EP3834280A1 - Piezo drive, in particular as an automatic actuating element for a vehicle component - Google Patents

Piezo drive, in particular as an automatic actuating element for a vehicle component

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Publication number
EP3834280A1
EP3834280A1 EP19755296.1A EP19755296A EP3834280A1 EP 3834280 A1 EP3834280 A1 EP 3834280A1 EP 19755296 A EP19755296 A EP 19755296A EP 3834280 A1 EP3834280 A1 EP 3834280A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
piezo actuator
bracket
piezo
receiving
legs
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP19755296.1A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Stefan Kirsch
Volker Dicke
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Behr Hella Thermocontrol GmbH
Original Assignee
Behr Hella Thermocontrol GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Behr Hella Thermocontrol GmbH filed Critical Behr Hella Thermocontrol GmbH
Publication of EP3834280A1 publication Critical patent/EP3834280A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • H02N2/04—Constructional details
    • H02N2/043—Mechanical transmission means, e.g. for stroke amplification
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/20—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
    • H10N30/206—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators using only longitudinal or thickness displacement, e.g. d33 or d31 type devices
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/88—Mounts; Supports; Enclosures; Casings
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/016—Input arrangements with force or tactile feedback as computer generated output to the user

Definitions

  • Piezo drive especially as an automatic actuator
  • the invention relates to a piezo drive which is to be used in particular as an automatic actuator for a vehicle component and which is used in particular to generate haptic feedback in an operating device.
  • Piezo drives are used for a wide variety of applications. In this case, the variability in length of a piezoelectric element in one direction of action is used in the case of electrical control in order to mechanically excite a component or unit to be moved.
  • One application in the automotive industry is the use of a piezo drive to generate haptic feedback on an operating device.
  • Such an operating device has a touch screen or a touch pad which is mechanically excited briefly or in a pulse-like manner if valid manual operation has been detected.
  • the invention relates to a piezo actuator with a gear, which is also referred to in specialist circles as a piezo actuator with mechanical reinforcement.
  • piezo actuators which have a multiplicity of stacked piezoelectric elements (hereinafter referred to as piezo elements).
  • piezo elements Such a piezo actuator acts mechanically on a movement conversion construction or a corresponding conversion gear, by means of which a slight change in length of the piezo actuator in the effective direction, which takes place with a comparatively high force, is converted into a larger movement with a correspondingly lower force.
  • piezo drives with conversion gears are described in DE-U-20 2008 017 833, US-B-6 246 132, US-A-4 952 835, WO-A-2017/1762019, US-B-9 523 294, EP- A-3 056 977, WO-A-2014/164018, WO-A-2016/067831, US-B-6 465 936, WO-A-2014/096565, US-A-2016/0 027 263, DE- A-10 2016 116 763, JP-A-2008-287402, EP-A-1 035 015, DE-B-23 05 277, DE-C-42 14 220 and DE-B-199 81 030.
  • Adhesive techniques are usually used to connect the piezo actuator to the implementation design. These involve a lot of effort in mass production.
  • the object of the invention is to provide a piezo drive with a piezo actuator with mechanical reinforcement which is improved in terms of its manufacture and susceptibility to errors.
  • the invention provides a piezo drive, in particular as an automatic actuator for a vehicle component, e.g. for the generation of haptic feedback in operating devices, the piezo drive being provided with
  • a piezo actuator made of a piezoelectric material, the piezo actuator having a longitudinal extension between two ends with opposite end faces, which defines a direction of action of the piezo actuator along which the piezo actuator expands and contracts, a conversion gear coupled to the piezo actuator for converting one expansion in the effective direction of the piezo actuator and a subsequent contraction of the piezo actuator in each case in a movement directed at an angle of not equal to 0 degrees, in particular of 90 degrees, to the longitudinal extent of the piezo actuator,
  • the conversion gear has an elastic bracket and / or a bracket with an elastic material, the two opposite and spaced receiving legs and one between these extending connecting legs with at least one portion directed away from the piezo actuator in relation to the position or curved in the direction of this, and wherein the piezo actuator is received at both ends of the receiving legs so that it rests against the adhesive and the connecting leg of the bracket is arranged on the side of the piezo actuator.
  • the piezo actuator of the drive according to the invention can be reversibly expanded with regard to its direction of action and has two ends facing away from one another and between them one or a plurality of piezo elements stacked one on top of the other.
  • the piezo actuator expands in its effective direction through electrical control of the piezo element (s). If the control voltage is deactivated, the piezo actuator contracts again because of its elasticity.
  • the use of ceramics has established itself as a piezoelectric material. However, it is also possible to use printable piezoelectric polymers, which are still being researched on.
  • a (movement) conversion gear is coupled to the piezo actuator, which converts an expansion and a subsequent contraction of the piezo actuator into (opposing) movements, which are preferably 90 ° to the longitudinal extension of the piezo actuator and thus at right angles to the direction in which the piezo actuator is changed in length, implemented. Constructions other than 90 ° between the direction of the length change and the direction of movement of the conversion gear, ie angles between 90 ° and 0 °, are also possible.
  • a bracket that is designed to be elastic acts as the conversion gear. The elasticity of the bracket can be realized either constructively or by choosing the material. The bracket extends at least within a section along the piezo actuator at a distance that changes from this.
  • the bracket has two opposite and spaced-apart receiving legs, between which a connecting leg of the bracket extends. So essentially the bracket is in Side view viewed U-shaped. Within its connecting leg there is the previously mentioned section in which the distance of the connecting leg to a longitudinal axis running between the receiving legs of the bracket changes, starting from a first distance value (distance to the longitudinal axis of the piezo actuator) enlarged or alternatively reduced.
  • the piezo actuator is held clamped between the receiving legs of the bracket of the conversion gear.
  • the piezo actuator bears at its two ends on the receiving legs or is received by these, so that the connecting leg of the bracket extends essentially to the side next to the piezo actuator, with the distance to the latter changing in particular in the aforementioned section , If the piezo actuator now expands in the direction of action when electrically actuated, the elastic yoke stretches, so that the distance of the said (distance change) section from the piezo actuator changes. This change is then used to identify an element, component or unit or the like. to move.
  • the shape of the (distance-changing) section of the connecting leg of the bracket between its receiving legs (which may optionally have receiving elements) surrounding the ends of the piezo actuator determines the size of the movement stroke (and the orientation of the movement) that the connecting section undergoes and the size the ratio of the linear expansion of the piezo actuator and the movement stroke.
  • a role in which angles regions of the (distance change) section run relative to the longitudinal axis of the piezo actuator e.g. trapezoidal or U-shaped or circular arc-shaped course of the section).
  • the piezo actuator is not adhesively connected to the receiving legs. Rather, the piezo actuator is preferably received in an essentially form-fitting manner by the receiving legs and bears against these, without being adhesively connected to them. This applies to the front of the Piezo actuator. If necessary, the portions of the circumferential surface of the piezo actuator adjoining the end faces also rest on the receiving legs of the bracket or brackets. This system is also glue-free.
  • the receiving legs can have receiving elements that have a corresponding receiving recess into which the ends of the piezo actuator are immersed.
  • the piezo actuator is protected from tensile forces, to which piezoceramic material generally reacts very sensitively. If the piezo actuator used in accordance with the invention were to unintentionally contract from the non-electrically actuated rest position, this is possible without risk in the invention, since there is no firm connection between the piezo actuator and the receiving legs of the bracket consists. In addition, there is protection against external misuse forces, which cannot lead to the piezo actuator and the piezo elements being pulled apart.
  • the conversion gear has a further connecting leg, which is opposite the other connecting leg of the bracket and is also curved, whereby the two connecting legs are essentially symmetrical to each other.
  • the further connecting leg has at least one section along its extent between the receiving legs, in which the distance of the further connecting leg along its extent between the receiving legs to the longitudinal axis running between the receiving legs initially starts from to a third distance value enlarged to a fourth distance value - or alternatively reduced.
  • the conversion gear has two connecting legs arranged on opposite lateral sides of the piezo actuator, each of which has a distance that changes with respect to the piezo actuator within at least one section to the piezo actuator.
  • the conversion gear thus has a (frame) bracket running around the piezo actuator, in which the piezo actuator is arranged, with its ends resting on the frame, namely on the receiving legs of the bracket.
  • the conversion gear can have receiving elements which are fitted into or received by the receiving legs.
  • the receiving legs themselves can also be designed as receiving elements, for example, encompassing the ends of the piezo actuator on all sides.
  • the two connecting legs of the bracket of the conversion gear according to the aforementioned development of the invention can run symmetrically to one another, the central longitudinal axis of the piezo actuator forming the axis of symmetry in this case, or also not running symmetrically.
  • the direction and the movement stroke are defined in which the movement of the change in length of the piezo actuator is implemented.
  • the bracket is oval, lenticular or elliptical in shape, the receiving legs being arranged at the ends of the longer axis of the oval or the lens or ellipse and which are spaced apart
  • To the longitudinal axis changing sections of the connecting legs define the smaller axis of the oval, lenticular or elliptical bracket.
  • a major axis and a minor axis can be defined for an ellipse or lens or for an oval.
  • the main axis is the longer of the two diameters defined by the oval, lens or ellipse shape.
  • the piezo actuator either extends along the main axis or the minor axis of the ellipse or oval shape.
  • the spacing change sections of the two brackets then lie along the minor axis or along the main axis.
  • the receiving limbs of the bracket preferably enclose the ends of the piezo actuator on at least two sides facing away from one another and in particular on all sides.
  • the two receiving legs of the bracket can have receiving elements, in the receiving recesses of which the ends of the piezo actuator are immersed.
  • These receiving elements are expediently by means of mechanical fastening elements such as screws, pins, rivets or the like. connected to the receiving legs of the bracket.
  • the conversion gear is made from a stamped, cut or lasered metal.
  • the bracket is designed as a metal strip element which has two ends facing away from one another and which, when viewed from the side, is bent in a C-shape, where, in the case of a central section lying in the longitudinal extension of the metal strip element, the one receiving leg of the bracket and the two ends of the metal strip element form the second receiving leg of the bracket or a receiving element forming the receiving leg of the bracket is arranged between these two ends of the metal strip element.
  • Two opposite tabs can be arranged to the side of the central section, which, when angled in the same direction, together with the central section form a receptacle which rests on all sides at one end of the piezo actuator.
  • Such tabs can also be provided on one of the ends of the metal strip element, where, after being bent in the same direction, they form a receptacle on the other receptacle leg of the bracket for the other end of the piezo actuator together with at least one of the two ends.
  • the piezo actuator should be held clamped in the conversion gear or in the bracket in order to stretch the bracket even with the slightest changes in length.
  • the bracket has a tensioning element which is arranged on one of the two receiving legs and can be positioned in the direction of the course of the connecting axis and to define its abutment on the end face of one of the ends of the piezo actuator and the pressing force applied to the piezo actuator is fixable in position on the receiving leg.
  • This tensioning element is advantageously an entry screw, the threaded shaft end of which acts on one of the front ends of the piezo actuator or acts on a receiving element receiving this end in order to move it towards the piezo actuator / to press.
  • the conversion gear can have a correspondingly curved oval, lens or elliptical metal strip.
  • the metal strip is bent over in relation to its central section. This central section then forms a receptacle for one end of the piezo actuator.
  • the free ends of the metal strip element are bent over to form a second receptacle for the other end of the piezo actuator.
  • These two ends of the metal strip element can be connected to one another or held together with the aid of a screw. In an advantageous embodiment of the invention, this screw can then also perform the function of the previously described adjusting screw for applying a pretension to the piezo actuator.
  • FIGS. 2 to 5 show a schematic representation of a vehicle operating unit from the front with a touch pad or touch screen, which is stimulated by a piezo drive in order to generate haptic feedback and thus for tactile feedback of a manual touch input, FIGS. 2 to 5
  • FIG. 1 Various representations of the components of a first exemplary embodiment of a piezo drive and which can be used in the operating unit according to FIG. 1
  • FIG. 1 Various representations of components of a second exemplary embodiment of a piezo drive, which can be used in the operating unit according to FIG. 1.
  • FIG. 1 shows a front view of an operating unit 10 for a vehicle, in which the operating element 12 is designed as a touch screen or touch pad, on which a valid input of an operating command is tactilely reported back by a pulse-like mechanical excitation (haptic feedback) ,
  • the control unit 10 has a piezo drive 14 which e.g. is arranged and effective between the housing wall 17 of the housing 16 of the operating unit 10 and its operating element 12.
  • the control unit 10 can, for example, also have other control elements such as keys 18 and / or a turntable 20.
  • FIGS. 2 to 5 A first exemplary embodiment for the piezo drive 14 is shown in FIGS. 2 to 5 shown.
  • the piezo drive 14 is provided with a piezo actuator 22, which has a stack of individual piezo elements 24. The electrical contacting of these piezo elements 24 is not shown in the figures for the sake of clarity.
  • the piezo drive 14 also has a metal bracket 26, which in this exemplary embodiment is provided with two receiving legs 28, 30, of which the ends 32, 34 of the piezo actuator 22 are received with their end faces 33, 35 facing away from one another.
  • the other receiving leg 30 is as one formed further receiving element 40, which also has a receiving recess 42 for the other end 34 of the piezo actuator 22. Both receiving elements 36, 40 are fastened to the bracket 26 by means of screws 44.
  • two connecting legs 46, 48 extend between the receiving legs 28, 30 of the bracket 26, of which the connecting leg 46 is arranged on one lateral side of the piezo actuator 22, while the other connecting leg 48 is located on the aforementioned one the first connecting leg 46 is arranged opposite on the opposite lateral side of the piezo actuator 22.
  • the special feature of the two connecting legs 46, 48 is that each has a connecting section 50 or 52, within which the distance between the respective connecting leg 46 and the piezo actuator 22 changes, in this exemplary embodiment increased and reduced from there again , Each connection section 50 thus has, as it were, an apex region 54, 56 which is the furthest away from the piezo actuator.
  • the two connecting legs 46, 48 thus extend in relation to the piezo actuator 22 as viewed from this, but could also be curved in the opposite direction. It is also possible for one connecting leg to be convex, that is to say directed away from the piezo actuator 22, while the other connecting leg is to be concave, that is to say in the direction of the piezo actuator 22.
  • the bracket 26, as indicated in FIG. 1 is fastened on the one hand to the operating element 12 and on the other hand to the housing 16.
  • the housing 16 e.g. Screws 57.
  • the piezo actuator 22 When an electrical voltage is applied to the piezo actuator 22, the latter extends in the longitudinal direction, that is to say in the direction of the axis 58. As a result, the sections 50, 52 of the connecting legs 46, 48 move in the direction of the piezo actuator 22. In this way, based on the application according to FIG. 1, the operating element 12 would be moved in the direction of the arrow 60, and then, when there was no more voltage at the piezo actuator 22, itself to move back again, specifically in the direction of arrow 62. During this process, the piezo actuator 22 initially expands and contracts the connecting legs 46, 48 (see arrows 64 and 65 in FIG. 1), in order then to stop fitting Contract tension. The bracket 26 with the connecting legs 46, 48 thus forms a motion conversion gear 70.
  • the advantage of the construction of the piezo drive 14 according to the invention is that the piezo actuator 22 rests on its two ends 32, 34 in the receiving recesses 38, 42 on the receiving elements 36, 40 without being glued there.
  • the ends 32, 34 of the piezo actuator 22 should contact the bottoms of the receiving recesses 38, 42 when the piezo actuator 22 is not electrically excited, or the piezo actuator 22 should be held clamped in the bracket 26 in its rest position.
  • a clamping element 66 is used, which in this exemplary embodiment has the form of a clamping screw 68, which, for example, as shown in FIG. 4, has the shaft end 71 at one of the ends (in this exemplary embodiment, at the end 32) of the piezo actuator 22 is applied.
  • this bracket 26 is designed as a metal strip element 72, the central section 74 of which, viewed in the longitudinal direction, forms the first receiving leg 28. Sections 76, 78 for the two connecting legs 46, 48 are located on both sides of this middle section 74. Within these two sections 76, 78 there is also the area for the apex area 54, 56. according to FIGS. 4 and 5 is the possibility of producing the bracket as a metal stamped part. No casting or milling processes are therefore required to produce the bracket 26.
  • the bracket 26 has essentially the shape of an ellipse or an oval.
  • the extension leg 46 extends from a first distance value (see at 80 in FIG. 5 the distance of the connection section 50 from the piezo actuator 22) to a larger second distance value (see at 82 in FIG. 5) Distance of the apex region 54 from the piezo actuator 22), which lies in the region of the apex regions 54, 56 of the connecting leg in question, in order to then again from there to a reduced further distance value (see also the distance in FIG. 5 at 84 this embodiment is equal to the distance value at 80), which can be, for example, equal to the first distance value.
  • the distance of the connecting leg 48 at the beginning of the connecting section 52 can be the same or different from the distance value 80 of the connecting section 50.
  • the (fourth) distance value 83 in the vertex region 56 may be the same or different from the distance 82.
  • the distance value 85 of the connection section 52 can be different from the distance value 84 of the connection section 50.
  • FIGS. 6 to 8 a second exemplary embodiment of a piezo drive 14 'according to the invention is shown.
  • the individual parts of this piezo drive 14 ' have the same construction or function as the elements of the piezo drive 14 of FIGS. 2 to 5, they are shown in FIGS. 6 to 8 with the same reference numerals as in FIGS. 2 to 5 marked.
  • the piezo drive 14 '. 6 to 8 of the bracket 26 is designed as a bent metal strip element 72.
  • the receiving legs are provided with separate receiving elements 36, 40, are in the embodiment of FIGS. 6 to 8 these receiving elements 36, 40 by means of individual bendable tabs of the metal strip fenelements 72 formed.
  • the metal strip element 72 has two laterally arranged bending tabs 86 in the central section 74. Two further bending lugs 88 are formed on one of the two ends 90, 92 of the metal strip element 72. At both ends 90, 92 there are further bending tabs 94, which are smaller in this exemplary embodiment, as shown in FIG. 7.
  • FIG. 8 How the individual bending tabs are shaped in this case is shown in FIG. 8.
  • the two ends 90, 92 of the metal strip element 72 are furthermore each provided with a hole 96. In the bent state, these two holes 96 are aligned in that the two ends 90, 92 of the metal strip element lie one above the other, as shown in FIG. 8.
  • a tensioning screw 68 extends through the holes 96 aligned with one another as tensioning element 66, which e.g. is in threaded engagement with a screw nut (not shown) lying against the inside of the receiving leg 30 or element with an internal threaded bore for the clamping screw 68.
  • stirrups or metal strips on the bending lines are provided with embossments or beads and can therefore be designed like film hinges ,

Abstract

The piezo drive is provided with a piezo actuator (22) which can be reversibly expanded with respect to its longitudinal extent and has two ends (32, 34) which are averted from one another and also has two lateral sides which are averted from one another. A conversion transmission (70) is coupled to the piezo actuator (22) for converting an expansion and a subsequent contraction of the piezo actuator (22) into in each case a movement which is directed at an angle which is not equal to 0 degrees, in particular of 90° in relation to the longitudinal extent of the piezo actuator (22). The conversion transmission (70) has an elastic clip (26) which has two receiving limbs (28, 30), which are situated opposite one another and are at a distance from one another, and a connecting limb (46, 48) which extends between said receiving limbs and has at least one section (50, 52) which is directed away from the piezo actuator (22) with respect to the position of said piezo actuator or a section (50, 52) which is bent in the direction of said piezo actuator. The piezo actuator (22) is, at its two ends (32, 34), received by the receiving limbs (28, 30) so as to bear against them and the connecting limb (46, 48) of the clip (26) is arranged to the side of one of the two lateral sides of the piezo actuator (22).

Description

Piezoantrieb, insbesondere als automatisches Stellglied  Piezo drive, especially as an automatic actuator
für eine Fahrzeuakomponente  for a vehicle component
Die Erfindung betrifft einen Piezoantrieb, der insbesondere als automatisches Stellglied für eine Fahrzeugkomponente Einsatz finden soll und der insbesondere der Erzeugung eines haptischen Feedbacks bei einer Bedienvorrichtung dient. Piezoantriebe werden für die unterschiedlichsten Anwendungsfälle eingesetzt. Dabei wird die Längenveränderbarkeit eines piezoelektrischen Elements in einer Wirkrichtung bei elektrischer Ansteuerung ausgenutzt, um eine zu bewegende Komponente bzw. Einheit mechanisch anzuregen. Ein Anwendungsfall in der Au- tomobil-Industrie ist der Einsatz eines Piezoantriebs zur Erzeugung eines hapti- sehen Feedbacks bei einer Bedienvorrichtung. Eine derartige Bedienvorrichtung weist einen Touch-Screen oder ein Touch-Pad auf, der/das kurzzeitig bzw. im- pulsartig mechanisch angeregt wird, wenn eine valide manuelle Bedienung de- tektiert worden ist. Auf diese Weise stellt sich ein haptisches Feedback ein, mit dem dem Bediener taktil eine valide Betätigung rückgemeldet wird. Insbeson- dere betrifft die Erfindung einen Piezoaktuator mit einem Getriebe, der in Fach- kreisen auch als Piezoaktuator mit mechanischer Verstärkung bezeichnet wird. The invention relates to a piezo drive which is to be used in particular as an automatic actuator for a vehicle component and which is used in particular to generate haptic feedback in an operating device. Piezo drives are used for a wide variety of applications. In this case, the variability in length of a piezoelectric element in one direction of action is used in the case of electrical control in order to mechanically excite a component or unit to be moved. One application in the automotive industry is the use of a piezo drive to generate haptic feedback on an operating device. Such an operating device has a touch screen or a touch pad which is mechanically excited briefly or in a pulse-like manner if valid manual operation has been detected. In this way, haptic feedback is set, with which the operator is tactilely notified of a valid operation. In particular, the invention relates to a piezo actuator with a gear, which is also referred to in specialist circles as a piezo actuator with mechanical reinforcement.
Die Längenveränderbarkeit von Piezoaktuatoren bzw. von piezoelektrisch wir- kenden Elementen derartiger Aktuatoren ist groß genug, um taktil wahrgenom- men werden zu können, was aber oftmals applikationsbedingt nicht ausreichend ist. Um die Längenveränderung zu vergrößern, werden Piezoaktuatoren einge- setzt, die eine Vielzahl von aufeinandergestapelten piezoelektrischen Elementen (nachfolgend als Piezoelement bezeichnet) aufweisen. Ein derartiger Piezoaktu- ator wirkt mechanisch auf eine Bewegungsumsetzungskonstruktion bzw. ein entsprechendes Umsetzungsgetriebe, durch das eine geringe Längenverände- rung des Piezoaktuators in Wirkrichtung, die bei vergleichsweise hoher Kraft erfolgt, in eine größere Bewegung mit dementsprechend geringerer Kraft um gewandelt wird. Beispiele für Piezoantriebe mit Umsetzungsgetriebe sind in DE-U-20 2008 017 833, US-B-6 246 132, US-A-4 952 835, WO-A-2017/1762019, US-B-9 523 294, EP-A-3 056 977, WO-A-2014/164018, WO-A-2016/067831, US-B-6 465 936, WO-A-2014/096565, US-A-2016/0 027 263, DE-A-10 2016 116 763, JP-A- 2008-287402, EP-A-1 035 015, DE-B-23 05 277, DE-C-42 14 220 und DE-B- 199 81 030 beschrieben. The variability in length of piezo actuators or of piezo-electric elements of such actuators is large enough to be perceived tactilely, but this is often not sufficient due to the application. In order to increase the change in length, piezo actuators are used which have a multiplicity of stacked piezoelectric elements (hereinafter referred to as piezo elements). Such a piezo actuator acts mechanically on a movement conversion construction or a corresponding conversion gear, by means of which a slight change in length of the piezo actuator in the effective direction, which takes place with a comparatively high force, is converted into a larger movement with a correspondingly lower force. Examples of piezo drives with conversion gears are described in DE-U-20 2008 017 833, US-B-6 246 132, US-A-4 952 835, WO-A-2017/1762019, US-B-9 523 294, EP- A-3 056 977, WO-A-2014/164018, WO-A-2016/067831, US-B-6 465 936, WO-A-2014/096565, US-A-2016/0 027 263, DE- A-10 2016 116 763, JP-A-2008-287402, EP-A-1 035 015, DE-B-23 05 277, DE-C-42 14 220 and DE-B-199 81 030.
Üblicherweise kommen zur Verbindung des Piezoaktuators mit der Umsetzungs- konstruktion Klebetechniken zum Einsatz. Diese sind in der Massenfertigung mit hohem Aufwand verbunden. Adhesive techniques are usually used to connect the piezo actuator to the implementation design. These involve a lot of effort in mass production.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Piezoantrieb mit einem hinsichtlich seiner Herstellung und Fehleranfälligkeit verbesserten Piezoaktuator mit mechanischer Verstärkung zu schaffen. The object of the invention is to provide a piezo drive with a piezo actuator with mechanical reinforcement which is improved in terms of its manufacture and susceptibility to errors.
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung einen Piezoantrieb vor, und zwar insbesondere als automatisches Stellglied für eine Fahrzeugkomponente, z.B. für die Erzeugung eines haptischen Feedbacks bei Bedienvorrichtungen, wobei der Piezoantrieb versehen ist mit To achieve this object, the invention provides a piezo drive, in particular as an automatic actuator for a vehicle component, e.g. for the generation of haptic feedback in operating devices, the piezo drive being provided with
einem Piezoaktuator aus einem piezoelektrischen Material, wobei der Pie- zoaktuator eine Längserstreckung zwischen zwei Enden mit einander ab- gewandten Stirnseiten aufweist, die eine Wirkrichtung des Piezoaktuators definiert, längs derer der Piezoaktuator expandiert und kontrahiert, einem mit dem Piezoaktuator gekoppelten Umsetzungsgetriebe zum Um setzen einer in Wirkrichtung des Piezoaktuators erfolgenden Ausdehnung und einer anschließenden Kontraktion des Piezoaktuators in jeweils eine in einem Winkel von ungleich 0 Grad, insbesondere von 90 Grad zur Längserstreckung des Piezoaktuators gerichteten Bewegung,  a piezo actuator made of a piezoelectric material, the piezo actuator having a longitudinal extension between two ends with opposite end faces, which defines a direction of action of the piezo actuator along which the piezo actuator expands and contracts, a conversion gear coupled to the piezo actuator for converting one expansion in the effective direction of the piezo actuator and a subsequent contraction of the piezo actuator in each case in a movement directed at an angle of not equal to 0 degrees, in particular of 90 degrees, to the longitudinal extent of the piezo actuator,
wobei das Umsetzungsgetriebe einen elastischen Bügel und/oder einen Bügel mit einem elastischen Material aufweist, der zwei gegenüberlie- gende und voneinander beabstandete Aufnahmeschenkel und einen sich zwischen diesen erstreckenden Verbindungsschenkel mit mindestens ei- nem bezogen auf die Position des Piezoaktuators von diesem weg gerich- teten oder in Richtung auf diesen gewölbten Abschnitt aufweist, und wobei der Piezoaktuator an seinen beiden Enden von den Aufnah- meschenkeln an diesen kleberfrei anliegend aufgenommen ist und der Verbindungsschenkel des Bügels seitlich des Piezoaktuators angeordnet ist. wherein the conversion gear has an elastic bracket and / or a bracket with an elastic material, the two opposite and spaced receiving legs and one between these extending connecting legs with at least one portion directed away from the piezo actuator in relation to the position or curved in the direction of this, and wherein the piezo actuator is received at both ends of the receiving legs so that it rests against the adhesive and the connecting leg of the bracket is arranged on the side of the piezo actuator.
Der Piezoaktuator des erfindungsgemäßen Antriebs ist bei elektrischer Ansteu- erung bezüglich seiner Wirkrichtung reversibel ausdehnbar und weist zwei von- einander abgewandte Enden und zwischen diesen ein oder eine Vielzahl von übereinandergestapelten Piezoelementen auf. Durch elektrische Ansteuerung des oder der Piezoelemente dehnt sich der Piezoaktuator in seiner Wirkrichtung aus. Wird die Ansteuerspannung deaktiviert, so kontrahiert der Piezoaktuator wieder, und zwar aufgrund seiner Elastizität. Als piezoelektrisch wirkendes Ma- terial hat sich die Verwendung von Keramiken durchgesetzt. Es lassen sich aber auch druckbare piezoelektrische Polymere verwenden, an denen aktuell noch geforscht wird. When actuated electrically, the piezo actuator of the drive according to the invention can be reversibly expanded with regard to its direction of action and has two ends facing away from one another and between them one or a plurality of piezo elements stacked one on top of the other. The piezo actuator expands in its effective direction through electrical control of the piezo element (s). If the control voltage is deactivated, the piezo actuator contracts again because of its elasticity. The use of ceramics has established itself as a piezoelectric material. However, it is also possible to use printable piezoelectric polymers, which are still being researched on.
Mit dem Piezoaktuator ist ein (Bewegungs-)Umsetzungsgetriebe gekoppelt, das eine Ausdehnung und eine anschließende Kontraktion des Piezoaktuators in (zu- einander entgegensetzte) Bewegungen umsetzt, die vorzugsweise 90° zur Längserstreckung des Piezoaktuators und damit rechtwinklig zur Richtung, in der sich der Piezoaktuator längenverändert, umsetzt. Andere Winkel als 90° zwischen der Richtung der Längenveränderung und der Bewegungsrichtung des Umsetzungsgetriebes, d.h. Winkel zwischen 90° und 0°, sind ebenso konstruk- tiv möglich. Als Umsetzungsgetriebe fungiert im einfachsten Fall ein Bügel, der elastisch ausgeführt ist. Die Elastizität des Bügels kann entweder konstruktiv oder durch Wahl des Materials realisiert werden. Der Bügel erstreckt sich zu- mindest innerhalb eines Abschnitts längs des Piezoaktuators in einem sich zu diesem verändernden Abstand. Der Bügel weist zwei gegenüberliegende und voneinander beabstandete Aufnahmeschenkel auf, zwischen denen sich ein Ver- bindungsschenkel des Bügels erstreckt. Im Wesentlichen ist also der Bügel in Seitenansicht betrachtet U-förmig. Innerhalb seines Verbindungsschenkels be- findet sich der zuvor erwähnte Abschnitt, in dem sich der Abstand des Verbin- dungsschenkels zu einer zwischen den Aufnahmeschenkeln des Bügels verlau- fenden Längsachse verändert, und zwar ausgehend von einem ersten Abstands- wert (Abstand zur Längsachse des Piezoaktuators) vergrößert oder alternativ verkleinert. A (movement) conversion gear is coupled to the piezo actuator, which converts an expansion and a subsequent contraction of the piezo actuator into (opposing) movements, which are preferably 90 ° to the longitudinal extension of the piezo actuator and thus at right angles to the direction in which the piezo actuator is changed in length, implemented. Constructions other than 90 ° between the direction of the length change and the direction of movement of the conversion gear, ie angles between 90 ° and 0 °, are also possible. In the simplest case, a bracket that is designed to be elastic acts as the conversion gear. The elasticity of the bracket can be realized either constructively or by choosing the material. The bracket extends at least within a section along the piezo actuator at a distance that changes from this. The bracket has two opposite and spaced-apart receiving legs, between which a connecting leg of the bracket extends. So essentially the bracket is in Side view viewed U-shaped. Within its connecting leg there is the previously mentioned section in which the distance of the connecting leg to a longitudinal axis running between the receiving legs of the bracket changes, starting from a first distance value (distance to the longitudinal axis of the piezo actuator) enlarged or alternatively reduced.
Der Piezoaktuator ist zwischen den Aufnahmeschenkeln des Bügels des Umset- zungsgetriebes eingespannt gehalten. Dabei liegt der Piezoaktuator an seinen beiden Enden an den Aufnahmeschenkeln an bzw. ist von diesen aufgenommen, so dass sich der Verbindungsschenkel des Bügels im Wesentlichen seitlich neben dem Piezoaktuator erstreckt, und zwar mit sich insbesondere in dem zuvor ge- nannten Abschnitt veränderndem Abstand zu diesem. Wenn sich nun der Piezo- aktuator bei elektrischer Ansteuerung in Wirkrichtung ausdehnt, streckt sich dadurch der elastische Bügel, so dass sich der Abstand des besagten (Abstands- veränderung-)Abschnitts zum Piezoaktuator verändert. Diese Veränderung wird dann benutzt, um ein Element, eine Komponente oder eine Einheit o.dgl. zu bewegen. The piezo actuator is held clamped between the receiving legs of the bracket of the conversion gear. In this case, the piezo actuator bears at its two ends on the receiving legs or is received by these, so that the connecting leg of the bracket extends essentially to the side next to the piezo actuator, with the distance to the latter changing in particular in the aforementioned section , If the piezo actuator now expands in the direction of action when electrically actuated, the elastic yoke stretches, so that the distance of the said (distance change) section from the piezo actuator changes. This change is then used to identify an element, component or unit or the like. to move.
Die Form des (Abstandsveränderungs-)Abschnitts des Verbindungsschenkels des Bügels zwischen dessen die Enden des Piezoaktuators umschließenden Auf- nahmeschenkeln (die gegebenenfalls Aufnahmeelemente aufweisen können) bestimmt die Größe des Bewegungshubs (und die Ausrichtung der Bewegung), den der Verbindungsabschnitt erfährt, und die Größe des Verhältnisses aus der Längenausdehnung des Piezoaktuators und dem Bewegungshub. Hier spielt z.B. eine Rolle, in welchem Winkel Bereiche des (Abstandsveränderungs-)Abschnitts relativ zur Längsachse des Piezoaktuators verlaufen (z.B. trapez- oder U-förmi- ger oder kreisbogenförmiger Verlauf des Abschnitts). The shape of the (distance-changing) section of the connecting leg of the bracket between its receiving legs (which may optionally have receiving elements) surrounding the ends of the piezo actuator determines the size of the movement stroke (and the orientation of the movement) that the connecting section undergoes and the size the ratio of the linear expansion of the piezo actuator and the movement stroke. Here, e.g. a role in which angles regions of the (distance change) section run relative to the longitudinal axis of the piezo actuator (e.g. trapezoidal or U-shaped or circular arc-shaped course of the section).
Erfindungsgemäß ist der Piezoaktuator nicht klebend mit den Aufnahmeschen- keln verbunden. Vielmehr ist der Piezoaktuator vorzugsweise im Wesentlichen formschlüssig von den Aufnahmeschenkeln aufgenommen und liegt an diesen an, ohne klebend mit ihnen verbunden zu sein. Dies gilt für die Stirnseiten des Piezoaktuators. Falls erforderlich, liegen die an die Stirnseiten angrenzenden Abschnitte der Umfangsfläche des Piezoaktuators ebenfalls an den Aufnah- meschenkeln des oder der Bügel an. Diese Anlage ist ebenfalls kleberfrei. Bei- spielsweise können die Aufnahmeschenkel Aufnahmeelemente aufweisen, die eine entsprechende Aufnahmevertiefung aufweisen, in die die Enden des Piezo- aktuators eingetaucht sind. According to the invention, the piezo actuator is not adhesively connected to the receiving legs. Rather, the piezo actuator is preferably received in an essentially form-fitting manner by the receiving legs and bears against these, without being adhesively connected to them. This applies to the front of the Piezo actuator. If necessary, the portions of the circumferential surface of the piezo actuator adjoining the end faces also rest on the receiving legs of the bracket or brackets. This system is also glue-free. For example, the receiving legs can have receiving elements that have a corresponding receiving recess into which the ends of the piezo actuator are immersed.
Durch die erfindungsgemäße verklebungsfreie Kopplung der Enden des Piezo- aktuators mit den Aufnahmeschenkeln des Umsetzungsgetriebes wird erreicht, dass der Piezoaktuator vor Zugkräften geschützt ist, auf die piezokeramisches Material in der Regel sehr empfindlich reagiert. Würde sich also der erfindungs- gemäß eingesetzte Piezoaktuator ausgehend von der elektrisch nicht angesteu- erten Ruheposition unbeabsichtigt zusammenziehen, so ist dies bei der Erfin- dung gefahrlos möglich, da keine insoweit hinsichtlich des Kontrahierens feste Verbindung zwischen dem Piezoaktuator und den Aufnahmeschenkeln des Bü- gels besteht. Außerdem besteht so ein Schutz vor externen Missbrauchskräften, die nicht dazu führen können, dass der Piezoaktuator und die Piezoelemente auseinandergezogen werden. As a result of the coupling-free coupling of the ends of the piezo actuator to the receiving legs of the conversion gear according to the invention it is achieved that the piezo actuator is protected from tensile forces, to which piezoceramic material generally reacts very sensitively. If the piezo actuator used in accordance with the invention were to unintentionally contract from the non-electrically actuated rest position, this is possible without risk in the invention, since there is no firm connection between the piezo actuator and the receiving legs of the bracket consists. In addition, there is protection against external misuse forces, which cannot lead to the piezo actuator and the piezo elements being pulled apart.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Umsetzungsgetriebe einen weiteren Verbindungsschenkel aufweist, der dem anderen Verbindungsschenkel des Bügels gegenüberliegt und ebenfalls gewölbt ausgebildet ist, womit beide Verbindungsschenkel im Wesentlichen symmetrisch zueinander sind. Somit weist der weitere Verbindungsschenkel zu- mindest einen Abschnitt längs seiner Erstreckung zwischen den Aufnah- meschenkeln auf, in dem sich der Abstand des weiteren Verbindungsschenkels längs seiner Erstreckung zwischen den Aufnahmeschenkeln zu der zwischen den Aufnahmeschenkeln verlaufenden Längsachse ausgehend von einem dritten Ab- standswert zunächst bis zu einem vierten Abstandswert vergrößert - oder al- ternativ verkleinert. Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung weist das Umset- zungsgetriebe zwei auf gegenüberliegenden Lateralseiten des Piezoaktuators angeordnete Verbindungsschenkel auf, von denen jeder innerhalb mindestens eines Abschnitts einen sich bezüglich des Piezoaktuators verändernden Abstand zu dem Piezoaktuator aufweist. Das Umsetzungsgetriebe weist also hier einen um den Piezoaktuator herum verlaufenden (Rahmen-)Bügel auf, in dem der Pie- zoaktuator angeordnet ist, wobei er mit seinen Enden am Rahmen, nämlich an den Aufnahmeschenkeln der Bügel anliegt. Im Bereich dieser Aufnahmeschenkel kann das Umsetzungsgetriebe Aufnahmeelemente aufweisen, die in die Aufnah- meschenkel eingepasst oder von diesen aufgenommen sind. Die Aufnah- meschenkel selbst können aber auch als beispielsweise die Enden des Piezoak- tuators an sämtliche Seiten umgreifenden Aufnahmeelementen ausgebildet sein. In a further advantageous embodiment of the invention it can be provided that the conversion gear has a further connecting leg, which is opposite the other connecting leg of the bracket and is also curved, whereby the two connecting legs are essentially symmetrical to each other. Thus, the further connecting leg has at least one section along its extent between the receiving legs, in which the distance of the further connecting leg along its extent between the receiving legs to the longitudinal axis running between the receiving legs initially starts from to a third distance value enlarged to a fourth distance value - or alternatively reduced. In this embodiment of the invention, the conversion gear has two connecting legs arranged on opposite lateral sides of the piezo actuator, each of which has a distance that changes with respect to the piezo actuator within at least one section to the piezo actuator. The conversion gear thus has a (frame) bracket running around the piezo actuator, in which the piezo actuator is arranged, with its ends resting on the frame, namely on the receiving legs of the bracket. In the area of these receiving legs, the conversion gear can have receiving elements which are fitted into or received by the receiving legs. However, the receiving legs themselves can also be designed as receiving elements, for example, encompassing the ends of the piezo actuator on all sides.
Die beiden Verbindungsschenkel des Bügels des Umsetzungsgetriebes gemäß der zuvor genannten Weiterbildung der Erfindung können symmetrisch zueinan- der verlaufen, wobei die Mittellängsachse des Piezoaktuators in diesem Fall die Symmetrieachse bildet, oder aber auch nicht symmetrisch verlaufen. The two connecting legs of the bracket of the conversion gear according to the aforementioned development of the invention can run symmetrically to one another, the central longitudinal axis of the piezo actuator forming the axis of symmetry in this case, or also not running symmetrically.
Je nach Ausgestaltung und Formgebung sowie Verlauf der Verbindungsschenkel bzw. des Verbindungsschenkels des Bügels innerhalb des besagten Abstands- veränderungsabschnitts wird die Richtung und der Bewegungshub definiert, in der die Bewegung der Längenveränderung des Piezoaktuators umgesetzt wird. Depending on the design and shape as well as the course of the connecting leg or the connecting leg of the bracket within said distance change section, the direction and the movement stroke are defined in which the movement of the change in length of the piezo actuator is implemented.
In zweckmäßiger weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Bügel oval-, linsen- oder ellipsenförmig ausgebildet ist, wobei die Auf- nahmeschenkel an den Enden der längeren Achse des Ovals oder der Linse bzw. Ellipse angeordnet sind und die sich bezüglich ihrer Abstände zur Längsachse verändernden Abschnitte der Verbindungsschenkel die kleinere Achse des oval- , linsen- oder ellipsenförmigen Bügels definieren. Bei einer Ellipse bzw. Linse oder bei einem Oval können eine Hauptachse und eine Nebenachse definiert werden. Die Hauptachse ist der längere der beiden durch die Oval-, Linsen- bzw. Ellipsenform definierten Durchmesser. Entweder erstreckt sich der Piezoaktua- tor längs der Hauptachse oder der Nebenachse der Ellipsen- oder Ovalform. Dementsprechend liegen die Abstandsveränderungsabschnitte der beiden Bügel dann längs der Nebenachse oder längs der Hauptachse. Vorzugsweise umschließen die Aufnahmeschenkel des Bügels die Enden des Pie- zoaktuators an zumindest zwei einander abgewandten Seiten und insbesondere allseitig. In an expedient further embodiment of the invention it can be provided that the bracket is oval, lenticular or elliptical in shape, the receiving legs being arranged at the ends of the longer axis of the oval or the lens or ellipse and which are spaced apart To the longitudinal axis changing sections of the connecting legs define the smaller axis of the oval, lenticular or elliptical bracket. A major axis and a minor axis can be defined for an ellipse or lens or for an oval. The main axis is the longer of the two diameters defined by the oval, lens or ellipse shape. The piezo actuator either extends along the main axis or the minor axis of the ellipse or oval shape. Accordingly, the spacing change sections of the two brackets then lie along the minor axis or along the main axis. The receiving limbs of the bracket preferably enclose the ends of the piezo actuator on at least two sides facing away from one another and in particular on all sides.
Wie bereits oben erwähnt, können die beiden Aufnahmeschenkel des Bügels Aufnahmeelemente aufweisen, in deren Aufnahmevertiefungen die Enden des Piezoaktuators eingetaucht sind. Diese Aufnahmeelemente sind zweckmäßiger- weise mittels mechanischer Befestigungselemente wie Schrauben, Stifte, Nieten o.dgl. mit den Aufnahmeschenkeln der Bügel verbunden. As already mentioned above, the two receiving legs of the bracket can have receiving elements, in the receiving recesses of which the ends of the piezo actuator are immersed. These receiving elements are expediently by means of mechanical fastening elements such as screws, pins, rivets or the like. connected to the receiving legs of the bracket.
Zweckmäßig ist es, wenn für die Herstellung des Umsetzungsgetriebes keine Druckguss- oder Fräsprozesse erforderlich sind. Insoweit von Vorteil ist es, wenn das Umsetzungsgetriebe aus einem gestanzten, geschnittenen oder gela- serten Metall hergestellt wird. Hier bietet es sich mit Vorteil an, wenn der Bügel als zwei einander abgewandte Enden aufweisendes Metallstreifenelement aus- gebildet ist, das bei Ansicht von der Seite betrachtet C-förmig gebogen ist, wo bei ein in Längserstreckung des Metallstreifenelements liegender Mittelabschnitt den einen Aufnahmeschenkel des Bügels und die beiden Enden des Metallstrei- fenelements den zweiten Aufnahmeschenkel des Bügels bilden oder zwischen diesen beiden Enden des Metallstreifenelements ein den Aufnahmeschenkel des Bügels bildendes Aufnahmeelement angeordnet ist. Seitlich des Mittelabschnitts können zwei gegenüberliegende Laschen angeordnet sein, die, in gleicher Rich- tung abgewinkelt, zusammen mit dem Mittelabschnitt eine allseitig an dem ei- nen Ende des Piezoaktuators anliegende Aufnahme bilden. Solche Laschen kön- nen auch an einem der Enden des Metallstreifenelements vorgesehen sein, wo sie nach Abwinklung in gleicher Richtung zusammen mit zumindest einem der beiden Enden eine Aufnahme an dem anderen Aufnahmeschenkel des Bügels für das andere Ende des Piezoaktuators bilden. It is expedient if no die casting or milling processes are required for the production of the conversion gear. In this respect, it is advantageous if the conversion gear is made from a stamped, cut or lasered metal. It is advantageous here if the bracket is designed as a metal strip element which has two ends facing away from one another and which, when viewed from the side, is bent in a C-shape, where, in the case of a central section lying in the longitudinal extension of the metal strip element, the one receiving leg of the bracket and the two ends of the metal strip element form the second receiving leg of the bracket or a receiving element forming the receiving leg of the bracket is arranged between these two ends of the metal strip element. Two opposite tabs can be arranged to the side of the central section, which, when angled in the same direction, together with the central section form a receptacle which rests on all sides at one end of the piezo actuator. Such tabs can also be provided on one of the ends of the metal strip element, where, after being bent in the same direction, they form a receptacle on the other receptacle leg of the bracket for the other end of the piezo actuator together with at least one of the two ends.
Wie bereits oben erwähnt, sollte der Piezoaktuator im Umsetzungsgetriebe bzw. in dem Bügel eingespannt gehalten sein, um den Bügel bereits bei geringsten Längenveränderungen zu strecken. Diesbezüglich ist mit Vorteil vorgesehen, dass der Bügel ein Spannelement aufweist, das an einem der beiden Aufnah- meschenkel angeordnet ist und zur Definition seiner Anlage an der Stirnseite eines der Enden des Piezoaktuators sowie der dabei auf den Piezoaktuator auf- gebrachten Andrückkraft in Richtung des Verlaufs der Verbindungsachse positi- onierbar und in seiner Position an dem Aufnahmeschenkel fixierbar ist. As already mentioned above, the piezo actuator should be held clamped in the conversion gear or in the bracket in order to stretch the bracket even with the slightest changes in length. In this regard, it is advantageously provided that that the bracket has a tensioning element which is arranged on one of the two receiving legs and can be positioned in the direction of the course of the connecting axis and to define its abutment on the end face of one of the ends of the piezo actuator and the pressing force applied to the piezo actuator is fixable in position on the receiving leg.
Bei diesem Spannelement handelt es sich vorteilhafterweise um eine Einstei I- schraube, deren Gewindeschaftende auf eines der stirnseitigen Enden des Pie- zoaktuators einwirkt oder aber auf ein dieses Ende aufnehmendes Aufnahme- element einwirkt, um diese in Richtung gegen den Piezoaktuator zu bewe- gen/drücken. This tensioning element is advantageously an entry screw, the threaded shaft end of which acts on one of the front ends of the piezo actuator or acts on a receiving element receiving this end in order to move it towards the piezo actuator / to press.
Wie oben erwähnt, kann das Umsetzungsgetriebe einen entsprechend geboge- nen oval-, linsen- oder ellipsenförmigen Metallstreifen aufweisen. Der Metall- streifen wird bezogen auf seinen Mittenabschnitt umgebogen. Dieser Mittenab- schnitt bildet dann eine Aufnahme für das eine Ende des Piezoaktuators. Die freien Enden des Metallstreifenelements sind umgebogen, um eine zweite Auf- nahme für das andere Ende des Piezoaktuators zu bilden. Diese beiden Enden des Metallstreifenelements können mit Hilfe einer Schraube untereinander ver- bunden bzw. zusammengehalten werden. Diese Schraube kann bei einer vor- teilhaften Ausgestaltung der Erfindung dann auch die Funktion der zuvor be- schriebenen Einstellschraube zur Aufbringung einer Vorspannung auf den Pie- zoaktuator ausüben. As mentioned above, the conversion gear can have a correspondingly curved oval, lens or elliptical metal strip. The metal strip is bent over in relation to its central section. This central section then forms a receptacle for one end of the piezo actuator. The free ends of the metal strip element are bent over to form a second receptacle for the other end of the piezo actuator. These two ends of the metal strip element can be connected to one another or held together with the aid of a screw. In an advantageous embodiment of the invention, this screw can then also perform the function of the previously described adjusting screw for applying a pretension to the piezo actuator.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand zweier Ausführungsbeispiele und unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Im Einzelnen zeigen dabei : The invention is explained in more detail below using two exemplary embodiments and with reference to the drawing. The following show in detail:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Fahrzeugbedieneinheit von vorne mit einem Touch-Pad bzw. Touch-Screen, der zur Erzeugung eines haptischen Feedbacks und damit zur taktilen Rückmeldung einer ma nuellen Berührungseingabe von einem Piezoantrieb impulsartig ange- regt wird, Fign. 2 bis 5 1 shows a schematic representation of a vehicle operating unit from the front with a touch pad or touch screen, which is stimulated by a piezo drive in order to generate haptic feedback and thus for tactile feedback of a manual touch input, FIGS. 2 to 5
verschiedene Darstellungen der Komponenten eines ersten Ausfüh- rungsbeispiels eines in der Bedieneinheit nach Fig. 1 einsetzbaren Pie- zoantriebs und  Various representations of the components of a first exemplary embodiment of a piezo drive and which can be used in the operating unit according to FIG. 1
Fign. 6 bis 8 FIGS. 6 to 8
verschiedene Darstellungen von Komponenten eines zweiten Ausfüh- rungsbeispiels eines Piezoantriebs, der bei der Bedieneinheit nach Fig. 1 einsetzbar ist.  Various representations of components of a second exemplary embodiment of a piezo drive, which can be used in the operating unit according to FIG. 1.
In Fig. 1 ist in Vorderansicht eine Bedieneinheit 10 für ein Fahrzeug gezeigt, bei der das Bedienelement 12 als Touch-Screen oder Touch-Pad ausgebildet ist, an dem eine gültige Bedienbefehleingabe durch eine impulsartige mechanische An- regung taktil zurückgemeldet wird (haptisches Feedback). Zu diesem Zweck weist die Bedieneinheit 10 einen Piezoantrieb 14 auf, der z.B. zwischen der Ge- häusewand 17 des Gehäuses 16 der Bedieneinheit 10 und dessen Bedienele- ment 12 angeordnet und wirksam ist. Neben dem Bedienelement 12 mit berüh- rungssensitiver Eingabemöglichkeit kann die Bedieneinheit 10 beispielsweise noch andere Bedienelemente wie beispielsweise Tasten 18 und/oder einen Dreh- steller 20 aufweisen. 1 shows a front view of an operating unit 10 for a vehicle, in which the operating element 12 is designed as a touch screen or touch pad, on which a valid input of an operating command is tactilely reported back by a pulse-like mechanical excitation (haptic feedback) , For this purpose, the control unit 10 has a piezo drive 14 which e.g. is arranged and effective between the housing wall 17 of the housing 16 of the operating unit 10 and its operating element 12. In addition to the control element 12 with a touch-sensitive input option, the control unit 10 can, for example, also have other control elements such as keys 18 and / or a turntable 20.
Ein erstes Ausführungsbeispiel für den Piezoantrieb 14 ist in den Fign. 2 bis 5 gezeigt. Der Piezoantrieb 14 ist mit einem Piezoaktuator 22 versehen, das einen Stapel aus einzelnen Piezoelementen 24 aufweist. Die elektrische Kontaktierung dieser Piezoelemente 24 ist in den Figuren übersichtlichkeitshalber nicht ge- zeigt. Der Piezoantrieb 14 weist ferner einen Metallbügel 26 auf, der in diesem Ausführungsbeispiel mit zwei Aufnahmeschenkeln 28, 30 versehen ist, von de- nen die Enden 32, 34 des Piezoaktuators 22 mit deren einander abgewandten Stirnseiten 33,35 aufgenommen sind. Zu diesem Zweck liegt an dem ersten Aufnahmeschenkel 28 ein Aufnahmeelement 36 an, das, wie insbesondere in Fig. 4 zu erkennen ist, eine Aufnahmevertiefung 38 für das betreffende Ende 32 des Piezoaktuators 22 aufweist. Der andere Aufnahmeschenkel 30 ist als ein weiteres Aufnahmeelement 40 ausgebildet, das ebenfalls eine Aufnahmevertie- fung 42 für das andere Ende 34 des Piezoaktuators 22 aufweist. Beide Aufnah- meelemente 36, 40 sind mittels Schrauben 44 an dem Bügel 26 befestigt. A first exemplary embodiment for the piezo drive 14 is shown in FIGS. 2 to 5 shown. The piezo drive 14 is provided with a piezo actuator 22, which has a stack of individual piezo elements 24. The electrical contacting of these piezo elements 24 is not shown in the figures for the sake of clarity. The piezo drive 14 also has a metal bracket 26, which in this exemplary embodiment is provided with two receiving legs 28, 30, of which the ends 32, 34 of the piezo actuator 22 are received with their end faces 33, 35 facing away from one another. For this purpose, there is a receiving element 36 on the first receiving leg 28, which, as can be seen in particular in FIG. 4, has a receiving recess 38 for the relevant end 32 of the piezo actuator 22. The other receiving leg 30 is as one formed further receiving element 40, which also has a receiving recess 42 for the other end 34 of the piezo actuator 22. Both receiving elements 36, 40 are fastened to the bracket 26 by means of screws 44.
Zwischen den Aufnahmeschenkeln 28, 30 des Bügels 26 erstrecken sich in die- sem Ausführungsbeispiel zwei Verbindungsschenkel 46, 48, von denen der Ver- bindungsschenkel 46 auf der einen Lateralseite des Piezoaktuators 22 angeord- net ist, während sich der andere Verbindungsschenkel 48 dem zuvor genannten ersten Verbindungschenkels 46 gegenüberliegend auf der gegenüberliegenden Lateralseite des Piezoaktuators 22 angeordnet ist. Die Besonderheit der beiden Verbindungsschenkel 46, 48 besteht darin, dass jeder über einen Verbindungs- abschnitt 50 bzw. 52 verfügt, innerhalb dessen sich der Abstand des jeweiligen Verbindungsschenkels 46 zum Piezoaktuator 22 verändert, und zwar in diesem Ausführungsbeispiel vergrößert und von dort aus wieder verkleinert. Jeder Ver- bindungsabschnitt 50 weist also sozusagen einen Scheitelpunktbereich 54, 56 auf, der am weitesten entfernt vom Piezoaktuator ist. Die beiden Verbindungs- schenkel 46, 48 verlaufen also bezogen auf den Piezoaktuator 22 von diesem aus betrachtet vorgewölbt, könnten aber auch in entgegengesetzter Richtung gewölbt sein. Auch ist es möglich, dass der eine Verbindungsschenkel konvex, also von dem Piezoaktuator 22 weggerichtet gewölbt ist, während der andere Verbindungsschenkel konkav, also in Richtung auf den Piezoaktuator 22 gewölbt ist. In this exemplary embodiment, two connecting legs 46, 48 extend between the receiving legs 28, 30 of the bracket 26, of which the connecting leg 46 is arranged on one lateral side of the piezo actuator 22, while the other connecting leg 48 is located on the aforementioned one the first connecting leg 46 is arranged opposite on the opposite lateral side of the piezo actuator 22. The special feature of the two connecting legs 46, 48 is that each has a connecting section 50 or 52, within which the distance between the respective connecting leg 46 and the piezo actuator 22 changes, in this exemplary embodiment increased and reduced from there again , Each connection section 50 thus has, as it were, an apex region 54, 56 which is the furthest away from the piezo actuator. The two connecting legs 46, 48 thus extend in relation to the piezo actuator 22 as viewed from this, but could also be curved in the opposite direction. It is also possible for one connecting leg to be convex, that is to say directed away from the piezo actuator 22, while the other connecting leg is to be concave, that is to say in the direction of the piezo actuator 22.
Innerhalb der Scheitelpunktbereiche 54, 56 ist der Bügel 26, wie in Fig. 1 ange- deutet, einerseits am Bedienelement 12 und andererseits am Gehäuse 16 be- festigt. Hierzu dienen z.B. Schrauben 57. Within the apex regions 54, 56, the bracket 26, as indicated in FIG. 1, is fastened on the one hand to the operating element 12 and on the other hand to the housing 16. For this purpose e.g. Screws 57.
Bei Anlegen einer elektrischen Spannung an den Piezoaktuator 22 dehnt sich dieses in Längserstreckung, also in Erstreckung der Achse 58 aus. Als Folge davon bewegen sich die Abschnitte 50, 52 der Verbindungsschenkel 46, 48 in Richtung auf den Piezoaktuator 22 zu. Hierdurch würde also, bezogen auf die Anwendung gemäß Fig. 1, das Bedienelement 12 in Richtung des Pfeils 60 be- wegt, um dann, wenn keine Spannung mehr am Piezoaktuator 22 anliegt, sich wieder zurückzubewegen und zwar in Richtung des Pfeils 62. Während dieses Vorgangs dehnt sich also der Piezoaktuator 22 zunächst aus und ziehen sich die Verbindungsschenkel 46, 48 zusammen (siehe die Pfeile 64 und 65 in Fig. 1), um sich dann bei nicht mehr anliegender Spannung zusammenzuziehen. Der Bügel 26 mit den Verbindungsschenkeln 46, 48 bildet also ein Bewegungs- umsetzungsgetriebe 70. When an electrical voltage is applied to the piezo actuator 22, the latter extends in the longitudinal direction, that is to say in the direction of the axis 58. As a result, the sections 50, 52 of the connecting legs 46, 48 move in the direction of the piezo actuator 22. In this way, based on the application according to FIG. 1, the operating element 12 would be moved in the direction of the arrow 60, and then, when there was no more voltage at the piezo actuator 22, itself to move back again, specifically in the direction of arrow 62. During this process, the piezo actuator 22 initially expands and contracts the connecting legs 46, 48 (see arrows 64 and 65 in FIG. 1), in order then to stop fitting Contract tension. The bracket 26 with the connecting legs 46, 48 thus forms a motion conversion gear 70.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Konstruktion des Piezoantriebs 14 besteht nun darin, dass der Piezoaktuator 22 an seinen beiden Enden 32, 34 in den Aufnahmevertiefungen 38, 42 an den Aufnahmeelementen 36, 40 anliegt, ohne dort verklebt zu sein. Die Enden 32, 34 des Piezoaktuators 22 sollten im elektrisch nicht angeregten Zustand des Piezoaktuators 22 die Böden der Auf- nahmevertiefungen 38, 42 kontaktieren, bzw. sollte der Piezoaktuator 22 in sei- ner Ruheposition in dem Bügel 26 eingespannt gehalten sein. Hierzu dient ein Spannelement 66, das in diesem Ausführungsbeispiel die Form einer Spann- schraube 68 aufweist, die beispielsweise wie in Fig. 4 gezeigt, mit ihrem Schaf- tende 71 an einem der Enden (in diesem Ausführungsbeispiel an dem Ende 32) des Piezoaktuators 22 anliegt. The advantage of the construction of the piezo drive 14 according to the invention is that the piezo actuator 22 rests on its two ends 32, 34 in the receiving recesses 38, 42 on the receiving elements 36, 40 without being glued there. The ends 32, 34 of the piezo actuator 22 should contact the bottoms of the receiving recesses 38, 42 when the piezo actuator 22 is not electrically excited, or the piezo actuator 22 should be held clamped in the bracket 26 in its rest position. For this purpose, a clamping element 66 is used, which in this exemplary embodiment has the form of a clamping screw 68, which, for example, as shown in FIG. 4, has the shaft end 71 at one of the ends (in this exemplary embodiment, at the end 32) of the piezo actuator 22 is applied.
Die Konstruktion des Bügels 26 ist anhand der Fign. 4 und 5 zu erkennen. Auf einfache Art und Weise ist dieser Bügel 26 als Metallstreifenelement 72 ausge- bildet, dessen, in Längserstreckung betrachtet, Mittelabschnitt 74 den ersten Aufnahmeschenkel 28 bildet. Beidseitig dieses Mittelabschnitts 74 befinden sich die Abschnitte 76, 78 für die beiden Verbindungsschenkel 46, 48. Innerhalb die- ser beiden Abschnitte 76, 78 befindet sich dann auch derjenige Bereich für die Scheitelpunktbereich 54, 56. Der Vorteil der Ausgestaltung des Bügels 26 ge- mäß den Fign. 4 und 5 besteht in der Möglichkeit der Herstellung des Bügels als Metallstanzteil. Es sind also keine Guss- bzw. Fräsprozesse zur Herstellung des Bügels 26 erforderlich. The construction of the bracket 26 is based on FIGS. 4 and 5 can be seen. In a simple manner, this bracket 26 is designed as a metal strip element 72, the central section 74 of which, viewed in the longitudinal direction, forms the first receiving leg 28. Sections 76, 78 for the two connecting legs 46, 48 are located on both sides of this middle section 74. Within these two sections 76, 78 there is also the area for the apex area 54, 56. according to FIGS. 4 and 5 is the possibility of producing the bracket as a metal stamped part. No casting or milling processes are therefore required to produce the bracket 26.
Wie insbesondere anhand der Fign. 2 und 5 zu erkennen ist, hat der Bügel 26 im Wesentlichen die Form einer Ellipse bzw. eines Ovals. Innerhalb des Verbin- dungsschenkels 46 verläuft dessen Verbindungsabschnitt 50 ausgehend von ei- nem ersten Abstandswert (siehe bei 80 in Fig. 5 den Abstand des Verbindungs- abschnitts 50 von dem Piezoaktuator 22) bis zu einem größeren zweiten Ab- standswert (siehe bei 82 in Fig. 5 den Abstand des Scheitelpunktbereichs 54 vo dem Piezoaktuator 22), der im Bereich der Scheitelpunktbereiche 54, 56 des betreffenden Verbindungsschenkels liegt, um von dort aus dann wieder auf ei- nen verringerten weiteren Abstandswert (siehe ebenfalls in Fig. 5 bei 84 den Abstand, der in diesem Ausführungsbeispiel gleich dem Abstandswert bei 80 ist) zurückzugehen, der z.B. gleich dem ersten Abstandswert sein kann. Damit ent- steht z.B. eine symmetrische Formgebung des Bügels 26, wenn beide Verbin- dungsschenkel 46, 48 entsprechend geformt sind, was aber für die Erfindung nicht zwingend erforderlich ist. So könnten die beiden Verbindungsschenkel 46, 48 auch nicht symmetrisch zueinander geformt sein. So kann der Abstand des Verbindungsschenkels 48 zu Beginn des Verbindungsabschnitts 52 (siehe bei 81 in Fig. 5) gleich oder verschieden sein von dem Abstandswert 80 des Verbin- dungsabschnitts 50. Der (vierte) Abstandswert 83 im Scheitelpunktbereich 56 (siehe bei 83 in Fig. 5) kann gleich oder verschieden von dem Abstand 82 sein. Der Abstandswert 85 des Verbindungsabschnitts 52 kann verschieden von dem Abstandswert 84 des Verbindungsabschnitts 50 sein. As shown in particular in FIGS. 2 and 5, the bracket 26 has essentially the shape of an ellipse or an oval. Within the connection The extension leg 46 extends from a first distance value (see at 80 in FIG. 5 the distance of the connection section 50 from the piezo actuator 22) to a larger second distance value (see at 82 in FIG. 5) Distance of the apex region 54 from the piezo actuator 22), which lies in the region of the apex regions 54, 56 of the connecting leg in question, in order to then again from there to a reduced further distance value (see also the distance in FIG. 5 at 84 this embodiment is equal to the distance value at 80), which can be, for example, equal to the first distance value. This results, for example, in a symmetrical shape of the bracket 26 if both connecting legs 46, 48 are shaped accordingly, but this is not absolutely necessary for the invention. Thus, the two connecting legs 46, 48 could not be shaped symmetrically to one another. Thus, the distance of the connecting leg 48 at the beginning of the connecting section 52 (see at 81 in FIG. 5) can be the same or different from the distance value 80 of the connecting section 50. The (fourth) distance value 83 in the vertex region 56 (see at 83 in FIG 5) may be the same or different from the distance 82. The distance value 85 of the connection section 52 can be different from the distance value 84 of the connection section 50.
In den Fign. 6 bis 8 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines Piezoantriebs 14' gemäß der Erfindung gezeigt. Soweit die Einzelteile diese Piezoantriebs 14' kon- struktions- bzw. funktionsgleich zu den Elementen des Piezoantriebs 14 der Fign. 2 bis 5 sind, sind sie in den Fign. 6 bis 8 mit den gleichen Bezugszeichen wie in den Fign. 2 bis 5 gekennzeichnet. In Figs. 6 to 8, a second exemplary embodiment of a piezo drive 14 'according to the invention is shown. Insofar as the individual parts of this piezo drive 14 'have the same construction or function as the elements of the piezo drive 14 of FIGS. 2 to 5, they are shown in FIGS. 6 to 8 with the same reference numerals as in FIGS. 2 to 5 marked.
Wie in dem Ausführungsbeispiel gemäß den Fign. 2 bis 5 ist auch beim Piezo- antrieb 14' der Fign. 6 bis 8 der Bügel 26 als gebogenes Metallstreifenelement 72 ausgeführt. Während allerdings bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den Fign. 2 bis 5 die Aufnahmeschenkel mit separaten Aufnahmeelementen 36, 40 versehen sind, sind im Ausführungsbeispiel der Fign. 6 bis 8 diese Aufnahme- elemente 36, 40 mit Hilfe von einzelnen umbiegbaren Laschen des Metallstrei- fenelements 72 gebildet. So weist das Metallstreifenelement 72 im Mittelab- schnitt 74 zwei lateral angeordnete Biegelaschen 86 auf. Zwei weitere Biegela- schen 88 sind an einem der beiden Ende 90, 92 des Metallstreifenelements 72 ausgebildet. An beiden Enden 90, 92 befinden sich dann noch weitere, in diesem Ausführungsbeispiel kleinere Biegelaschen 94, wie in Fig. 7 gezeigt. As in the embodiment according to FIGS. 2 to 5 is also the case with the piezo drive 14 '. 6 to 8 of the bracket 26 is designed as a bent metal strip element 72. However, while in the embodiment according to FIGS. 2 to 5 the receiving legs are provided with separate receiving elements 36, 40, are in the embodiment of FIGS. 6 to 8 these receiving elements 36, 40 by means of individual bendable tabs of the metal strip fenelements 72 formed. The metal strip element 72 has two laterally arranged bending tabs 86 in the central section 74. Two further bending lugs 88 are formed on one of the two ends 90, 92 of the metal strip element 72. At both ends 90, 92 there are further bending tabs 94, which are smaller in this exemplary embodiment, as shown in FIG. 7.
Im vollständig gebogenen und damit im Endzustand des Metallstreifenelements 72 hat dieses die Form des Bügels 26 gemäß den Fign. 6 und 7. Wie die einzel- nen Biegelaschen in diesem Fall geformt sind, ergibt sich aus Fig. 8. Die beiden Enden 90, 92 des Metallstreifenelements 72 sind ferner mit jeweils einem Loch 96 versehen. Im gebogenen Zustand fluchten diese beiden Löcher 96, indem die beiden Enden 90, 92 des Metallstreifenelements Übereinanderliegen, wie Fig. 8 zeigt. Durch die miteinander fluchtenden Löcher 96 erstreckt sich eine Spann- schraube 68 als Spannelement 66, die z.B. mit einer innen am Aufnahmeschen- kel 30 anliegenden Schraubenmutter (nicht gezeigt) oder Element mit Innenge- windebohrung für die Spannschraube 68 in Gewindeeingriff steht. In the completely bent and thus in the final state of the metal strip element 72, this has the shape of the bracket 26 according to FIGS. 6 and 7. How the individual bending tabs are shaped in this case is shown in FIG. 8. The two ends 90, 92 of the metal strip element 72 are furthermore each provided with a hole 96. In the bent state, these two holes 96 are aligned in that the two ends 90, 92 of the metal strip element lie one above the other, as shown in FIG. 8. A tensioning screw 68 extends through the holes 96 aligned with one another as tensioning element 66, which e.g. is in threaded engagement with a screw nut (not shown) lying against the inside of the receiving leg 30 or element with an internal threaded bore for the clamping screw 68.
Abschließend sei noch darauf hingewiesen, dass die Bügel bzw. Metallstreifen an den Biegelinien (siehe z. B. die Fign. 2 und 6), die nach Art von Gelenken wirken, mit Prägungen oder Sicken versehen und damit wie Filmscharniere aus- gebildet sein können. Finally, it should be pointed out that the stirrups or metal strips on the bending lines (see, for example, FIGS. 2 and 6), which act in the manner of joints, are provided with embossments or beads and can therefore be designed like film hinges ,
BEZUGSZEICHENLISTE Bedieneinheit REFERENCE SIGN LIST control unit
Bedienelement  operating element
Piezoantrieb piezo drive
' Piezoantrieb 'Piezo drive
Gehäuse  casing
Gehäusewand  housing wall
Tasten  Keys
Drehsteller  turntable
Piezoaktuator  piezo actuator
piezoelektrisches Element (Piezoelement) Metallbügel  Piezoelectric element (piezo element) metal bracket
Aufnahmeschenkel  receiving arms
Aufnahmeschenkel  receiving arms
Ende des Piezoaktuators  End of the piezo actuator
Stirnseite des Piezoaktuators  Front of the piezo actuator
Ende des Piezoaktuators  End of the piezo actuator
Stirnseite des Piezoaktuators  Front of the piezo actuator
Aufnahmeelement  receiving element
Aufnahmevertiefung  receiving recess
Aufnahmeelement  receiving element
Aufnahmevertiefung  receiving recess
Schrauben  screw
Verbindungsschenkel  connecting leg
Verbindungsschenkel  connecting leg
Verbindungsabschnitt  connecting portion
Verbindungsabschnitt  connecting portion
Scheitelpunktbereich  Apex area
Scheitelpunktbereich  Apex area
Schrauben  screw
Achse  axis
Pfeil Pfeil arrow arrow
Pfeil  arrow
Pfeil  arrow
Spannelement  clamping element
Spannschraube  turnbuckle
Bewegungsumsetzungsgetriebe Schaftende  Movement conversion gear shaft end
Metallstreifenelement Metal strip element
' Metallstreifenelement '' Metal strip element
Mittelabschnitt  midsection
Abschnitte  sections
Abschnitte  sections
erster Abstandswert  first distance value
dritter Abstandswert  third distance value
zweiter Abstandswert vierter Abstandswert weiterer Abstand  second distance value fourth distance value further distance
weiterer Abstand  further distance
Biegelaschen  bending ears
Biegelaschen  bending ears
Ende  The End
Ende  The End
Biegelaschen  bending ears
Loch hole
DRUCKSCHRIFTEN ZUM STAND DER TECHNIK PRIOR ART PRINTS
DE-U-20 2008 017 833 DE-U-20 2008 017 833
DE-A-10 2016 116 763 DE-A-10 2016 116 763
DE-B-23 05 277 DE-B-23 05 277
DE-C-42 14 220 DE-C-42 14 220
DE-B-199 81 030 DE-B-199 81 030
EP-A-1 035 015 EP-A-1 035 015
EP-A-3 056 977 EP-A-3 056 977
WO-A-2014/096565 WO-A-2014/096565
WO-A- 2017/1762019 WO-A-2017/1762019
WO-A-2014/164018 WO 2014/164018
WO-A-2016/067831 WO-A-2016/067831
US-A-2016/0 027 263 US-A-2016/0 027 263
US-B-6 246 132 US-B-6 246 132
US-A-4 952 835 US-A-4,952,835
US-B-9 523 294 US-B-9 523 294
US-B-6 465 936 US-B-6 465 936
JP-A- 2008- 287402 JP-A-2008-287402

Claims

ANSPRÜCHE EXPECTATIONS
1. Piezoantrieb, insbesondere als automatisches Stellglied für eine Fahrzeug- komponente, z.B. für die Erzeugung eines haptischen Feedbacks bei Bedi- envorrichtungen, mit 1. Piezo drive, in particular as an automatic actuator for a vehicle component, e.g. for generating haptic feedback for operating devices, with
einem Piezoaktuator (22) aus einem piezoelektrischen Material, wobei der Piezoaktuator (22) eine Längserstreckung zwischen zwei Enden (32, 34) mit einander abgewandten Stirnseiten (33, 35) aufweist, die eine Wirkrichtung des Piezoaktuators (22) definiert, längs derer der Piezoaktuator (22) expandiert und kontrahiert,  a piezo actuator (22) made of a piezoelectric material, the piezo actuator (22) having a longitudinal extension between two ends (32, 34) with opposite end faces (33, 35), which defines an effective direction of the piezo actuator (22), along which the Piezo actuator (22) expands and contracts,
einem mit dem Piezoaktuator (22) gekoppelten Umsetzungsgetriebe (70) zum Umsetzen einer in Wirkrichtung des Piezoaktuators (22) er- folgenden Ausdehnung und einer anschließenden Kontraktion des Pie- zoaktuators (22) in jeweils eine in einem Winkel von ungleich 0 Grad, insbesondere von 90 Grad zur Längserstreckung des Piezoaktuators (22) gerichteten Bewegung,  a conversion gearbox (70) coupled to the piezo actuator (22) for converting an expansion taking place in the effective direction of the piezo actuator (22) and a subsequent contraction of the piezo actuator (22) in each case at an angle of not equal to 0 degrees, in particular from 90 degrees to the longitudinal extension of the piezo actuator (22),
wobei das Umsetzungsgetriebe (70) einen elastischen Bügel (26) und/oder einen Bügel (26) mit einem elastischen Material aufweist, der zwei gegenüberliegende und voneinander beabstandete Aufnah- meschenkel (28, 30) und einen sich zwischen diesen erstreckenden Verbindungsschenkel (46, 48) mit mindestens einem bezogen auf die Position des Piezoaktuators (22) von diesem weg gerichteten oder in Richtung auf diesen gewölbten Abschnitt (50, 52) aufweist, und wobei der Piezoaktuator (22) an seinen beiden Enden (32, 34) von den Aufnahmeschenkeln (28, 30) an diesen kleberfrei anliegend aufgenom- men ist, wobei der Verbindungsschenkel (46, 48) des Bügels (26) seit- lich des Piezoaktuators (22) angeordnet ist.  wherein the conversion gear (70) has an elastic bracket (26) and / or a bracket (26) with an elastic material, which has two opposing and spaced-apart receiving legs (28, 30) and a connecting leg (46, extending between them) 48) with at least one section (50, 52) oriented away from the piezo actuator (22) or curved towards it, and wherein the piezo actuator (22) has at both ends (32, 34) of the Receiving legs (28, 30) are received so that they are glue-free, the connecting leg (46, 48) of the bracket (26) being arranged on the side of the piezo actuator (22).
2. Piezoantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Ab- stand des Verbindungsschenkels (46, 48) längs seiner Erstreckung zwi- schen den Aufnahmeschenkeln (28, 30) des Bügels (26) ausgehend von einem ersten Abstandswert (80) bis zu einem zweiten Abstandswert (82) vergrößert - oder alternativ verkleinert. 2. Piezo drive according to claim 1, characterized in that the distance of the connecting leg (46, 48) along its extent between the receiving legs (28, 30) of the bracket (26) starting from a first distance value (80) to increased to a second distance value (82) - or alternatively reduced.
3. Piezoantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Ab- stand des Verbindungsschenkels (46, 48) längs seiner Erstreckung zwi- schen den Aufnahmeschenkeln (28, 30) des Bügels (26) ausgehend von dem zweiten Abstandswert (82) wieder verkleinert - oder alternativ ver- größert, und zwar insbesondere bis zum ersten Abstandswert (80). 3. Piezo drive according to claim 2, characterized in that the distance of the connecting leg (46, 48) along its extension between the receiving legs (28, 30) of the bracket (26) again starting from the second distance value (82) reduced - or alternatively enlarged, in particular up to the first distance value (80).
4. Piezoantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Umsetzungsgetriebe (70) einen weiteren Verbindungsschenkel (46, 48) aufweist, der dem anderen Verbindungsschenkel (46, 48) des Bügels (26) gegenüberliegt und ebenfalls gewölbt ausgebildet ist. 4. Piezo drive according to claim 1 or 2, characterized in that the conversion gear (70) has a further connecting leg (46, 48) which is opposite the other connecting leg (46, 48) of the bracket (26) and is also curved.
5. Piezoantrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Verbindungsschenkel (46, 48) im Wesentlichen symmetrisch zueinander sind. 5. Piezo drive according to claim 4, characterized in that the two connecting legs (46, 48) are substantially symmetrical to each other.
6. Piezoantrieb nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Abstand des weiteren Verbindungsschenkels (46, 48) längs seiner Er- streckung zwischen den Aufnahmeschenkeln (28, 30) des Bügels (26) aus- gehend von einem dritten Abstandswert (80) bis zu einem vierten Ab- standswert (82) vergrößert - oder alternativ verkleinert. 6. Piezo drive according to claim 4 or 5, characterized in that the distance of the further connecting leg (46, 48) along its extension between the receiving legs (28, 30) of the bracket (26) starting from a third distance value ( 80) up to a fourth distance value (82) - or alternatively reduced.
7. Piezoantrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Ab- stand des weiteren Verbindungsschenkels (46, 48) des Bügels (26) längs seiner Erstreckung zwischen den Aufnahmeschenkeln (28, 30) zu der zwi- schen den Aufnahmeschenkeln (28, 30) verlaufenden Längsachse ausge- hend von dem vierten Abstandswert (83) wieder verkleinert oder alternativ vergrößert, und zwar bis zum dritten Abstandswert (81). 7. Piezo drive according to claim 6, characterized in that the distance of the further connecting leg (46, 48) of the bracket (26) along its extent between the receiving legs (28, 30) to that between the receiving legs (28, 30), the longitudinal axis proceeding from the fourth distance value (83) is reduced or alternatively enlarged, namely up to the third distance value (81).
8. Piezoantrieb nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Verbindungsschenkel (46, 48), bezogen auf die zwischen den beiden Aufnahmeschenkeln (28, 30) verlaufende Längsachse symmet- risch sind oder dass der erste Abstandswert (80) ungleich dem dritten Ab- standswert (81) und, sofern gegeben, der zweite Abstandswert (82) un- gleich dem ggf. gegebenen vierten Abstandswert (83) ist. 8. Piezo drive according to one of claims 2 to 7, characterized in that the two connecting legs (46, 48), based on the longitudinal axis extending between the two receiving legs (28, 30), are symmetrical. or that the first distance value (80) is not equal to the third distance value (81) and, if applicable, the second distance value (82) is not equal to the fourth distance value (83) which may be given.
9. Piezoantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Bügel (26) oval-, linsen- oder ellipsenförmig ausgebildet ist, wobei die Aufnahmeschenkel (28, 30) an den Enden der längeren Achse des Ovals, der Linse oder der Ellipse angeordnet sind und die kleinere Achse des oval-, linsen- oder ellipsenförmigen Bügels (26) im Bereich der die sich bezüglich ihrer Abstände zur Längsachse verändernden Abschnitte (50, 52) der Verbindungsschenkel (46, 48) liegt. 9. Piezo drive according to one of claims 1 to 8, characterized in that the bracket (26) is oval, lenticular or elliptical, the receiving legs (28, 30) at the ends of the longer axis of the oval, the lens or the ellipse are arranged and the smaller axis of the oval, lenticular or elliptical bracket (26) lies in the region of the sections (50, 52) of the connecting legs (46, 48) which change with respect to their distances from the longitudinal axis.
10. Piezoantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeschenkel (28, 30) des Bügels (26) die Enden des Piezo- aktuators (22) an zumindest zwei einander abgewandten Seiten und ins- besondere allseitig umschließen. 10. Piezo drive according to one of claims 1 to 9, characterized in that the receiving legs (28, 30) of the bracket (26) enclose the ends of the piezo actuator (22) on at least two sides facing away from one another and in particular on all sides.
11. Piezoantrieb nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Aufnahmeschenkel (28, 30) und insbesondere beide Aufnah- meschenkel (28, 30) mittels Befestigungselementen mit dem oder den Verbindungsschenkeln (46, 48) verbundene Aufnahmeelemente aufweist bzw. aufweisen. 11. Piezo drive according to claim 10, characterized in that at least one of the receiving legs (28, 30) and in particular both receiving legs (28, 30) has or have receiving elements connected to the connecting leg (s) (46, 48) by means of fastening elements.
12. Piezoantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Bügel (26) als zwei einander abgewandte Enden aufweisendes Metallstreifenelement (72, 72') ausgebildet ist, das bei Ansicht von der Seite betrachtet C-förmig gebogen ist, wobei ein in Längserstreckung des Metallstreifenelements (72, 72') liegender Mittelabschnitt (74) den einen Aufnahmeschenkel (28, 30) des Bügels (26) und die beiden Enden des Me- tallstreifenelements (72, 72') den zweiten Aufnahmeschenkel (28, 30) des Bügels (26) bilden oder zwischen diesen beiden Enden des Metallstreifen- elements (72, 72') ein den Aufnahmeschenkel (28, 30) des Bügels (26) bildendes Aufnahmeelement angeordnet ist. 12. Piezo drive according to one of claims 1 to 11, characterized in that the bracket (26) is designed as two opposite ends having metal strip element (72, 72 '), which is viewed in a C-shape when viewed from the side, wherein a central section (74) lying in the longitudinal extent of the metal strip element (72, 72 ') has the one receiving leg (28, 30) of the bracket (26) and the two ends of the metal strip element (72, 72') the second receiving leg (28, 30 ) of the bracket (26) or between these two ends of the metal strip element (72, 72 ') a receiving element (28, 30) of the bracket (26) forming the receiving element is arranged.
13. Piezoantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Bügel (26) ein Spannelement (66) aufweist, das an einem der beiden Aufnahmeschenkel (28, 30) angeordnet ist und zur Definition seiner Anlage an der Stirnseite eines der Enden des Piezoaktuators (22) sowie der dabei auf den Piezoaktuator (22) aufgebrachten Andrückkraft in Rich- tung des Verlaufs der Achse (58) des Piezoaktuators (22) positionierbar und in seiner Position an dem Aufnahmeschenkel (28, 30) fixierbar ist. 13. Piezo drive according to one of claims 1 to 12, characterized in that the bracket (26) has a clamping element (66) which is arranged on one of the two receiving legs (28, 30) and to define its contact on the end face of one of the The ends of the piezo actuator (22) and the pressing force applied to the piezo actuator (22) can be positioned in the direction of the axis (58) of the piezo actuator (22) and their position can be fixed on the receiving leg (28, 30).
14. Piezoantrieb nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Spann- element (66) eine Einstellschraube (68) ist oder von einer Einstellschraube (68) positionierbar ist. 14. Piezo drive according to claim 13, characterized in that the clamping element (66) is an adjusting screw (68) or can be positioned by an adjusting screw (68).
15. Piezoantrieb nach den Ansprüchen 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellschraube (68) zusätzlich auch die beiden sich überlappen- den und einen Anlageschenkel des Bügels (26) bildenden Enden des als Bügel (26) gebogenen Metallstreifenelements (72, 72') untereinander ver- bindet. 15. Piezo drive according to claims 12 to 14, characterized in that the adjusting screw (68) additionally also overlaps the two ends of the metal strip element (72, 72 ') bent as a bracket (26) and forms a contact leg of the bracket (26). ) interconnected.
16. Piezoantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Piezoaktuator (22) ein piezoelektrisches Element (24) oder eine Vielzahl von in Wirkrichtung des Piezoaktuators (22) gestapelte piezoelekt- rische Elemente (24) aufweist. 16. Piezo drive according to one of claims 1 to 15, characterized in that the piezo actuator (22) has a piezoelectric element (24) or a plurality of piezoelectric elements (24) stacked in the effective direction of the piezo actuator (22).
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