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Stand der Technik
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Die
Erfindung geht aus von einer piezoelektrischen Antriebsvorrichtung
zum Verstellen von beweglichen Teilen nach der Gattung des unabhängigen
Anspruchs.
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Mit
der
EP 01712170 B1 ist
eine piezoelektrische Motoreinheit bekannt geworden, mit der ein Fenster
angehoben oder abgesenkt werden kann. Dabei ist beispielsweise an
einer Fensterscheibe ein sich vertikal erstreckender Fortsatz befestigt,
an dessen gegenüberliegenden Seiten eine piezoelektrische
Motoreinheit anliegt. Die beiden piezoelektrischen Antriebseinheiten
sind jeweils separat ortsfest gelagert, wobei durch eine federnde
Lagerung eine Schwingung der piezoelektrischen Motoreinheiten zugelassen
wird. Nachteilig an solchen Befestigungen der Piezomotoren ist die
relativ große Toleranzkette, wodurch der Reibkontakt zwischen
den Friktionselementen und dem vertikalen Fortsatz unvorhersehbar
beeinflusst werden kann. Dieser Effekt wird durch Schwingungen der
Kraftfahrzeugtür verstärkt, die lokal unterschiedlich
stark ausgebildet sein können.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Die
erfindungsgemäße piezoelektrische Antriebsvorrichtung
mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs hat demgegenüber
den Vorteil, dass durch die Lagerung des mindestens einen Piezomotors
in einem Lagerbügel immer eine definierte Anpresskraft
des Friktionselements gegen die Reibfläche der Führungsschiene
gewährleistet ist. Dies wird dadurch realisiert, dass der
Lagerbügel derart ausgebildet ist, dass vorzugsweise gegenüberliegend
zum Friktionselement durch den Lagerbügel eine konstante
Gegenkraft ausgeübt wird, wodurch der Reibkontakt zwischen
dem Friktionselement und der Reibfläche unabhängig
wird von inhomogenen Vibrationen der Fahrzeugseitentür.
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Durch
die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten
Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen
der in dem abhängigen Anspruch angegebenen Ausführungen
möglich. So wird beispielsweise die Gegenkraft für
das erste Friktionselement durch die Anordnung eines gegenüberliegenden
Piezomotors aufgebracht, der ebenfalls mit einem Friktionselement
von der gegenüberliegenden Seite auf eine Führungsschiene
drückt. Dazu ist der als Gegenelement ausgebildete zweite
Piezomotor über den starren Lagerbügel mit dem
ersten Piezomotor verbunden.
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In
einer weiteren Ausführung ist das Gegenelement als Andruckelement
ausgebildet, das vorzugsweise näherungsweise punktförmig
eine Gegenkraft zum Friktionselement des ersten Piezomotors auf
eine der beiden Führungsschienen ausübt. Hierzu
umgreift der Lagerbügel die eine oder die zwei Führungsschienen,
wobei das Andruckelement vorzugsweise als starres Ende des Lagerbügels
auf der dem ersten Piezomotor gegenüberliegenden Seite ausgeformt
ist.
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Zur
Verstellung des beweglichen Teils führt der mindestens
eine Piezomotor eine Relativbewegung zur Führungsschiene
aus, wobei die Führungsschiene entsprechend des Verstellweges
als eine Gerade oder als mehrere Geradenabschnitte oder bogenförmig
ausgebildet sein kann. Bei der Verwendung von zwei oder mehr Führungsschienen
verlaufen diese näherungsweise parallel zueinander.
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Vorzugsweise
ist der Anlagebereich des ersten Piezomotors genau gegenüberliegend
angeordnet zum Gegenanlagebereich des Gegenelements des Lagerbügels,
wobei die Anlage-/Gegenanlagebereiche beispielsweise näherungsweise
punktförmig ausgebildet sind. In einer alternativen Ausführung
kann der Berührungspunkt und der Gegenanlagepunkt aber
auch versetzt zueinander angeordnet sein, um dadurch die Kraftübertragung
des Friktionselements auf die Reibfläche zu beeinflussen.
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Greift
das Gegenelement an derselben Führungsschiene an, wie das
Friktionselement des ersten Piezomotors, kann der Lagerbügel
relativ kurz ausgebildet werden, wodurch sich eine relativ starre Verspannung
des Friktionselements mit dem Gegenelement ergibt, wodurch die Kraftübertragung
zwischen dem Friktionselement und der Reibfläche weniger
störanfällig ist.
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Umgreift
der Lagerbügel zwei Führungsschienen, ist der
länger ausgebildete Lagerbügel zwar etwas schwingungsanfälliger,
jedoch kann so auch eine größere Distanz zwischen
dem Berührungspunkt des ersten Friktionselements und dem Anlagepunkt
des Gegenelements von den Schwingungen der Karosserie entkoppelt
werden.
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Der
erste Piezomotor und gegebenenfalls auch die weiteren Piezomotoren
werden vorteilhaft federnd in entsprechenden Aufnahmen des Lagerbügels
angeordnet, derart, dass die Federn eine vorgebare Anpresskraft
der Friktionselemente auf die korrespondierenden Reibflächen
ausüben.
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Besonders
günstig ist es, wenn der mindestens eine Piezomotor über
den Lagerbügel fest, beispielsweise an der Seitentür
des Kraftfahrzeugs verbunden ist, und sich dann die mindestens eine
Führungsschiene, die an dem beweglichen Teil angeordnet
ist, gegenüber dem mindestens einen Piezomotor verschiebt.
Bei dieser Ausführung kann die elektrische Versorgung der
Piezomotoren starr und ortsfest ausgeführt werden.
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In
einer alternativen Ausführung ist die mindestens eine Führungsschiene
ortsfest, vorzugsweise an der Seitentür befestigt und der
Lagerbügel mit dem mindestens einen Piezomotor ist fest
an dem beweglichen Teil – vorzugsweise der Fensterscheibe – fixiert.
Durch die ortsfeste Anordnung der mindestens einen Führungsschiene
kann Bauraum in der Verstellrichtung eingespart werden, da sich
dann das bewegliche Teil mit dem Lagerbügel mit der Führungsschiene überschneiden
kann.
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Besonders
günstig ist es, wenn man den Lagerbügel näherungsweise
punktförmig an einem einzigen Befestigungspunkt, beispielsweise
an der Karosserie oder an dem beweglichen Teil befestigt, um die
Kraftübertragungen der Friktionselemente bestmöglich
von äußeren Störeinflüssen zu
entkoppeln. Alternativ können auch zwei Befestigungspunkte
vorgesehen werden, mit denen der Lagerbügel zuverlässiger
an der Fensterscheibe fixiert werden kann. Dabei ist es vorteilhaft,
die Befestigungspunkte symmetrisch zum Lagerbügel anzuordnen.
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Der
Lagerbügel des erfindungsgemäßen piezoelektrischen
Antriebs ist dazu geeignet, je nach Anforderung an die Verstellkraft
und dem vorhandenen Bauraum entweder exakt einen oder zwei oder drei
oder vier Piezomotoren in einem einzigen Lagerbügel zu
lagern. Dadurch kann eine sehr kleine Toleranzkette bezüglich
der einzigen Friktionselemente und den korrespondierenden Reibflächen
erzielt werden. Ohne große konstruktiven Änderungen
können dabei einzelne Piezomotoren durch Andruckelemente
ersetzt werden, um die entsprechende Gegenkraft aufzubringen.
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Zur
Lagerung des mindestens einen Piezomotors in Aufnahmen des Lagerbügels
wird der Piezomotor vorzugsweise im Schwingungsknoten des Piezoaktors
gelagert. Dies hat den Vorteil, dass durch die Lagerung an den Stellen
des Piezoaktors, an denen die Schwingungsamplitude gleich Null ist, die
Dämpfung der mechanischen Aktorschwingung minimiert wird,
wodurch deren Wirkungsgrad erheblich gesteigert wird. Dabei wird
die mechanische Fixierung der Piezomotoren im Lagerbügel
der elektrischen Anregung der Piezoelemente angepasst, was vorzugsweise
durch eine einphasige Anregung der Piezoaktoren möglich
ist.
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Wird
der Piezoaktor ausschließlich in Längsrichtung
in Schwingung versetzt, bildet sich eine Knotenebene die im Wesentlichen
senkrecht zur Längsrichtung ausgerichtet ist und das Aktorgehäuse
in einer Umfangslinie schneidet. Bei diesem Schwingungsknoten kann
der Piezoaktor vorteilhaft über dessen gesamten Umfang
entlang der Umfangslinie starr befestigt werden, wodurch eine sehr
stabile Lagerung erzielt wird. Günstig ist es direkt am
Aktorgehäuse im Schwingungsknoten eine Vertiefung oder ein
Fortsatz in Querrichtung zur Längsrichtung an der Oberfläche
des Gehäuses für die Lagerung in der Aufnahme
des Lagerbügels anzuformen. Je nach Form des Schwingungsknotens
kann der Fortsatz in Querrichtung eher punktförmig oder
ringförmig ausgebildet sein, wobei beim Vorliegen einer
Knotenebene der Fortsatz an beliebigen Stellen entlang des Umfangs
vom Lageelement aufgenommen werden kann. Alternativ ist die Aufnahme
als Nut, insbesondere als Ringnut ausgebildet, deren axiale Ausdehnung
sich idealer Weise möglichst auf die Knotenebene konzentriert.
Durch das Einspannen des Fortsatzes in Querrichtung zwischen zwei
als Aufnahme ausgebildeten Befestigungsplatten können Fertigungstoleranzen
sehr einfach ausgeglichen werden und durch das Verspannen der beiden
Platten eine sehr hohe Steifigkeit der Lagerungselemente erzielt werden,
die höher ist, als die Steifigkeit der Piezoaktoren. Dabei
können die Befestigungsplatten näherungsweise
parallel zu dem Brückensteg angeordnet werden. In einer
Ausgestaltung der Erfindung sind genau zwei Piezoaktoren in etwa
parallel zueinander angeordnet, wobei der Brückensteg in
etwa parallel zu den Befestigungsplatten angeordnet ist, zwischen denen
die Aufnahmen eingespannt sind. Bei dieser Ausbildung, kann das
Friktionselement auf dem Brückensteg wahlweise durch einen
der beiden Piezoaktoren oder durch eine gemeinsame Anregung der beiden
Piezoaktoren in eine Stoß- oder eine Ellipsenbewegung versetzt
werden.
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Beispielsweise
kann der Lagerbügel für einen Fensterheberantrieb
im Kraftfahrzeug an einer Fensterscheibe befestigt werden. Durch
die direkte Erzeugung einer linearen Bewegung ist eine sehr schnelle
Ansprechzeit mit hoher Dynamik möglich. Durch das Mikrostoßprinzip
kann eine äußerst präzise Positionierung
des zu verstellenden Teils bei geringer Geräuschemission
erzielt werden.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
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1 Eine
erfindungsgemäße piezoelektrische Antriebsvorrichtung,
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2 eine
schematische Darstellung zum Betreiben der Antriebsvorrichtung,
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3 bis 7 verschiedene
Ausführungsbeispiele der Piezomotorlagerung, und
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8 mehrere
Varianten von Führungsschienen.
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In 1 ist
eine piezoelektrische Antriebsvorrichtung 10 dargestellt,
bei der ein Piezomotor 12 eine Relativbewegung gegenüber
einer korrespondierenden Reibfläche 14 ausführt.
Die Reibfläche 14 ist hierbei als lineare Schiene 16 ausgebildet,
die beispielsweise an einem Karosserieteil 17 befestigt
ist. Der Piezomotor 12 weist mindestens einen Piezoaktor 18 auf,
der wiederum ein Piezoelement 20 enthält. Hierzu
weist der Piezoaktor 18 ein Aktorgehäuse 22 auf,
das das Piezoelement 20 aufnimmt. Das Aktorgehäuse 22 ist
beispielsweise hülsenförmig ausgebildet. In den
dargestellten Ausführungen ist das Piezoelement 20 vom
Aktorgehäuse 22 umschlossen. Der Piezoaktor 18 weist
eine Längsrichtung 19 auf, in deren Richtung die
Ausdehnungen des Piezoaktors 18 größer
ist als in einer Querrichtung 24 dazu. Das Piezoelement 20 ist
vorzugsweise im Aktorgehäuse 22 in Längsrichtung 19 vorgespannt,
derart, dass bei einer Anregung einer Längsschwingung 26 des
Piezoelements 20 in diesem keine Zugkräfte auftreten. Durch
die Schwingung des Piezoelements 20 wird der gesamte Piezoaktor 18 in
Längsschwingung 26 versetzt und überträgt
eine Schwingungsamplitude 45 über einen Brückensteg 28 auf
ein Friktionselement 30, das in Reibkontakt zur Reibfläche 14 steht. Durch
die Längsschwingung 26 des Piezoaktors 18 wird
der Brückensteg 28 in eine Kippbewegung oder eine
Biegebewegung versetzt, so dass ein der Reibfläche 14 zugewandtes
Ende 31 des Friktionselements 30 eine Mikrostoßbewegung
ausführt. Die Wechselwirkung zwischen dem Friktionselement 30 und
der Reibfläche 14 ist in dem vergrößerten
Ausschnitt dargestellt, in dem ersichtlich ist, dass der Brückensteg 28,
der in Ruhestellung näherungsweise parallel zur Reibfläche 14 angeordnet
ist, bei angeregter Schwingung des Piezoaktors 18 gegenüber der
Reibfläche 14 verkippt. Dabei führt das
Ende 31 des Friktionselements 30 beispielsweise
näherungsweise eine Ellipsenbewegung 32 oder Kreisbewegung
aus, mittels derer sich der Piezomotor 12 entlang der linearen
Schiene 16 abstößt. Der Piezomotor 12 ist
im Bereich von einem Schwingungsknoten 34 der Piezoaktoren 18 gelagert
und beispielsweise mittels eines Lagerbügels 8 (nur
ausschnittsweise dargestellt) mit einem zu verwstellenden Teil 11 verbunden.
Der Schwingungsknoten 34 ist bei der Längsschwingung 26 des
Piezoaktors 18 als Knotenebene 111 ausgebildet,
die sich in etwa senkrecht zur Längsrichtung 19 erstreckt.
Der Piezoaktor 18 ist an einer äußeren
Umfangslinie 112, die durch den Schnitt der Kontenebene 111 durch
den Piezoaktor 18 gebildet wird von einer Aufnahme 36 des
Lagerbügels 8 aufgenommen. Der Schwingungsknoten 34 wird
hierzu mittels Simulation und/oder empirisch ermittelt. Gleichzeitig
wird der Piezomotor 12 über ein Lagerbügel 8 mit
einer Normalkraft 37 gegen die Reibfläche 14 gedrückt.
Dadurch führt das Ende 31 des Friktionselements 30 nun
eine Ellipsenbewegung 32 aus, die zusätzlich zur
Normalkraft 37 eine tangentiale Kraftkomponente 38 aufweist,
die den Vorschub des Piezomotors 12 gegenüber
der Reibfläche 14 bewirkt. In einer alternativen
Ausführung führt das Friktionselement 30 lediglich
eine lineare Stoßbewegung unter einem gewissen Winkel zur Normalkraft 37 aus.
Dadurch kommt es ebenfalls zu einer Relativbewegung mittels Mikrostößen.
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Im
Ausführungsbeispiel gemäß 1 weist der
Piezomotor 12 genau zwei Piezoaktoren 18 auf, die
beide näherungsweise parallel zu ihrer Längsrichtung 19 angeordnet
sind. Dabei ist der Brückensteg 28 quer zur Längsrichtung 19 angeordnet
und verbindet die beiden Piezoaktoren 18 an ihren Stirnseiten 27.
Dabei kann der Brückensteg auch aus einem Stück
mit den Aktorgehäusen 22 gefertigt werden. Der
Brückensteg 28 ist beispielsweise als ebene Platte 29 ausgebildet,
in deren Mitte das Friktionselement 30 angeordnet ist.
In einer bevorzugten Betriebsweise der piezoelektrischen Antriebsvorrichtung 10 wird
für eine Relativbewegung in eine erste Richtung 13 nur
einer der beiden Piezoaktoren 18 angeregt. Dabei wirkt
der zweite, nicht angeregte Piezoaktor 18 über
den Brückensteg 28 als Schwingmasse, aufgrund
derer der Brückensteg 28 mit dem Friktionselement 30 gegenüber
der Längsrichtung 19 verkippt oder verbogen wird.
Entsprechend der Steifigkeit des Aufbaus des Piezomotors 12 wird
somit die Längsschwingung 26 des Piezoelements 20 in eine
Mikrostoßbewegung mit einer tangentialen Kraftkomponente 38 umgewandelt.
Die elektrische Anregung des Piezoelements 20 erfolgt über
Elektroden 40, die über ein Kontaktierelement 41 mit
einer Elektronikeinheit 42 verbunden sind. Für
eine Bewegung des Piezomotors 12 in die entgegengesetzte Richtungen 15 wird
entsprechend das Piezoelement 20 des anderen Piezoaktors 18 mittels
der Elektronikeinheit 42 angeregt. Bei dieser Betriebsweise
ist immer nur ein Piezoelement 20 des Piezomotors 12 angeregt,
so dass es zu keiner Überlagerung von zwei Schwingungsanregungen
beider Piezoaktoren 18 kommen kann.
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Die
piezoelektrische Antriebsvorrichtung 10 wird beispielsweise
in ihrer Resonanzfrequenz betrieben. Dazu weist die Elektronikeinheit 42 eine
Abstimmschaltung 46 auf, die das entsprechende Piezoelement 20 derart
ansteuert, dass das gesamte System in Resonanz schwingt. Die Elektronikeinheit 42 kann
beispielsweise zumindest teilweise auch innerhalb des Aktorgehäuses 18 oder
der Lagerung 36 angeordnet sein. In 1 sind in
den beiden Piezoaktoren 18 jeweils die Amplituden 45 der
Resonanzfrequenz der Längsschwingung 26 dargestellt.
Die maximalen Amplituden 45 entsprechen hier der mechanische
Resonanzfrequenz.
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In 2 ist
ein Modell der piezoelektrischen Antriebsvorrichtung 10 dargestellt,
das als Grundlage zur Einstellung der Resonanzfrequenz dient. Dabei ist
der Piezoaktor 18 als Schwingkreis 52 dargestellt, in
dem eine Induktivität 53 mit einer ersten Kapazität 54 und
einer ohmschen Last 55 in Reihe geschaltet sind. Dazu ist
eine zweite Kapazität 56 parallel geschaltet.
An diesem Schwingkreis 52 wird eine Anregungsspannung 43 mittels
der Elektronikeinheit 42 angelegt. Weiterhin hängt
die Resonanzfrequenz der gesamten Antriebsvorrichtung 10 von
der Last 58 ab, die beispielsweise durch das Gewicht des
zu verstellenden Teils 11 und/oder der Reibbedingung zwischen
dem Friktionselement 30 und der Reibfläche 14 bestimmt
wird, die schematisch durch die mechanische Kraftübertragung 57 dargestellt
ist.
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In 3 ist
eine weitere Ausführung einer erfindungsgemäßen
piezoelektrischen Antriebsvorrichtung 10 dargestellt, bei
der beispielsweise ein Piezomotor 12 gemäß 1 oder
ein beliebig anders ausgebildeter Piezomotor 12 verwendet
wird. Die Führungsschiene 16 ist ortsfest angeordnet,
beispielsweise an einer Seitentür 7 als Karosserieteil 17 befestigt.
Als bewegliches Teil 11 wird eine Fensterscheibe 9 entlang
der Führungsschiene 16 verstellt. Mit dem beweglichen
Teil 11 ist der Lagerbügel 8 fest verbunden,
beispielsweise über einen einzigen Befestigungspunkt 90,
der etwa mittig in der Fensterscheibe 9 angeordnet ist.
Der Lagerbügel 8 weist auf einer ersten Seite 94 eine
Aufnahme 36 auf, in der der Piezomotor 12 vorzugsweise
an den Schwingungsknoten 34 des Piezoaktors 18 fixiert
ist (siehe beispielsweise 1). Der
Piezomotor 12 wird von dem Lagerbügel 8 mittels
eines Federelements 96 gegen die Führungsschiene 16 gepresst,
so dass sich das Friktionselement 30 in ausreichendem Reibkontakt
zur Reibfläche 14 befindet. Zur Aufbringung einer
Gegenkraft 97 (zur Normalkraft 37) ist an dem Lagerbügel 8 auf
der zweiten Seite 95 ein Gegenelement 98 als Andruckelement 93 angeordnet,
das an einer Rückseite 99 der Führungsschiene 16 anliegt. Dabei
ist der Anlagepunkt 100 des Gegenelements 99 gegenüberliegend
zum Berührungspunkt 101 des Friktionselements 30 angeordnet,
so dass diese beide näherungsweise in einer Linie entlang
der Längsrichtung 19 des Piezoaktors 18 liegen.
Der Berührungspunkt 101 und der Anlagepunkt 100 sind
dabei näherungsweise punktförmig ausgebildet,
können aber auch eine linienförmige oder flächige
Ausdehnung aufweisen. Das Andruckelement 93 ist beispielsweise
als Gleitlager, Wälzlager oder sonstige Führungsflächen
mit mehr oder weniger ausgedehnten Anlagepunkten 100 ausgebildet.
Der Lagerbügel 8 ist in diesem Beispiel an der
zweiten Seite 95 mit dem beweglichen Teil 11 verbunden,
der Befestigungspunkt 90 kann alternativ jedoch auch symmetrisch
in der Mitte des Lagerbügels 8 angeordnet sein (siehe 4).
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In
einer Variation dieser Ausführung ist in 4 das
Gegenelement 98 auf der zweiten Seite 95 des Lagerbügels
ebenfalls als Piezomotor 12 ausgebildet. Dieser ist ebenfalls
in einer Aufnahme 36 gelagert und wirkt anstelle des Andruckelements 93 eine
Gegenkraft 97 auf das Friktionselement 30 des ersten
Piezomotors 12 aus. Dabei erstrecken sich beide Friktionselemente 30 der
beiden Piezomotoren 12 näherungsweise entlang
einer Linie, vorzugsweise die Längsrichtung 19 der
Piezoaktoren 18. Der als Gegenelement 98 wirkende
zweite Piezomotor 12 ist in dieser Ausführung
nicht federnd in der Aufnahme 36 gelagert, so dass die
gegenseitige Anpresskraft der beiden Friktionselemente 30 allein
durch das eine Federelement 96 vorgegeben ist. In diesem
Fall ist der Lagerbügel 8 näherungsweise
mittig am zu verstellenden Teil 11 befestigt In einer weiteren
Ausführung der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung 10, die
in 5 dargestellt ist, sind zwei Führungsschienen 16 ortsfest
angeordnet, die sich näherungsweise parallel erstrecken.
Eine solche Ausführung wird bevorzugt, wenn das zu verstellende
Teil 11 eine gewisse Größe überschreitet.
Der Lagerbügel 8 ist am beweglichen Teil 11 befestigt,
beispielsweise symmetrisch mittels zweier Befestigungspunkten 90.
In dieser Ausführung erstreckt sich der Lagerbügel 8 über den
gesamten Zwischenraum 102 zwischen den beiden Führungsschienen 16 und
umgreift letztere derart, dass der Anpresskraft 37, die
auf die Vorderseite der ersten Führungsschiene 16 aufgebracht
wird, eine Gegenkraft 97 entgegenwirkt, die an der zur
ersten Führungsschiene 16 abgewandten Rückseite 99 der
zweiten Führungsschiene 16 angreift. Das Gegenelement 98 ist
hier als Piezomotor 12 ausgebildet, so dass die beiden
Friktionselemente 30 näherungsweise in einer Linie
entlang der Längsrichtung 19 angeordnet sind und
an den beiden, voneinander wegweisenden Reibflächen zweier
unterschiedlicher Führungsschienen 16 anliegen.
Hierbei sind beide Piezomotoren 12 in ihren Aufnahmen 36 jeweils
mit Federelementen 96 gelagert, wodurch ein besserer Toleranzausgleich
stattfindet.
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In
einer Variation dieser Ausführung können zusätzlich
ein oder zwei weitere Andruckelemente 93 angeordnet werden
(gestrichelt eingezeichnet), die an den jeweiligen Führungsschienen 16 unmittelbar den
jeweiligen Friktionselementen 30 gegenüberliegen.
Dadurch wird die Anpresskraft der beiden Friktionselementen 30 zusätzlich
stabilisiert.
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In 6 ist
eine weitere Ausführung dargestellt, die sich dadurch von
der Ausführung gemäß 3 unterscheidet,
dass hier die Führungsschiene 16 fest mit dem
zu verstellenden Teil 11 verbunden ist, und sich gemeinsam
mit diesem relativ zum ortsfest gelagerten Piezomotor bewegt. Hierzu
ist der Lagerbügel 8 beispielsweise fest mit dem
Karosserieteil 17 verbunden. Dazu weist der Lagerbügel
einen Befestigungspunkt 90 im mittleren Bereich des Bügels auf,
an dem der Lagerbügel 8 an der Seitentür
fixiert ist. Da sich bei dieser Ausführung die Führungsschiene 16 mitbewegt,
muss genügend Bauraum zum Absenken der Führungsschiene
vorhanden sein (16). In diesem Ausführungsbeispiel
weist der Anlagepunkt 100 des Gegenelements 98 einen
Versatz 103 zum Berührungspunkt 101 des
Friktionselements des ersten Piezomotors 12 auf. Dieser
Versatz 103 entlang der Bewegungsrichtung 13, 15 bewirkt
unter Umständen eine zusätzliche tangentiale Kraftkomponente bei
der Kraftübertragung durch das Friktionselement 30 auf
die Reibfläche 14. Ein solcher Versatz 103 kann
auch bei der Verwendung eines zweiten Piezomotors 12 als
Gegenelement 98 realisiert werden.
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In 7 ist
eine analoge Ausführung zur Antriebsvorrichtung gemäß 5 dargestellt,
bei der zwei Führungsschienen 16 an einem (gemeinsamen) beweglichen
Teil 11 befestigt sind. Die beiden Führungsschienen 16 können
zusammen mit dem beweglichen Teil 11 gegenüber
dem ortsfesten Lagerbügel 8 verstellt werden.
Als Gegenelement 98 ist wiederum ein zweiter Piezomotor 12 vorgesehen,
so dass gemäß der Ausführung in 5 wieder
zwei Friktionselemente 30 an den beiden äußeren
Reibflächen 14 zweier unterschiedlicher Führungsschienen 16 anliegen.
Der Lagerbügel 8 ist etwa mittig im Karosserieteil 17 befestigt,
so dass der gesamte Lagerbügel 8 symmetrisch am
Befestigungspunkt 90 ausgebildet ist. Wiederum können
in einer Variation zusätzliche Andruckelemente 93 entsprechend 5 angeordnet
werden, um eine konstante Anpresskraft 37 zu gewährleisten.
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In
einer nicht näher dargestellten Ausführungsform
sind die Führungsschienen 16 als Bestandteil des
beweglichen Teils 11 ausgebildet, beispielsweise als seitliche
Kanten der Fensterscheibe 9. Hierbei entsteht in dem als
Fahrzeugtür 7 ausgebildeten Karosserieteil 17 ein
besonders großer mittlerer Bereich als freier Bauraum 6,
der für den Einbau großvolumiger Komponenten,
wie Airbags der Lautsprecher, verwendet werden kann.
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In
einer weiteren Ausführung gemäß 8 sind
die beiden Führungsschienen 16 nicht als durchgehende
Geraden 104 ausgebildet, sondern weisen abknickende Geradenabschnitte 105 auf,
die wiederum näherungsweise parallel verlaufen. Auf der
linken Seite ist gestrichelt die Ausführung für
zwei parallele Geraden 104 als Führungsschienen 16 angedeutet, wie
dies beispielsweise in 5 beschrieben wird. Als weitere
Variation ist auf der rechten Seite gestrichelt eine bogenförmige
Führungsschiene 106 gestrichelt dargestellt, zu
der vorzugsweise ebenfalls eine zweite bogenförmige Führungsschiene 106 in etwa
parallel verläuft. Die Führungsschienen 104, 105, 106 sind
beispielsweise ortsfest ausgebildet, so dass sich das bewegliche
Teil 11 mit den daran angeordneten Piezomotoren 12 entlang
der Führungsschienen 104, 105, 106 verschieben
lässt. Auf der rechten Seite ist ein erster Piezomotor 12 über
einen ersten Lagerbügel 8 an einem als zweiten
Piezomotor 12 ausgebildeten Gegenelement 90 verbunden. Der
Lagerbügel 8 ist mittels des Befestigungspunktes 90 mittels
einer weiteren Befestigungsvorrichtung 107 mit dem beweglichen
Teil 11 verbunden. Auf der linken Seite ist ein zweiter
Lagerbügel 8 angeordnet, der ebenfalls zwei sich
gegenüberliegende Piezomotoren 12 aufnimmt.
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Es
sei angemerkt, dass hinsichtlich der in den Figuren und der in der
Beschreibung gezeigten Ausführungsbeispielen vielfältige
Kombinationsmöglichkeiten der einzelnen Merkmale untereinander möglich
sind. So kann beispielsweise die konkrete Ausbildung der Piezomotoren 18,
deren Aktorgehäuse 22, deren Piezoelemente 20 und
die Friktionselements 30 entsprechend der Anwendung variiert
werden. Dabei kann die Stößelbewegung als reine
Stoßbewegung oder als im wesentlichen elliptische oder kreisförmige
Bewegungsbahn ausgebildet sein, wobei entsprechend der Querkomponente
der Kraftübertragung die Reibpaarung zwischen dem Friktionselement 30 und
der Reibfläche 14 eine höhere oder geringere
Reibzahl aufweist. Dabei stellt die reine lineare Stößelbewegung
den Grenzfall der Ellipsenbewegung dar. Als Grenzfall ist auch eine
Ausbildung mit reinem Formschluss möglich, bei dem das
Friktionselement 30 ohne Reibung in eine entsprechende Aussparung,
beispielsweise in eine Mikroverzahnung des Antriebselements, z.
B. der Führungsschiene 16 greift. Alle Piezomotoren 18 können
in einem einzigen gemeinsamen Lagerbügel 8 aufgenommen
werden, oder einzeln in mehreren Lagerbügeln 8 befestigt
werden. Die konkrete Ausgestaltung der Aufnahmen 36 ist
von der Form des Aktorgehäuses 22 und der angeregten
Schwingungsform abhängig. Bevorzugt wird die erfindungsgemäße
Antriebseinheit 10 zu Verstellung beweglicher Teile 11 (Sitzteile,
Fensterscheiben, Dach, Klappen) im Kraftfahrzeug verwendet, ist
jedoch nicht auf eine solche Anwendung beschränkt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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