DE4329163A1 - Piezoelektrische Antriebseinheit - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine piezoelektrische Antriebseinheit, die bei ihrem Betrieb eine Folge linearer Relativbewegungsschritte zwischen einem langgestreckten Antriebsgegenstück und der Antriebseinheit liefert, mit einem piezoelektrischen Antriebselement; mit zwei im Wechsel zu aktivierenden Klemmeinrichtungen zur Schaffung von Klemmeingriff mit dem Antriebsgegenstück; wobei jede der Klemmeinrichtungen mindestens einen Klemmkörper mit einer Klemmfläche und einen elektrischen Klemmbetätiger aufweist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die piezoelektrische Antriebseinheit so auszubilden, daß sich die Klemmverbindungen für den betreffenden Einsatzzweck optimieren lassen.

Gemäß einer ersten Lösung dieser Aufgabe ist zum Umsetzen der Betätigungsbewegung des Klemmbetätigers in die Klemmbewegung des Klemmkörpers eine Schrägfläche vorgesehen. Diese Schrägfläche liegt irgendwo in der Kraftübertragungskette zwischen dem Klemmbetätiger und dem Klemmkörper. Je nach Größe der Schrägstellung der Schrägfläche kann man - bei vorgegebenem Hub und vorgegebener Kraft des Klemmbetätigers - eine Vergrößerung oder Verkleinerung des Klemmwegs oder eine Vergrößerung oder Verkleinerung der Klemmkraft erzielen.

Gemäß einer zweiten Lösung der Aufgabe ist eine Klemmeinrichtung vorgesehen, die mindestens einen relativ zu dem Antriebsgegenstück schräggestellten Klemmkörper aufweist, der so angeordnet ist, daß er unter der Wirkung der Betätigungsbewegung des Klemmbetätigers schwenkt und Klemmeingriff mit dem Antriebsgegenstück schafft.

Durch Wahl des Ausmaßes der Schrägstellung des Klemmkörpers und durch Wahl des Abstands der Kraftangriffsstelle des Klemmbetätigers von der Schwenkstelle hat man Auslegungsparameter, mit denen man Kräfte und Wege am Klemmende des Klemmkörpers bestimmen kann.

Gemäß einer dritten Lösung der Aufgabe besitzt der Klemmkörper relativ zu dem Bewegungsübertragungselement eine derartige Schrägstellung, daß sich bei Kraftübertragung zwischen dem Klemmkörper und dem Antriebsgegenstück eine Selbstverstärkung des Klemmeingriffs ergibt. Funktionell kommt es hierbei auf den spitzen Winkel zwischen der Längsrichtung des Antriebsgegenstücks und derjenigen Geraden an, die bei dem Klemmkörper von dessen Klemmfläche zu dessen virtuellen Schwenkpunkt bei der Klemmbewegung führt, unabhängig von der geometrischen Gestaltung des Klemmkörpers. Es gibt einen Grenzwinkel, ab dem die Selbstverstärkung einsetzt; die Betätigungskraft des Klemmbetätigers und die aus der Selbstverstärkung herrührende Kraft wirken zur Erzeugung des Klemmeingriffs zusammen. Bei einem noch steileren Winkel wird ein Punkt erreicht, ab dem die Betätigungskraft des Klemmbetätigers nur noch zur Erzeugung eines anfänglichen Klemmeingriffs benötigt wird; die aus der Selbstverstärkung herrührende Kraft kann den weiteren Klemmeingriff allein sicherstellen. Mit dieser Lösung der Aufgabe kann man Antriebseinheiten konstruieren, die eine sehr hohe Klemmkraft ergeben.

Von den drei beschriebenen, erfindungsgemäßen Lösungen, können jeweils zwei in beliebiger Kombination kombiniert sein, aber auch alle drei Lösungen.

Vorzugsweise ist die Schrägfläche an dem Klemmkörper und/oder einem hiermit zusammenwirkenden Bauteil vorgesehen.

In vielen Fällen ist es günstig, mehrere Klemmkörper umfangsmäßig verteilt um das Antriebsgegenstück vorzusehen und/oder ein geschlitztes Ringelement mit mehreren Klemmkörpern vorzusehen. Es gibt allerdings auch Fälle, bei denen gezielt der Klemmkörper nur auf einer Seite des Antriebsgegenstücks vorgesehen ist.

Durch die Erfindung wird ferner eine piezoelektrische Antriebseinheit geschaffen, deren piezoelektrische Bauteile alle auf einer Seite des Antriebsgegenstücks angeordnet sind. Dies führt zu einer besonders kompakten und rationell herstellbaren Bauweise. Diese Maßnahme stellt einerseits eine bevorzugte Weiterbildung der weiter vorn abgehandelten, erfindungsgemäßen Lösungen dar. Andererseits hat diese Maßnahme selbständige erfinderische Bedeutung, losgelöst von den Kennzeichnungsmerkmalen der Ansprüche 1, 2 und 3.

Das Antriebsgegenstück ist vorzugsweise ein langgestreckter, biegesteifer oder biegeweicher Strang. Als konkretere Beispiele seien seilartige Zugglieder und Elemente in Form insbesondere dünner Stangen oder Bänder genannt, wobei metallische Materialien, Kunststoffmaterialien, faserverstärkte Materialien und anderes mehr in Frage kommen. Bei gewissen Konstruktionen der Antriebseinheit und gewissen Einsatzfällen ist es als günstig bevorzugt, ein flaches Antriebsgegenstück vorzusehen. Hierbei ergeben sich besonders günstige Klemmeingriffsbedingungen zwischen dem Klemmkörper und dem Antriebsgegenstück. Außerdem kann man die Breite des Antriebsgegenstücks je nach Antriebsaufgabe bequem variieren.

Zur Verwirklichung des piezoelektrischen Klemmbetätigers eignen sich Piezokristalle und -Keramiken, die wenn eine Spannung angelegt wird, ihre Länge ändern. Zur praktischen Anwendung wird häufig eine Vielzahl dünner Piezokristall- oder Piezokeramikplättchen aufeinandergestapelt und zwischen ihnen jeweils eine Leiterschicht angebracht. Wird nun zwischen jeweils zwei aufeinanderfolgenden Leiterschichten eine Spannung angelegt, so ergibt sich bei passender Orientierung des piezoelektrischen Materials z. B. eine Dehnung des Stapels aus den Piezoplättchen in dessen Längsrichtung. Solche piezoelektrischen Elemente können im Verhältnis zu ihrer Größe sehr große Stellkräfte erzeugen.

Da die Längendehnung beim Anlegen der Spannung nur etwa 1 Promille der Länge des Piezomaterials beträgt, ist es eine günstige Möglichkeit, die nötigen Stellwege mit einer Folge linearer Antriebsschritte zu erzeugen.

Die Erfindung und Weiterbildungen der Erfindung werden nachfolgend anhand eines teilweise schematisiert dargestellten Ausführungsbeispiels noch näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 im Längsschritt und in vergrößertem Maßstab eine piezoelek­ trische Antriebseinheit, und zwar in der unteren Hälfte eine erste Variante und in der oberen Hälfte eine zweite Variante;

Fig. 2 schematisiert eine Abfolge von Bewegungsschritten, die zu einer Verschiebung des Antriebsgegenstücks bei einer piezo­ elektrischen Antriebseinheit nach Fig. 1 führt;

Fig. 3, 4 und 5 jeweils im Längsschnitt einen Teil des Eingriffsbereichs zwischen einem Klemmkörper und einem Antriebsgegenstück;

Fig. 6 in Seitenansicht und teilweise längsgeschnitten ein alternatives Ausführungsbeispiel einer piezoelektrischen Antriebseinheit;

Fig. 7 einen Querschnitt durch die Antriebseinheit entlang der Linie I-I in Fig. 6; und

Fig. 8 einen Querschnitt durch die Antriebseinheit entlang der Linie II-II in Fig. 6.

Fig. 1 zeigt eine Antriebseinheit 2, die im wesentlichen aus einer ersten Klemmeinrichtung 4 (rechts in Fig. 1), einer zweiten Klemmeinrichtung 6 (links in Fig. 1) und einem dazwischen angeordneten piezoelektrischen Antriebselement 8 besteht. Diese drei Bestandteile sind jeweils, grob gesprochen, hohlzylindrisch und koaxial hintereinander angeordnet. Die Antriebseinheit 2 weist insgesamt vier Platten auf, nämlich fortschreitend von rechts nach links in Fig. 1 eine am Ende angeordnete, erste Platte 10, eine zweite Platte 12 zwischen der ersten Klemmeinrichtung 4 und dem Antriebselement 8, eine dritte Platte 14 zwischen dem Antriebselement 8 und der zweiten Klemmeinrichtung 6, und am linken Ende eine vierte Platte 16. Die Platten 10, 12, 14, 16 erstrecken sich rechtwinklig zur Längsachse 18 der Antriebseinheit 2.

Das Antriebsgegenstück 20 mit kreisförmigem Querschnitt führt durch einen zentralen Kanal der Antriebseinheit 2 längs hindurch.

Die Klemmeinrichtungen 4 und 6 sind identisch aufgebaut, so daß es ausreicht, anschließend nur die erste Klemmeinrichtung 4 zu beschreiben.

Die erste Klemmeinrichtung 4 besteht im wesentlichen aus einem piezoelektrischen Klemmbetätiger 22 und einem insgesamt ringförmigen Element 24. Der Klemmbetätiger 22 besteht aus einem Stapel piezoelektrischer Scheiben, der sich mit seiner in Fig. 1 linken Stirnseite gegen die zweite Platte 12 abstützt. Das Ringelement 24 ist für mehr als die Hälfte seiner axialen Länge durch mehrere, umfangsmäßig verteilte Schlitze geschlitzt, so daß mehrere fingerartige Klemmkörper 26, jeweils radial innen mit einer Klemmfläche 28 gebildet sind. Das Ringelement 24 stützt sich mit seiner in Fig. 1 rechten Stirnseite gegen die erste Platte 10 ab.

Die erste Platte 10 und die zweite Platte 12 sind durch mehrere, um die Längsachse 18 verteilte, axial verlaufende Schrauben 30 miteinander verbunden.

Wenn der Klemmbetätiger 22 durch Stromzufuhr aktiviert wird, bewegt sich seine in Fig. 1 rechte Stirnseite nach rechts; eine dort vorgesetzte Scheibe 32 drückt gegen äußere Schrägflächen 36 aller Klemmkörper 26 und bewegt deren Klemmflächen 28 im wesentlichen radial nach innen, so daß diese Klemmflächen 28 mit dem Außenumfang des Antriebsgegenstücks 20 in reibschlüssigen, klemmenden Eingriff kommen. Wenn der Klemmbetätiger 22 deaktiviert wird, bewegen sich die Klemmkörper 26 aufgrund ihrer Eigenelastizität wieder zurück in die radial äußere Ausgangsposition.

Die zweite Klemmeinrichtung 6 ist in gleicher Richtung orientiert wie die erste Klemmeinrichtung 4. Somit stützt sich die stationäre Stirnseite des Klemmbetätigers 22 der zweiten Klemmeinrichtung 6 gegen die vierte Platte 16 ab und stützt sich das Ringelement 24 der zweiten Klemmeinrichtung 6 mit seiner stationären Stirnfläche gegen die dritte Platte 14 ab.

Zwischen der zweiten Platte 12 und der dritten Platte 14 ist das Antriebselement 8, wiederum ausgebildet als ein Stapel von piezoelektrischen Scheiben, spielfrei angeordnet. Das Antriebselement 8 ist in Axialrichtung deutlich länger als die Klemmeinrichtungen 4 und 6. Bei der oben in Fig. 1 dargestellten Variante sind die zweite Platte 12 und die dritte Platte 14 durch mehrere, um die Längsachse 18 verteilte Schrauben 34 miteinander verbunden. Die weiter vorn beschriebenen Schrauben 30 und die Schrauben 34 können einheitliche, über die ganze Länge der Antriebseinheit 2 durchgehende, gewindestangenartige Bauteile sein. Bei der Variante unten in Fig. 1 fehlen die Schrauben 34. Bei dieser Variante sind die Stirnseiten des Antriebselements 8 mit der jeweils zugeordneten Platte 12 bzw. 14 fest verbunden, während bei der oben in Fig. 1 dargestellten Variante dort keine feste Verbindung erforderlich ist. Wenn Schrauben 34 vorgesehen sind, werden diese in ihrem Durchmesser so bemessen, daß sie sich bei Aktivierung des Antriebselements 8 dehnen, also eine Auseinanderbewegung der zweiten Platte 12 und der dritten Platte 14 zulassen; bei Deaktivierung des Antriebselements 8 erfolgt eine elastische Zusammenziehung der Schrauben 34. Im Gegensatz hierzu sind die Schrauben 30 der Klemmeinrichtungen 4, 6 so ausgelegt, daß sie sich nicht erheblich in Axialrichtung dehnen, wenn der Klemmbetätiger 22 aktiviert wird; eine gewisse Dehnung der Schrauben 30 ist nicht störend.

Die lineare Betätigungsbewegung eines Klemmbetätigers 22 beträgt etwa 1/1000 der Länge des piezoelektrischen Materials im Klemmbetätiger 22. Der Abstand, um den sich die Klemmflächen 28 der Klemmkörper 26 bei Aktivierung des Klemmbetätigers 22 aufeinander zu bewegen, hängt von der axialen Länge des piezoelektrischen Materials im Klemmbetätiger 22 und der Neigung der Schrägflächen 36 gegen die Längsachse 18 ab.

Fig. 2 zeigt eine Abfolge von Bewegungsschritten I bis VI, die zu einer Bewegung des Antriebsgegenstücks 20 durch die Antriebseinheit 2 führt. In I sind an der schematisiert gezeichneten Antriebseinheit 2 die Klemmeinrichtungen 4, 6 sowie das piezoelektrische Antriebselement 8 bezeichnet. Die Antriebseinheit 2 ist im Bereich der Klemmeinrichtung 4 fixiert, was in Fig. 2 durch Schraffur angedeutet ist. Für diese feste Verbindung kann man z. B. an einer oder beiden der Platten 10, 12 ansetzen.

In der Position I befindet sich die Klemmeinrichtung 6 in reibschlüssigem Eingriff mit dem Antriebsgegenstück 20, das Antriebselement 8 ist ohne angelegte Spannung, die Klemmeinrichtung 4 ist nicht betätigt. Wird das Antriebselement 8 betätigt, so erfährt dieser eine - vergrößert dargestellte - Linearbewegung und verschiebt damit die Klemmeinrichtung 6 relativ zu der fixierten Klemmeinrichtung 4. Mit dieser Verschiebung der Klemmeinrichtung 6 wird auch das Antriebsgegenstück nach links gezogen. Dieser Zustand ist in Position 11 dargestellt. Eine erneute lineare Verschiebung des Antriebsgegenstücks 20 nach links kann erst durchgeführt werden, wenn das Antriebselement sich relativ zu dem Antriebsgegenstück 20 wieder in seine Ausgangsposition zurückbewegt hat. Dazu ist eine Reihe von Klemmvorgängen nötig, die in den Positionen III und IV gezeigt sind. Die fixierte Klemmeinrichtung 4 wird aktiviert und dadurch mit dem Antriebsgegenstück 20 reibschlüssig verbunden. Dann wird die Klemmeinrichtung 6 deaktiviert; das deaktivierte Antriebselement 8 geht in seine ursprüngliche verkürzte Position zurück. Aus der nun erreichten Position V sind wieder zwei Umklemmschritte der Klemmeinrichtungen 6 und 4 nötig, nämlich Schließen der Klemmeinrichtung 6 und Öffnen der Klemmeinrichtung 4, um in die Ausgangsposition I zu kommen, woraufhin in einer erneuten Schrittfolge eine weitere Verschiebung des Antriebsgegenstücks 20 vorgenommen wird.

Die Stellvorgänge der beteiligten Piezoelemente 8, 22 erfolgen sehr schnell, so daß eine Wiederholung dieser Schrittfolge eine ausreichende Stellgeschwindigkeit für das Antriebsgegenstück 20 ergibt.

Erfolgt die Abfolge der Bewegungsschritte I bis VI in umgekehrter Reihenfolge, wird das Antriebsgegenstück 20 von links nach rechts statt wie beschrieben von rechts nach links bewegt.

In Fig. 3 ist nochmals in größerem Maßstab die Geometrie des Ringelements 24 aus Fig. 1 und dessen Eingriffsbereich mit dem Ring 32 dargestellt. Ehe die fingerartigen Klemmkörper 26 in den ungeschlitzten Bereich des Ringelements 24 übergehen, weisen sie einen Bereich 38 vergleichsweise geringer radialer Dicke auf. In dem Bereich 38 findet im wesentlichen die elastische Verformung der Klemmkörper 26 beim Schließen und Öffnen statt. Eine Gerade 44 ist durch einen repräsentativen Zentralpunkt 40 des Bereichs 38 und einen repräsentativen Zentralpunkt 42 der Klemmfläche 28 gelegt. Die Gerade 44 bildet mit der Längsachse 18 bzw. der Umfangsfläche des Antriebsgegenstücks 20 einen Winkel 46, der so groß ist, daß sich eine Selbstverstärkung des Klemmeingriffs ergibt. Diese Selbstverstärkung ist nur in einer Axialrichtung wirksam, nämlich bei Verschiebung des Antriebsgegenstücks 20 nach rechts in Fig. 3 durch Axialverschiebung der Klemmeinrichtung 24 nach links in Fig. 3, oder - in anderer Betrachtungsweise - bei Zug an dem Antriebsgegenstück 20 durch eine äußere Kraft in Richtung nach rechts in Fig. 3. Mittels des Klemmbetätigers 22 muß über den Ring 32 und die Schrägfläche 36 nur noch so viel radiale Anpreßkraft auf die umfangsmäßig verteilten Klemmkörper 26 aufgebracht werden, daß zwischen den Klemmflächen 28 und dem Außenumfang des Antriebsgegenstücks 20 eine anfängliche Reibungskraft aufgebaut wird. Wenn dann das Ringelement 24 in Axialrichtung nach links in Fig. 3 verschoben wird, verstärkt sich die auf die Klemmflächen 28 wirkende Anpreßkraft von selbst, so daß im Prinzip Kräfte in Axialrichtung von beliebiger Größe zwischen dem Ringelement 24 und dem Antriebsgegenstück 20 übertragen werden können.

Wenn der beschriebene Selbstverstärkungseffekt bei einer bestimmten Anwendung nicht von erheblicher Bedeutung ist, kann man die beiden Klemmeinrichtungen 4 und 6 spiegelbildlich zueinander ausbilden statt gleichsinnig, wie es in Fig. 1 gezeichnet ist.

In den Fig. 4 und 5 ist veranschaulicht, daß man es durch die Wahl des Winkels 48 zwischen der Schrägfläche 36 der Klemmkörper 26 des Ringelements 24 und der Längsachse 18 bzw. der Umfangsfläche des Antriebsgegenstücks 20 in der Hand hat, ob man lieber eine Vergrößerung des im wesentlichen radial verlaufenden Anpreßwegs der Klemmfläche 28 oder eine Vergrößerung der radialen Anpreßkraft der Klemmfläche 28 hat. Wenn der Winkel 48 45° beträgt, entsprechen sowohl der Anpreßweg als auch die Anpreßkraft der Klemmfläche 28 dem axialen Weg und der in Axialrichtung aufgebrachten Kraft von dem Klemmbetätiger 22. Wenn hingegen der Winkel 48 kleiner als 45° ist (vgl. Fig. 4), erreicht man eine Erhöhung der Anpreßkraft verglichen mit der von dem Klemmbetätiger 22 gelieferten, in Axialrichtung wirkenden Kraft, selbstverständlich um den Preis einer Verringerung des Weges der Klemmfläche 28 im Vergleich zu dem Weg des Rings 32 in Axialrichtung.

Wenn hingegen der Winkel 48 größer als 45° ist (vgl. Fig. 5) erreicht man eine Vergrößerung des bei Aktivierung des Klemmbetätigers 22 von den Klemmflächen 28 im wesentlichen in Radialrichtung zurückgelegten Weges im Vergleich zum Weg des Rings 32 in Axialrichtung. Im Gegenzug nimmt aber die radiale Anpreßkraft im Vergleich zu der vom Klemmbetätiger 22 in Axialrichtung gelieferten Kraft ab.

Bei den Fig. 4 und 5 wurde wiederum zeichnerisch veranschaulicht, daß sich die fingerartigen Klemmkörper 26 beim Klemmen und beim Lösen schwenkend im wesentlichen um den repräsentativen Punkt im Bereich 38 bewegen.

Bei den Fig. 3, 4, 5 ist die Bohrung des Rings 32 jeweils so gezeichnet, daß deren Wand entsprechend dem Schrägungswinkel der Schrägfläche 36 schräggestellt ist. Dies ist keine zwingende Ausbildung. Bedingung ist lediglich, daß die Bohrung des Rings 32 in technisch sinnvoller Weise mit der Schrägfläche 36 in Eingriff ist. Auch die Schrägfläche 36 muß nicht zwingend kegelförmig verlaufen. Zum Beispiel wäre ein äquivalenter, konvex-bogenförmiger Verlauf möglich. Schließlich kann man die Verhältnisse sozusagen umdrehen, also die funktionserforderliche Schrägfläche an dem Ring 32 vorsehen und das, z. B. nur für Linienkontakt vorgesehene, Gegenstück an den Klemmkörpern 26.

In den Fig. 6 bis 8 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel einer piezoelektrischen Antriebseinheit dargestellt. Ähnliche Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in den Fig. 1 bis 5 versehen.

Die Antriebseinheit 2 enthält eine erste Klemmeinrichtung 4, eine zweite Klemmeinrichtung 6 und dazwischen angeordnet das piezoelektrische Antriebselement 8. Die piezoelektrischen Klemmbetätiger 22 der ersten und der zweiten Klemmeinrichtung 4, 6 sowie das Antriebselement 8 sind in Fig. 6 über dem Antriebsgegenstück 20 angebracht. Die Antriebseinheit 2 besitzt ein Gehäuse 50, z. B. aus Metall, das - analog zu den Platten 10, 12, 14, 16 der Fig. 1 - von rechts nach links Stützwände 52, 54, 56, 58 aufweist. Zwischen den Stützwänden 54 und 56 ist das Antriebselement 8 spielfrei gehalten. Die Stützwände 52 und 54 bzw. 56 und 58 dienen jeweils zum Abstützen von Bauteilen der ersten bzw. zweiten Klemmeinrichtung 4, 6. In dem unteren Bereich des Gehäuses 50 weisen die Stützwände 52, 54, 56 und 58 jeweils eine rechteckige Öffnung 60 auf, durch die das Antriebsgegenstück 20 geführt ist.

Ein Klemmelement 24 - ähnlich dem Ringelement 24 der Fig. 1 bis 5 - der Klemmeinrichtung 4 hat eine Basis 62, die mit ihrer in Fig. 6 linken Stirnseite an der Stützwand 54 anliegt und an ihrem oberen Ende mit einem fingerartigen Klemmkörper 26 federnd elastisch verbunden ist. Der Klemmkörper 26 stützt sich mit einer Nase 64 nach oben gegen das Gehäuse 50 ab und trägt an seinem freien Ende die Klemmfläche 28. Insgesamt ragt der Klemmkörper 26 von oben schräg nach unten gegen das Antriebsgegenstück 20. Durch eine biegeweiche Verbindung 66 und ein Anschlußstück 68 ist der Klemmkörper 26 mit dem linken Ende des Klemmbetätigers 22 fest verbunden. Der Klemmbetätiger 22 wird durch eine Justierschraube 70, die mit einem Gewindebereich der rechten Stützwand 52 zusammenwirkt, gestützt. Ein Zwischenstück 72 schützt den Klemmbetätiger 22 vor Beschädigungen durch die Justierschraube 70.

Wird der Klemmbetätiger 22 betätigt, drückt er mit seinem linken Ende über die biegeweiche Verbindung 66 die Klemmfläche 28 des Klemmkörpers 26 gegen das Antriebsgegenstück 20, dabei verhindert die Nase 64 ein Ausweichen nach oben. Die Grundplatte 74 des Gehäuses 50 erfüllt die Funktion eines Widerlagers für das Antriebsgegenstück 20.

Ist die biegeweiche Verbindung 66, welche die Kraft des Klemmbetätigers 22 überträgt, weiter nach oben im Verhältnis zur Darstellung in Fig. 6 versetzt, vergrößert sich bei gegebenem Hub des Klemmbetätigers 22 der Anpreßweg, um den sich die Klemmfläche 28 auf das Antriebsgegenstück 20 zubewegt, gleichzeitig verringert sich die dabei übertragene Anpreßkraft. Ähnlich den Ausführungen zu Fig. 4 und 5 kann - hier durch geeignete Wahl der Schrägstellung und der Hebelverhältnisse - eine erwünschte Anpreßkraft-Anpreßweg-Relation gewählt werden.

Wie in Fig. 1 sind die Klemmeinrichtungen 4 und 6 gleichsinnig orientiert. Die Justierschraube 70 wirkt in der zweiten Klemmeinrichtung 6 mit dem Klemmelement 24 zusammen. In dem Bereich der Stützwand 58 ist die Antriebseinheit 2 im Längsschnitt dargestellt, so daß die Öffnung 60 in der Stützwand 58 sichtbar ist, durch die das Antriebsgegenstück 20 führt.

Im Querschnitt der Fig. 8 erstreckt sich der Klemmbetätiger 22 über die gesamte Breite des Gehäuses 50, so daß das Antriebseinheit 2 nach unten von der Grundplatte 74 und nach oben von der Deckplatte 76 durch das Gehäuse 50 begrenzt ist. Zwischen Grundplatte 74 und Klemmbetätiger 22 ist das Antriebsgegenstück 20 vorgesehen, das in der Form eines flachen Bandes mit rechteckigem Querschnitt ausgebildet ist. Die Breite des flachen Bandes ist frei wählbar. In einem Extremfall wirkt nur ein Randbereich des Antriebsgegenstücks 20 mit der Antriebseinheit 2 zusammen. Eine Antriebseinheit 2 ist dann einseitig durchgehend geschlitzt.

Einen Querschnitt durch die Antriebseinheit 2 im Bereich des piezoelektrischen Antriebselements 8 zeigt die Fig. 7. In diesem Bereich bilden Eckstäbe 78, 80, 82 und 84 eine dehnbare, elastische Verbindung zwischen den beiden Klemmeinrichtungen 4, 6. Der obere Durchbruch 88 und der untere Durchbruch 86 sind in Fig. 6 durch gestrichelte Linien angedeutet.

Die Funktion dieser Antriebseinheit 2 erfolgt in Analogie zu der einer in Verbindung mit den Fig. 1 bis 5 beschriebenen Antriebseinheit 2.

Claims (14)

1. Piezoelektrische Antriebseinheit, die bei ihrem Betrieb eine Folge linearer Relativbewegungsschritte zwischen einem langgestreckten Antriebsgegenstück (20) und der Antriebseinheit (2) liefert, mit einem piezoelektrischen Antriebselement (8);
mit zwei im Wechsel zu aktivierenden Klemmeinrichtungen (4; 6) zur Schaffung von Klemmeingriff mit dem Antriebsgegenstück (20);
wobei jede der Klemmeinrichtungen (4; 6) mindestens einen Klemmkörper (20) mit einer Klemmfläche (28) und einen piezo­ elektrischen Klemmbetätiger (22) aufweist, dadurch gekennzeichnet,
daß zum Umsetzen der Betätigungsbewegung des Klemmbetätigers (22) in die Klemmbewegung des Klemmkörpers (26) eine Schräg­ fläche (36) vorgesehen ist.

2. Piezoelektrische Antriebseinheit, die bei ihrem Betrieb eine Folge linearer Relativbewegungsschritte zwischen einem langgestreckten Antriebsgegenstück (20) und der Antriebseinheit (2) liefert, mit
einem piezoelektrischen Antriebselement (8);
mit zwei im Wechsel zu aktivierenden Klemmeinrichtungen (4; 6) zur Schaffung von Klemmeingriff mit dem Antriebsstück (20);
wobei jede der Klemmeinrichtungen (4; 6) mindestens einen Klemm­ körper (26) mit einer Klemmfläche (28) und einen piezoelektrischen Klemmbetätiger (22) aufweist, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Klemmeinrichtung (4; 6) vorgesehen ist, die mindestens einen relativ zu dem Antriebsgegenstück (20) schräggestellten Klemmkörper (26) aufweist, der so angeordnet ist, daß er unter der Wirkung der Betätigungsbewegung des Klemmbetätigers (22) schwenkt und Klemmeingriff mit dem Antriebsgegenstück (20) schafft.

3. Piezoelektrische Antriebseinheit, die bei ihrem Betrieb eine Folge linearer Relativbewegungsschritte zwischen einem langgestreckten Antriebsgegenstück (20) und der Antriebseinheit (2) liefert, mit einem piezoelektrischen Antriebselement (8);
mit zwei im Wechsel zu aktivierenden Klemmeinrichtungen (4; 6) zur Schaffung von Klemmeingriff mit dem Antriebsgegenstück (20);
wobei jede der Klemmeinrichtungen (4; 6) mindestens einen Klemmkörper (26) mit einer Klemmfläche (28) und einen piezo­ elektrischen Klemmbetätiger (22) aufweist, dadurch gekennzeichnet,
daß der Klemmkörper (26) relativ zu dem Antriebsgegenstück (20) eine derartige Schrägstellung (Winkel 46) besitzt, daß sich bei Kraftübertragung zwischen dem Klemmkörper (26) und dem An­ triebsgegenstück (20) eine Selbstverstärkung des Klemmeingriffs ergibt.

4. Piezoelektrische Antriebseinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Klemmkörper (26) relativ zu dem Antriebsgegenstück (20) eine derartige Schrägstellung (Winkel 46) besitzt, daß sich bei Kraftübertragung zwischen dem Klemmkörper (26) und dem Antriebsgegenstück (20) eine Selbstverstärkung des Klemmeingriffs ergibt.

5. Piezoelektrische Antriebseinheit nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Schrägfläche (36) derart geneigt ist, daß die Klemmkraft an der Klemmfläche (28) des Klemmkörpers (26) größer ist als die Betätigungskraft des Klemmbetätigers (22).

6. Piezoelektrische Antriebseinheit nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Schrägfläche (36) derart geneigt ist, daß der Klemmweg an der Klemmfläche (28) des Klemmkörpers (26) größer ist als der Betätigungsweg des Klemmbetätigers (22).

7. Piezoelektrische Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 oder 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Schrägfläche (36) an dem Klemmkörper (26) und/oder einem hiermit zusammenwirkenden Bauteil (32) vorgesehen ist.

8. Piezoelektrische Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,
daß der Klemmbetätiger (22) derart auf den Klemmkörper (26) wirkt, daß durch Hebelwirkung am Klemmkörper (26) die Klemmkraft an der Klemmfläche (28) größer ist als die Betätigungskraft des Klemmbetätigers (22).

9. Piezoelektrische Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,
daß der Klemmbetätiger (22) derart auf den Klemmkörper (26) wirkt, daß durch Hebelwirkung am Klemmkörper (26) der Klemmweg an der Klemmfläche (28) größer ist als der Klemmweg des Klemmbetätigers (22).

10. Piezoelektrische Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
daß deren piezoelektrische Bauteile (22; 8; 22) alle auf einer Seite des Antriebsgegenstücks (20) angeordnet sind.

11. Piezoelektrische Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet,
daß ein flaches Antriebsgegenstück (20) vorgesehen ist.

12. Piezoelektrische Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet,
daß mehrere Klemmkörper (26) umfangsmäßig verteilt um das Antriebsgegenstück (20) vorgesehen sind.

13. Piezoelektrische Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet,
daß mehrere Klemmkörper (26) ein geschlitztes Ringelement (24) bilden.

14. Piezoelektrische Antriebseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet,
daß die Klemmkörper (26) der beiden Klemmeinrichtungen (4; 6) gleichsinnig orientiert sind.