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Die
Erfindung betrifft Verbesserungen von oder bezüglich Ultraschallmotoren.
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Ultraschallmotoren
erzeugen ein hohes Drehmoment mit niedriger Maximalgeschwindigkeit und
weisen eine hohe Kraft- und Drehmomentsdichte auf. Es gibt eine
große
Anzahl von zur Zeit vorhandenen Konstruktionen, wobei jedoch nahezu
sämtliche Konstruktionen
eine Präzisionsbauweise
verlangen und folglich teuer herzustellen sind.
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Die
vorliegende Erfindung bezweckt, diesen Nachteil zu vermeiden. Insbesondere
soll durch die vorliegende Erfindung ein Ultraschallmotor geschaffen
werden, welcher einfach, mit wenigen Bauteilen und geringen Kosten
herstellbar ist.
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Nach
dem breitesten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein
Ultraschallmotor vorgeschlagen, wie er in Anspruch 1 beansprucht
ist.
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Der
erfindungsgemäße Ultraschallmotor
verwendet eine oder mehrere Biegezugmembrane als Verschiebeverstärker, die
an der Scheibe angebracht sind. Diese vergrößern im großen Maße die Amplitude von Vibrationen
und wandeln die radialen Vibrationen der Scheibe in Vibrationen
der oder jeder der Membrane senkrecht zur Ebene der Scheibe um. Solche
Biegezugverstärker
werden für
Sonaranwendungen und zum Vergrößern der
Verschiebung, die sich durch elektroaktive Verschiebungsumwandler ergibt,
verwendet. Der erfindungsgemäße Gesichtspunkt
dieser Bauart besteht darin, dass hier die Vibrationen in Drehbewegung
durch ein Verfahren des Schiebens und Lösens durch Reibung umgewandelt werden.
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Hinzu
kommt, dass der erfindungsgemäße Ultraschallmotor
lediglich eine einzelne elektrische Versorgungsphase benötigt, um
ihn anzutreiben, und ein positives Bremsdrehmoment bei nicht angelegter Energie
aufweist. Die Erregung der Scheibe in einem radialen Modus ergibt
einen hohen elektromechanischen Kupplungsfaktor, welcher einen wirksamen
Ultraschallmotor mit hoher Energiedichte schafft. Der hohe Kupplungsfaktor
ermöglicht
ferner die Verwendung eines einfachen elektrischen Wechselstromantriebs
ohne Rückspeisung
zum Steuern der Frequenz, da die resonante Bandbreite des Motors
groß ist.
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Die
Reibungsberührung
wird durch die elastischen Rippen an der Berührungszwischenfläche erzeugt.
Bei der bevorzugten Ausführungsform
werden elastische Rippen auf dem Rotor in Reibungsschluss mit der
Membran gedrückt.
Beispielsweise können die
Membran und der Rotor nach oben aufeinander zu durch eine Federkraft
gedrückt
werden. Alternativ können
die Membran und der Rotor nach unten aufeinander zu durch eine magnetische
Anziehungskraft gedrückt
werden.
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Ferner
beruht dieses Verfahren zur Erzeugung einer Drehbewegung aus einer
vibrierenden Oberfläche
auf einem Reibungskontakt zwischen den Spitzen der elastischen Rippen
und der sich relativ bewegenden Oberfläche, was mit einem positiven
Berührungsdruck
aufrechterhalten wird, der durch eine Feder oder eine magnetische
Anziehungskraft erzeugt wird. Die Rippen teilen dem Rotor eine kleine
Verschiebung in der Größenordnung
von wenigen Mikron bei jedem Aufwärtshub der Membran mit, wonach
sich die Rippen zurückziehen,
um in die Ausgangs position bei der Abwärtsbewegung der Membranoberfläche zurückzukehren.
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Ausführungsformen
der Erfindung werden im Folgenden im Einzelnen lediglich beispielhaft
unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert, worin
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1 eine
Schnittansicht einer ersten Ausführungsform
eines Ultraschallmotors nach der Erfindung zeigt;
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2 eine
Schnittansicht von oben des Motors gemäß 1 ist;
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3 eine
Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform eines Ultraschallmotors
nach der vorliegenden Erfindung mit zwei Rotoren zeigt;
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4 eine
Schnittansicht einer dritten Ausführungsform eines Ultraschallmotors
nach der vorliegenden Erfindung mit zwei Rotoren zeigt;
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5A und 5B schematisch
den Betrieb der Rippen, wie sie in 1 und 2 gezeigt sind,
zeigen, um eine Drehbewegung an der Zwischenfläche zwischen Rotor und Membran
beim Aufwärtshub
und Abwärtshub
der Membran zu erzeugen;
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6A und 6B schematisch
den Betrieb einer alternativen L-förmigen Rippe zum Erzeugen der
Drehbewegung an der Rotor/Membran-Zwischenfläche beim Aufwärtshub und
Abwärtshub
der Membran zeigen;
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7 eine
Schnittansicht einer vierten Ausführungsform eines Ultraschallmotors
nach der vorliegenden Erfindung mit einem Rotor zeigt, und
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8 eine
Schnittansicht einer fünften
Ausführungsform
eines Ultraschallmotors nach der vorliegenden Erfindung mit zwei
Rotoren zeigt.
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Wo
zutreffend, werden bei der folgenden Beschreibung der beispielhaften
Ausführungsformen des
Ultraschallmotors nach der vorliegenden Erfindung gleiche Bezugszeichen
verwendet, um entsprechende Teile zu bezeichnen.
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Zunächst unter
Bezugnahme auf die 1 und 2 der beiliegenden
Zeichnungen ist ein Ultraschallmotor dargestellt, welcher einen
Stator aufweist, der eine Scheibe 7 enthält, welche
primär
aus einem elektroaktiven Material hergestellt ist, wobei eine entsprechende
Biegezugverstärkermembran 6a, 6b auf
beiden Seiten befestigt ist.
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Die
Scheibe 7 besteht aus einer piezokeramischen Scheibe von
2 mm Dicke und 25 mm Außendurchmesser,
wobei ein Loch mit 4 mm Innendurchmesser zentral unter Verwendung
eines Wolfram-Karbid-Bohrers
hindurchgebohrt ist. Die Scheibe 7 ist eine mehrschichtige
Konstruktion, bei welcher sich ein oder mehrere Lagen elektroaktiven
Materials mit Lagen aus leitendem Elektrodenmaterial abwechseln,
und die Scheibe ist mit etwa 7 μm
an geschmolzenem Silber bezogen und weist in Richtung der Dicke
ihre Pole auf.
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Die
Zugbiegemembrane 6a, 6b sind aus 0,5 mm-Scheiben
von Phosphorbronze PB 102 oder 2 %-iger Berylliumbronze
hergestellt, beides Materialien mit niedrigen inneren Verlusten,
und durch Funkenerosionsverfahren auf 25 mm Außendurchmesser mit einem Loch
mit 4 mm Innendurchmesser bearbeitet. Die Scheiben sind in die Zugbiegeformen mit
einem zweiteiligen Stempel (nicht dargestellt) umgeformt, welcher
gedreht wird, um die Innenfläche und
Außenfläche jeder
der Membranen 6a, 6b zu formen. Ein mittiger Haltestift
(nicht dargestellt) ist durch jede Scheibe hindurchgeführt und
bringt diese in Flucht mit dem Formstempel, welcher mit 3kN belastet
ist, um die Membran 6a, 6b zu formen.
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Jede
Zugbiegeverstärkermembran 6a, 6b weist
einen äußeren Flansch 8 auf,
der mit einem mit Silber beladenen RS-Circuit-Epoxy mit der piezokeramischen Scheibe 7 verklebt
ist, um den elektrischen Kontakt mit den Elektroden der Scheibe
herzustellen. Gleichzeitig ist ein elektrischer Eingangsdraht (nicht
dargestellt) mit dem gleichen Epoxy mit jeder Membran 6a, 6b verbunden.
Die gesamte Anordnung wird dann bei 60°C 10 Minuten gebacken, um das
Epoxy auszuhärten.
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Durch
die fluchtenden mittigen Löcher
in der Scheibe 7 und den Zugbiegeverstärkermembrane 6a, 6b ist
eine Achse 1 vorgesehen, welche ein Lager 10 für einen
Rotor in Form einer Scheibe 4 bildet. Die Achse 1 besteht
aus einem M3 × 30-Nylonbolzen, welcher
bei 9 mit einem Kleber, beispielsweise Cyanoakrylat-Leim mit der
Membran 6a verbunden ist. Die Scheibe 4 ist der
anderen Membran 6b gegenüberliegend angeordnet und wird
durch eine Schraubenfeder 3 in Richtung der Membran 6b gedrückt, welche
auf der Achse 1 durch eine M4-Mutter 2 gehalten ist. Die
Mutter 2 ist auf die Achse 1 aufgeschraubt, wodurch
die Vorspannung der Feder 3 eingestellt werden kann.
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Die
Scheibe 4 weist einen Außendurchmesser von 12 mm mit
einem zentralen Loch mit einem 4 mm Innendurchmesser auf und ist
aus dem gleichen Material wie die Zugbiegeverstärkermembrane 6a, 6b hergestellt.
Die Scheibe 4 weist integrale antriebsübertragende Mittel in Form
von drei elastischen Rippen 5 auf, welche gleichmäßig in Umfangsrichtung
im Abstand ange ordnet sind und sich in einem Winkel von 30° zur Ebene
der Scheibe 4 erstrecken, um mit der gegenüberliegenden
Membran 6b zusammenzuarbeiten. Die Rippen 5 sind
dadurch hergestellt, dass das Material der Scheibe 4 geschnitten
und gebogen wird, beispielsweise indem L-förmige Schnitte elektrochemisch
oder durch Funkenerosion hergestellt werden.
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Um
den Motor zu testen, wurde die Mutter 2 angezogen, um die
Feder 3 auf 5N vorzuspannen und der elektrische Eingang
wurde durch eine einzelne Phase, 0–100 kHz, Wechselstromzuführung bei 15,7
kHz erregt (fundamentaler Resonanzmodus von Membranwandler), 48
kHz (2. Modus) und 82 kHz bei einer Spannung von 40 Vrms. Keine
zusätzliche
Reibungsschicht wurde der ebenen Oberfläche des Stators hinzugefügt.
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Der
Betrieb im Audiobereich im fundamentalen Resonanzmodus wurde untersucht,
obwohl die Geräuschentwicklung
unangenehm war. Folglich wurden Versuche bei Resonanzmodi des Wandlers mit
Frequenzen durchgeführt.
Die Drehung des Rotors trat innerhalb 500 Hz auf beiden Seiten der
40 kHz und 82 kHz Resonanzmodi auf, was Vibrationsmodi entspricht,
die eine orthogonale Bewegung an der Berührung zwischen Rotor und Stator
ergeben. Die Drehgeschwindigkeit nahm zu einer Spitze bei der Resonanzfrequenz
zu, entsprechend etwa 150 U/Min. bei dem 48 kHz Modus und 250 bis
300 U/Min. bei dem 82 kHz Modus. Die Drehung trat mit etwa 100 U/Min.
ebenfalls bei dem 15,7 kHz Modus auf.
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Es
ist offensichtlich, dass der Betrieb des Modus zum Erzeugen einer
Drehbewegung von einer vibrierenden Oberfläche auf dem Reibungskontakt
an der Zwischenfläche
zwischen der Scheibe 4 und der gegenüberliegenden Membran 6b beruht, welche
unter einem positiven Kontaktdruck gehalten wird, der durch die
Feder 3 geliefert wird. Insbesondere übertragen die Rippen 5 eine
kleine Verschiebung auf die Scheibe 4 in der Größenordnung
von wenigen Mikron bei jedem Aufwärtshub der Membran 6b,
wonach beim Abwärtshub
der Membran 6b die Rippen 5 sich zurückziehen,
um in ihre Ausgangsposition zurückzukehren.
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Diese
Betriebsweise ist schematisch in den 5A und 5B gezeigt.
Jede Rippe wirkt als Kragarm, der sich elastisch ohne Gleiten auf
der Oberfläche
der Membran wegen der Reibung zwischen der Rippenspitze und der
Oberfläche
der Membran bei der Aufwärtsbewegung
der Membran biegt, wobei die Berührungskraft
zu der Federkraft der Rippe und der Beschleunigung des Rotors nach oben
hinzukommt. Diese Reibung treibt den Rotor horizontal an. Dieser
seitliche Schub erfolgt aufgrund der momentanen Drehung der Spitze
um einen Punkt oberhalb der Membranoberfläche, welche nicht in einer
Linie mit dem Berührungspunkt
in Richtung der Vibration liegt und folglich von der Struktur der
Rippe abhängt.
Dieser Drehpunkt bewegt sich mit dem Biegen der Rippe und der Bewegung
des Rotors und ist in 5A am Beginn des Aufwärtshubs
der Membran dargestellt. Beim Abwärtshub der Membran entspannt
sich die Rippe und die Spitze gleitet längs der Oberfläche der
Membran, wie dies in 5B gezeigt ist. Die Reibung
der Spitze beim Abwärtshub
ist sehr viel geringer als beim Aufwärtshub, da die Berührungskraft
wegen der Beschleunigung des Rotors von der Federkraft der Rippe
abzuziehen ist.
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Das
Vorsehen von zwei Membranen auf beiden Seiten der Scheibe 7,
wobei die Achse 1 an einer der Membrane angebracht ist,
verdoppelt wirksam die relative Kontaktvibration an der Zwischenfläche. Bei
einer Abwandlung (nicht dargestellt) ist lediglich eine Membran
vorgesehen und die Achse 1 ist an der Scheibe 7 angebracht.
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Unter
Bezugnahme auf 3 ist dort eine zweite Ausführungsform
des Ultraschallmotors veranschaulicht, bei welchem zwei Scheiben 4a, 4b jeweils
eine einer Membran 6a bzw. 6b gegenüberliegend
vorgesehen sind, wobei jede Scheibe 4a, 4b drei
integrale elastische Rippen 5a, 5b aufweist, um mit
der dazugehörigen
Membran 6a, 6b zusammenzuarbeiten. Der Rotor 4b ist
bei 9 mit der Achse 1 verbunden und die Scheibe 7 liefert
ein Lager 10 für
die Achse 1. Zu diesem Zweck weist die Scheibe 7 eine Nylonbuchse
(nicht dargestellt) auf, die in dem mittigen Loch angeordnet ist
und welche eine Bewegung der Achse 1 mit den oszillierenden
Vibrationen der Membrane 6a, 6b ermöglicht.
Der Betrieb dieser Ausführungsform
ist ähnlich
der oben beschriebenen ersten Ausführungsform, wobei die Oszillationsbewegung
der Membrane 6a, 6b in eine Drehbewegung der Rotoren 4a, 4b an
den den Reibungskontakt zwischen diesen bietenden Zwischenflächen umgewandelt
wird.
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Nun
unter Bezugnahme auf 4 ist dort eine dritte Ausführungsform
des Ultraschallmotors dargestellt, bei welcher zwei Scheiben 4a, 4b jeweils einer
Membran 6a bzw. 6b gegenüberliegend vorgesehen sind,
wobei jede Scheibe 4a, 4b drei integrale elastische
Rippen 5a, 5b aufweist, um mit der dazugehörigen Membran 6a, 6b zusammenzuarbeiten. Die
Achse 1 ist bei 9 mit der Scheibe 7 verbunden und
bildet Lager 10 für
beide Scheiben 4a, 4b, welche in Richtung der
dazugehörigen
Membran 6a, 6b durch entsprechende Schraubenfedern 3a, 3b gedrückt sind.
Jede Feder 3a, 3b ist durch eine Mutter 2a, 2b gehalten,
um die Vorspannung unabhängig mit
Drucklagern (nicht dargestellt) zwischen den Federn 3a, 3b und
der dazugehörigen
Scheibe 4a, 4b einzustellen. Bei dieser Anordnung
können
die Scheiben 4a, 4b mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten
und/oder in unterschiedlichen Richtungen beim gleichen Niveau von
Vibration gedreht werden, indem der Winkel der Rippen 5a, 5b zur
Richtung der Vibration der Membrane 6a, 6b geändert wird.
Auf diese Weise kann ein bidirektionaler Motor erhalten werden.
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Unter
Bezugnahme nun auf 7 ist dort eine vierte Ausführungsform
des Ultraschallmotors dargestellt, bei dem die Dicke des Motors
im Vergleich mit den oben beschriebenen Ausführungsformen erheblich verringert
werden kann.
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Bei
dieser Ausführungsform
ist eine piezokeramische Scheibe 11 vorgesehen, die ein
ringförmiges,
ringähnliches
Element aufweist, welches ein vergrößertes zentrales Loch 11a enthält, in welchem gestauchte,
konkave zentrale Bereiche 13a von Zugbiegeverstärkermembranen 13 aufgenommen
sind. Auf diese Weise wird der Betriebsbereich der Membrane 13 innerhalb
der Ebenen aufgenommen, welche durch die Außenfläche der Scheibe 11 definiert
sind, wodurch die Gesamtdicke im Vergleich mit den oben stehenden
Ausführungsformen
verringert ist, bei denen die zentralen Bereiche der Membrane von
der Scheibe 11 weggebogen sind.
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Die
Scheibe 11 ist als zwei Ringe dargestellt, welche sandwichartig
mit einer Metallscheibe 12 verbunden sind, die einen elektrischen
Kontakt bildet. In diesem Falle sind die beiden Ringe 11 mit
einer Metallscheibe 12 zusammengeklebt oder auf andere Weise
befestigt (beispielsweise durch Löten), so dass ihre positiven
(oder alternativ negativen) gepolten Flächen in Berührung mit der Metallscheibe
sind.
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Ein
drehender Bauteil 14 ist in Berührung mit einer der vibrierenden
Zugbiegeverstärkermembrane 13 gedrückt. Diese
ist mit abgewinkelten Flügeln
oder Schenkeln ausgestattet, wie sie oben beschrieben wurden, derart,
dass die Vibrationen der Zugbiegeverstärkermembran 13 den
Bauteil 14 zum Drehen bringt. Der drehende Bauteil 14 ist
in Berührung
mit der Zug biegeverstärkermembran 13 durch
eine Feder gedrückt,
welche in diesem Falle als Federklammer 18 dargestellt
ist, die über
ein Lager 17 wirksam wird, wobei die gesamte Anordnung
durch eine Pfostenanordnung 16 an ihrem Ort gehalten wird,
wobei ein elektrischer Kontakt am Punkt 15 hergestellt
wird.
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Es
ist leicht offensichtlich, dass jede der zuvor beschriebenen Abwandlungen
für die
anderen Ausführungsformen
von dieser Art Motor auch bei dieser Ausführungsform angewandt werden
können.
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Beispielsweise
können
zwei drehende Bauteile 14, einer auf jeder Seite der vibrierenden
Scheibe, verwendet werden, die gegen jede Zugbiegeverstärkermembran
gedrückt
werden.
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Die
piezokeramische Scheibe 11 muss nicht aus zwei miteinander
verbundenen Ringen mit einer zentralen Kontaktscheibe hergestellt
werden, sondern kann als einzelner Ring mit zwei äußeren Kontakten
ausgeführt
werden. Gleichermaßen
kann die piezokeramische Scheibe 11 als eine Vielzahl dünner, piezokeramischer
Schichten mit dazwischen liegenden Kontakten ausgeführt werden,
welche konstruiert ist, als einzelner Bauteil zu vibrieren.
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Bei
einer Abwandlung (nicht dargestellt) können die Bauteile, die die
Flügel
oder Schenkel tragen und oben als "Rotoren" bezeichnet wurden, festgehalten werden,
wobei in diesem Fall sich die piezokeramische Schiebe 11 drehen
wird. In diesem Falle kann die elektrische Antriebskraft mittels
Kohlenbürsten
oder anderen Gleitkontakten zugeleitet werden.
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Bei
einer fünften
Ausführungsform,
wie sie schematisch im Querschnitt in 8 gezeigt
ist, ist der zentrale Pfosten 16 der vorherigen Ausführungsform
weggelassen. Die beiden Bauteile 14, welche die Flügel tragen,
sind durch Kräfte
festgehalten und in Berührung
mit den Zugbiegeverstärkermembranen 13 gedrückt, die
in Richtung der Pfeile 19 aufgebracht werden. In diesem
Falle wird die piezokeramische Scheibe 11 der drehende
Bauteil.
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Die
Flügel
sind derart angeordnet, dass sie gegen abgewinkelte Abschnitte 13b der
Verstärker 13 drücken, derart,
dass sie die drehende piezokeramische Scheibe 11 zwingen,
sich um eine zentrale Achse senkrecht zur Ebene der piezokeramischen Scheibe 11 zu
drehen.
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Es
ist offensichtlich, dass die Erfindung nicht auf die oben beschriebenen
Ausführungsformen
beschränkt
ist. Erstens kann das Material der Statorscheibe jedes aktive Material
sein, welches Ultraschallvibrationen erzeugen kann, indem ein magnetischer
oder elektrischer Stimulus mit mechanischer Beanspruchung gekoppelt
wird, wie beispielsweise magnetostriktive, elektrostriktive oder
piezoelektrische Materialien. Die Membrane können aus jedem elastischen
Material hergestellt werden, welches die erforderlichen Zugbiegeeigenschaften
aufweist. Materialien mit geringer innerer Dämpfung jedoch, wie beispielsweise
die oben beschriebenen Bronzen, werden bevorzugt.
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Ferner
gibt es Abwandlungen bei dem Verfahren der Befestigung der oder
jeder Membran an dem elektroaktiven Statorring oder Scheibe. Klebemittelverbindung,
wie beispielsweise die Verwendung von Epoxyharzen, mit leitendem
Material beladene Epoxy- oder Phenolharze, Löten oder andere Materialverbindungsverfahren
können
angewandt werden, was von der Wahl des elektroaktiven Materials
und des Materials der elastischen Membran abhängt.
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Die
Geometrie der Membran und Rotorkombination kann für unterschiedliche
Geschwindigkeiten zu Drehmomentsleistung optimiert werden. Die Form,
Dicke und Abmessungen der Membran werden den Grad der Verstärkung der
mechanischen Vibrationen, der Resonanzfrequenz und des Kraftfaktors
des Motors ändern.
Ferner kann die Anzahl und/oder Neigung der elastischen Rippen gegenüber der
beschriebenen abgewandelt werden. Somit wird die Vergrößerung der
Anzahl von Rippen den Kontaktdruck und Verschleiß verringern, während die Vergrößerung der
Neigung der Rippen höhere
Geschwindigkeiten und höheren
Verschleiß erzeugen wird.
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Die
elastischen Rippen können
andere Formen aufweisen, welche einen besseren Wirkungsgrad, Drehmoment
und/oder Leistung ergeben können.
Beispielsweise wird eine L-förmige
Rippe, bei der ein Ende des "L" an dem Rotor oder
der Membran befestigt ist, und das andere Ende gegen die Reibungszwischenfläche treibt,
ebenfalls eine unidirektionale Drehung ergeben, wie dies in den 6A und 6B dargestellt
ist, in denen der Aufwärtshub
bzw. Abwärtshub
der Membran dargestellt ist. Gleichermaßen würde eine gebogene Rippe eine
Drehung ergeben. Die Rippen können
jede elastische Form aufweisen, mit einem Punkt, welcher der Punkt
ist, der die Reibungsfläche
berührt
und herumdreht, wenn die Membran gegen die Rippe drückt, wobei
dieser Drehpunkt nicht in einer Linie mit dem Kontaktpunkt in Vibrationsrichtung
liegt und ebenfalls oberhalb der Membranoberfläche befindlich ist. Diese Konfiguration
wird dem Rotor eine horizontale Verschiebung mitteilen, jeweils
einmal pro Vibrationszyklus der Membran. Beim Aufwärtshub drückt eine
horizontale Reibungskraft den Rotor herum, während die Membran die Rippenspitze
zur Seite schiebt, während
beim Abwärtshub
sehr viel weniger Kraft zwischen der Rippenspitze und der Membran
auftritt, so dass die Spitze längs
der Membranoberfläche
gleiten kann.
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Die
Bauart der Achse weist viele Parameter auf, welche den Betrieb des
Motors beeinflussen. Die Achse kann frei bezüglich der Membran und der elektroaktiven
Materialanordnung drehbar sein, wobei eine Drehlagerfläche in der
Mitte der Statorscheibe vorgesehen ist, wie beispielsweise bei den
in 5 und 6 veranschaulichten
Motoren. Bei einer anderen Bauart ist eine Achse vorgesehen, welche
durch die Zugbiegeanordnung hindurch verläuft und an einer Membran befestigt
ist, wodurch die Vibrationen der Membranen zusammen addiert werden
und die Geschwindigkeit und Leistung eines Einzelrotors vergrößert wird,
welcher um die Achse dreht und die freie Membran berührt, wie
bei den in 1 bis 4 veranschaulichten
Motoren. Eine noch andere Bauart weist eine Achse auf, die an der
elektroaktiven Statorscheibe befestigt ist, wobei Drucklager zwischen
jeder Rotorfeder und dem entsprechenden Rotor vorgesehen sind, wie
beispielsweise bei dem in 7 gezeigten
Motor.
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Das
Verfahren zum Aufbringen des Kontaktdrucks zwischen den Rotoren
und den Membranen schließt
Alternativen bezüglich
der Motorkonstruktion im Bezug auf die veranschaulichten Federanordnungen
ein. Zunächst
können
die Federn abweichend von den veranschaulichten Schraubenfedern
viele Typen sein, beispielsweise können gewölbte oder gefaltete Scheiben
verwendet werden, um die Axiallänge
der Federanordnung zu verringern. Ferner können die Federn entfernt werden,
indem eine magnetische Anziehung zwischen den Membranen und den
Rotoren erzeugt wird, indem eine der Gruppe von Bauteilen aus magnetischem
Material hergestellt ist, wie beispielsweise einem Ferrit, mit einer
restmagnetischen Polarisation, und die andere Gruppe von Komponenten
aus einem ferromagnetischem Material, beispielsweise einem anderen
restmagnetischem Material, Eisen, Nickel oder Kobalt oder ihren
Legierungen. Andere Varianten verwenden einen Elektromagneten zum
Erzeugen der magnetischen Anziehungskraft zum Halten des oder der
Rotoren und der Membrane) in Berührung.
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Der
Rotor/Stator-Kontakt kann ebenfalls abgewandelt werden, indem dünne Reibungsschichten aus
elastischen Materialien auf der planaren Kontaktoberfläche eingefügt werden,
beispielsweise Polymerschichten, wie sie üblicherweise bei vorhandenen
Ultraschallmotoren verwendet werden, um den Ausgangswirkungsgrad
und die Leistung des Rotors zu optimieren.
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Letztlich
besteht eine bedeutsame Abwandlung, die mögliche Vorteile bei der Konstruktion
einer kinematischen Antriebskette aufweist, darin, die oben erwähnten "Rotoren" stationär zu halten
und das elektroaktive Material und die Verschiebeverstärkermembrananordnung
zum bewegenden Teil zu machen.
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Weitere
Variationen und Abwandlungen sind dem Fachmann auf diesem Gebiet
offensichtlich und es ist nicht beabsichtigt, die Erfindung auf
die oben beschriebenen speziellen Ausführungsformen zu beschränken.
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Der
erfindungsgemäße Ultraschallmotor
findet besondere, jedoch nicht ausschließliche Verwendung, wo ein Motor
gewünscht
wird, der seine Position bei Abwesenheit zugeführter Energie beibehält, beispielsweise
Spielzeuge, Positionierungsfälle,
wie beispielsweise Zentralheizungsventile, Kameras (Fokussierung,
Filmaufzug – insbesondere
Einwegkameras), elektrische Fenster usw.