DE19950271A1

DE19950271A1 - Linearantrieb nach biologischen Vorbild

Info

Publication number: DE19950271A1
Application number: DE19950271A
Authority: DE
Inventors: Detlef Riemer
Original assignee: Technische Universitaet Ilmenau
Current assignee: Technische Universitaet Ilmenau
Priority date: 1998-10-21
Filing date: 1999-10-18
Publication date: 2001-02-15

Description

Die Erfindung betrifft einen Linearantrieb, mit dem bewegbare Elemente relativ zu einem Körper bewegt werden.

In der Technik sind verschiedene Ausführungsformen und Prinzipien von Linear antrieben bekannt. Eine wichtige Einteilung dazu ist die Unterscheidung in, Direktantriebe und Antriebe mit, mechanischen Wandlerelementen (z. B. Rotati onsantrieb mit Spindel zur Erzeugung einer Linearbewegung). Je nach Wandlerprinzip und der zu lösenden Antriebsaufgaben ist der mechanische und elektrische Aufwand unterschiedlich ausgeprägt. Der nachfolgend beschriebene Linearantrieb ist den Direktantrieben zuzuordnen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen Linearantrieb anzugeben, der mit einfachen Mitteln herstellbar ist und für miniaturisierte Ausführungen geeignet ist.

Erfindungsgemäß gelingt die Lösung mit den Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Das hier als Gegenstand der Erfindung beschriebene Antriebsprinzip eines bidirektional wirkenden Linearaktors zeichnet sich vor allem durch ein einfa ches Lösungsprinzip aus. Vergleichbar ist das Grundprinzip des Antriebssy stems mit dem aus der Biologie bekannten Effekt des Querbrückenzyklus auf der Aktin-/Myosin-Ebene (molekular Ebene) eines Muskels. Ähnlich wie bei einer Bewegung der Myosinköpfchen zu den Aktinmolekülen kommt es zu einem periodischen Haften, Bewegen und Lösen an dem bewegenden Läufer element.

Die Erfindung wird im folgenden an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Der in Fig. 1 dargestellte Antrieb besteht aus einem bewegungserzeugenden Element 1, einem Haftelement 2 und einem Läufer-Element 3, auf dem Bewegung ausgekoppelt wird. Bedingungen für eine Bewegungsübertragung auf den Läufer 3 ist, daß die antreibende Bewegungskraft kleiner als die Haftreibungskraft zwischen dem Gleitkörper 2 und dem Läufer 3 ist. Ist dagegen ein Gleiten des Gleitkörper 2 auf dem Läufer 3 das Ziel, muß die antreibende Kraft von 1 die Haftreibung zwischen 2 und 3 bzw. die Trägheit des Läufers 3 überwinden.

Das Koppelelement 2 ist ein elektrisch ansteuerbarer Elektro-Haftmagnet. Während der Phase der Bewegungsübertragung von 1 auf 3 wird. der Elektro- Haftmagnet elektrisch zugeschaltet, so daß es zu einer Kraftpaarung zwischen bewegten und zu bewegendem Element kommt. Während der Rückstellphase des bewegungserzeugenden Elements ist der Haftmagnet deaktiviert, der Läufer wird nicht mitbewegt. Wird ein bistabiler Elektro-Haftmagnet dagegen verwendet, besteht bereits im ausgeschalteten Zustand des elektrischen Haftma gneten eine Kraftpaarung zwischen 2 und 3. Dadurch wird eine Art Selbsthal tung im Ruhestand des Antriebssystems realisiert. Soll die vor allem magnetfeldbedingte Kraftkopplung zwischen 2 und 3 aufgehoben werden, wird der bistabile Elektro-Haftmagnet elektrisch so angesteuert, daß es zu einer Kompensation des permanentmagnetischen Feldes durch das elektromagneti sche Feld kommt.

Mit einer entsprechenden periodischen Bewegung von 1 und einer phasenver schobenen Ansteuerung von 2 ist eine vor allem diskontinuierliche sowie bidirek tionale Bewegung mit theoretisch unbegrenztem Bewegungsbereich des Läufers 3 möglich.

Die Kraftkopplung zwischen dem Gleitkörper 2 und dem Läufer 3 kann mit Hilfe der beschriebenen magnetischen Koppelmechanismen erzeugt werden, desweiteren sind aber auch elektrostatische Anziehungskräfte für die Haftkraft erzeugung möglich.

In einer weiteren Variante besteht das Antriebssystem aus zwei Elektro-Haft magneten, welche um 180° phasenverschoben angesteuert werden und sich jeweils an einem Ende des bewegungserzeugenden Elements 1 befinden. Dadurch wird eine ständig wirkende Selbsthaltung des Läufers 3 ermöglicht, auch während der Rückstellphase des bewegungserzeugenden Elements 2. Diese Haftmagneten können ebenfalls bistabil ausgebildet sein.

Das bewegungserzeugende Element 1 kann ein beliebig wirkender Linearan trieb (z. B. Bistabiler Hubmagnet, Piezowandler, pneumatischer Zylinder, SMA-Aktor usw.) Mit begrenzter, periodisch ausführbaren Hub sein.

Eine kontinuierlichere Bewegung des Läufers 3 kann durch eine zusätzliche Feder-Dämpfer-Integration, über die Trägheit des bewegten Systems bzw. mit Hilfe einer definierten Ansteuerung mehrerer antreibender (kaskadierter) Elemente erreicht werden.

Desweiteren ist eine Variation der Schrittweite über die Einstellung der Schritt weite des antreibenden Elements 1 bzw. über eine entsprechende phasenver schobene elektrische Ansteuerung des Elektro-Haftmagneten 2 möglich.

Claims

1. Linearantrieb, mit dem bewegbare Elemente relativ zu einem Körper bewegt werden, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Antriebselemente mit mindestens drei bewegbaren Elementen verbunden sind, wobei sich jeweils ein Antriebselement zwischen zwei bewegbaren Elementen befindet.

2. Linearantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die bewegbaren Elemente auf einer ebenen Fläche befinden.

3. Linearantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegba ren Elemente in einem Rohr angeordnet sind.

4. Linearantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die Anordnung eine Bewegungsumkehr realisiert.

5. Linearantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß eine Stange durch System bewegt wird.

6. Linearantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die Anordnung eine rotatorische Bewegung ausführt.

7. Linearantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die bewegbaren Elemente in mindestens einer Abmessung verän derlich sind.