WO2023020657A1 - Actuator - Google Patents

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WO2023020657A1
WO2023020657A1 PCT/DE2022/100599 DE2022100599W WO2023020657A1 WO 2023020657 A1 WO2023020657 A1 WO 2023020657A1 DE 2022100599 W DE2022100599 W DE 2022100599W WO 2023020657 A1 WO2023020657 A1 WO 2023020657A1
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WO
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electrode
electrodes
counter
actuator
small
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PCT/DE2022/100599
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Inventor
Burhanettin Koc
Bülent Delibas
Original Assignee
Physik Instrumente (Pi) Gmbh & Co. Kg
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Publication date
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    • H02N2/0005—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing non-specific motion; Details common to machines covered by H02N2/02 - H02N2/16
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    • H02N2/002—Driving devices, e.g. vibrators using only longitudinal or radial modes
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    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/85—Piezoelectric or electrostrictive active materials

Definitions

  • the invention relates to an actuator according to claims 1 to 7 and a method for operating such an actuator according to claims 8 to 12.
  • DE 10 2011 087 542 B3 discloses a two-phase ultrasonic motor whose ultrasonic actuator is in the form of a piezoelectric or electrostrictive rectangular plate and which, due to the appropriate arrangement of electrodes, has, for example, a central main generator and two additional generators arranged peripherally or laterally thereto has standing waves. While the main generator excites a standing wave, which is located symmetrically to a plane of symmetry S, which bisects the actuator along its longitudinal direction and runs parallel to its height, the two additional generators generate a standing wave, which is located asymmetrically with respect to the plane of symmetry S. The superimposition of these standing waves leads to a standing wave that can be used to drive an element to be driven, which is in frictional contact with the actuator.
  • a certain disadvantage of the ultrasonic motor and its actuator known from DE 10 2011 087 542 B3 is the fact that the operating frequencies for an effective drive lie within a relatively narrow band. In addition, the operating modes are restricted with such an actuator and the efficiency of a corresponding actuator is limited.
  • the actuator according to the invention in the form of a rectangular plate consists of a monocrystalline piezoelectric material. On one of its main faces which is largest in area, three planar electrodes are arranged, one electrode covering a larger area of this main face than the other two electrodes, and the resulting large electrode being arranged between the two corresponding small electrodes. At least one counter-electrode is arranged on the other main surface, which at least partially overlaps with each of the three electrodes of the opposite main surface. Two spaced-apart friction elements are arranged on at least one of the longer side surfaces of the actuator.
  • the monocrystalline piezoelectric material arranged in the respective area or covering or overlapping area between one of the three electrodes and the at least one counter-electrode is polarized in a suitable and defined manner. Due to said covering or overlapping of associated electrodes and the polarized material arranged between them, corresponding polarization regions result, ie regions or sections of the actuator polarized monocrystalline piezoelectric material essentially defined by the electrodes or their respective overlapping region.
  • the actuator according to the invention can be operated in a very wide frequency range at low voltages.
  • atypical vibration modes can be generated in the actuator, which can be adapted to the respective application.
  • the driving force of the actuator and its efficiency can be increased.
  • the single-crystal piezoelectric material has an orthorhombic mm2 symmetry. An actuator made of such a material can be operated particularly effectively.
  • the polycrystalline lead zirconium titanate or PZT material used for conventional actuators has anisotropic properties and falls under the 6 mm hexagonal symmetry class. It follows that the electromechanical coupling and the piezoelectric charge constants depend on the polarization and the electric field directions.
  • the values of the piezoelectric charge constants d31 and d32 are identical and have a negative sign compared to the piezoelectric charge constant d33 (longitudinal mode).
  • monocrystalline piezoelectric materials with an orthorhombic mm2 symmetry i.e. with a [001] orientation
  • their piezoelectric coefficients in two directions perpendicular to one another differ in sign as well as in value or magnitude, which means that unusual or atypical modes can be excited in corresponding actuators that cannot be achieved with polycrystalline PZT materials.
  • the friction elements are spaced from the respective end of the long side surface adjacent to the corresponding short side surface between L/100 and L/4. Under such conditions, the vibrations that can be generated in the actuator can be transmitted particularly effectively to an element to be driven by the actuator, and the result is a high driving force or drive efficiency.
  • three counter-electrodes are arranged on one of the main surfaces, which are identical in shape and characteristics to the three electrodes arranged on the other main surface, so that in an analogous manner one of the counter-electrodes is larger in area than the other two and a large counter-electrode forms and the other two form small counter-electrodes, each with a small electrode and a small counter-electrode being arranged in mutual overlap with each other, and also the large electrode and the large counter-electrode in mutual overlap with or arranged together. Electrodes and counter-electrodes of the same shape and characteristics are therefore each arranged in an overlapping or covering manner on the two main surfaces.
  • the invention also relates to a method for operating an actuator described above, which has only a single counter-electrode, with a first sinusoidal AC voltage on or between the small electrodes and a counter-electrode, and a second sinusoidal AC voltage on or between the large electrode and one counter electrode is applied.
  • the invention also relates to a method for operating an actuator described above, the number and geometric Shape of electrodes on one of the two main surfaces corresponds to the number and geometric shape of counter-electrodes on the other main surface, so that two small electrodes and one large electrode as well as two small counter-electrodes and one large counter-electrode are present, with the small electrodes and the small counter electrodes and the large electrode and the large counter electrode are located in an overlapping arrangement with one another, and a first sinusoidal AC voltage across or between the respective small electrodes and the small counter electrodes, and a second sinusoidal AC voltage across or between the large electrode and the large counter electrode is applied.
  • the sinusoidal AC voltages have a phase difference to one another.
  • the frequency and/or the amplitude of the first sinusoidal AC voltage differs from the frequency and/or the amplitude of the second sinusoidal AC voltage.
  • a control method can be favorable in which a first pulsed voltage is applied between one of the small electrodes and the corresponding small counter-electrode, and a second pulse-shaped voltage is applied between the large electrode and the corresponding large counter-electrode, and a third pulse-shaped voltage is applied between the other small electrode and the corresponding other small counter-electrode, wherein between the first pulse-shaped voltage and the second pulse-shaped voltage and between the second pulsed voltage and the third pulsed voltage there is a phase difference.
  • substantially in relation to a feature or a value is understood herein in particular to mean that the feature contains a deviation of 20% and especially 10% from the feature or its geometric property or value.
  • Figure 1 Perspective view of an embodiment of the actuator according to the invention looking at one of the main surfaces
  • FIG. 2 Another perspective view of the actuator according to FIG. 1 looking at the other main surface
  • FIG. 3 Perspective view of a further embodiment of the actuator according to the invention with only one counter-electrode
  • FIG. 8 Block diagram to illustrate another possible electrical control of an actuator according to FIG. 1 or FIG. 2 9: Diagram to illustrate the phase offset of the E fields caused by individual voltage pulses in the different polarization ranges in an actuator according to the invention controlled according to FIG.
  • FIG. 1 shows a perspective view of an embodiment of the actuator 1 according to the invention in the form of a rectangular plate made of a monocrystalline piezoelectric material.
  • the monocrystalline piezoelectric material is PMN-PZT, ie lead magnesium niobate/lead zirconate titanate.
  • the rectangular plate of the actuator 1 has a length L, a height H and a thickness D.
  • a total of three flat electrodes are arranged on the main surface 2 visible in FIG. 1, the middle electrode 5-1 having the largest surface area and one large electrode forms, and the electrodes 5-2 and 5-3 adjoining it on both sides, i.e. laterally, along the longitudinal extension direction are smaller in area than the large electrode 5-1 and form correspondingly small electrodes.
  • the two small electrodes 5-2 and 5-3 here have an identical geometry, it is conceivable that they have different geometries from one another, it always being ensured that the respective covered or covered by the small electrodes 5-2, 5-3 area is smaller than the area covered or covered by the large electrode 5-1 of the main area 2.
  • two spaced-apart friction elements 7 with a substantially wedge-shaped geometry or wedge shape are arranged.
  • the respective friction element 7 is arranged close to the respective short side surface 3, 3′ abutting the longer side surface 4 and thereby essentially centrally in relation to the respectively adjacent small electrode 5-2, 5-3.
  • no friction elements are arranged on the opposite long side surface 4'.
  • the friction elements 7 are intended to come into intermittent frictional contact with an element to be driven during operation of the actuator 1, in order to generate a driving or driving force in the time range of the corresponding contact. To realize feed movement and thus a drive step of the driven element.
  • the directions of polarization of the monocrystalline piezoelectric material of the actuator 1 in the area of the electrodes 5-1, 5-2, 5-3 are marked with arrows and the letter P. While the polarization directions P of the monocrystalline piezoelectric material in the area of the electrodes 5-1 and 5-2 are in the same direction and parallel to one another, the polarization direction P in the area of the small electrode 5-3 is opposite and parallel (i.e. anti-parallel) to the polarization directions P aligned in the area of the electrodes 5-1 and 5-2.
  • FIG. 2 shows the actuator 1 according to the invention in a different perspective view, with the main surface 2', which cannot be seen in FIG. 1, being visible here. Accordingly, three counter-electrodes 6-1, 6-2 and 6-3 are arranged on the main surface 2', which, in terms of their geometry, arrangement and characteristics, are similar to the electrodes 5-1, 5-2 and 5-3 arranged on the opposite main surface 2 coincide so that the small electrode 5-1 and the small counter electrode 6-1 are arranged in a pair-forming manner opposite to each other and completely overlapping and overlapping each other. The same applies to the pairs of electrode and counter-electrode 5-2 and 6-2 and 5-3 and 6-3.
  • Fig. 3 shows a perspective view of an actuator 1 according to the invention, on whose main surface 2 'only a single counter-electrode 6 covering almost the entire main surface 2' is arranged, while on the opposite main surface, which cannot be seen in Fig. 3, three electrodes are arranged according to FIG. Correspondingly, three polarization regions 8-1, 8-2 and 8-3 are formed, which are Substantially correspond to the respective covering or overlapping area of the electrodes, which cannot be seen in FIG. 3 , with the counter-electrode 6 .
  • Fig. 4 shows a perspective view of an actuator 1 according to the invention, which is constructed similarly to the actuator shown in Figures 1 and 2 and differs only in the respect that not only on one but on both of its long side surfaces 4 , 4' two essentially wedge-shaped friction elements 7 arranged thereon and thus a total of four friction elements 7 are present.
  • the friction elements 7 are essentially arranged in pairs opposite one another or symmetrically to one another. With such an actuator, all four friction elements 7 can simultaneously be excited to move due to corresponding generation of acoustic waves in the actuator, which can be used to drive an element to be driven or to drive two separate elements to be driven.
  • Fig. 5 shows a block diagram to illustrate a possible electrical control of an actuator according to FIG Counter-electrode 6 are arranged, and wherein the polarization directions P of the two polarization regions 8-1 and 8-2 are oriented in the same direction and parallel to one another, whereas the polarization direction P of the polarization region 8-3 is opposite and parallel, i.e. anti-parallel, to the polarization directions P in is aligned with the polarization regions 8-1 and 8-2.
  • AC voltage sources 10 and 10 ' There are two AC voltage sources 10 and 10 ', with one output of the AC voltage source 10 being electrically conductively connected to the small electrodes 5-2 and 5-3 and another output of the AC voltage source 10 to the counter electrode 6, while an output of the AC voltage source 10' is electrically conductively connected to the large electrode 5-1 and another output of the AC voltage source 10' is electrically connected to the counter-electrode 6.
  • a sinusoidal AC voltage A cos (o»it) is applied to the small electrodes 5-2 and 5-3 and a sinusoidal AC voltage B sin (o»it) to the large electrode 5-1.
  • FIG. 6 shows a block diagram to illustrate a possible electrical control of an actuator according to FIG. 1 or FIG. Analogously to Fig. 5, there are two AC voltage sources 10 and 10', one output of the AC voltage source 10 with the small electrode 5-3 and the small counter-electrode 6-2 not assigned to it, and another output of the AC voltage source 10 with the small counter-electrode 6-3 and the small electrode 5-2 that is not associated with this counter-electrode.
  • an output of the AC voltage source 10' is connected to the large electrode 5-1, and another output of this AC voltage source 10' is electrically connected to the large counter electrode 6-1.
  • polarization directions P of all three polarization regions 8-1, 8-2 and 8-3 are aligned in the same way and parallel to one another. Again, sinusoidal AC voltages are applied to the electrodes, which may differ in frequency and/or amplitude.
  • Fig. 7 shows in b) a diagram to illustrate calculated displacements or trajectories or trajectories of the friction elements of an actuator according to FIG. 7a) or according to FIG. 1 and FIG. 2, which according to the block diagram of FIG of Fig. 6 is driven.
  • the normalized E-fields within the three polarization ranges 8-1, 8-2, 8-3 are identical (and equal to 1), relatively wide, elliptical and approximately circular trajectories result for both friction elements 7, which are identified by the letters A and B are marked in Fig. 7a).
  • the corresponding trajectories are shown in FIG. 7b) in left part of the diagram, the curve without marking the individual value points corresponding to the trajectory of friction element B in Fig.
  • the normalized E-field within the polarization range 8-1 is ten times larger than the normalized E-field within the other two polarization ranges 8-2 and 8-3, the result is flat and slightly inclined narrow elliptical trajectories relative to the side surface 4 Friction elements A and B of Fig. 7a) as shown in the middle area of the diagram of 7b).
  • the normalized E-fields within the polarization ranges 8-2 and 8-3 are ten times higher than the normalized E-field within the polarization range 8-1, the result is steep or narrow elliptical trajectories of the friction elements A that are strongly inclined relative to the side surface 4 and B of FIG. 7a), as can be seen in the right-hand area of FIG. 7b).
  • the alignments of the elliptical trajectories of the two friction elements A and B are different or essentially mirror images of one another.
  • the trajectory shape can be controlled even more extensively by selecting or varying the amplitude and the phase or the phase difference of the control signals.
  • FIG. 8 shows the block diagram to illustrate another possible electrical control of an actuator according to FIG. 1 or FIG.
  • One output of the pulse voltage source 11 is electrically connected to the small electrode 5-2 and another output of this pulse voltage source 11 is electrically connected to the small counter electrode 6-2 associated with the small electrode 5-2.
  • the pulse voltage source 11 with the cooperating electrodes of the polarization region 8-2 connected.
  • one output of the pulsed voltage source 11' is electrically connected to the large electrode 5-1 and another output of this pulsed voltage source 11' is electrically connected to the large electrode 6-1
  • one output of the pulsed voltage source 11" is connected to the small electrode 5-3 and another output of this pulse voltage source is connected to the small counter electrode 6-3.
  • the pulsed voltage source 11' is connected to the interacting electrodes of the polarization area 8-1 and the pulsed voltage source 11'' is connected to the interacting electrodes of the polarization area 8-3.
  • the polarization directions P of all three polarization regions 8-1, 8-2 and 8-3 are aligned and arranged parallel to one another.
  • the applied voltage pulses essentially have the shape of a sawtooth with a flattened or truncated tip.
  • other time curves and thus forms of the voltage pulses are conceivable, such as those in which there are no linear voltage curves in the individual time segments.
  • the diagram of FIG. 9 clarifies a possible phase offset and possible forms or time curves of the normalized E fields caused by the individual voltage pulses in an actuator according to the invention controlled according to FIG.
  • the thinner of the solid lines characterizes the E-field caused by the corresponding charge pulse in the polarization area 8-2 and its progression over time.
  • the dashed line characterizes the E-field caused by the corresponding charge pulse in the polarization area 8-1, which increases over time starting from a value of zero as soon as the E-field in the polarization area 8-2 has reached its plateau value.
  • the thicker of the solid lines characterizes the E-field caused by the corresponding charge pulse in the polarization area 8-3, the shape and time profile of which is identical to the E-field caused in the polarization area 8-2.
  • the E field in Polarization range 8-3 increases in time at the moment when the E field in polarization range 8-2 has fallen back to zero. It reaches its plateau value at the moment when the E-field of the polarization range 8-1 falls again.
  • the time duration of the plateau area of the E-field in the polarization area 8-1 is significantly longer than that of the plateau area of the E-fields in the polarization areas 8-2 and 8-3.
  • A, B friction elements

Abstract

The invention provides an actuator in the form of a rectangular plate of a monocrystalline piezoelectric material with two main faces (2, 2') of the largest surface area and at least four side faces joining the main faces to one another, two side faces of which are shorter than the other side faces and form short side faces (3, 3') and the others of which form long side faces (4, 4') of a length L, and three flat electrodes are arranged on one of the main faces (2, 2'), one electrode of which covers a greater surface area of this main face than the other two electrodes and forms a large electrode (5-1), and the other two form small electrodes (5-2, 5-3), and the large electrode (5-1) is arranged between the two small electrodes (5-2, 5-3), and at least one counterelectrode (6) is arranged on the other main face (2, 2'), and two friction elements (7) are arranged on at least one of the longer side faces (4, 4'), wherein the monocrystalline piezoelectric material arranged in the respective region between one of the three electrodes (5-1, 5-2, 5-3) and the at least one counterelectrode (6) is polarized and has a respective, defined direction of polarization in the corresponding polarization region (8-1, 8-2, 8-3).

Description

Beschreibung Description
Aktuator actuator
[0001] Die Erfindung betrifft einen Aktuator nach den Ansprüchen 1 bis 7 sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Aktuators nach den Ansprüchen 8 bis 12. The invention relates to an actuator according to claims 1 to 7 and a method for operating such an actuator according to claims 8 to 12.
[0002] Aus der DE 10 2011 087 542 B3 ist ein Zweiphasen-Ultraschallmotor bekannt, dessen Ultraschallaktuator in Form einer piezoelektrischen oder elektrostriktiven rechteckigen Platte vorliegt und der aufgrund entsprechender Anordnung von Elektroden beispielsweise einen zentralen Hauptgenerator und zwei peripher bzw. seitlich dazu angeordnete Zusatzgeneratoren akustischer Stehwellen aufweist. Während der Hauptgenerator eine Stehwelle erregt, welche symmetrisch zu einer Symmetrieebene S, die den Aktuator entlang seiner Längsausdehnungsrichtung halbiert und parallel zu dessen Höhenausdehnungsrichtung verläuft, gelegen ist, generieren die beiden Zusatzgeneratoren eine Stehwelle, welche asymmetrisch in Bezug auf die Symmetrieebene S gelegen ist. Die Überlagerung dieser Stehwellen führt zu einer für den Antrieb eines anzutreibenden Elements, welches in Friktionskontakt mit dem Aktuator steht, nutzbaren Stehwelle. DE 10 2011 087 542 B3 discloses a two-phase ultrasonic motor whose ultrasonic actuator is in the form of a piezoelectric or electrostrictive rectangular plate and which, due to the appropriate arrangement of electrodes, has, for example, a central main generator and two additional generators arranged peripherally or laterally thereto has standing waves. While the main generator excites a standing wave, which is located symmetrically to a plane of symmetry S, which bisects the actuator along its longitudinal direction and runs parallel to its height, the two additional generators generate a standing wave, which is located asymmetrically with respect to the plane of symmetry S. The superimposition of these standing waves leads to a standing wave that can be used to drive an element to be driven, which is in frictional contact with the actuator.
[0003] Von gewissem Nachteil bei dem aus der DE 10 2011 087 542 B3 bekannten Ultraschallmotor bzw. dessen Aktuator ist die Tatsache, dass die Betriebsfrequenzen für einen effektiven Antrieb in einem relativ schmalen Band liegen. Zudem sind die Betriebsmoden bei einem solchen Aktuator eingeschränkt, und die Effizienz eines entsprechenden Aktuators ist begrenzt. A certain disadvantage of the ultrasonic motor and its actuator known from DE 10 2011 087 542 B3 is the fact that the operating frequencies for an effective drive lie within a relatively narrow band. In addition, the operating modes are restricted with such an actuator and the efficiency of a corresponding actuator is limited.
[0004] Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Aktuator bereitzustellen, der universeller einsetzbar bzw. betreibbar ist und gleichzeitig eine höhere Effizienz aufweist. It is an object of the invention to provide an actuator that can be used or operated more universally and at the same time has higher efficiency.
[0005] Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Aktuator gemäß Anspruch 1 , wobei die sich daran anschließenden Unteransprüche wenigstens zweckmäßige Weiterbildungen darstellen. [0006] Der erfindungsgemäße Aktuator in Form einer rechteckigen Platte besteht hierbei aus einem einkristallinen piezoelektrischen Material. An einer seiner flächenmäßig größten Hauptflächen sind drei flächige Elektroden angeordnet, wovon eine Elektrode eine größere Fläche dieser Hauptfläche bedeckt als die beiden anderen Elektroden, und die sich daraus ergebende große Elektrode zwischen den beiden entsprechenden kleinen Elektroden angeordnet ist. An der anderen Hauptfläche ist wenigstens eine Gegenelektrode angeordnet, welche mit jeder der drei Elektroden der gegenüberliegenden Hauptfläche zumindest bereichsweise überlappt. An wenigstens einer der längeren Seitenflächen des Aktuators sind zwei zueinander beabstandete Friktionselemente angeordnet. Das im jeweiligen Bereich bzw. Überdeckungs- oder Überlappungsbereich zwischen einer der drei Elektroden und der wenigstens einen Gegenelektrode angeordnete einkristalline piezoelektrische Material ist in geeigneter und definierter Weise polarisiert. Aufgrund besagter Überdeckung bzw. Überlappung zugehöriger Elektroden und dem jeweils dazwischen angeordneten polarisierten Material resultieren daraus entsprechende Polarisationsbereiche, also im Wesentlichen durch die Elektroden bzw. deren jeweiligen Überlappungsbereich definierte Bereiche bzw. Abschnitte des Aktuators polarisierten einkristallinen piezoelektrischen Materials. [0005] This object is achieved by an actuator according to claim 1, wherein the subsequent dependent claims represent at least expedient developments. The actuator according to the invention in the form of a rectangular plate consists of a monocrystalline piezoelectric material. On one of its main faces which is largest in area, three planar electrodes are arranged, one electrode covering a larger area of this main face than the other two electrodes, and the resulting large electrode being arranged between the two corresponding small electrodes. At least one counter-electrode is arranged on the other main surface, which at least partially overlaps with each of the three electrodes of the opposite main surface. Two spaced-apart friction elements are arranged on at least one of the longer side surfaces of the actuator. The monocrystalline piezoelectric material arranged in the respective area or covering or overlapping area between one of the three electrodes and the at least one counter-electrode is polarized in a suitable and defined manner. Due to said covering or overlapping of associated electrodes and the polarized material arranged between them, corresponding polarization regions result, ie regions or sections of the actuator polarized monocrystalline piezoelectric material essentially defined by the electrodes or their respective overlapping region.
[0007] Die Verwendung eines einkristallinen piezoelektrischen Materials führt zu einer vergleichsweise hohen elektromechanischen Kopplung sowie zu relativ hohen piezoelektrischen Ladungskoeffizienten. Somit kann der erfindungsgemäße Aktuator in einem sehr breiten Frequenzbereich bei niedrigen Spannungen betrieben werden. Im Zusammenspiel mit der spezifischen Geometrie der Elektroden und den daraus resultierenden Polarisationsbereichen, welche als Generatoren akustischer Wellen dienen, lassen sich untypische Schwingungsmoden in dem Aktuator generieren, die dem jeweiligen Anwendungsfall anpassbar sind. Durch die Verwendung von wenigstens zwei an dem Aktuator angeordneten Friktionselementen kann die Antriebskraft des Aktuators bzw. deren Effizienz erhöht werden. [0008] Es kann von Vorteil sein, dass das einkristalline piezoelektrische Material eine orthorhombische mm2-Symmetrie aufweist. Ein Aktuator aus solch einem Material kann besonders effektiv betrieben werden. The use of a monocrystalline piezoelectric material leads to a comparatively high electromechanical coupling and to relatively high piezoelectric charge coefficients. Thus, the actuator according to the invention can be operated in a very wide frequency range at low voltages. In interaction with the specific geometry of the electrodes and the resulting polarization areas, which serve as generators of acoustic waves, atypical vibration modes can be generated in the actuator, which can be adapted to the respective application. By using at least two friction elements arranged on the actuator, the driving force of the actuator and its efficiency can be increased. It can be advantageous that the single-crystal piezoelectric material has an orthorhombic mm2 symmetry. An actuator made of such a material can be operated particularly effectively.
[0009] Das für herkömmliche Aktuatoren verwendete polykristalline Blei- Zirkonium-Titanat- bzw. PZT-Material hat anisotrope Eigenschaften und fällt unter die hexagonale 6mm-Symmetrieklasse. Daraus folgt, dass die elektromechanische Kopplung und die piezoelektrischen Ladungskonstanten von der Polarisation und den elektrischen Feldrichtungen abhängt. Hierbei sind die Werte der piezoelektrischen Ladungskonstanten d31 und d32 identisch, und besitzen ein negatives Vorzeichen verglichen mit der piezoelektrischen Ladungskonstante d33 (Longitudinalmode). The polycrystalline lead zirconium titanate or PZT material used for conventional actuators has anisotropic properties and falls under the 6 mm hexagonal symmetry class. It follows that the electromechanical coupling and the piezoelectric charge constants depend on the polarization and the electric field directions. Here, the values of the piezoelectric charge constants d31 and d32 are identical and have a negative sign compared to the piezoelectric charge constant d33 (longitudinal mode).
[0010] Einkristalline piezoelektrische Materialien mit einer orthorhombischen mm2-Symmetrie (d.h. mit einer [001]-0rientierung) haben dagegen nicht nur eine wesentlich größere elektromechanische Kopplung und deutlich höhere piezoelektrische Ladungskonstanten; ihre piezoelektrischen Koeffizienten in zwei senkrecht zueinander angeordneten Richtungen sind darüber hinaus unterschiedlich im Vorzeichen, als auch im Wert bzw. Betrag, wodurch ungewöhnliche bzw. untypische Moden in entsprechenden Aktuatoren angeregt werden können, die so mit polykristallinen PZT-Materialien nicht erzielbar sind. In contrast, monocrystalline piezoelectric materials with an orthorhombic mm2 symmetry (i.e. with a [001] orientation) not only have a significantly greater electromechanical coupling and significantly higher piezoelectric charge constants; In addition, their piezoelectric coefficients in two directions perpendicular to one another differ in sign as well as in value or magnitude, which means that unusual or atypical modes can be excited in corresponding actuators that cannot be achieved with polycrystalline PZT materials.
[0011] Zudem kann es von Vorteil sein, dass die Friktionselemente vom jeweiligen, zu der entsprechenden kurzen Seitenfläche benachbarten Ende der langen Seitenfläche zwischen L/100 und L/4 beabstandet sind. Unter solchen Bedingungen können die in dem Aktuator generierbaren Schwingungen besonders effektiv auf ein durch den Aktuator anzutreibendes Element übertragen werden, und es resultiert eine hohe Antriebskraft bzw. -effektivität. In addition, it can be advantageous that the friction elements are spaced from the respective end of the long side surface adjacent to the corresponding short side surface between L/100 and L/4. Under such conditions, the vibrations that can be generated in the actuator can be transmitted particularly effectively to an element to be driven by the actuator, and the result is a high driving force or drive efficiency.
[0012] Ebenso kann es von Vorteil sein, dass an jeder der langen Seitenflächen zwei Friktionselemente angeordnet sind. Auch dieser Umstand führt zu einer erhöhten Antriebskraft bzw. -effektivität des Aktuators. Zudem ist es dadurch möglich, zwei separat vorliegende anzutreibende Elemente anzutreiben. [0013] Ferner kann es von Vorteil sein, dass wenigstens zwei der Polarisationsbereiche eine identische Polarisationsrichtung aufweisen. Dadurch lassen sich spezifische und vorteilhafte Schwingungsmoden in dem Aktuator generieren. It can also be advantageous that two friction elements are arranged on each of the long side surfaces. This circumstance also leads to an increased driving force or effectiveness of the actuator. In addition, this makes it possible to drive two separately present elements to be driven. [0013] Furthermore, it can be advantageous that at least two of the polarization regions have an identical direction of polarization. This allows specific and advantageous vibration modes to be generated in the actuator.
[0014] Außerdem kann es von Vorteil sein, dass an einer der Hauptflächen drei Gegenelektroden angeordnet sind, die in Form und Ausprägung identisch zu den drei an der anderen Hauptfläche angeordneten Elektroden ausgebildet sind, so dass in analoger Weise eine der Gegenelektroden flächenmäßig größer ist als die beiden anderen und eine große Gegenelektrode bildet und die beiden anderen kleine Gegenelektroden bilden, wobei jeweils eine kleine Elektrode und eine kleine Gegenelektrode in gegenseitiger Überlappung zu- bzw. miteinander angeordnet sind, und ebenso die große Elektrode und die große Gegenelektrode in gegenseitiger Überlappung zu- bzw. miteinander angeordnet sind. Elektroden und Gegenelektroden gleicher Form und Ausprägung sind also jeweils in zueinander überlappender bzw. überdeckender Weise an den beiden Hauptflächen angeordnet. Dadurch lassen sich andere und für den jeweiligen Anwendungsfall geeignetere bzw. effektivere Ansteuerungsverfahren realisieren. Es kann hierbei besonders vorteilhaft sein, wenn die Polarisationsrichtungen aller Polarisationsbereiche, d.h. aller Überlappungs- oder Überdeckungsbereiche der zugehörigen und auf unterschiedlichen Hauptflächen angeordneten Elektroden und Gegenelektroden, übereinstimmen. It can also be advantageous that three counter-electrodes are arranged on one of the main surfaces, which are identical in shape and characteristics to the three electrodes arranged on the other main surface, so that in an analogous manner one of the counter-electrodes is larger in area than the other two and a large counter-electrode forms and the other two form small counter-electrodes, each with a small electrode and a small counter-electrode being arranged in mutual overlap with each other, and also the large electrode and the large counter-electrode in mutual overlap with or arranged together. Electrodes and counter-electrodes of the same shape and characteristics are therefore each arranged in an overlapping or covering manner on the two main surfaces. As a result, other control methods that are more suitable or more effective for the respective application can be implemented. It can be particularly advantageous here if the polarization directions of all polarization areas, i.e. all overlapping or covering areas of the associated electrodes and counter-electrodes arranged on different main surfaces, match.
[0015] Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zum Betreiben eines vorstehend beschriebenen Aktuators, der lediglich eine einzige Gegenelektrode aufweist, wobei eine erste sinusförmige Wechselspannung an bzw. zwischen den kleinen Elektroden und der einen Gegenelektrode, und eine zweite sinusförmige Wechselspannung an bzw. zwischen der großen Elektrode und der einen Gegenelektrode angelegt wird. The invention also relates to a method for operating an actuator described above, which has only a single counter-electrode, with a first sinusoidal AC voltage on or between the small electrodes and a counter-electrode, and a second sinusoidal AC voltage on or between the large electrode and one counter electrode is applied.
[0016] Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Verfahren zum Betreiben eines vorstehend beschriebenen Aktuators, dessen Anzahl und geometrische Ausprägung von Elektroden auf einer der beiden Hauptflächen mit der Anzahl und geometrischen Ausprägung von Gegenelektroden auf der anderen Hauptfläche übereinstimmt, so dass also zwei kleine Elektroden und eine große Elektrode sowie zwei kleine Gegenelektroden und eine große Gegenelektrode vorhanden sind, wobei jeweils die kleinen Elektroden und die kleinen Gegenelektroden sowie die große Elektrode und die große Gegenelektrode in zueinander überlappender bzw. überdeckender Anordnung gelegen sind, und eine erste sinusförmige Wechselspannung an bzw. zwischen den jeweiligen kleinen Elektroden und den kleinen Gegenelektroden, und eine zweite sinusförmige Wechselspannung an bzw. zwischen der großen Elektrode und der großen Gegenelektrode angelegt wird. The invention also relates to a method for operating an actuator described above, the number and geometric Shape of electrodes on one of the two main surfaces corresponds to the number and geometric shape of counter-electrodes on the other main surface, so that two small electrodes and one large electrode as well as two small counter-electrodes and one large counter-electrode are present, with the small electrodes and the small counter electrodes and the large electrode and the large counter electrode are located in an overlapping arrangement with one another, and a first sinusoidal AC voltage across or between the respective small electrodes and the small counter electrodes, and a second sinusoidal AC voltage across or between the large electrode and the large counter electrode is applied.
[0017] Hinsichtlich der beiden vorstehend beschriebenen Verfahren kann es vorteilhaft sein, wenn die sinusförmigen Wechselspannungen einen Phasenunterschied zueinander aufweisen. Zudem kann es hierbei von Vorteil sein, dass sich die Frequenz und/oder die Amplitude der ersten sinusförmigen Wechselspannung von der Frequenz und/oder der Amplitude der zweiten sinusförmigen Wechselspannung unterscheidet. With regard to the two methods described above, it can be advantageous if the sinusoidal AC voltages have a phase difference to one another. In addition, it can be advantageous that the frequency and/or the amplitude of the first sinusoidal AC voltage differs from the frequency and/or the amplitude of the second sinusoidal AC voltage.
[0018] Im Falle, dass der Aktuator auf beiden Hauptflächen eine identische Anzahl von insbesondere paarweise gleichartig ausgeführten Elektroden und Gegenelektroden aufweist, kann ein Ansteuerverfahren günstig sein, bei dem eine erste pulsförmige Spannung zwischen einer der kleinen Elektroden und der entsprechenden kleinen Gegenelektrode angelegt wird, und eine zweite pulsförmige Spannung zwischen der großen Elektrode und der entsprechenden großen Gegenelektrode angelegt wird, und eine dritte pulsförmige Spannung zwischen der anderen kleinen Elektrode und der entsprechenden anderen kleinen Gegenelektrode angelegt wird, wobei zwischen der ersten pulsförmigen Spannung und der zweiten pulsförmigen Spannung sowie zwischen der zweiten pulsförmigen Spannung und der dritten pulsförmigen Spannung ein Phasenunterschied besteht. Auf diese Weise kann durch einen einzelnen Aktuator ein sogenanntes Inchworm-Antriebsprinzip realisiert werden, bei welchem die beiden an einer der langen Seitenflächen angeordneten Friktionselemente zu unterschiedlichen Zeitpunkten in Friktionskontakt mit einem anzutreibenden Element gelangen und somit in einer Antriebsphase zwei Antriebsschritte realisierbar sind. In the event that the actuator has an identical number of electrodes and counter-electrodes, which are in particular identical in pairs, on both main surfaces, a control method can be favorable in which a first pulsed voltage is applied between one of the small electrodes and the corresponding small counter-electrode, and a second pulse-shaped voltage is applied between the large electrode and the corresponding large counter-electrode, and a third pulse-shaped voltage is applied between the other small electrode and the corresponding other small counter-electrode, wherein between the first pulse-shaped voltage and the second pulse-shaped voltage and between the second pulsed voltage and the third pulsed voltage there is a phase difference. In this way, a so-called inchworm drive principle can be implemented using a single actuator, in which the two friction elements arranged on one of the long side surfaces come into frictional contact with an element to be driven at different points in time and thus two drive steps can be implemented in one drive phase.
[0019] Unter der Bezeichnung „im Wesentlichen“ in Bezug auf ein Merkmal oder einen Wert wird hierin insbesondere verstanden, dass das Merkmal eine Abweichung von 20 % und speziell von 10 % von dem Merkmal oder dessen geometrischen Eigenschaft bzw. des Werts enthält. The term “substantially” in relation to a feature or a value is understood herein in particular to mean that the feature contains a deviation of 20% and especially 10% from the feature or its geometric property or value.
[0020] Hierin wird unter der logischen Verknüpfung „oder“ in Bezug auf zwei Alternativen ausschließlich die eine oder die andere der Alternativen verstanden, sofern nichts anderes angegeben ist. [0020] Herein, the logical connection "or" in relation to two alternatives is understood to mean exclusively one or the other of the alternatives, unless otherwise stated.
[0021] Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen, auf die bezüglich aller nicht im Text beschriebenen Einzelheiten ausdrücklich verwiesen wird. Es zeigen Further details, advantages and features of the invention result from the following description and the drawings, to which reference is expressly made with regard to all details not described in the text. Show it
[0022] Fig.1 : perspektivische Ansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Aktuators mit Blick auf eine der HauptflächenFigure 1: Perspective view of an embodiment of the actuator according to the invention looking at one of the main surfaces
[0023] Fig. 2: andere perspektivische Ansicht des Aktuators gemäß Fig. 1 mit Blick auf die andere Hauptfläche [0023] FIG. 2: Another perspective view of the actuator according to FIG. 1 looking at the other main surface
[0024] Fig.3: perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Aktuators mit lediglich einer Gegenelektrode[0024] FIG. 3: Perspective view of a further embodiment of the actuator according to the invention with only one counter-electrode
[0025] Fig. 4: perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Aktuators mit an jeder der langen Seitenflächen angeordneten Friktionselementen 4: Perspective view of a further embodiment of the actuator according to the invention with friction elements arranged on each of the long side faces
[0026] Fig. 5: Blockschaltbild zur Veranschaulichung einer möglichen elektrischen Ansteuerung eines Aktuators gemäß Fig. 3 5: Block diagram to illustrate a possible electrical control of an actuator according to FIG. 3
[0027] Fig. 6: Blockschaltbild zur Veranschaulichung einer möglichen elektrischen Ansteuerung eines Aktuators gemäß Fig.1 bzw. Fig.2 6: Block diagram to illustrate a possible electrical control of an actuator according to FIG. 1 or FIG
[0028] Fig. 7b): Diagramm zur Veranschaulichung möglicher Trajektorien der Friktionselemente bei einem gemäß Fig. 5 oder Fig. 6 angesteuerten erfindungsgemäßen Aktuator nach Fig. 7a) bzw. nach den Figuren 1-37b): Diagram to illustrate possible trajectories of the friction elements in an actuator according to the invention controlled according to FIG. 5 or FIG. 6 according to FIG. 7a) or according to FIGS. 1-3
[0029] Fig. 8: Blockschaltbild zur Veranschaulichung einerweiteren möglichen elektrischen Ansteuerung eines Aktuators gemäß Fig. 1 bzw. Fig. 2 [0030] Fig. 9: Diagramm zur Verdeutlichung des Phasenversatzes der durch einzelne Spannungspulse hervorgerufenen E-Felder in den unterschiedlichen Polarisationsbereichen bei einem gemäß Fig. 8 angesteuerten erfindungsgemäßen Aktuator 8: Block diagram to illustrate another possible electrical control of an actuator according to FIG. 1 or FIG. 2 9: Diagram to illustrate the phase offset of the E fields caused by individual voltage pulses in the different polarization ranges in an actuator according to the invention controlled according to FIG
[0031] Fig. 1 zeigt in perspektivischer Darstellung eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Aktuators 1 in Form einer rechteckigen Platte aus einem einkristallinen piezoelektrischen Material. Bei dem einkristallinen piezoelektrischen Material handelt es sich um PMN-PZT, also Blei- Magnesium-Niobat/Blei-Zirkonat-Titanat. Die rechteckige Platte des Aktuators 1 hat eine Länge L, eine Höhe H sowie eine Dicke D. An der in Fig. 1 sichtbaren Hauptfläche 2 sind insgesamt drei flächige Elektroden angeordnet, wobei die mittlere Elektrode 5-1 flächenmäßig am größten ist und eine große Elektrode bildet, und die sich beidseitig, d.h. seitlich, entlang der Längserstreckungsrichtung daran anschließenden Elektroden 5-2 und 5-3 von der Fläche her kleiner sind als die große Elektrode 5-1 und entsprechend kleine Elektroden bilden. Obwohl die beiden kleinen Elektroden 5-2 und 5-3 hier eine identische Geometrie aufweisen ist denkbar, dass diese voneinander abweichende Geometrien besitzen, wobei stets gewährleistet ist, dass die jeweils durch die kleinen Elektroden 5-2, 5-3 abgedeckte bzw. bedeckte Fläche kleiner ist als die durch die große Elektrode 5-1 abgedeckte bzw. bedeckte Fläche der Hauptfläche 2. shows a perspective view of an embodiment of the actuator 1 according to the invention in the form of a rectangular plate made of a monocrystalline piezoelectric material. The monocrystalline piezoelectric material is PMN-PZT, ie lead magnesium niobate/lead zirconate titanate. The rectangular plate of the actuator 1 has a length L, a height H and a thickness D. A total of three flat electrodes are arranged on the main surface 2 visible in FIG. 1, the middle electrode 5-1 having the largest surface area and one large electrode forms, and the electrodes 5-2 and 5-3 adjoining it on both sides, i.e. laterally, along the longitudinal extension direction are smaller in area than the large electrode 5-1 and form correspondingly small electrodes. Although the two small electrodes 5-2 and 5-3 here have an identical geometry, it is conceivable that they have different geometries from one another, it always being ensured that the respective covered or covered by the small electrodes 5-2, 5-3 area is smaller than the area covered or covered by the large electrode 5-1 of the main area 2.
[0032] An einer der beiden langen, die beiden Hauptflächen 2, 2‘ miteinander verbindenden Seitenflächen 4 sind zwei zueinander beabstandete Friktionselemente 7 mit einer im Wesentlichen keilförmigen Geometrie bzw. Keilform angeordnet. Dabei ist das jeweilige Friktionselement 7 nahe der jeweiligen an die längere Seitenfläche 4 anstoßenden kurzen Seitenfläche 3, 3‘ und dabei im Wesentlichen mittig in Bezug auf die jeweils benachbarte kleine Elektrode 5-2, 5-3 angeordnet. An der gegenüberliegenden langen Seitenfläche 4‘ sind hingegen keine Friktionselemente angeordnet. Die Friktionselemente 7 sind dazu vorgesehen, im Betrieb des Aktuators 1 in intermittierenden Friktionskontakt mit einem anzutreibenden Element zu gelangen, um in dem Zeitbereich des entsprechenden Kontakts eine Mitnahme- bzw. Vorschubbewegung und damit einen Antriebsschritt des anzutreibenden Elements zu realisieren. On one of the two long side surfaces 4 connecting the two main surfaces 2, 2' to one another, two spaced-apart friction elements 7 with a substantially wedge-shaped geometry or wedge shape are arranged. The respective friction element 7 is arranged close to the respective short side surface 3, 3′ abutting the longer side surface 4 and thereby essentially centrally in relation to the respectively adjacent small electrode 5-2, 5-3. On the other hand, no friction elements are arranged on the opposite long side surface 4'. The friction elements 7 are intended to come into intermittent frictional contact with an element to be driven during operation of the actuator 1, in order to generate a driving or driving force in the time range of the corresponding contact. To realize feed movement and thus a drive step of the driven element.
[0033] Mit Pfeilen und dem Buchstaben P sind die Polarisationsrichtungen des einkristallinen piezoelektrischen Materials des Aktuators 1 im Bereich der Elektroden 5-1 , 5-2, 5-3 gekennzeichnet. Während die Polarisationsrichtungen P des einkristallinen piezoelektrischen Materials im Bereich der Elektroden 5-1 und 5-2 gleichgerichtet und parallel zueinander verlaufen, ist die Polarisationsrichtung P im Bereich der kleinen Elektrode 5-3 entgegengesetzt und parallel (d.h. anti-parallel) zu den Polarisationsrichtungen P im Bereich der Elektroden 5-1 und 5-2 ausgerichtet. Somit liegen drei voneinander unterscheidbare Polarisationsbereiche 8-1 , 8-2 und 8-3 vor, die im Wesentlichen durch den Überdeckungs- bzw. Überlappungsbereich der jeweiligen Elektrode 5-1 , 5- 2 und 5-3 mit der oder den an der anderen, gegenüberliegenden Hauptfläche 2‘ angeordneten und in Fig. 1 nicht erkennbaren Gegenelektrode bzw. Gegenelektroden gebildet sind. The directions of polarization of the monocrystalline piezoelectric material of the actuator 1 in the area of the electrodes 5-1, 5-2, 5-3 are marked with arrows and the letter P. While the polarization directions P of the monocrystalline piezoelectric material in the area of the electrodes 5-1 and 5-2 are in the same direction and parallel to one another, the polarization direction P in the area of the small electrode 5-3 is opposite and parallel (i.e. anti-parallel) to the polarization directions P aligned in the area of the electrodes 5-1 and 5-2. There are thus three mutually distinguishable polarization regions 8-1, 8-2 and 8-3, which are essentially defined by the covering or overlapping region of the respective electrode 5-1, 5-2 and 5-3 with the one or those on the other , Opposite main surface 2 'arranged and not visible in Fig. 1 counter electrode or counter electrodes are formed.
[0034] Fig. 2 zeigt in anderer perspektivischer Darstellung den erfindungsgemäßen Aktuator 1 , wobei hier die in Fig. 1 nicht erkennbare Hauptfläche 2‘ sichtbar ist. Demnach sind an der Hauptfläche 2‘ drei Gegenelektroden 6-1 , 6-2 und 6-3 angeordnet, die bezüglich ihrer Geometrie, Anordnung und Ausprägung mit den an der gegenüberliegenden Hauptfläche 2 angeordneten Elektroden 5-1 , 5-2 und 5-3 übereinstimmen, so dass die kleine Elektrode 5-1 und die kleine Gegenelektrode 6-1 in ein Paar bildender Weise gegenüberliegend und sich gegenseitig vollständig überlappend und in gegenseitiger Überdeckung angeordnet sind. Gleiches gilt für die Paare aus Elektrode und Gegenelektrode 5-2 und 6-2 sowie 5-3 und 6-3. [0034] FIG. 2 shows the actuator 1 according to the invention in a different perspective view, with the main surface 2', which cannot be seen in FIG. 1, being visible here. Accordingly, three counter-electrodes 6-1, 6-2 and 6-3 are arranged on the main surface 2', which, in terms of their geometry, arrangement and characteristics, are similar to the electrodes 5-1, 5-2 and 5-3 arranged on the opposite main surface 2 coincide so that the small electrode 5-1 and the small counter electrode 6-1 are arranged in a pair-forming manner opposite to each other and completely overlapping and overlapping each other. The same applies to the pairs of electrode and counter-electrode 5-2 and 6-2 and 5-3 and 6-3.
[0035] Fig. 3 zeigt in perspektivischer Darstellung einen erfindungsgemäßen Aktuator 1 , an dessen Hauptfläche 2‘ nur eine einzige, nahezu die gesamte Hauptfläche 2‘ bedeckende Gegenelektrode 6 angeordnet ist, während an der in Fig. 3 nicht erkennbaren und gegenüberliegenden Hauptfläche drei Elektroden gemäß Fig. 1 angeordnet sind. Entsprechend sind drei Polarisationsbereiche 8-1 , 8-2 und 8-3 ausgebildet, die im Wesentlichen mit dem jeweiligen Überdeckungs- bzw. Überlappungsbereich der in Fig. 3 nicht erkennbaren Elektroden mit der Gegenelektrode 6 übereinstimmen. Fig. 3 shows a perspective view of an actuator 1 according to the invention, on whose main surface 2 'only a single counter-electrode 6 covering almost the entire main surface 2' is arranged, while on the opposite main surface, which cannot be seen in Fig. 3, three electrodes are arranged according to FIG. Correspondingly, three polarization regions 8-1, 8-2 and 8-3 are formed, which are Substantially correspond to the respective covering or overlapping area of the electrodes, which cannot be seen in FIG. 3 , with the counter-electrode 6 .
[0036] Fig. 4 zeigt in perspektivischer Darstellung einen erfindungsgemäßen Aktuator 1 , der ähnlich zu dem in den Figuren 1 und 2 gezeigten Aktuator aufgebaut ist und lediglich in der Hinsicht davon abweicht, dass nicht nur an einer, sondern an beiden seiner langen Seitenflächen 4, 4‘ zwei daran angeordnete, im Wesentlichen keilförmige Friktionselemente 7 und so insgesamt vier Friktionselemente 7 vorhanden sind. Dabei sind die Friktionselemente 7 im Wesentlichen paarweise gegenüberliegend bzw. symmetrisch zueinander angeordnet. Bei einem solchen Aktuator können gleichzeitig alle vier Friktionselemente 7 aufgrund entsprechender Generierung akustischer Wellen in dem Aktuator zu Bewegungen angeregt werden, die zum Antrieb eines anzutreibenden Elements oder aber zum Antrieb von zwei separaten anzutreibenden Elementen genutzt werden können. Fig. 4 shows a perspective view of an actuator 1 according to the invention, which is constructed similarly to the actuator shown in Figures 1 and 2 and differs only in the respect that not only on one but on both of its long side surfaces 4 , 4' two essentially wedge-shaped friction elements 7 arranged thereon and thus a total of four friction elements 7 are present. The friction elements 7 are essentially arranged in pairs opposite one another or symmetrically to one another. With such an actuator, all four friction elements 7 can simultaneously be excited to move due to corresponding generation of acoustic waves in the actuator, which can be used to drive an element to be driven or to drive two separate elements to be driven.
[0037] Fig. 5 zeigt ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung einer möglichen elektrischen Ansteuerung eines Aktuators gemäß Fig. 3, bei dem an der Hauptfläche 2 drei Elektroden 5-1 , 5-2 und 5-3 und an der gegenüberliegenden Hauptfläche 2‘ eine einzige Gegenelektrode 6 angeordnet sind, und wobei die Polarisationsrichtungen P der beiden Polarisationsbereiche 8-1 und 8-2 gleichgerichtet und parallel zueinander ausgerichtet sind, wohingegen die Polarisationsrichtung P des Polarisationsbereichs 8-3 entgegengesetzt und parallel, d.h. anti-parallel, zu den Polarisationsrichtungen P in den Polarisationsbereichen 8-1 und 8- 2 ausgerichtet ist. Fig. 5 shows a block diagram to illustrate a possible electrical control of an actuator according to FIG Counter-electrode 6 are arranged, and wherein the polarization directions P of the two polarization regions 8-1 and 8-2 are oriented in the same direction and parallel to one another, whereas the polarization direction P of the polarization region 8-3 is opposite and parallel, i.e. anti-parallel, to the polarization directions P in is aligned with the polarization regions 8-1 and 8-2.
[0038] Es sind zwei Wechselspannungsquellen 10 und 10‘ vorhanden, wobei ein Ausgang der Wechselspannungsquelle 10 mit den kleinen Elektroden 5-2 und 5-3 und ein anderer Ausgang der Wechselspannungsquelle 10 mit der Gegenelektrode 6 elektrisch leitend verbunden ist, während ein Ausgang der Wechselspannungsquelle 10‘ mit der großen Elektrode 5-1 und ein anderer Ausgang der Wechselspannungsquelle 10‘ mit der Gegenelektrode 6 elektrisch leitend verbunden ist. Hierbei ist eine sinusförmige Wechselspannung A cos (o»i t) an den kleinen Elektroden 5- 2 und 5-3 und eine sinusförmige Wechselspannung B sin (o»i t) an der großen Elektrode 5-1 angelegt. Daraus ergeben sich elliptische Trajektorien der Friktionselemente 7, wobei in den Schwingungen der Friktionselemente 7 eine Phasendifferenz von 90° besteht. Weiterhin ist denkbar, unterschiedliche Frequenzen und/oder Amplituden für die beiden Wechselspannungen zu verwenden. There are two AC voltage sources 10 and 10 ', with one output of the AC voltage source 10 being electrically conductively connected to the small electrodes 5-2 and 5-3 and another output of the AC voltage source 10 to the counter electrode 6, while an output of the AC voltage source 10' is electrically conductively connected to the large electrode 5-1 and another output of the AC voltage source 10' is electrically connected to the counter-electrode 6. Here is one A sinusoidal AC voltage A cos (o»it) is applied to the small electrodes 5-2 and 5-3 and a sinusoidal AC voltage B sin (o»it) to the large electrode 5-1. This results in elliptical trajectories of the friction elements 7, with the oscillations of the friction elements 7 having a phase difference of 90°. Furthermore, it is conceivable to use different frequencies and/or amplitudes for the two AC voltages.
[0039] Fig. 6 zeigt ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung einer möglichen elektrischen Ansteuerung eines Aktuators gemäß Fig.1 bzw. Fig.2. Analog zu Fig. 5 sind zwei Wechselspannungsquellen 10 und 10‘ vorhanden, wobei ein Ausgang der Wechselspannungsquelle 10 mit der kleinen Elektrode 5-3 und der nicht der dieser zugeordneten kleinen Gegenelektrode 6-2, und ein anderer Ausgang der Wechselspannungsquelle 10 mit der kleinen Gegenelektrode 6-3 und der nicht dieser Gegenelektrode zugeordneten kleinen Elektrode 5-2 elektrisch leitend verbunden ist. Auf der anderen Seite ist ein Ausgang der Wechselspannungsquelle 10‘ mit der großen Elektrode 5-1 verbunden, und ein anderer Ausgang dieser Wechselspannungsquelle 10‘ ist mit der großen Gegenelektrode 6-1 elektrisch leitend verbunden. Zu beachten hierbei ist, dass die Polarisationsrichtungen P aller drei Polarisationsbereiche 8-1 , 8-2 und 8-3 gleichartig und parallel zueinander ausgerichtet sind. Wiederum sind sinusförmige Wechselspannungen an den Elektroden angelegt, die sich in Frequenz und/oder Amplitude unterscheiden können. 6 shows a block diagram to illustrate a possible electrical control of an actuator according to FIG. 1 or FIG. Analogously to Fig. 5, there are two AC voltage sources 10 and 10', one output of the AC voltage source 10 with the small electrode 5-3 and the small counter-electrode 6-2 not assigned to it, and another output of the AC voltage source 10 with the small counter-electrode 6-3 and the small electrode 5-2 that is not associated with this counter-electrode. On the other hand, an output of the AC voltage source 10' is connected to the large electrode 5-1, and another output of this AC voltage source 10' is electrically connected to the large counter electrode 6-1. It should be noted here that the polarization directions P of all three polarization regions 8-1, 8-2 and 8-3 are aligned in the same way and parallel to one another. Again, sinusoidal AC voltages are applied to the electrodes, which may differ in frequency and/or amplitude.
[0040] Fig. 7 zeigt in b) ein Diagramm zur Veranschaulichung berechneter Verschiebungen bzw. Bahnkurven oder Trajektorien der Friktionselemente eines Aktuators gemäß Fig. 7a) bzw. gemäß Fig. 1 und Fig. 2, welcher nach dem Blockschaltbild von Fig. 5 oder von Fig. 6 angesteuert ist. Sind die normierten E-Felder innerhalb der drei Polarisationsbereiche 8-1 , 8-2, 8-3 identisch (und gleich 1), ergeben sich relativ breite elliptische und näherungsweise kreisförmige Trajektorien beider Friktionselemente 7, die zur Unterscheidung mit den Buchstaben A und B in Fig. 7a) gekennzeichnet sind. Die entsprechenden Trajektorien sind der Fig. 7b) im linken Teil des Diagramms zu entnehmen, wobei die Kurve ohne Kennzeichnung der einzelnen Wertepunkte der Trajektorie von Friktionselement B in Fig. 7a) entspricht, während die Kurve mit Kennzeichnung der einzelnen Wertepunkte in Form eines ausgefüllten Quadrats der Trajektorie von Friktionselement A in Fig. 7a) entspricht. Dabei ist zu erkennen, dass die elliptischen Trajektorien der Friktionselemente A und B von Fig. 7a) unterschiedliche bzw. im Wesentlichen spiegelbildlich zueinander liegende Ausrichtungen aufweisen. Fig. 7 shows in b) a diagram to illustrate calculated displacements or trajectories or trajectories of the friction elements of an actuator according to FIG. 7a) or according to FIG. 1 and FIG. 2, which according to the block diagram of FIG of Fig. 6 is driven. If the normalized E-fields within the three polarization ranges 8-1, 8-2, 8-3 are identical (and equal to 1), relatively wide, elliptical and approximately circular trajectories result for both friction elements 7, which are identified by the letters A and B are marked in Fig. 7a). The corresponding trajectories are shown in FIG. 7b) in left part of the diagram, the curve without marking the individual value points corresponding to the trajectory of friction element B in Fig. 7a), while the curve with marking of the individual value points in the form of a filled square corresponds to the trajectory of friction element A in Fig. 7a) is equivalent to. It can be seen here that the elliptical trajectories of the friction elements A and B of FIG. 7a) have different orientations or orientations that are essentially mirror images of one another.
[0041] Ist das normierte E-Feld innerhalb des Polarisationsbereichs 8-1 zehnmal größer als das normierte E-Feld innerhalb der beiden anderen Polarisationsbereiche 8-2 und 8-3, ergeben sich flache und wenig gegenüber der Seitenfläche 4 geneigte schmale elliptische Trajektorien der Friktionselemente A und B von Fig. 7a), wie im mittleren Bereich des Diagramms von 7b) dargestellt. Sind jedoch die normierten E-Felder innerhalb der Polarisationsbereiche 8-2 und 8-3 zehnmal höher als das normierte E-Feld innerhalb des Polarisationsbereichs 8-1 , dann ergeben sich steile bzw. stark gegenüber der Seitenfläche 4 geneigte schmale elliptische Trajektorien der Friktionselemente A und B von Fig. 7a), wie im rechten Bereich von Fig. 7b) zu erkennen. In jedem Fall sind die Ausrichtungen der elliptischen Trajektorien der beiden Friktionselemente A und B unterschiedlich bzw. im Wesentlichen spiegelbildlich zueinander gelegen. Durch Wahl bzw. Variation der Amplitude und der Phase bzw. der Phasendifferenz der Ansteuersignale lässt sich die Trajektorienform noch umfänglicher kontrollieren. If the normalized E-field within the polarization range 8-1 is ten times larger than the normalized E-field within the other two polarization ranges 8-2 and 8-3, the result is flat and slightly inclined narrow elliptical trajectories relative to the side surface 4 Friction elements A and B of Fig. 7a) as shown in the middle area of the diagram of 7b). However, if the normalized E-fields within the polarization ranges 8-2 and 8-3 are ten times higher than the normalized E-field within the polarization range 8-1, the result is steep or narrow elliptical trajectories of the friction elements A that are strongly inclined relative to the side surface 4 and B of FIG. 7a), as can be seen in the right-hand area of FIG. 7b). In any case, the alignments of the elliptical trajectories of the two friction elements A and B are different or essentially mirror images of one another. The trajectory shape can be controlled even more extensively by selecting or varying the amplitude and the phase or the phase difference of the control signals.
[0042] Fig. 8 zeit das Blockschaltbild zur Veranschaulichung einerweiteren möglichen elektrischen Ansteuerung eines Aktuators gemäß Fig. 1 bzw. Fig. 2, wobei hier insgesamt drei Pulsspannungsquellen 11 , 1 T und 11“ zur Erzeugung pulsförmiger Spannungssignale vorhanden sind. Ein Ausgang der Pulsspannungsquelle 11 ist mit der kleinen Elektrode 5-2 und ein anderer Ausgang dieser Pulsspannungsquelle 11 mit der der kleinen Elektrode 5-2 zugeordneten kleinen Gegenelektrode 6-2 elektrisch verbunden. Mit anderen Worten ist die Pulsspannungsquelle 11 mit den zusammenwirkenden Elektroden des Polarisationsbereichs 8-2 verbunden. In analoger Weise ist ein Ausgang der Pulsspannungsquelle 11 ‘ mit der großen Elektrode 5-1 und ein anderer Ausgang dieser Pulsspannungsquelle 11 ‘ mit der großen Elektrode 6-1 elektrisch verbunden, und ein Ausgang der Pulsspannungsquelle 11“ ist mit der kleinen Elektrode 5-3 und ein anderer Ausgang dieser Pulsspannungsquelle ist mit der kleinen Gegenelektrode 6-3 verbunden. Somit ist die Pulsspannungsquelle 11 ‘ mit den zusammenwirkenden Elektroden des Polarisationsbereichs 8-1 verbunden und die Pulsspannungsquelle 11“ mit den zusammenwirkenden Elektroden des Polarisationsbereichs 8-3. Dabei sind die Polarisationsrichtungen P aller drei Polarisationsbereiche 8-1 , 8-2 und 8-3 gleichgerichtet und parallel zueinander angeordnet. 8 shows the block diagram to illustrate another possible electrical control of an actuator according to FIG. 1 or FIG. One output of the pulse voltage source 11 is electrically connected to the small electrode 5-2 and another output of this pulse voltage source 11 is electrically connected to the small counter electrode 6-2 associated with the small electrode 5-2. In other words, the pulse voltage source 11 with the cooperating electrodes of the polarization region 8-2 connected. Analogously, one output of the pulsed voltage source 11' is electrically connected to the large electrode 5-1 and another output of this pulsed voltage source 11' is electrically connected to the large electrode 6-1, and one output of the pulsed voltage source 11" is connected to the small electrode 5-3 and another output of this pulse voltage source is connected to the small counter electrode 6-3. Thus, the pulsed voltage source 11' is connected to the interacting electrodes of the polarization area 8-1 and the pulsed voltage source 11'' is connected to the interacting electrodes of the polarization area 8-3. The polarization directions P of all three polarization regions 8-1, 8-2 and 8-3 are aligned and arranged parallel to one another.
[0043] Die applizierten Spannungspulse haben hierbei im Wesentlichen die Form eines Sägezahns mit abgeflachter oder gekappter Spitze. Selbstverständlich sind andere zeitliche Verläufe und somit Formen der Spannungspulse denkbar, etwa solche, bei denen in den einzelnen Zeitabschnitten keine linearen Spannungsverläufe vorliegen. The applied voltage pulses essentially have the shape of a sawtooth with a flattened or truncated tip. Of course, other time curves and thus forms of the voltage pulses are conceivable, such as those in which there are no linear voltage curves in the individual time segments.
[0044] Das Diagramm von Fig. 9 verdeutlicht einen möglichen Phasenversatz und mögliche Formen bzw. Zeitverläufe der durch die einzelnen Spannungspulse hervorgerufenen normalisierten E-Felder bei einem gemäß Fig. 8 angesteuerten erfindungsgemäßen Aktuator. Die dünnere der durchgezogenen Linien charakterisiert hierbei das durch den entsprechenden Ladungspuls im Polarisationsbereich 8-2 hervorgerufene E-Feld bzw. dessen zeitlicher Verlauf. Die gestrichelte Linie hingegen kennzeichnet das durch den entsprechenden Ladungspuls im Polarisationsbereich 8-1 hervorgerufene E-Feld, welches ausgehend von einem Wert Null zeitlich zunimmt, sobald das E-Feld im Polarisationsbereich 8-2 seinen Plateauwert erreicht hat. The diagram of FIG. 9 clarifies a possible phase offset and possible forms or time curves of the normalized E fields caused by the individual voltage pulses in an actuator according to the invention controlled according to FIG. The thinner of the solid lines characterizes the E-field caused by the corresponding charge pulse in the polarization area 8-2 and its progression over time. The dashed line, on the other hand, characterizes the E-field caused by the corresponding charge pulse in the polarization area 8-1, which increases over time starting from a value of zero as soon as the E-field in the polarization area 8-2 has reached its plateau value.
[0045] Die dickere der durchgezogenen Linien charakterisiert das durch den entsprechenden Ladungspuls im Polarisationsbereich 8-3 hervorgerufene E-Feld, dessen Form bzw. zeitlicher Verlauf identisch ist zu dem im Polarisationsbereich 8-2 hervorgerufenen E-Feld. Das E-Feld im Polarisationsbereich 8-3 steigt zeitlich in dem Moment an, in dem das E- Feld im Polarisationsbereich 8-2 wieder auf Null zurückgefallen ist. Es erreicht in dem Moment seinen Plateauwert, in dem das E-Feld des Polarisationsbereichs 8-1 wieder abfällt. Die zeitliche Dauer des Plateaubereichs des E-Feldes im Polarisationsbereich 8-1 ist dabei wesentlich größer als die des Plateaubereichs der E-Felder in den Polarisationsbereichen 8-2 und 8-3. The thicker of the solid lines characterizes the E-field caused by the corresponding charge pulse in the polarization area 8-3, the shape and time profile of which is identical to the E-field caused in the polarization area 8-2. The E field in Polarization range 8-3 increases in time at the moment when the E field in polarization range 8-2 has fallen back to zero. It reaches its plateau value at the moment when the E-field of the polarization range 8-1 falls again. The time duration of the plateau area of the E-field in the polarization area 8-1 is significantly longer than that of the plateau area of the E-fields in the polarization areas 8-2 and 8-3.
[0046] Im Ergebnis wird mit einer Ansteuerung eines erfindungsgemäßen Aktuators gemäß Fig. 8 und den daraus resultierenden zeitlichen Verläufen bzw. zeitlichen Versätzen der E-Felder in den unterschiedlichen Polarisationsbereichen gemäß Fig. 9 eine zeitliche versetzte bzw. phasenversetzte Bewegung der beiden an einer langen Seitenfläche angeordneten Friktionselemente erzielt, so dass zunächst eines der Friktionselemente aufgrund der entsprechenden Trajektorie in Friktionskontakt mit einem anzutreibenden Element gelangt und eine diesbezügliche Antriebsbewegung bzw. einen Antriebsschritt entlang einer Antriebsrichtung erzeugt. Sobald die begrenzte Antriebsbewegung dieses Friktionselements aufhört bzw. kurz vor diesem Moment gelangt das andere Friktionselement, das eine im Wesentlichen gleiche Trajektorie wie das erste Friktionselement ausführt, in Friktionskontakt mit dem anzutreibenden Element und versetzt dieses seinerseits in Bewegung bzw. generiert einen weiteren begrenzten Bewegungs- oder Antriebsschritt entlang der gleichen Antriebsrichtung. Durch wiederholten Ablauf des vorstehend beschriebenen zeitlichen Versatzes von Antriebsschritten durch die beiden Friktionselemente gelingt ein quasi-kontinuierlicher Antrieb bzw. eine quasi-kontinuierliche Bewegung des anzutreibenden Elements entlang der Antriebsrichtung. As a result, with a control of an actuator according to the invention as shown in FIG. 8 and the resulting time profiles or time offsets of the E-fields in the different polarization ranges as shown in FIG Side surface arranged friction elements achieved so that initially one of the friction elements due to the corresponding trajectory comes into frictional contact with an element to be driven and generates a related drive movement or a drive step along a drive direction. As soon as the limited drive movement of this friction element stops or shortly before this moment, the other friction element, which executes a trajectory that is essentially the same as the first friction element, comes into frictional contact with the element to be driven and in turn sets it in motion or generates another limited movement or drive step along the same drive direction. A quasi-continuous drive or a quasi-continuous movement of the element to be driven along the drive direction is achieved by the repeated sequence of the above-described time offset of drive steps by the two friction elements.
[0047] Aufgrund der Tatsache, dass bei der vorstehend beschriebenen Antriebsweise stets ein Friktionselement für einen Antrieb des anzutreibenden Elements sorgt, während das andere eine Rückholbewegung durchführt und sich so für den nachfolgenden Antriebsschritt vorbereitet, und diese Art des Antriebs der Fortbewegung einer Raupe ähnelt, bezeichnet man solche Antriebe auch als Inchworm-Antriebe. [0048] Bezugszeichenliste: Due to the fact that in the drive mode described above, one friction element always provides a drive for the element to be driven, while the other carries out a return movement and thus prepares for the subsequent drive step, and this type of drive resembles the movement of a caterpillar, such drives are also referred to as inchworm drives. [0048] List of reference symbols:
1 : Aktuator 1 : actuator
2, 2‘: Hauptflächen (des Aktuators 1)2, 2': main surfaces (of the actuator 1)
3, 3‘: kurze Seitenflächen (des Aktuators 1)3, 3': short side surfaces (of the actuator 1)
4, 4‘: lange Seitenflächen (des Aktuators 1)4, 4': long side surfaces (of the actuator 1)
5-1 : große Elektrode 5-1 : large electrode
5-2, 5-3: kleine Elektroden 5-2, 5-3: small electrodes
6-1 : große Gegenelektrode 6-1 : large counter electrode
6-2, 6-3: kleine Gegenelektroden 6-2, 6-3: small counter electrodes
7: Friktionselement 7: friction element
8-1 , 8-2, 8-3: Polarisationsbereiche 8-1, 8-2, 8-3: polarization regions
10, 10‘: Wechselspannungsquelle 10, 10': AC voltage source
11 , 1 T, 11“: Pulsspannungsquelle 11 , 1 T, 11“: Pulse voltage source
A, B: Friktionselemente A, B: friction elements
D: Dicke (des Aktuators 1 ) D: Thickness (of the actuator 1)
H: Höhe (des Aktuators 1) H: height (of the actuator 1)
L: Länge (des Aktuators 1 ) L: length (of the actuator 1)
P: Polarisationsrichtung P: polarization direction

Claims

Ansprüche Expectations
Anspruch 1 Aktuator (1) in Form einer rechteckigen Platte aus einem einkristallinen piezoelektrischen Material mit zwei flächenmäßig größten Hauptflächen (2, 2‘) und wenigstens vier die Hauptflächen miteinander verbindenden Seitenflächen, wovon wenigstens zwei Seitenflächen kürzer sind als die anderen Seitenflächen und kurze Seitenflächen (3, 3‘) bilden und wovon wenigstens zwei Seitenflächen länger als die kurzen Seitenflächen (3, 3‘) sind und lange Seitenflächen (4, 4‘) mit einer Länge L bilden, und an einer der Hauptflächen (2, 2‘) drei flächige Elektroden angeordnet sind, wovon eine Elektrode eine größere Fläche dieser Hauptfläche bedeckt als die beiden anderen Elektroden und eine große Elektrode (5-1) bildet, und die beiden anderen kleine Elektroden (5-2, 5-3) bilden, und die große Elektrode (5-1) zwischen den beiden kleinen Elektroden (5-2, 5-3) angeordnet ist, und an der anderen Hauptfläche (2, 2‘) wenigstens eine Gegenelektrode (6) angeordnet ist, und an wenigstens einer der langen Seitenflächen (4, 4‘) zwei Friktionselemente (7) angeordnet sind, wobei das im jeweiligen Bereich zwischen einer der drei Elektroden (5-1 , 5-2, 5-3) und der wenigstens einen Gegenelektrode (6) angeordnete einkristalline piezoelektrische Material polarisiert ist und im entsprechenden Polarisationsbereich (8-1 , 8-2, 8-3) eine jeweilige und definierte Polarisationsrichtung aufweist. Claim 1 Actuator (1) in the form of a rectangular plate made of a single-crystal piezoelectric material with two main surfaces (2, 2') with the largest area and at least four side surfaces connecting the main surfaces to one another, of which at least two side surfaces are shorter than the other side surfaces and short side surfaces ( 3, 3') and of which at least two side surfaces are longer than the short side surfaces (3, 3') and form long side surfaces (4, 4') with a length L, and on one of the main surfaces (2, 2') three flat electrodes are arranged, one electrode covering a larger area of this main surface than the other two electrodes and forming a large electrode (5-1), and the other two forming small electrodes (5-2, 5-3), and the large one Electrode (5-1) is arranged between the two small electrodes (5-2, 5-3), and on the other main surface (2, 2') at least one counter-electrode (6) is arranged, and on at least one of la ngen side surfaces (4, 4 ') two friction elements (7) are arranged, wherein in the respective area between one of the three electrodes (5-1, 5-2, 5-3) and the at least one counter-electrode (6) arranged monocrystalline piezoelectric Material is polarized and in the corresponding polarization range (8-1, 8-2, 8-3) has a respective and defined direction of polarization.
Anspruch 2 Aktuator (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das einkristalline piezoelektrische Material eine orthorhombische mm2-Symmetrie aufweist. Claim 2 actuator (1) according to claim 1, characterized in that the monocrystalline piezoelectric material has an orthorhombic mm2 symmetry.
Anspruch 3 Aktuator (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Friktionselemente (7) vom jeweiligen Ende der langen Seitenfläche (4, 4‘) zwischen L/100 und L/4 beabstandet sind. Claim 3 Actuator (1) according to Claim 1 or 2, characterized in that the friction elements (7) are spaced from the respective end of the long side surface (4, 4') between L/100 and L/4.
Anspruch 4 Aktuator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an jeder der langen Seitenflächen (4, 4‘) zwei Friktionselemente (7) angeordnet sind. Claim 4 Actuator (1) according to one of the preceding claims, characterized in that two friction elements (7) are arranged on each of the long side faces (4, 4').
Anspruch 5 Aktuator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei der Polarisationsbereiche (8-1 , 8-2, 8- 3) eine identische Polarisationsrichtung aufweisen. Anspruch 6 Aktuator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einer der Hauptflächen (2, 2‘) drei Gegenelektroden (6-1 , 6-2, 6-3) angeordnet sind, die bezüglich ihrer Geometrie im Wesentlichen identisch zu den drei an der anderen Hauptfläche (2, 2‘) angeordneten Elektroden (5-1 , 5-2, 5-3) ausgebildet sind, so dass eine der Gegenelektroden flächenmäßig größer ist als die beiden anderen und eine große Gegenelektrode (6-1) bildet und die beiden anderen kleine Gegenelektroden (6-2, 6-3) bilden, und die Elektroden (5-1 , 5-2, 5-3) und die Gegenelektroden (6-1 , 6-2, 6-3) derart zueinander angeordnet sind, dass einer kleinen Elektrode (5-2, 5-3) eine kleine Gegenelektrode (6-2, 6-3) und der großen Elektrode (5-1) die große Gegenelektrode (6-1) gegenüberliegt. Claim 5 actuator (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that at least two of the polarization regions (8-1, 8-2, 8-3) have an identical direction of polarization. Claim 6 actuator (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that on one of the main surfaces (2, 2 ') three counter-electrodes (6-1, 6-2, 6-3) are arranged, which with respect to their geometry substantially identical to the three electrodes (5-1, 5-2, 5-3) arranged on the other main surface (2, 2'), so that one of the counter-electrodes is larger in area than the other two and a large counter-electrode (6 -1) and the other two form small counter-electrodes (6-2, 6-3), and the electrodes (5-1, 5-2, 5-3) and the counter-electrodes (6-1, 6-2, 6 -3) are arranged relative to one another in such a way that a small electrode (5-2, 5-3) has a small counter-electrode (6-2, 6-3) and the large electrode (5-1) has the large counter-electrode (6-1) opposite.
Anspruch 7 Aktuator (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Polarisationsrichtungen aller Polarisationsbereiche (8-1 , 8-2, 8-3) übereinstimmen. Claim 7 actuator (1) according to claim 6, characterized in that the polarization directions of all polarization regions (8-1, 8-2, 8-3) match.
Anspruch 8 Verfahren zum Betreiben eines Aktuators (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste sinusförmige Wechselspannung zwischen den kleinen Elektroden (5-2, 5-3) und der einen Gegenelektrode (6), und eine zweite sinusförmige Wechselspannung zwischen der großen Elektrode (5-1) und der einen Gegenelektrode (6) angelegt wird.Claim 8 method for operating an actuator (1) according to any one of claims 1 to 5, characterized in that a first sinusoidal AC voltage between the small electrodes (5-2, 5-3) and a counter-electrode (6), and a second sinusoidal alternating voltage is applied between the large electrode (5-1) and a counter-electrode (6).
Anspruch 9 Verfahren zum Betreiben eines Aktuators (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste sinusförmige Wechselspannung zwischen den kleinen Elektroden (5-2, 5-3) und den jeweiligen kleinen Gegenelektroden (6-2, 6-3), und eine zweite sinusförmige Wechselspannung zwischen der großen Elektrode (5-1) und der großen Gegenelektrode (6-1) angelegt wird. Claim 9 Method for operating an actuator (1) according to Claim 6 or 7, characterized in that a first sinusoidal alternating voltage is applied between the small electrodes (5-2, 5-3) and the respective small counter-electrodes (6-2, 6-3 ), and a second sinusoidal AC voltage is applied between the large electrode (5-1) and the large counter-electrode (6-1).
Anspruch 10 Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste sinusförmige Wechselspannung und die zweite sinusförmige Wechselspannung einen Phasenunterschied zueinander aufweisen. 10. The method according to claim 8 or 9, characterized in that the first sinusoidal AC voltage and the second sinusoidal AC voltage have a phase difference to one another.
Anspruch 11 Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Frequenz und/oder die Amplitude der ersten sinusförmigen Wechselspannung von der Frequenz und/oder der Amplitude der zweiten sinusförmigen Wechselspannung unterscheidet 17 Claim 11 Method according to one of Claims 8 to 10, characterized in that the frequency and/or the amplitude of the first sinusoidal alternating voltage differs from the frequency and/or the amplitude of the second sinusoidal alternating voltage 17
Anspruch 12 Verfahren zum Betreiben eines Aktuators (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste pulsförmige Spannung zwischen einer der kleinen Elektroden (5-2, 5-3) und der entsprechenden kleinen Gegenelektrode (6-2, 6-3) angelegt wird, und eine zweite pulsförmige Spannung zwischen der großen Elektrode (5-1) und der entsprechenden großen Gegenelektrode (6-1) angelegt wird, und eine dritte pulsförmige Spannung zwischen der anderen kleinen Elektrode (5-2, 5-3) und der entsprechenden anderen kleinen Gegenelektrode (6-2, 6-3) angelegt wird, wobei zwischen der ersten pulsförmigen Spannung und der zweiten pulsförmigen Spannung sowie zwischen der zweiten pulsförmigen Spannung und der dritten pulsförmigen Spannung ein Unterschied in der Phase und/oder der Pulsform besteht. Claim 12 Method for operating an actuator (1) according to claim 6 or 7, characterized in that a first pulsed voltage between one of the small electrodes (5-2, 5-3) and the corresponding small counter-electrode (6-2, 6- 3) is applied, and a second pulsed voltage is applied between the large electrode (5-1) and the corresponding large counter electrode (6-1), and a third pulsed voltage is applied between the other small electrode (5-2, 5-3 ) and the corresponding other small counter-electrode (6-2, 6-3), wherein between the first pulse-shaped voltage and the second pulse-shaped voltage and between the second pulse-shaped voltage and the third pulse-shaped voltage there is a difference in the phase and/or the pulse shape exists.
Anspruch 13 Motor mit wenigstens einem Aktuator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7. Claim 13 Motor with at least one actuator (1) according to one of Claims 1 to 7.
Anspruch 14 Verwendung des Aktuators (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 in einer Positioniervorrichtung. Claim 14 Use of the actuator (1) according to one of Claims 1 to 7 in a positioning device.
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