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Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1.
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Die
US 5 410 206 A beschreibt einen piezoelektrischen Trägheitsantrieb für eine Welle bzw. Spindel, bei welchem ein piezoelektrischer Aktor in einen Rahmen eingesetzt ist und durch mechanische Deformationen des Aktors ein Teil des Rahmens, der mit der Welle in Friktionskontakt steht, relativ gegen einen anderen Teil des Rahmens, der ebenfalls mit der Welle in Friktionskontakt steht, linear bewegt wird
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Die
DE 10 2011 109 590 A1 offenbart einen piezoelektrischen Drehantrieb für eine Welle, bei welchem ein piezoelektrischer Aktor in einen zumindest abschnittsweise deformierbaren Rahmen eingesetzt ist, wobei der Rahmen einen Kupplungsabschnitt aufweist, der mit der Welle koppelbar ist, und über eine definierte Bewegungssteuerung des Kupplungsabschnitts - hervorgerufen durch entsprechende Deformationen des Aktors - die Welle in eine rotatorische Bewegung versetzt wird.
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Die
US 10 250 164 B2 lehrt einen Trägheitsantrieb mit einem längenveränderlichen Aktor, der in einen zumindest abschnittsweise deformierbaren Rahmen eingesetzt ist, wobei in den gleichen Rahmen ein flaches Federelement eingehängt ist, welches mit einem anzutreibenden Element in Friktionskontakt steht.
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Die
DE 10 2015 208 591 B4 beschreibt einen piezoelektrischen Drehantrieb mit einem als Blattfeder ausgebildeten Spannmittel, bei welchem ein piezoelektrischer Aktor auf einen verstell- bzw. verformbaren Rahmen einwirkt. Die entsprechende Verstellung bzw. Verformung des Rahmens resultiert in einer Drehbewegung eines einstückig mit dem Rahmen ausgebildeten Kupplungsabschnitts, der kraftschlüssig mit einer anzutreibenden Welle koppelbar ist. Die Blattfeder ist derart in den Rahmen eingehängt bzw. mit diesem verbunden, dass der Kupplungsabschnitt und/oder der Aktor und/oder die Welle mit einer Vorspannkraft beaufschlagt ist bzw. sind. Die einstückige Verbindung des Kupplungsabschnitts mit dem restlichen Rahmen erfolgt hierbei über einen als Festkörpergelenk ausgebildeten Abschnitt.
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Von gewissem Nachteil bei dem vorgenannten Drehantrieb ist die Notwendigkeit der präzisen Abstimmung bzw. Anpassung des Außendurchmessers der anzutreibenden Welle mit dem bzw. an den Innendurchmesser des Kupplungsabschnitts sowie der entsprechenden Gewinde. Dabei dürfen sich die entsprechenden Durchmesser nur sehr geringfügig voneinander unterscheiden, damit ein effizienter Drehantrieb resultiert.
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Ein weiterer Nachteil bei dem aus dem Stand der Technik vorbekannten Drehantrieb ist die Kraftkennlinie der auf Biegung beanspruchten Blattfeder, die dazu führt, dass sich aufgrund dynamischer Verformungen des Rahmens während des Betriebs des Drehantriebs und damit einhergehender Biegungsänderungen der Blattfeder ändernde bzw. variierende Vorspannungskräfte ergeben.
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Zudem ist nachteilig, dass die Länge der Blattfeder sehr genau eingehalten werden muss, damit die aus der Verbiegung resultierenden Kräfte in einem definierten Bereich liegen. Außerdem ist eine gezielte Anpassung der Federkräfte nicht ohne Weiteres realisierbar.
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Daher ist es Aufgabe der Erfindung, eine Antriebsvorrichtung bereitzustellen, welche einfacher herzustellen ist und bei der eine leichtere und genauere Einstellung der Federkraft und der daraus resultierenden Druck- bzw. Vorspannkräfte möglich ist.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Antriebsvorrichtung gemäß Anspruch 1 sowie durch eine Antriebsvorrichtung gemäß Anspruch 5, wobei die sich jeweils daran anschließenden Unteransprüche wenigstens zweckmäßige Weiterbildungen darstellen.
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Durch Verwendung eines an einem Antriebselement angreifenden und auf Stauchung beanspruchten federelastischen Elements resultiert im Betrieb und damit in jedem Betriebszustand der Antriebsvorrichtung eine in erster Näherung konstante Druckkraft auf einen mit dem Antriebselement in Kontakt stehenden Aktor und zudem eine nahezu konstante Anpresskraft eines Kontaktabschnitts des Antriebselements auf ein anzutreibendes Element. Aufgrund dieser im Wesentlichen konstanten Kräfte gelingt ein sehr gleichmäßiges bzw. gleichförmiges und dadurch ein äußerst präzises und verlässliches Antriebsverhalten der Antriebsvorrichtung.
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Dadurch, dass der Kontaktabschnitt nur von einer Seite gegen das anzutreibende Element drückt, entfällt eine aufwändige Anpassung der Geometrien zusammenwirkender Oberflächenabschnitte, was insbesondere bei einem rotationssymmetrischen anzutreibenden Element gegeben ist.
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Das auf Stauchung beanspruchte federelastische Element muss nicht hochgenau gefertigt sein, da die Wirkung der in erster Näherung konstanten Federkraft bei Stauchung über einen gewissen Stauchungsbereich gegeben ist.
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Im Falle eines Antriebselements mit einer einseitig offenen Rahmenstruktur, welche den Aktor zumindest teilweise umfängt, liegt ein Aktoranlageabschnitt, an dem der Aktor mit einem seiner Enden anliegt, an einem Federabstützabschnitt, an welchem sich das federelastische Element mit einem seiner Enden abstützt, an.
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Eine einseitig offene Rahmenstruktur bietet Vorteile hinsichtlich einer einfacheren elektrischen Isolation des Aktors und einer größeren Freiheit hinsichtlich der Geometrie des anzutreibenden Elements. Beispielsweise kann bei einer offenen Rahmenstruktur das anzutreibende Element die Form eines Ringes aufweisen, der wesentlich größer ist als das Antriebselement.
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Hierbei kann es weiterhin von Vorteil sein, dass das Antriebselement wenigstens einen langgestreckten Schenkelabschnitt aufweist, welcher den Aktoranlageabschnitt und den Kontaktabschnitt miteinander verbindet, und dessen Querschnitt gleich dem oder kleiner als der Querschnitt des Aktoranlageabschnitts und des Kontaktabschnitts ist. Zudem kann es hierbei von Vorteil sein, dass der Schenkelabschnitt im Wesentlichen parallel zu der Aktorachse angeordnet ist.
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Ferner kann es hierbei von Vorteil sein, dass das federelastische Element außerhalb der den Aktor umfangenden Rahmenstruktur angeordnet ist. Durch den von außen zugänglichen Montagepunkt ist das federelastische Element leichter montierbar.
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Im Falle, dass das Antriebselement eine geschlossene Rahmenstruktur aufweist, welche den Aktor zumindest teilweise umfängt, sind sowohl der Aktor, als auch das federelastische Element innerhalb der Rahmenstruktur angeordnet.
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Eine geschlossene Rahmenstruktur bietet den Vorteil höherer Steifigkeit und geringerer Verwindung, so dass eine effektivere Übertragung der Aktorbewegung auf das anzutreibende Element ermöglicht ist. Eine geschlossene Rahmenstruktur eignet sich insbesondere für ein angetriebenes Element, das im Querschnitt deutlich kleiner ist als der Rahmen, etwa eine Gewindespindel.
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Es kann sich als günstig erweisen, dass das federelastische Element wenigstens eine ebene Blattfeder aufweist, wobei auch denkbar ist, dass das federelastische Element ein Paket aus mehreren parallel zueinander angeordneten und sich insbesondere gegenseitig berührenden Blattfedern aufweist. Hierbei kann es sich als günstig erweisen, wenn die Blattfeder bzw. Blattfedern im Wesentlichen parallel zu der Aktorachse angeordnet ist bzw. sind. Aktor und federelastisches Element sind Elemente, die in Wirkrichtung und funktional erforderlicher Baugröße ähnlich und aufeinander abgestimmt sind. Die parallele Anordnung ist dabei besonders platzsparend. Wenn die Hebelverhältnisse auf parallele Anordnung von Aktor und federelastisches Element ausgelegt sind, kann bei der Montage die korrekte Lage des federelastischen Elements leicht überprüft und durch gezielt schräge Montage des federelastischen Elements die Hebelverhältnisse ohne großen Aufwand nachvollziehbar geändert werden. Dadurch kann die Normalkraft in der Reibpaarung angepasst und damit auf geänderte Reibverhältnisse - etwa aufgrund unterschiedlicher Schmiermittel - reagiert werden. So kann der Antrieb und dessen Schmierung leichter an unterschiedliche Umgebungsbedingungen wie hochreines Vakuum, kryogene Temperaturen oder Laborumgebung angepasst werden.
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Es kann günstig sein, dass das anzutreibende Element zumindest bereichsweise eine Außenkrümmung mit einem Radius ra aufweist, und der Kontaktabschnitt wenigstens bereichsweise eine Innenkrümmung ri besitzt, und bei Kontaktierung der entsprechenden Bereiche von anzutreibendem Element und Kontaktabschnitt ein flächiger Friktionskontakt resultiert. Hierbei kann es günstig sein, dass ein Unterschied zwischen dem Radius ra und dem Radius ri zwischen 0,1mm und 0,5mm beträgt. Eine solche Differenz der Radien macht die Fertigung unempfindlich gegen große Toleranzen.
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Ferner kann es günstig sein, dass sich der Friktionskontakt zwischen dem Kontaktabschnitt und dem anzutreibenden Element über einen Außenumfangswinkel des anzutreibenden Elements zwischen 5° und 45 ° erstreckt.
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Zudem kann es günstig sein, dass die Druckvorspannung wenigstens fünfmal so groß wie die Friktionskontaktvorspannung ist. Dies ermöglicht die Verwendung von nur einem federelastischen Element zur Generierung der Friktionskontaktvorspannung zwischen dem Kontaktabschnitt und dem anzutreibenden Element. Selbst bei einer Verringerung der Friktionskontaktvorspannung über die Betriebsdauer funktioniert bei diesen Vorspannungsverhältnissen die Antriebsvorrichtung weiterhin zuverlässig, wenn auch mit geringerer Kraft.
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In vorteilhafter Weise erfolgt eine Verwendung der vorstehend beschriebenen Antriebsvorrichtung in einer Positioniervorrichtung, und vorzugsweise in einer hochgenauen Positioniervorrichtung mit einer Auflösung kleiner oder gleich 10nm und einer Wiederholgenauigkeit kleiner oder gleich 1µm.
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Unter der Bezeichnung „im Wesentlichen“ in Bezug auf ein Merkmal oder einen Wert wird hierin insbesondere verstanden, dass das Merkmal eine Abweichung von 20 % und speziell von 10 % von dem Merkmal oder dessen geometrischen Eigenschaft bzw. des Werts enthält.
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Unter „Krümmung“ einer Komponente oder einer Oberfläche einer Komponente, entlang einer Richtung, z.B. entlang einer Längsrichtung, bedeutet hierin, dass sich die Komponente entlang dieser Richtung krümmt. Dabei ist die Krümmung in ihrem Verlauf in einer Blickrichtung quer zu dieser Richtung sichtbar und kann z.B. entlang einer Breitenrichtung der Komponente sichtbar sein.
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Unter dem Begriff „einstückig“ in Bezug auf ein Bauteil oder eine Komponente wird hierin verstanden, dass das Bauteil bzw. die Komponente als ein Stück hergestellt ist. Dabei kann das Bauteil bzw. die Komponente aus mehreren Stücken oder Teilen, die zusammenhängen oder aneinander gekoppelt oder miteinander verbunden sind, gebildet sein. Unter dem Begriff „aus einem Stück hergestellt“ wird in dieser Hinsicht verstanden, dass das Bauteil bzw. die Komponente bei seiner Herstellung aus einem einstückigen Ausgangswerkstück hergestellt ist.
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Der Begriff „quer“ bedeutet hierin in Bezug auf eine Richtungsangabe, die insbesondere auch den Verlauf einer Konturlinie oder einer Oberfläche oder eine Richtung eines Bauteils oder einer Strukturkomponente wie eine Achse oder eine Welle oder eine Mittelachse derselben betreffen kann, in Bezug auf eine Bezugsrichtung oder eine Bezugsachse, dass ein Abschnitt des Verlaufs oder die Tangente an eine jeweilige Konturlinie oder jeweilige Oberfläche oder die Richtung in einer explizit oder implizit vorgegebenen Blickrichtung lokal oder abschnittsweise mit einem Winkel, der zwischen 45° und 135° beträgt, und vorzugsweise mit einem Winkel, der zwischen 67° und 113° beträgt, von der jeweiligen Bezugsrichtung bzw. Bezugsachse abweicht, auf die die jeweilige Richtungsangabe bezogen ist.
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Hierin wird unter der logischen Verknüpfung „oder“ in Bezug auf zwei Alternativen ausschließlich die eine oder die andere der Alternativen verstanden, sofern nichts anderes angegeben ist.
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Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen, auf die bezüglich aller nicht im Text beschriebenen Einzelheiten ausdrücklich verwiesen wird. Es zeigen
- 1: perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer Antriebsvorrichtung mit einem Antriebselement mit einer geschlossenen Rahmenstruktur
- 2: Vorderansicht der Antriebsvorrichtung nach 1
- 3: Ausführungsform einer Antriebsvorrichtung mit einem Antriebselement mit einer einseitig offenen Rahmenstruktur
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1. zeigt in perspektivischer Darstellung eine mögliche Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung 1. An einem ortsfesten Basiselement 2 ist ein Antriebselement 4 angeordnet. Das ortsfeste Basiselement 2 dient gleichzeitig der Lagerung bzw. Führung eines anzutreibenden Elements 5 in Form einer Spindel, wobei in 1 das Außengewinde der Spindel nicht zu erkennen bzw. nicht dargestellt ist. Das Basiselement 2 besteht aus Stahl, während das Antriebselement 4 aus Bronze besteht.
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Das Antriebselement weist eine rahmenförmige Struktur bzw. eine Rahmenstruktur auf, welche einen geschlossenen Aufnahmeraum 402 bildet, in welchem ein piezoelektrischer Aktor 3 und ein federelastisches Element 6 angeordnet sind. Gleichzeitig ragen ein einstückig mit dem Basiselement 2 ausgeführter Federabstützabschnitt 24 sowie ein einstückig mit dem Basiselement 2 ausgeführter Aktorabstützabschnitt 22 in den Aufnahmeraum 402 des Antriebselements 4.
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Das federelastische Element 6 in Form einer Blattfeder und mit einer Längserstreckungsrichtung LR stützt sich mit einem seiner Enden an dem Federabstützabschnitt 24 ab, während dessen gegenüberliegendes anderes Ende an einem Federanlageabschnitt 42 des Antriebselements 4 angreift. Der Aktor 3 stützt sich mit einem seiner Enden über ein der elektrischen Isolation dienendes Zwischenelement 7 an dem Aktorabstützabschnitt 22 ab, während sein gegenüberliegendes anderes Ende indirekt und über ein weiteres Zwischenelement 7 an einem Aktoranlageabschnitt 44 anliegt. Es ist denkbar, das Zwischenelement 7 nicht als separates Element vorzusehen, sondern als integralen Bestandteil des Aktors.
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Das federelastische Element 6 ist in dem in dem Aufnahmeraum 402 eingesetzten Zustand auf Stauchung beansprucht und übt somit eine Federkraft aus, die zum Einen dafür sorgt, dass der Aktoranlageabschnitt 44 gegen den Aktor 3 gedrückt ist und diesen damit zwischen dem Aktoranlageabschnitt 44 und dem Aktorabstützabschnitt 22 einspannt und eine definierte Druckspannung auf diesen ausübt. Zum Anderen sorgt die durch die Stauchung der Blattfeder hervorgerufene Federkraft dafür, dass ein Kontaktabschnitt 46 des Antriebselements 4 seitlich bzw. von einer Seite her mit einer definierten Kraft gegen das anzutreibende Element in Form einer Spindel gedrückt ist.
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Obgleich das Antriebselement 4 eine kreisförmige Ausnehmung 404 aufweist und die Spindel in entsprechender Weise vollumfänglich umgibt, ist dies für einen verlässlichen Antrieb der Spindel nicht notwendig. Ohnehin ist aufgrund des Unterschieds zwischen dem Außendurchmesser des anzutreibenden Elements 5 und dem Innendurchmesser der kreisförmigen Ausnehmung 404, welcher kleiner ist als die Gewindesteigung des anzutreibenden Elements, lediglich der Kontaktabschnitt 46 des Antriebselements 4 mit der Spindel in Kontakt bzw. in Friktionskontakt. Dabei erstreckt sich der Friktionskontakt zwischen dem Kontaktabschnitt 46 und dem anzutreibenden Element 5 bzw. der Spindel über einen Außenumfangswinkel der Spindel von ca. 15°. Zumindest innerhalb dieses Friktionskontaktbereichs weist der Kontaktabschnitt ein mit dem Gewinde der Spindel zusammenwirkendes Gewinde auf, das vorzugsweise komplementär dazu ist.
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Beim Betrieb der Antriebsvorrichtung 1 erfolgt eine geeignete elektrische Ansteuerung des Aktors 3, aufgrund derer es zu einer Ausdehnung oder einer Kontraktion desselben entlang seiner Aktorachse A gegen die durch das federelastische Element 6 ausgeübte Druckkraft kommt. Aufgrund der entsprechenden Längenänderung des Aktors 3, welcher sich mit einem seiner Enden an dem ortsfesten Aktorabstützabschnitt abstützt und mit seinem gegenüberliegenden anderen Ende an dem Aktoranlageabschnitt 44 des Antriebselements 44 anliegt, erfolgt eine gleichsinnige Bewegung des Antriebselements 4 und mit diesem eine entsprechende Bewegung des Kontaktabschnitts 46 entlang einer Antriebsrichtung AR, welche aufgrund dessen Friktionskontakts mit dem anzutreibenden Element 5 eine Mitnahmebewegung desselben bewirken kann. Ob tatsächlich eine Mitnahme erfolgt, hängt von dem Ansteuersignal und der resultierenden Geschwindigkeit bzw. Beschleunigung des Kontaktabschnitts 46 ab: bei einer vergleichsweise langsamen Geschwindigkeit bzw. einer geringen Beschleunigung erfolgt eine Mitnahmebewegung der Spindel, während es bei einer hohen Geschwindigkeit bzw. einer hohen Beschleunigung zu einer Relativbewegung bzw. einem Gleiten zwischen dem Kontaktabschnitt 46 und der Spindel kommt.
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Abhängig von der Form des elektrischen Ansteuersignals kommt es also entweder zuerst zu einer langsameren Deformationsänderung des Aktors, welche eine Mitnahme- bzw. Antriebsbewegung der Spindel mit dem Kontaktabschnitt 46 bewirkt und anschließend zu einer schnellen und entgegengesetzten Deformationsänderung, welche eine Relativbewegung zwischen dem Kontaktabschnitt 46 und der Spindel und gerade keine Mitnahme- bzw. Antriebsbewegung derselben bewirkt, oder aber zuerst zu einer schnellen Deformationsänderung des Aktors, gefolgt von einem zeitlichen Abschnitt mit einer langsamen Deformationsänderung des Aktors. Durch die unterschiedliche Abfolge der vorstehend beschriebenen Deformationsänderungen kann die Antriebsrichtung bzw. im vorliegenden Fall die Rotationsrichtung der Spindel gewählt werden.
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Für das entsprechende elektrische Ansteuerungssignal kann in naherliegender Weise ein Sägezahnsignal mit einer flachen und einer steilen Flanke verwendet werden, jedoch sind zahlreiche Abwandlungen von einem reinen Sägezahnsignal denkbar, etwa dadurch, dass zwischen der flachen und der steilen Flanke noch ein Abschnitt mit einer zeitlich konstanten elektrischen Spannung vorhanden ist. Weitere Abwandlungen der reinen Sägezahnspannung können nicht-lineare Kurvenabschnitte des Ansteuersignals sein.
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2 zeigt die Antriebsvorrichtung 1 gemäß 1 in einer Vorderansicht. Dieser ist insbesondere entnehmbar, dass der Innendurchmesser der kreisförmigen Ausnehmung 404 des Antriebselements 4 deutlich größer ist als der Außendurchmesser der Spindel, und dass der Kontaktabschnitt 46 nur von einer - in 2 der linken - Seite her gegen die Spindel gedrückt ist und im entsprechenden Bereich in Kontakt mit dieser ist bzw. sich dort die beiden Gewinde von Kontaktabschnitt 46 und Spindel in Eingriff miteinander befinden.
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Obwohl die 2 nahelegt, dass das federelastische Element in Form einer Blattfeder vollkommen eben in dem in dem Aufnahmeraum 402 eingesetzten Zustand vorliegt, ist dies nur zur Vereinfachung der Darstellung so gezeigt. Tatsächlich weist das federelastische Element 6 nach seinem Einsetzen in den Aufnahmeraum 402, d.h. nach dessen Montage bzw. Anordnung zwischen dem Federabstützabschnitt 24 des Basiselements 2 und dem Federanlageabschnitt 42 des Antriebselements 4, eine durch Stauchung hervorgerufene Krümmung auf.
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Der Federabstützabschnitt 24 weist eine im Wesentlichen rechteckförmige Geometrie auf, wobei eine der entsprechend längeren Seiten jedoch zu einem Ende hin einen bogenförmigen Verlauf hat. Die entsprechende Verdickung des Federabstützabschnitts 24 in diesem Bereich dient dazu, die Vorspannung bzw. Stauchung der Blattfeder anzupassen, da eine Verschiebung des entsprechenden Endabschnitts der Blattfeder entlang des borgenförmigen Abschnitts zu einer variablen Einspannlänge der Blattfeder zwischen dem durch eine Mulde bzw. Einkerbung oder Vertiefung gebildeten Federanlageabschnitt 42 des Antriebselements 4 und dem Federabstützabschnitt 24 des Basiselements 2 führt.
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3 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung 1, bei welcher das an dem ortsfesten Basiselement 2 angeordnete Antriebselement 4 im Gegensatz zu der Ausführungsform gemäß den 1 und 2 eine offene Rahmenstruktur aufweist, und der Aktor 3 in Form eines piezoelektrischen Elements nur von drei Seiten her durch das Antriebselement 4 umgeben ist und somit nicht vollständig.
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Ein erstes Ende des Aktors 3 stützt sich indirekt über das Zwischenelement 7 an dem Aktorabstützabschnitt 22 des Basiselements 2 ab, während das gegenüberliegende Ende des Aktors 3 indirekt und über das Zwischenelement 7 an dem Aktoranlageabschnitt 44 des Antriebselements 4 anliegt. Der Aktoranlageabschnitt 44 ist im Wesentlichen L-förmig, wobei der entsprechende kurze Schenkel an dem Federabstützabschnitt 24 des Basiselements 2 anliegt bzw. sich daran abstützt.
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An den im Wesentlichen L-förmigen Aktoranlageabschnitt 44 schließt sich seitens des einstückig ausgeführten Antriebselements 4 ein langgestreckter Schenkelabschnitt 48 an, dessen Längserstreckungsrichtung im Wesentlichen parallel zu der Aktorachse A und auch im Wesentlichen parallel zu der Längserstreckungsrichtung LR des federelastischen Elements angeordnet ist.
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An den Schenkelabschnitt 48 schließt sich der Abschnitt des Antriebselements 4 an, der den Kontaktabschnitt 46 umfasst. Dieser Abschnitt erstreckt sich - ebenso wie der Aktoranlageabschnitt 44 - in einer Richtung, die im Wesentlichen senkrecht zu der Längserstreckungsrichtung des Schenkelabschnitts 48 angeordnet ist. Somit besitzt das Antriebselement 4 im weitesten Sinne eine U-Form, dessen Öffnung dem anzutreibenden Element 5 in Form eines Rings zugewandt ist. Innerhalb des durch die U-Form begrenzten Raums des Antriebselements 4 sind der Aktor 3, der Aktorabstützabschnitt 22 und die beiden Zwischenelemente 7 gelegen.
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Im Bereich des Antriebselements 4, welcher den Übergang zwischen dem Schenkelabschnitt 48 und dem Abschnitt, welcher den Kontaktabschnitt 46 aufweist, darstellt, weist dieses in einer von dem anzutreibenden Element 5 weg weisenden Richtung einen Vorsprung auf, welcher den Federanlageabschnitt 42 ausbildet. Zwischen diesem und dem einstückig mit dem Basiselement 2 ausgeführten Federabstützabschnitt 24 ist das federelastische Element 6 in Form einer Blattfeder eingespannt und auf Stauchung beansprucht, wobei in 3 aus Gründen einer vereinfachten Darstellung die Stauchung nicht gezeigt ist.
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Indem das federelastische Element 6 eine durch die Stauchung hervorgerufene Federkraft auf den Federanlageabschnitt 42 ausübt, wird zum Einen die in 3 nach oben wirkende Kraft über das Antriebselement 2 bzw. über dessen Aktoranlageabschnitt 44 auf den Aktor 3 übertragen, welcher dadurch auf Druck belastet wird. Zum Anderen bewirkt die Federkraft ein Anpressen des Kontaktabschnitts 46 in Richtung auf das anzutreibende Element 5 zu, so dass dieses mit einer definierten Kraft gegen das anzutreibende Element gedrückt ist und mittels des entsprechenden Friktionskontakts eine durch den Aktor 3 hervorgerufene Bewegung des Antriebselements 4 und damit des Kontaktelements 46 entlang der Antriebsrichtung AR auf das anzutreibende Element übertragbar ist, so dass dieses in eine rotatorische Bewegung versetzt werden kann.
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Es sind zahlreiche Abweichungen bzw. Alternativen von den spezifischen, zu den Ausführungsbeispielen aufgezeigten Merkmalen denkbar. So kann an Stelle eines dort beschriebenen piezoelektrischen Aktors jeglicher Aktor aus einem elektromechanischen Material verwendet werden, wobei unter dem Begriff „elektromechanisches Material“ hierin ein Material verstanden wird, das - bei Beaufschlagung des Materials mit einer entsprechenden elektrischen Spannung - eine Dimensionsänderung vollführt. Aber auch Aktoren, die einem anderen Wirkprinzip folgen, sind denkbar, etwa pneumatische, hydraulische oder temperatursensitive Aktoren wie beispielsweise Formgedächtnislegierungs-Aktoren.
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Bevorzugte Verwendungen der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung finden sich in Stell- bzw. Positioniervorrichtungen, insbesondere mit rotatorisch angetriebenen Elementen wie einer Spindel oder einem Ring, jedoch sind auch Linearstellvorrichtungen mit der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung denkbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Antriebsvorrichtung
- 2
- Basiselement
- 3
- Aktor
- 4
- Antriebselement
- 5
- anzutreibendes Element
- 6
- federelastisches Element
- 22
- Aktorabstützabschnitt (des Basiselements 2)
- 24
- Federabstützabschnitt (des Basiselements 2)
- 42
- Federanlageabschnitt (des Antriebselements 4)
- 44
- Aktoranlageabschnitt (des Antriebselements 4)
- 46
- Kontaktabschnitt (des Antriebselements 4)
- 48
- Schenkelabschnitt (des Antriebselements 4)
- 402
- Aufnahmeraum (des Antriebselements 4)
- 404
- Ausnehmung (des Antriebselements 4)
- A
- Aktorachse
- AR
- Antriebsrichtung
- LR
- Längserstreckungsrichtung (des federelastischen Elements 6)
