EP2041813A2 - Electromechanical motor - Google Patents

Electromechanical motor

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Publication number
EP2041813A2
EP2041813A2 EP07787215A EP07787215A EP2041813A2 EP 2041813 A2 EP2041813 A2 EP 2041813A2 EP 07787215 A EP07787215 A EP 07787215A EP 07787215 A EP07787215 A EP 07787215A EP 2041813 A2 EP2041813 A2 EP 2041813A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electromechanical
drive ring
drive
spring
motor
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Withdrawn
Application number
EP07787215A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Bernhard Gottlieb
Andreas Kappel
Tim Schwebel
Carsten Wallenhauer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP2041813A2 publication Critical patent/EP2041813A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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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
    • H02N2/10—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
    • H02N2/105—Cycloid or wobble motors; Harmonic traction motors

Definitions

  • the present invention relates to an electromechanical motor, in particular a piezoelectric ring motor.
  • Electromechanical motors and in particular piezoelectric ring motors are known from European Patent 1,098,429 Bl and 102005022355.9.
  • a known piezoelectric ring motor 1 is shown schematically in FIG.
  • the piezoelectric ring motor 1 comprises a drive ring 20, on the sides of which act in a rectangular orientation electromechanical drive elements 10.
  • the electromechanical drive elements 10 are designed as piezoelectric multilayer actuators.
  • hollow springs 14 are used to mechanically bias the piezoelectric multilayer actuators 10. The hollow springs 14 save space
  • hollow springs 14 of different designs are used. They are stamped from flat sheet metal, subsequently rolled and finally welded longitudinally, so that a structured and single-ply hollow cylindrical spring with slot-like structure is created.
  • a hollow spring 14 is shown by way of example in FIG. 2, while at the same time an example of a piezoelectric multilayer actuator 10 to be pretensioned by the hollow spring 14 is shown.
  • the piezoelectric multilayer actuator 10 is typically used in injector applications in motor vehicles with a compressive force of about 600 to 850 N installed.
  • the compressive stress is applied between suitably dimensioned end plates 16 for avoiding damaging tensile stresses in the highly dynamic actuator operation and for the mechanically rigid connection to the other generates driving elements and the counter bearing of an actuator.
  • the piezoelectric multilayer actuators 10 are installed between end plates 16, end caps 11 and hollow cylindrical springs 14, which together form the aforementioned actuator unit. This can also be seen in the schematic diagram in Fig. 1.
  • Ring motors are not shown in Fig. 1. Instead, the power connection or mounting of the drive on the housing is represented by the triangular symbols.
  • the illustrated snapshot shows the drive ring 20 and the shaft 30 with the contact point between the drive ring 20 and shaft 30 lying on the positive X axis on the right. In this situation, the contact force required for torque transmission between drive ring 20 and shaft 30 is transmitted as a pulling force from the actuator units acting in the X direction between the housing and the drive ring 20.
  • the piezoelectric multilayer actuator 10 Since no tensile force can be actively generated with the piezoelectric multilayer actuators 10 installed for the actuator unit, the tensile force is generated by redistribution of the pressure prestressing force provided by the tubular spring or hollow spring 14 from the piezoelectric multilayer actuator 10 to the drive ring 20. To achieve this, the piezoelectric multilayer actuator is used 10 shortened by unloading.
  • the electromechanical motor in particular a piezoelectric ring motor, has the following features: two groups of at least two electromechanical drive elements with a direction of action, at least one drive ring, which is excitable by a change in length of the electromechanical drive elements to a sliding movement, so that a shaft through the sliding movement of the drive ring is rotatable, and at least one biasing element that extends parallel to the direction of action of one of the electromechanical drive elements and beyond the electromechanical drive element and at least partially over the drive ring, so that the electromechanical drive element against the drive ring is mechanically biased.
  • biasing elements In comparison with the known ring motor discussed above, longer preloading elements are used instead of the hollow springs. These biasing elements extend beyond the drive elements and at least partially over the drive ring. In this way, the spring rate of the biasing elements is kept hollow or tubular spring typical, while at the same time a biasing element with increased load capacity arises. This ensures that greater power reserves are provided by these biasing elements in order to ensure a sufficiently rigid and reliable coupling of the electromechanical drive elements, preferably piezoelectric multilayer actuators, to the drive ring.
  • the above-mentioned biasing element is realized by a spring band.
  • This spring band is arranged on a cross member of the electromechanical motor and the drive ring such that the electromechanical drive element between the drive ring and cross member is mechanically biased.
  • the spring band extends parallel to a direction of action of the piezoelectric multilayer actuators and is arranged positionally stable on the side facing away from the drive ring side of the electromechanical drive element to a cross member.
  • the spring band is either permanently attached to the cross member or it runs in a groove partially around this cross member. To further design the spring characteristics of the spring band, it is also preferable to attach the spring band at a point seen in the direction of action on the drive ring.
  • the spring band is fastened or deflected relative to the electromechanical drive element at the remotest location of the drive ring.
  • the spring band selbiges is permanently attached to the cross member and / or drive ring or partially provided circumferentially around drive ring and cross member.
  • they are guided in grooves. These grooves are available both on the cross member and on the drive ring. If different spring bands cross on the drive ring, there is another alternative construction It is to guide these spring bands in different depths formed grooves. In this way, the wear of the spring bands is minimized.
  • FIG. 2 shows prior art elements of the piezoelectric ring motor shown in FIG. 1.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a preferred embodiment of the piezoelectric ring motor according to the present invention
  • Fig. 4 shows another embodiment of the piezoelectric ring motor
  • Fig. 5 shows a third embodiment of the piezoelectric ring motor.
  • the electromechanical motor 1 is formed by a ring motor with piezoelectric multi-layer actuators 10 as electromechanical drive elements. It is also conceivable to realize the electromechanical drive elements 10 by other linear actuators which, like the piezoelectric multilayer actuators, can excite a displacement movement of the shaft 30 in the drive ring 20.
  • the piezoelectric multilayer actuators 10 are arranged between a cross member 50 and the drive ring 20.
  • the cross member 50 is preferably transverse to a direction of action 12 of the aligned in the vicinity arranged piezoelectric multilayer actuator 10.
  • biasing elements 40, 60 are used to mechanically bias the piezoelectric multilayer actuators 10.
  • the biasing elements 40, 60 extend parallel to the effective direction 12 of the respective piezoelectric multilayer actuator 10 and beyond its length and at least partially via the drive ring 20.
  • the biasing element 40 is formed by a spring band (see FIG. ,
  • the biasing element 60 is formed by a spring wire.
  • the biasing elements 40, 60 are made of metal, such as gangiger spring steel, steel or other suitable resilient metals. Another material alternative is metal alloys, composites such as carbon fiber reinforced plastic (CFRP) or glass fiber reinforced plastic (GRP). It is also conceivable to produce the prestressing elements 40, 60 from Kevlar in the form of fibers or ribbons. For the biasing elements 40, 60 are thus generally suitable materials with high tensile strength and elasticity, which ensure the spring properties for biasing the piezoelectric multilayer actuators 10.
  • the piezoelectric multilayer actuator 10 is held under pressure bias on contact with the drive ring 20.
  • the spring band 40 is under tension.
  • the spring band 40 are mechanically rigidly attached to the cross member 50.
  • the cross member 50 is used for the mechanical connection to the motor housing (not shown) of the electromechanical motor 1.
  • the fastening of the spring band 40 on the cross member 50 by welding or other suitable fastening methods.
  • the spring strips 40 are fixed under tension to the drive ring 20 at an arbitrary point seen in the effective direction 12 of the piezoelectric multilayer actuator 10 to be pretensioned. This attachment is also preferably realized by welding or in a similar manner as described above.
  • the spring bands 40 are fixed under tension on the drive ring 20 at a point seen in the direction of action 12 of the piezoelectric Learnschich- taktors 10 vorzuspannenden and based on the vorzuspannenden piezoelectric multilayer actuator 10 at the farthest location P of the drive ring 20th located.
  • This arrangement is shown by way of example in FIG.
  • the spring band 40 is permanently attached at the point P.
  • the attachment of the spring band 40 is achieved by welding, riveting, soldering or in a similarly effective manner. Instead of fastening the spring strips 40 by welding, alternatively, positive connection types can be realized.
  • the drive ring 20 and / or the corresponding cross member 50 grooves 22, in which the spring strips 40 are guided.
  • crossing spring bands 40 run in different planes. These different levels are provided by means of differently deep grooves 22 in drive ring 20 and cross member 50.
  • a harmful frictional contact between the drive ring 20 and the spring strips 40 and between the piezoelectric multilayer actuators 10 and the spring strips 40 should be avoided. Therefore, either the drive ring 20 or the cross member 50 in the vicinity of the support points of the piezoelectric multilayer actuators 10 are designed such that the electrical connections of the piezoelectric multilayer actuators 10, not shown here are short-circuit proof out of the motor housing also not shown.
  • the above spring bands 40 are not attached to the cross member 50 and / or drive ring 20. Instead, the spring strips 40 are arranged circumferentially around the cross member 50 and / or the drive ring 20. With this construction, the spring bands 40 are lengthened compared to the above arrangement, which promotes the required spring characteristics. Even with the circumferential about the cross member 50 and / or the drive ring 20 arrangement of the spring band 40, it is advantageous to arrange the spring bands or 40 in designated grooves on the cross member 50 and the drive ring 20.
  • the use of the maximum available length for the spring bands 40 has the advantage that the spring rate of the spring bands 40 can be kept typical of a tube spring and still the carrying capacity is increased.
  • the following calculation example for a prestressed piezoelectric multilayer actuator 10 of the ring motor 1 with its typical dimensions of about 30 to 60 mm in length and 5 x 5 to 7 x 7 mm 2 cross-section illustrates the facts.
  • biasing force F 1,200 N are used.
  • the permissible material tension ⁇ is 1000 N / mm 2 . This value is less than a typical elastic limit of spring steel, since the piezoelectric multilayer actuator 10 is in the undeflected state during assembly and adds a dynamic mechanical stress component additively during its operation by the deflection.
  • the cross section A represents the sum of the cross sections of the individual spring strips 40, since two spring strips 40 connected in parallel provide the biasing force for a multilayer piezoelectric actuator.
  • a typical length of a spring band 40 is, for example, 80 mm. Therefore, the spring rate c F of the spring bands 40 for a piezoelectric multilayer actuator 10 is calculated according to FIG A "N 1,2 0 mm Nc F - E - - - 2 0 0 • 1 0 9 - • - - 3,0
  • E denotes the modulus of elasticity
  • A a cross section
  • 1 the length of the spring strips 40
  • c F the spring rate already mentioned above.
  • spring wires 60 are used, as shown in Figures 4 and 5.
  • this has the same cross-section A as the spring band 40.
  • the diameter of an equivalent circular cross section for a spring wire 60 would be approximately 0.87 mm for this example.
  • the spring wire 60 is guided along the paths of the spring band 40 shown in Fig. 3. 4, the elements of the ring motor 1 known from FIG. 3 are also identified by the same reference numerals as in FIG.
  • the spring wires 60 are fastened and arranged in the same way as the above-described spring strips 40. For further explanation, reference is therefore made to the above description.
  • the embodiment shown in Fig. 5 is preferably used.
  • the spring wires 60 wrap around the drive ring 20 as frictionless as possible and are fastened to the rear side of the drive ring 20 near the ring-side actuator contact points AP.
  • the drive ring 20 is equipped with deflection elements 24, for example in the form of a cylinder.
  • the deflecting elements 24 are either attached as a separate part to the drive ring 20 or they are an integral part of the drive ring 20.
  • free-lying deflecting full cylinder that is deflecting rollers, or also attached to the drive ring 20 guide rollers used.
  • the spring travel extension achieved with the aid of the embodiment shown in FIG. 5 corresponds approximately to the edge length of the drive ring 20. Based on the above calculation example, the effective spring length of the spring wire 60 would then be approximately 120 mm. For the spring rate c F then results according to the following equation
  • the spring travel extension allows a further increase in the carrying capacity of the spring wire 60.
  • biasing elements 40, 60 are replaced by an approximately twice as long biasing element 40, 60.
  • the biasing member 40, 60 at least partially wraps around the cross member 50 and / or the drive ring 20.
  • drive ring 20 and cross member 50 are repeatedly wrapped with the spring wire 60 under tensile force standing.
  • both the tensile force in the single turn and the cross section of the spring the wire 60 of the number of turns are adapted to realize the desired spring characteristics.

Abstract

The invention relates to an electromechanical motor, especially a piezoelectric ring motor, which is characterized in that its drive ring (20) is incited by piezoelectric multilayer actuators (10) to perform a displacing movement. The piezoelectric multilayer actuators (10) are prestressed by prestressing elements (40) which extend in parallel to the effective direction (12) of the piezoelectric multilayer actuator (10) and beyond the piezoelectric multilayer actuator (10) and at least across at least some sections of the drive ring (20).

Description

Beschreibungdescription
Elektromechanischer MotorElectromechanical motor
Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektromechanischen Motor, insbesondere einen piezoelektrischen Ringmotor.The present invention relates to an electromechanical motor, in particular a piezoelectric ring motor.
Elektromechanische Motoren und insbesondere piezoelektrische Ringmotoren sind aus dem europäischen Patent 1 098 429 Bl und der 102005022355.9 bekannt. Beispielgebend ist ein bekannter piezoelektrischer Ringmotor 1 schematisch in Fig. 1 dargestellt.Electromechanical motors and in particular piezoelectric ring motors are known from European Patent 1,098,429 Bl and 102005022355.9. By way of example, a known piezoelectric ring motor 1 is shown schematically in FIG.
Der piezoelektrische Ringmotor 1 umfasst einen Antriebsring 20, an dessen Seiten in rechtwinkliger Ausrichtung elektromechanische Antriebselemente 10 angreifen. Die elektromechanischen Antriebselemente 10 sind als piezoelektrische Viel- schichtaktoren ausgebildet. Um die piezoelektrischen Viel- schichtaktoren 10 mechanisch vorzuspannen, werden Hohlfedern 14 eingesetzt. Die Hohlfedern 14 bringen bauraumsparendThe piezoelectric ring motor 1 comprises a drive ring 20, on the sides of which act in a rectangular orientation electromechanical drive elements 10. The electromechanical drive elements 10 are designed as piezoelectric multilayer actuators. To mechanically bias the piezoelectric multilayer actuators 10, hollow springs 14 are used. The hollow springs 14 save space
Druckspannungen auf die piezoelektrischen Vielschichtaktoren 10 unterschiedlicher Bauformen auf. In Abhängigkeit von der Bauform der piezoelektrischen Vielschichtaktoren 10 werden ebenfalls Hohlfedern 14 unterschiedlicher Bauform genutzt. Sie werden aus ebenem Blech gestanzt, nachfolgend gerollt und schließlich längsnahtgeschweißt, so dass eine strukturierte und einlagig hohlzylindrische Feder mit schlitzartiger Struktur entsteht. Eine derartige Hohlfeder 14 zeigt beispielgebend Fig. 2, während gleichzeitig ein Beispiel für einen durch die Hohlfeder 14 vorzuspannenden piezoelektrischen Vielschichtaktor 10 dargestellt ist.Compressive stresses on the piezoelectric multilayer actuators 10 of different types. Depending on the design of the piezoelectric multilayer actuators 10 also hollow springs 14 of different designs are used. They are stamped from flat sheet metal, subsequently rolled and finally welded longitudinally, so that a structured and single-ply hollow cylindrical spring with slot-like structure is created. Such a hollow spring 14 is shown by way of example in FIG. 2, while at the same time an example of a piezoelectric multilayer actuator 10 to be pretensioned by the hollow spring 14 is shown.
Der piezoelektrische Vielschichtaktor 10 wird unter anderem bei Injektoranwendungen in Kraftfahrzeugen typischerweise mit einer Druckkraft von ca. 600 bis 850 N verbaut. Die Druckspannung wird zwischen geeignet dimensionierten Endplatten 16 zur Vermeidung schädlicher Zugspannungen im hochdynamischen Aktorbetrieb und zur mechanisch steifen Anbindung an die an- zutreibenden Elemente und das Gegenlager einer Aktoreinheit erzeugt. Somit werden die piezoelektrischen Vielschichtakto- ren 10 zwischen Endplatten 16, Endkappen 11 und hohlzylindri- schen Federn 14 verbaut, die gemeinsam die genannte Aktorein- heit bilden. Dies ist auch in der Prinzipskizze in Fig. 1 zu erkennen .The piezoelectric multilayer actuator 10 is typically used in injector applications in motor vehicles with a compressive force of about 600 to 850 N installed. The compressive stress is applied between suitably dimensioned end plates 16 for avoiding damaging tensile stresses in the highly dynamic actuator operation and for the mechanically rigid connection to the other generates driving elements and the counter bearing of an actuator. Thus, the piezoelectric multilayer actuators 10 are installed between end plates 16, end caps 11 and hollow cylindrical springs 14, which together form the aforementioned actuator unit. This can also be seen in the schematic diagram in Fig. 1.
Hinsichtlich der Endkappen 11 angepasste Aktoreinheiten dieser Art werden bislang zum Aufbau der piezoelektrischen Moto- ren 1 eingesetzt. Die Gehäuseteile des piezoelektrischenWith regard to the end caps 11 adapted actuator units of this type are so far used for the construction of the piezoelectric motors 1. The housing parts of the piezoelectric
Ringmotors sind in Fig. 1 nicht gezeigt. Stattdessen wird die Kraftanbindung bzw. Lagerung des Antriebs am Gehäuse durch die Dreieckssymbole dargestellt. Die dargestellte Momentaufnahme zeigt den Antriebsring 20 und die Welle 30 mit dem Kon- taktpunkt zwischen Antriebsring 20 und Welle 30 rechts auf der positiven X-Achse liegend. In dieser Situation wird die zur Drehmomentübertragung zwischen Antriebsring 20 und Welle 30 benötigte Kontaktkraft als Zugkraft von den in X-Richtung wirkenden Aktoreinheiten zwischen dem Gehäuse und dem An- triebsring 20 vermittelt. Da mit den zur Aktoreinheit verbauten piezoelektrischen Vielschichtaktoren 10 aktiv keine Zugkraft erzeugt werden kann, erfolgt die Erzeugung der Zugkraft durch Umverteilung der durch die Rohrfeder bzw. Hohlfeder 14 bereitgestellten Druckvorspannkraft vom piezoelektrischen Vielschichtaktor 10 auf den Antriebsring 20. Um dies zu erreichen wird der piezoelektrische Vielschichtaktor 10 durch Entladen verkürzt.Ring motors are not shown in Fig. 1. Instead, the power connection or mounting of the drive on the housing is represented by the triangular symbols. The illustrated snapshot shows the drive ring 20 and the shaft 30 with the contact point between the drive ring 20 and shaft 30 lying on the positive X axis on the right. In this situation, the contact force required for torque transmission between drive ring 20 and shaft 30 is transmitted as a pulling force from the actuator units acting in the X direction between the housing and the drive ring 20. Since no tensile force can be actively generated with the piezoelectric multilayer actuators 10 installed for the actuator unit, the tensile force is generated by redistribution of the pressure prestressing force provided by the tubular spring or hollow spring 14 from the piezoelectric multilayer actuator 10 to the drive ring 20. To achieve this, the piezoelectric multilayer actuator is used 10 shortened by unloading.
Bei diesem Vorgang besteht jedoch die Gefahr, dass der piezo- elektrische Vielschichtaktor 10 zu stark bzw. völlig entlastet wird. Infolgedessen wird die steife Ankopplung des Antriebsrings 20 über die Aktoreinheit an das Gehäuse geschwächt, so dass die ebenfalls durch die Aktoreinheit vermittelte Drehmomentübertragung von der Welle 30 über den An- triebsring 20 auf das Gehäuse negativ beeinflusst wird. Um dieser Gefahr zu begegnen und eine größere Kraftreserve zur Vorspannung der piezoelektrischen Vielschichtaktoren 10 bereitzustellen, wurden für Labormuster die für eine Zugkraft von 850 N dimensionierten Serien-Rohrfedern 14 unter Nutzung aller Sicherheitsreserven mit einer Zugkraft von bis zu 1.200 N beim Aufbau der Aktoreinheiten vorgespannt. Derartige Konstruktionen sind zwar für Labormuster geeignet, sie stellen jedoch keine Alternative für eine großtechnische Herstellung dar .In this process, however, there is a risk that the piezoelectric multilayer actuator 10 is too strong or completely relieved. As a result, the rigid coupling of the drive ring 20 is weakened via the actuator unit to the housing, so that the likewise mediated by the actuator unit torque transmission from the shaft 30 via the drive ring 20 to the housing is adversely affected. To counteract this risk and to provide a greater power reserve for biasing the piezoelectric multilayer actuators 10 were for laboratory samples for a tensile force of 850 N-dimensioned series coil springs 14 with the use of all safety reserves with a tensile force of up to 1,200 N during the assembly of the actuator units preloaded. Although such constructions are suitable for laboratory samples, they do not represent an alternative for large-scale production.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen elektromechanischen Motor mit einem im Vergleich zum Stand der Technik produktionsfreundlicheren Druckvorspannsystem bereitzustellen .It is therefore the object of the present invention to provide an electromechanical motor with a pressure-biasing system that is more production-friendly than the prior art.
Die obige Aufgabe wird durch einen elektromechanischen Motor gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen des elektromechanischen Motors gehen aus der folgenden Beschreibung, den Zeichnungen und den anhängenden Ansprüchen hervor.The above object is achieved by an electromechanical motor according to independent claim 1. Advantageous embodiments and further developments of the electromechanical motor will become apparent from the following description, the drawings and the appended claims.
Der elektromechanische Motor, insbesondere ein piezoelektri- scher Ringmotor, weist die folgenden Merkmale auf: zwei Gruppen von mindestens zwei elektromechanischen Antriebselementen mit einer Wirkrichtung, mindestens einen Antriebsring, der durch eine Längenänderung der elektromechanischen Antriebselemente zu einer Verschiebebewegung anregbar ist, so dass eine Welle durch die Verschiebebewegung des Antriebsrings drehbar ist, und mindestens ein Vorspannelement, dass sich parallel zur Wirkrichtung eines der elektromechanischen Antriebselemente sowie über das elektromechanische Antriebselement hinaus und zumindest teilweise über den Antriebsring er- streckt, so dass das elektromechanische Antriebselement gegen den Antriebsring mechanisch vorspannbar ist.The electromechanical motor, in particular a piezoelectric ring motor, has the following features: two groups of at least two electromechanical drive elements with a direction of action, at least one drive ring, which is excitable by a change in length of the electromechanical drive elements to a sliding movement, so that a shaft through the sliding movement of the drive ring is rotatable, and at least one biasing element that extends parallel to the direction of action of one of the electromechanical drive elements and beyond the electromechanical drive element and at least partially over the drive ring, so that the electromechanical drive element against the drive ring is mechanically biased.
Im Vergleich zu dem oben diskutierten bekannten Ringmotor werden an Stelle der Hohlfedern längere Vorspannelemente ein- gesetzt. Diese Vorspannelemente erstrecken sich über die Antriebselemente hinaus und zumindest teilweise über den Antriebsring. Auf diese Weise wird die Federrate der Vorspannelemente hohl- bzw. rohrfedertypisch klein gehalten, während gleichzeitig ein Vorspannelement mit gesteigerter Tragkraft entsteht. Dies stellt sicher, dass größere Kraftreserven durch diese Vorspannelemente bereitgestellt werden, um eine ausreichend steife und verlässliche Ankopplung der elektrome- chanischen Antriebselemente, vorzugsweise piezoelektrische Vielschichtaktoren, an den Antriebsring zu gewährleisten.In comparison with the known ring motor discussed above, longer preloading elements are used instead of the hollow springs. These biasing elements extend beyond the drive elements and at least partially over the drive ring. In this way, the spring rate of the biasing elements is kept hollow or tubular spring typical, while at the same time a biasing element with increased load capacity arises. This ensures that greater power reserves are provided by these biasing elements in order to ensure a sufficiently rigid and reliable coupling of the electromechanical drive elements, preferably piezoelectric multilayer actuators, to the drive ring.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das oben genannte Vorspannelement durch ein Federband reali- siert. Dieses Federband ist an einem Querträger des elektro- mechanischen Motors und dem Antriebsring derart angeordnet, dass das elektromechanische Antriebselement zwischen Antriebsring und Querträger mechanisch vorspannbar ist.According to one embodiment of the present invention, the above-mentioned biasing element is realized by a spring band. This spring band is arranged on a cross member of the electromechanical motor and the drive ring such that the electromechanical drive element between the drive ring and cross member is mechanically biased.
Das Federband erstreckt sich parallel zu einer Wirkrichtung der piezoelektrischen Vielschichtaktoren und ist an der dem Antriebsring abgewandten Seite des elektromechanischen Antriebselements an einem Querträger positionsstabil angeordnet. Das Federband ist entweder an dem Querträger permanent befestigt oder es läuft in einer Nut geführt teilweise um diesen Querträger herum. Zur weiteren Gestaltung der Federeigenschaften des Federbands ist es ebenfalls bevorzugt, das Federband an einem in Wirkrichtung gesehenen Punkt auf dem Antriebsring zu befestigen.The spring band extends parallel to a direction of action of the piezoelectric multilayer actuators and is arranged positionally stable on the side facing away from the drive ring side of the electromechanical drive element to a cross member. The spring band is either permanently attached to the cross member or it runs in a groove partially around this cross member. To further design the spring characteristics of the spring band, it is also preferable to attach the spring band at a point seen in the direction of action on the drive ring.
Um die Tragkraft des Federbands weiter zu steigern, wird gemäß einer Alternative des vorliegenden elektromechanischen Motors das Federband bezogen auf das elektromechanische Antriebselement am entferntesten Ort des Antriebsrings befes- tigt oder umgelenkt. Zur Realisierung dieser unterschiedlichen Anordnungen des Federbands wird selbiges an Querträger und/oder Antriebsring permanent befestigt oder teilweise umlaufend um Antriebsring und Querträger bereitgestellt. Um ein Verrutschen der umlaufend angeordneten Federbänder zu verhin- dern, werden diese in Nuten geführt. Diese Nuten stehen sowohl am Querträger als auch am Antriebsring zur Verfügung. Sollten sich unterschiedliche Federbänder auf dem Antriebsring kreuzen, besteht eine weitere alternative Konstruktion darin, diese Federbänder in unterschiedlich tief ausgebildeten Nuten zu führen. Auf diese Weise wird der Verschleiß der Federbänder minimiert.In order to further increase the carrying capacity of the spring band, according to an alternative of the present electromechanical motor, the spring band is fastened or deflected relative to the electromechanical drive element at the remotest location of the drive ring. To realize these different arrangements of the spring band selbiges is permanently attached to the cross member and / or drive ring or partially provided circumferentially around drive ring and cross member. To prevent slippage of the circumferentially arranged spring strips, they are guided in grooves. These grooves are available both on the cross member and on the drive ring. If different spring bands cross on the drive ring, there is another alternative construction It is to guide these spring bands in different depths formed grooves. In this way, the wear of the spring bands is minimized.
Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:The preferred embodiments of the present invention will be explained in detail with reference to the accompanying drawings. Show it:
Fig. 1 einen aus dem Stand der Technik bekannten piezo- elektrischen Ringmotor,1 shows a known from the prior art piezoelectric ring motor,
Fig. 2 aus dem Stand der Technik bekannte Elemente des in Fig. 1 gezeigten piezoelektrischen Ringmotors,FIG. 2 shows prior art elements of the piezoelectric ring motor shown in FIG. 1. FIG.
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform des piezoelektrischen Ringmotors gemäß der vorliegenden Erfindung,3 shows a schematic representation of a preferred embodiment of the piezoelectric ring motor according to the present invention,
Fig. 4 eine weitere Ausführungsform des piezoelektrischen Ringmotors undFig. 4 shows another embodiment of the piezoelectric ring motor and
Fig. 5 eine dritte Ausführungsform des piezoelektrischen Ringmotors .Fig. 5 shows a third embodiment of the piezoelectric ring motor.
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 3 dargestellt. Der elektromechanische Motor 1 wird durch einen Ringmotor mit piezoelektrischen Vielschich- taktoren 10 als elektromechanische Antriebselemente gebildet. Es ist ebenfalls denkbar, die elektromechanischen Antriebs- elemente 10 durch andere lineare Stellglieder zu realisieren, die wie die piezoelektrischen Vielschichtaktoren eine Verschiebebewegung der Welle 30 im Antriebsring 20 anregen können .A preferred embodiment of the present invention is shown in FIG. The electromechanical motor 1 is formed by a ring motor with piezoelectric multi-layer actuators 10 as electromechanical drive elements. It is also conceivable to realize the electromechanical drive elements 10 by other linear actuators which, like the piezoelectric multilayer actuators, can excite a displacement movement of the shaft 30 in the drive ring 20.
Die piezoelektrischen Vielschichtaktoren 10 sind zwischen einem Querträger 50 und dem Antriebsring 20 angeordnet. Der Querträger 50 ist bevorzugt quer zu einer Wirkrichtung 12 des in der Nahe angeordneten piezoelektrischen Vielschichtaktors 10 ausgerichtet.The piezoelectric multilayer actuators 10 are arranged between a cross member 50 and the drive ring 20. The cross member 50 is preferably transverse to a direction of action 12 of the aligned in the vicinity arranged piezoelectric multilayer actuator 10.
Um die piezoelektrischen Vielschichtaktoren 10 mechanisch vorzuspannen, werden unterschiedliche Vorspannelemente 40, 60 eingesetzt. Die Vorspannelemente 40, 60 erstrecken sich parallel zur Wirkrichtung 12 des jeweiligen piezoelektrischen Vielschichtaktors 10 sowie über dessen Lange hinaus und zumindest teilweise über den Antriebsring 20. Gemäß einer ers- ten Ausfuhrungsform wird das Vorspannelement 40 durch ein Federband gebildet (vgl. Fig. 3). Gemäß einer weiteren Ausfuhrungsform (siehe unten) wird das Vorspannelement 60 durch einen Federdraht gebildet.To mechanically bias the piezoelectric multilayer actuators 10, different biasing elements 40, 60 are used. The biasing elements 40, 60 extend parallel to the effective direction 12 of the respective piezoelectric multilayer actuator 10 and beyond its length and at least partially via the drive ring 20. According to a first embodiment, the biasing element 40 is formed by a spring band (see FIG. , According to a further embodiment (see below), the biasing element 60 is formed by a spring wire.
Die Vorspannelemente 40, 60 bestehen aus Metall, wie beispielsweise gangiger Federstahl, Stahl oder andere geeignete federnde Metalle. Eine weitere Materialalternative stellen Metalllegierungen, Verbundwerkstoffe, wie kohlefaserverstark- ter Kunststoff (CFK) oder glaserfaserverstarkter Kunststoff (GFK), dar. Es ist des Weiteren denkbar, die Vorspannelemente 40, 60 aus Kevlar in Form von Fasern oder Bandern herzustellen. Für die Vorspannelemente 40, 60 sind somit generell Werkstoffe mit hoher Zugfestigkeit und Elastizität geeignet, die die Federeigenschaften zur Vorspannung der piezoelektri- sehen Vielschichtaktoren 10 gewahrleisten.The biasing elements 40, 60 are made of metal, such as gangiger spring steel, steel or other suitable resilient metals. Another material alternative is metal alloys, composites such as carbon fiber reinforced plastic (CFRP) or glass fiber reinforced plastic (GRP). It is also conceivable to produce the prestressing elements 40, 60 from Kevlar in the form of fibers or ribbons. For the biasing elements 40, 60 are thus generally suitable materials with high tensile strength and elasticity, which ensure the spring properties for biasing the piezoelectric multilayer actuators 10.
Über das dünnwandige Federband 40 gemäß Fig. 3 wird der piezoelektrische Vielschichtaktor 10 unter Druckvorspannung auf Anlage an dem Antriebsring 20 gehalten. Das Federband 40 steht dabei unter Zugspannung. Gemäß einer ersten Alternative werden die Federbande 40 mechanisch steif an dem Querträger 50 befestigt. Der Querträger 50 dient der mechanischen Anbindung an das Motorgehäuse (nicht gezeigt) des elektromechani- schen Motors 1. Die Befestigung des Federbands 40 am Quertra- ger 50 erfolgt durch Schweißen oder andere geeignete Befestigungsverfahren . Gemäß einer Ausführungsform werden die Federbänder 40 unter Zugspannung stehend am Antriebsring 20 an einem in Wirkrichtung 12 des vorzuspannenden piezoelektrischen Vielschichtak- tors 10 gesehenen beliebigen Punkt befestigt. Diese Befesti- gung wird ebenfalls bevorzugt durch Schweißen oder in ähnlicher Weise, wie es oben beschrieben worden ist, realisiert.About the thin-walled spring band 40 of FIG. 3, the piezoelectric multilayer actuator 10 is held under pressure bias on contact with the drive ring 20. The spring band 40 is under tension. According to a first alternative, the spring band 40 are mechanically rigidly attached to the cross member 50. The cross member 50 is used for the mechanical connection to the motor housing (not shown) of the electromechanical motor 1. The fastening of the spring band 40 on the cross member 50 by welding or other suitable fastening methods. According to one embodiment, the spring strips 40 are fixed under tension to the drive ring 20 at an arbitrary point seen in the effective direction 12 of the piezoelectric multilayer actuator 10 to be pretensioned. This attachment is also preferably realized by welding or in a similar manner as described above.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Federbänder 40 unter Zugspannung stehend am Antriebsring 20 an einem Punkt befestigt, der sich in Wirkrichtung 12 des vorzuspannenden piezoelektrischen Vielschich- taktors 10 gesehen und bezogen auf den vorzuspannenden piezoelektrischen Vielschichtaktor 10 am entferntesten Ort P des Antriebsrings 20 befindet. Diese Anordnung ist beispielgebend in Fig. 3 dargestellt. In gleicher Weise wie am Querträger 50 ist das Federband 40 am Punkt P permanent befestigt. Die Befestigung des Federbands 40 wird durch Schweißen, Nieten, Löten oder auf ähnlich effektive Weise erzielt. Statt der Befestigung der Federbänder 40 durch Schweißen sind alternativ auch formschlüssige Verbindungsarten realisierbar.According to a further embodiment of the present invention, the spring bands 40 are fixed under tension on the drive ring 20 at a point seen in the direction of action 12 of the piezoelectric Vielschich- taktors 10 vorzuspannenden and based on the vorzuspannenden piezoelectric multilayer actuator 10 at the farthest location P of the drive ring 20th located. This arrangement is shown by way of example in FIG. In the same way as on the cross member 50, the spring band 40 is permanently attached at the point P. The attachment of the spring band 40 is achieved by welding, riveting, soldering or in a similarly effective manner. Instead of fastening the spring strips 40 by welding, alternatively, positive connection types can be realized.
Weiterhin weist der Antriebsring 20 und/oder der entsprechende Querträger 50 Nuten 22 auf, in denen die Federbänder 40 geführt sind. Damit sich die Federbänder 40 nicht gegenseitig in ihrer Bewegung behindern oder verschleißen, verlaufen sich kreuzende Federbänder 40 in unterschiedlichen Ebenen. Diese unterschiedlichen Ebenen werden mit Hilfe unterschiedlich tiefer Nuten 22 in Antriebsring 20 und Querträger 50 bereitgestellt. Zudem soll ein schädlicher Reibkontakt zwischen dem Antriebsring 20 und den Federbändern 40 sowie zwischen den piezoelektrischen Vielschichtaktoren 10 und den Federbändern 40 vermieden werden. Daher sind entweder der Antriebsring 20 oder die Querträger 50 in der Nähe der Auflagepunkte der piezoelektrischen Vielschichtaktoren 10 derart gestaltet, dass die hier nicht gezeigten elektrischen Anschlüsse der piezoelektrischen Vielschichtaktoren 10 kurzschlusssicher aus dem ebenfalls nicht gezeigten Motorgehäuse herausgeführt werden. Gemäß einer weiteren Alternative der vorliegenden Erfindung sind die obigen Federbänder 40 nicht am Querträger 50 und/oder Antriebsring 20 befestigt. Stattdessen sind die Federbänder 40 umlaufend um den Querträger 50 und/oder den An- triebsring 20 angeordnet. Mit dieser Konstruktion werden die Federbänder 40 im Vergleich zur obigen Anordnung verlängert, was die geforderten Federeigenschaften fördert. Auch bei der um den Querträger 50 und/oder den Antriebsring 20 umlaufenden Anordnung des Federbands 40 ist es vorteilhaft, das oder die Federbänder 40 in dafür vorgesehenen Nuten am Querträger 50 und am Antriebsring 20 anzuordnen.Furthermore, the drive ring 20 and / or the corresponding cross member 50 grooves 22, in which the spring strips 40 are guided. In order that the spring bands 40 do not hinder or wear each other in their movement, crossing spring bands 40 run in different planes. These different levels are provided by means of differently deep grooves 22 in drive ring 20 and cross member 50. In addition, a harmful frictional contact between the drive ring 20 and the spring strips 40 and between the piezoelectric multilayer actuators 10 and the spring strips 40 should be avoided. Therefore, either the drive ring 20 or the cross member 50 in the vicinity of the support points of the piezoelectric multilayer actuators 10 are designed such that the electrical connections of the piezoelectric multilayer actuators 10, not shown here are short-circuit proof out of the motor housing also not shown. According to another alternative of the present invention, the above spring bands 40 are not attached to the cross member 50 and / or drive ring 20. Instead, the spring strips 40 are arranged circumferentially around the cross member 50 and / or the drive ring 20. With this construction, the spring bands 40 are lengthened compared to the above arrangement, which promotes the required spring characteristics. Even with the circumferential about the cross member 50 and / or the drive ring 20 arrangement of the spring band 40, it is advantageous to arrange the spring bands or 40 in designated grooves on the cross member 50 and the drive ring 20.
Die Nutzung der maximal verfügbaren Länge für die Federbänder 40 hat den Vorteil, dass die Federrate der Federbänder 40 rohrfedertypisch klein gehalten werden kann und trotzdem die Tragkraft gesteigert wird. Das folgende Rechenbeispiel für einen vorgespannten piezoelektrischen Vielschichtaktor 10 des Ringmotors 1 mit dessen typischen Dimensionen von ca. 30 bis 60 mm Länge und 5 x 5 bis 7 x 7 mm2 Querschnitt verdeutlicht den Sachverhalt. Als Vorspannkraft F werden 1.200 N angesetzt. Als zulässige Materialspannung σ werden 1.000 N/mm2 angesetzt. Dieser Wert ist geringer als eine typische Elastizitätsgrenze von Federstahl, da sich der piezoelektrische Vielschichtaktor 10 während der Montage im unausgelenkten Zu- stand befindet und während seines Betriebs durch die Auslenkung noch ein dynamischer mechanischer Spannungsanteil additiv hinzukommt. Setzt man die Werte für σ und F in die Gleichung σ = F/A ein, ergibt sich für den Querschnitt A eine Fläche von 1,2 mm2. Der Querschnitt A stellt hierbei die Sum- me der Querschnitte der einzelnen Federbänder 40 dar, da zwei parallel geschaltete Federbänder 40 die Vorspannkraft für einen piezoelektrischen Vielschichtaktor bereitstellen.The use of the maximum available length for the spring bands 40 has the advantage that the spring rate of the spring bands 40 can be kept typical of a tube spring and still the carrying capacity is increased. The following calculation example for a prestressed piezoelectric multilayer actuator 10 of the ring motor 1 with its typical dimensions of about 30 to 60 mm in length and 5 x 5 to 7 x 7 mm 2 cross-section illustrates the facts. As biasing force F 1,200 N are used. The permissible material tension σ is 1000 N / mm 2 . This value is less than a typical elastic limit of spring steel, since the piezoelectric multilayer actuator 10 is in the undeflected state during assembly and adds a dynamic mechanical stress component additively during its operation by the deflection. Substituting the values for σ and F into the equation σ = F / A results in an area of 1.2 mm 2 for the cross section A. In this case, the cross section A represents the sum of the cross sections of the individual spring strips 40, since two spring strips 40 connected in parallel provide the biasing force for a multilayer piezoelectric actuator.
Eine typische Länge eines Federbands 40 beträgt beispielswei- se 80 mm. Daher berechnet sich die Federrate cF der Federbänder 40 für einen piezoelektrischen Vielschichtaktor 10 gemäß A „ N 1,2 0 mm N cF - E - - - 2 0 0 • 1 09 — • — - 3,0A typical length of a spring band 40 is, for example, 80 mm. Therefore, the spring rate c F of the spring bands 40 for a piezoelectric multilayer actuator 10 is calculated according to FIG A "N 1,2 0 mm Nc F - E - - - 2 0 0 • 1 0 9 - • - - 3,0
1 m 8 0 mm μm1 m 8 0 mm μm
In obiger Gleichung bezeichnet E den Elastizitätsmodul, A einen Querschnitt, 1 die Länge der Federbänder 40 und cF die bereits oben erwähnte Federrate. Setzt man für den Elastizitätsmodul einen Wert von 200 -109 N/m2, für A = 1,2 mm2 und für 1 = 80 mm an, ergibt sich eine Federrate cF von 3 N/μm. Diese Federrate cF liegt ca. 10 % unter einem typischen Wert von 3,3 N/μm für herkömmliche Rohr- bzw. Hohlfedern bei deutlich gesteigerter Tragfähigkeit. Der Querschnitt eines einzelnen Federbands 40 ist basierend auf diesem Beispiel 0,6 mm2. Das Federband 40 könnte daher beispielsweise 4 mm breit und 0,15 mm dick sein.In the above equation, E denotes the modulus of elasticity, A a cross section, 1 the length of the spring strips 40, and c F the spring rate already mentioned above. Substituting for the modulus of elasticity a value of 200 -10 9 N / m 2 , for A = 1.2 mm 2 and for 1 = 80 mm, results in a spring rate c F of 3 N / μm. This spring rate c F is about 10% below a typical value of 3.3 N / μm for conventional tubular or hollow springs with significantly increased load capacity. The cross section of a single spring band 40 is 0.6 mm 2 based on this example. The spring band 40 could therefore be, for example, 4 mm wide and 0.15 mm thick.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden statt der Federbänder 40 Federdrähte 60 eingesetzt, wie es in den Figuren 4 und 5 dargestellt ist. Um die oben exemplarisch vorgerechneten Federeigenschaften des Federbands 40 auch mit dem Federdraht 60 zu erzielen, weist dieser den gleichen Querschnitt A wie das Federband 40 auf. Der Durchmesser eines äquivalenten Kreisquerschnitts für einen Federdraht 60 würde für dieses Beispiel ca. 0,87 mm betragen .According to a further embodiment of the present invention, instead of the spring strips 40 spring wires 60 are used, as shown in Figures 4 and 5. In order to achieve the spring properties of the spring band 40, which are calculated by way of example above, also with the spring wire 60, this has the same cross-section A as the spring band 40. The diameter of an equivalent circular cross section for a spring wire 60 would be approximately 0.87 mm for this example.
Wie man in Fig. 4 erkennt, ist der Federdraht 60 entlang der Wege des in Fig. 3 gezeigten Federbands 40 geführt. In Fig. 4 sind zudem die aus Fig. 3 bekannten Elemente des Ringmotors 1 mit den gleichen Bezugszeichen wie in Figur 3 gekennzeichnet. Die Federdrähte 60 sind in gleicher Weise wie die oben be- schriebenen Federbänder 40 befestigt und angeordnet. Für weitere Erläuterungen wird daher auf die obige Beschreibung verwiesen .As can be seen in Fig. 4, the spring wire 60 is guided along the paths of the spring band 40 shown in Fig. 3. 4, the elements of the ring motor 1 known from FIG. 3 are also identified by the same reference numerals as in FIG. The spring wires 60 are fastened and arranged in the same way as the above-described spring strips 40. For further explanation, reference is therefore made to the above description.
Um den aktiven Federweg des Federdrahts 60 zu verlängern, wird bevorzugt die in Fig. 5 dargestellte Ausführungsform genutzt. Auch hier sind bereits bekannte Komponenten des Ringmotors 1 mit den bereits oben genutzten Bezugszeichen identi- fiziert. Gemäß Fig. 5 umschlingen die Federdrähte 60 möglichst reibungsfrei den Antriebsring 20 und sind an der Rückseite des Antriebsrings 20 nahe den ringseitigen Aktorauflagepunkten AP befestigt. Zur Reibungsminimierung zwischen An- triebsring 20 und Federdraht 60 ist der Antriebsring 20 mit Umlenkelementen 24, beispielsweise in Form eines Zylinders, ausgestattet. Die Umlenkelemente 24 sind entweder als separates Teil am Antriebsring 20 befestigt oder sie sind integraler Bestandteil des Antriebsrings 20. Neben dem genannten Um- lenkhalbzylinder werden beispielsweise frei aufliegende Um- lenkvollzylinder, das heißt Umlenkwalzen, oder auch am Antriebsring 20 befestigte Umlenkrollen eingesetzt.In order to extend the active travel of the spring wire 60, the embodiment shown in Fig. 5 is preferably used. Here too, already known components of the ring motor 1 with the reference numbers already used above are identical. fied. According to FIG. 5, the spring wires 60 wrap around the drive ring 20 as frictionless as possible and are fastened to the rear side of the drive ring 20 near the ring-side actuator contact points AP. To minimize friction between the drive ring 20 and the spring wire 60, the drive ring 20 is equipped with deflection elements 24, for example in the form of a cylinder. The deflecting elements 24 are either attached as a separate part to the drive ring 20 or they are an integral part of the drive ring 20. In addition to the said deflection half cylinder, for example, free-lying deflecting full cylinder, that is deflecting rollers, or also attached to the drive ring 20 guide rollers used.
Die mit Hilfe der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform er- zielte Federwegverlängerung entspricht ungefähr der Kantenlänge des Antriebsrings 20. Angelehnt an obiges Rechenbeispiel würde dann die wirksame Federlänge des Federdrahts 60 ca. 120 mm betragen. Für die Federrate cF ergibt sich dann gemäß folgender GleichungThe spring travel extension achieved with the aid of the embodiment shown in FIG. 5 corresponds approximately to the edge length of the drive ring 20. Based on the above calculation example, the effective spring length of the spring wire 60 would then be approximately 120 mm. For the spring rate c F then results according to the following equation
A N 1,20 mm2 = 2Q_^_ cF - E - 2 0 0 • 1 09 AN 1.20 mm 2 = 2Q _ ^ _ c F - E - 2 0 0 • 1 0 9
1 m2 120 mm μm1 m 2 120 mm μm
ein Wert von 2,0 N/μm. Auf diese Weise ermöglicht die Federwegverlängerung eine weitere Steigerung der Tragfähigkeit des Federdrahts 60.a value of 2.0 N / μm. In this way, the spring travel extension allows a further increase in the carrying capacity of the spring wire 60.
Zur Reduzierung der Anzahl der befestigenden Schweißpunkte sowie auftretender Federdraht- oder Federbandenden werden vorzugsweise jeweils zwei Vorspannelemente 40, 60 durch ein in etwa doppelt so langes Vorspannelement 40, 60 ersetzt. Bei dieser Anordnung umschlingt das Vorspannelement 40, 60 zumindest teilweise den Querträger 50 und/oder den Antriebsring 20. Als weitere Alternative werden Antriebsring 20 und Querträger 50 mehrfach mit dem Federdraht 60 unter Zugkraft ste- hend umwickelt. Bei dieser Anordnung müssen sowohl die Zugkraft in der Einzelwindung als auch der Querschnitt des Fe- derdrahts 60 der Windungszahl angepasst werden, um die gewünschten Federeigenschaften zu realisieren. To reduce the number of fastened welding points and occurring spring wire or spring band ends preferably two biasing elements 40, 60 are replaced by an approximately twice as long biasing element 40, 60. In this arrangement, the biasing member 40, 60 at least partially wraps around the cross member 50 and / or the drive ring 20. As a further alternative, drive ring 20 and cross member 50 are repeatedly wrapped with the spring wire 60 under tensile force standing. In this arrangement, both the tensile force in the single turn and the cross section of the spring the wire 60 of the number of turns are adapted to realize the desired spring characteristics.

Claims

Patentansprüche claims
1. Elektromechanischer Motor (1), insbesondere ein piezoelektrischer Ringmotor, der die folgenden Merkmale auf- weist:1. Electromechanical motor (1), in particular a piezoelectric ring motor having the following features:
a. zwei Gruppen von jeweils mindestens zwei elektromecha- nischen Antriebselementen (10) mit einer Wirkrichtunga. two groups of at least two electromechanical drive elements (10) with a direction of action
(12),(12)
b. mindestens einen Antriebsring (20), der durch eine Längenänderung der elektromechanischen Antriebselemente (10) zu einer Verschiebebewegung anregbar ist, so dass eine Welle (30) durch die Verschiebebewegung des Antriebsrings (10) drehbar ist, undb. at least one drive ring (20) which is excitable by a change in length of the electromechanical drive elements (10) to a sliding movement, so that a shaft (30) by the sliding movement of the drive ring (10) is rotatable, and
c. mindestens ein Vorspannelement (40), das sich parallel zur Wirkrichtung (12) eines der elektromechanischen Antriebselemente (10) sowie über das elektromechani- sehe Antriebselement (10) hinaus und zumindest teilweise über den Antriebsring (20) erstreckt, so dass das elektromechanische Antriebselement (10) gegen den Antriebsring (20) mechanisch vorspannbar ist.c. at least one biasing element (40) extending parallel to the effective direction (12) of one of the electromechanical drive elements (10) and beyond the electromechanical drive element (10) and at least partially over the drive ring (20), so that the electromechanical drive element ( 10) is mechanically biased against the drive ring (20).
2. Elektromechanischer Motor (1) gemäß Anspruch 1, dessen elektromechanisches Antriebselement (10) ein piezoelektrischer Vielschichtaktor ist.2. Electromechanical motor (1) according to claim 1, whose electromechanical drive element (10) is a piezoelectric multilayer actuator.
3. Elektromechanischer Motor (1) gemäß einem der vorherge- henden Ansprüche, dessen Vorspannelement (40) ein Federband ist.3. Electromechanical motor (1) according to one of the preceding claims, whose biasing member (40) is a spring band.
4. Elektromechanischer Motor (1) gemäß Anspruch 3, dessen Federband (40) an einem Querträger (50) und dem Antriebs- ring (20) derart angeordnet ist, dass das elektromechanische Antriebselement (10) zwischen Antriebsring (20) und Querträger (50) mechanisch vorspannbar ist. 4. Electromechanical motor (1) according to claim 3, whose spring band (40) on a cross member (50) and the drive ring (20) is arranged such that the electromechanical drive element (10) between the drive ring (20) and cross member (50 ) is mechanically prestressed.
5. Elektromechanischer Motor (1) gemäß Anspruch 4, dessen Federband (40) bezogen auf das elektromechanische Antriebselement (10) am entferntesten Ort des Antriebsrings (20) befestigt oder umgelenkt ist.5. Electromechanical motor (1) according to claim 4, whose spring band (40) relative to the electromechanical drive element (10) at the farthest location of the drive ring (20) is attached or deflected.
6. Elektromechanischer Motor (1) gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, in dem jedem elektromechanischen Antriebselement6. Electromechanical motor (1) according to one of claims 3 to 5, in which each electromechanical drive element
(10) jeweils zumindest ein Federband (40) zugeordnet ist.(10) in each case at least one spring band (40) is associated.
7. Elektromechanischer Motor (1) gemäß Anspruch 4, dessen Federband (40) an Antriebsring (20) und/oder Querträger (50) befestigt ist oder dessen Federband (40) an Antriebsring (20) und/oder Querträger (50) umlaufend angeordnet ist.7. Electromechanical motor (1) according to claim 4, whose spring band (40) on drive ring (20) and / or cross member (50) is fixed or its spring band (40) on the drive ring (20) and / or cross member (50) arranged circumferentially is.
8. Elektromechanischer Motor (1) gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dessen Vorspannelement (40) ein Federdraht (60) ist.8. Electromechanical motor (1) according to one of claims 1 or 2, the biasing element (40) is a spring wire (60).
9. Elektromechanischer Motor (1) gemäß Anspruch 8, dessen Federdraht (60) an einem Querträger (50) und dem Antriebsring (20) derart angeordnet ist, dass das elektromechanische Antriebselement (10) zwischen Antriebsring (20) und Querträger (50) mechanisch vorspannbar ist.9. Electromechanical motor (1) according to claim 8, whose spring wire (60) on a cross member (50) and the drive ring (20) is arranged such that the electromechanical drive element (10) between the drive ring (20) and cross member (50) mechanically can be prestressed.
10. Elektromechanischer Motor (1) gemäß Anspruch 9, dessen Federdraht (60) bezogen auf das elektromechanische Antriebselement (10) am entferntesten Ort des Antriebsrings (20) befestigt oder umgelenkt ist.10. Electromechanical motor (1) according to claim 9, the spring wire (60) relative to the electromechanical drive element (10) at the farthest location of the drive ring (20) is attached or deflected.
11. Elektromechanischer Motor (1) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10, in dem jedem elektromechanischen Antriebselement11. Electromechanical motor (1) according to one of claims 8 to 10, in which each electromechanical drive element
(10) jeweils zumindest ein Federdraht (60) zugeordnet ist.(10) in each case at least one spring wire (60) is associated.
12. Elektromechanischer Motor (1) gemäß Anspruch 9, dessen Federdraht (60) an Antriebsring (20) und/oder Querträger (50) befestigt ist oder dessen Federdraht (60) an An- triebsring (20) und/oder Querträger (50) umlaufend angeordnet ist.12. Electromechanical motor (1) according to claim 9, whose spring wire (60) is attached to drive ring (20) and / or cross member (50) or whose spring wire (60) is connected to Drive ring (20) and / or cross member (50) is arranged circumferentially.
13. Elektromechanischer Motor (1) gemäß einem der Ansprüche bis 12, dessen Federdraht (60) auf einem Umlenkzylinder oder einer Umlenkrolle (24) geführt ist, der/die am Antriebring (20) angeordnet ist. 13. Electromechanical motor (1) according to one of claims to 12, the spring wire (60) on a deflection cylinder or a guide roller (24) is guided, which is arranged on the Antriebring (20).
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