EP3834280A1 - Piezoantrieb, insbesondere als automatisches stellglied für eine fahrzeugkomponente - Google Patents
Piezoantrieb, insbesondere als automatisches stellglied für eine fahrzeugkomponenteInfo
- Publication number
- EP3834280A1 EP3834280A1 EP19755296.1A EP19755296A EP3834280A1 EP 3834280 A1 EP3834280 A1 EP 3834280A1 EP 19755296 A EP19755296 A EP 19755296A EP 3834280 A1 EP3834280 A1 EP 3834280A1
- Authority
- EP
- European Patent Office
- Prior art keywords
- piezo actuator
- bracket
- piezo
- receiving
- legs
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/02—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
- H02N2/04—Constructional details
- H02N2/043—Mechanical transmission means, e.g. for stroke amplification
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/20—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
- H10N30/206—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators using only longitudinal or thickness displacement, e.g. d33 or d31 type devices
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/80—Constructional details
- H10N30/88—Mounts; Supports; Enclosures; Casings
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
- G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
- G06F3/016—Input arrangements with force or tactile feedback as computer generated output to the user
Definitions
- Piezo drive especially as an automatic actuator
- the invention relates to a piezo drive which is to be used in particular as an automatic actuator for a vehicle component and which is used in particular to generate haptic feedback in an operating device.
- Piezo drives are used for a wide variety of applications. In this case, the variability in length of a piezoelectric element in one direction of action is used in the case of electrical control in order to mechanically excite a component or unit to be moved.
- One application in the automotive industry is the use of a piezo drive to generate haptic feedback on an operating device.
- Such an operating device has a touch screen or a touch pad which is mechanically excited briefly or in a pulse-like manner if valid manual operation has been detected.
- the invention relates to a piezo actuator with a gear, which is also referred to in specialist circles as a piezo actuator with mechanical reinforcement.
- piezo actuators which have a multiplicity of stacked piezoelectric elements (hereinafter referred to as piezo elements).
- piezo elements Such a piezo actuator acts mechanically on a movement conversion construction or a corresponding conversion gear, by means of which a slight change in length of the piezo actuator in the effective direction, which takes place with a comparatively high force, is converted into a larger movement with a correspondingly lower force.
- piezo drives with conversion gears are described in DE-U-20 2008 017 833, US-B-6 246 132, US-A-4 952 835, WO-A-2017/1762019, US-B-9 523 294, EP- A-3 056 977, WO-A-2014/164018, WO-A-2016/067831, US-B-6 465 936, WO-A-2014/096565, US-A-2016/0 027 263, DE- A-10 2016 116 763, JP-A-2008-287402, EP-A-1 035 015, DE-B-23 05 277, DE-C-42 14 220 and DE-B-199 81 030.
- Adhesive techniques are usually used to connect the piezo actuator to the implementation design. These involve a lot of effort in mass production.
- the object of the invention is to provide a piezo drive with a piezo actuator with mechanical reinforcement which is improved in terms of its manufacture and susceptibility to errors.
- the invention provides a piezo drive, in particular as an automatic actuator for a vehicle component, e.g. for the generation of haptic feedback in operating devices, the piezo drive being provided with
- a piezo actuator made of a piezoelectric material, the piezo actuator having a longitudinal extension between two ends with opposite end faces, which defines a direction of action of the piezo actuator along which the piezo actuator expands and contracts, a conversion gear coupled to the piezo actuator for converting one expansion in the effective direction of the piezo actuator and a subsequent contraction of the piezo actuator in each case in a movement directed at an angle of not equal to 0 degrees, in particular of 90 degrees, to the longitudinal extent of the piezo actuator,
- the conversion gear has an elastic bracket and / or a bracket with an elastic material, the two opposite and spaced receiving legs and one between these extending connecting legs with at least one portion directed away from the piezo actuator in relation to the position or curved in the direction of this, and wherein the piezo actuator is received at both ends of the receiving legs so that it rests against the adhesive and the connecting leg of the bracket is arranged on the side of the piezo actuator.
- the piezo actuator of the drive according to the invention can be reversibly expanded with regard to its direction of action and has two ends facing away from one another and between them one or a plurality of piezo elements stacked one on top of the other.
- the piezo actuator expands in its effective direction through electrical control of the piezo element (s). If the control voltage is deactivated, the piezo actuator contracts again because of its elasticity.
- the use of ceramics has established itself as a piezoelectric material. However, it is also possible to use printable piezoelectric polymers, which are still being researched on.
- a (movement) conversion gear is coupled to the piezo actuator, which converts an expansion and a subsequent contraction of the piezo actuator into (opposing) movements, which are preferably 90 ° to the longitudinal extension of the piezo actuator and thus at right angles to the direction in which the piezo actuator is changed in length, implemented. Constructions other than 90 ° between the direction of the length change and the direction of movement of the conversion gear, ie angles between 90 ° and 0 °, are also possible.
- a bracket that is designed to be elastic acts as the conversion gear. The elasticity of the bracket can be realized either constructively or by choosing the material. The bracket extends at least within a section along the piezo actuator at a distance that changes from this.
- the bracket has two opposite and spaced-apart receiving legs, between which a connecting leg of the bracket extends. So essentially the bracket is in Side view viewed U-shaped. Within its connecting leg there is the previously mentioned section in which the distance of the connecting leg to a longitudinal axis running between the receiving legs of the bracket changes, starting from a first distance value (distance to the longitudinal axis of the piezo actuator) enlarged or alternatively reduced.
- the piezo actuator is held clamped between the receiving legs of the bracket of the conversion gear.
- the piezo actuator bears at its two ends on the receiving legs or is received by these, so that the connecting leg of the bracket extends essentially to the side next to the piezo actuator, with the distance to the latter changing in particular in the aforementioned section , If the piezo actuator now expands in the direction of action when electrically actuated, the elastic yoke stretches, so that the distance of the said (distance change) section from the piezo actuator changes. This change is then used to identify an element, component or unit or the like. to move.
- the shape of the (distance-changing) section of the connecting leg of the bracket between its receiving legs (which may optionally have receiving elements) surrounding the ends of the piezo actuator determines the size of the movement stroke (and the orientation of the movement) that the connecting section undergoes and the size the ratio of the linear expansion of the piezo actuator and the movement stroke.
- a role in which angles regions of the (distance change) section run relative to the longitudinal axis of the piezo actuator e.g. trapezoidal or U-shaped or circular arc-shaped course of the section).
- the piezo actuator is not adhesively connected to the receiving legs. Rather, the piezo actuator is preferably received in an essentially form-fitting manner by the receiving legs and bears against these, without being adhesively connected to them. This applies to the front of the Piezo actuator. If necessary, the portions of the circumferential surface of the piezo actuator adjoining the end faces also rest on the receiving legs of the bracket or brackets. This system is also glue-free.
- the receiving legs can have receiving elements that have a corresponding receiving recess into which the ends of the piezo actuator are immersed.
- the piezo actuator is protected from tensile forces, to which piezoceramic material generally reacts very sensitively. If the piezo actuator used in accordance with the invention were to unintentionally contract from the non-electrically actuated rest position, this is possible without risk in the invention, since there is no firm connection between the piezo actuator and the receiving legs of the bracket consists. In addition, there is protection against external misuse forces, which cannot lead to the piezo actuator and the piezo elements being pulled apart.
- the conversion gear has a further connecting leg, which is opposite the other connecting leg of the bracket and is also curved, whereby the two connecting legs are essentially symmetrical to each other.
- the further connecting leg has at least one section along its extent between the receiving legs, in which the distance of the further connecting leg along its extent between the receiving legs to the longitudinal axis running between the receiving legs initially starts from to a third distance value enlarged to a fourth distance value - or alternatively reduced.
- the conversion gear has two connecting legs arranged on opposite lateral sides of the piezo actuator, each of which has a distance that changes with respect to the piezo actuator within at least one section to the piezo actuator.
- the conversion gear thus has a (frame) bracket running around the piezo actuator, in which the piezo actuator is arranged, with its ends resting on the frame, namely on the receiving legs of the bracket.
- the conversion gear can have receiving elements which are fitted into or received by the receiving legs.
- the receiving legs themselves can also be designed as receiving elements, for example, encompassing the ends of the piezo actuator on all sides.
- the two connecting legs of the bracket of the conversion gear according to the aforementioned development of the invention can run symmetrically to one another, the central longitudinal axis of the piezo actuator forming the axis of symmetry in this case, or also not running symmetrically.
- the direction and the movement stroke are defined in which the movement of the change in length of the piezo actuator is implemented.
- the bracket is oval, lenticular or elliptical in shape, the receiving legs being arranged at the ends of the longer axis of the oval or the lens or ellipse and which are spaced apart
- To the longitudinal axis changing sections of the connecting legs define the smaller axis of the oval, lenticular or elliptical bracket.
- a major axis and a minor axis can be defined for an ellipse or lens or for an oval.
- the main axis is the longer of the two diameters defined by the oval, lens or ellipse shape.
- the piezo actuator either extends along the main axis or the minor axis of the ellipse or oval shape.
- the spacing change sections of the two brackets then lie along the minor axis or along the main axis.
- the receiving limbs of the bracket preferably enclose the ends of the piezo actuator on at least two sides facing away from one another and in particular on all sides.
- the two receiving legs of the bracket can have receiving elements, in the receiving recesses of which the ends of the piezo actuator are immersed.
- These receiving elements are expediently by means of mechanical fastening elements such as screws, pins, rivets or the like. connected to the receiving legs of the bracket.
- the conversion gear is made from a stamped, cut or lasered metal.
- the bracket is designed as a metal strip element which has two ends facing away from one another and which, when viewed from the side, is bent in a C-shape, where, in the case of a central section lying in the longitudinal extension of the metal strip element, the one receiving leg of the bracket and the two ends of the metal strip element form the second receiving leg of the bracket or a receiving element forming the receiving leg of the bracket is arranged between these two ends of the metal strip element.
- Two opposite tabs can be arranged to the side of the central section, which, when angled in the same direction, together with the central section form a receptacle which rests on all sides at one end of the piezo actuator.
- Such tabs can also be provided on one of the ends of the metal strip element, where, after being bent in the same direction, they form a receptacle on the other receptacle leg of the bracket for the other end of the piezo actuator together with at least one of the two ends.
- the piezo actuator should be held clamped in the conversion gear or in the bracket in order to stretch the bracket even with the slightest changes in length.
- the bracket has a tensioning element which is arranged on one of the two receiving legs and can be positioned in the direction of the course of the connecting axis and to define its abutment on the end face of one of the ends of the piezo actuator and the pressing force applied to the piezo actuator is fixable in position on the receiving leg.
- This tensioning element is advantageously an entry screw, the threaded shaft end of which acts on one of the front ends of the piezo actuator or acts on a receiving element receiving this end in order to move it towards the piezo actuator / to press.
- the conversion gear can have a correspondingly curved oval, lens or elliptical metal strip.
- the metal strip is bent over in relation to its central section. This central section then forms a receptacle for one end of the piezo actuator.
- the free ends of the metal strip element are bent over to form a second receptacle for the other end of the piezo actuator.
- These two ends of the metal strip element can be connected to one another or held together with the aid of a screw. In an advantageous embodiment of the invention, this screw can then also perform the function of the previously described adjusting screw for applying a pretension to the piezo actuator.
- FIGS. 2 to 5 show a schematic representation of a vehicle operating unit from the front with a touch pad or touch screen, which is stimulated by a piezo drive in order to generate haptic feedback and thus for tactile feedback of a manual touch input, FIGS. 2 to 5
- FIG. 1 Various representations of the components of a first exemplary embodiment of a piezo drive and which can be used in the operating unit according to FIG. 1
- FIG. 1 Various representations of components of a second exemplary embodiment of a piezo drive, which can be used in the operating unit according to FIG. 1.
- FIG. 1 shows a front view of an operating unit 10 for a vehicle, in which the operating element 12 is designed as a touch screen or touch pad, on which a valid input of an operating command is tactilely reported back by a pulse-like mechanical excitation (haptic feedback) ,
- the control unit 10 has a piezo drive 14 which e.g. is arranged and effective between the housing wall 17 of the housing 16 of the operating unit 10 and its operating element 12.
- the control unit 10 can, for example, also have other control elements such as keys 18 and / or a turntable 20.
- FIGS. 2 to 5 A first exemplary embodiment for the piezo drive 14 is shown in FIGS. 2 to 5 shown.
- the piezo drive 14 is provided with a piezo actuator 22, which has a stack of individual piezo elements 24. The electrical contacting of these piezo elements 24 is not shown in the figures for the sake of clarity.
- the piezo drive 14 also has a metal bracket 26, which in this exemplary embodiment is provided with two receiving legs 28, 30, of which the ends 32, 34 of the piezo actuator 22 are received with their end faces 33, 35 facing away from one another.
- the other receiving leg 30 is as one formed further receiving element 40, which also has a receiving recess 42 for the other end 34 of the piezo actuator 22. Both receiving elements 36, 40 are fastened to the bracket 26 by means of screws 44.
- two connecting legs 46, 48 extend between the receiving legs 28, 30 of the bracket 26, of which the connecting leg 46 is arranged on one lateral side of the piezo actuator 22, while the other connecting leg 48 is located on the aforementioned one the first connecting leg 46 is arranged opposite on the opposite lateral side of the piezo actuator 22.
- the special feature of the two connecting legs 46, 48 is that each has a connecting section 50 or 52, within which the distance between the respective connecting leg 46 and the piezo actuator 22 changes, in this exemplary embodiment increased and reduced from there again , Each connection section 50 thus has, as it were, an apex region 54, 56 which is the furthest away from the piezo actuator.
- the two connecting legs 46, 48 thus extend in relation to the piezo actuator 22 as viewed from this, but could also be curved in the opposite direction. It is also possible for one connecting leg to be convex, that is to say directed away from the piezo actuator 22, while the other connecting leg is to be concave, that is to say in the direction of the piezo actuator 22.
- the bracket 26, as indicated in FIG. 1 is fastened on the one hand to the operating element 12 and on the other hand to the housing 16.
- the housing 16 e.g. Screws 57.
- the piezo actuator 22 When an electrical voltage is applied to the piezo actuator 22, the latter extends in the longitudinal direction, that is to say in the direction of the axis 58. As a result, the sections 50, 52 of the connecting legs 46, 48 move in the direction of the piezo actuator 22. In this way, based on the application according to FIG. 1, the operating element 12 would be moved in the direction of the arrow 60, and then, when there was no more voltage at the piezo actuator 22, itself to move back again, specifically in the direction of arrow 62. During this process, the piezo actuator 22 initially expands and contracts the connecting legs 46, 48 (see arrows 64 and 65 in FIG. 1), in order then to stop fitting Contract tension. The bracket 26 with the connecting legs 46, 48 thus forms a motion conversion gear 70.
- the advantage of the construction of the piezo drive 14 according to the invention is that the piezo actuator 22 rests on its two ends 32, 34 in the receiving recesses 38, 42 on the receiving elements 36, 40 without being glued there.
- the ends 32, 34 of the piezo actuator 22 should contact the bottoms of the receiving recesses 38, 42 when the piezo actuator 22 is not electrically excited, or the piezo actuator 22 should be held clamped in the bracket 26 in its rest position.
- a clamping element 66 is used, which in this exemplary embodiment has the form of a clamping screw 68, which, for example, as shown in FIG. 4, has the shaft end 71 at one of the ends (in this exemplary embodiment, at the end 32) of the piezo actuator 22 is applied.
- this bracket 26 is designed as a metal strip element 72, the central section 74 of which, viewed in the longitudinal direction, forms the first receiving leg 28. Sections 76, 78 for the two connecting legs 46, 48 are located on both sides of this middle section 74. Within these two sections 76, 78 there is also the area for the apex area 54, 56. according to FIGS. 4 and 5 is the possibility of producing the bracket as a metal stamped part. No casting or milling processes are therefore required to produce the bracket 26.
- the bracket 26 has essentially the shape of an ellipse or an oval.
- the extension leg 46 extends from a first distance value (see at 80 in FIG. 5 the distance of the connection section 50 from the piezo actuator 22) to a larger second distance value (see at 82 in FIG. 5) Distance of the apex region 54 from the piezo actuator 22), which lies in the region of the apex regions 54, 56 of the connecting leg in question, in order to then again from there to a reduced further distance value (see also the distance in FIG. 5 at 84 this embodiment is equal to the distance value at 80), which can be, for example, equal to the first distance value.
- the distance of the connecting leg 48 at the beginning of the connecting section 52 can be the same or different from the distance value 80 of the connecting section 50.
- the (fourth) distance value 83 in the vertex region 56 may be the same or different from the distance 82.
- the distance value 85 of the connection section 52 can be different from the distance value 84 of the connection section 50.
- FIGS. 6 to 8 a second exemplary embodiment of a piezo drive 14 'according to the invention is shown.
- the individual parts of this piezo drive 14 ' have the same construction or function as the elements of the piezo drive 14 of FIGS. 2 to 5, they are shown in FIGS. 6 to 8 with the same reference numerals as in FIGS. 2 to 5 marked.
- the piezo drive 14 '. 6 to 8 of the bracket 26 is designed as a bent metal strip element 72.
- the receiving legs are provided with separate receiving elements 36, 40, are in the embodiment of FIGS. 6 to 8 these receiving elements 36, 40 by means of individual bendable tabs of the metal strip fenelements 72 formed.
- the metal strip element 72 has two laterally arranged bending tabs 86 in the central section 74. Two further bending lugs 88 are formed on one of the two ends 90, 92 of the metal strip element 72. At both ends 90, 92 there are further bending tabs 94, which are smaller in this exemplary embodiment, as shown in FIG. 7.
- FIG. 8 How the individual bending tabs are shaped in this case is shown in FIG. 8.
- the two ends 90, 92 of the metal strip element 72 are furthermore each provided with a hole 96. In the bent state, these two holes 96 are aligned in that the two ends 90, 92 of the metal strip element lie one above the other, as shown in FIG. 8.
- a tensioning screw 68 extends through the holes 96 aligned with one another as tensioning element 66, which e.g. is in threaded engagement with a screw nut (not shown) lying against the inside of the receiving leg 30 or element with an internal threaded bore for the clamping screw 68.
- stirrups or metal strips on the bending lines are provided with embossments or beads and can therefore be designed like film hinges ,
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
- Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)
- Fuel-Injection Apparatus (AREA)
Abstract
Der Piezoantrieb ist versehen mit einem bezüglich seiner Längserstreckung reversibel ausdehnbaren Piezoaktuator (22), das zwei einander abgewandte Enden (32, 34) sowie zwei einander abgewandte Lateralseiten aufweist. Mit dem Piezoaktuator (22) gekoppelt ist ein Umsetzungsgetriebe (70) zum Umsetzen einer Ausdehnung und einer anschließenden Kontraktion des Piezoaktuators (22) in jeweils eine in einem Winkel von ungleich 0 Grad, insbesondere von 90 Grad zur Längserstreckung des Piezoaktuators (22) gerichteten Bewegung. Das Umsetzungsgetriebe (70) weist einen elastischen Bügel (26) auf, der zwei gegenüberliegende und voneinander beabstandete Aufnahmeschenkel (28, 30) und einen sich zwischen diesen erstreckenden Verbindungsschenkel (46, 48) mit mindestens einem bezogen auf die Position des Piezoaktuators (22) von diesem weg gerichteten oder einen in Richtung auf diesen gewölbten Abschnitt (50, 52) aufweist. Der Piezoaktuator (22) ist an seinen beiden Enden (32, 34) von den Aufnahmeschenkeln (28, 30) an diesen anliegend aufgenommen und der Verbindungsschenkel (46, 48) des Bügels (26) ist seitlich einer der beiden Lateralseiten des Piezoaktuators (22) angeordnet.
Description
Piezoantrieb, insbesondere als automatisches Stellglied
für eine Fahrzeuakomponente
Die Erfindung betrifft einen Piezoantrieb, der insbesondere als automatisches Stellglied für eine Fahrzeugkomponente Einsatz finden soll und der insbesondere der Erzeugung eines haptischen Feedbacks bei einer Bedienvorrichtung dient. Piezoantriebe werden für die unterschiedlichsten Anwendungsfälle eingesetzt. Dabei wird die Längenveränderbarkeit eines piezoelektrischen Elements in einer Wirkrichtung bei elektrischer Ansteuerung ausgenutzt, um eine zu bewegende Komponente bzw. Einheit mechanisch anzuregen. Ein Anwendungsfall in der Au- tomobil-Industrie ist der Einsatz eines Piezoantriebs zur Erzeugung eines hapti- sehen Feedbacks bei einer Bedienvorrichtung. Eine derartige Bedienvorrichtung weist einen Touch-Screen oder ein Touch-Pad auf, der/das kurzzeitig bzw. im- pulsartig mechanisch angeregt wird, wenn eine valide manuelle Bedienung de- tektiert worden ist. Auf diese Weise stellt sich ein haptisches Feedback ein, mit dem dem Bediener taktil eine valide Betätigung rückgemeldet wird. Insbeson- dere betrifft die Erfindung einen Piezoaktuator mit einem Getriebe, der in Fach- kreisen auch als Piezoaktuator mit mechanischer Verstärkung bezeichnet wird.
Die Längenveränderbarkeit von Piezoaktuatoren bzw. von piezoelektrisch wir- kenden Elementen derartiger Aktuatoren ist groß genug, um taktil wahrgenom- men werden zu können, was aber oftmals applikationsbedingt nicht ausreichend ist. Um die Längenveränderung zu vergrößern, werden Piezoaktuatoren einge- setzt, die eine Vielzahl von aufeinandergestapelten piezoelektrischen Elementen (nachfolgend als Piezoelement bezeichnet) aufweisen. Ein derartiger Piezoaktu- ator wirkt mechanisch auf eine Bewegungsumsetzungskonstruktion bzw. ein entsprechendes Umsetzungsgetriebe, durch das eine geringe Längenverände- rung des Piezoaktuators in Wirkrichtung, die bei vergleichsweise hoher Kraft erfolgt, in eine größere Bewegung mit dementsprechend geringerer Kraft um gewandelt wird.
Beispiele für Piezoantriebe mit Umsetzungsgetriebe sind in DE-U-20 2008 017 833, US-B-6 246 132, US-A-4 952 835, WO-A-2017/1762019, US-B-9 523 294, EP-A-3 056 977, WO-A-2014/164018, WO-A-2016/067831, US-B-6 465 936, WO-A-2014/096565, US-A-2016/0 027 263, DE-A-10 2016 116 763, JP-A- 2008-287402, EP-A-1 035 015, DE-B-23 05 277, DE-C-42 14 220 und DE-B- 199 81 030 beschrieben.
Üblicherweise kommen zur Verbindung des Piezoaktuators mit der Umsetzungs- konstruktion Klebetechniken zum Einsatz. Diese sind in der Massenfertigung mit hohem Aufwand verbunden.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Piezoantrieb mit einem hinsichtlich seiner Herstellung und Fehleranfälligkeit verbesserten Piezoaktuator mit mechanischer Verstärkung zu schaffen.
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung einen Piezoantrieb vor, und zwar insbesondere als automatisches Stellglied für eine Fahrzeugkomponente, z.B. für die Erzeugung eines haptischen Feedbacks bei Bedienvorrichtungen, wobei der Piezoantrieb versehen ist mit
einem Piezoaktuator aus einem piezoelektrischen Material, wobei der Pie- zoaktuator eine Längserstreckung zwischen zwei Enden mit einander ab- gewandten Stirnseiten aufweist, die eine Wirkrichtung des Piezoaktuators definiert, längs derer der Piezoaktuator expandiert und kontrahiert, einem mit dem Piezoaktuator gekoppelten Umsetzungsgetriebe zum Um setzen einer in Wirkrichtung des Piezoaktuators erfolgenden Ausdehnung und einer anschließenden Kontraktion des Piezoaktuators in jeweils eine in einem Winkel von ungleich 0 Grad, insbesondere von 90 Grad zur Längserstreckung des Piezoaktuators gerichteten Bewegung,
wobei das Umsetzungsgetriebe einen elastischen Bügel und/oder einen Bügel mit einem elastischen Material aufweist, der zwei gegenüberlie- gende und voneinander beabstandete Aufnahmeschenkel und einen sich
zwischen diesen erstreckenden Verbindungsschenkel mit mindestens ei- nem bezogen auf die Position des Piezoaktuators von diesem weg gerich- teten oder in Richtung auf diesen gewölbten Abschnitt aufweist, und wobei der Piezoaktuator an seinen beiden Enden von den Aufnah- meschenkeln an diesen kleberfrei anliegend aufgenommen ist und der Verbindungsschenkel des Bügels seitlich des Piezoaktuators angeordnet ist.
Der Piezoaktuator des erfindungsgemäßen Antriebs ist bei elektrischer Ansteu- erung bezüglich seiner Wirkrichtung reversibel ausdehnbar und weist zwei von- einander abgewandte Enden und zwischen diesen ein oder eine Vielzahl von übereinandergestapelten Piezoelementen auf. Durch elektrische Ansteuerung des oder der Piezoelemente dehnt sich der Piezoaktuator in seiner Wirkrichtung aus. Wird die Ansteuerspannung deaktiviert, so kontrahiert der Piezoaktuator wieder, und zwar aufgrund seiner Elastizität. Als piezoelektrisch wirkendes Ma- terial hat sich die Verwendung von Keramiken durchgesetzt. Es lassen sich aber auch druckbare piezoelektrische Polymere verwenden, an denen aktuell noch geforscht wird.
Mit dem Piezoaktuator ist ein (Bewegungs-)Umsetzungsgetriebe gekoppelt, das eine Ausdehnung und eine anschließende Kontraktion des Piezoaktuators in (zu- einander entgegensetzte) Bewegungen umsetzt, die vorzugsweise 90° zur Längserstreckung des Piezoaktuators und damit rechtwinklig zur Richtung, in der sich der Piezoaktuator längenverändert, umsetzt. Andere Winkel als 90° zwischen der Richtung der Längenveränderung und der Bewegungsrichtung des Umsetzungsgetriebes, d.h. Winkel zwischen 90° und 0°, sind ebenso konstruk- tiv möglich. Als Umsetzungsgetriebe fungiert im einfachsten Fall ein Bügel, der elastisch ausgeführt ist. Die Elastizität des Bügels kann entweder konstruktiv oder durch Wahl des Materials realisiert werden. Der Bügel erstreckt sich zu- mindest innerhalb eines Abschnitts längs des Piezoaktuators in einem sich zu diesem verändernden Abstand. Der Bügel weist zwei gegenüberliegende und voneinander beabstandete Aufnahmeschenkel auf, zwischen denen sich ein Ver- bindungsschenkel des Bügels erstreckt. Im Wesentlichen ist also der Bügel in
Seitenansicht betrachtet U-förmig. Innerhalb seines Verbindungsschenkels be- findet sich der zuvor erwähnte Abschnitt, in dem sich der Abstand des Verbin- dungsschenkels zu einer zwischen den Aufnahmeschenkeln des Bügels verlau- fenden Längsachse verändert, und zwar ausgehend von einem ersten Abstands- wert (Abstand zur Längsachse des Piezoaktuators) vergrößert oder alternativ verkleinert.
Der Piezoaktuator ist zwischen den Aufnahmeschenkeln des Bügels des Umset- zungsgetriebes eingespannt gehalten. Dabei liegt der Piezoaktuator an seinen beiden Enden an den Aufnahmeschenkeln an bzw. ist von diesen aufgenommen, so dass sich der Verbindungsschenkel des Bügels im Wesentlichen seitlich neben dem Piezoaktuator erstreckt, und zwar mit sich insbesondere in dem zuvor ge- nannten Abschnitt veränderndem Abstand zu diesem. Wenn sich nun der Piezo- aktuator bei elektrischer Ansteuerung in Wirkrichtung ausdehnt, streckt sich dadurch der elastische Bügel, so dass sich der Abstand des besagten (Abstands- veränderung-)Abschnitts zum Piezoaktuator verändert. Diese Veränderung wird dann benutzt, um ein Element, eine Komponente oder eine Einheit o.dgl. zu bewegen.
Die Form des (Abstandsveränderungs-)Abschnitts des Verbindungsschenkels des Bügels zwischen dessen die Enden des Piezoaktuators umschließenden Auf- nahmeschenkeln (die gegebenenfalls Aufnahmeelemente aufweisen können) bestimmt die Größe des Bewegungshubs (und die Ausrichtung der Bewegung), den der Verbindungsabschnitt erfährt, und die Größe des Verhältnisses aus der Längenausdehnung des Piezoaktuators und dem Bewegungshub. Hier spielt z.B. eine Rolle, in welchem Winkel Bereiche des (Abstandsveränderungs-)Abschnitts relativ zur Längsachse des Piezoaktuators verlaufen (z.B. trapez- oder U-förmi- ger oder kreisbogenförmiger Verlauf des Abschnitts).
Erfindungsgemäß ist der Piezoaktuator nicht klebend mit den Aufnahmeschen- keln verbunden. Vielmehr ist der Piezoaktuator vorzugsweise im Wesentlichen formschlüssig von den Aufnahmeschenkeln aufgenommen und liegt an diesen an, ohne klebend mit ihnen verbunden zu sein. Dies gilt für die Stirnseiten des
Piezoaktuators. Falls erforderlich, liegen die an die Stirnseiten angrenzenden Abschnitte der Umfangsfläche des Piezoaktuators ebenfalls an den Aufnah- meschenkeln des oder der Bügel an. Diese Anlage ist ebenfalls kleberfrei. Bei- spielsweise können die Aufnahmeschenkel Aufnahmeelemente aufweisen, die eine entsprechende Aufnahmevertiefung aufweisen, in die die Enden des Piezo- aktuators eingetaucht sind.
Durch die erfindungsgemäße verklebungsfreie Kopplung der Enden des Piezo- aktuators mit den Aufnahmeschenkeln des Umsetzungsgetriebes wird erreicht, dass der Piezoaktuator vor Zugkräften geschützt ist, auf die piezokeramisches Material in der Regel sehr empfindlich reagiert. Würde sich also der erfindungs- gemäß eingesetzte Piezoaktuator ausgehend von der elektrisch nicht angesteu- erten Ruheposition unbeabsichtigt zusammenziehen, so ist dies bei der Erfin- dung gefahrlos möglich, da keine insoweit hinsichtlich des Kontrahierens feste Verbindung zwischen dem Piezoaktuator und den Aufnahmeschenkeln des Bü- gels besteht. Außerdem besteht so ein Schutz vor externen Missbrauchskräften, die nicht dazu führen können, dass der Piezoaktuator und die Piezoelemente auseinandergezogen werden.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Umsetzungsgetriebe einen weiteren Verbindungsschenkel aufweist, der dem anderen Verbindungsschenkel des Bügels gegenüberliegt und ebenfalls gewölbt ausgebildet ist, womit beide Verbindungsschenkel im Wesentlichen symmetrisch zueinander sind. Somit weist der weitere Verbindungsschenkel zu- mindest einen Abschnitt längs seiner Erstreckung zwischen den Aufnah- meschenkeln auf, in dem sich der Abstand des weiteren Verbindungsschenkels längs seiner Erstreckung zwischen den Aufnahmeschenkeln zu der zwischen den Aufnahmeschenkeln verlaufenden Längsachse ausgehend von einem dritten Ab- standswert zunächst bis zu einem vierten Abstandswert vergrößert - oder al- ternativ verkleinert. Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung weist das Umset- zungsgetriebe zwei auf gegenüberliegenden Lateralseiten des Piezoaktuators angeordnete Verbindungsschenkel auf, von denen jeder innerhalb mindestens eines Abschnitts einen sich bezüglich des Piezoaktuators verändernden Abstand
zu dem Piezoaktuator aufweist. Das Umsetzungsgetriebe weist also hier einen um den Piezoaktuator herum verlaufenden (Rahmen-)Bügel auf, in dem der Pie- zoaktuator angeordnet ist, wobei er mit seinen Enden am Rahmen, nämlich an den Aufnahmeschenkeln der Bügel anliegt. Im Bereich dieser Aufnahmeschenkel kann das Umsetzungsgetriebe Aufnahmeelemente aufweisen, die in die Aufnah- meschenkel eingepasst oder von diesen aufgenommen sind. Die Aufnah- meschenkel selbst können aber auch als beispielsweise die Enden des Piezoak- tuators an sämtliche Seiten umgreifenden Aufnahmeelementen ausgebildet sein.
Die beiden Verbindungsschenkel des Bügels des Umsetzungsgetriebes gemäß der zuvor genannten Weiterbildung der Erfindung können symmetrisch zueinan- der verlaufen, wobei die Mittellängsachse des Piezoaktuators in diesem Fall die Symmetrieachse bildet, oder aber auch nicht symmetrisch verlaufen.
Je nach Ausgestaltung und Formgebung sowie Verlauf der Verbindungsschenkel bzw. des Verbindungsschenkels des Bügels innerhalb des besagten Abstands- veränderungsabschnitts wird die Richtung und der Bewegungshub definiert, in der die Bewegung der Längenveränderung des Piezoaktuators umgesetzt wird.
In zweckmäßiger weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Bügel oval-, linsen- oder ellipsenförmig ausgebildet ist, wobei die Auf- nahmeschenkel an den Enden der längeren Achse des Ovals oder der Linse bzw. Ellipse angeordnet sind und die sich bezüglich ihrer Abstände zur Längsachse verändernden Abschnitte der Verbindungsschenkel die kleinere Achse des oval- , linsen- oder ellipsenförmigen Bügels definieren. Bei einer Ellipse bzw. Linse oder bei einem Oval können eine Hauptachse und eine Nebenachse definiert werden. Die Hauptachse ist der längere der beiden durch die Oval-, Linsen- bzw. Ellipsenform definierten Durchmesser. Entweder erstreckt sich der Piezoaktua- tor längs der Hauptachse oder der Nebenachse der Ellipsen- oder Ovalform. Dementsprechend liegen die Abstandsveränderungsabschnitte der beiden Bügel dann längs der Nebenachse oder längs der Hauptachse.
Vorzugsweise umschließen die Aufnahmeschenkel des Bügels die Enden des Pie- zoaktuators an zumindest zwei einander abgewandten Seiten und insbesondere allseitig.
Wie bereits oben erwähnt, können die beiden Aufnahmeschenkel des Bügels Aufnahmeelemente aufweisen, in deren Aufnahmevertiefungen die Enden des Piezoaktuators eingetaucht sind. Diese Aufnahmeelemente sind zweckmäßiger- weise mittels mechanischer Befestigungselemente wie Schrauben, Stifte, Nieten o.dgl. mit den Aufnahmeschenkeln der Bügel verbunden.
Zweckmäßig ist es, wenn für die Herstellung des Umsetzungsgetriebes keine Druckguss- oder Fräsprozesse erforderlich sind. Insoweit von Vorteil ist es, wenn das Umsetzungsgetriebe aus einem gestanzten, geschnittenen oder gela- serten Metall hergestellt wird. Hier bietet es sich mit Vorteil an, wenn der Bügel als zwei einander abgewandte Enden aufweisendes Metallstreifenelement aus- gebildet ist, das bei Ansicht von der Seite betrachtet C-förmig gebogen ist, wo bei ein in Längserstreckung des Metallstreifenelements liegender Mittelabschnitt den einen Aufnahmeschenkel des Bügels und die beiden Enden des Metallstrei- fenelements den zweiten Aufnahmeschenkel des Bügels bilden oder zwischen diesen beiden Enden des Metallstreifenelements ein den Aufnahmeschenkel des Bügels bildendes Aufnahmeelement angeordnet ist. Seitlich des Mittelabschnitts können zwei gegenüberliegende Laschen angeordnet sein, die, in gleicher Rich- tung abgewinkelt, zusammen mit dem Mittelabschnitt eine allseitig an dem ei- nen Ende des Piezoaktuators anliegende Aufnahme bilden. Solche Laschen kön- nen auch an einem der Enden des Metallstreifenelements vorgesehen sein, wo sie nach Abwinklung in gleicher Richtung zusammen mit zumindest einem der beiden Enden eine Aufnahme an dem anderen Aufnahmeschenkel des Bügels für das andere Ende des Piezoaktuators bilden.
Wie bereits oben erwähnt, sollte der Piezoaktuator im Umsetzungsgetriebe bzw. in dem Bügel eingespannt gehalten sein, um den Bügel bereits bei geringsten Längenveränderungen zu strecken. Diesbezüglich ist mit Vorteil vorgesehen,
dass der Bügel ein Spannelement aufweist, das an einem der beiden Aufnah- meschenkel angeordnet ist und zur Definition seiner Anlage an der Stirnseite eines der Enden des Piezoaktuators sowie der dabei auf den Piezoaktuator auf- gebrachten Andrückkraft in Richtung des Verlaufs der Verbindungsachse positi- onierbar und in seiner Position an dem Aufnahmeschenkel fixierbar ist.
Bei diesem Spannelement handelt es sich vorteilhafterweise um eine Einstei I- schraube, deren Gewindeschaftende auf eines der stirnseitigen Enden des Pie- zoaktuators einwirkt oder aber auf ein dieses Ende aufnehmendes Aufnahme- element einwirkt, um diese in Richtung gegen den Piezoaktuator zu bewe- gen/drücken.
Wie oben erwähnt, kann das Umsetzungsgetriebe einen entsprechend geboge- nen oval-, linsen- oder ellipsenförmigen Metallstreifen aufweisen. Der Metall- streifen wird bezogen auf seinen Mittenabschnitt umgebogen. Dieser Mittenab- schnitt bildet dann eine Aufnahme für das eine Ende des Piezoaktuators. Die freien Enden des Metallstreifenelements sind umgebogen, um eine zweite Auf- nahme für das andere Ende des Piezoaktuators zu bilden. Diese beiden Enden des Metallstreifenelements können mit Hilfe einer Schraube untereinander ver- bunden bzw. zusammengehalten werden. Diese Schraube kann bei einer vor- teilhaften Ausgestaltung der Erfindung dann auch die Funktion der zuvor be- schriebenen Einstellschraube zur Aufbringung einer Vorspannung auf den Pie- zoaktuator ausüben.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand zweier Ausführungsbeispiele und unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Im Einzelnen zeigen dabei :
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Fahrzeugbedieneinheit von vorne mit einem Touch-Pad bzw. Touch-Screen, der zur Erzeugung eines haptischen Feedbacks und damit zur taktilen Rückmeldung einer ma nuellen Berührungseingabe von einem Piezoantrieb impulsartig ange- regt wird,
Fign. 2 bis 5
verschiedene Darstellungen der Komponenten eines ersten Ausfüh- rungsbeispiels eines in der Bedieneinheit nach Fig. 1 einsetzbaren Pie- zoantriebs und
Fign. 6 bis 8
verschiedene Darstellungen von Komponenten eines zweiten Ausfüh- rungsbeispiels eines Piezoantriebs, der bei der Bedieneinheit nach Fig. 1 einsetzbar ist.
In Fig. 1 ist in Vorderansicht eine Bedieneinheit 10 für ein Fahrzeug gezeigt, bei der das Bedienelement 12 als Touch-Screen oder Touch-Pad ausgebildet ist, an dem eine gültige Bedienbefehleingabe durch eine impulsartige mechanische An- regung taktil zurückgemeldet wird (haptisches Feedback). Zu diesem Zweck weist die Bedieneinheit 10 einen Piezoantrieb 14 auf, der z.B. zwischen der Ge- häusewand 17 des Gehäuses 16 der Bedieneinheit 10 und dessen Bedienele- ment 12 angeordnet und wirksam ist. Neben dem Bedienelement 12 mit berüh- rungssensitiver Eingabemöglichkeit kann die Bedieneinheit 10 beispielsweise noch andere Bedienelemente wie beispielsweise Tasten 18 und/oder einen Dreh- steller 20 aufweisen.
Ein erstes Ausführungsbeispiel für den Piezoantrieb 14 ist in den Fign. 2 bis 5 gezeigt. Der Piezoantrieb 14 ist mit einem Piezoaktuator 22 versehen, das einen Stapel aus einzelnen Piezoelementen 24 aufweist. Die elektrische Kontaktierung dieser Piezoelemente 24 ist in den Figuren übersichtlichkeitshalber nicht ge- zeigt. Der Piezoantrieb 14 weist ferner einen Metallbügel 26 auf, der in diesem Ausführungsbeispiel mit zwei Aufnahmeschenkeln 28, 30 versehen ist, von de- nen die Enden 32, 34 des Piezoaktuators 22 mit deren einander abgewandten Stirnseiten 33,35 aufgenommen sind. Zu diesem Zweck liegt an dem ersten Aufnahmeschenkel 28 ein Aufnahmeelement 36 an, das, wie insbesondere in Fig. 4 zu erkennen ist, eine Aufnahmevertiefung 38 für das betreffende Ende 32 des Piezoaktuators 22 aufweist. Der andere Aufnahmeschenkel 30 ist als ein
weiteres Aufnahmeelement 40 ausgebildet, das ebenfalls eine Aufnahmevertie- fung 42 für das andere Ende 34 des Piezoaktuators 22 aufweist. Beide Aufnah- meelemente 36, 40 sind mittels Schrauben 44 an dem Bügel 26 befestigt.
Zwischen den Aufnahmeschenkeln 28, 30 des Bügels 26 erstrecken sich in die- sem Ausführungsbeispiel zwei Verbindungsschenkel 46, 48, von denen der Ver- bindungsschenkel 46 auf der einen Lateralseite des Piezoaktuators 22 angeord- net ist, während sich der andere Verbindungsschenkel 48 dem zuvor genannten ersten Verbindungschenkels 46 gegenüberliegend auf der gegenüberliegenden Lateralseite des Piezoaktuators 22 angeordnet ist. Die Besonderheit der beiden Verbindungsschenkel 46, 48 besteht darin, dass jeder über einen Verbindungs- abschnitt 50 bzw. 52 verfügt, innerhalb dessen sich der Abstand des jeweiligen Verbindungsschenkels 46 zum Piezoaktuator 22 verändert, und zwar in diesem Ausführungsbeispiel vergrößert und von dort aus wieder verkleinert. Jeder Ver- bindungsabschnitt 50 weist also sozusagen einen Scheitelpunktbereich 54, 56 auf, der am weitesten entfernt vom Piezoaktuator ist. Die beiden Verbindungs- schenkel 46, 48 verlaufen also bezogen auf den Piezoaktuator 22 von diesem aus betrachtet vorgewölbt, könnten aber auch in entgegengesetzter Richtung gewölbt sein. Auch ist es möglich, dass der eine Verbindungsschenkel konvex, also von dem Piezoaktuator 22 weggerichtet gewölbt ist, während der andere Verbindungsschenkel konkav, also in Richtung auf den Piezoaktuator 22 gewölbt ist.
Innerhalb der Scheitelpunktbereiche 54, 56 ist der Bügel 26, wie in Fig. 1 ange- deutet, einerseits am Bedienelement 12 und andererseits am Gehäuse 16 be- festigt. Hierzu dienen z.B. Schrauben 57.
Bei Anlegen einer elektrischen Spannung an den Piezoaktuator 22 dehnt sich dieses in Längserstreckung, also in Erstreckung der Achse 58 aus. Als Folge davon bewegen sich die Abschnitte 50, 52 der Verbindungsschenkel 46, 48 in Richtung auf den Piezoaktuator 22 zu. Hierdurch würde also, bezogen auf die Anwendung gemäß Fig. 1, das Bedienelement 12 in Richtung des Pfeils 60 be- wegt, um dann, wenn keine Spannung mehr am Piezoaktuator 22 anliegt, sich
wieder zurückzubewegen und zwar in Richtung des Pfeils 62. Während dieses Vorgangs dehnt sich also der Piezoaktuator 22 zunächst aus und ziehen sich die Verbindungsschenkel 46, 48 zusammen (siehe die Pfeile 64 und 65 in Fig. 1), um sich dann bei nicht mehr anliegender Spannung zusammenzuziehen. Der Bügel 26 mit den Verbindungsschenkeln 46, 48 bildet also ein Bewegungs- umsetzungsgetriebe 70.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Konstruktion des Piezoantriebs 14 besteht nun darin, dass der Piezoaktuator 22 an seinen beiden Enden 32, 34 in den Aufnahmevertiefungen 38, 42 an den Aufnahmeelementen 36, 40 anliegt, ohne dort verklebt zu sein. Die Enden 32, 34 des Piezoaktuators 22 sollten im elektrisch nicht angeregten Zustand des Piezoaktuators 22 die Böden der Auf- nahmevertiefungen 38, 42 kontaktieren, bzw. sollte der Piezoaktuator 22 in sei- ner Ruheposition in dem Bügel 26 eingespannt gehalten sein. Hierzu dient ein Spannelement 66, das in diesem Ausführungsbeispiel die Form einer Spann- schraube 68 aufweist, die beispielsweise wie in Fig. 4 gezeigt, mit ihrem Schaf- tende 71 an einem der Enden (in diesem Ausführungsbeispiel an dem Ende 32) des Piezoaktuators 22 anliegt.
Die Konstruktion des Bügels 26 ist anhand der Fign. 4 und 5 zu erkennen. Auf einfache Art und Weise ist dieser Bügel 26 als Metallstreifenelement 72 ausge- bildet, dessen, in Längserstreckung betrachtet, Mittelabschnitt 74 den ersten Aufnahmeschenkel 28 bildet. Beidseitig dieses Mittelabschnitts 74 befinden sich die Abschnitte 76, 78 für die beiden Verbindungsschenkel 46, 48. Innerhalb die- ser beiden Abschnitte 76, 78 befindet sich dann auch derjenige Bereich für die Scheitelpunktbereich 54, 56. Der Vorteil der Ausgestaltung des Bügels 26 ge- mäß den Fign. 4 und 5 besteht in der Möglichkeit der Herstellung des Bügels als Metallstanzteil. Es sind also keine Guss- bzw. Fräsprozesse zur Herstellung des Bügels 26 erforderlich.
Wie insbesondere anhand der Fign. 2 und 5 zu erkennen ist, hat der Bügel 26 im Wesentlichen die Form einer Ellipse bzw. eines Ovals. Innerhalb des Verbin-
dungsschenkels 46 verläuft dessen Verbindungsabschnitt 50 ausgehend von ei- nem ersten Abstandswert (siehe bei 80 in Fig. 5 den Abstand des Verbindungs- abschnitts 50 von dem Piezoaktuator 22) bis zu einem größeren zweiten Ab- standswert (siehe bei 82 in Fig. 5 den Abstand des Scheitelpunktbereichs 54 vo dem Piezoaktuator 22), der im Bereich der Scheitelpunktbereiche 54, 56 des betreffenden Verbindungsschenkels liegt, um von dort aus dann wieder auf ei- nen verringerten weiteren Abstandswert (siehe ebenfalls in Fig. 5 bei 84 den Abstand, der in diesem Ausführungsbeispiel gleich dem Abstandswert bei 80 ist) zurückzugehen, der z.B. gleich dem ersten Abstandswert sein kann. Damit ent- steht z.B. eine symmetrische Formgebung des Bügels 26, wenn beide Verbin- dungsschenkel 46, 48 entsprechend geformt sind, was aber für die Erfindung nicht zwingend erforderlich ist. So könnten die beiden Verbindungsschenkel 46, 48 auch nicht symmetrisch zueinander geformt sein. So kann der Abstand des Verbindungsschenkels 48 zu Beginn des Verbindungsabschnitts 52 (siehe bei 81 in Fig. 5) gleich oder verschieden sein von dem Abstandswert 80 des Verbin- dungsabschnitts 50. Der (vierte) Abstandswert 83 im Scheitelpunktbereich 56 (siehe bei 83 in Fig. 5) kann gleich oder verschieden von dem Abstand 82 sein. Der Abstandswert 85 des Verbindungsabschnitts 52 kann verschieden von dem Abstandswert 84 des Verbindungsabschnitts 50 sein.
In den Fign. 6 bis 8 ist ein zweites Ausführungsbeispiel eines Piezoantriebs 14' gemäß der Erfindung gezeigt. Soweit die Einzelteile diese Piezoantriebs 14' kon- struktions- bzw. funktionsgleich zu den Elementen des Piezoantriebs 14 der Fign. 2 bis 5 sind, sind sie in den Fign. 6 bis 8 mit den gleichen Bezugszeichen wie in den Fign. 2 bis 5 gekennzeichnet.
Wie in dem Ausführungsbeispiel gemäß den Fign. 2 bis 5 ist auch beim Piezo- antrieb 14' der Fign. 6 bis 8 der Bügel 26 als gebogenes Metallstreifenelement 72 ausgeführt. Während allerdings bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den Fign. 2 bis 5 die Aufnahmeschenkel mit separaten Aufnahmeelementen 36, 40 versehen sind, sind im Ausführungsbeispiel der Fign. 6 bis 8 diese Aufnahme- elemente 36, 40 mit Hilfe von einzelnen umbiegbaren Laschen des Metallstrei-
fenelements 72 gebildet. So weist das Metallstreifenelement 72 im Mittelab- schnitt 74 zwei lateral angeordnete Biegelaschen 86 auf. Zwei weitere Biegela- schen 88 sind an einem der beiden Ende 90, 92 des Metallstreifenelements 72 ausgebildet. An beiden Enden 90, 92 befinden sich dann noch weitere, in diesem Ausführungsbeispiel kleinere Biegelaschen 94, wie in Fig. 7 gezeigt.
Im vollständig gebogenen und damit im Endzustand des Metallstreifenelements 72 hat dieses die Form des Bügels 26 gemäß den Fign. 6 und 7. Wie die einzel- nen Biegelaschen in diesem Fall geformt sind, ergibt sich aus Fig. 8. Die beiden Enden 90, 92 des Metallstreifenelements 72 sind ferner mit jeweils einem Loch 96 versehen. Im gebogenen Zustand fluchten diese beiden Löcher 96, indem die beiden Enden 90, 92 des Metallstreifenelements Übereinanderliegen, wie Fig. 8 zeigt. Durch die miteinander fluchtenden Löcher 96 erstreckt sich eine Spann- schraube 68 als Spannelement 66, die z.B. mit einer innen am Aufnahmeschen- kel 30 anliegenden Schraubenmutter (nicht gezeigt) oder Element mit Innenge- windebohrung für die Spannschraube 68 in Gewindeeingriff steht.
Abschließend sei noch darauf hingewiesen, dass die Bügel bzw. Metallstreifen an den Biegelinien (siehe z. B. die Fign. 2 und 6), die nach Art von Gelenken wirken, mit Prägungen oder Sicken versehen und damit wie Filmscharniere aus- gebildet sein können.
BEZUGSZEICHENLISTE Bedieneinheit
Bedienelement
Piezoantrieb
' Piezoantrieb
Gehäuse
Gehäusewand
Tasten
Drehsteller
Piezoaktuator
piezoelektrisches Element (Piezoelement) Metallbügel
Aufnahmeschenkel
Aufnahmeschenkel
Ende des Piezoaktuators
Stirnseite des Piezoaktuators
Ende des Piezoaktuators
Stirnseite des Piezoaktuators
Aufnahmeelement
Aufnahmevertiefung
Aufnahmeelement
Aufnahmevertiefung
Schrauben
Verbindungsschenkel
Verbindungsschenkel
Verbindungsabschnitt
Verbindungsabschnitt
Scheitelpunktbereich
Scheitelpunktbereich
Schrauben
Achse
Pfeil
Pfeil
Pfeil
Pfeil
Spannelement
Spannschraube
Bewegungsumsetzungsgetriebe Schaftende
Metallstreifenelement
' Metallstreifenelement
Mittelabschnitt
Abschnitte
Abschnitte
erster Abstandswert
dritter Abstandswert
zweiter Abstandswert vierter Abstandswert weiterer Abstand
weiterer Abstand
Biegelaschen
Biegelaschen
Ende
Ende
Biegelaschen
Loch
DRUCKSCHRIFTEN ZUM STAND DER TECHNIK
DE-U-20 2008 017 833
DE-A-10 2016 116 763
DE-B-23 05 277
DE-C-42 14 220
DE-B-199 81 030
EP-A-1 035 015
EP-A-3 056 977
WO-A-2014/096565
WO-A- 2017/1762019
WO-A-2014/164018
WO-A-2016/067831
US-A-2016/0 027 263
US-B-6 246 132
US-A-4 952 835
US-B-9 523 294
US-B-6 465 936
JP-A- 2008- 287402
Claims
1. Piezoantrieb, insbesondere als automatisches Stellglied für eine Fahrzeug- komponente, z.B. für die Erzeugung eines haptischen Feedbacks bei Bedi- envorrichtungen, mit
einem Piezoaktuator (22) aus einem piezoelektrischen Material, wobei der Piezoaktuator (22) eine Längserstreckung zwischen zwei Enden (32, 34) mit einander abgewandten Stirnseiten (33, 35) aufweist, die eine Wirkrichtung des Piezoaktuators (22) definiert, längs derer der Piezoaktuator (22) expandiert und kontrahiert,
einem mit dem Piezoaktuator (22) gekoppelten Umsetzungsgetriebe (70) zum Umsetzen einer in Wirkrichtung des Piezoaktuators (22) er- folgenden Ausdehnung und einer anschließenden Kontraktion des Pie- zoaktuators (22) in jeweils eine in einem Winkel von ungleich 0 Grad, insbesondere von 90 Grad zur Längserstreckung des Piezoaktuators (22) gerichteten Bewegung,
wobei das Umsetzungsgetriebe (70) einen elastischen Bügel (26) und/oder einen Bügel (26) mit einem elastischen Material aufweist, der zwei gegenüberliegende und voneinander beabstandete Aufnah- meschenkel (28, 30) und einen sich zwischen diesen erstreckenden Verbindungsschenkel (46, 48) mit mindestens einem bezogen auf die Position des Piezoaktuators (22) von diesem weg gerichteten oder in Richtung auf diesen gewölbten Abschnitt (50, 52) aufweist, und wobei der Piezoaktuator (22) an seinen beiden Enden (32, 34) von den Aufnahmeschenkeln (28, 30) an diesen kleberfrei anliegend aufgenom- men ist, wobei der Verbindungsschenkel (46, 48) des Bügels (26) seit- lich des Piezoaktuators (22) angeordnet ist.
2. Piezoantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Ab- stand des Verbindungsschenkels (46, 48) längs seiner Erstreckung zwi- schen den Aufnahmeschenkeln (28, 30) des Bügels (26) ausgehend von einem ersten Abstandswert (80) bis zu einem zweiten Abstandswert (82) vergrößert - oder alternativ verkleinert.
3. Piezoantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Ab- stand des Verbindungsschenkels (46, 48) längs seiner Erstreckung zwi- schen den Aufnahmeschenkeln (28, 30) des Bügels (26) ausgehend von dem zweiten Abstandswert (82) wieder verkleinert - oder alternativ ver- größert, und zwar insbesondere bis zum ersten Abstandswert (80).
4. Piezoantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Umsetzungsgetriebe (70) einen weiteren Verbindungsschenkel (46, 48) aufweist, der dem anderen Verbindungsschenkel (46, 48) des Bügels (26) gegenüberliegt und ebenfalls gewölbt ausgebildet ist.
5. Piezoantrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Verbindungsschenkel (46, 48) im Wesentlichen symmetrisch zueinander sind.
6. Piezoantrieb nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Abstand des weiteren Verbindungsschenkels (46, 48) längs seiner Er- streckung zwischen den Aufnahmeschenkeln (28, 30) des Bügels (26) aus- gehend von einem dritten Abstandswert (80) bis zu einem vierten Ab- standswert (82) vergrößert - oder alternativ verkleinert.
7. Piezoantrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Ab- stand des weiteren Verbindungsschenkels (46, 48) des Bügels (26) längs seiner Erstreckung zwischen den Aufnahmeschenkeln (28, 30) zu der zwi- schen den Aufnahmeschenkeln (28, 30) verlaufenden Längsachse ausge- hend von dem vierten Abstandswert (83) wieder verkleinert oder alternativ vergrößert, und zwar bis zum dritten Abstandswert (81).
8. Piezoantrieb nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Verbindungsschenkel (46, 48), bezogen auf die zwischen den beiden Aufnahmeschenkeln (28, 30) verlaufende Längsachse symmet-
risch sind oder dass der erste Abstandswert (80) ungleich dem dritten Ab- standswert (81) und, sofern gegeben, der zweite Abstandswert (82) un- gleich dem ggf. gegebenen vierten Abstandswert (83) ist.
9. Piezoantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Bügel (26) oval-, linsen- oder ellipsenförmig ausgebildet ist, wobei die Aufnahmeschenkel (28, 30) an den Enden der längeren Achse des Ovals, der Linse oder der Ellipse angeordnet sind und die kleinere Achse des oval-, linsen- oder ellipsenförmigen Bügels (26) im Bereich der die sich bezüglich ihrer Abstände zur Längsachse verändernden Abschnitte (50, 52) der Verbindungsschenkel (46, 48) liegt.
10. Piezoantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeschenkel (28, 30) des Bügels (26) die Enden des Piezo- aktuators (22) an zumindest zwei einander abgewandten Seiten und ins- besondere allseitig umschließen.
11. Piezoantrieb nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Aufnahmeschenkel (28, 30) und insbesondere beide Aufnah- meschenkel (28, 30) mittels Befestigungselementen mit dem oder den Verbindungsschenkeln (46, 48) verbundene Aufnahmeelemente aufweist bzw. aufweisen.
12. Piezoantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Bügel (26) als zwei einander abgewandte Enden aufweisendes Metallstreifenelement (72, 72') ausgebildet ist, das bei Ansicht von der Seite betrachtet C-förmig gebogen ist, wobei ein in Längserstreckung des Metallstreifenelements (72, 72') liegender Mittelabschnitt (74) den einen Aufnahmeschenkel (28, 30) des Bügels (26) und die beiden Enden des Me- tallstreifenelements (72, 72') den zweiten Aufnahmeschenkel (28, 30) des Bügels (26) bilden oder zwischen diesen beiden Enden des Metallstreifen- elements (72, 72') ein den Aufnahmeschenkel (28, 30) des Bügels (26) bildendes Aufnahmeelement angeordnet ist.
13. Piezoantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Bügel (26) ein Spannelement (66) aufweist, das an einem der beiden Aufnahmeschenkel (28, 30) angeordnet ist und zur Definition seiner Anlage an der Stirnseite eines der Enden des Piezoaktuators (22) sowie der dabei auf den Piezoaktuator (22) aufgebrachten Andrückkraft in Rich- tung des Verlaufs der Achse (58) des Piezoaktuators (22) positionierbar und in seiner Position an dem Aufnahmeschenkel (28, 30) fixierbar ist.
14. Piezoantrieb nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Spann- element (66) eine Einstellschraube (68) ist oder von einer Einstellschraube (68) positionierbar ist.
15. Piezoantrieb nach den Ansprüchen 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellschraube (68) zusätzlich auch die beiden sich überlappen- den und einen Anlageschenkel des Bügels (26) bildenden Enden des als Bügel (26) gebogenen Metallstreifenelements (72, 72') untereinander ver- bindet.
16. Piezoantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Piezoaktuator (22) ein piezoelektrisches Element (24) oder eine Vielzahl von in Wirkrichtung des Piezoaktuators (22) gestapelte piezoelekt- rische Elemente (24) aufweist.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102018119063 | 2018-08-06 | ||
| PCT/EP2019/070684 WO2020030507A1 (de) | 2018-08-06 | 2019-07-31 | Piezoantrieb, insbesondere als automatisches stellglied für eine fahrzeugkomponente |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EP3834280A1 true EP3834280A1 (de) | 2021-06-16 |
Family
ID=67660059
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EP19755296.1A Withdrawn EP3834280A1 (de) | 2018-08-06 | 2019-07-31 | Piezoantrieb, insbesondere als automatisches stellglied für eine fahrzeugkomponente |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20210296563A1 (de) |
| EP (1) | EP3834280A1 (de) |
| JP (1) | JP2021533720A (de) |
| KR (1) | KR20210040384A (de) |
| CN (1) | CN112602263A (de) |
| WO (1) | WO2020030507A1 (de) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102020103476B4 (de) | 2020-02-11 | 2023-06-01 | Bürkert Werke GmbH & Co. KG | Ventilantrieb und Ventil |
| CN115733387A (zh) * | 2022-11-02 | 2023-03-03 | 瑞声光电科技(常州)有限公司 | 一种压电线性马达及电子设备 |
| CN115987242A (zh) * | 2023-01-18 | 2023-04-18 | 瑞声光电科技(常州)有限公司 | 压电振动器和压电振动器组件 |
| DE102024125667A1 (de) | 2023-09-06 | 2025-03-06 | BHTC GmbH | Befehlseingabevorrichtung für ein Fahrzeug |
| KR102713363B1 (ko) * | 2023-09-25 | 2024-10-07 | 주식회사 인세라솔루션 | 2차원 방향으로 변위를 발생시키는 압전 구동 장치를 포함하는 고속 조향 미러 장치, 및 그 동작 방법 |
| DE102024105795B3 (de) * | 2024-02-29 | 2025-05-15 | Tdk Electronics Ag | Vorrichtung zur Erzeugung einer haptischen Rückmeldung |
| DE102024120366A1 (de) * | 2024-07-18 | 2026-01-22 | Tdk Electronics Ag | Haptikvorrichtung |
| CN117890050B (zh) * | 2024-03-15 | 2024-06-21 | 中北大学 | 一种适用于飞行器的自驱动复合式多源振动传感器 |
Family Cites Families (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4952835A (en) | 1988-12-27 | 1990-08-28 | Ford Aerospace Corporation | Double saggital push stroke amplifier |
| DE4214220A1 (de) | 1992-04-30 | 1993-11-04 | Jenoptik Jena Gmbh | Anordnung zur piezoelektrischen betaetigung eines x-y-positioniertisches |
| US6246132B1 (en) | 1998-01-26 | 2001-06-12 | Energen, Inc. | Magnetostrictive actuator |
| US6465936B1 (en) | 1998-02-19 | 2002-10-15 | Qortek, Inc. | Flextensional transducer assembly and method for its manufacture |
| DE29810313U1 (de) | 1998-06-09 | 1998-08-13 | Hesse & Knipps GmbH, 33100 Paderborn | Vorschubeinheit |
| JP3004644B1 (ja) | 1999-03-03 | 2000-01-31 | 株式会社コミュータヘリコプタ先進技術研究所 | ロ―タブレ―ドのフラップ駆動装置 |
| JP2008287402A (ja) | 2007-05-16 | 2008-11-27 | Sony Corp | タッチパネルディスプレイ装置およびタッチパッド並びに電子機器 |
| EP2123537A1 (de) | 2008-05-21 | 2009-11-25 | C.R.F. Società Consortile per Azioni | Griffelement mit haptischer Rückmeldung |
| FR3000301B1 (fr) | 2012-12-20 | 2015-02-06 | Dav | Actionneur piezo-electrique et procede de fabrication associe |
| CN205810862U (zh) | 2013-03-11 | 2016-12-14 | 苹果公司 | 便携式电子设备及用于便携式电子设备的振动器组件 |
| JP6037039B2 (ja) | 2013-10-08 | 2016-11-30 | 株式会社村田製作所 | 触覚提示装置 |
| KR101588771B1 (ko) | 2014-05-12 | 2016-01-26 | 현대자동차 주식회사 | 압전 액츄에이터를 이용한 밸브 구동장치 |
| US9866149B2 (en) | 2014-07-28 | 2018-01-09 | Immersion Corporation | Method and apparatus for enabling floating touch screen haptics assemblies |
| JP6137418B2 (ja) | 2014-10-27 | 2017-05-31 | 株式会社村田製作所 | 振動装置 |
| EP3439482A4 (de) | 2016-04-04 | 2019-09-18 | Optifreeze AB | Verfahren mit pef-behandlung und trocknung |
| DE102016116763A1 (de) | 2016-09-07 | 2018-03-08 | Epcos Ag | Vorrichtung zur Erzeugung einer haptischen Rückmeldung |
-
2019
- 2019-07-31 CN CN201980052503.4A patent/CN112602263A/zh active Pending
- 2019-07-31 EP EP19755296.1A patent/EP3834280A1/de not_active Withdrawn
- 2019-07-31 JP JP2021506448A patent/JP2021533720A/ja active Pending
- 2019-07-31 KR KR1020217004011A patent/KR20210040384A/ko not_active Withdrawn
- 2019-07-31 US US17/266,052 patent/US20210296563A1/en not_active Abandoned
- 2019-07-31 WO PCT/EP2019/070684 patent/WO2020030507A1/de not_active Ceased
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20210296563A1 (en) | 2021-09-23 |
| WO2020030507A1 (de) | 2020-02-13 |
| CN112602263A (zh) | 2021-04-02 |
| KR20210040384A (ko) | 2021-04-13 |
| JP2021533720A (ja) | 2021-12-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| WO2020030507A1 (de) | Piezoantrieb, insbesondere als automatisches stellglied für eine fahrzeugkomponente | |
| EP0799502B1 (de) | Piezoaktuatorisches antriebs- bzw. verstellelement | |
| DE102009012626B4 (de) | Linearführung mit Bremseinrichtung | |
| DE102016104803B4 (de) | Piezoelektrischer Schreitantrieb | |
| DE102018108061A1 (de) | Vorrichtung zur Erzeugung einer haptischen Rückmeldung | |
| DE4231734A1 (de) | Piezoelektrische einrichtung | |
| EP3417177A1 (de) | Hydraulischer aktor, roboterarm, roboterhand und verfahren zum betrieb | |
| DE102014116120A1 (de) | Membranaktor sowie Verfahren zur Herstellung eines Membranaktors | |
| EP3505270A1 (de) | Setzeinheit für eine stanznietvorrichtung, stanznietvorrichtung und verfahren zum herstellen einer solchen | |
| EP3455495B1 (de) | Bistabile aktorvorrichtung mit einem formgedächtniselement | |
| DE102018218637B3 (de) | Elektroaktive Polymeraktuatoreinrichtung | |
| DE102017127745B4 (de) | Vorgespannter Trägheitsantrieb | |
| DE102019118426A1 (de) | Antriebsvorrichtung und -verfahren zur linearen oder rotatorischen Positionierung | |
| EP2979007B1 (de) | Einheit mit steuerplatte | |
| EP2656407A1 (de) | Aktor, aktorsystem und ansteuerung eines aktors | |
| EP3847702B1 (de) | Fahrzeug-bedieneinheit mit taktiler rückmeldung | |
| WO2015032488A1 (de) | Optische baugruppe mit einer monolithischen fassung mit in einer gleichen richtung wirkenden stellschrauben | |
| DE102013103059A1 (de) | Optische Linsenanordnung mit einem verformbaren Linsenkörper | |
| DE102008001232A1 (de) | Elektrodenkamm, mikromechanisches Bauteil und Herstellungsverfahren für einen Elektrodenkamm und für ein mikromechanisches Bauteil | |
| DE102019206099A1 (de) | Vorrichtung zum Befestigen eines ersten Bauteils an einem zweiten Bauteil und zum Verpressen einer Dichtungsanordnung zwischen dem ersten Bauteil und einem dritten Bauteil | |
| DE102018202478A1 (de) | Verfahren zur Bildung eines hart verschraubbaren Sandwich-Verbundwerkstoffbauteils, Kfz-Batteriegehäuse mit einem Sandwich-Verbundwerkstoffbauteil und Sandwich-Verbundwerkstoffbauteilanordnung | |
| EP4146585B1 (de) | Drehfederelement | |
| EP3926180B1 (de) | Befestigungsanordnung mit einem befestigungselement mit einem elektroaktiven polymeraktuator | |
| DE102011117778B3 (de) | Bauteil mit veränderbarer Nachgiebigkeit und Federkonstante bei einer Biegung | |
| DE60301818T2 (de) | Elektrostatischer Mikroantriebsvorrichtung und Installation mit solchen Vorrichtungen |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| STAA | Information on the status of an ep patent application or granted ep patent |
Free format text: STATUS: UNKNOWN |
|
| STAA | Information on the status of an ep patent application or granted ep patent |
Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE |
|
| PUAI | Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase |
Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012 |
|
| STAA | Information on the status of an ep patent application or granted ep patent |
Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE |
|
| 17P | Request for examination filed |
Effective date: 20210210 |
|
| AK | Designated contracting states |
Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR |
|
| DAV | Request for validation of the european patent (deleted) | ||
| DAX | Request for extension of the european patent (deleted) | ||
| STAA | Information on the status of an ep patent application or granted ep patent |
Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN |
|
| 18D | Application deemed to be withdrawn |
Effective date: 20210928 |