DE3010252A1

DE3010252A1 - Ultraschallantrieb

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Publication number: DE3010252A1
Application number: DE19803010252
Authority: DE
Inventors: Spaeter Genannt Werden Wird
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-03-19
Filing date: 1980-03-17
Publication date: 1980-10-02
Also published as: JPS5937672B2; GB2047978A; GB2047978B; DE3010252C2; JPS55125052A; NL8001582A; US4548090A; BE882321A

Description

PATENTANWALT ^ : ^:-^: ./-' ^:.

DIPLOM-INGENIEUR 6070 LANGEN. 14.0J.1980

DARMSTÄDTER STRASSE 8 j^p /

TELEPHON: (06I03) 23029

PATENTANWALT DIPL.-.NC. H-J. KANTNER * TELEGRAMM: KANTNERPATENTE

DARMSTADTER STR.e. 6Q7 LANGEN/HESSEN LANCENHESSEN

Neue Telegrammanschrift: New telegram address:

Toshiiku Sashida

1-8 Kasuya 2-chome, Setagaya~ku,

Tokyo - Japan

Ul tr a schall ant r i et»

Die Erfindung bezieht sich auf die Bewegung von Massen mittels Ultraschallenergie und betrifft gemäß einem ersten übergeordneten Erfindungsgedanken eine durch Ultraschallschwingungen betriebene Antriebsvorrichtung mit im wesentlichen einem Ultraschalloszillator und einer mittels Ultraschallvibration in Drehbewegung zu versetzenden Masse und gemäß einem weiteren übergeordneten Erfindungsgedanken eine durch Ultraschallschwingungen betriebene Antriebsvorrichtung mit im wesentlichen einer Vielzahl von Ultraschalloszillatoren und einer mittels Ultraschallvibration in lineare Bewegung zu versetzenden Masse.

Fast alle herkömmlichen, üblicherweise als Motoren bezeichneten Antriebsvorrichtungen, die in einer Vielzahl von Industriezweigen zum Einsatz kommen, werden durch elektromagnetische Energie betrieben. In herkömmlichen Antriebs-

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vorrichtungen dieser Art sind jedoch, den Abmessungen, dem Gewicht, der Drehkraft bzw. dem Drehmoment und anderen Faktoren durch insbesondere die bei diesen Antriebsvorrichtungei zur Verwendung kommenden Materialien und konstruktiven Prinzipien bzw. Strukturen Grenzen gesetzt. Da die charakteristischen Funktionen solcher Antriebsvorrichtungen von magneti- ' sehen Eigenschaften, mechanischer Festigkeit und .anderen Charakteristika des zur Verwendung kommenden Materials abhängen, war es bisher unmöglich, in bekannter Weise eine Antriebsvorrichtung mit höherer Leistung bei geringerer Größe als bei den herkömmlichen Ausführungen zu konzipieren und zu erstellen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile herkömmlicher Antriebsvorrichtungen zu vermeiden und eine mit Ultraschallenergie betreibbare Antriebsvorrichtung zu schaffen, welche sowohl im Aufbau als auch in der Funktion sich von herkömmlichen Motoren bzw. Antriebsvorrleitungen unterscheidet und aufgrund des erfindungsgemäß zugrundeliegenden Prinzips mit geringeren Abmessungen und ' leichterem Gewicht in der L_age ist, unter Ausnutzung der Schwingungsenergie von Ultraschalloszillatoren diese in drehende oder lineare Bewegungsenergie für eine in Bewegung zu versetzende Masse umzuformen, wobei die Antriebsvorrichtung nach der Erfindung höchst einfach im Aufbau und kostengünstig in der Herstellung sowie ausgesprochen wirtschaftlich im Betrieb und dabei in hohem Maße betriebssicher und wartungsarm sein soll.

Dies wird durch die Erfindung bei einer durch Ultraschallschwingungen betriebenen Antriebsvorrichtung mit im wesentlichen einem Ultraschalloszillator und einer mittels Ultraschallvibration in Drehbewegung zu versetzenden Masse gemäß dem erstgenannten übergeordneten Erfindungsgedanken dadurch in überraschend einfacher Jfeise erreicht, daß an der

der zu bewegenden Masse gegenüberliegenden Stirnseite des Ultraschalloszillators eine Vibrationsscheibe angeordnet ist, die im V_erlauf der etwa stirnflächennormalen Ultraschallschwingungsbewegung des Ultraschalloszillators über eine Vielzahl von am diesem gegenüberliegenden Stirnende ringförmig und sich in Axialrichtung mit einem vorbestimmten Neigungswinkel gegenüber der Achse der in Drehbewegung zu versetzenden Masse erstreckend angeordneten etwa plattenförmig ausgebildeten federnden Vibrationsstücken in Wirkverbindung mit der zu bewegenden Masse bringbar ist, wobei die translator!sehe Schwingungsbewegung des Ultraschalloszillators mittels Biegeverformung dieser Vibrationsstüeke in Drehbewegung der zu bewegenden Masse umformbar ist.

Nach dem letztgenannten übergeordneten Erfindungsgedanken kennzeichnet sich eine durch Ultraschallschwingungen betriebene Antriebsvorrichtung mit im wesentlichen einer Vielzahl von Ultraschalloszillatoren und einer mittels Ultraschallvibration in lineare Bewegung zu versetzenden Masse dadurch, daß eine Vielzahl, von linear hintereinander angeordneten und in fortlaufender Folge miteinander jeweils mittels Stützgliedern verbundenen Ultraschalloszillatoren und eine zu bewegende Masse in Form einer Platte oder eines Stabes vorgesehen ist, der bzw. dem mittels der Ultraschalloszillatoren eine Linearbewegung zu vermitteln ist, und daß jeder der Ultraschalloszillatoren eine Vibrationsscheibe mit einer Vielzahl von an ihr einstückig angeformten plattenförmig ausgebildeten federnden Vibrationsstücken, die sich in Axialrichtung mit einem vorbestimmten Neigungswinkel erstrecken und ihrerseits in linearer Ausrichtung angeordnet sind, aufweist und die in lineare Bewegung zu versetzende Masse und diese Vibrationsstüeke so angeordnet sind, daß sie in nacheinander ablaufender Betriebsfolge miteinander in Wirkverbindung bringbar sind und dadurch die vorzugs-

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weise bewegungsrichtungsnormale lineare Schwingungsauslenkun^ der Ultraschalloszillatoren über Biegeverformung dieser Vibr? tionsstücke in lineare Bewegung der zu "bewegenden Masse umformbar ist.

Es ist erkennbar, daß das der Erfindung zugrundeliegende Prinzip darin liegt, die durch die Vibrationsenergie eines oder mehrerer Ultraschalloszillatoren verursachte Translationsbewegung in eine Drehbewegung oder eine im wesentlichen quer zu dieser Translationsbewegung verlaufende Linearbewegu (Translationsbewegung) für eine in Bewegung zu versetzende Masse umzuformen, und zwar dies durch Biegeverformung einer Anzahl plattenförmiger federnder Vibrationsstücke.

Gemäß einer erfinderischen IOrtbildung können zweckmäßig die Vibrationsstücke jeweils an ihrem vibrationsscheibenfernen Ende einstückig an der zu bewegenden Masse angeformt und mit ihren freien Endbereichen in Wirkverbinduag mit der Vibrationsscheibe bringbar sein. Alternativ hierzu ist es aber durchaus auch möglich und vielfach auch zweckmäßig, wenn die Vibrationsstücke jeweils an ihrem bewegungsmassenfernen Ende einstückig an der Vibrationsscheibe angeformt und mit ihren freien Endbereichen in Wirkverbindung mit der zu bewegenden Masse bringbar sind.

Insbesondere zur Erzielung einer gesteigerten Leistung oder eines besonders geringen Leistungsgewichtes kann gemäß anderer erfinderischer Fortbildung eine Vielzahl von ringförmig-linear angeordneten und in fortlaufender Folge miteinander jeweils mittels Stützgliedern verbundenen Ultraschalloszillatoren vorgesehen sein, die so angeordnet sind, da.ß ihre Vibrationsscheiben zur Gewährleistung einer gleichmäßigen und ruckfreien Bewegung der in Bewegung zu

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versetzenden Masse mit den an der in Bewegung zu versetzenden Masse einstückig angeformten und in ringförmiglinear aufeinander folgender Zuordnung zu den Stirnflächen der Ultraschalloszillatoren angeordneten Vibrationsstücken in nacheinander ablaufender Betriebsfolge mit einem einem vorbestimmten Phasenwinkel entsprechenden Verzug in Wirkverbindung bringbar sind. Wenn statt wie bei diesem Beispiel einstückig an der in Bewegung zu versetzenden Masse angeformter Vibrationsstücke vibrationsscheibenfest angeordnete Vibrationsstücke zum Einsatz gebracht werden sollen, was bei bestimmten Ausführungsformen der zu bewegenden Masse durchaus erwünscht sein kann, kann zu dem gleichen Zwecke gemäß einer erfinderischen Alternativlösung hierzu eine Vielzahl von ringförmig-linear angeordneten und in fortlaufender Folge miteinander jeweilsvStützgliedern verbundenen Ultraschalloszillatoren vorgesehen sein, an deren Vibrationsscheiben jeweils eine Vielzahl von Vibrationsstücken einstückig angeformt ist und die so angeordnet sind, daß die Vibrationsstücke benachbarter Ultraschalloszxllatoren bzw. Vibrationsscheiben zur Gewährleistung einer gleichmäßigen und ruckfreien Bewegung der in Bewegung zu versetzenden Masse mit dieser in nacheinander ablaufender Folge mit einem einem vorbestimmten Phasenwinkel entsprechenden Verzug in Wirkverbindung bringbar sind.

Weiterhin hat es sich als zu bevorzugen erwiesen, wenn je nach Anordnung der Vibrationsstücke bei den beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung entweder die an der in Bewegung zu versetzenden Masse einstückig angeformten Vibrationsstücke in aus Richtung des Ultraschalloszillators gesehen Vorwärtsrichtung bezüglich der Bewegung der Masse geneigt oder aber die an der Vibrationsscheibe einstückig angeformten Vibrationsstücke in aus Richtung des Ultraschalloszillators gesehen Vorwärtsrichtung bezüglich der Bewegung der Masse geneigt angeordnet sind. Dabei kann

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zweckmäßig im erstgenannten Pail der Neigungswinkel der Vibrationstücke gegenüber einer zu der Stirnfläche der in Bewegung zu versetzenden Masse senkrechten Ebene in vorbestimmtem Maße kleiner sein als der Reibungswinkel zwischen der am jeweiligen Ultraschalloszillator festgelegten Vibrationsscheibe und den Vibrationsstücken. Im anderen Fall wird in analoger Weise es zu bevorzugen sein, wenn der Neigungswinkel der Vibrationsstücke gegenüber einer zu der Stirnfläche der in Bewegung zu versetzenden Masse senkrechten Ebene in vorbestimmtem Maße kleiner ist als der Reibungswinkel zwischen der in Bewegung zu versetzenden Masse und den Vibrationsstücken.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einiger in den Zeichnungen schematisch dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele auch hinsichtlich weiterer untergeordneter Aufgaben und diese vorteilhaft lösender weiterer Teilmerkmale rein beispielsweise näher beschrieben. Dabei zeigen:

Fig.1 einen axialen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel einer mit Ultraschallenergie betriebenen Antriebsvorrichtung nach der Erfindung,

Fig.2 in vergrößertem Maßstab einen Teillängsschnitt durch eine Einzelheit der Antriebsvorrichtung gemäß Fig.1,

Fig. 3 eine Stirnansicht des angetriebenen Rotors in Richtung der Pfeile III-III gemäß Fig.2,

Fig.4-(A) bis (C) schematische Darstellungen der Vibrationsscheibe des Ultraschalloszillators bzw. der Vibrationsstücke am angetriebenen Körper, wobei diese zur Erleichterung des Verständnisses des Wirkungsprinzips der Antriebs-^ vorrichtung nach der Erfindung in vergrößertem Maßstab dargestellt sind,

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Fig. 5 eine Diagrammdarstellung des Kräftedreiecks, gemäß welchem die dem Vibrationsstück aufgrund der Vibrationsauslenku&g der Vibrationsscheibe aufgeprägte Kraft in zwei Komponenten in X- und Y~Richtung zerlegt wird,

Pig.6(A) eine Diagrammdarstellung der Beziehung zwischen der Auslenkung der Vibrationsscheibe des Ultraschalloszillators und der Zeit,

Pig.6(B) eine andere Diagrammdarstellung, in welcher die Bewegung L eines Vibrationsstückes und die Bewegung N des angetriebenen Körpers, das heißt des Rotors, als Funktion der Zeit wiedergegeben sind,

Pig.7(A) einen Teillängsschnitt eines anderen Ausführungsbeispiels der Antriebsvorrichtung nach der Erfindung,

Fig.7(B) eine Stirnansicht des angetriebenen Rotors aus Richtung der Pfeile VII-VII gemäß Fig.7(A), und

Fig.8 eine schematische Darstellung eines Teilschnittes durch ein drittes bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Antriebsvorrichtung nach der Erfindung.

In Fig.1 bezeichnet die Bezugsziffer 11 ein Motorgehäuse, in welchem ein Ultraschallvibrator 12 so angeordnet ist, daß er vibrierend nach rechts und links ausgelenkt werden kann. Auf der rechten Seite dieses Gehäuses 11 ist ein Rotor 15 in Kugellagern 14 drehbeweglich angeordnet. Wie sich aus der Zeichnung ergibt, sind der Ultraschalloszillator 12 und der Rotor 13 so angeordnet, daß die rechte Stirnfläche des Oszillators zur linken Stirnfläche des Rotors hin weist. Als Besonderheit des dargestellten Ausführungs-

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Beispiels ist der in Bewegung zu versetzende Rotor 15 an seinem linken Ende mit einer Vielzahl von Vibrationsstücken 15 einstückig zusammengeformt, welche ihrerseits sich in Axialrichtung erstreckend unter einem vorbestimmten Winkel relativ zur Achse des Rotors 13 geneigt von diesem wegerstrecken, während eine Vibrationsscheibe 16 an der rechten Stirnfläche des Ultraschalloszillators 12 befestigt ist.

Diese Vibrationsscheibe 16 und diese Vibrationsstücke 15 sind so angeordnet, daß die Vibrationsscheibe 16 in Wirkverbindung mit den Endbereichen der Vibrationsstücke 15 bringbar ist. Die Bsugsziffer 17 bezeichnet ein Abdichtungs-Gewindestück für das Lager, die Bezugsziffer 18 eine Festlegungs- bzw. Sicherungsmutter für den Rotor 13 und die Bezugsziffer 19 eine elektromagnetische Spule, während die Bezugsziffer 20 einer Motorgehäuse-Abdeckhaube gilt.

In Pig.2 ist ein wichtiger Bereich der Antriebsvorrichtung nach der Erfindung in beträchtlich vergrößertem Maßstab schematisch wiedergegeben. Eine Vielzahl von Vibrationsstücken 15, welche von der linksseitigen Stirnfläche des Rotors 13 an diesem einstückig angeformt weg^stehen, wird mit der an der rechtsseitigen Stirnfläche des Ultraschalloszillators 12 befestigten Vibrationsscheibe 16 in Eontakt gebracht. Die Vibrationsstücke 15 erstrecken sich schräg in einem vorbestimmten !Neigungswinkel relativ zur Achse des Rotors I3, der seinerseits in der Lagereinrichtung 14·, die beispielsweise als Kugellager oder dergleichen ausgebildet sein kann, drehbeweglich gehalten ist.

Nunmehr wird ein typisches Verfahren für die Herstellung der Vielzahl von Vibrationsstücken 15 beschrieben. Zuerst wi" aus einem Metallstab stirnseitig eine zentrische Ausnehmung

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geringeren Durchmessers als der Außendurchmesser des Stabmaterials bis zu einer vorbestimmten Tiefe ausgebohrt, und dann wird der verbleibende ringförmige Randbereich einer Schlitzungsbehandlung unterworfen, mittels welcher in ihn eine gewünschte Anzahl Schlitze mit einem vorbestimmten Neigungswinkel relativ zur Mittelachse des Stabmaterials eingebracht wird. Als Ergebnis werden die erforderlichen Vibrationsstücke erhalten, wie diese in IPig.1 bis 5 dargestellt sind. Insbesondere zeigt Pig.3 eine Vorderansicht der auf diese beschriebene Weise erhaltenen Yibrationsstücke 15, die sich bei Ansicht in Richtung der Pfeile III-III gemäß Fig.2 ergibt. Es ist einfach einzusehen, daß die Vibrationsstücke jeweils mit einem bestimmten Abstand zueinander längs des ringförmigen Bereiches des Rotors 13 angeordnet sind. Im Falle des in Fig.i und 2 dargestellten Ausführungsbeispiels ist der Schlitzungsarbeitsgang in der Richtung durchgeführt worden, welche sich vom oberen rechten zum unteren linken Ende erstreckt. Alternativ hierzu ist es aber auch möglich, das Schlitzen in entgegengesetzter Richtung durchzuführen, das heißt in einer Richtung, die sich vom oberen linken zum unteren rechten Ende erstreckt, wodurch dann der Rotor eine Drehrichtung im umgekehrten Sinn erhält.

Anschließend wird nunmehr das Wirkungsprinzip der Antriebsvorrichtung nach der Erfindung beschrieben. Erst einmal wird, wie in Fig.4- (A) dargestellt, angenommen, daß ein Ivullpunkt für ein X-Y-Koordinatensystem im unteren Teil der linksseitigen Stirnfläche 15a des Vibrationsstückes 15 angeordnet ist, an welchem die rechtsseitige Stirnfläche 16a der Vibrationsscheibe 16 zur Anlage kommt. In diesem Zusammenhang ist festzuhalten, daß ein Neigungswinkel θ relativ zur Achse des Rotors 13 gewählt werden sollte, der geringer ist als

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der Reibungswinkel zwischen der Vibrationsscheibe 16 und dem Vibrationsstück 15.

wenn die Vibrationsscheibe 16 zu vibrieren beginnt und um einen Betrag Δ.Χ in X-Richtung ausgelenkt wird, wird der stirnflächennahe Endbereich 15a des Vibrationsstückes 15 durch Stauchverformung in positiver X-Richtung ausgelenkt. Infolge der Tatsache, daß der Rotor in Axialrichtung unbeweglich ist, wird von der auf-das Vibrationsstück 15 entsprechend der Auslenkung Δ.Χ in X-Richtung aufgebrachten Stauchungskraft f eine Komponente f in Y-Richtung abgeleitet, wie in Fig.5 wiedergegeben. Das Vibrationsstück 15 wird somit in Y-Richtung von der Achse des Rotors 13 wegbewegt. Diese Versatzbewegung des Vibrationsstückes 15 in !-Richtung ist in Fig.4- (B) als AY^ bezeichnet.

Wenn nunmehr die Vibrationsscheibe 16 um einen Betrag AX in negativer X-Richtung während der nächsten Betätigungsphase ausgelenkt wird, trennt sich das rechtsseitige Stirnende 16a der Vibrationsscheibe 16 vom linksseitigen Stirnende 5a des Vibrationsstückes 15 und- bewirkt dadurch, daß die Reibungskraft zwischen beiden verschwindet. Somit wird der Bereich 15a des VibrationsStückes 15 biegsam deformiert und dadurch in positiver Y-Richttmg entsprechend der charakteristischen Frequenz des Vibrationsstückes 15 ausgelenkt, wodurch der Rotor 13 um den Betrag ΔΥ^ Y-Richtung entsprechend seiner eigenen Trägheitskraft gedreht wird (vgl. Fig. 4-(C)). Wenn nunmehr die Vibrations scheibe 16 we it er vibriert, wird die Beziehung zwischen der Vibrationsscheibe 16 und den nächsten Vibrationsstück 15 wiederhergestellt, indem der in Fig.4-(A) illustrierte ursprüngliche Zustand wieder eingestellt wird. Durch Wiederholung der oben beschriebenen Betätigungsschritte wird die Drehbewegung des Rotors 13 aufrechterhalten.

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Pig.6(A) -und 6(B) sollen graphisch die oben beschriebenen Betätigungsschritte für die Antriebsvorrichtung nach der Erfindung verdeutlichen. Pig.6(A) zeigt die Bewegung der Vibrationsscheibe 16 über der Zeit, während Pig.6(B) die Bewegung L des VibrationsStückes 15 an seinem linksseitigen Endbereich 15A zeigt. Es ist dabei zu bemerken, daß die vorstehend genannte Bewegung L des Vibrationsstückes 15 aus der Amplitude M des Vibrationsstückes 15 selbst und der Bewegung Ii des Rotors 15 zusammengesetzt ist. In beiden Kurvenwiedergaben gibt die Periode von der Zeit t* zur Zeit t2 auf der Abszisse einen Betätigungsschritt wieder, während dessen die Vibrationsscheibe 16 in Kontakt mit dem Vibrationsstück 15 kommt, während die Periode von der Zeit ^2 ^{tis zur} Zeit t, den nächsten Betätigungsschritt darstellt, während dessen die Vibrationsscheibe 16 sich vom Vibrationsstück 15 wegbewegt. Während der erstgenannten Zeitperiode wird der Rotor durch direkte Einleitung einer Antriebskraft in Bewegung versetzt, während im Laufe der letztgenannten Zeitperiode der Rotor lediglich durch seine eigene Trägheitskraft ohne Zufuhr zusätzlicher Energie in Drehbewegung gehalten wird.

Wie bereits vorstehend erläutert, liegt das Wirkungsprinzip der vorliegenden Erfindung in der Tatsache, daß die Vibration; bewegung der mit dem Ultraschalloszillator verbundenen Vibrationsscheibe 16 in eine Rotationsbewegung des Rotors 13 mittels Biegeverformung der Vibrationsstücke 15 umgeformt wird, welche exzellente Pederungseigenschaften besitzen, wobei die Auslenkung der in einem Abstand zur Achse des Rotors 13 angeordneten Vibrationsstücke 15 ein Drehmoment auf den Rotor ausübt, so daß die erforderliche kontinuierliche Drehbewegung des letzteren erzielt wird.

Es ist festzustellen, daß in Pig.1 bis 4· die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels einer ultraschallbetriebenen An-

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triebsvorrichtung beschrieben worden ist, bei welcher die Vibrationsstücke 15 einstückig am in Drehbewegung zu versetzenden Rotor 13 angeformt sind, es sollte jedoch die Erfindung nicht auf dieses dargestellte und beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt werden. Diese Vibrationsstücke 15 können beispielsweise auch einstückig an der am Ultraschalloszillator 12 angeordneten Vibrationsscheibe 16 angeformt sein.

Fig. 7 und 8 stellen in schematischer Weise eine Antriebsvorrichtung gemäß anderen Ausführungsbeispielen der Erfindung dar. In Fig.7(A) kennzeichnet die Bezugsziffer 21 eine Vielzahl von Ultraschalloszillatoren, von denen jeder einstückig an sich angeformt Vibrationsstücke 22 besitzt. Diese sich unter einem vorbestimmten Neigungswinkel erstreckenden Vibrationsstücke 22 werden in Eontakt bzw. Anlage an der linksseitigen Stirnfläche des in Bewegung zu versetzenden Rotors 23 gebracht. Die Vibrationsstücke sind unter einem vorbestimmten Neigungswinkel relativ zur Achse des in Bewegung zu versetzenden Rotors 23 in der gleichen Weise angeordnet, wie das beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig.1 dargestellt und vorstehend beschrieben ist. Fig.7(B) ist eine 'Schnittdarstellung dieser Antriebsvorrichtung längs Linie VII-VII gemäß Fig.7(A), wie diese sich bei Sicht in Richtung der dargestellten Pfeile ergibt. Diese Vibrationsstücke 22 sind so angeordnet, daß sie mit einem ringförmigen Randbereich 23' des Rotors 23 in Kontakt bzw. Wirkverbindung kommen, wodurch die Vibrationsbewegung des Ultraschalloszillators 21 in Axialrichtung bewirkt, daß der Rotor 23 über die Biegeverformung der Vibrationsstücke 23 entsprechend dem in Fig.4 wiedergegebenen Wirkungsprinzip der Erfindung in Drehbewegung verbracht wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Ultraschalloszillatoren 21 jeweils so angeordnet, daß sie während der Antriebs

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betätigung für den Rotor nicht phasengleich betätigt werden, sondern mit einer gewissen relativen Phasenverschiebung zueinander, wodurch eine gleichmäßige Rotationsbewegung für den Rotor 23 gewährleistet ist.

Bei diesem Ausführungsbeispiel gemäß Fig.? sind die den einzelnen Ultraschalloszillatoren 21 jeweils zugeordneten Vibrationsscheiben nicht dargestellt. Dies hat seinen Grund darin, daß - wie in der vorstehenden Erläuterung dieses Ausführungsbeispiels unterstellt - die Vibrationsstücke 22 zwar an den UltraschallosziHatoren 21 einstückig angeformt sein können, um mit ihren freien Enden an der linksseitigen Stirnfläche des Rotors 23» welcher die zu bewegende Masse darstellt, in Wirkverbindung gebracht zu werden, daß dies jedoch keineswegs so sein muß, daß vielmehr auch diese Ausführungsform der Erfindung so ausgestaltet sein kann, daß diese Vibrationsstücke 22 am Rotor 23 einstückig angeformt sind und dann mit ihren nach links weisenden freien Enden an den Ultraschalloszillatoren 21 jeweils zugeordneten (nicht dargestellten) Vibrationsscheiben in Wirkverbindung gebracht werden können. Insoweit soll Fig.7 beide Möglichkeiten dieser alternativen Ausführungen der Erfindung verdeutlichen.

Bei dem in Fig.8 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine Vielzahl von Ultraschalloszillatoren 31 gezeigt, die in fortlaufender Folge linear hintereinander angeordnet ist, wobei jeweils zwei einander benachbarte Oszillatoren mit Hilfe einer Stützstange 32 verbunden sind. An diesen Ultraschalloszillatoren 31 ist jeweils an deren unterem Ende eine Anzahl Vibrationsstücke 33 einstückig angeformt, welche sich unter einem vorbestimmten Neigungswinkel erstrecken. "Sobald

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die Ultraschalloszillatoren 31 i*¹ Vertikalrichtung vibrieren werden die Vibrationsstücke 33 biegeverformt und wird dadurc eine sich in Line ar richtung erstreckende Hasse 34- in Form beispielsweise einer Platte oder eines Stabes einer Linearbewegung in Richtung des dargestellten Pfeiles' unterworfen.

Im übrigen ist noch darauf hinzuweisen, daß Pig. 8 durchaus auch als eine vereinfachte Darstellung des Wirkungsprinzips einer für Vermittlung einer Drehbewegung an eine in Bewegung zu versetzende Masse konzipierten Antriebsvorrichtung nach der Erfindung aufgefaßt werden kann, wenn davon ausgegangen wird, daß in Pig. 8 die Abwicklung einer ringförmigen Anordnung einer Vielzahl von Ultraschalloszillatoren in die Darstellungsebene wiedergegeben ist und 34- eine entsprechend Abwicklung eines zugeordneten Teilbereichs der in Drehbewegt zu versetzenden Hasse bzw. des Rotos darstellt.

Somit ist die ultraschallbetriebene Antriebsvorrichtung naci der Erfindung im Hinblick auf ihr Arbeitsprinzip und anhand ihrer bevorzugten Ausführungsbeispiele beschrieben worden. 1 ist aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich, daß diese Antriebsvorrichtung nach der Erfindung neu und einzigartig ist, da diese in bezüglich der Betriebsweise herkömmlicher Antriebsvorrichtungen bzw. Motoren unterschiedlicher Weise betrieben wird, d.h. auf solche Weise, daß Ultraschallenergj in eine Drehbewegung oder aber eine lineare Translationsbewegung mittels Biegeverformung von Vibrationsstücken umgeformt wird. Die Antriebsvorrichtung nach der Erfindung ist in der Lage, eine hohe Drehkraft (Drehmoment) und auch eine hohe lineare Antriebskraft bei höherer Betriebsgeschwindigk« und zudem auch noch geringeren Abmessungen aufzubringen, wa; ein vergleichsweise wesentlich verbessertes Leistungsgewichi erbringt. Abschließend ist noch hinzuzufügen, daß die Antri« vorrichtung nach der Erfindung praktisch auf den gleichen At Wendungsgebieten Verwendung finden kann wie herkömmliche An-

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triebsvorrichtungen bzw. Motoren.

Obgleich die Erfindung vorstehend anhand einiger bevorzugter Ausführungsbeispiele dargestellt und beschrieben worden ist, ist sie nicht auf diese beschränkt, vielmehr stehen dem Fachmann vielfältige Möglichkeiten zur "Verfügung, sie durch ariacre Kombination ihrer Merkmale oder deren Austausch gegen gleichwertige Mittel an die jeweiligen konstruktiven Gegebenheiten und/oder die Anforderungen des jeweiligen Einsatzfalls anzupassen, ohne dadurch den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

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Leerseite

Claims

PATENTANWALT .:- : " ^:

DIPLOM-INGENIEUR 6070 LANGEN. 14.03.1980

DARMSTÄDTER STRASSE 8 TELEPHON: (O6IO3) 23029 Ktr./st

PATENTANWALT D₁PLMNC. H.-J. KANTNER * TELEGRAMM=KANTNERPATENTe

DAIIMSTAIITER STRH. 607 LANGEN/HESSEN LAN C EN H ESSEN

Neue Telegrammanschritt: inPALAW New telegram address:

Ansprüche

Durch Ultraschall schwingungen betriebene Antrieb svorrichturij;: mit im wesentlichen einem Ultraschalloszillator und einer mittels Ultraschallvibration in Drehbewegung zu versetzenden Masse, dadurch gekennzeichnet, daß an der der zu bewegenden Masse (13 bzw. 23 bzw. 34) gegenüberliegenden Stirnseite des Ultraschalloszillators (12 bzw. 21 bzw. 31) eine Vibrationsscheibe (16) angeordnet ist, die im Verlauf der etwa stirnflächennormalen Ultraschallschwingungsbewegung des Ultraschalloszillators (12 bzw. 21 bzw. 31) über eine Vielzahl von am diesem gegenüberliegenden Stirnende ringförmig und sich in Axialrichtung mit einem vorbestimmten Neigungswinkel gegenüber der Achse der in Drehbewegung zu versetzenden Hesse (13 bzw. 23 bzw.3²O erstreckend angeordneten etwa plattenförmig ausgebildeten federnden Vibrationsstücken (15 bzw. 22 bzw. 33) in Wirkverbindung mit der zu bewegenden Masse (13 bzw. 23 bzw. 34) bringbar ist, wobei die translatorische Schwingungsbewegung des Ultraschalloszillators (12 bzw. 21 bzw. 31) mittels Biegeverformung dieser Vibrationsstücke (15 bzw. 22 bzw. 33) in Drehbewegung der zu bewegenden Hasse (13 bzw. 23 bzw. 34) umformbar ist.

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BANKKONTO: DRESDNER BANK AC. FRANKFURT AM MAIN NR 4-II2 5I9
2. ) Antriebsvorrichtung nach. Anspruch 1, dadurch, gekennzeichnet, daß die Vibrationsstücke (15 bzw. 22) jeweils an ihrem vibra· ti ons scheibenfernen Ende einstückig an der zu bewegenden Mas (13 bzw. 23) angeformt und mit ihren freien Endbereichen (15 in Wirkverbindung mit der Vibrations scheibe (16) bringbar si:
3.) Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch"gekennzeichnet, daß die Vibrationsstücke (15 bzw. 33)'ü^eweils an ihrem bewegungsmassenfernen Ende einstückig an der Vibrationsscheibe (16) angeformt und mit ihren freien Endbereichen in Wirkverbindung mit der zu bewegenden Masse (13 bzw. 34-) bringbar si
4.) Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von ringförmig-linear angeordnet und in fortlaufender Folge miteinander jeweils mittels Stütz gliedern verbundenen Ultraschalloszillatoren (21) vorgesehen ist, die so angeordnet sind, daß ihre Vibrationsscheiben (16 zur Gewährleistung einer gleichmäßigen und ruckfreien Bewegt) der in Bewegung zu versetzenden Masse (23) mit den an der ic Bewegung zu versetzenden Masse (23) einstückig angeformten und in ringförmig-linear aufeinander folgender Zuordnung zu den Stirnflächen der Ultraschalloszillatoren (21) angeordnet Vibrationsstücken (22) in nacheinander ablaufender Betriebsfolge mit einem einem vorbestimmten Phasenwinkel entsprecher Verzug in Wirkverbindung bringbar sind.
5.) Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von ringförmig-linear angeordnet und in fortlaufender Folge miteinander jeweils mittels Stüti gliedern verbundenen Ultraschalloszillatoren (21 bzw. 31) vorgesehen ist, an deren Vibrationsscheiben (16) jeweils ex3 Vielzahl von Vibrationsstücken (22 bzw. 33) einstückig angeformt ist und die so angeordnet sind, daß die Vibrationsstüi (22 bzw. 33) benachbarter Ultraschalloszillatoren (21 bzw. bzw. Vibrations scheiben (16) zur Gewährleistung einer gleic:

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mäßigen und ruckfreien Bewegung der-in Bewegung zu versetzenden Masse (23 "bzw. 34) mit dieser in nacheinander ablaufender Folge mit einem einem vorbestimmten Phasenwinkel entsprechenden Verzug in Wirkverbindung bringbar sind.
6.) Durch Ultraschallschwingungen betriebene Antriebsvorrichtung mit im wesentlichen einer Vielzahl von Ultraschalloszillatoren und einer mittels Ultraschallvibration in lineare Bewegung zu versetzenden Masse, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von linear hintereinander angeordneten und in fortlaufender Folge miteinander jeweils mittels Stützgliedern (32).

verbundenen Ultraschalloszillatoren (31) und eine zu bewegende

eines Masse (34-) in Form einer Platte odervStabes vorgesehen ist, der bzw. dem mittels der Ultraschalloszillatoren (31) eine Linearbewegung zu vermitteln ist, und daß jeder der Ultraschalloszillatoren (31) eine Vibrationsscheibe (16) mit einer Vielzahl von an ihr einstückig angeformten plattenförmig ausgebildeten federnden Vibrationsstücken (15 bzw. 33)» die sich in Axialrichtung mit einem vorbestimmten Neigungswinkel erstrecken und ihrerseits in linearer Ausrichtung angeordnet sind, aufweist und die in Linearbewegung zu versetzende Masse (5^0 und diese Vibrationsstücke (15 bzw. 33) so angeordnet sind, daß sie in nacheinander ablaufender Betriebsfolge miteinander in Wirkverbindung bringbar sind und dadurch die vorzugsweise bewegungsrichtungsnormale lineare Schwingungsauslegung der Ultraschalloszillatoren (31) über Biegeverformung dieser 1/ibrationsstücke (15 bzw.33) in. lineare Bewegung der zu bewegenden Masse (34) umformbar ist.
7.) Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2 und 4-, dadurch gekennzeichnet, daß die an der in Bewegung zu versetzenden Masse (13 bzw. 23) einstückig angeformten Vibrationsstücke (15 bzw. 22) in aus Richtung des Ultraschalloszillators (12 bzw. 21) gesehen Vorwärtsrichtung bezüglich

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der Drehbewegung der Masse (13 "bzw. 23) geneigt angeordnet si
8.) Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 3, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die an der Vibrationsscheibe (16} einstückig angeformten Vibrationsstücke (22 bzw. 33) in aus Richtung des Ultraschalloszillators (21 bzw. 31) gesehen Vorwärtsrichtung bezüglich der Bewegung der Masse (23 bzw. 3^ geneigt angeordnet sind.
9.) Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2, 4- und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel der Vibrationsstücke (15 bzw. 22) gegenüber einer zu der Stirnfläche der in Bewegung zu versetzenden Masse (13 bzw. 23) senkrecht« Ebene· in vorbestimmtem Maße kleiner ist als der Reibungswinkel zwischen der am jeweiligen Ultraschalloszillator (12 bzw. 21) festgelegten Vibrations scheibe (16) und den Vibrationsstücken (15 bzw. 22).
10.) Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 5» 5i 6 und ί dadurch gekennzeichnet, daß der Neigungswinkel der Vibration; stücke (22 bzw.33) gegenüber einer zu der Stirnfläche der in Bewegung zu versetzenden Masse (23 bzw. 34-) senkrechten Eben in vorbestimmtem Maße kleiner <*als der Reibungswinkel zwische: der in Bewegung zu versetzenden Masse (23 bzw. 34-) und den Vibrationsstücken (22 bzw. 33)·

Patentanwalt

030040/0722