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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen piezoelektrischen Antrieb,
der einen Stator und einen Rotor umfasst und bei dem der Stator
ein zylindrisches Piezoelement aufweist, das mindestens zwei Elektroden
und mindestens eine Kontaktfläche
und eine erste Resonanzfrequenz aufweist, und bei dem der Rotor
ein mechanisches Übertragungselement zwischen
dem Piezoelement und dem Rotor aufweist, wobei das Übertragungselement
Erhebungen aufweist, die unter einem bestimmten Winkel in die Richtung
der Kontaktfläche
des Piezoelements zeigen, unter Vorspannung an der Kontaktfläche anliegen
und eine zweite Resonanzfrequenz aufweisen.
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Ein
piezoelektrischer Antrieb der eingangs erwähnten Art ist aus der Patentschrift
US 5,631,517 bekannt. Bei
diesem bekannten piezoelektrischen Antrieb ist ein ringförmiger Rotor
um den Außenumfang
eines piezoelektrischen Stators herum angeordnet und funktioniert
als Ultraschallvibrationselement, das mit den Stator berührenden
Auslegern versehen ist. Um den Rotor anzutreiben, wird der Stator
mit einer impulsartigen zweiphasigen Spannung mit einer Resonanzfrequenz
von etwa 100 kHz angeregt. Ein Teilbereich des Stators, an den die
Spannung mit der hinsichtlich der Polarisation selben Polarität angelegt wird,
wird zusammengedrückt,
damit er sich dadurch in radialer Richtung aufweitet und der gegenüberliegende
Teilbereich sich entgegengesetzt dazu zusammenzieht. Dadurch beginnt
der Stator bei der Resonanzfrequenz zu präzedieren, und durch Reibungskontakt
zwischen den Auslegern und dem Außenumfang des Stators wird
die Präzession
auf den Rotor übertragen,
sodass dieser sich dreht.
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Die
Patentschrift
EP 0 557 106 offenbart
einen piezoelektrischen Antrieb, der einen Stator aufweist, welcher
ein Piezoelement mit mehreren Elektroden an beiden Seiten zur Steuerung
beinhaltet, und mit einem ringförmigen
Rotor mit mehreren den Stator berührenden Gleitelementen. Der
Rotor wird von einer Wanderwelle in Bewegung versetzt, die durch
Ansteuerung der Elektroden im Piezoelement des Stators erzeugt wird.
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Die
Patentschrift
US 4,959,580 offenbart
einen weiteren piezoelektrischen Antrieb, der aus einem einen kreisförmigen Rotor
umfassenden Stator besteht. An der Wel le von Stator und Rotor ist
ein mit dem Stator über
ein Gehäuse
verbundenes piezoelektrisches Element befestigt, das radial oszilliert.
Am piezoelektrischen Element sind als Pusher bekannte Federelemente
angebracht, die auf den Rotor einwirken und ihn in Drehung versetzen.
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Die
Patentschrift
US 4,453,103 offenbart ebenfalls
einen ähnlichen
piezoelektrischen Antrieb. Dieser funktioniert ebenfalls mit als
Pushern bekannten Federelementen, die an der Seite des Piezoelements
angebracht sind.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines piezoelektrischen
Antriebs der eingangs erwähnten
An, der möglichst
einfach aufgebaut ist, bei dem das Piezoelement einfach gesteuert werden
kann und der einen hohen optimierten Wirkungsgrad aufweist.
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Um
diese Aufgabe zu lösen,
ist ein erfindungsgemäßer piezoelektrischer
Antrieb dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Resonanzfrequenz
ungefähr übereinstimmen
oder in etwa Vielfache voneinander sind, sodass das Piezoelement
durch periodische Druckausübung
auf die Erhebungen Vibrationen der zweiten Resonanzfrequenz in den
Erhebungen anregt, wodurch sich die Erhebungen periodisch von der
Kontaktfläche
abheben und der Rotor in Drehung versetzt wird, und sodass die Erhebungen
zur gleichen Zeit in dieselbe Richtung vibrieren, wobei die Richtung
die Drehrichtung des Rotors ist.
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Damit
der Rotor eines piezoelektrischen Antriebs in Bewegung versetzt
wird, sind zwei Resonanzfrequenzen in verschiedenen Schwingungsebenen
erforderlich. Die beiden Resonanzfrequenzen können elektrisch angeregt werden,
wofür am
piezoelektrischen Element mindestens vier Ansteuerelektroden erforderlich
sind. Außerdem
muss die Versorgung der Elektroden zwei sorgfältig aufeinander abgestimmte
Wechselspannungen aufweisen. Die erfindungsgemäße Anordnung bringt den Vorteil
mit sich, dass nur zwei Elektroden mit einer Wechselspannung versorgt
werden müssen,
sodass eine relativ einfache Steuerschaltung ausreicht. Die zweite Resonanzfrequenz
wird mechanisch im mechanischen Übertragungselement
angeregt. Aufgrund der Erhebungen am Übertragungselement wird die
mechanische Resonanzfrequenz von der elektrischen Resonanzfrequenz
des Stators überlagert,
wodurch der Rotor in eine Drehbewegung versetzt wird. Da das mechanische Übertragungselement
die Drehbewegung auf den Rotor übertragen
muss, ist es mit dem Rotor verbunden. Dadurch, dass ein derartiger piezoelektrischer
Antrieb sowohl als radialer Motor als auch als axialer Motor gebaut
werden kann, ist er vielseitig verwendbar.
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Der
radiale Motor wird ebenfalls mit einem Rotor als Innen- oder Außenläufer verwendet.
Die Kontaktflächen
des Piezoelements mit den Erhebungen befinden sich beim radialen
Motor an der zylindrischen Außen-
oder Innenseite des Piezoelements, das in radialer Richtung von
den Erhebungen umgeben ist oder die Erhebungen radial umgibt. Ist
der Antrieb als axialer Motor gebaut, befinden sich die Kontaktflächen an
einer Seitenwand des Piezoelements, sodass das Piezoelement seitlich
gegen die Erhebungen des Übertragungselements
gedrückt
wird. Grundsätzlich
bringt die Erfindung den Vorteil mit sich, dass große Schwingungsamplituden
möglich sind
und die Reibung zwischen dem Piezoelement und den Erhebungen gering
ist, da sich die Erhebungen periodisch vom Piezoelement abheben.
Da die erste und die zweite Resonanzfrequenz ungefähr übereinstimmen
oder in etwa Vielfache voneinander sind, ist der Wirkungsgrad des
piezoelektrischen Antriebs optimiert. Aus diesem Grund stimmen die
Resonanzfrequenzen des Piezoelements und der mechanischen Übertragungseinheit
möglichst
weitgehend überein
oder sind ein Vielfaches voneinander. In der Praxis kann dieser
Idealzustand aufgrund von Toleranzen und Verschleißerscheinungen
nicht vollständig
erreicht werden, ist jedoch dennoch wünschenswert.
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Auch
die Ausführungsform
nach Anspruch 2 dient der Erzielung des höchsten Wirkungsgrads. Die Erhebungen
werden auf die Kontaktfläche
des Piezoelements gedrückt,
wo sie eine als Vorspannkraft bekannte Kraft senkrecht zur Kontaktfläche erfahren. Damit
sich die Erhebungen bei minimaler Reibung und folglich minimalem
Verlust über
die Kontaktfläche
weiterbewegen, müssen
sie gleichmäßig belastet
werden. Daher muss auf alle Erhebungen dieselbe Vorspannkraft wirken.
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Bei
der Ausführungsform
nach Anspruch 3 ist mit möglichst
wenigen Erhebungen auf dem mechanischen Übertragungselement eine kontinuierliche
Drehbewegung möglich.
Für den
Rundlauf des Rotors müssen
die Erhebungen auf dem Übertragungselement
in regelmäßigen Abständen angeordnet
sein, was bei drei Erhebungen einen Abstand von einem Drittel des
Umfangs des Übertragungselements
bedeutet. Es können
auch mehr als drei Erhebungen verwendet werden.
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Die
Ausführungsform
nach Anspruch 4 ermöglicht
einen besonders kompakten Rotor, wodurch sichergestellt ist, dass
die Drehbewegung des Übertragungselements
verlustfrei auf den Rotor übertragen
wird. Ein derartiger Rotor ist besonders stabil und verringert dadurch
Vibrationen.
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Die
Ausführungsform
nach Anspruch 5 bringt den Vorteil mit sich, dass der Verschleiß durch
Reiben der Kontaktflächen
des Piezoelements geringer ist. Dies wird durch Aufbringen einer
widerstandsfähigen
Beschichtung auf der Kontaktfläche
erreicht. Je geringer der Verschleiß der Kontaktfläche ist,
umso geringer ist der Leistungsverlust während der Lebensdauer des piezoelektrischen
Antriebs und umso stabiler ist das Verhalten des Antriebs über seine
gesamte Lebensdauer.
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Bei
der Ausführungsform
nach Anspruch 6 weist das Übertragungselement
in einem radialen Motor in Bezug auf den Stator immer eine Vorspannung
und damit einen besonders hohen Wirkungsgrad auf. Es ist keine zusätzliche
Feder erforderlich, wie sie bei einem axialen Motor zur Vorspannung
des Übertragungselements
gegen den Stator notwendig ist.
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Bei
der Ausführungsform
nach Anspruch 7 wird der piezoelektrische Antrieb ohne Lager als
radialer Motor betrieben. Dadurch ist ein besonders einfacher und
preiswerter Aufbau gewährleistet.
Da sich der Rotor in radialer Richtung nicht vom Piezoelement wegbewegen
kann, muss der Rotor lediglich in axialer Richtung geführt werden.
Dies wird einfach dadurch erreicht, dass der Rotor mit der anzutreibenden
Welle verbunden ist oder auf andere Art eine axiale Bewegung des
Rotors verhindert wird. Es ist hierbei wichtig, dass auf den Rotor
möglichst
keine Kräfte in
radialer Richtung wirken, da ansonsten der Unrundlauf und damit
verbundene Vibrationen nicht vermieden werden können.
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In
Anspruch 8 ist eine einfache Art der Montage eines erfindungsgemäßen piezoelektrischen Antriebs
offenbart, wenn er als radialer Motor ausgelegt ist. Da der Rotor
mit dem Übertragungselement eine
geschlossene Form bildet und relativ zum Stator vorgespannt sein
muss, ist sein Innendurchmesser geringer als der Außendurchmesser
des Stators. Folglich muss der Innendurchmesser des Rotors vergrößert werden,
damit der Rotor auf dem Stator befestigt werden kann. Da der Innendurchmesser
des Rotors durch die Erhebungen des Übertragungselements bestimmt
wird, wird nun an mehreren Punkten Druck auf den Rotor ausgeübt, wodurch
sich der Rotor mit den Übertragungselementen
elastisch verformt und die Erhebungen seitlich weggebogen werden.
Somit wird der wirksame Innendurchmesser des Übertragungselements größer und
der Rotor kann auf den Stator geschoben werden. Anschließend wird
kein Druck mehr ausgeübt
und die Erhebungen kehren wieder in ihre ursprünglichen Positionen zurück, wodurch
der Rotor mit dem Übertragungselement
relativ zum Stator vorgespannt wird. Die Verformung des Rotors,
des Übertragungselements
und der Erhebungen dürfen
natürlich
nicht über
den reversiblen Bereich hinausgehen.
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Die
Ausführungsform
nach Anspruch 9 betrifft einen nicht ringförmigen Rotor und ein nicht
ringförmiges Übertragungselement
und auch hier ist der Antrieb als radialer Motor ausgestaltet. Zur
Erhöhung der
elastischen Verformbarkeit des Rotors und des Übertragungselements besteht
der Rotor aus einem gleichseitigen Dreieck. In der Mitte jeder Seite
besitzt der Rotor nach innen weisende Erhebungen, die als Übertragungselemente
dienen. So kann sich das gleichseitige Dreieck wie der kreisförmige Rotor
auf dem Stator drehen. Auch ein n-seitiges Vieleck mit 6, 9, 12
... Seiten ist möglich.
Der Vorteil des Dreiecks besteht darin, dass sich der Umfang des
gleichseitigen Dreiecks wesentlich vergrößert, während zwischen den Erhebungen
derselbe Innendurchmesser wie beim kreisförmigen Rotor erhalten bleibt,
sodass der Druck des Rotors auf den Stator geringer ist und der
dreieckige Rotor viel einfacher durch Verformung aufgeweitet werden
kann, z.B. zur Montage.
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Bei
den Ausgestaltungen nach Anspruch 10 und 11 wird der erfindungsgemäße piezoelektrische Antrieb
als Motor eingesetzt. Da er besonders leicht und kompakt ist und
hohe Drehzahlen möglich
sind, eignet er sich bestens als Getriebemotor in kleinen elektrischen
Einrichtungen.
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Bei
der Ausführungsform
nach Anspruch 12 kann ein Elektrorasierer mit einem sich drehenden Schneidwerkzeug
ausgestattet werden, das die Vorteile des erfindungsgemäßen piezoelektrischen
Antriebs aufweist. So können
bei den heute üblichen Ausgestaltungen
mit drei Rotationsschneidwerken alle Schneidwerkzeuge als Rotoren
ausgestaltet werden, die sich jeweils um ein Piezoelement als Stator drehen.
Eine derartige Anordnung ist kompakt aufgebaut und wartungsarm,
da keine Zahnräder
erforderlich sind. Ferner benötigt
sie wenig Strom, wodurch sie wiederum miniaturisiert werden kann
und Batteriegewicht eingespart wird.
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Die
Ausführungsform
nach Anspruch 13 bringt den großen
Vorteil mit sich, dass die Rotoren ohne weiteres zusammen mit den
Schneidwerken ausgetauscht werden können, da Rotor und Schneidwerk
ein Bauteil sind. Abgesehen davon weist ein derartiger Rasierer
keine weiteren Verschleißteile auf.
Dadurch, dass der Rotor leicht abgenommen werden kann, ist eine
besonders einfache Reinigung möglich.
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Die
Ausführungsform
nach Anspruch 14 stellt einen besonders wartungsarmen, leicht herzustellenden
Lüfter
dar. Dieser weist eine direkt vom piezoelektrischen Antrieb angetriebene
Luftschraube auf und ist somit besonders kompakt aufgebaut. Zudem
arbeitet der Antrieb besonders ruhig, wodurch er für die Verwendung
als Lüfter
in Computern oder Projektoren prädestiniert
ist.
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Diese
sowie weitere Aspekte der Erfindung werden anhand der nachfolgend
beschriebenen Ausführungsformen
erläutert
und verständlich.
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Es
zeigen:
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1 eine
Seitenansicht eines erfindungsgemäßen piezoelektrischen Antriebs
als radialer Motor,
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2 einen
Querschnitt durch den piezoelektrischen Antrieb in einem Rasierer,
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3 eine
Draufsicht eines Rasierers mit piezoelektrischem Antrieb,
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4 einen
dreieckigen Rotor für
den piezoelektrischen Antrieb in Radialbauweise,
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5 den
piezoelektrischen Antrieb als Radialaufbau mit aufgeweitetem kreisförmigem Rotor während der
Montage,
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6 den
piezoelektrischen Antrieb in einer Getriebeanordnung für einen
Rasierer mit drei Rotationsscherköpfen,
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7 eine
Pumpe mit einem radialen piezoelektrischen Antrieb,
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8 die
Pumpe mit einem zweiteiligen Piezoelement,
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9 den
radialen piezoelektrischen Antrieb als Explosionsdarstellung,
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10 einen
axialen piezoelektrischen Antrieb als Explosionsdarstellung,
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11 einen
piezoelektrischen Antrieb statt eines herkömmlichen Elektromotors in einem
Rasierer und
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12 einen
piezoelektrischen Radnabenmotor.
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Wie
bei dem in 1 dargestellten radialen Motor
gezeigt ist, besteht die neue Ausgestaltung eines piezoelektrischen
Antriebs aus einem Stator 2a mit einem zylindrischen Piezoelement 2 und
einem Rotor 4, wobei das Piezoelement 2 auf der
dem Rotor 4 zugewandten Seite eine Kontaktfläche 2b aufweist, die
gegen Verschleiß mit
einem abriebfesten Material beschichtet ist. Das Piezoelement 2 weist
zwei Elektroden auf, durch die sich das Piezoelement 2 in
axialer Richtung zusammenziehen kann, wenn elektrische Spannung
angelegt wird, und sich folglich in radiale Richtung aufweiten kann.
Der ringförmige
oder zylindrische Rotor 4 weist an seiner Innenseite ein mechanisches Übertragungselement 1 auf,
das das Piezoelement 2 mit Hilfe von drei Erhebungen 3 berührt und
relativ zum Piezoelement 2 vorgespannt ist. Diese Vorspannung
wird bei der Bauweise als radialer Motor einfach dadurch erreicht,
dass der Durchmesser des Piezoelements 2 etwas größer als
der wirksame Durchmesser des Kreises an den drei Erhebungen 3 ist.
Um den Antrieb in Bewegung zu versetzen, wird an das Piezoelement 2 des
Stators 2a eine Wechselspannung angelegt, sodass sich das
Piezoelement 2 dann periodisch in axiale Richtung zusammenzieht.
Unter Berücksichtigung
des Poissonschen Beiwerts des Piezoelements 2 weitet es
sich mit einer elektrischen Resonanzfrequenz des Piezoelements 2 in
radiale Richtung periodisch auf und übt auf die Erhebungen 3 eine
Kraft aus. Diese werden nun in periodische Schwingung versetzt,
beginnen sich auf der Kontaktfläche 2b des
Piezoelements 4 zu bewegen und erzeugen somit mechanisch
die erforderliche zweite Resonanzfrequenz. Folglich wird der Rotor 4 in
eine Drehbewegung versetzt. Um das Piezoelement 2 zu aktivieren,
wird nur eine elektronische Treiberstufe benötigt.
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Durch Überlagerung
der mechanischen Resonanzfrequenz der drei Erhebungen 3 des Übertragungselements 1 und
der elektrischen Resonanzfrequenz des Piezoelements 2 werden
der Rotor 4 und das Übertragungselement 1 in
eine Drehbewegung versetzt. Die Erhebungen 3 machen somit
kleine Sprünge
auf der Oberfläche
des Piezoelements 2. Der Rotor 4 und das Übertragungselement 1 sind
fest miteinander verbunden oder können aus einem Bauteil bestehen.
Da der Rotor 4 radial vom Stator 2a geführt wird,
ist kein zusätzliches
Radiallager erforderlich. Der Rotor 4 kann direkt mit einem
zu drehenden Gegenstand, z. B. einer Welle, verbunden sein. Daher
ist die neue Ausgestaltung des piezoelektrischen Antriebs äußerst wartungsarm
und wirtschaftlich.
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Sie
eignet sich daher bestens zur Verwendung in einem Elektrorasierer
mit Rotationsscherköpfen 19. 2 zeigt
einen derartigen Scherkopf 19 mit Direktantrieb. Der Stator 2a liegt
geschützt
in einem Gehäuse 5,
das auch das Gehäuse
des Rasierers sein kann, wahlweise kann das Gehäuse 5 auf einer Trägerplatte 6 befestigt
sein. Der Rotor 4 mit dem Übertragungselement 1 liegt
um das rotationssymmetrische Gehäuse 5 herum.
Die Vibrationen des Piezoelements 2 werden hier vom Gehäuse 5 auf
das Übertragungselement 1 übertragen.
Deshalb dreht sich der Rotor 4 mit dem Übertragungselement 1 um das
Gehäuse 5.
Der Rotor 4 ist an seiner Außenseite gleichzeitig als Scherkopf 19 geformt
und entfernt so das Gesichtshaar eines Benutzers. Somit ist ein
einfacher Austausch des verschlissenen Scherkopfs 19 möglich, indem
einfach ein neuer Rotor 4 über das Gehäuse 5 geschoben wird.
Dies ist in 3 bei einem Rasierer mit drei
Scherköpfen
dargestellt. Das Gehäuse 5 muss
natürlich
aus abriebfestem Material bestehen, da das Übertragungsele ment 1 des
Rotors 4 direkt auf dem Gehäuse läuft. Es ist zweckmäßig, dass
das Gehäuse 5 gegen
Verschleiß beschichtet ist.
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Statt
eines kreisförmigen
Rotors 4 ist ein dreieckiger Rotor 4 möglich, wie
in 4 dargestellt. Hier bestehen der Rotor 4,
das Übertragungselement 1 und
die Erhebungen 3 aus einem Bauteil. Bei der mittigen Anordnung
der Erhebungen 3 in einem gleichseitigen Dreieck liegen
alle Berührungspunkte der
Erhebungen 3 und des Piezoelements 2 auf einem
Inkreis. So kann ein derartiger Rotor 4 gleichmäßige Drehbewegungen
ausführen.
Im Vergleich zum kreisförmigen
Rotor 4 von 1 bringt der dreieckige Rotor
den Vorteil mit sich, dass er wesentlich elastischer ist. Er kann
daher stärker
aufgeweitet werden. Dies ist besonders vorteilhaft beim Befestigen
des Rotors 4 auf dem Piezoelement 2, da der Innendurchmesser
d des Rotors 4 zwischen den Erhebungen 3 aufgeweitet
werden muss. Außerdem
ist die Vorspannung während
des Betriebs geringer, während
der Antrieb effizienter und effektiver ist. Statt eines dreieckigen
Rotors 4 ist auch ein Rotor mit mehreren Ecken (vieleckiger
Rotor) möglich.
Der Rotor 4 kann statt der glatten Verbindungen 4a zwischen
den Erhebungen 3 auch mäanderartige
Verbindungen aufweisen, insbesondere Verbindungen in Konzertinaform,
sodass der Rotor 4 noch elastischer wird und sozusagen
Federelemente in den Rotor 4 eingebaut sind.
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Die
Befestigung eines kreisförmigen
Rotors 4 auf dem Piezoelement 2 ist in 5 dargestellt. Durch
Druckausübung
auf den Rotor 4 an mehreren Stellen bewegen sich die Erhebungen 3 des Übertragungselements 1 leicht
zur Seite und geben somit einen größeren Innendurchmesser d frei.
In diesem Zustand kann das Piezoelement 2 in den Rotor 4 geschoben
werden. Anschließend
wird kein Druck mehr ausgeübt
und der Rotor 4 wird relativ zum Piezoelement 2 vorgespannt.
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Wenn
bei einem Elektrorasierer mehrere Rotationsscherköpfe von
einem piezoelektrischen Motor angetrieben werden sollen, wird eine
Anordnung wie in 6 empfohlen. Hier ist das Piezoelement 2 über einen
Stator 2a mit einer Grundplatte 8 verbunden, die
gleichzeitig zur Befestigung der Wellen 9 der Rotationsscherköpfe dient.
Der Rotor 4 ist an seiner Außenseite als Zahnrad ausgebildet
und treibt so die Wellen über
weitere Zahnräder 7 an.
Da das Piezoelement fest mit der Grundplatte 8 verbunden
ist und die Wellen 9 ebenfalls in der Grundplatte 8 befestigt sind,
wird eine sehr stabile und kompakte Anordnung erreicht, die besonders
flach ausgeführt
werden kann.
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Der
erfindungsgemäße piezoelektrische
Antrieb eignet sich in der Radialbauweise bestens als Antrieb für eine Pumpe.
Eine derartige Pumpe gemäß 7 und 8 besteht
im Wesentlichen aus einem Rohr 10, das zum Transport des
Förderguts dient.
Im Rohr 10 befindet sich ein den Rotor 4 haltendes
Lager 11. Der Rotor treibt direkt ein Turbinenrad 12 an,
das das Fördergut
durch das Rohr 10 pumpt. Um den Rotor in Drehung zu versetzen,
befindet sich in Höhe
des Rotors 4 außerhalb
des Rohrs 10 ein ringförmiges
oder zylindrisches Piezoelement 2. Dieses Piezoelement 2 versetzt
den Rotor 4 durch die Wand des Rohrs 10 hindurch
in Drehbewegung. Da sich die Erhebungen 3 an der Innenwand
des Rohrs 10 weiterhin bewegen, muss das Rohr 10 aus einem
abriebfesten Material bestehen oder, zumindest an dem Punkt, an
dem es von den Erhebungen 3 des Rotors 4 berührt wird,
mit einer widerstandsfähigen
Beschichtung versehen sein, da die Innenwand des Rohrs 10 hier
gleichzeitig als Kontaktfläche 2b dient.
Zur einfacheren Montage kann das Piezoelement 2 auch aus
zwei von einem äußeren Ring 13 zusammengehaltenen
Bauteilen bestehen.
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9 zeigt
den piezoelektrischen Antrieb als radialen Motor, der für verschiedene
Anwendungen eingesetzt werden kann. Die Anwendungen werden von einem
Zahnrad 7 angetrieben. Der gesamte Motor ist in einem zweiteiligen
Gehäuse 14a, 14b untergebracht,
aus dem nur das Zahnrad 7 und elektrische Anschlüsse herausragen.
Das Piezoelement 2 ist zwischen zwei Trägerelementen 15a, 15b mit
Hilfe von zwei Befestigungselementen 16a, 16b mit
den Gehäuseteilen 14a, 14b verbunden.
Der Rotor 4 dreht sich um das Piezoelement 2 und überträgt seine
Kraft über
einen Ring 17a und ein Federelement 17b auf eine
Antriebswelle 18. Die Antriebswelle ragt durch ein Loch
aus dem Oberteil 14a des Motors heraus und ist auf diese
Weise dort mit dem Zahnrad 7 verbunden. Insgesamt kann
ein derartiger Motor sehr flach hergestellt werden und benötigt keine
Radiallager, da der Rotor 4 durch das Piezoelement 2 zentriert
wird. In axialer Richtung wird ein Wandern des Rotors durch die
Gehäusehälften 14a, 14b verhindert,
die ein Axiallager bilden. In 11 ersetzt
ein derartiger piezoelektrischer Antrieb einen herkömmlichen
Motor 18 in einem Elektrorasierer. Hier treibt der Motor über ein
Zahnrad 7 eine Getriebewelle 20 an, die wiederum
einen Scherkopf 19 zum Drehen bringt. Der Motor befindet
sich in einem Gehäuse 21,
das gleichzeitig als Griff dient. Der radiale Motor eignet sich
bestens als Antrieb für
einen Lüfter,
insbesondere als Antrieb für
einen Computerlüfter.
Hier wird eine Luftschraube einfach vom Zahnrad 7 angetrieben. Das
Zahnrad 7 kann auch direkt durch die Luftschraube ersetzt
werden und so einen Lüfter
mit Direktantrieb schaffen.
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Statt
des in den vorstehenden Beispielen beschriebenen radialen Motoraufbaus
ist auch eine axiale Bauweise möglich.
Ein derartiger axialer Motor ist in 10 dargestellt.
Hier ist das Piezoelement 2 an einem ringähnlichen
Stator 2a angebracht und treibt zwei Rotoren 4 an,
die das Piezoelement 2 jeweils an einer Seite berühren. Der
Stator 2a ist zwischen zwei Gehäusehälften 14a und 14b eingespannt.
Die Rotoren 4 weisen auf der dem Piezoelement 2 abgewandten
Seite Federelemente 15b auf, die die erforderliche Vorspannkraft
auf die Rotoren 4 ausüben. Über ein
Röhrchen 16a sind
die beiden Rotoren 4 und die Federelemente 15b mit
einer gemeinsamen Welle 9 verbunden und sind mit den Sicherungselementen 16b, 16c und 16d an
der Welle 9 befestigt. Der obere Gehäuseteil 14a weist
wie beim radialen Motor ein Loch auf, durch das die Welle 9 nach
außen
herausragt. An der Außenseite
der Welle 9 ist ebenfalls ein Zahnrad 7 befestigt,
das die Kraft des Motors auf die anzutreibenden Bauteile auf der
Außenseite überträgt. Dieser
Motor ist länger
als ein vergleichbarer radialer Motor, weist jedoch einen geringeren
Durchmesser auf. Ein derartiger axialer Motor kann statt eines herkömmlichen
Motors 18 auch in einem in 11 dargestellten
Rasierer eingesetzt werden.
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Ein
radialer piezoelektrischer Antrieb kann auch als Direktantrieb für das Rad
eines Fahrzeugs verwendet werden. Ein derartiges in 12 dargestelltes
Antriebskonzept beruht auf einem Radnabenmotor. Das Radlager besteht
aus dem radialen Piezoelement 2 und die Felge bildet den
Rotor 4. Die Vorspannkraft auf den Rotor 4 wird
dann vom Gewicht des Fahrzeugs ausgeübt. Ein derartiges Fahrzeug
kann ohne weiteres Allradantrieb aufweisen und benötigt keine
Antriebswellen. Das Piezoelement 2 benötigt lediglich eine entsprechende
Stromversorgung.