DE102021130298A1

DE102021130298A1 - ultrasonic drive

Info

Publication number: DE102021130298A1
Application number: DE102021130298.6A
Authority: DE
Inventors: Jonas Metz
Original assignee: Physik Instrumente PI GmbH and Co KG
Current assignee: Physik Instrumente PI GmbH and Co KG
Priority date: 2021-11-19
Filing date: 2021-11-19
Publication date: 2023-05-25

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Ultraschallantrieb (1) mit einem Ultraschallaktuator (2), der in einem Gehäuse (3) eingesetzt und durch dieses gehaltert ist, wobei an dem Ultraschallaktuator (2) ein Friktionselement (4) angeordnet ist, welches durch eine Öffnung (5) des Gehäuses (3) ragt und zu einem Friktionskontakt mit einer Kontaktfläche eines anzutreibenden Elements (6) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Gehäuse (3) ein Trägerelement (7) angeordnet ist, und an dem Trägerelement (7) wenigstens ein Abstreifelement (8) aus einem Material mit dämpfenden Eigenschaften angeordnet ist, welches durch das Trägerelement (7) mit einer definierten Kraft gegen das anzutreibende Element drückbar ist.The invention relates to an ultrasonic drive (1) with an ultrasonic actuator (2) which is inserted in a housing (3) and held by it, a friction element (4) being arranged on the ultrasonic actuator (2) and being pushed through an opening (5th ) of the housing (3) and is provided for frictional contact with a contact surface of an element (6) to be driven, characterized in that a carrier element (7) is arranged on the housing (3) and at least one on the carrier element (7). Stripping element (8) made of a material with damping properties is arranged, which can be pressed against the element to be driven by the carrier element (7) with a defined force.

Description

Die Erfindung betrifft einen Ultraschallantrieb und einen Ultraschallmotor mit einem solchen Ultraschallantrieb.The invention relates to an ultrasonic drive and an ultrasonic motor with such an ultrasonic drive.

Aus der DE 10 2017 102 663 B4 der Anmelderin ist ein gattungsbildender Ultraschallantrieb bekannt, dessen Ultraschallaktuator in einem Gehäuse eingesetzt und durch dieses gehaltert ist. An dem Ultraschallaktuator ist ein Friktionselement angeordnet, welches durch eine Öffnung des Gehäuses ragt und zu einem Friktionskontakt mit einer Kontaktfläche eines anzutreibenden Elements vorgesehen ist.From the DE 10 2017 102 663 B4 the applicant is aware of a generic ultrasonic drive whose ultrasonic actuator is inserted into a housing and held by it. A friction element is arranged on the ultrasonic actuator, which protrudes through an opening in the housing and is provided for frictional contact with a contact surface of an element to be driven.

Ein gewisser Nachteil des vorstehend bezeichneten Ultraschallantriebs ist zum Einen die während des Betriebs gelegentlich auftretende Geräuschentwicklung, und zum Anderen die durch den Betrieb entstehenden Abriebpartikel aufgrund des Reibkontakts zwischen dem Friktionselement und der Kontaktfläche des anzutreibenden Elements. Besagte Abriebpartikel können einen negativen Einfluss insbesondere auf optische Sensoren haben, die in der Umgebung des Ultraschallantriebs etwa für Positionserfassungen verwendet werden. Zudem können sich besagte Abriebpartikel negativ auf die Eingriffsverhältnisse zwischen dem Friktionselement und der Kontakt- bzw. Friktionsfläche des anzutreibenden Elements auswirken und so den Antrieb bzw. dessen Gleichlaufeigenschaften oder auch dessen Positioniergenauigkeit verschlechtern.A certain disadvantage of the above-described ultrasonic drive is, on the one hand, the noise that occasionally occurs during operation, and, on the other hand, the abrasion particles caused by operation due to the frictional contact between the friction element and the contact surface of the element to be driven. Said abrasion particles can have a negative effect, in particular on optical sensors that are used in the vicinity of the ultrasonic drive, for example for position detection. In addition, said abrasion particles can have a negative effect on the engagement conditions between the friction element and the contact or friction surface of the element to be driven and thus impair the drive or its synchronization properties or its positioning accuracy.

Eine Möglichkeit zur Reduzierung oder sogar Eliminierung von unerwünschten Geräuschen während des Betriebs ist in der Druckschrift EP 3 435 535 A1 der Anmelderin aufgezeigt. Besagte Druckschrift beschreibt eine Ansteuerungsmethode von Ultraschallmotoren, welche die Geräuschentwicklung effektiv reduziert bzw. eliminiert, dies jedoch nur bzw. hauptsächlich bei niedrigen Geschwindigkeiten.One way to reduce or even eliminate unwanted noise during operation is in the reference EP 3 435 535 A1 shown to the applicant. Said publication describes a control method for ultrasonic motors, which effectively reduces or eliminates the noise development, but only or mainly at low speeds.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Ultraschallantrieb bereitzustellen, mit welchem unabhängig von der Betriebsart und nur mit geringen Einbußen in der Effizienz die Reduktion bzw. Eliminierung von unerwünschten Geräuschen während des Betriebs gelingt und bei dem gleichzeitig die negativen Auswirkungen von Abriebpartikeln vermieden oder zumindest verringert werden.The object of the invention is to provide an ultrasonic drive with which, regardless of the operating mode and with only minor losses in efficiency, unwanted noises can be reduced or eliminated during operation and at the same time the negative effects of abrasion particles are avoided or at least reduced become.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Ultraschallantrieb mit einem Ultraschallaktuator, der in einem Gehäuse eingesetzt und durch dieses gehaltert ist, wobei an dem Ultraschallaktuator ein Friktionselement angeordnet ist, welches durch eine Öffnung des Gehäuses ragt und zu einem Friktionskontakt mit einer Kontaktfläche eines anzutreibenden Elements vorgesehen ist. An dem Gehäuse ist ein Trägerelement angeordnet, und an dem Trägerelement ist wenigstens ein Abstreifelement aus einem Material mit dämpfenden Eigenschaften angeordnet, welches durch das Trägerelement mit einer definierten Kraft gegen das anzutreibende Element drückbar ist. Durch das definierte Andrücken des dämpfenden Materials an das anzutreibende Element mittels des Trägerelements kann die Dämpfung des gesamten Systems aus Ultraschallantrieb und anzutreibendem Element gezielt beeinflusst werden, und das dämpfende Material kann darüber hinaus Abriebpartikel aufnehmen und/oder diese von der Kontaktfläche des anzutreibenden Elements entfernen.This object is achieved by an ultrasonic drive with an ultrasonic actuator that is inserted into a housing and held by it, with a friction element being arranged on the ultrasonic actuator, which protrudes through an opening in the housing and is provided for frictional contact with a contact surface of an element to be driven . A carrier element is arranged on the housing, and at least one stripping element made of a material with damping properties is arranged on the carrier element, which can be pressed by the carrier element with a defined force against the element to be driven. By pressing the damping material against the element to be driven in a defined manner by means of the carrier element, the damping of the entire system consisting of the ultrasonic drive and the element to be driven can be influenced in a targeted manner, and the damping material can also absorb abrasion particles and/or remove them from the contact surface of the element to be driven.

Bei jeder Ausführungsform der erfindungsgemäßen Halterungsvorrichtung kann vorgesehen sein, dass das Trägerelement zumindest abschnittsweise federelastische Eigenschaften aufweist. Hierzu kann das Trägerelement einstückig ausgebildet und der federelastische Abschnitt etwa durch Vorsehen von strukturellen Merkmalen wie Schlitzen oder Ausnehmungen in dem Trägerelement realisiert sein. Dies stellt eine besonders einfach zu handhabende und bei der Montage Vorteile bietende Ausführungsform des Trägerelements dar. Alternativ kann das Trägerelement auch mehrstückig ausgebildet sein, wobei der federelastische Abschnitt durch wenigstens ein separates Element, das federelastische Eigenschaften aufweist, gebildet ist.In each embodiment of the mounting device according to the invention, it can be provided that the carrier element has spring-elastic properties at least in sections. For this purpose, the carrier element can be designed in one piece and the spring-elastic section can be implemented by providing structural features such as slots or recesses in the carrier element. This represents an embodiment of the carrier element that is particularly easy to handle and offers advantages during assembly. Alternatively, the carrier element can also be made in several pieces, with the spring-elastic section being formed by at least one separate element that has spring-elastic properties.

Bei jeder Ausführungsform der erfindungsgemäßen Halterungsvorrichtung kann vorgesehen sein, dass das Trägerelement und/oder das Abstreifelement wenigstens abschnittsweise eine zu der Form der Kontaktfläche des anzutreibenden Elements komplementäre Form aufweist. Dadurch gelingt auf besonders effektive Weise eine positive Beeinflussung der Dämpfung und die Aufnahme bzw. Entfernung von Abriebpartikeln.In each embodiment of the mounting device according to the invention, it can be provided that the carrier element and/or the stripping element has, at least in sections, a shape complementary to the shape of the contact surface of the element to be driven. As a result, a positive influence on the damping and the absorption or removal of abrasion particles is achieved in a particularly effective manner.

Bei jeder Ausführungsform der erfindungsgemäßen Halterungsvorrichtung kann vorgesehen sein, dass das Abstreifelement eine bandförmige Geometrie aufweist und dessen dem Friktionselement zugewandte Seite unter einem Winkel zu der Längserstreckungsrichtung des Abstreifelements ausgerichtet ist, der von 90° abweicht und somit die dem Friktionselemente zugewandte Seite des Abstreifelements schräg zu dessen Längserstreckungsrichtung verläuft. Diese geometrische Form des Abstreifelements begünstigt die Entfernung von Abriebpartikeln von der Kontaktfläche des anzutreibenden Elements.In each embodiment of the mounting device according to the invention, it can be provided that the stripping element has a strip-shaped geometry and its side facing the friction element is aligned at an angle to the longitudinal direction of the stripping element, which deviates from 90° and thus the side of the stripping element facing the friction elements is at an angle whose direction of longitudinal extension runs. This geometric shape of the scraper element promotes the removal of abrasion particles from the contact surface of the element to be driven.

Bei jeder Ausführungsform der erfindungsgemäßen Halterungsvorrichtung kann vorgesehen sein, dass an dem Trägerelement zwei Abstreifelemente auf gegenüberliegenden Seiten in Bezug auf das Friktionselement angeordnet sind. Hierbei kann es vorteilhaft sein, wenn beide Abstreifelemente jeweils eine schräg verlaufende und dem Friktionselement zugewandte Seite aufweisen, und die Ausrichtung dieser beiden Seiten unterschiedlich und bevorzugt spiegelbildlich zueinander ist. Hierdurch gelingt eine nochmals verbesserte und optimierte Entfernung von Abriebpartikeln von der Kontaktfläche des anzutreibenden Elements.In each embodiment of the mounting device according to the invention it can be provided that two stripping elements on opposite sides with respect to the carrier element the friction element are arranged. In this case, it can be advantageous if both stripping elements each have an inclined side facing the friction element, and the alignment of these two sides is different and preferably mirror-inverted to one another. This achieves a further improved and optimized removal of abrasion particles from the contact surface of the element to be driven.

Bei jeder Ausführungsform der erfindungsgemäßen Halterungsvorrichtung kann vorgesehen sein, dass das wenigstens eine Abstreifelement einen textilen Faserstoff aufweist und vorzugsweise aus einem solchen besteht. Textile Faserstoffe weisen von sich aus bereits ein gutes Dämpfungsvermögen auf, und aufgrund der teilweise offenen und durchlässigen Struktur gelingt auf einfache Weise eine Aufnahme von Abriebpartikeln, so dass diese von der Reibpaarung Friktionselement-Kontaktfläche des anzutreibenden Elements entfernt bzw. ferngehalten werden können. Zudem besitzen textile Faserstoffe oftmals gute Reib- bzw. Gleiteigenschaften, so dass sie für die Anwendung in Reibkontaktantrieben oder -motoren Vorteile bieten.In each embodiment of the holding device according to the invention it can be provided that the at least one stripping element has a textile fiber material and preferably consists of such. Textile fiber materials already have good damping capacity, and due to the partially open and permeable structure, abraded particles can easily be absorbed so that they can be removed or kept away from the friction pairing of the friction element and the contact surface of the element to be driven. In addition, textile fiber materials often have good friction or sliding properties, so that they offer advantages for use in friction contact drives or motors.

Bei jeder Ausführungsform der erfindungsgemäßen Halterungsvorrichtung kann vorgesehen sein, dass das Trägerelement mittels Klemmung an dem Gehäuse angeordnet ist. Darüber gelingt eine besonders einfache Art der einstellbaren Anordnung bzw. Verbindung des Trägerelements mit dem Gehäuse.In each embodiment of the mounting device according to the invention, it can be provided that the carrier element is arranged on the housing by means of clamping. In addition, a particularly simple type of adjustable arrangement or connection of the carrier element to the housing is achieved.

Die Erfindung betrifft zudem einen Ultraschallmotor mit einem vorstehend beschriebenen Ultraschallantrieb, wobei das Abstreifelement gegen das anzutreibende Element gedrückt und derart ausgebildet ist, dass sich der zwischen dem Material des Abstreifelements und dem Material des anzutreibenden Elements ausbildende statische Reibungskoeffizient einen Wert aufweist, der größer Null und kleiner 0,25 ist. Der Wert des statischen Reibungskoeffizienten wird dabei mittels eines Auflagetisches, eines Gewichts und einem Kraftmesser unter Einhaltung folgender Parameter ermittelt: Kontaktfläche zwischen dem Material des Abstreifelements und dem Material des anzutreibenden Elements = 0,001 m², Masse des Gewichts, das die Materialen von Abtreifelement und anzutreibendem Element gegeneinander drückt = 500 g, Umgebungstemperatur: 20 °C, relative Luftfeuchte: 50 %, Rate der Erhöhung der Kraft, mit der an dem Material des anzutreibenden Elements bzw. an diesem selbst in einer Richtung senkrecht zur Richtung der Kraft gezogen wird, entlang welcher die Materialien von Abstreifelement und anzutreibendem Element gegeneinander gedrückt sind = 0,5 N/s.The invention also relates to an ultrasonic motor with an ultrasonic drive as described above, wherein the scraper element is pressed against the element to be driven and is designed in such a way that the static coefficient of friction formed between the material of the scraper element and the material of the element to be driven has a value that is greater than zero and is less than 0.25. The value of the static coefficient of friction is determined using a support table, a weight and a dynamometer while observing the following parameters: contact area between the material of the scraper element and the material of the driven element = 0.001 m ² , mass of the weight that the materials of the scraper element and the driven element element pressed against each other = 500 g, ambient temperature: 20 °C, relative humidity: 50 %, rate of increase of the force with which the material of the element to be driven or itself is pulled along in a direction perpendicular to the direction of the force which the materials of the scraper element and the element to be driven are pressed against each other = 0.5 N/s.

Bei jeder Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ultraschallmotors kann vorgesehen sein, dass dessen Dämpfungsgrad D bei applizierten Anregungsfrequenzen zwischen 20 Hz und 20 kHz einen Wert aufweist, der größer als 0,01 und kleiner oder gleich 1 ist. Der Dämpfungsgrad D wird dabei mit Hilfe eines Aufbaus ermittelt, bei dem ein Piezoaktor gegen eine Kontaktfläche identisch zu der des anzutreibenden Elements gedrückt und mit den vorstehend aufgeführten Anregungsfrequenzen betrieben wird, um die Kontaktfläche mit eben diesen Frequenzen anzuregen, und zwar sowohl in tangentialer Antriebsrichtung, bei der die Schwingungsrichtung des Piezoaktors tangential zu der Kontaktfläche ausgerichtet ist, als auch in normaler Antriebsrichtung, bei welcher die Schwingungsrichtung des Piezoaktors normal zu der Kontaktfläche ausgerichtet ist. Gemessen werden hierbei die Schwingungsamplituden auf der Kontaktfläche des anzutreibenden Elements sowohl normal als auch tangential zur Antriebsrichtung mittels Vibrometer oder Beschleunigungssensor. Die Berechnung des Dämpfungsgrades erfolgt aus aufeinanderfolgenden Schwingungsamplituden gemäß: D=In(x_t/x_t+1)/2π.In each embodiment of the ultrasonic motor according to the invention, it can be provided that its degree of damping D has a value greater than 0.01 and less than or equal to 1 for applied excitation frequencies between 20 Hz and 20 kHz. The degree of damping D is determined using a setup in which a piezo actuator is pressed against a contact surface identical to that of the element to be driven and is operated with the excitation frequencies listed above in order to excite the contact surface with precisely these frequencies, both in the tangential drive direction in which the direction of vibration of the piezo actuator is oriented tangentially to the contact surface, and in the normal drive direction, in which the direction of vibration of the piezo actuator is oriented normal to the contact surface. The vibration amplitudes on the contact surface of the element to be driven are measured both normal and tangential to the drive direction using a vibrometer or acceleration sensor. The degree of damping is calculated from successive vibration amplitudes according to: D=In(x _t /x _t+1 )/2π.

Der Ausdruck „elektromechanisches Element“ bezeichnet hierin ein Element, welches durch Beaufschlagung mit einer elektrischen Spannung eine mechanische Deformation erfährt.The term “electro-mechanical element” refers here to an element which undergoes mechanical deformation when an electrical voltage is applied.

Unter der Bezeichnung „im Wesentlichen“ in Bezug auf ein vorzugsweise geometrisches Merkmal bzw. auf eine Anordnung oder einen Wert wird hierin insbesondere verstanden, dass das Merkmal oder der Wert eine Abweichung von 20% und speziell von 10% von dem Merkmal oder dem Wert aufweist.The term "substantially" in relation to a preferably geometric feature or an arrangement or a value is understood here in particular that the feature or the value has a deviation of 20% and especially 10% from the feature or the value .

Unter der Bezeichnung „textiler Faserstoff“ wird hierin in Anlehnung an die DIN 60000 ein linienförmiges Gebilde verstanden, das sich textil verarbeiten lässt (Textilfasern). Textile Faserstoffe besitzen das gemeinsame Kennzeichen einer im Verhältnis zu ihrem Querschnitt großen Länge sowie ausreichender Festigkeit und Biegsamkeit. Insbesondere handelt es sich bei textilen Faserstoffen um Faservliese, Filze oder Vliesstoffe.The term "textile fiber" is understood here, based on DIN 60000, to mean a linear structure that can be processed as a textile (textile fibers). Textile fibrous materials have in common a great length in relation to their cross-section and sufficient strength and flexibility. In particular, textile fiber materials are non-woven fabrics, felts or non-woven fabrics.

Unter dem Begriff „einstückig“ in Bezug auf ein Bauteil oder einer Komponente wird hierin verstanden, dass das Bauteil bzw. die Komponente bei seiner Herstellung aus einem einstückigen Ausgangswerkstück hergestellt ist. Im Unterschied dazu bezeichnet der Begriff „mehrstückig“ hierin in Bezug auf ein Bauteil oder eine Komponente, dass das Bauteil bzw. die Komponente aus mehreren Teilen oder Stücken zusammengesetzt ist.The term “in one piece” in relation to a part or component is understood herein to mean that the part or component is produced from a one-piece starting workpiece when it is manufactured. In contrast, the term "multiple" as used herein with respect to a part or component means that the part or component is composed of multiple parts or pieces.

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.Herein, under the logical combination "or" in relation to two alternatives is exclusive understood as one or the other of the alternatives, unless otherwise indicated.

Unter dem Begriff „dämpfende Eigenschaften“ wird hierin verstanden, dass ein entsprechendes Material einen hohen Dämpfungsgrad innerhalb eines breiten Frequenzspektrums aufweist.The term “damping properties” is understood here to mean that a corresponding material has a high degree of damping within a broad frequency spectrum.

Im Folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung anhand der beiliegenden Figuren beschrieben.Embodiments of the invention are described below with reference to the accompanying figures.

Hierin ist die Beschreibung von Merkmalen oder Komponenten von erfindungsgemäßen Ausführungsformen so zu verstehen, dass eine betreffende Ausführungsform erfindungsgemäß, sofern dies nicht explizit ausgeschlossen ist, auch zumindest ein Merkmal einer anderen Ausführungsform aufweisen kann, jeweils als zusätzliches Merkmal dieser betreffenden Ausführungsform oder als alternatives Merkmal, das ein anderes Merkmal dieser betreffenden Ausführungsform ersetzt. Die Figuren zeigen:

1: Perspektivische Ansicht eines Ultraschallantriebs
2: Ausführungsform eines Ultraschallmotors mit einem Ultraschallantrieb nach 1
3: Ultraschallmotor nach 2 in einer Explosionsdarstellung
4: Weitere Ausführungsform eines Ultraschallmotors mit einem Ultraschallantrieb nach 2

Here, the description of features or components of embodiments according to the invention is to be understood in such a way that a relevant embodiment according to the invention, unless this is explicitly excluded, can also have at least one feature of another embodiment, in each case as an additional feature of this relevant embodiment or as an alternative feature, replacing another feature of that embodiment in question. The figures show:

1 : Perspective view of an ultrasonic drive
2 : Embodiment of an ultrasonic motor with an ultrasonic drive 1
3 : ultrasonic motor after 2 in an exploded view
4 : Another embodiment of an ultrasonic motor with an ultrasonic drive 2

1 zeigt in perspektivischer Darstellung eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ultraschallantriebs 1, bei dem ein Ultraschallaktuator 2 in Form einer rechteckigen Platte in einem Gehäuse 3 eingesetzt bzw. durch dieses gehaltert ist. Das Gehäuse 3 umgibt den Ultraschallaktuator nahezu vollständig, wobei dieser in dem Gehäuse so gelagert ist, dass Bewegungen bzw. Verschiebungen des Ultraschallaktuators im Wesentlichen nur entlang einer Richtung ermöglicht sind, und zwar auf ein anzutreibendes Element zu (in 1 nicht dargestellt). 1 shows a perspective view of a first embodiment of an ultrasonic drive 1 according to the invention, in which an ultrasonic actuator 2 in the form of a rectangular plate is inserted in a housing 3 or held by it. The housing 3 almost completely surrounds the ultrasonic actuator, which is mounted in the housing in such a way that movements or displacements of the ultrasonic actuator are essentially only possible in one direction, namely towards an element to be driven (in 1 not shown).

Ein an einer der längeren Seitenflächen des Ultraschallaktuators 2 angeordnetes Friktionselement 4 ragt durch eine Öffnung des Ultraschallantriebs 1, welche gebildet ist durch eine Öffnung 5 des Gehäuses 3 und durch einen Ausschnitt in einem an dem Gehäuse 3 angeordneten Trägerelement 7. Aufgrund des Herausragens des Friktionselements 4 aus dem Gehäuse und des Hindurchragens bezüglich des Ausschnitts des Trägerelements 7 ragt das Friktionselement 4 über die durch die beiden an dem Trägerelement 7 und beidseits des Friktionselements 4 angeordneten Abstreifelemente 8 in Form eines textilen Faserstoffs hinaus.A friction element 4 arranged on one of the longer side faces of the ultrasonic actuator 2 protrudes through an opening in the ultrasonic drive 1, which is formed by an opening 5 in the housing 3 and through a cutout in a carrier element 7 arranged on the housing 3. Due to the protrusion of the friction element 4 The friction element 4 protrudes from the housing and protrudes through the cutout of the carrier element 7 beyond the stripping elements 8 in the form of a textile fiber material arranged on the carrier element 7 and on both sides of the friction element 4 .

Das Trägerelement 7 besteht in diesem Ausführungsbeispiel aus einem rechtwinklig gebogenen Federblech aus einem metallischen Material mit zwei entsprechend rechtwinklig zueinander angeordneten Schenkelabschnitten 72, 74, wobei der Schenkelabschnitt 72 mittels einer Klemmschiene 9, die an zwei Seiten des Gehäuses 3 angeschraubt ist, in Richtung auf das Gehäuse 3 zu gedrückt ist und somit zwischen der Klemmschiene 9 und dem Gehäuse eingeklemmt ist.In this exemplary embodiment, the carrier element 7 consists of a spring plate bent at right angles and made of a metallic material with two leg sections 72, 74 arranged at right angles to one another, the leg section 72 being mounted in the direction of the Housing 3 is pressed and is thus clamped between the clamping rail 9 and the housing.

Der freie Schenkelabschnitt 74 weist zwei voneinander beabstandete Trägerabschnitte 742 und 744 auf, an denen jeweils ein flaches, im Wesentlichen bandförmiges Abstreifelement 8 aus einem textilen Faserstoff angeordnet ist. Der jeweilige, auf das Friktionselement 4 zu weisende Endabschnitt der Abstreifelemente 8 ist abgeschrägt, d.h. die jeweilige dem Friktionselement 4 zugewandte Seite der Abstreifelemente 8 ist unter einem Winkel zu der Längserstreckungsrichtung der Abstreifelemente 8 ausgerichtet, der von 90° abweicht und somit die dem Friktionselemente 8 zugewandte Seite der Abstreifelemente 8 schräg zu deren Längserstreckungsrichtung verläuft. Dabei ist die Ausrichtung dieser beiden dem Friktionselement 4 zugewandten Seiten der Abstreifelemente 8 unterschiedlich, und zwar spiegelbildlich zueinander.The free leg section 74 has two carrier sections 742 and 744 spaced apart from one another, on each of which a flat, essentially band-shaped stripping element 8 made of a textile fiber material is arranged. The respective end section of the stripping element 8 pointing towards the friction element 4 is beveled, i.e. the respective side of the stripping element 8 facing the friction element 4 is aligned at an angle to the longitudinal direction of the stripping element 8, which deviates from 90° and thus the friction element 8 facing side of the stripping elements 8 runs obliquely to the direction of longitudinal extension. The alignment of these two sides of the stripping elements 8 facing the friction element 4 is different, namely mirror images of each other.

Das Trägerelement 7 kann nicht nur aus einem metallischen Federblech gebildet sein; denkbar sind hierfür auch andere Materialien wie etwa Kunststoffe.The carrier element 7 can be formed not only from a metal spring plate; other materials such as plastics are also conceivable for this purpose.

2 zeigt in einer Draufsicht einen Ultraschallmotor 10 mit einem Ultraschallantrieb 1 nach 1. Der Ultraschallmotor 10 weist neben dem Ultraschallantrieb 1 noch ein anzutreibendes Element 6 in Form einer flachen Schiene auf. Mit dem anzutreibenden Element 6 in Eingriff bzw. in Friktionskontakt ist zum Einen das Friktionselement 4, was den Antrieb des anzutreibenden Elements hervorruft, indem der Ultraschallaktuator 2 mit geeigneten elektrischen Spannungen angeregt wird, so dass dieser zum Antrieb geeignete Deformations- bzw. Schwingungsbewegungen vollführt, welche auf das Friktionselement 4 übertragen werden, und das Friktionselement in intermittierenden Friktionskontakt mit dem anzutreibenden Element gelangt, was schließlich zu einer Antriebs- oder Stellbewegung desselben führt. 2 shows an ultrasonic motor 10 with an ultrasonic drive 1 in a plan view 1 . In addition to the ultrasonic drive 1, the ultrasonic motor 10 also has an element 6 to be driven in the form of a flat rail. The element 6 to be driven is engaged or in frictional contact with the friction element 4, which causes the element to be driven to be driven by exciting the ultrasonic actuator 2 with suitable electrical voltages so that it performs deformation or vibration movements suitable for driving, which are transmitted to the friction element 4, and the friction element comes into intermittent frictional contact with the element to be driven, which finally leads to a driving or actuating movement of the same.

Zum Anderen sind die beiden Abstreifelemente 8 gegen das anzutreibende Element 6 mittels des Trägerelements 7 gedrückt und liegen dabei flächig an der Oberfläche des anzutreibenden Elements 6 an. Aufgrund der federelastischen Eigenschaften des aus einem Federblech gebogenen Trägerelements 7 kann eine optimierte und sich eigenständig justierende Anlage der Abstreifelemente 8 an dem anzutreibenden Element 6 erzielt werden. Mittels der Klemmhalterung des Trägerelements 7 durch die Klemmschiene 9 kann dabei eine definierte Kraft, mit welcher die Abstreifelemente 8 gegen das anzutreibende Element 6 gedrückt sind, eingestellt werden.On the other hand, the two stripping elements 8 are pressed against the element 6 to be driven by means of the carrier element 7 and lie flat against the surface of the element 6 to be driven. Due to the spring-elastic properties of the carrier element 7 bent from a spring sheet metal, an optimized and independently adjusting system of the scraper can be achieved elements 8 can be achieved on the element 6 to be driven. A defined force, with which the stripping elements 8 are pressed against the element 6 to be driven, can be adjusted by means of the clamping mounting of the carrier element 7 by the clamping rail 9 .

3 verdeutlicht in einer Explosionsdarstellung den Aufbau des Ultraschallmotors 10 bzw. des Ultraschallantriebs 1 gemäß 1 und 2. Insbesondere gibt die 3 den Blick auf den in dem Gehäuse 3 angeordneten Ultraschallaktuator 2 bzw. dessen eine der beiden längeren Seitenflächen, an welcher das Friktionselement 4 angeordnet ist, frei. Zudem ist der 3 die genaue Ausbildung des Trägerelements 7 mit seinen beiden im Wesentlichen rechtwinklig zueinander angeordneten Schenkelabschnitten 72 und 74 und die zwischen den beiden Trägerabschnitten 742 und 744 des Schenkelabschnitts 74 ausgebildete Ausnehmung bzw. Öffnung zu entnehmen, durch welche das Friktionselement 4 in montiertem Zustand des Ultraschallantriebs hindurchragt und damit in Eingriff mit dem anzutreibenden Element 6 gelangen kann. 3 clarifies in an exploded view the structure of the ultrasonic motor 10 and the ultrasonic drive 1 according to FIG 1 and 2 . In particular, there 3 the view of the ultrasonic actuator 2 arranged in the housing 3 or its one of the two longer side surfaces on which the friction element 4 is arranged. In addition, the 3 the exact design of the carrier element 7 with its two leg sections 72 and 74 arranged essentially at right angles to one another and the recess or opening formed between the two carrier sections 742 and 744 of the leg section 74, through which the friction element 4 protrudes when the ultrasonic drive is in the installed state and so that it can engage with the element 6 to be driven.

4 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Ultraschallmotors 10, dessen Ultraschallantrieb 1 im Wesentlichen dem in den 1 bis 3 gezeigten entspricht, der jedoch aufgrund der Kreisform des anzutreibenden Elements 6 ein entsprechend geformtes Trägerelement 7 aufweist, welches abschnittsweise eine zu der Kreisform des anzutreibenden Elements 6 komplementäre Form aufweist. Entlang des komplementär geformten Abschnitts des Trägerelements 8, der im Wesentlichen einem Halbkreis entspricht, ist zwischen diesem und dem anzutreibenden Element 6 ein einteiliges und streifenförmiges Abstreifelement 8 aus einem textilen Faserstoff angeordnet, was in entsprechender Weise eine Halbkreisform besitzt. 4 shows a further embodiment of an ultrasonic motor 10 according to the invention, the ultrasonic drive 1 essentially in the 1 until 3 corresponds to that shown, but which, due to the circular shape of the element 6 to be driven, has a correspondingly shaped support element 7 which in sections has a shape that is complementary to the circular shape of the element 6 to be driven. Along the complementarily shaped section of the carrier element 8, which essentially corresponds to a semicircle, a one-piece and strip-shaped stripping element 8 made of a textile fiber material is arranged between this and the driven element 6, which has a semicircular shape in a corresponding manner.

Im Gegensatz zum Ultraschallantrieb nach den 1 bis 3 ist das Trägerelement 7 an den beiden flächenmäßig kleineren Seiten des Gehäuses 3 angeordnet bzw. befestigt, und hierbei direkt mit dem Gehäuse verschraubt und nicht eingeklemmt.In contrast to the ultrasonic drive according to the 1 until 3 the carrier element 7 is arranged or fastened on the two sides of the housing 3 that are smaller in terms of area, and is screwed directly to the housing and is not clamped.

BezugszeichenlisteReference List

11: Ultraschallantriebultrasonic drive
22: Ultraschallaktuatorultrasonic actuator
33: GehäuseHousing
44: Friktionselementfriction element
55: Öffnung (des Gehäuses 3)opening (of the housing 3)
66: anzutreibendes Elementelement to be driven
77: Trägerelementcarrier element
88th: Abstreifelementscraper element
99: Klemmschieneclamping rail
1010: Ultraschallmotorultrasonic motor
72, 7472, 74: Schenkelabschnitte (des Trägerelements)leg sections (of the carrier element)
742, 744742, 744: Trägerabschnitte (des Schenkelabschnitts 74)Beam sections (of the leg section 74)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

DE 102017102663 B4 [0002]
EP 3435535 A1 [0004]

Claims

Ultrasonic drive (1) with an ultrasonic actuator (2) which is inserted in a housing (3) and held by it, a friction element (4) being arranged on the ultrasonic actuator (2) and being passed through an opening (5) in the housing ( 3) protrudes and is provided for frictional contact with a contact surface of an element (6) to be driven, characterized in that a carrier element (7) is arranged on the housing (3) and at least one stripping element (8) is arranged on the carrier element (7) made of a material with damping properties, which can be pressed by the carrier element (7) with a defined force against the element to be driven.

Ultrasonic drive (1) after claim 1 , characterized in that the carrier element (7) has at least partially resilient properties.

Ultrasonic drive (1) after claim 1 or 2 , characterized in that the carrier element (7) and/or the stripping element (8) has, at least in sections, a shape that is complementary to the shape of the contact surface of the element (6) to be driven.

Ultrasonic drive (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the stripping element (8) has a strip-shaped geometry and its side facing the friction element (4) is aligned at an angle to the longitudinal direction of the stripping element (8) of 90° deviates and thus the side of the stripping element (8) facing the friction elements (8) runs obliquely to its direction of longitudinal extent.

Ultrasonic drive (1) according to one of the preceding claims, characterized in that two stripping elements (8) are arranged on opposite sides in relation to the friction element (4) on the carrier element (7).

Ultrasonic drive (1) after claim 5 , characterized in that both stripping elements (8) each have an inclined side facing the friction element (4) and the orientation of these two sides is different and preferably mirror-inverted to one another.

Ultrasonic drive (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one scraper element has a textile fiber material and preferably consists of such.

Ultrasonic drive according to one of the preceding claims, characterized in that the carrier element (7) is arranged on the housing (3) by means of clamping.

Ultrasonic motor (10) with an ultrasonic drive (1) according to one of the preceding claims and an element (6) to be driven, wherein the stripping element (8) is pressed against the element (6) to be driven and is designed in such a way that the pressure between the stripping element (8 ) and the element (6) to be driven has a static coefficient of friction that is greater than zero and less than 0.25.

Ultrasonic motor (10) after claim 9 , characterized in that its degree of damping D has a value greater than 0.01 and less than or equal to 1.