WO2009056384A1

WO2009056384A1 - Piezoelektrische antriebsvorrichtung

Info

Publication number: WO2009056384A1
Application number: PCT/EP2008/062125
Authority: WO
Inventors: Walter Haussecker; Vincent Rieger; Volker Rischmueller; Peter Froehlich
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-11-02
Filing date: 2008-09-12
Publication date: 2009-05-07
Anticipated expiration: 2010-05-02
Also published as: DE102007052494A1; EP2208244A1; US20110006640A1

Abstract

Piezoelektrische Antriebsvorrichtung zum Verstellen von beweglichen Teilen (11), insbesondere im Kraftfahrzeug, mit einem Piezomotor (12), der mindestens einen Piezoaktor mit einem elektrischen Piezoelement aufweist, wobei am Piezomotor (12) mindestens ein Friktionselement (30) angeordnet ist, das zur Erzeugung einer Relativbewegung mit einer dem Friktionselement (30) gegenüberliegenden Reibfläche (14) von mindestens einer Führungsschiene (16) zusammenwirkt, wobei der mindestens eine Piezomotor (12) auf einer ersten Seite (94) eines Lagerbügels (8) gelagert ist, und an einer zweiten gegenüberliegende Seite (95) des Lagerbügels (8) ein Gegenelement (98) angeordnet ist, das eine Gegenkraft (97) zum Friktionselement (30) auf die mindestens eine Führungsschiene (16) ausübt.

Description

Titel

Piezoelektrische Antriebsvorrichtung

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer piezoelektrischen Antriebsvorrichtung zum Verstellen von beweglichen Teilen nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs.

Mit der EP 01712170 Bl 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 piezielektrischen 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.

Offenbarung der Erfindung

Vorteile der Erfindung

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. 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.

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.

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.

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.

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.

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. 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.

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.

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.

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.

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.

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.

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. 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.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 Eine erfindungsgemäße piezoelektrische Antriebsvorrichtung,

Fig. 2 eine schematische Darstellung zum Betreiben der Antriebsvorrichtung,

Fig. 3 bis 7 verschiedene Ausführungsbeispiele der Piezomotorlagerung, und Fig. 8 mehrere Varianten von Führungsschienen.

In Fig. 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.

Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 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.

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 Fig. 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. In Fig. 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.

In Fig. 3 ist eine weitere Ausführung einer erfindungsgemäßen piezoelektrischen Antriebsvorrichtung 10 dargestellt, bei der beispielsweise ein Piezomotor 12 gemäß Fig. 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 Fig. 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 Fig. 4).

In einer Variation dieser Ausführung ist in Fig. 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 Fig. 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.

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.

In Fig. 6 ist eine weitere Ausführung dargestellt, die sich dadurch von der Ausführung gemäß Fig. 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.

In Fig. 7 ist eine analoge Ausführung zur Antriebsvorrichtung gemäß Fig. 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 Fig. 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 Fig. 5 angeordnet werden, um eine konstante Anpresskraft 37 zu gewährleisten.

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.

In einer weiteren Ausführung gemäß Fig. 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 Fig. 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.

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.

Claims

Ansprüche

1. Piezoelektrische Antriebsvorrichtung (10) zum Verstellen von beweglichen Teilen (11), insbesondere im Kraftfahrzeug, mit einem Piezomotor (12), der mindestens einen Piezoaktor (18) mit einem elektrischen Piezoelement (20) aufweist, wobei am Piezomotor (12) mindestens ein Friktionselement (30) angeordnet ist, das zur Erzeugung einer Relativbewegung mit einer dem Friktionselement (30) gegenüberliegenden Reibfläche (14) von mindestens einer Führungsschiene (16) zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Piezomotor (12) auf einer ersten Seite (94) eines Lagerbügels (8) gelagert ist, und an einer zweiten gegenüberliegende Seite (95) des Lagerbügels (8) ein Gegenelement (98) angeordnet ist, das eine Gegenkraft (97) zum Friktionselement (30) auf die mindestens eine Führungsschiene (16) ausübt.

2. Piezoelektrische Antriebsvorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegenelement (98) als ein weiterer Piezomotor (20) mit einem Friktionselement (30) ausgebildet ist.

3. Piezoelektrische Antriebsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegenelement (98) als starr mit dem Lagerbügel (8) verbundenes Andruckelement (93) ausgebildet ist.

4. Piezoelektrische Antriebsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Führungsschiene (16) gebogen oder gerade oder als abgeknickte Geradenabschnitte (105) ausgebildet ist.

5. Piezoelektrische Antriebsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anlagepunkt (101) des Friktionselements (30) des mindestens einen Piezomotors (20) und ein Gegenanlagepunkt (100) des Gegenelements (98) näherungsweise in einer einzigen Ebene quer zur Relativbewegung angeordnet sind oder mit einem Versatz (103) bezüglich der Bewegungsrichtung (13, 15) des Teils (11) angeordnet sind.

6. Piezoelektrische Antriebsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegenelement (98) an derselben Führungsschiene (16) anliegt, wie das Friktionselement (30) des mindestens eine Piezomotors (12), insbesondere an der der Reibfläche (14) gegenüberliegenden Rückseite (99) der Führungsschiene (16).

7. Piezoelektrische Antriebsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegenelement (98) an einer zweiten

Führungsschiene (16) anliegt, die näherungsweise parallel zur Führungsschiene (16) angeordnet ist an der das Friktionselement (30) des mindestens eine Piezomotors (12) anliegt, insbesondere an einer der Reibfläche (14) gegenüberliegenden Rückseite( 99) der zweiten Führungsschiene (16).

8. Piezoelektrische Antriebsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Piezomotor (12) und/oder das Gegenelement (98) jeweils in einer Aufnahme (36) des Lagerbügels (8) mittels einer Feder (96) gelagert sind, die eine Vorspannkraft (37) erzeugt, mit der der mindestens eine Piezomotor (12) und/oder das Gegenelement (98) im wesentlichen quer zur

Bewegungsrichtung (13, 15) des Teils (11) gegen die mindestens eine Führungsschiene (16) gepresst werden.

9. Piezoelektrische Antriebsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerbügel (8) ortsfest angeordnet ist, insbesondere fest an einem Karosserieteil (17) - beispielsweise einer Fahrzeugtür (7) - befestigt ist, und die Führungsschiene (16) verschiebbar angeordnet ist.

10. Piezoelektrische Antriebsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerbügel (8) am beweglichen Teil (11) befestigt ist und die Führungsschiene (16) ortsfest angeordnet ist, insbesondere fest an einem Karosserieteil (17) befestigt ist.

11. Piezoelektrische Antriebsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerbügel (8) an einem einzigen oder an zwei

Befestigungspunkten (90) am beweglichen Teil (11) oder an dem Karosserieteil (17) befestigt ist.

12. Piezoelektrische Antriebsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ausbildung eines einzigen Befestigungspunktes

(90) dieser näherungsweise mittig bezüglich der Ebene quer zur Relativbewegung - insbesondere zur Fixierung an dem Karosserieteil (17) - angeordnet ist.

13. Piezoelektrische Antriebsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einem einzigen Lagerbügel (8) genau ein, zwei, drei oder vier Piezomotoren (12) gelagert sind, die jeweils mit Reibflächen (14) zusammenwirken, die an einer Vorderseite und/oder der Rückseite (99) von genau einer oder genau zwei Führungsschienen (16) angeordnet sind.

14. Piezoelektrische Antriebsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Piezoaktor (18) des mindestens einen Piezomotors (20) im Bereich eines Schwingungsknoten (34) (Amplitudennullpunkt) der angeregten Piezoaktor-Schwingung direkt oder indirekt an dem Lagerbügel (8) fixiert ist.

15. Piezoelektrische Antriebsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Führungsschiene (16) integraler Bestandteil des beweglichen Teils (H)- insbesondere einer Fensterscheibe (9) - ist.

16. Piezoelektrische Antriebsvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Piezomotor (20) und die mindestens eine Führungsschiene (16) außerhalb eines mittleren Bereichs bezüglich der Fensterscheibe (9) in der Fahrzeugtür (7) angeordnet sind, derart dass ein freier

Bauraum 0" beispielsweise zum Einbau von Airbags oder Lautsprecher - im mittleren Bereich der Fahrzeugtür (7) zur Verfügung steht.