11371877B1 (en) * | 2020-11-25 | 2022-06-28 | Amazon Technologies, Inc. | Vibration amplification and detection device |
DE102022208695A1 (en) | 2022-08-23 | 2024-02-29 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Micromechanical device with a rotor |
Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6070981A (en) * | 1983-09-26 | 1985-04-22 | Olympus Optical Co Ltd | Piezoelectric rotary device |
CH684029A5 (en) | 1990-07-14 | 1994-06-30 | Bosch Gmbh Robert | Acceleration sensor. |
JPH1164096A (en) * | 1997-08-25 | 1999-03-05 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Spiral-type acceleration seismograph apparatus |
DE69513352T2 (en) * | 1994-08-19 | 2000-08-10 | Hughes Electronics Corp | Tunnel effect sensor made from a single semiconductor wafer and cost-effective IC manufacturing method |
US6121568A (en) * | 1997-04-15 | 2000-09-19 | Agie Sa | Electrical discharge machine with at least one wire electrode and method of machining a workpiece in such a machine |
US20030110859A1 (en) * | 2001-11-14 | 2003-06-19 | Ryoichi Fukui | Acceleration sensors and pedometers using same |
US20070171500A1 (en) * | 2006-01-25 | 2007-07-26 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Micro mirror employing piezo actuator |
DE69837752T2 (en) * | 1997-03-17 | 2007-10-18 | Canadian Space Agency, Saint-Hubert | TOPOLOGY AND MOTION MEASUREMENT INSTRUMENT |
DE60130940T2 (en) * | 2000-05-12 | 2008-01-31 | Fujitsu Ltd., Kawasaki | Piezoelectric actuator and information storage device |
DE102008036760A1 (en) * | 2008-08-07 | 2010-02-18 | Eurocopter Deutschland Gmbh | Rotating actuator for use in rotor blade for bearing-rotor of rotary wing aircraft, has reversibly bendable passive substrate layer, where longitudinal direction of substrate layer has two ends |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN1278651C (en) | 2000-06-23 | 2006-10-11 | 韦伯罗特龙股份有限公司 | Two-Way Mechano-electrical transducer |
-
2010
- 2010-05-25 DE DE102010029278.8A patent/DE102010029278B4/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6070981A (en) * | 1983-09-26 | 1985-04-22 | Olympus Optical Co Ltd | Piezoelectric rotary device |
CH684029A5 (en) | 1990-07-14 | 1994-06-30 | Bosch Gmbh Robert | Acceleration sensor. |
DE69513352T2 (en) * | 1994-08-19 | 2000-08-10 | Hughes Electronics Corp | Tunnel effect sensor made from a single semiconductor wafer and cost-effective IC manufacturing method |
DE69837752T2 (en) * | 1997-03-17 | 2007-10-18 | Canadian Space Agency, Saint-Hubert | TOPOLOGY AND MOTION MEASUREMENT INSTRUMENT |
US6121568A (en) * | 1997-04-15 | 2000-09-19 | Agie Sa | Electrical discharge machine with at least one wire electrode and method of machining a workpiece in such a machine |
JPH1164096A (en) * | 1997-08-25 | 1999-03-05 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Spiral-type acceleration seismograph apparatus |
DE60130940T2 (en) * | 2000-05-12 | 2008-01-31 | Fujitsu Ltd., Kawasaki | Piezoelectric actuator and information storage device |
US20030110859A1 (en) * | 2001-11-14 | 2003-06-19 | Ryoichi Fukui | Acceleration sensors and pedometers using same |
US20070171500A1 (en) * | 2006-01-25 | 2007-07-26 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Micro mirror employing piezo actuator |
DE102008036760A1 (en) * | 2008-08-07 | 2010-02-18 | Eurocopter Deutschland Gmbh | Rotating actuator for use in rotor blade for bearing-rotor of rotary wing aircraft, has reversibly bendable passive substrate layer, where longitudinal direction of substrate layer has two ends |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2015133903A1 (en) * | 2014-03-06 | 2015-09-11 | Stichting Vu-Vumc | Transducer for use in a capacitive vibration sensor |
US11371877B1 (en) * | 2020-11-25 | 2022-06-28 | Amazon Technologies, Inc. | Vibration amplification and detection device |
DE102022208695A1 (en) | 2022-08-23 | 2024-02-29 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Micromechanical device with a rotor |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE102010029278B4 (en) | 2019-05-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE4022464C2 (en) | Acceleration sensor | |
DE19817357B4 (en) | Micromechanical component | |
DE112008003808B4 (en) | accelerometer | |
DE102005005554B4 (en) | Method for checking a semiconductor sensor for a dynamic quantity | |
DE102012200929B4 (en) | Micromechanical structure and method for manufacturing a micromechanical structure | |
DE112009003522T5 (en) | accelerometer | |
DE102008006865B4 (en) | Inductive torque sensor | |
WO1997002467A1 (en) | Acceleration sensor | |
DE19930779A1 (en) | Micromechanical component has stop spring mounted on substrate via second flexural spring device with higher flexural stiffness that first flexural spring device for seismic mass | |
DE10116931A1 (en) | sensor | |
DE102009000729B4 (en) | sensor arrangement | |
DE102008040855A1 (en) | Three-axis accelerometer | |
DE19520004C2 (en) | Acceleration sensor | |
DE10195200B4 (en) | Vibration-type micro-gyroscope with a planar gimbals structure | |
DE112013002941T5 (en) | Physical quantity sensor of the capacitive type | |
DE102009026476A1 (en) | Micromechanical structure | |
WO2020207798A1 (en) | Micromechanical component for a capacitive sensor or switch device | |
DE102011118928A1 (en) | Rotation angle sensor | |
DE102010029278B4 (en) | Sensor and actuator for multiple rotational degrees of freedom | |
DE4228795C2 (en) | Yaw rate sensor and manufacturing method | |
DE102015222532A1 (en) | Micromechanical structure for an acceleration sensor | |
DE10235370A1 (en) | Micromechanical component especially an acceleration sensor for motor vehicles, has spring with non linear response for reduced sensitivity at high accelerations | |
WO1998011443A1 (en) | Sensor for capacitively recording an acceleration | |
DE102008042366A1 (en) | Sensor and method for producing a sensor | |
DE102008041757A1 (en) | Manufacturing method for a rotation sensor device and rotation sensor device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R016 | Response to examination communication | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R016 | Response to examination communication | ||
R018 | Grant decision by examination section/examining division | ||
R020 | Patent grant now final | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |