FestkÃ¶rperaktor-Antriebsvorrichtung mit einer in Rotation ...

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DE 10 2005 024 317 B4 2009.04.09 Beschreibung [0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Festkörperaktor-Antriebsvorrichtung mit den oberbegrifflichen Merkmalen des Patentanspruchs 1. [0002] Eine Festkörperaktor-Antriebsvorrichtung ist z. B. in Art eines Piezo-Ring-Motors aus EP 1098429 A2 bekannt. Diese Festkörperaktor-Antriebsvorrichtung weist eine Welle mit einer Wellenachse, eine Antriebseinrichtung, welche Festkörperaktoren aufweist, zum Versetzen der Welle in eine Rotation um die Wellenachse und ein Lager mit einer Lagerwandung zum Lagern der Welle auf. Die Antriebseinrichtung ist im Wesentlichen ringförmig mit einer Durchgangsöffnung ausgebildet, wobei der Innendurchmesser der Durchgangsöffnung etwas größer als der Außendurchmesser der hindurchführenden Welle ausgebildet ist. Durch die in radialer Richtung auf die Antriebseinrichtung einwirkenden Festkörperaktoren wird die Antriebseinrichtung gegenüber der Welle in eine seitliche Hin- und Herbewegung versetzt, welche die an dem Innenumfang der Durchgangsöffnung anliegende Welle in die Rotation versetzt. [0003] Allgemein bekannt ist eine Anordnung mit einem Antrieb für eine Welle, wobei die Anordnung zusätzlich Sensoren aufweist zum Erfassen einer Last, welche auf die Welle wirkt. [0004] Allgemein bekannt ist, dass Piezokeramik als elektromechanischer Wandler in beiden Richtungen wirkt. Durch das Anlegen einer mechanischen Spannung bzw. Kraft, d. h. durch eine erzwungene Deformation einer Vielschichtkeramik, wird eine elektrische Ladung generiert, die bei hochohmigem Klemmenabschluss aufgrund der Kapazität der Vielschichtkeramik als Potentialdifferenz zwischen den Klemmen abgreifbar ist, was als „direkter piezoelektrischer Effekt" bezeichnet wird. Durch das Anlegen eines elektrischen Feldes, d. h. das Aufbringen von Ladung auf eine kapazitiv wirkende Vielschichtkeramik, wird eine mechanische Spannung aufgebaut bzw. eine Deformation erzeugt, was als „inverser piezoelektrischer Effekt" bezeichnet wird. [0005] Aus EP 1 098 429 A2 ist eine theoretische Nutzbarkeit piezoelektrischer Aktoren mit Blick auf die Einsetzbarkeit als Sensoren bekannt. [0006] DE 44 35 996 A1 beschreibt ebenfalls eine Festkörperaktor-Antriebsvorrichtung mit einer Welle, welche in einem Antriebskörper gelagert ist. Der Antriebskörper umgreift die Welle mit einer ringförmigen Antriebswandung und erstreckt sich selber in einer Ebene, welche von einer Wellenachse der Welle senkrecht durchstoßen wird. Der Antriebskörper ist mittels zweier Festkörperaktoren in dieser aufgespannten Ebene in Bewegung erregbar, wodurch die Welle in eine Wellenrotation versetzbar ist. Die Betätigungsspannung der um 90° zueinander versetzt angeordneten Festkörperaktoren ist um ebenfalls 90° phasenverschoben. Außerdem ist allgemein zu entnehmen, dass auf jeder Fläche des Gehäuseteils, das heißt des Antriebskörpers, jeweils ein oder auch mehrere parallel wirkende Linearaktoren angeordnet sein können. Dadurch ist eine Erhöhung des übertragbaren Drehmoments möglich. [0007] DE 101 60 965 A1 beschreibt eine Bremsvorrichtung, bei welcher zwei Bremssattel mit Hilfe eines Piezomotors angetrieben werden. Der Aufbau entspricht dabei vom Grundgedanken her dem Aufbau der EP 1 098 429 A2, wobei zusätzlich offenbart ist, mehrere Festkörperaktoren parallel zueinander auszurichten. Die parallel zueinander ausgerichteten Festkörperaktoren sind dabei jedoch längs einer Linie parallel zur anzutreibenden Welle mit ihrer Hauptwirkrichtung parallel zueinander angeordnet. [0008] DE 102 09 906 A1 beschreibt ein Torsionselement, bei welchem piezokeramische Fasern in einem Winkel von 45° zur Längsrichtung eines Torsionsstabs parallel zueinander aufgewickelt sind. Unabhängig davon sind zusätzlich eigenständige Mittel zur Winkelmessung und Mittel zur Drehmoment-Messung bereitgestellt, welche eine Drehbewegung analysieren. [0009] Gattungsfremd beschreiben DE 691 27 074 T2 und DE 693 14 358 T2 eine dynamische Drehmomentmessung bzw. eine Kraftmessdose. Den Dokumenten sind elektronische Schaltungsanordnungen entnehmbar, welche auch zur Erfassung von Spannungen oder Ladungen einsetzbar sind, welche von piezoelektrischen Elementen in einer Sensorschaltung abgegeben werden. [0010] DE 10 2004 017 110 A1 beschreibt einen Fensterheber für eine Fensterscheibe eines Fahrzeugs mit einem Antriebsmotor, wobei eine Sensoreinrichtung derart ausgebildet ist, dass ein Einklemmschutz ermöglicht wird. Beschrieben wird auch ein Schlafmodus, bei welchem eine ansonsten inaktiv geschaltete Steuereinrichtung durch ein Signal aktiviert wird, welches durch einen Generator-Effekt eines beim Aufschieben der Fensterscheibe erzeugten Stroms aktiviert wird. [0011] Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine verbesserte Anordnung mit einer Festkörperaktor-Antriebsvorrichtung bereitzustellen, welche eine einfache Lastdetektion ermöglicht. Insbesondere wird nach einer Methode zur Lastdetektion, d. h. nach einem leicht an einer Ring-Festkörperaktor-Antriebsvorrichtung abgreifbaren elektrischen Signal gesucht, das in einem eindeutigen, quantifizierbaren Zusammenhang mit einem an einer Motorwelle anliegenden Drehmoment steht. 2/11
DE 10 2005 024 317 B4 2009.04.09 [0012] Diese Aufgabe wird durch eine Festkörperaktor-Antriebsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw. ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen. [0013] Bevorzugt wird demgemäß insbesondere eine Festkörperaktor-Antriebsvorrichtung mit einer Welle mit einer Wellenachse, mit einer Antriebseinrichtung, welche Festkörperaktoren aufweist, zum Versetzen der Welle in eine Wellenrotation um die Wellenachse und mit einer Steuereinrichtung zum Anlegen einer Ladung und/oder Spannung an die Festkörperaktoren verwendet, wobei die Steuereinrichtung mit einer Detektor-Schaltungsanordnung gekoppelt ist oder eine Detektor-Schaltungsanordnung aufweist, die ausgebildet ist zum Erfassen und zum Bereitstellen eines Signals zu einer auf die zumindest zwei, hinsichtlich ihrer Hauptwirkrichtung parallel zueinander ausgerichteten und als Sensor wirkenden Festkörperaktoren, wirkenden mechanischen Last, als einem auf die Welle einwirkenden Drehmoment. [0014] Bevorzugt wird insbesondere eine Festkörperaktor-Antriebsvorrichtung, bei welcher die Detektor-Schaltungsanordnung zum Erfassen einer auf die Welle oder ein Gehäuse der Festkörperaktor-Antriebsvorrichtung wirkenden Last geschaltet ist. [0015] Bevorzugt wird insbesondere eine Festkörperaktor-Antriebsvorrichtung, bei welcher die Detektor-Schaltungsanordnung Spannungs-, Strom- oder Ladungswerte aus zumindest zwei Festkörperaktoren verwendet. [0016] Bevorzugt wird insbesondere eine Festkörperaktor-Antriebsvorrichtung, bei welcher die zumindest zwei Festkörperaktoren hinsichtlich deren Hauptwirkrichtung zueinander parallel ausgerichtet sind. [0017] Bevorzugt wird insbesondere eine Festkörperaktor-Antriebsvorrichtung, bei welcher die zumindest zwei Festkörperaktoren hinsichtlich deren Hauptwirkrichtung in einer Ebene quer, insbesondere senkrecht zur Wellenachse der Welle ausgerichtet sind. [0018] Bevorzugt wird insbesondere eine Festkörperaktor-Antriebsvorrichtung, bei welcher die mechanische Last ein auf die Welle einwirkendes Drehmoment ist. [0019] Bevorzugt wird insbesondere eine Festkörperaktor-Antriebsvorrichtung, bei welcher die Detektor-Schaltungsanordnung eine zu einer Kräftedifferenz an den Festkörperaktoren proportionale Potentialdifferenz ausgibt. [0020] Bevorzugt wird insbesondere eine Festkörperaktor-Antriebsvorrichtung, bei welcher eine einwirkende Kraft F abhängig von einem auf die Welle wirkenden Drehmoment M W und einer Lage bzw. Distanz d der Festkörperaktoren zueinander bestimmt wird, insbesondere näherungsweise bestimmt wird gemäß [0021] Bevorzugt wird insbesondere eine Festkörperaktor-Antriebsvorrichtung, bei welcher den Festkörperaktoren jeweils eine eigene Detektor-Schaltungsanordnung zugeordnet ist. [0022] Bevorzugt wird insbesondere eine Festkörperaktor-Antriebsvorrichtung, welche als Ring-Festkörperaktor-Antriebsvorrichtung ausgebildet ist. [0023] Bevorzugt wird insbesondere eine Festkörperaktor-Antriebsvorrichtung nach einem vorstehenden Anspruch, bei welcher die Steuereinrichtung oder die Detektor-Schaltungsanordnung ausgelegt und eingerichtet ist zum Erfassen und zum Bereitstellen des Signals auch bei ansonsten inaktiver Festkörperaktor-Antriebsvorrichtung. Dies ermöglicht z. B. im Ruhezustand eines Kraftfahrzeugs einen Einbruchschutz zum Auslösen eines Alarmsignals bei einem Versuch ein Fahrzeugfenster herunterzudrücken. [0024] Bevorzugt wird insbesondere ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Festkörperaktor-Antriebsvorrichtung mit einer Steuereinrichtung, bei dem mittels der Steuereinrichtung Ladungen und/oder Spannungen an die Festkörperaktoren angelegt werden und mit zumindest einer Detektor-Schaltungsanordnung eine auf zumindest einen der als Sensor wirkenden Festkörperaktoren wirkende mechanische Last und/oder Temperatur erfasst wird. [0025] Bevorzugt wird insbesondere ein Verfahren, bei dem die Detektor-Schaltungsanordnung und/oder die Steuereinrichtung eine Potenzialdifferenz aus durch die Detektor-Schaltungsanordnung erfassten Ladungen und/oder Spannungen zumindest zweier der Festkörperaktoren bestimmt und ein entsprechendes Signal ausgibt oder für eine Steuerung oder Regelung der Festkörperaktor-Antriebsvorrichtung verwendet. [0026] Bevorzugt wird insbesondere ein Verfahren, bei dem die Detektor-Schaltungsanordnung und/oder die Steuereinrichtung die wirkende mechanische Last und/oder Temperatur auch bei ansonsten inaktiver Festkörperaktor-Antriebsvorrichtung erfasst. [0027] Bei der Festkörperaktor-Antriebsvorrichtung sind in einem Winkel von vorzugsweise ca. 90° am 3/11
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