DE4329163A1 - Piezoelektrische Antriebseinheit - Google Patents
Piezoelektrische AntriebseinheitInfo
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Classifications
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/02—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
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- H02N2/023—Inchworm motors
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine piezoelektrische Antriebseinheit, die
bei ihrem Betrieb eine Folge linearer Relativbewegungsschritte zwischen
einem langgestreckten Antriebsgegenstück und der Antriebseinheit
liefert, mit einem piezoelektrischen Antriebselement; mit zwei im
Wechsel zu aktivierenden Klemmeinrichtungen zur Schaffung von
Klemmeingriff mit dem Antriebsgegenstück; wobei jede der
Klemmeinrichtungen mindestens einen Klemmkörper mit einer
Klemmfläche und einen elektrischen Klemmbetätiger aufweist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die piezoelektrische
Antriebseinheit so auszubilden, daß sich die Klemmverbindungen für den
betreffenden Einsatzzweck optimieren lassen.
Gemäß einer ersten Lösung dieser Aufgabe ist zum Umsetzen der
Betätigungsbewegung des Klemmbetätigers in die Klemmbewegung des
Klemmkörpers eine Schrägfläche vorgesehen. Diese Schrägfläche liegt
irgendwo in der Kraftübertragungskette zwischen dem Klemmbetätiger
und dem Klemmkörper. Je nach Größe der Schrägstellung der
Schrägfläche kann man - bei vorgegebenem Hub und vorgegebener Kraft
des Klemmbetätigers - eine Vergrößerung oder Verkleinerung des
Klemmwegs oder eine Vergrößerung oder Verkleinerung der
Klemmkraft erzielen.
Gemäß einer zweiten Lösung der Aufgabe ist eine Klemmeinrichtung
vorgesehen, die mindestens einen relativ zu dem Antriebsgegenstück
schräggestellten Klemmkörper aufweist, der so angeordnet ist, daß er
unter der Wirkung der Betätigungsbewegung des Klemmbetätigers
schwenkt und Klemmeingriff mit dem Antriebsgegenstück schafft.
Durch Wahl des Ausmaßes der Schrägstellung des Klemmkörpers und
durch Wahl des Abstands der Kraftangriffsstelle des Klemmbetätigers
von der Schwenkstelle hat man Auslegungsparameter, mit denen man
Kräfte und Wege am Klemmende des Klemmkörpers bestimmen kann.
Gemäß einer dritten Lösung der Aufgabe besitzt der Klemmkörper
relativ zu dem Bewegungsübertragungselement eine derartige
Schrägstellung, daß sich bei Kraftübertragung zwischen dem
Klemmkörper und dem Antriebsgegenstück eine Selbstverstärkung des
Klemmeingriffs ergibt. Funktionell kommt es hierbei auf den spitzen
Winkel zwischen der Längsrichtung des Antriebsgegenstücks und
derjenigen Geraden an, die bei dem Klemmkörper von dessen
Klemmfläche zu dessen virtuellen Schwenkpunkt bei der
Klemmbewegung führt, unabhängig von der geometrischen Gestaltung
des Klemmkörpers. Es gibt einen Grenzwinkel, ab dem die
Selbstverstärkung einsetzt; die Betätigungskraft des Klemmbetätigers und
die aus der Selbstverstärkung herrührende Kraft wirken zur Erzeugung
des Klemmeingriffs zusammen. Bei einem noch steileren Winkel wird
ein Punkt erreicht, ab dem die Betätigungskraft des Klemmbetätigers nur
noch zur Erzeugung eines anfänglichen Klemmeingriffs benötigt wird;
die aus der Selbstverstärkung herrührende Kraft kann den weiteren
Klemmeingriff allein sicherstellen. Mit dieser Lösung der Aufgabe kann
man Antriebseinheiten konstruieren, die eine sehr hohe Klemmkraft
ergeben.
Von den drei beschriebenen, erfindungsgemäßen Lösungen, können
jeweils zwei in beliebiger Kombination kombiniert sein, aber auch alle
drei Lösungen.
Vorzugsweise ist die Schrägfläche an dem Klemmkörper und/oder einem
hiermit zusammenwirkenden Bauteil vorgesehen.
In vielen Fällen ist es günstig, mehrere Klemmkörper umfangsmäßig
verteilt um das Antriebsgegenstück vorzusehen und/oder ein geschlitztes
Ringelement mit mehreren Klemmkörpern vorzusehen. Es gibt allerdings
auch Fälle, bei denen gezielt der Klemmkörper nur auf einer Seite des
Antriebsgegenstücks vorgesehen ist.
Durch die Erfindung wird ferner eine piezoelektrische Antriebseinheit
geschaffen, deren piezoelektrische Bauteile alle auf einer Seite des
Antriebsgegenstücks angeordnet sind. Dies führt zu einer besonders
kompakten und rationell herstellbaren Bauweise. Diese Maßnahme stellt
einerseits eine bevorzugte Weiterbildung der weiter vorn abgehandelten,
erfindungsgemäßen Lösungen dar. Andererseits hat diese Maßnahme
selbständige erfinderische Bedeutung, losgelöst von den
Kennzeichnungsmerkmalen der Ansprüche 1, 2 und 3.
Das Antriebsgegenstück ist vorzugsweise ein langgestreckter,
biegesteifer oder biegeweicher Strang. Als konkretere Beispiele seien
seilartige Zugglieder und Elemente in Form insbesondere dünner
Stangen oder Bänder genannt, wobei metallische Materialien,
Kunststoffmaterialien, faserverstärkte Materialien und anderes mehr in
Frage kommen. Bei gewissen Konstruktionen der Antriebseinheit und
gewissen Einsatzfällen ist es als günstig bevorzugt, ein flaches
Antriebsgegenstück vorzusehen. Hierbei ergeben sich besonders günstige
Klemmeingriffsbedingungen zwischen dem Klemmkörper und dem
Antriebsgegenstück. Außerdem kann man die Breite des
Antriebsgegenstücks je nach Antriebsaufgabe bequem variieren.
Zur Verwirklichung des piezoelektrischen Klemmbetätigers eignen sich
Piezokristalle und -Keramiken, die wenn eine Spannung angelegt wird,
ihre Länge ändern. Zur praktischen Anwendung wird häufig eine
Vielzahl dünner Piezokristall- oder Piezokeramikplättchen
aufeinandergestapelt und zwischen ihnen jeweils eine Leiterschicht
angebracht. Wird nun zwischen jeweils zwei aufeinanderfolgenden
Leiterschichten eine Spannung angelegt, so ergibt sich bei passender
Orientierung des piezoelektrischen Materials z. B. eine Dehnung des
Stapels aus den Piezoplättchen in dessen Längsrichtung. Solche
piezoelektrischen Elemente können im Verhältnis zu ihrer Größe sehr
große Stellkräfte erzeugen.
Da die Längendehnung beim Anlegen der Spannung nur etwa 1 Promille
der Länge des Piezomaterials beträgt, ist es eine günstige Möglichkeit,
die nötigen Stellwege mit einer Folge linearer Antriebsschritte zu
erzeugen.
Die Erfindung und Weiterbildungen der Erfindung werden nachfolgend
anhand eines teilweise schematisiert dargestellten Ausführungsbeispiels
noch näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 im Längsschritt und in vergrößertem Maßstab eine piezoelek
trische Antriebseinheit, und zwar in der unteren Hälfte eine
erste Variante und in der oberen Hälfte eine zweite Variante;
Fig. 2 schematisiert eine Abfolge von Bewegungsschritten, die zu
einer Verschiebung des Antriebsgegenstücks bei einer piezo
elektrischen Antriebseinheit nach Fig. 1 führt;
Fig. 3, 4 und 5 jeweils im Längsschnitt einen Teil des
Eingriffsbereichs zwischen einem Klemmkörper und einem
Antriebsgegenstück;
Fig. 6 in Seitenansicht und teilweise längsgeschnitten ein alternatives
Ausführungsbeispiel einer piezoelektrischen Antriebseinheit;
Fig. 7 einen Querschnitt durch die Antriebseinheit entlang der Linie I-I
in Fig. 6; und
Fig. 8 einen Querschnitt durch die Antriebseinheit entlang der Linie
II-II in Fig. 6.
Fig. 1 zeigt eine Antriebseinheit 2, die im wesentlichen aus einer ersten
Klemmeinrichtung 4 (rechts in Fig. 1), einer zweiten Klemmeinrichtung
6 (links in Fig. 1) und einem dazwischen angeordneten piezoelektrischen
Antriebselement 8 besteht. Diese drei Bestandteile sind jeweils, grob
gesprochen, hohlzylindrisch und koaxial hintereinander angeordnet. Die
Antriebseinheit 2 weist insgesamt vier Platten auf, nämlich fortschreitend
von rechts nach links in Fig. 1 eine am Ende angeordnete, erste Platte
10, eine zweite Platte 12 zwischen der ersten Klemmeinrichtung 4 und
dem Antriebselement 8, eine dritte Platte 14 zwischen dem
Antriebselement 8 und der zweiten Klemmeinrichtung 6, und am linken
Ende eine vierte Platte 16. Die Platten 10, 12, 14, 16 erstrecken sich
rechtwinklig zur Längsachse 18 der Antriebseinheit 2.
Das Antriebsgegenstück 20 mit kreisförmigem Querschnitt führt durch
einen zentralen Kanal der Antriebseinheit 2 längs hindurch.
Die Klemmeinrichtungen 4 und 6 sind identisch aufgebaut, so daß es
ausreicht, anschließend nur die erste Klemmeinrichtung 4 zu
beschreiben.
Die erste Klemmeinrichtung 4 besteht im wesentlichen aus einem
piezoelektrischen Klemmbetätiger 22 und einem insgesamt ringförmigen
Element 24. Der Klemmbetätiger 22 besteht aus einem Stapel
piezoelektrischer Scheiben, der sich mit seiner in Fig. 1 linken Stirnseite
gegen die zweite Platte 12 abstützt. Das Ringelement 24 ist für mehr als
die Hälfte seiner axialen Länge durch mehrere, umfangsmäßig verteilte
Schlitze geschlitzt, so daß mehrere fingerartige Klemmkörper 26, jeweils
radial innen mit einer Klemmfläche 28 gebildet sind. Das Ringelement
24 stützt sich mit seiner in Fig. 1 rechten Stirnseite gegen die erste
Platte 10 ab.
Die erste Platte 10 und die zweite Platte 12 sind durch mehrere, um die
Längsachse 18 verteilte, axial verlaufende Schrauben 30 miteinander
verbunden.
Wenn der Klemmbetätiger 22 durch Stromzufuhr aktiviert wird, bewegt
sich seine in Fig. 1 rechte Stirnseite nach rechts; eine dort vorgesetzte
Scheibe 32 drückt gegen äußere Schrägflächen 36 aller Klemmkörper 26
und bewegt deren Klemmflächen 28 im wesentlichen radial nach innen,
so daß diese Klemmflächen 28 mit dem Außenumfang des
Antriebsgegenstücks 20 in reibschlüssigen, klemmenden Eingriff
kommen. Wenn der Klemmbetätiger 22 deaktiviert wird, bewegen sich
die Klemmkörper 26 aufgrund ihrer Eigenelastizität wieder zurück in die
radial äußere Ausgangsposition.
Die zweite Klemmeinrichtung 6 ist in gleicher Richtung orientiert wie
die erste Klemmeinrichtung 4. Somit stützt sich die stationäre Stirnseite
des Klemmbetätigers 22 der zweiten Klemmeinrichtung 6 gegen die
vierte Platte 16 ab und stützt sich das Ringelement 24 der zweiten
Klemmeinrichtung 6 mit seiner stationären Stirnfläche gegen die dritte
Platte 14 ab.
Zwischen der zweiten Platte 12 und der dritten Platte 14 ist das
Antriebselement 8, wiederum ausgebildet als ein Stapel von
piezoelektrischen Scheiben, spielfrei angeordnet. Das Antriebselement 8
ist in Axialrichtung deutlich länger als die Klemmeinrichtungen 4 und 6.
Bei der oben in Fig. 1 dargestellten Variante sind die zweite Platte 12
und die dritte Platte 14 durch mehrere, um die Längsachse 18 verteilte
Schrauben 34 miteinander verbunden. Die weiter vorn beschriebenen
Schrauben 30 und die Schrauben 34 können einheitliche, über die ganze
Länge der Antriebseinheit 2 durchgehende, gewindestangenartige
Bauteile sein. Bei der Variante unten in Fig. 1 fehlen die Schrauben 34.
Bei dieser Variante sind die Stirnseiten des Antriebselements 8 mit der
jeweils zugeordneten Platte 12 bzw. 14 fest verbunden, während bei der
oben in Fig. 1 dargestellten Variante dort keine feste Verbindung
erforderlich ist. Wenn Schrauben 34 vorgesehen sind, werden diese in
ihrem Durchmesser so bemessen, daß sie sich bei Aktivierung des
Antriebselements 8 dehnen, also eine Auseinanderbewegung der zweiten
Platte 12 und der dritten Platte 14 zulassen; bei Deaktivierung des
Antriebselements 8 erfolgt eine elastische Zusammenziehung der
Schrauben 34. Im Gegensatz hierzu sind die Schrauben 30 der
Klemmeinrichtungen 4, 6 so ausgelegt, daß sie sich nicht erheblich in
Axialrichtung dehnen, wenn der Klemmbetätiger 22 aktiviert wird; eine
gewisse Dehnung der Schrauben 30 ist nicht störend.
Die lineare Betätigungsbewegung eines Klemmbetätigers 22 beträgt etwa
1/1000 der Länge des piezoelektrischen Materials im Klemmbetätiger
22. Der Abstand, um den sich die Klemmflächen 28 der Klemmkörper
26 bei Aktivierung des Klemmbetätigers 22 aufeinander zu bewegen,
hängt von der axialen Länge des piezoelektrischen Materials im
Klemmbetätiger 22 und der Neigung der Schrägflächen 36 gegen die
Längsachse 18 ab.
Fig. 2 zeigt eine Abfolge von Bewegungsschritten I bis VI, die zu einer
Bewegung des Antriebsgegenstücks 20 durch die Antriebseinheit 2 führt.
In I sind an der schematisiert gezeichneten Antriebseinheit 2 die
Klemmeinrichtungen 4, 6 sowie das piezoelektrische Antriebselement 8
bezeichnet. Die Antriebseinheit 2 ist im Bereich der Klemmeinrichtung
4 fixiert, was in Fig. 2 durch Schraffur angedeutet ist. Für diese feste
Verbindung kann man z. B. an einer oder beiden der Platten 10, 12
ansetzen.
In der Position I befindet sich die Klemmeinrichtung 6 in
reibschlüssigem Eingriff mit dem Antriebsgegenstück 20, das
Antriebselement 8 ist ohne angelegte Spannung, die Klemmeinrichtung 4
ist nicht betätigt. Wird das Antriebselement 8 betätigt, so erfährt dieser
eine - vergrößert dargestellte - Linearbewegung und verschiebt damit die
Klemmeinrichtung 6 relativ zu der fixierten Klemmeinrichtung 4. Mit
dieser Verschiebung der Klemmeinrichtung 6 wird auch das
Antriebsgegenstück nach links gezogen. Dieser Zustand ist in Position 11
dargestellt. Eine erneute lineare Verschiebung des Antriebsgegenstücks
20 nach links kann erst durchgeführt werden, wenn das Antriebselement
sich relativ zu dem Antriebsgegenstück 20 wieder in seine
Ausgangsposition zurückbewegt hat. Dazu ist eine Reihe von
Klemmvorgängen nötig, die in den Positionen III und IV gezeigt sind.
Die fixierte Klemmeinrichtung 4 wird aktiviert und dadurch mit dem
Antriebsgegenstück 20 reibschlüssig verbunden. Dann wird die
Klemmeinrichtung 6 deaktiviert; das deaktivierte Antriebselement 8 geht
in seine ursprüngliche verkürzte Position zurück. Aus der nun erreichten
Position V sind wieder zwei Umklemmschritte der Klemmeinrichtungen
6 und 4 nötig, nämlich Schließen der Klemmeinrichtung 6 und Öffnen
der Klemmeinrichtung 4, um in die Ausgangsposition I zu kommen,
woraufhin in einer erneuten Schrittfolge eine weitere Verschiebung des
Antriebsgegenstücks 20 vorgenommen wird.
Die Stellvorgänge der beteiligten Piezoelemente 8, 22 erfolgen sehr
schnell, so daß eine Wiederholung dieser Schrittfolge eine ausreichende
Stellgeschwindigkeit für das Antriebsgegenstück 20 ergibt.
Erfolgt die Abfolge der Bewegungsschritte I bis VI in umgekehrter
Reihenfolge, wird das Antriebsgegenstück 20 von links nach rechts statt
wie beschrieben von rechts nach links bewegt.
In Fig. 3 ist nochmals in größerem Maßstab die Geometrie des
Ringelements 24 aus Fig. 1 und dessen Eingriffsbereich mit dem Ring
32 dargestellt. Ehe die fingerartigen Klemmkörper 26 in den
ungeschlitzten Bereich des Ringelements 24 übergehen, weisen sie einen
Bereich 38 vergleichsweise geringer radialer Dicke auf. In dem Bereich
38 findet im wesentlichen die elastische Verformung der Klemmkörper
26 beim Schließen und Öffnen statt. Eine Gerade 44 ist durch einen
repräsentativen Zentralpunkt 40 des Bereichs 38 und einen
repräsentativen Zentralpunkt 42 der Klemmfläche 28 gelegt. Die Gerade
44 bildet mit der Längsachse 18 bzw. der Umfangsfläche des
Antriebsgegenstücks 20 einen Winkel 46, der so groß ist, daß sich eine
Selbstverstärkung des Klemmeingriffs ergibt. Diese Selbstverstärkung ist
nur in einer Axialrichtung wirksam, nämlich bei Verschiebung des
Antriebsgegenstücks 20 nach rechts in Fig. 3 durch Axialverschiebung
der Klemmeinrichtung 24 nach links in Fig. 3, oder - in anderer
Betrachtungsweise - bei Zug an dem Antriebsgegenstück 20 durch eine
äußere Kraft in Richtung nach rechts in Fig. 3. Mittels des
Klemmbetätigers 22 muß über den Ring 32 und die Schrägfläche 36 nur
noch so viel radiale Anpreßkraft auf die umfangsmäßig verteilten
Klemmkörper 26 aufgebracht werden, daß zwischen den Klemmflächen
28 und dem Außenumfang des Antriebsgegenstücks 20 eine anfängliche
Reibungskraft aufgebaut wird. Wenn dann das Ringelement 24 in
Axialrichtung nach links in Fig. 3 verschoben wird, verstärkt sich die
auf die Klemmflächen 28 wirkende Anpreßkraft von selbst, so daß im
Prinzip Kräfte in Axialrichtung von beliebiger Größe zwischen dem
Ringelement 24 und dem Antriebsgegenstück 20 übertragen werden
können.
Wenn der beschriebene Selbstverstärkungseffekt bei einer bestimmten
Anwendung nicht von erheblicher Bedeutung ist, kann man die beiden
Klemmeinrichtungen 4 und 6 spiegelbildlich zueinander ausbilden statt
gleichsinnig, wie es in Fig. 1 gezeichnet ist.
In den Fig. 4 und 5 ist veranschaulicht, daß man es durch die Wahl des
Winkels 48 zwischen der Schrägfläche 36 der Klemmkörper 26 des
Ringelements 24 und der Längsachse 18 bzw. der Umfangsfläche des
Antriebsgegenstücks 20 in der Hand hat, ob man lieber eine
Vergrößerung des im wesentlichen radial verlaufenden Anpreßwegs der
Klemmfläche 28 oder eine Vergrößerung der radialen Anpreßkraft der
Klemmfläche 28 hat. Wenn der Winkel 48 45° beträgt, entsprechen
sowohl der Anpreßweg als auch die Anpreßkraft der Klemmfläche 28
dem axialen Weg und der in Axialrichtung aufgebrachten Kraft von dem
Klemmbetätiger 22. Wenn hingegen der Winkel 48 kleiner als 45° ist
(vgl. Fig. 4), erreicht man eine Erhöhung der Anpreßkraft verglichen
mit der von dem Klemmbetätiger 22 gelieferten, in Axialrichtung
wirkenden Kraft, selbstverständlich um den Preis einer Verringerung des
Weges der Klemmfläche 28 im Vergleich zu dem Weg des Rings 32 in
Axialrichtung.
Wenn hingegen der Winkel 48 größer als 45° ist (vgl. Fig. 5) erreicht
man eine Vergrößerung des bei Aktivierung des Klemmbetätigers 22 von
den Klemmflächen 28 im wesentlichen in Radialrichtung zurückgelegten
Weges im Vergleich zum Weg des Rings 32 in Axialrichtung. Im
Gegenzug nimmt aber die radiale Anpreßkraft im Vergleich zu der vom
Klemmbetätiger 22 in Axialrichtung gelieferten Kraft ab.
Bei den Fig. 4 und 5 wurde wiederum zeichnerisch veranschaulicht, daß
sich die fingerartigen Klemmkörper 26 beim Klemmen und beim Lösen
schwenkend im wesentlichen um den repräsentativen Punkt im Bereich
38 bewegen.
Bei den Fig. 3, 4, 5 ist die Bohrung des Rings 32 jeweils so gezeichnet,
daß deren Wand entsprechend dem Schrägungswinkel der Schrägfläche
36 schräggestellt ist. Dies ist keine zwingende Ausbildung. Bedingung
ist lediglich, daß die Bohrung des Rings 32 in technisch sinnvoller
Weise mit der Schrägfläche 36 in Eingriff ist. Auch die Schrägfläche 36
muß nicht zwingend kegelförmig verlaufen. Zum Beispiel wäre ein äquivalenter,
konvex-bogenförmiger Verlauf möglich. Schließlich kann man die
Verhältnisse sozusagen umdrehen, also die funktionserforderliche
Schrägfläche an dem Ring 32 vorsehen und das, z. B. nur für
Linienkontakt vorgesehene, Gegenstück an den Klemmkörpern 26.
In den Fig. 6 bis 8 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel einer
piezoelektrischen Antriebseinheit dargestellt. Ähnliche Teile sind mit den
gleichen Bezugszeichen wie in den Fig. 1 bis 5 versehen.
Die Antriebseinheit 2 enthält eine erste Klemmeinrichtung 4, eine zweite
Klemmeinrichtung 6 und dazwischen angeordnet das piezoelektrische
Antriebselement 8. Die piezoelektrischen Klemmbetätiger 22 der ersten
und der zweiten Klemmeinrichtung 4, 6 sowie das Antriebselement 8
sind in Fig. 6 über dem Antriebsgegenstück 20 angebracht. Die
Antriebseinheit 2 besitzt ein Gehäuse 50, z. B. aus Metall, das - analog
zu den Platten 10, 12, 14, 16 der Fig. 1 - von rechts nach links
Stützwände 52, 54, 56, 58 aufweist. Zwischen den Stützwänden 54 und
56 ist das Antriebselement 8 spielfrei gehalten. Die Stützwände 52 und
54 bzw. 56 und 58 dienen jeweils zum Abstützen von Bauteilen der
ersten bzw. zweiten Klemmeinrichtung 4, 6. In dem unteren Bereich des
Gehäuses 50 weisen die Stützwände 52, 54, 56 und 58 jeweils eine
rechteckige Öffnung 60 auf, durch die das Antriebsgegenstück 20
geführt ist.
Ein Klemmelement 24 - ähnlich dem Ringelement 24 der Fig. 1 bis 5 -
der Klemmeinrichtung 4 hat eine Basis 62, die mit ihrer in Fig. 6 linken
Stirnseite an der Stützwand 54 anliegt und an ihrem oberen Ende mit
einem fingerartigen Klemmkörper 26 federnd elastisch verbunden ist.
Der Klemmkörper 26 stützt sich mit einer Nase 64 nach oben gegen das
Gehäuse 50 ab und trägt an seinem freien Ende die Klemmfläche 28.
Insgesamt ragt der Klemmkörper 26 von oben schräg nach unten gegen
das Antriebsgegenstück 20. Durch eine biegeweiche Verbindung 66 und
ein Anschlußstück 68 ist der Klemmkörper 26 mit dem linken Ende des
Klemmbetätigers 22 fest verbunden. Der Klemmbetätiger 22 wird durch
eine Justierschraube 70, die mit einem Gewindebereich der rechten
Stützwand 52 zusammenwirkt, gestützt. Ein Zwischenstück 72 schützt
den Klemmbetätiger 22 vor Beschädigungen durch die Justierschraube
70.
Wird der Klemmbetätiger 22 betätigt, drückt er mit seinem linken Ende
über die biegeweiche Verbindung 66 die Klemmfläche 28 des
Klemmkörpers 26 gegen das Antriebsgegenstück 20, dabei verhindert die
Nase 64 ein Ausweichen nach oben. Die Grundplatte 74 des Gehäuses
50 erfüllt die Funktion eines Widerlagers für das Antriebsgegenstück 20.
Ist die biegeweiche Verbindung 66, welche die Kraft des
Klemmbetätigers 22 überträgt, weiter nach oben im Verhältnis zur
Darstellung in Fig. 6 versetzt, vergrößert sich bei gegebenem Hub des
Klemmbetätigers 22 der Anpreßweg, um den sich die Klemmfläche 28
auf das Antriebsgegenstück 20 zubewegt, gleichzeitig verringert sich die
dabei übertragene Anpreßkraft. Ähnlich den Ausführungen zu Fig. 4 und
5 kann - hier durch geeignete Wahl der Schrägstellung und der
Hebelverhältnisse - eine erwünschte Anpreßkraft-Anpreßweg-Relation
gewählt werden.
Wie in Fig. 1 sind die Klemmeinrichtungen 4 und 6 gleichsinnig
orientiert. Die Justierschraube 70 wirkt in der zweiten Klemmeinrichtung
6 mit dem Klemmelement 24 zusammen. In dem Bereich der Stützwand
58 ist die Antriebseinheit 2 im Längsschnitt dargestellt, so daß die
Öffnung 60 in der Stützwand 58 sichtbar ist, durch die das
Antriebsgegenstück 20 führt.
Im Querschnitt der Fig. 8 erstreckt sich der Klemmbetätiger 22 über die
gesamte Breite des Gehäuses 50, so daß das Antriebseinheit 2 nach
unten von der Grundplatte 74 und nach oben von der Deckplatte 76
durch das Gehäuse 50 begrenzt ist. Zwischen Grundplatte 74 und
Klemmbetätiger 22 ist das Antriebsgegenstück 20 vorgesehen, das in der
Form eines flachen Bandes mit rechteckigem Querschnitt ausgebildet ist.
Die Breite des flachen Bandes ist frei wählbar. In einem Extremfall
wirkt nur ein Randbereich des Antriebsgegenstücks 20 mit der
Antriebseinheit 2 zusammen. Eine Antriebseinheit 2 ist dann einseitig
durchgehend geschlitzt.
Einen Querschnitt durch die Antriebseinheit 2 im Bereich des
piezoelektrischen Antriebselements 8 zeigt die Fig. 7. In diesem Bereich
bilden Eckstäbe 78, 80, 82 und 84 eine dehnbare, elastische Verbindung
zwischen den beiden Klemmeinrichtungen 4, 6. Der obere Durchbruch
88 und der untere Durchbruch 86 sind in Fig. 6 durch gestrichelte
Linien angedeutet.
Die Funktion dieser Antriebseinheit 2 erfolgt in Analogie zu der einer in
Verbindung mit den Fig. 1 bis 5 beschriebenen Antriebseinheit 2.
Claims (14)
1. Piezoelektrische Antriebseinheit, die bei ihrem Betrieb eine Folge
linearer Relativbewegungsschritte zwischen einem langgestreckten
Antriebsgegenstück (20) und der Antriebseinheit (2) liefert,
mit einem piezoelektrischen Antriebselement (8);
mit zwei im Wechsel zu aktivierenden Klemmeinrichtungen (4; 6) zur Schaffung von Klemmeingriff mit dem Antriebsgegenstück (20);
wobei jede der Klemmeinrichtungen (4; 6) mindestens einen Klemmkörper (20) mit einer Klemmfläche (28) und einen piezo elektrischen Klemmbetätiger (22) aufweist, dadurch gekennzeichnet,
daß zum Umsetzen der Betätigungsbewegung des Klemmbetätigers (22) in die Klemmbewegung des Klemmkörpers (26) eine Schräg fläche (36) vorgesehen ist.
mit zwei im Wechsel zu aktivierenden Klemmeinrichtungen (4; 6) zur Schaffung von Klemmeingriff mit dem Antriebsgegenstück (20);
wobei jede der Klemmeinrichtungen (4; 6) mindestens einen Klemmkörper (20) mit einer Klemmfläche (28) und einen piezo elektrischen Klemmbetätiger (22) aufweist, dadurch gekennzeichnet,
daß zum Umsetzen der Betätigungsbewegung des Klemmbetätigers (22) in die Klemmbewegung des Klemmkörpers (26) eine Schräg fläche (36) vorgesehen ist.
2. Piezoelektrische Antriebseinheit, die bei ihrem Betrieb eine Folge
linearer Relativbewegungsschritte zwischen einem langgestreckten
Antriebsgegenstück (20) und der Antriebseinheit (2) liefert, mit
einem piezoelektrischen Antriebselement (8);
mit zwei im Wechsel zu aktivierenden Klemmeinrichtungen (4; 6) zur Schaffung von Klemmeingriff mit dem Antriebsstück (20);
wobei jede der Klemmeinrichtungen (4; 6) mindestens einen Klemm körper (26) mit einer Klemmfläche (28) und einen piezoelektrischen Klemmbetätiger (22) aufweist, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Klemmeinrichtung (4; 6) vorgesehen ist, die mindestens einen relativ zu dem Antriebsgegenstück (20) schräggestellten Klemmkörper (26) aufweist, der so angeordnet ist, daß er unter der Wirkung der Betätigungsbewegung des Klemmbetätigers (22) schwenkt und Klemmeingriff mit dem Antriebsgegenstück (20) schafft.
einem piezoelektrischen Antriebselement (8);
mit zwei im Wechsel zu aktivierenden Klemmeinrichtungen (4; 6) zur Schaffung von Klemmeingriff mit dem Antriebsstück (20);
wobei jede der Klemmeinrichtungen (4; 6) mindestens einen Klemm körper (26) mit einer Klemmfläche (28) und einen piezoelektrischen Klemmbetätiger (22) aufweist, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Klemmeinrichtung (4; 6) vorgesehen ist, die mindestens einen relativ zu dem Antriebsgegenstück (20) schräggestellten Klemmkörper (26) aufweist, der so angeordnet ist, daß er unter der Wirkung der Betätigungsbewegung des Klemmbetätigers (22) schwenkt und Klemmeingriff mit dem Antriebsgegenstück (20) schafft.
3. Piezoelektrische Antriebseinheit, die bei ihrem Betrieb eine Folge
linearer Relativbewegungsschritte zwischen einem langgestreckten
Antriebsgegenstück (20) und der Antriebseinheit (2) liefert,
mit einem piezoelektrischen Antriebselement (8);
mit zwei im Wechsel zu aktivierenden Klemmeinrichtungen (4; 6) zur Schaffung von Klemmeingriff mit dem Antriebsgegenstück (20);
wobei jede der Klemmeinrichtungen (4; 6) mindestens einen Klemmkörper (26) mit einer Klemmfläche (28) und einen piezo elektrischen Klemmbetätiger (22) aufweist, dadurch gekennzeichnet,
daß der Klemmkörper (26) relativ zu dem Antriebsgegenstück (20) eine derartige Schrägstellung (Winkel 46) besitzt, daß sich bei Kraftübertragung zwischen dem Klemmkörper (26) und dem An triebsgegenstück (20) eine Selbstverstärkung des Klemmeingriffs ergibt.
mit zwei im Wechsel zu aktivierenden Klemmeinrichtungen (4; 6) zur Schaffung von Klemmeingriff mit dem Antriebsgegenstück (20);
wobei jede der Klemmeinrichtungen (4; 6) mindestens einen Klemmkörper (26) mit einer Klemmfläche (28) und einen piezo elektrischen Klemmbetätiger (22) aufweist, dadurch gekennzeichnet,
daß der Klemmkörper (26) relativ zu dem Antriebsgegenstück (20) eine derartige Schrägstellung (Winkel 46) besitzt, daß sich bei Kraftübertragung zwischen dem Klemmkörper (26) und dem An triebsgegenstück (20) eine Selbstverstärkung des Klemmeingriffs ergibt.
4. Piezoelektrische Antriebseinheit nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Klemmkörper (26) relativ zu dem Antriebsgegenstück (20) eine derartige Schrägstellung (Winkel 46) besitzt, daß sich bei Kraftübertragung zwischen dem Klemmkörper (26) und dem Antriebsgegenstück (20) eine Selbstverstärkung des Klemmeingriffs ergibt.
daß der Klemmkörper (26) relativ zu dem Antriebsgegenstück (20) eine derartige Schrägstellung (Winkel 46) besitzt, daß sich bei Kraftübertragung zwischen dem Klemmkörper (26) und dem Antriebsgegenstück (20) eine Selbstverstärkung des Klemmeingriffs ergibt.
5. Piezoelektrische Antriebseinheit nach Anspruch 1 oder 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schrägfläche (36) derart geneigt ist, daß die Klemmkraft an der Klemmfläche (28) des Klemmkörpers (26) größer ist als die Betätigungskraft des Klemmbetätigers (22).
daß die Schrägfläche (36) derart geneigt ist, daß die Klemmkraft an der Klemmfläche (28) des Klemmkörpers (26) größer ist als die Betätigungskraft des Klemmbetätigers (22).
6. Piezoelektrische Antriebseinheit nach Anspruch 1 oder 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schrägfläche (36) derart geneigt ist, daß der Klemmweg an der Klemmfläche (28) des Klemmkörpers (26) größer ist als der Betätigungsweg des Klemmbetätigers (22).
daß die Schrägfläche (36) derart geneigt ist, daß der Klemmweg an der Klemmfläche (28) des Klemmkörpers (26) größer ist als der Betätigungsweg des Klemmbetätigers (22).
7. Piezoelektrische Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 oder 4
bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schrägfläche (36) an dem Klemmkörper (26) und/oder einem hiermit zusammenwirkenden Bauteil (32) vorgesehen ist.
daß die Schrägfläche (36) an dem Klemmkörper (26) und/oder einem hiermit zusammenwirkenden Bauteil (32) vorgesehen ist.
8. Piezoelektrische Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 2 oder
3,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Klemmbetätiger (22) derart auf den Klemmkörper (26) wirkt, daß durch Hebelwirkung am Klemmkörper (26) die Klemmkraft an der Klemmfläche (28) größer ist als die Betätigungskraft des Klemmbetätigers (22).
daß der Klemmbetätiger (22) derart auf den Klemmkörper (26) wirkt, daß durch Hebelwirkung am Klemmkörper (26) die Klemmkraft an der Klemmfläche (28) größer ist als die Betätigungskraft des Klemmbetätigers (22).
9. Piezoelektrische Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 2 oder
3,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Klemmbetätiger (22) derart auf den Klemmkörper (26) wirkt, daß durch Hebelwirkung am Klemmkörper (26) der Klemmweg an der Klemmfläche (28) größer ist als der Klemmweg des Klemmbetätigers (22).
daß der Klemmbetätiger (22) derart auf den Klemmkörper (26) wirkt, daß durch Hebelwirkung am Klemmkörper (26) der Klemmweg an der Klemmfläche (28) größer ist als der Klemmweg des Klemmbetätigers (22).
10. Piezoelektrische Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß deren piezoelektrische Bauteile (22; 8; 22) alle auf einer Seite des Antriebsgegenstücks (20) angeordnet sind.
daß deren piezoelektrische Bauteile (22; 8; 22) alle auf einer Seite des Antriebsgegenstücks (20) angeordnet sind.
11. Piezoelektrische Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis
10,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein flaches Antriebsgegenstück (20) vorgesehen ist.
daß ein flaches Antriebsgegenstück (20) vorgesehen ist.
12. Piezoelektrische Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis
11,
dadurch gekennzeichnet,
daß mehrere Klemmkörper (26) umfangsmäßig verteilt um das Antriebsgegenstück (20) vorgesehen sind.
daß mehrere Klemmkörper (26) umfangsmäßig verteilt um das Antriebsgegenstück (20) vorgesehen sind.
13. Piezoelektrische Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis
12,
dadurch gekennzeichnet,
daß mehrere Klemmkörper (26) ein geschlitztes Ringelement (24) bilden.
daß mehrere Klemmkörper (26) ein geschlitztes Ringelement (24) bilden.
14. Piezoelektrische Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis
13,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Klemmkörper (26) der beiden Klemmeinrichtungen (4; 6) gleichsinnig orientiert sind.
daß die Klemmkörper (26) der beiden Klemmeinrichtungen (4; 6) gleichsinnig orientiert sind.
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DE4496456T DE4496456D2 (de) | 1993-08-30 | 1994-08-29 | Endoskop mit bewegbarem vorderen Endbereich |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: STM MEDIZINTECHNIK STARNBERG GMBH, 82319 STARNBERG |
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8131 | Rejection |