DE102013110356B4

DE102013110356B4 - ultrasonic actuator

Info

Publication number: DE102013110356B4
Application number: DE102013110356.1A
Authority: DE
Inventors: Wladimir Wischnewskiy; Alexej Wischnewski
Original assignee: Physik Instrumente PI GmbH and Co KG
Current assignee: Physik Instrumente PI GmbH and Co KG
Priority date: 2013-09-19
Filing date: 2013-09-19
Publication date: 2018-08-30
Anticipated expiration: 2033-09-20
Also published as: DE102013110356A1

Abstract

Ultraschallaktor (1), vorzugsweise für einen Ultraschallmotor, umfassend ein Piezoelement (2) in Form einer rechteckigen piezoelektrischen Platte (3) mit zwei flächenmäßig größten Hauptflächen (4, 5) und die Hauptflächen miteinander verbindenden kürzeren und längeren Seitenflächen (6, 7, 8, 9), wobei an jeder der Hauptflächen (4, 5) wenigstens eine Elektrode zur elektrischen Erregung des Ultraschallaktors angeordnet ist, und an einer der kürzeren Seitenflächen (8), die eine Verbindungsseitenfläche bildet, ein Friktionselement (14) angeordnet ist, und das Friktionselement einen Basisabschnitt (15) mit einer Verbindungsoberfläche (16) und einen sich an den Basisabschnitt anschließenden Wirkabschnitt mit einem Friktionsabschnitt an seinem distalen Ende aufweist, wobei das Friktionselement über die Verbindungsoberfläche mit der Verbindungsseitenfläche verbunden ist, und die Fläche der Verbindungsoberfläche gleich der Verbindungsseitenfläche ist, und wobei sich der Wirkabschnitt in einer zum Basisabschnitt abgewandten Richtung derart erstreckt, dass sich die zur Verbindungsseitenfläche parallel verlaufenden Querschnittsflächen des Wirkabschnitts, die Wirkabschnittquerschnittsflächen S1, S2, S3,...,Sn bilden, in Erstreckungsrichtung kontinuierlich verkleinern, dadurch gekennzeichnet, dass ein parallel zu den beiden Hauptflächen des Ultraschallaktors verlaufender Querschnitt des Wirkabschnitts, der einen Wirkabschnittslängsquerschnitt bildet, eine symmetrische Form mit Krümmungsabschnitten (24) aufweist, wobei jeder der Krümmungsabschnitte des Wirkabschnittlängsquerschnitts durch eine reziproke Potenzfunktion mit den Exponenten 2 oder 4 beschreibbar ist.Ultrasonic actuator (1), preferably for an ultrasonic motor, comprising a piezoelectric element (2) in the form of a rectangular piezoelectric plate (3) with two major surfaces (4, 5) with the largest surface area and the shorter and longer side surfaces (6, 7, 8 , 9), wherein on each of the main surfaces (4, 5) at least one electrode for electrical excitation of the ultrasonic actuator is arranged, and at one of the shorter side surfaces (8), which forms a connecting side surface, a friction element (14) is arranged Friction member having a base portion (15) having a connection surface (16) and an operative portion adjoining the base portion having a friction portion at its distal end, the friction member being connected to the connection side surface via the connection surface, and the surface of the connection surface being equal to the connection side surface , and where the Wi rkabschnitt extends in a direction away from the base portion so that the parallel to the connection side surface extending cross-sectional surfaces of the active portion, the effective portion cross-sectional areas S1, S2, S3, ..., Sn, continuously narrow in the extension direction, characterized in that a parallel to the two Main surfaces of the ultrasonic actuator extending cross-section of the active portion, which forms a Wirkabschnittslängsquerschnitt, a symmetrical shape with curvature sections (24), each of the curvature sections of the effective section longitudinal section by a reciprocal power function with the exponent 2 or 4 is writable.

Description

Die Erfindung betrifft einen Ultraschallaktor gemäß den Ansprüchen 1 bis 6. Die DE 199 45 042 C2 beschreibt einen piezoelektrischen Antrieb mit einem plattenförmigen und im Wesentlichen rechteckigen Aktor, bei welchem an einer seiner Stirnflächen ein Friktionselement angeordnet ist. Der Aktor ist dazu ausgebildet, eine Biegeschwingung und eine Longitudinalschwingung auszuführen.The invention relates to a Ultraschallaktor according to claims 1 to 6. Die DE 199 45 042 C2 describes a piezoelectric drive with a plate-shaped and substantially rectangular actuator, in which a friction element is arranged on one of its end faces. The actuator is designed to execute a bending vibration and a longitudinal vibration.

Die US 6 879 085 B1 lehrt einen piezoelektrischen Antrieb mit einem Aktor in Form einer dünnen, rechteckigen Platte, wobei die Platte mit Aussparungen versehen ist, welche dazu dienen, die Resonanzfrequenz des Aktors zu verschieben.The US Pat. No. 6,879,085 B1 teaches a piezoelectric actuator with an actuator in the form of a thin, rectangular plate, the plate being provided with recesses which serve to shift the resonant frequency of the actuator.

Die US 2013 / 0 107 337 A1 offenbart ein piezoelektrisches und säulenförmiges Element mit einem daran angeordneten Gleitelement, das zu einem Kontakt mit einem Antriebsabschnitt vorgesehen ist. Der eigentliche Kontaktabschnitt des Gleitelements hat dabei eine abgerundete Form.US 2013/0 107 337 A1 discloses a piezoelectric and columnar element having a slider disposed thereon for contact with a drive section. The actual contact portion of the sliding element has a rounded shape.

Die DE 101 54 526 A1 beschreibt einen Aktor eines piezoelektrischen Stellelements in Form einer Platte oder eines Hohlzylinders, wobei die Abmessungen des Aktors derart gewählt sind, dass die sich in dem Aktor ausbreitenden stehenden longitudinalen akustischen Wellen entlang seiner Länge und entlang seiner Höhe gleich sind.The DE 101 54 526 A1 describes an actuator of a piezoelectric actuator in the form of a plate or a hollow cylinder, wherein the dimensions of the actuator are chosen such that the propagating in the actuator standing longitudinal acoustic waves along its length and along its height are the same.

Die EP 2 200 101 A1 lehrt einen Ultraschallmotor mit einem Aktor in Form einer piezoelektrischen Platte, wobei an einer seiner längeren Seitenflächen ein Friktionselement angeordnet ist, welches zwei im Wesentlichen senkrechte ebene Seitenflächen, zwei geneigte ebene Seitenflächen und zwei konkav gekrümmte Seitenflächen aufweist.The EP 2 200 101 A1 teaches an ultrasonic motor with an actuator in the form of a piezoelectric plate, wherein on one of its longer side surfaces, a friction element is arranged, which has two substantially vertical planar side surfaces, two inclined planar side surfaces and two concave curved side surfaces.

Aus dem Stand der Technik gemäß den Druckschriften US 5 714 833 A oder US 6 979 934 B1 sind Ultraschallaktoren von Ultraschallmotoren mit Piezoelementen in Form einer rechteckigen piezoelektrischen Platte mit zwei Hauptflächen, mit zwei Seitenflächen und mit zwei Stirnflächen, wobei an einer der Stirnflächen ein Friktionselement angeordnet ist, bekannt.From the prior art according to the documents US 5 714 833 A or US Pat. No. 6,979,934 B1 are ultrasound actuators of ultrasonic motors with piezoelectric elements in the form of a rectangular piezoelectric plate having two major surfaces, with two side surfaces and with two end faces, wherein a friction element is disposed on one of the end faces known.

Diese Ultraschallaktoren sind so ausgeführt, dass mittels eines Generators für akustische Wellen in ihnen gleichzeitig zwei akustische Stehwellen erzeugt werden, nämlich eine Biegestehwelle und eine Längsstehwelle, die sich längs zum Aktor ausbreiten. Die Biegestehwelle bestimmt dabei die Schwingungsamplitude des Aktors in Querrichtung, während die Längsstehwelle die Schwingungsamplitude in Längsrichtung bestimmt.These ultrasonic actuators are designed so that two acoustic standing waves are simultaneously generated in them by means of an acoustic wave generator, namely a bending counter shaft and a longitudinal standing shaft which propagate longitudinally to the actuator. The bending wave thereby determines the oscillation amplitude of the actuator in the transverse direction, while the longitudinal standing wave determines the oscillation amplitude in the longitudinal direction.

Beim Einsatz solcher Aktoren in Ultraschallmotoren wird durch die Biegestehwelle die maximale Bewegungsgeschwindigkeit eines anzutreibenden Elements bestimmt, und durch die Längsstehwelle wird die Reibungskraft im Friktionskontakt, d. h. die durch das anzutreibende Element entwickelte Kraft, bestimmt.When using such actuators in ultrasonic motors is determined by the bending shaft, the maximum speed of movement of a driven element, and by the Längsstehwelle the frictional force in the frictional contact, d. H. determines the force developed by the element to be driven.

Der Nachteil dieser Aktoren besteht darin, dass das Verhältnis der Amplitude der Biegestehwelle zur Amplitude der Längsstehwelle immer konstant ist und durch die Ausgestaltung bzw. Anordnung der Elektroden bestimmt wird. Deshalb ist in diesen Aktoren auch das Verhältnis von maximaler Bewegungsgeschwindigkeit zur maximalen vom Aktor entwickelten Kraft stets konstant.The disadvantage of these actuators is that the ratio of the amplitude of the bending wave to the amplitude of the longitudinal standing wave is always constant and is determined by the configuration or arrangement of the electrodes. Therefore, in these actuators, the ratio of maximum movement speed to maximum force developed by the actuator is always constant.

Bei Ultraschallmotoren mit solchen Aktoren ist es deshalb unmöglich, die maximale vom anzutreibenden Element entwickelte Kraft zu erhöhen, ohne gleichzeitig seine maximale Bewegungsgeschwindigkeit zu erhöhen. Mit anderen Worten ist es mit solchen Aktoren unmöglich, einen Ultraschallmotor zu bauen, der eine geringe Bewegungsgeschwindigkeit und dabei eine ausreichend hohe, vom anzutreibenden Element bereitgestellte Kraft aufweist. Aus diesem Grunde treten in Ultraschallmotoren mit solchen Aktoren bei geringen Geschwindigkeiten hohe mechanische Verluste in den Aktoren im lastlosen Betrieb auf. Des Weiteren haben sie einen niedrigen Wirkungsgrad im Betrieb mit wechselnder mechanischer Last. Als Folge erwärmen sich die Aktoren im lastlosen Betriebsregime, wodurch der Einsatztemperaturbereich der entsprechenden Motoren eingeengt ist. Außerdem tritt im lastlosen Betriebsregime ein erhöhter Abrieb des Friktionselementes auf, wodurch sich die Lebensdauer des Aktors im Motor verkürzt.In ultrasonic motors with such actuators, it is therefore impossible to increase the maximum force developed by the element to be driven without simultaneously increasing its maximum speed of movement. In other words, with such actuators, it is impossible to build an ultrasonic motor having a low moving speed and a sufficiently high force provided by the element to be driven. For this reason, occur in ultrasonic motors with such actuators at low speeds high mechanical losses in the actuators in no-load operation. Furthermore, they have a low efficiency in operation with alternating mechanical load. As a result, the actuators heat in no load operating regime, whereby the operating temperature range of the corresponding engines is restricted. In addition, in the no-load operating regime, increased abrasion of the friction element occurs, which shortens the life of the actuator in the engine.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Ultraschallaktor bereitzustellen, bei welchem eine hohe vom Aktor entwickelte Kraft resultiert ohne eine Erhöhung seiner maximalen Schwingungsgeschwindigkeit. Gleichzeitig sollen bei dem erfindungsgemäßen Ultraschallaktor die mechanischen Verluste beim lastlosen Betrieb oder bei wechselnder Last und niedrigen Bewegungsgeschwindigkeiten des anzutreibenden Elements gering sein, so dass sich die Erwärmung des Ultraschallaktors reduziert und der Einsatztemperaturbereich erweitert wird, bzw. sich der Abrieb des Friktionselements verringert und sich die Lebensdauer erhöht.It is therefore an object of the invention to provide an ultrasonic actuator in which a high force developed by the actuator results without increasing its maximum oscillation speed. At the same time in the ultrasonic actuator according to the invention, the mechanical losses during loadless operation or changing load and low speeds of movement of the driven element should be low, so that the heating of the ultrasonic actuator is reduced and the service temperature range is increased, or the abrasion of the friction element decreases and the Lifespan increased.

Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt durch einen Ultraschallaktor gemäß Patentanspruch 1, wobei die daran anschließenden Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen umfassen. Es wird demnach von einem Ultraschallaktor ausgegangen, der ein Piezoelement in Form einer rechteckigen piezoelektrischen Platte mit zwei flächenmäßig größten Hauptflächen und die Hauptflächen miteinander verbindenden kürzeren und längeren Seitenflächen umfasst, wobei an jeder der Hauptflächen wenigstens eine Elektrode zur elektrischen Erregung des Ultraschallaktors angeordnet ist, und an einer der kürzeren Seitenflächen, die eine Verbindungsseitenfläche bildet, ein Friktionselement angeordnet ist. Die piezoelektrische Platte weist also zwei Hauptflächen auf, die von der Fläche her deutlich größer sind als die übrigen Flächen, welches Seitenflächen sind. Hierbei unterscheiden sich die Seitenflächen in ihrer Längsausdehnung. Das Friktionselement ist an einer kürzeren Seitenfläche der piezoelektrischen Platte angeordnet, welches eine Stirnseitenfläche ist.The object of the invention is achieved by an ultrasonic actuator according to claim 1, wherein the subsequent dependent claims comprise at least expedient refinements and developments. It is therefore assumed that an ultrasonic actuator, a piezoelectric element in the form of a rectangular piezoelectric Plate having two major areas in the largest area and the major surfaces interconnecting shorter and longer side surfaces, wherein at each of the main surfaces at least one electrode for electrical excitation of the ultrasonic actuator is arranged, and at one of the shorter side surfaces, which forms a connecting side surface, a friction element is arranged. The piezoelectric plate thus has two major surfaces, which are significantly larger from the surface than the other surfaces, which are side surfaces. Here, the side surfaces differ in their longitudinal extent. The friction member is disposed on a shorter side surface of the piezoelectric plate, which is an end face.

Das Friktionselement weist einen Basisabschnitt mit einer Verbindungsoberfläche und einen sich an den Basisabschnitt anschließenden Wirkabschnitt mit einem Friktionsabschnitt an seinem distalen Ende auf, wobei das distale Ende des Wirkabschnitts von dem Basisabschnitt beabstandet ist. Der Friktionsabschnitt weist eine Friktionsoberfläche auf, die für den Friktionskontakt mit einem über das Friktionselement anzutreibenden Element vorgesehen ist.The friction element has a base portion with a connecting surface and an operative portion adjoining the base portion with a friction portion at its distal end, the distal end of the operative portion being spaced from the base portion. The friction portion has a friction surface which is provided for frictional contact with an element to be driven via the friction element.

Das Friktionselement ist über die Verbindungsoberfläche mit der Verbindungsseitenfläche der piezoelektrischen Platte verbunden, wobei die Fläche der Verbindungsoberfläche gleich der Verbindungsseitenfläche ist. Der Wirkabschnitt erstreckt sich derart in einer zum Basisabschnitt abgewandten Richtung, d.h. vom Basisabschnitt weg, dass sich die zur Verbindungsseitenfläche parallel verlaufenden Querschnittsflächen des Wirkabschnitts, die Wirkabschnittquerschnittsflächen bilden, in Erstreckungsrichtung kontinuierlich verkleinern. Hierbei hat der Wirkabschnitt an der Grenzfläche zum Basisabschnitt eine Wirkabschnittquerschnittsfläche, die identisch oder nahezu identisch ist zur Querschnittsfläche des Basisabschnitts, wobei sich die Querschnittsfläche ergibt durch den Schnittbereich einer zur Verbindungsseitenfläche parallel verlaufenden Ebene und dem Basisabschnitt, durch welchen die Ebene hindurchtritt. Ausgehend von der Wirkabschnittquerschnittsfläche an der Grenzfläche zwischen Basisabschnitt und Wirkabschnitt nimmt die Wirkabschnittquerschnittsfläche in Erstreckungsrichtung des Wirkelements kontinuierlich ab, so dass die entsprechende Querschnittsfläche des Friktionsabschnitts deutlich kleiner ist als die Wirkabschnittquerschnittsfläche im Bereich der Grenzfläche zwischen Basisabschnitt und Wirkabschnitt.The friction member is connected to the connection side surface of the piezoelectric plate via the connection surface, and the surface of the connection surface is equal to the connection side surface. The operative portion extends in a direction away from the base portion, i.e., in a direction away from the base portion. away from the base section, that the cross-sectional surfaces of the active section that run parallel to the connection side surface and that form the active section cross-sectional surfaces shrink continuously in the extension direction. Here, the operative portion at the interface with the base portion has an effective sectional area that is identical or nearly identical to the cross-sectional area of the base portion, the cross-sectional area resulting from the intersection of a plane parallel to the connection side surface and the base portion through which the plane passes. Starting from the effective section cross-sectional area at the interface between the base section and the active section, the effective section cross-sectional area decreases continuously in the extension direction of the active element, so that the corresponding cross-sectional area of the friction section is significantly smaller than the effective section cross-sectional area in the region of the interface between base section and active section.

Ein parallel zu den beiden Hauptflächen des Ultraschallaktors verlaufender Querschnitt des Wirkabschnitts, der einen Wirkabschnittlängsquerschnitt bildet, weist eine symmetrische Form mit Krümmungsabschnitten bzw. gekrümmten Linien auf. Das bedeutet, dass der Wirkabschnittlängsquerschnitt eine Symmetrielinie besitzt, und die Querschnittsgeometrie zu beiden Seiten der Symmetrielinie wenigstens abschnittsweise eine Krümmung aufweist. Jeder der Krümmungsabschnitte bzw. jede der gekrümmten Linien des Wirkabschnittlängsquerschnitts ist durch eine reziproke Potenzfunktion mit den Exponenten 2 oder 4 beschreibbar. In vorteilhafter Weise hat der Wirkabschnittlängsquerschnitt eine Parabelform.A parallel to the two main surfaces of the ultrasonic actuator extending cross-section of the active portion, which forms a functional section longitudinal cross-section, has a symmetrical shape with curved sections or curved lines. This means that the effective section longitudinal cross-section has a symmetry line, and the cross-sectional geometry has a curvature at least in sections on both sides of the symmetry line. Each of the curved sections or each of the curved lines of the active section longitudinal section can be described by a reciprocal power function with the exponents 2 or 4. Advantageously, the effective section longitudinal cross-section has a parabolic shape.

Die im Ultraschallaktor durch Anlegung einer elektrischen Spannung an die Elektroden hervorgerufenen Schwingungen bzw. die entsprechenden Schwingungen der Verbindungsseitenfläche werden auf das daran angeordnete Friktionselement übertragen, so dass dieses seinerseits Schwingungen vollführt, wobei durch die spezielle Geometrie des Friktionselements eine vergleichsweise große Schwingungsamplitude bzw. große Amplitude der Längsschwingungen des Friktionsabschnitts bzw. der Friktionsoberfläche erzielt werden kann. Dadurch wird eine hohe Reibungskraft im Friktionskontakt zwischen Friktionselement und anzutreibendem Element eines entsprechenden Ultraschallmotors möglich, was zu einem Ultraschallmotor mit erhöhter Antriebskraft führt.The oscillations produced in the ultrasonic actuator by application of an electrical voltage to the electrodes or the corresponding vibrations of the connecting side surface are transmitted to the friction element arranged thereon, so that the latter in turn performs vibrations, whereby due to the special geometry of the friction element a comparatively large oscillation amplitude or large amplitude the longitudinal vibrations of the friction section or the friction surface can be achieved. As a result, a high frictional force is possible in frictional contact between friction element and element to be driven of a corresponding ultrasonic motor, which leads to an ultrasonic motor with increased driving force.

Es kann von Vorteil sein, dass die Wirkabschnittsquerschnittsfläche eine rechtwinklige oder eine kreisförmige oder eine elliptische Form aufweist. Hierbei sind auch Mischformen der zuvor aufgeführten Formen denkbar. Zudem kann es von Vorteil sein, dass die Oberfläche des Friktionsabschnitts eine Friktionsoberfläche bildet, und die Friktionsoberfläche aus einem oder mehreren ebenen Abschnitten besteht und/oder einen gekrümmten Abschnitt aufweist. Beispielsweise kann die Friktionsoberfläche aus einer einzigen ebenen Fläche bestehen. Sie kann aber auch aus zwei oder mehr ebenen und gegebenenfalls zueinander geneigten Flächenabschnitten bestehen. Weiterhin kann die Friktionsoberfläche einen gekrümmten Abschnitt aufweisen. Außerdem kann es von Vorteil sein, dass der Basisabschnitt und/oder der Wirkabschnitt Schlitze aufweisen/aufweist, die senkrecht und/oder parallel zu den Hauptflächen des Ultraschallaktors verlaufen. Insbesondere kann es hierbei von Vorteil sein, dass der Friktionsabschnitt Schlitze aufweist, die parallel zu den Hauptflächen des Ultraschallaktors verlaufen.It may be advantageous that the effective section cross-sectional area has a right-angled or a circular or an elliptical shape. Here, mixed forms of the forms listed above are conceivable. In addition, it may be advantageous that the surface of the friction section forms a friction surface, and the friction surface consists of one or more planar sections and / or has a curved section. For example, the friction surface may consist of a single flat surface. But it can also consist of two or more flat and possibly inclined to each other surface sections. Furthermore, the friction surface may have a curved portion. In addition, it can be advantageous for the base section and / or the active section to have slots which run perpendicularly and / or parallel to the main surfaces of the ultrasound actuator. In particular, it may be advantageous in this case for the friction section to have slots which run parallel to the main surfaces of the ultrasound actuator.

Darüber hinaus kann es von Vorteil sein, dass das Friktionselement an der Verbindungsseitenfläche über ein Klebemittel befestigt ist. Vorzugsweise besteht das Klebemittel aus einem Klebstoff.Moreover, it may be advantageous that the friction element is attached to the connection side surface via an adhesive. Preferably, the adhesive consists of an adhesive.

Daneben kann sich als Vorteil erweisen, dass das Friktionselement und das Piezoelement einstückig miteinander ausgebildet sind.In addition, it may prove to be an advantage that the friction element and the piezoelectric element are integrally formed with each other.

Figurenliste list of figures

1 : An embodiment of the ultrasonic actuator according to the invention
2 : Friction element of the ultrasonic actuator according to 1
3 : Friction element of the ultrasonic actuator according to 1 with an explanatory illustration relating to the tapered active section cross-sectional area
4 A further embodiment of a friction element of an ultrasound actuator according to the invention, with an explanatory illustration relating to the tapered active section cross-sectional area
5 FIG. 25: effective section of the longitudinal section of the friction element according to FIG 2 ; Representation 30: effective section longitudinal cross section of a further embodiment of a friction element of an ultrasonic actuator according to the invention
6 Figure 31: Top of an ultrasonic actuator according to the invention without friction element arranged thereon; Illustration 32: underside of the ultrasonic actuator according to illustration 31; Representation 33: Block diagram for an embodiment for the electrical contacting of the ultrasonic actuator according to the illustrations 31 and 32
7 Figure 35: Top of an ultrasonic actuator according to the invention without friction element arranged thereon; Illustration 36; Underside of the ultrasonic actuator according to illustration 35; Representations 37 and 38: Clarification of the polarization direction of the piezoceramic layers of the ultrasonic actuator according to the illustrations 35 and 36; Representation 39:

Arrangement of the electrodes in the electrode layers of the ultrasonic actuator according to the illustrations 35 and 36; Representation 40: Block diagram for an embodiment for electrical contacting of the ultrasonic actuator according to the representations 35 and 36th
8th Figure 43: Piezoelectric plate of an ultrasonic actuator according to the invention; Representation 44: Clarification of the phases of maximum deformation of the piezoelectric plate as shown in Figure 43 upon excitation of the second mode of a bending acoustic standing wave in this; Presentation 45:

Clarification of the vibrations of one of the shorter side surfaces of the piezoelectric plate as shown in Figure 43 upon excitation of the second mode of a bending acoustic standing wave in this; Presentation 46:

Clarification of the phases of maximum deformation of the piezoelectric plate as shown in Figure 43 upon excitation of the first mode of a longitudinal acoustic standing wave in this; Representation 47: Clarification of the vibrations of one of the shorter side surfaces of the piezoelectric plate as shown in Figure 43 upon excitation of the first mode of a longitudinal acoustic standing wave in this.
9 FIG. 48 shows a cross-section of an embodiment of a friction element of an ultrasound actuator according to the invention, showing its deformations on the basis of the vibrations transmitted thereto by the corresponding ultrasound actuator; Presentation 49:

Cross-section of a further embodiment of a friction element of an ultrasonic actuator according to the invention with an explanation of its deformations due to the vibrations transmitted to it by the corresponding ultrasonic actuator
10 : Representations 50 to 58: Different embodiments of a friction element of an ultrasonic actuator according to the invention
11 : An embodiment of a rotary ultrasonic motor with an ultrasonic actuator according to the invention
12 : Embodiment of a linear ultrasonic motor with an ultrasonic actuator according to the invention
13 : Representation of the vibration form of the friction element of an ultrasonic actuator according to the invention
14 FIG. 65: upper side of an embodiment of an ultrasonic actuator according to the invention as a two-phase actuator without a friction element arranged thereon; Illustration 66: underside of the ultrasonic actuator according to illustration 65; Representation 67: Block diagram for an embodiment for electrical contacting of the ultrasonic actuator according to the representations 65 and 66
15 FIG. 71: top side of a further embodiment of an ultrasonic actuator according to the invention as a two-phase actuator without a friction element arranged thereon; Illustration 72: underside of the ultrasonic actuator according to illustration 71; Representation 73: Electrode structure of the electrode layers of the ultrasonic actuator according to the illustrations 71 and 72; Representation 74: Block diagram for an embodiment for the electrical contacting of the ultrasonic actuator according to the illustrations 71 and 72
16 FIG. 75: Top side of a further embodiment of an ultrasonic actuator according to the invention as a two-phase actuator without a friction element arranged thereon; Illustration 76: underside of the ultrasonic actuator according to illustration 75; Representation 77: Block diagram for an embodiment for the electrical contacting of the ultrasonic actuator according to the illustrations 75 and 76
17 FIG. 78: top side of a further embodiment of an ultrasonic actuator according to the invention as a two-phase actuator; Illustration 79: underside of the ultrasonic actuator according to illustration 78; Illustration 80: Electrode structure of the electrode layers of the ultrasonic actuator according to the illustrations 78 and 79; Representation 81: Block diagram for an embodiment for the electrical contacting of the ultrasonic actuator according to the illustrations 78 and 79

1 zeigt in dreidimensionaler Ansicht einen erfindungsgemäßen Ultraschallaktor 1 aufweisend ein Piezoelement 2 in Form einer rechteckigen monolithischen piezoelektrischen Platte 3 aus einer PZT-Keramik mit den zwei flächenmäßig größten Hauptflächen 4 und 5, den zwei längeren Seitenflächen 6 und 7, sowie den zwei kürzeren Seitenflächen 8 und 9. Die kürzeren Seitenflächen 8, 9 besitzen die Kanten 10, 11, 12 und 13. 1 shows a three-dimensional view of an ultrasonic actuator according to the invention 1 having a piezoelectric element 2 in the form of a rectangular monolithic piezoelectric plate 3 from a PZT ceramic with the two largest areas in terms of surface area 4 and 5 , the two longer side surfaces 6 and 7, as well as the two shorter side surfaces 8th and 9 , The shorter side surfaces 8th . 9 own the edges 10 . 11 . 12 and 13 ,

An der kürzeren Seitenfläche bzw. Stirnfläche 8, welche eine Verbindungsseitenfläche bildet, ist ein Friktionselement 14 angeordnet. Das Friktionselement 14 weist hierbei einen Basisabschnitt 15 mit einer Verbindungsoberfläche 16 auf. Die Kanten 17, 18, 19 und 20 des Basisabschnitts 15 im Bereich der Verbindungsoberfläche 16 befinden sich in Kontakt bzw. in Deckung mit den Kanten 10, 11, 12 und 13, und in entsprechender Weise ist die Fläche der Verbindungsoberfläche 16 des Friktionselements identisch zur Verbindungsseitenfläche 8.At the shorter side surface or end face 8th , which forms a connecting side surface, is a friction element 14 arranged. The friction element 14 here has a base section 15 with a connection surface 16 on. The edges 17 . 18 . 19 and 20 of the base section 15 in the area of the connection surface 16 are in contact or in coincidence with the edges 10 . 11 . 12 and 13 , and similarly, the area of the bonding surface 16 of the friction element identical to the connection side surface 8th ,

Das Friktionselement besteht aus Aluminiumoxid, jedoch sind weitere harte und abriebfeste Materialien mit einem geringen spezifischen Gewicht oder einer geringen Dichte denkbar, beispielsweise Zirkondioxid bzw. dessen Verbindungen.The friction element is made of aluminum oxide, but other hard and abrasion-resistant materials with a low specific weight or a low density are conceivable, for example zirconium dioxide or its compounds.

Die Verbindung zwischen dem Friktionselement 14 und der piezoelektrischen Platte 3 erfolgt mit Hilfe eines Klebemittels in Form eines harten, aber dennoch elastischen Klebers, wobei der Kleber zum Einen die Verbindungsseitenfläche 8 des Ultraschallaktors 1, und zum Anderen die Verbindungsoberfläche 16 des Basisabschnitts 15 des Friktionselements 14 kontaktiert. Der Kleber ist hierbei so beschaffen, dass die Deformationen, die an der Verbindungsseitenfläche 8 bei elektrischer Anregung des Ultraschallaktors auftreten, vollständig bzw. nahezu vollständig auf das Friktionselement 14 übertragen werden. Der Kleber besteht aus mit Teilchen eines harten Materials gefülltem Epoxidharz. Ebenso kann der Kleber ein leicht schmelzbares Glas sein. Weiterhin sind als Kleber Materialien möglich, die eine chemische Verbindung sowohl mit dem Material der piezoelektrischen Platte 3, als auch mit dem Material des Friktionselements bzw. mit dem Material des Basisabschnitts des Friktionselements eingehen.The connection between the friction element 14 and the piezoelectric plate 3 takes place with the aid of an adhesive in the form of a hard, yet elastic adhesive, wherein the adhesive on the one hand, the connection side surface 8 of the ultrasonic actuator 1 , and on the other hand the connection surface 16 of the base section 15 of the friction element 14 contacted. The adhesive here is such that the deformations on the connecting side surface 8th occur upon electrical excitation of the ultrasonic actuator, completely or almost completely on the friction element 14 be transmitted. The adhesive consists of epoxy resin filled with particles of a hard material. Likewise, the adhesive may be a fusible glass. Furthermore, as the adhesive materials are possible, which are a chemical compound with both the material of the piezoelectric plate 3 , as well as with the material of the friction element or with the material of the base portion of the friction element.

An den Basisabschnitt 15 des Friktionselements 14 schließt sich ein Wirkabschnitt mit einem an seinem distalen Ende - d.h. an dem dem Basisabschnitt 15 abgewandten Bereich des Wirkabschnitts - angeordneten Friktionsabschnitt an, wobei der Wirkabschnitt zwei, eine Krümmung aufweisende Seitenflächen 21, 22 und eine Friktionsoberfläche 23 aufweist.To the base section 15 of the friction element 14 closes an operative portion with a at its distal end - ie at the base portion 15 facing away from the region of action - arranged friction section, wherein the operative portion has two, a curvature having side surfaces 21 . 22 and a friction surface 23 having.

2 verdeutlicht im Detail die Form bzw. Geometrie des Friktionselements des Ultraschallaktors gemäß 1. Dieses weist eine Höhe H auf, welche im vorliegenden Fall der Höhe der piezoelektrischen Platte des Ultraschallaktors entspricht. 2 clarifies in detail the shape or geometry of the friction element of the ultrasonic actuator according to 1 , This has a height H, which in the present case corresponds to the height of the piezoelectric plate of the ultrasonic actuator.

3 erläutert die Bestimmung der Wirkabschnittquerschnittsfläche des Friktionselements gemäß 2. Die jeweilige, vom Abstand zum Basisabschnitt 15 bzw. von der y-Position abhängige Wirkabschnittquerschnittsfläche ergibt sich hierbei als Schnittfläche zwischen einer Ebene, welche parallel zur Ebene verläuft, in welcher die Verbindungsseitenfläche 8 bzw. die Verbindungsoberfläche des Basisabschnitts 15 liegt (xz-Ebene), und dem Wirkabschnitt. Aufgrund der gekrümmten Seitenflächen 21, 22 ergeben sich in Erstreckungsrichtung des Wirkabschnitts, d.h. mit zunehmenden Abstand zum Basisabschnitt, stetig sich verkleinernde bzw. verjüngende Wirkabschnittquerschnittsflächen S1, S2, S3,..., Sn. 3 explains the determination of the effective section cross-sectional area of the friction element according to 2 , The respective, from the distance to the base section 15 or from the y-position dependent effective section cross-sectional area results here as a sectional area between a plane which is parallel to the plane in which the connection side surface 8th or the connection surface of the base portion 15 lies (xz-plane), and the active section. Due to the curved side surfaces 21 . 22 arise in the direction of extension of the active portion, ie with increasing distance from the base portion, continuously decreasing or tapering Wirkabschnittquerschnittsflächen S1, S2, S3, ..., Sn.

Beim Wirkabschnitt des Friktionselements gemäß 3 sind die Wirkabschnittquerschnittsflächen rechtwinklig bzw. rechteckig. Sie können jedoch ebenso kreisförmig oder elliptisch sein, oder auch nur einen oder mehrere Teilbereiche eines Kreises oder einer Ellipse ausbilden (siehe hierzu insbesondere 4).In the active portion of the friction element according to 3 the effective section cross-sectional areas are rectangular or rectangular. However, they can also be circular or elliptical, or even form only one or more subregions of a circle or an ellipse (see in particular 4 ).

5 zeigt in Darstellung 25 den Wirkabschnittlängsquerschnitt des Friktionselements gemäß 2. Dabei ergibt sich der Wirkabschnittlängsquerschnitt als Schnittfläche zwischen einer Ebene, die parallel zu den beiden Hauptflächen des Ultraschallaktors (xy-Ebene) verläuft, und dem Wirkabschnitt. Der Wirkabschnittlängsquerschnitt ergibt eine bezüglich der y-Achse symmetrische Fläche mit den beiden Krümmungsabschnitten bzw. gekrümmten Linien 24. Jede dieser Linien 24 kann in vorteilhafter Weise mit einer reziproken Potenzfunktion mit den Exponenten 2 oder 4 beschrieben werden. Andere Exponenten sind jedoch ebenso denkbar. Die gekrümmten Linien 24 erstrecken sich jeweils vom Basisabschnitt in einer zum Basisabschnitt abgewandten Richtung und werden begrenzt durch die Friktionsoberfläche 23, die eben und in der Querschnittsdarstellung entsprechend linienförmig ist. 5 shows in presentation 25 the effective section longitudinal cross-section of the friction element according to 2 , In this case, the effective section longitudinal cross-section results as a sectional area between a plane which runs parallel to the two main surfaces of the ultrasound actuator (xy plane) and the active section. The effective section longitudinal cross-section results in a symmetrical with respect to the y-axis surface with the two curved sections or curved lines 24 , Each of these lines 24 can advantageously with a reciprocal power function with the exponent 2 or 4 to be discribed. Other exponents are also conceivable. The curved lines 24 each extending from the base portion in a direction away from the base portion and are bounded by the friction surface 23 , which is flat and in the cross-sectional representation correspondingly linear.

Gemäß Darstellung 30 von 5, die einen Wirkabschnittlängsquerschnitt einer weiteren Ausführungsform eines Friktionselements eines erfindungsgemäßen Ultraschallaktors zeigt, lässt sich die Krümmung der Seitenflächen 21 und 22 in der xy-Ebene durch die beiden geraden Linien 26, 27 und der mit ihnen verbundenen Kreislinie 28 beschreiben, wobei die geraden Linien 26, 27 in den Punkten 29 die Kreislinie 28 kontaktieren bzw. tangential berühren. Auch hier erstrecken sich die gekrümmten Linien 24 jeweils vom Basisabschnitt in einer zum Basisabschnitt abgewandten Richtung und werden begrenzt durch die Friktionsoberfläche 23, die eben und in der Querschnittsdarstellung entsprechend linienförmig ist.As shown 30 from 5 , which shows an effective section longitudinal cross-section of a further embodiment of a friction element of an ultrasonic actuator according to the invention, the curvature of the side surfaces can be 21 and 22 in the xy plane through the two straight lines 26 , 27 and the circle connected to them 28 describe the straight lines 26 . 27 in the points 29 the circle line 28 contact or touch tangentially. Again, the curved lines extend 24 each from the base portion in a direction away from the base portion and are bounded by the friction surface 23 , which is flat and in the cross-sectional representation correspondingly linear.

6 zeigt in Darstellung 31 die Oberseite eines erfindungsgemäßen Ultraschallaktors ohne ein daran angeordnetes Friktionselement, wobei der Ultraschallaktor einen Einphasenaktor bzw. einen als Einphasenaktor betriebenen Aktor darstellt. Auf der in Darstellung 31 erkennbaren Hauptfläche sind zwei im Wesentlichen gleich große, rechteckförmige und diagonal gegenüberliegend angeordnete Erregerelektroden a und zwei im Wesentlichen gleich große, rechteckförmige und ebenfalls diagonal gegenüberliegend angeordnete Erregerelektroden b angebracht. Darstellung 32 von 6 zeigt die entsprechende Unterseite des Ultraschallaktors, und auf der hier erkennbaren Hauptfläche ist eine allgemeine Elektrode c angeordnet, die im Wesentlichen die gesamte Hauptfläche bedeckt. Die Richtung der Polarisation des piezoelektrischen Materials der Platte 3 ist in den Darstellungen 31 und 32 durch die Pfeile bzw. Vektoren mit dem Index p gekennzeichnet. Der Polarisationsvektor ist dabei normal bzw. senkrecht zu den Elektroden a, b und c gerichtet. 6 shows in presentation 31 the upper side of an ultrasonic actuator according to the invention without a friction element arranged thereon, the ultrasonic actuator representing a single-phase actuator or an actuator operated as a single-phase actuator. On the in presentation 31 recognizable main surface are two substantially equal, rectangular and diagonally opposite arranged excitation electrodes a and two substantially equal-sized, rectangular and also diagonally opposite arranged exciter electrodes b attached. presentation 32 from 6 shows the corresponding underside of the ultrasonic actuator, and on the main surface recognizable here, a general electrode c is arranged, which covers substantially the entire main surface. The direction of polarization of the piezoelectric material of the plate 3 is in the representations 31 and 32 indicated by the arrows or vectors with the index p. The polarization vector is normal or perpendicular to the electrodes a, b and c directed.

Darstellung 33 von 6 zeigt das Blockschaltbild für ein Ausführungsbeispiel zur elektrischen Kontaktierung des Ultraschallaktors gemäß den Darstellungen 31 und 32. Eine elektrische Erregervorrichtung 34 mit einem Umschalter 35 ist über die Anschlüsse 36, 37 und 38 mit den entsprechenden Elektroden a, b und c verbunden. Die Erregervorrichtung 34 stellt eine elektrische Wechselspannung U1 bereit, deren Frequenz f gleich der Arbeitsfrequenz des Ultraschallaktors 1 ist.presentation 33 from 6 shows the block diagram for an embodiment for electrically contacting the ultrasonic actuator according to the representations 31 and 32. An electrical excitation device 34 with a switch 35 is about the connections 36 . 37 and 38 connected to the corresponding electrodes a, b and c. The exciter device 34 provides an electrical AC voltage U1 whose frequency f is equal to the operating frequency of the ultrasonic actuator 1 is.

Beim Betätigen des Umschalters 35 wird die elektrische Spannung U1 an die Anschlüsse 36 und 38 oder an die Anschlüsse 37 und 38 der elektrischen Erregervorrichtung 34 gelegt. Von den Anschlüssen 36 und 38 bzw. 37 und 38 gelangt die elektrische Spannung an die Elektroden a und c oder an die Elektroden b und c des Piezoelementes 2.When operating the switch 35 the voltage U1 is applied to the terminals 36 and 38 or to the connections 37 and 38 the electrical excitation device 34 placed. From the connections 36 and 38 respectively. 37 and 38 the electrical voltage reaches the electrodes a and c or the electrodes b and c of the piezoelectric element 2 ,

Die an den Elektroden 36 und 38 bzw. an den Elektroden 37 und 38 anliegende elektrische Spannung U1 erregt in der piezoelektrischen Platte 3 des Piezoelementes 2 gleichzeitig die zweite Mode einer akustischen Biege-Stehwelle und die erste Mode einer akustischen Längs-Stehwelle.The at the electrodes 36 and 38 or at the electrodes 37 and 38 applied voltage U1 energized in the piezoelectric plate 3 of the piezo element 2 simultaneously the second mode of a bending acoustic standing wave and the first mode of a longitudinal acoustic standing wave.

7 zeigt in Darstellung 35 die Oberseite eines weiteren erfindungsgemäßen Ultraschallaktors ohne ein daran angeordnetes Friktionselement. Der Ultraschallaktor weist hierbei eine mehrschichtige piezoelektrische Platte auf, wobei die einzelnen Schichten des piezoelektrischen Materials jeweils durch die Schichten mit den Elektroden a, b bzw. c getrennt sind (Multilayer-Aufbau). Auch dieser Ultraschallaktor stellt einen Einphasenaktor dar bzw. wird als solcher betrieben. In Darstellung 36 von 7 ist der Ultraschallaktor gemäß Darstellung 35 von unten gezeigt. Die Darstellungen 37 und 38 verdeutlichen die Polarisationsrichtungen des piezoelektrischen Materials angrenzender Schichten, während Darstellung 39 den Aufbau der sich abwechselnden Elektrodenschichten mit den Elektroden a, b bzw. c zeigt. 7 shows in presentation 35 the top of another ultrasonic actuator according to the invention without a friction element arranged thereon. The ultrasonic actuator in this case has a multilayer piezoelectric plate, wherein the individual layers of the piezoelectric material are separated by the layers with the electrodes a, b and c (multilayer structure). This ultrasonic actuator also represents a single-phase actuator or is operated as such. In presentation 36 from 7 is the ultrasonic actuator as shown 35 shown from below. The representations 37 and 38 illustrate the polarization directions of the piezoelectric material of adjacent layers while imaging 39 shows the structure of the alternating electrode layers with the electrodes a, b and c respectively.

Darstellung 40 von 7 zeigt ein Blockschaltbild für ein Ausführungsbeispiel zur elektrischen Kontaktierung des Ultraschallaktors gemäß den Darstellungen 35 und 36 mit der elektrischen Erregervorrichtung 34, dem Umschalter 35 und den Anschlüssen 36, 37 und 38 für die Elektroden a, b und c.presentation 40 from 7 shows a block diagram of an embodiment for electrically contacting the ultrasonic actuator according to the representations 35 and 36 with the electrical excitation device 34 , the switch 35 and the connections 36 . 37 and 38 for the electrodes a, b and c.

Die an den Elektroden 36 und 38 bzw. an den Elektroden 37 und 38 anliegende elektrische Spannung U1 erregt in der piezoelektrischen Platte 3 des Piezoelementes 2 gleichzeitig die zweite Mode einer akustischen Biege-Stehwelle und die erste Mode einer akustischen Längs-Stehwelle. Darstellung 43 von 8 zeigt die piezoelektrische Platte eines erfindungsgemäßen Ultraschallaktors und verdeutlicht daran die Lage eines entsprechenden Koordinatensystems. Darstellung 44 von 8 zeigt anhand der durchgehenden Linien die Phasen maximaler Deformation der piezoelektrischen Platte gemäß Darstellung 43 bei Anregung der zweiten Mode einer akustischen Biege-Stehwelle in dieser, während die gestrichelte Linie die Geometrie der piezoelektrischen Platte in nicht angeregtem Zustand bzw. in Ausgangszustand angibt.The at the electrodes 36 and 38 or at the electrodes 37 and 38 applied voltage U1 energized in the piezoelectric plate 3 of the piezo element 2 simultaneously the second mode of a bending acoustic standing wave and the first mode of a longitudinal acoustic standing wave. presentation 43 from 8th shows the piezoelectric plate of an ultrasonic actuator according to the invention and illustrates the position of a corresponding coordinate system. presentation 44 from 8th shows by means of the solid lines the phases of maximum deformation of the piezoelectric plate as shown 43 upon excitation of the second mode of an acoustic bending standing wave in this, while the dashed line the geometry of the piezoelectric Indicates plate in unexcited state or in initial state.

Darstellung 45 von 8 verdeutlicht in einem separaten Abbild die Schwingungen einer der kürzeren Seitenflächen bzw. der Stirnfläche 8 der piezoelektrischen Platte 3 bei der Erregung der zweiten Mode einer akustischen Biege-Stehwelle in ihr gemäß Darstellung 44 von 8. Durch die Erregung einer solchen Biege-Stehwelle führt die Stirnfläche 8 Winkelschwingungen aus und dreht sich dabei um den Winkel α, ohne dabei ihre Fläche zu ändern, d.h. die Stirnfläche 8 bleibt bei Ausführung der Winkelschwingungen eben.presentation 45 from 8th illustrates in a separate image the vibrations of one of the shorter side surfaces or the end face 8th the piezoelectric plate 3 in the excitation of the second mode of a bending acoustic standing wave in it as shown 44 from 8th , The excitement of such a bending standing wave leads to the face 8th Angular vibrations and thereby rotates about the angle α, without changing its surface, ie the end face 8th remains even when performing the angular oscillations.

Darstellung 46 von 8 zeigt anhand der durchgehenden Linien die Phasen maximaler Deformation der piezoelektrischen Platte gemäß Darstellung 43 bei Anregung der ersten Mode einer akustischen Längs-Stehwelle in dieser, während die gestrichelte Linie die Geometrie der piezoelektrischen Platte in nicht angeregtem Zustand bzw. in deren Ausgangszustand angibt. Darstellung 47 von 8 verdeutlicht in einem separaten Abbild die Schwingungen einer der kürzeren Seitenflächen bzw. der Stirnfläche 8 der piezoelektrischen Platte 3 bei der Erregung der ersten Mode einer akustischen Längs-Stehwelle in ihr gemäß Darstellung 46 von 8. Durch die Erregung einer solchen Längs-Stehwelle führt die Stirnfläche 8 Längsschwingungen und weitere, im Folgenden als Membranschwingungen bezeichnete Schwingungen aus. Aufgrund der Längsschwingungen bewegt sich die Oberfläche 8 parallel zu sich selbst entlang der y-Achse, während aufgrund der Membranschwingungen die Stirnfläche 8 entlang der y-Achse aufgebläht bzw. eingedrückt wird. Die Membranschwingungen bzw. die entsprechenden Deformationen der Stirnfläche 8 sind darauf zurückzuführen, dass das Volumen der Piezokeramik der Platte 3 konstant ist.presentation 46 from 8th shows by means of the solid lines the phases of maximum deformation of the piezoelectric plate as shown 43 upon excitation of the first mode of a longitudinal acoustic standing wave in this, while the dashed line indicates the geometry of the piezoelectric plate in the non-excited state or in their initial state. presentation 47 from 8th illustrates in a separate image the vibrations of one of the shorter side surfaces or the end face 8th the piezoelectric plate 3 in the excitation of the first mode of a longitudinal acoustic standing wave in it as shown 46 from 8th , The excitement of such a longitudinal standing wave leads to the end face 8th Longitudinal vibrations and further, hereinafter referred to as membrane vibrations oscillations. Due to the longitudinal vibrations, the surface moves 8th parallel to itself along the y-axis, while due to the membrane vibrations the end face 8th is inflated or pressed along the y-axis. The membrane vibrations or the corresponding deformations of the end face 8th are due to the fact that the volume of the piezoceramic of the plate 3 is constant.

Die Längsschwingungen der Stirnfläche 8 erfolgen hierbei mit der Amplitude Ayl, während die Membranschwingungen der Stirnfläche 8 mit der Amplitude Aym erfolgen.The longitudinal vibrations of the face 8th take place here with the amplitude Ayl, while the membrane vibrations of the end face 8th with the amplitude Aym.

Die Membranschwingungen der kürzeren Seitenfläche bzw. Stirnfläche bewirken an dem dort angeordneten Friktionselement bzw. dessen Verbindungsoberfläche 16, dass diese Schwingungen ausführt, die zu den Membranschwingungen analog sind, wie dies auch in den Darstellungen 48 und 49 von 9 zu erkennen ist. Darstellung 48 zeigt hierbei den Wirkabschnittlängsquerschnitt des Friktionselements gemäß Darstellung 25 von 5, wobei die durchgezogenen Linien die Außenabmessungen des Wirkabschnittlängsquerschnitts im unangeregten oder Ausgangszustand darstellen, während die gestrichelten Linien die maximalen Deformationen des Friktionselements - hervorgerufen durch die in dem entsprechenden Ultraschallaktor angeregte erste Mode einer akustischen Längs-Stehwelle - zeigen. Es ist zu erkennen, dass die vom Ultraschallaktor über die Verbindungsoberfläche 16 auf das Friktionselement übertragenen Membranschwingungen mit der Amplitude Aym eine im Wesentlichen entlang der y-Achse stattfindende Längsdeformation bzw. Längsschwingung des Friktionselements mit einer Amplitude Aymf bewirken.The membrane vibrations of the shorter side surface or end face effect on the friction element or its connecting surface arranged there 16 in that it carries out vibrations which are analogous to the membrane vibrations, as in the diagrams 48 and 49 from 9 can be seen. presentation 48 shows here the effective section longitudinal cross-section of the friction element as shown 25 from 5 wherein the solid lines represent the outer dimensions of the effective section longitudinal section in the unexcited or initial state, while the dashed lines show the maximum deformations of the friction element caused by the first mode of a longitudinal acoustic standing wave excited in the corresponding ultrasonic actuator. It can be seen that the ultrasound actuator via the connection surface 16 on the friction element transmitted membrane vibrations with the amplitude Aym a take place substantially along the y-axis longitudinal deformation or longitudinal vibration of the friction element having an amplitude Aymf.

Demgegenüber zeigt Darstellung 49 von 9 den anders geformten Wirkabschnittlängsquerschnitt des Friktionselements gemäß Darstellung 30 von 5, wobei die durchgezogenen Linien die Außenabmessungen des Wirkabschnittlängsquerschnitts im unangeregten oder Ausgangszustand darstellen, während die gestrichelten Linien die maximalen Deformationen des Friktionselements - hervorgerufen durch die in dem entsprechenden Ultraschallaktor angeregte erste Mode einer akustischen Längs-Stehwelle - zeigen. Es ist im Vergleich zur Darstellung 48 zu erkennen, dass die vom Ultraschallaktor über die Verbindungsoberfläche 16 auf das Friktionselement übertragenen Membranschwingungen mit der Amplitude Aym nicht nur eine im Wesentlichen entlang der y-Achse stattfindende Längsdeformation bzw. Längsschwingung des Friktionselements mit einer Amplitude Aymf bewirken, sondern gleichzeitig auch eine schwingende Deformation parallel zur x-Achse. Die zuvor bezüglich der Darstellungen 48 und 49 von 9 beschriebenen Längsdeformationen des Friktionselements rühren daher, dass das Friktionselement zwei gekrümmte Seitenflächen 21, 22 aufweist, deren Krümmung die sich - ausgehend von der Verbindungsoberfläche 16 in Richtung der Friktionsoberfläche 23 - verjüngenden Querschnitte S1, S2, S3,...,Sn des Friktionselementes erzeugen. Durch die monotone Verjüngung der Querschnitte S1, S2, S3,...,Sn des Friktionselementes wird dieses zum Transformator für die Schwingungsgeschwindigkeiten oder zum Transformator für die Schwingungsamplituden. Die geringen Schwingungsamplituden Aym der Verbindungsoberfläche 16 resultieren daher in bedeutende Schwingungsamplituden Aymf der Friktionsoberfläche 23.In contrast shows presentation 49 from 9 the differently shaped effective section longitudinal section of the friction element as shown 30 from 5 wherein the solid lines represent the outer dimensions of the effective section longitudinal section in the unexcited or initial state, while the dashed lines show the maximum deformations of the friction element caused by the first mode of a longitudinal acoustic standing wave excited in the corresponding ultrasonic actuator. It's in comparison to the presentation 48 to recognize that the ultrasound actuator via the connection surface 16 On the friction element transmitted membrane oscillations with the amplitude Aym not only cause a longitudinal axis substantially along the y-axis longitudinal deformation or longitudinal vibration of the friction element with an amplitude Aymf effect, but at the same time an oscillating deformation parallel to the x-axis. The above regarding the representations 48 and 49 from 9 As a result, the longitudinal deformation of the friction element described is due to the fact that the friction element has two curved side surfaces 21 . 22 whose curvature is the - starting from the connection surface 16 in the direction of the friction surface 23 - Create tapered sections S1, S2, S3, ..., Sn of the friction element. Due to the monotonous tapering of the cross sections S1, S2, S3,..., Sn of the friction element, this becomes the transformer for the vibration velocities or the transformer for the vibration amplitudes. The low vibration amplitudes Aym of the connection surface 16 therefore result in significant vibration amplitudes Aymf of the friction surface 23 ,

Der Verstärkungskoeffizient der Schwingungsamplituden Ka = Aymf / Aym ist proportional zu µ Sm / Sf, wobei Sm die Querschnittsfläche der Verbindungsoberfläche 16 und Sf die Querschnittsfläche der Friktionsoberfläche 13 bezeichnet, und µ ein von der Krümmung der gekrümmten Oberflächen 21, 22 abhängender Koeffizient ist. Der Koeffizient µ liegt vorzugsweise im Bereich von 0,5 bis 1.The gain coefficient of the vibration amplitudes Ka = Aymf / Aym is proportional to μ Sm / Sf, where Sm is the cross-sectional area of the bonding surface 16 and Sf is the cross-sectional area of the friction surface 13 and μ in from the curvature of the curved surfaces 21 . 22 dependent coefficient. The coefficient μ is preferably in the range of 0.5 to 1.

Bei Verwendung einer PZT-Keramik für die piezoelektrische Platte 3 mit einem relativ hohen spezifischen Gewicht bzw. mit einer hohen Dichte und der Verwendung eines Materials mit geringem spezifischem Gewicht bzw. geringer spezifischer Dichte für das Friktionselement 14 ist es möglich, den Einfluss des Friktionselementes 14 auf die Schwingungsform der piezoelektrischen Platte 3 zu verringern. Das bedeutet, dass die Verbindung von Friktionselement 14 mit der piezoelektrischen Platte 3 die Amplitude Aym der Membranschwingungen praktisch nicht verringert.When using a PZT ceramic for the piezoelectric plate 3 with a relatively high specific gravity or with a high density and the use of a material of low specific weight or lower specific Density for the friction element 14 is it possible to influence the friction element 14 on the waveform of the piezoelectric plate 3 to reduce. This means that the connection of friction element 14 with the piezoelectric plate 3 Amplitude of Aym practically does not decrease membrane vibrations.

Experimentell wurde festgestellt, dass für verschiedene konstruktive Ausführungen des Friktionselements mit unterschiedlicher Krümmung der Oberflächen 21, 22 und mit verschiedenen Flächen für die Oberflächen 16 und 23 der Verstärkungskoeffizient der Schwingungsamplituden Ka zwischen 5 und 10 liegen kann. Das bedeutet, dass bei einem Verhältnis der Amplitude Aym der Membranschwingungen zur Amplitude Ayl der Längsschwingungen von 02, bis 0,3 die Amplitude der Längsschwingungen der Friktionsoberfläche Aymf, die durch die Membranschwingungen der Verbindungsoberfläche 16 hervorgerufen werden, zwischen dem 1- und 3-fachen der Amplitude Ayl liegt. It has been found experimentally that, for various structural designs of the friction element with different curvature of the surfaces 21 . 22 and with different surfaces for the surfaces 16 and 23, the gain coefficient of the vibration amplitudes Ka may be between 5 and 10. This means that at a ratio of the amplitude Aym of the membrane oscillations to the amplitude Ayl of the longitudinal oscillations from 02, to 0.3, the amplitude of the longitudinal vibrations of the friction surface Aymf caused by the membrane vibrations of the joint surface 16 between 1 and 3 times the amplitude Ayl.

Die Darstellungen 50 bis 58 von 10 zeigen unterschiedliche Ausführungsformen des Friktionselements 14. Hierbei kann gemäß den Darstellungen 50, 56, 57 und 58 die Friktionsoberfläche aus einer einzigen ebenen Fläche bestehen, oder aber gemäß den Darstellungen 51 und 54 aus zwei oder mehr ebenen und zueinander geneigten Flächenabschnitten bestehen. Gemäß den Darstellungen 52 und 55 von 10 kann die Friktionsoberfläche auch eine gekrümmte Fläche sein, wobei im Falle des Friktionselements gemäß Darstellung 55 dieses im Bereich des Friktionsabschnitts Ausnehmungen bzw. Einkerbungen oder Schlitze aufweist. Diese Ausnehmungen bzw. Einkerbungen oder Schlitze sind jedoch auch bei anderen Geometrien der Friktionsoberfläche bzw. des Friktionsabschnitts denkbar. Gemäß Darstellung 53 von 10 weist der Friktionsabschnitt bzw. die Friktionsoberfläche ebene Abschnitte und einen gekrümmten Abschnitt auf. Anhand den Darstellungen 53, 54, 56 und 57 von 10 wird deutlich, dass die Höhe H des Friktionselements (vgl. hierzu 2) entlang seiner Erstreckungsrichtung - also ausgehend von dem Basisabschnitt hin zum Friktionsabschnitt - nicht konstant ist. Schließlich ist Darstellung 58 von 10 zu entnehmen, dass auch der Basisabschnitt des Friktionselements Ausnehmungen bzw. Einkerbungen oder Schlitze aufweisen kann. Hierbei verlaufen die Einkerbungen sowohl in Höhenrichtung des Friktionselements, als auch senkrecht dazu.The representations 50 to 58 from 10 show different embodiments of the friction element 14 , Here, according to the representations 50 . 56 . 57 and 58 the friction surface consist of a single flat surface, or according to the representations 51 and 54 consist of two or more flat and mutually inclined surface sections. According to the representations 52 and 55 from 10 the friction surface may also be a curved surface, wherein in the case of the friction element as shown 55 this has in the region of the friction section recesses or notches or slots. However, these recesses or indentations or slots are also conceivable for other geometries of the friction surface or of the friction section. As shown 53 from 10 For example, the friction portion or the friction surface has planar portions and a curved portion. Based on the representations 53 . 54 . 56 and 57 from 10 it becomes clear that the height H of the friction element (cf. 2 ) along its direction of extension - that is, starting from the base portion toward the friction portion - is not constant. Finally, representation is 58 from 10 it can be seen that also the base portion of the friction element can have recesses or notches or slots. In this case, the notches extend both in the height direction of the friction element, as well as perpendicular thereto.

11 zeigt einen Ultraschallmotor für eine Rotationsbewegung mit einem erfindungsgemäßen Ultraschallaktor. Der Aktor 1 ist in dem Halter 61 angeordnet, der Teil eines Gehäuses ist. Das Friktionselement 14 des Ultraschallaktors 1 wird mit Hilfe der Kraft F an die Friktionsschicht 61 des als Rotor 63 ausgeführten anzutreibenden Elements angepresst. 11 shows an ultrasonic motor for a rotational movement with an ultrasonic actuator according to the invention. The actor 1 is in the holder 61 arranged, which is part of a housing. The friction element 14 of the ultrasonic actuator 1 is applied to the friction layer with the aid of force F. 61 as a rotor 63 pressed to driven element pressed.

12 zeigt im Gegensatz hierzu einen Ultraschallmotor mit einem erfindungsgemäßen Ultraschallaktor für eine Linearbewegung. Wiederum ist der Aktor in dem Halter 61 angeordnet, welcher Teil eines Gehäuses ist. Das Friktionselement 14 ist mit einer Kraft F an die Friktionsschicht 63 des als Gleitstück 64 ausgeführten anzutreibenden Elements angepresst. 12 in contrast shows an ultrasonic motor with an ultrasonic actuator according to the invention for a linear movement. Again, the actuator is in the holder 61 arranged, which is part of a housing. The friction element 14 is with a force F to the friction layer 63 as a slider 64 pressed to driven element pressed.

13 zeigt die Schwingungsform des Friktionselements eines erfindungsgemäßen Ultraschallaktors, wobei in dem Ultraschallaktor sowohl die zweite Mode einer akustischen Biege-Stehwelle, als auch die erste Mode einer akustischen Längs-Stehwelle angeregt wurde, und sich die in dem Ultraschallaktor angeregten Schwingungen über die Verbindungsoberfläche auf das Friktionselement übertragen. 13 shows the waveform of the friction element of an ultrasonic actuator according to the invention, wherein in the ultrasonic actuator both the second mode of a bending acoustic standing wave, and the first mode of a longitudinal acoustic wave was excited, and excited in the ultrasonic actuator vibrations via the connecting surface on the friction element transfer.

Wie bereits zuvor erläutert, ruft die Biege-Stehwelle Winkelschwingungen der Verbindungsseitenfläche 8 der piezoelektrischen Platte 3 hervor. Dabei schwingt die Verbindungsseitenfläche 8 um den Winkel α, ohne dabei ihre Fläche zu ändern, d.h. sie bleibt eben. Diese Schwingungen übertragen sich auf das Friktionselement, wodurch sich das Friktionselement 14 um den Winkel α dreht. Im Ergebnis führen die Friktionsoberfläche 23 und der Punkt P auf ihr Schwingungen längs zur x-Achse mit der Amplitude Axf aus.As previously explained, the bending standing wave causes angular vibrations of the connecting side surface 8th the piezoelectric plate 3 out. The connecting side surface swings 8th by the angle α, without changing its surface, ie it remains flat. These vibrations are transmitted to the friction element, causing the friction element 14 rotates through the angle α. As a result, lead the friction surface 23 and the point P on its oscillations along the x-axis with the amplitude Axf.

Die akustische Längs-Stehwelle ruft Längsschwingungen der Verbindungsseitenfläche 8 entlang der y-Achse mit der Amplitude Ayl und als Membranschwingungen bezeichnete Schwingungen der Verbindungsseitenfläche 8 mit der Amplitude Aym hervor. Auch diese Schwingungen werden direkt auf das Friktionselement übertragen, so dass die Friktionsoberfläche 23 entlang der y-Achse mit der Amplitude Ayl schwingt. Das Friktionselement 14 transformiert die Amplitude der Membranschwingungen Aym, wodurch die Friktionsoberfläche 23 Längsschwingungen entlang der y-Achse ausführt, hervorgerufen durch die Membranschwingungen (vgl. hierzu 9). Diese Schwingungen haben die Amplitude Aymf, welche etwa (1 ...3) Ayl beträgt.The longitudinal acoustic standing wave causes longitudinal vibrations of the connecting side surface 8th along the y-axis with the amplitude Ayl and vibrations called the membrane side vibrations of the connecting side surface 8th with the amplitude Aym. These vibrations are also transmitted directly to the friction element, so that the friction surface 23 vibrates along the y-axis with the amplitude Ayl. The friction element 14 transforms the amplitude of the membrane vibrations Aym, whereby the friction surface 23 Longitudinal vibrations along the y-axis performs, caused by the membrane vibrations (see 9 ). These vibrations have the amplitude Aymf which is approximately ( 1 ... 3) Ayl is.

Die Gesamtamplitude der Schwingungen Ayf der Friktionsoberfläche 23 und des Punktes P auf ihr entlang der y-Achse entspricht dabei der Summe von Ayl und Aymf, d. h. die Gesamtamplitude beträgt (2...4) Ayl.The total amplitude of the vibrations Ayf of the friction surface 23 and the point P on it along the y-axis corresponds to the sum of Ayl and Aymf, ie the total amplitude is ( 2 ... 4) Ayl.

Daher ist es durch den erfindungsgemäßen Ultraschallaktor möglich, die Schwingungsamplitude der Friktionsoberfläche 23 des Friktionselementes 14 auf rein mechanischem Weg um ein Vielfaches zu erhöhen, ohne beispielsweise die Elektrodenstruktur der piezoelektrischen Platte 3 des Aktors 1 ändern zu müssen.Therefore, it is possible by the ultrasonic actuator according to the invention, the oscillation amplitude of the friction surface 23 of the friction element 14 in a purely mechanical way to increase many times, without, for example, the electrode structure of the piezoelectric plate 3 to change the actuator 1.

Dabei ist es möglich, die Form der Bewegungsbahn der Friktionsoberfläche 23 und des Punktes P auf ihr, die in der vorgeschlagenen Erfindung eine Ellipse darstellt, zu ändern.It is possible, the shape of the trajectory of the friction surface 23 and the point P on it, which represents an ellipse in the proposed invention.

Der erfindungsgemäße Ultraschallaktor erlaubt es also, die Amplitude der Längsschwingungen der Friktionsoberfläche 23 des Friktionselementes 14 um eine Vielfaches zu erhöhen. Dadurch ist es möglich, die Reibungskraft im Friktionskontakt eines entsprechenden Ultraschallmotors zu erhöhen, was es andererseits ermöglicht, die maximale durch den Ultraschallaktor entwickelte Kraft ohne Erhöhung seiner Maximalgeschwindigkeit zu steigern. Dies verringert die mechanischen Verluste des Aktors in Ultraschallmotoren im lastlosen Betrieb oder in Ultraschallmotoren mit variabler mechanischer Last bei kleinen Bewegungsgeschwindigkeiten des anzutreibenden Elementes. Die Verringerung der mechanischen Verluste im Aktor verringert auch die Erwärmung des Aktors und erweitert damit dessen Temperatureinsatzbereich. Außerdem verringert dies den Abrieb des Friktionselementes und erhöht die Einsatzdauer des Aktors.The ultrasonic actuator according to the invention thus allows the amplitude of the longitudinal vibrations of the friction surface 23 of the friction element 14 to increase many times. This makes it possible to increase the frictional force in frictional contact of a corresponding ultrasonic motor, which on the other hand makes it possible to increase the maximum force developed by the ultrasonic actuator without increasing its maximum speed. This reduces the mechanical losses of the actuator in ultrasonic motors in no-load operation or in ultrasonic motors with variable mechanical load at low speeds of movement of the element to be driven. The reduction of mechanical losses in the actuator also reduces the heating of the actuator and thus extends its temperature range. In addition, this reduces the abrasion of the friction element and increases the service life of the actuator.

14 zeigt in Darstellung 65 die Oberseite eines als Zweiphasenaktors ausgeführten bzw. betriebenen Ultraschallaktors ohne daran angeordnetes Friktionselement, bzw. in Darstellung 66 die Unterseite des entsprechenden Ultraschallaktors. Die Oberseite weist die Elektroden a, c und d auf, während die Unterseite die gleichgeformten Elektroden a, c und e aufweist. Bei Beaufschlagung der Elektroden a und c mit einer elektrischen Spannung entsteht in der Platte 3 des Aktors 1 eine akustische Biege-Stehwelle, und durch die Beaufschlagung der Elektroden d und e mit einer elektrischen Spannung entsteht in der Platte 3 des Aktors eine akustische Längs-Stehwelle. Durch gleichzeitige Anregung der Elektroden a und c bzw. d und e wird in der Platte 3 gleichzeitig eine akustische Biege-Stehwelle und akustische Längs-Stehwelle erregt. 14 shows in presentation 65 the upper side of a two-phase actuator running or operated ultrasonic actuator without friction element arranged thereon, or in representation 66 the underside of the corresponding ultrasonic actuator. The upper side has the electrodes a, c and d, while the lower side has the identically shaped electrodes a, c and e. Upon application of the electrodes a and c with an electrical voltage arises in the plate 3 of the actor 1 an acoustic bending standing wave, and by the application of the electrodes d and e with an electrical voltage is formed in the plate 3 of the actuator an acoustic longitudinal standing wave. By simultaneous excitation of the electrodes a and c or d and e is in the plate 3 simultaneously excited an acoustic bending standing wave and acoustic longitudinal standing wave.

Darstellung 67 von 14 zeigt das Blockschaltbild für ein Ausführungsbeispiel zur elektrischen Kontaktierung des Ultraschallaktors gemäß den Darstellungen 65 und 66 als Zweiphasenaktor. Hierbei wird der Aktor 1 durch die elektrische Zweiphasen-Erregervorrichtung 70 angeregt, die an den Anschlüssen 36 und 38 bzw. 68 und 69 zwei elektrische Spannungen U1 und U2 mit der Phasenverschiebung ϕ zwischen ihnen bereitstellt. Zur Richtungsänderung des anzutreibenden Elementes eines entsprechenden Ultraschallmotors ist der Winkel ϕ auf Plus oder Minus 180° zu ändern.presentation 67 from 14 shows the block diagram for an embodiment for electrically contacting the ultrasonic actuator according to the representations 65 and 66 as a two-phase actuator. This is the actor 1 by the two-phase electrical excitation device 70 excited at the connections 36 and 38 respectively. 68 and 69 provides two electrical voltages U1 and U2 with the phase shift φ between them. To change the direction of the driven element of a corresponding ultrasonic motor angle φ to plus or minus 180 ° to change.

15 zeigt in den Darstellungen 71 und 72 Ober- und Unterseite eines als Zweiphasenaktors ausgeführten bzw. betriebenen Ultraschallaktors ohne daran angeordnetes Friktionselement, das als einzigem Unterschied zum Ultraschallaktor gemäß den Darstellungen 65 und 66 von 14 als Multilayer-Element mit einer Vielzahl von Schichten piezoelektrischen Materials und jeweils dazwischen angeordneten Schichten mit Elektroden ausgeführt ist, wobei die Elektrodenstruktur in Darstellung 73 von 15 zu erkennen ist. 15 shows in the illustrations 71 and 72 Upper and lower side of an ultrasonic actuator designed and operated as a two-phase actuator without a friction element arranged thereon, which is the only difference to the ultrasonic actuator according to the illustrations 65 and 66 from 14 is designed as a multilayer element with a plurality of layers of piezoelectric material and in each case arranged therebetween layers with electrodes, wherein the electrode structure in illustration 73 from 15 can be seen.

16 zeigt in Darstellung 75 die Oberseite eines als Zweiphasenaktors ausgeführten bzw. betriebenen Ultraschallaktors ohne daran angeordnetes Friktionselement, bzw. in Darstellung 76 die Unterseite des entsprechenden Ultraschallaktors. Die Oberseite weist die Elektroden a, c und e auf, während die Unterseite die gleichgeformten Elektroden a, c und d aufweist. Bei Beaufschlagung der Elektroden a und c mit einer elektrischen Spannung entsteht in der Platte 3 des Aktors 1 eine akustische Biege-Stehwelle, und durch die Beaufschlagung der Elektroden d und e mit einer elektrischen Spannung entsteht in der Platte 3 des Aktors eine akustische Längs-Stehwelle. Durch gleichzeitige Anregung der Elektroden a und c bzw. d und e wird in der Platte 3 gleichzeitig eine akustische Biege-Stehwelle und akustische Längs-Stehwelle erregt. 16 shows in presentation 75 the upper side of a two-phase actuator running or operated ultrasonic actuator without friction element arranged thereon, or in representation 76 the underside of the corresponding ultrasonic actuator. The upper side has the electrodes a, c and e, while the lower side has the identically shaped electrodes a, c and d. Upon application of the electrodes a and c with an electrical voltage arises in the plate 3 of the actor 1 an acoustic bending standing wave, and by the application of the electrodes d and e with an electrical voltage is formed in the plate 3 of the actuator an acoustic longitudinal standing wave. By simultaneous excitation of the electrodes a and c or d and e is in the plate 3 simultaneously excited an acoustic bending standing wave and acoustic longitudinal standing wave.

Darstellung 77 von 16 zeigt das Blockschaltbild für ein Ausführungsbeispiel zur elektrischen Kontaktierung des Ultraschallaktors gemäß den Darstellungen 75 und 76 als Zweiphasenaktor. Hierbei wird der Aktor 1 durch die elektrische Zweiphasen-Erregervorrichtung 70 angeregt, die an den Anschlüssen 36 und 38 bzw. 68 und 69 zwei elektrische Spannungen U1 und U2 mit der Phasenverschiebung ϕ zwischen ihnen bereitstellt. Zur Richtungsänderung des anzutreibenden Elementes eines entsprechenden Ultraschallmotors ist der Winkel ϕ auf Plus oder Minus 180° zu ändern.presentation 77 from 16 shows the block diagram for an embodiment for electrically contacting the ultrasonic actuator according to the representations 75 and 76 as a two-phase actuator. This is the actor 1 by the two-phase electrical excitation device 70 excited at the connections 36 and 38 respectively. 68 and 69 provides two electrical voltages U1 and U2 with the phase shift φ between them. To change the direction of the driven element of a corresponding ultrasonic motor angle φ to plus or minus 180 ° to change.

17 zeigt in den Darstellungen 78 und 79 Ober- und Unterseite eines als Zweiphasenaktors ausgeführten bzw. betriebenen Ultraschallaktors ohne daran angeordnetes Friktionselement, das als einzigem Unterschied zum Ultraschallaktor gemäß den Darstellungen 75 und 76 von 16 als Multilayer-Element mit einer Vielzahl von Schichten piezoelektrischen Materials und jeweils dazwischen angeordneten Schichten mit Elektroden ausgeführt ist, wobei die Elektrodenstruktur in Darstellung 80 von 17 zu erkennen ist. 17 shows in the illustrations 78 and 79 Upper and lower side of an ultrasonic actuator designed and operated as a two-phase actuator without a friction element arranged thereon, which is the only difference to the ultrasonic actuator according to the illustrations 75 and 76 from 16 is designed as a multilayer element with a plurality of layers of piezoelectric material and in each case arranged therebetween layers with electrodes, wherein the electrode structure in illustration 80 from 17 can be seen.

Claims

Ultrasonic actuator (1), preferably for an ultrasonic motor, comprising a piezoelectric element (2) in the form of a rectangular piezoelectric plate (3) with two largest main surfaces (4, 5) in area and the main surfaces connecting shorter and longer side surfaces (6, 7, 8, 9), wherein at each of the main surfaces (4, 5) at least one electrode for electrical excitation of the ultrasonic actuator is arranged and a frictional member (14) is disposed on one of the shorter side surfaces (8) forming a connection side surface, and the friction member comprises a base portion (15) having a connection surface (16) and an operative portion adjoining the base portion having a friction portion at its a distal end, wherein the friction member is connected to the connection side surface via the connection surface, and the surface of the connection surface is equal to the connection side surface, and wherein the operation portion extends in a direction away from the base portion such that the lateral direction parallel to the connection side surface extends Outer surfaces of the active portion, the effective portion cross-sectional areas S1, S2, S3, ... Sn, continuously in the extension direction, characterized in that a parallel to the two main surfaces of the ultrasonic actuator extending cross-section of the active portion forming a Wirkabschnittslängsquerschnitt, a symmetrical shape with Curvature sections (24), wherein each of the curvature sections of the effective section longitudinal section by a reciprocal power function with the exponent 2 or 4 is writable.

Ultrasonic actuator after Claim 1 , characterized in that the Wirkabschnittsquerschnittsflächen S1, S2, S3, ..., Sn have a right-angled or a circular or an elliptical shape.

Ultrasonic actuator after Claim 1 or 2 , characterized in that the surface of the friction portion forms a friction surface (23), and the friction surface consists of one or more planar portions and / or has a curved portion.

Ultrasonic actuator according to one of the preceding claims, characterized in that the base portion and / or the effective portion slits (59, 60) / which extend perpendicular and / or parallel to the main surfaces of the ultrasonic actuator.

Ultrasonic actuator according to one of the preceding claims, characterized in that the friction element is attached to the connection side surface via an adhesive.

Ultrasonic actuator according to one of the preceding Claims 1 to 4 , characterized in that the friction element and the piezoelectric element are integrally formed with each other.