Aktuator

[0001] Die Erfindung betrifft einen Aktuator nach den Ansprüchen 1 bis 7 sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Aktuators nach den Ansprüchen 8 bis 12.

[0002] Aus der DE 10 2011 087 542 B3 ist ein Zweiphasen-Ultraschallmotor bekannt, dessen Ultraschallaktuator in Form einer piezoelektrischen oder elektrostriktiven rechteckigen Platte vorliegt und der aufgrund entsprechender Anordnung von Elektroden beispielsweise einen zentralen Hauptgenerator und zwei peripher bzw. seitlich dazu angeordnete Zusatzgeneratoren akustischer Stehwellen aufweist. Während der Hauptgenerator eine Stehwelle erregt, welche symmetrisch zu einer Symmetrieebene S, die den Aktuator entlang seiner Längsausdehnungsrichtung halbiert und parallel zu dessen Höhenausdehnungsrichtung verläuft, gelegen ist, generieren die beiden Zusatzgeneratoren eine Stehwelle, welche asymmetrisch in Bezug auf die Symmetrieebene S gelegen ist. Die Überlagerung dieser Stehwellen führt zu einer für den Antrieb eines anzutreibenden Elements, welches in Friktionskontakt mit dem Aktuator steht, nutzbaren Stehwelle.

[0003] Von gewissem Nachteil bei dem aus der DE 10 2011 087 542 B3 bekannten Ultraschallmotor bzw. dessen Aktuator ist die Tatsache, dass die Betriebsfrequenzen für einen effektiven Antrieb in einem relativ schmalen Band liegen. Zudem sind die Betriebsmoden bei einem solchen Aktuator eingeschränkt, und die Effizienz eines entsprechenden Aktuators ist begrenzt.

[0004] Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Aktuator bereitzustellen, der universeller einsetzbar bzw. betreibbar ist und gleichzeitig eine höhere Effizienz aufweist.

[0005] Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Aktuator gemäß Anspruch 1 , wobei die sich daran anschließenden Unteransprüche wenigstens zweckmäßige Weiterbildungen darstellen. [0006] Der erfindungsgemäße Aktuator in Form einer rechteckigen Platte besteht hierbei aus einem einkristallinen piezoelektrischen Material. An einer seiner flächenmäßig größten Hauptflächen sind drei flächige Elektroden angeordnet, wovon eine Elektrode eine größere Fläche dieser Hauptfläche bedeckt als die beiden anderen Elektroden, und die sich daraus ergebende große Elektrode zwischen den beiden entsprechenden kleinen Elektroden angeordnet ist. An der anderen Hauptfläche ist wenigstens eine Gegenelektrode angeordnet, welche mit jeder der drei Elektroden der gegenüberliegenden Hauptfläche zumindest bereichsweise überlappt. An wenigstens einer der längeren Seitenflächen des Aktuators sind zwei zueinander beabstandete Friktionselemente angeordnet. Das im jeweiligen Bereich bzw. Überdeckungs- oder Überlappungsbereich zwischen einer der drei Elektroden und der wenigstens einen Gegenelektrode angeordnete einkristalline piezoelektrische Material ist in geeigneter und definierter Weise polarisiert. Aufgrund besagter Überdeckung bzw. Überlappung zugehöriger Elektroden und dem jeweils dazwischen angeordneten polarisierten Material resultieren daraus entsprechende Polarisationsbereiche, also im Wesentlichen durch die Elektroden bzw. deren jeweiligen Überlappungsbereich definierte Bereiche bzw. Abschnitte des Aktuators polarisierten einkristallinen piezoelektrischen Materials.

[0007] Die Verwendung eines einkristallinen piezoelektrischen Materials führt zu einer vergleichsweise hohen elektromechanischen Kopplung sowie zu relativ hohen piezoelektrischen Ladungskoeffizienten. Somit kann der erfindungsgemäße Aktuator in einem sehr breiten Frequenzbereich bei niedrigen Spannungen betrieben werden. Im Zusammenspiel mit der spezifischen Geometrie der Elektroden und den daraus resultierenden Polarisationsbereichen, welche als Generatoren akustischer Wellen dienen, lassen sich untypische Schwingungsmoden in dem Aktuator generieren, die dem jeweiligen Anwendungsfall anpassbar sind. Durch die Verwendung von wenigstens zwei an dem Aktuator angeordneten Friktionselementen kann die Antriebskraft des Aktuators bzw. deren Effizienz erhöht werden. [0008] Es kann von Vorteil sein, dass das einkristalline piezoelektrische Material eine orthorhombische mm2-Symmetrie aufweist. Ein Aktuator aus solch einem Material kann besonders effektiv betrieben werden.

[0009] Das für herkömmliche Aktuatoren verwendete polykristalline Blei- Zirkonium-Titanat- bzw. PZT-Material hat anisotrope Eigenschaften und fällt unter die hexagonale 6mm-Symmetrieklasse. Daraus folgt, dass die elektromechanische Kopplung und die piezoelektrischen Ladungskonstanten von der Polarisation und den elektrischen Feldrichtungen abhängt. Hierbei sind die Werte der piezoelektrischen Ladungskonstanten d31 und d32 identisch, und besitzen ein negatives Vorzeichen verglichen mit der piezoelektrischen Ladungskonstante d33 (Longitudinalmode).

[0010] Einkristalline piezoelektrische Materialien mit einer orthorhombischen mm2-Symmetrie (d.h. mit einer [001]-0rientierung) haben dagegen nicht nur eine wesentlich größere elektromechanische Kopplung und deutlich höhere piezoelektrische Ladungskonstanten; ihre piezoelektrischen Koeffizienten in zwei senkrecht zueinander angeordneten Richtungen sind darüber hinaus unterschiedlich im Vorzeichen, als auch im Wert bzw. Betrag, wodurch ungewöhnliche bzw. untypische Moden in entsprechenden Aktuatoren angeregt werden können, die so mit polykristallinen PZT-Materialien nicht erzielbar sind.

[0011] Zudem kann es von Vorteil sein, dass die Friktionselemente vom jeweiligen, zu der entsprechenden kurzen Seitenfläche benachbarten Ende der langen Seitenfläche zwischen L/100 und L/4 beabstandet sind. Unter solchen Bedingungen können die in dem Aktuator generierbaren Schwingungen besonders effektiv auf ein durch den Aktuator anzutreibendes Element übertragen werden, und es resultiert eine hohe Antriebskraft bzw. -effektivität.

[0012] Ebenso kann es von Vorteil sein, dass an jeder der langen Seitenflächen zwei Friktionselemente angeordnet sind. Auch dieser Umstand führt zu einer erhöhten Antriebskraft bzw. -effektivität des Aktuators. Zudem ist es dadurch möglich, zwei separat vorliegende anzutreibende Elemente anzutreiben. [0013] Ferner kann es von Vorteil sein, dass wenigstens zwei der Polarisationsbereiche eine identische Polarisationsrichtung aufweisen. Dadurch lassen sich spezifische und vorteilhafte Schwingungsmoden in dem Aktuator generieren.

[0014] Außerdem kann es von Vorteil sein, dass an einer der Hauptflächen drei Gegenelektroden angeordnet sind, die in Form und Ausprägung identisch zu den drei an der anderen Hauptfläche angeordneten Elektroden ausgebildet sind, so dass in analoger Weise eine der Gegenelektroden flächenmäßig größer ist als die beiden anderen und eine große Gegenelektrode bildet und die beiden anderen kleine Gegenelektroden bilden, wobei jeweils eine kleine Elektrode und eine kleine Gegenelektrode in gegenseitiger Überlappung zu- bzw. miteinander angeordnet sind, und ebenso die große Elektrode und die große Gegenelektrode in gegenseitiger Überlappung zu- bzw. miteinander angeordnet sind. Elektroden und Gegenelektroden gleicher Form und Ausprägung sind also jeweils in zueinander überlappender bzw. überdeckender Weise an den beiden Hauptflächen angeordnet. Dadurch lassen sich andere und für den jeweiligen Anwendungsfall geeignetere bzw. effektivere Ansteuerungsverfahren realisieren. Es kann hierbei besonders vorteilhaft sein, wenn die Polarisationsrichtungen aller Polarisationsbereiche, d.h. aller Überlappungs- oder Überdeckungsbereiche der zugehörigen und auf unterschiedlichen Hauptflächen angeordneten Elektroden und Gegenelektroden, übereinstimmen.

[0015] Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zum Betreiben eines vorstehend beschriebenen Aktuators, der lediglich eine einzige Gegenelektrode aufweist, wobei eine erste sinusförmige Wechselspannung an bzw. zwischen den kleinen Elektroden und der einen Gegenelektrode, und eine zweite sinusförmige Wechselspannung an bzw. zwischen der großen Elektrode und der einen Gegenelektrode angelegt wird.

[0016] Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Verfahren zum Betreiben eines vorstehend beschriebenen Aktuators, dessen Anzahl und geometrische Ausprägung von Elektroden auf einer der beiden Hauptflächen mit der Anzahl und geometrischen Ausprägung von Gegenelektroden auf der anderen Hauptfläche übereinstimmt, so dass also zwei kleine Elektroden und eine große Elektrode sowie zwei kleine Gegenelektroden und eine große Gegenelektrode vorhanden sind, wobei jeweils die kleinen Elektroden und die kleinen Gegenelektroden sowie die große Elektrode und die große Gegenelektrode in zueinander überlappender bzw. überdeckender Anordnung gelegen sind, und eine erste sinusförmige Wechselspannung an bzw. zwischen den jeweiligen kleinen Elektroden und den kleinen Gegenelektroden, und eine zweite sinusförmige Wechselspannung an bzw. zwischen der großen Elektrode und der großen Gegenelektrode angelegt wird.

[0017] Hinsichtlich der beiden vorstehend beschriebenen Verfahren kann es vorteilhaft sein, wenn die sinusförmigen Wechselspannungen einen Phasenunterschied zueinander aufweisen. Zudem kann es hierbei von Vorteil sein, dass sich die Frequenz und/oder die Amplitude der ersten sinusförmigen Wechselspannung von der Frequenz und/oder der Amplitude der zweiten sinusförmigen Wechselspannung unterscheidet.

[0018] Im Falle, dass der Aktuator auf beiden Hauptflächen eine identische Anzahl von insbesondere paarweise gleichartig ausgeführten Elektroden und Gegenelektroden aufweist, kann ein Ansteuerverfahren günstig sein, bei dem eine erste pulsförmige Spannung zwischen einer der kleinen Elektroden und der entsprechenden kleinen Gegenelektrode angelegt wird, und eine zweite pulsförmige Spannung zwischen der großen Elektrode und der entsprechenden großen Gegenelektrode angelegt wird, und eine dritte pulsförmige Spannung zwischen der anderen kleinen Elektrode und der entsprechenden anderen kleinen Gegenelektrode angelegt wird, wobei zwischen der ersten pulsförmigen Spannung und der zweiten pulsförmigen Spannung sowie zwischen der zweiten pulsförmigen Spannung und der dritten pulsförmigen Spannung ein Phasenunterschied besteht. Auf diese Weise kann durch einen einzelnen Aktuator ein sogenanntes Inchworm-Antriebsprinzip realisiert werden, bei welchem die beiden an einer der langen Seitenflächen angeordneten Friktionselemente zu unterschiedlichen Zeitpunkten in Friktionskontakt mit einem anzutreibenden Element gelangen und somit in einer Antriebsphase zwei Antriebsschritte realisierbar sind.

[0019] Unter der Bezeichnung „im Wesentlichen“ in Bezug auf ein Merkmal oder einen Wert wird hierin insbesondere verstanden, dass das Merkmal eine Abweichung von 20 % und speziell von 10 % von dem Merkmal oder dessen geometrischen Eigenschaft bzw. des Werts enthält.

[0020] Hierin wird unter der logischen Verknüpfung „oder“ in Bezug auf zwei Alternativen ausschließlich die eine oder die andere der Alternativen verstanden, sofern nichts anderes angegeben ist.

[0021] Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen, auf die bezüglich aller nicht im Text beschriebenen Einzelheiten ausdrücklich verwiesen wird. Es zeigen

[0022] Fig.1 : perspektivische Ansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Aktuators mit Blick auf eine der Hauptflächen

[0023] Fig. 2: andere perspektivische Ansicht des Aktuators gemäß Fig. 1 mit Blick auf die andere Hauptfläche

[0024] Fig.3: perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Aktuators mit lediglich einer Gegenelektrode

[0025] Fig. 4: perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Aktuators mit an jeder der langen Seitenflächen angeordneten Friktionselementen

[0026] Fig. 5: Blockschaltbild zur Veranschaulichung einer möglichen elektrischen Ansteuerung eines Aktuators gemäß Fig. 3

[0027] Fig. 6: Blockschaltbild zur Veranschaulichung einer möglichen elektrischen Ansteuerung eines Aktuators gemäß Fig.1 bzw. Fig.2

[0028] Fig. 7b): Diagramm zur Veranschaulichung möglicher Trajektorien der Friktionselemente bei einem gemäß Fig. 5 oder Fig. 6 angesteuerten erfindungsgemäßen Aktuator nach Fig. 7a) bzw. nach den Figuren 1-3

[0029] Fig. 8: Blockschaltbild zur Veranschaulichung einerweiteren möglichen elektrischen Ansteuerung eines Aktuators gemäß Fig. 1 bzw. Fig. 2 [0030] Fig. 9: Diagramm zur Verdeutlichung des Phasenversatzes der durch einzelne Spannungspulse hervorgerufenen E-Felder in den unterschiedlichen Polarisationsbereichen bei einem gemäß Fig. 8 angesteuerten erfindungsgemäßen Aktuator

[0031] Fig. 1 zeigt in perspektivischer Darstellung eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Aktuators 1 in Form einer rechteckigen Platte aus einem einkristallinen piezoelektrischen Material. Bei dem einkristallinen piezoelektrischen Material handelt es sich um PMN-PZT, also Blei- Magnesium-Niobat/Blei-Zirkonat-Titanat. Die rechteckige Platte des Aktuators 1 hat eine Länge L, eine Höhe H sowie eine Dicke D. An der in Fig. 1 sichtbaren Hauptfläche 2 sind insgesamt drei flächige Elektroden angeordnet, wobei die mittlere Elektrode 5-1 flächenmäßig am größten ist und eine große Elektrode bildet, und die sich beidseitig, d.h. seitlich, entlang der Längserstreckungsrichtung daran anschließenden Elektroden 5-2 und 5-3 von der Fläche her kleiner sind als die große Elektrode 5-1 und entsprechend kleine Elektroden bilden. Obwohl die beiden kleinen Elektroden 5-2 und 5-3 hier eine identische Geometrie aufweisen ist denkbar, dass diese voneinander abweichende Geometrien besitzen, wobei stets gewährleistet ist, dass die jeweils durch die kleinen Elektroden 5-2, 5-3 abgedeckte bzw. bedeckte Fläche kleiner ist als die durch die große Elektrode 5-1 abgedeckte bzw. bedeckte Fläche der Hauptfläche 2.

[0032] An einer der beiden langen, die beiden Hauptflächen 2, 2‘ miteinander verbindenden Seitenflächen 4 sind zwei zueinander beabstandete Friktionselemente 7 mit einer im Wesentlichen keilförmigen Geometrie bzw. Keilform angeordnet. Dabei ist das jeweilige Friktionselement 7 nahe der jeweiligen an die längere Seitenfläche 4 anstoßenden kurzen Seitenfläche 3, 3‘ und dabei im Wesentlichen mittig in Bezug auf die jeweils benachbarte kleine Elektrode 5-2, 5-3 angeordnet. An der gegenüberliegenden langen Seitenfläche 4‘ sind hingegen keine Friktionselemente angeordnet. Die Friktionselemente 7 sind dazu vorgesehen, im Betrieb des Aktuators 1 in intermittierenden Friktionskontakt mit einem anzutreibenden Element zu gelangen, um in dem Zeitbereich des entsprechenden Kontakts eine Mitnahme- bzw. Vorschubbewegung und damit einen Antriebsschritt des anzutreibenden Elements zu realisieren.

[0033] Mit Pfeilen und dem Buchstaben P sind die Polarisationsrichtungen des einkristallinen piezoelektrischen Materials des Aktuators 1 im Bereich der Elektroden 5-1 , 5-2, 5-3 gekennzeichnet. Während die Polarisationsrichtungen P des einkristallinen piezoelektrischen Materials im Bereich der Elektroden 5-1 und 5-2 gleichgerichtet und parallel zueinander verlaufen, ist die Polarisationsrichtung P im Bereich der kleinen Elektrode 5-3 entgegengesetzt und parallel (d.h. anti-parallel) zu den Polarisationsrichtungen P im Bereich der Elektroden 5-1 und 5-2 ausgerichtet. Somit liegen drei voneinander unterscheidbare Polarisationsbereiche 8-1 , 8-2 und 8-3 vor, die im Wesentlichen durch den Überdeckungs- bzw. Überlappungsbereich der jeweiligen Elektrode 5-1 , 5- 2 und 5-3 mit der oder den an der anderen, gegenüberliegenden Hauptfläche 2‘ angeordneten und in Fig. 1 nicht erkennbaren Gegenelektrode bzw. Gegenelektroden gebildet sind.

[0034] Fig. 2 zeigt in anderer perspektivischer Darstellung den erfindungsgemäßen Aktuator 1 , wobei hier die in Fig. 1 nicht erkennbare Hauptfläche 2‘ sichtbar ist. Demnach sind an der Hauptfläche 2‘ drei Gegenelektroden 6-1 , 6-2 und 6-3 angeordnet, die bezüglich ihrer Geometrie, Anordnung und Ausprägung mit den an der gegenüberliegenden Hauptfläche 2 angeordneten Elektroden 5-1 , 5-2 und 5-3 übereinstimmen, so dass die kleine Elektrode 5-1 und die kleine Gegenelektrode 6-1 in ein Paar bildender Weise gegenüberliegend und sich gegenseitig vollständig überlappend und in gegenseitiger Überdeckung angeordnet sind. Gleiches gilt für die Paare aus Elektrode und Gegenelektrode 5-2 und 6-2 sowie 5-3 und 6-3.

[0035] Fig. 3 zeigt in perspektivischer Darstellung einen erfindungsgemäßen Aktuator 1 , an dessen Hauptfläche 2‘ nur eine einzige, nahezu die gesamte Hauptfläche 2‘ bedeckende Gegenelektrode 6 angeordnet ist, während an der in Fig. 3 nicht erkennbaren und gegenüberliegenden Hauptfläche drei Elektroden gemäß Fig. 1 angeordnet sind. Entsprechend sind drei Polarisationsbereiche 8-1 , 8-2 und 8-3 ausgebildet, die im Wesentlichen mit dem jeweiligen Überdeckungs- bzw. Überlappungsbereich der in Fig. 3 nicht erkennbaren Elektroden mit der Gegenelektrode 6 übereinstimmen.

[0036] Fig. 4 zeigt in perspektivischer Darstellung einen erfindungsgemäßen Aktuator 1 , der ähnlich zu dem in den Figuren 1 und 2 gezeigten Aktuator aufgebaut ist und lediglich in der Hinsicht davon abweicht, dass nicht nur an einer, sondern an beiden seiner langen Seitenflächen 4, 4‘ zwei daran angeordnete, im Wesentlichen keilförmige Friktionselemente 7 und so insgesamt vier Friktionselemente 7 vorhanden sind. Dabei sind die Friktionselemente 7 im Wesentlichen paarweise gegenüberliegend bzw. symmetrisch zueinander angeordnet. Bei einem solchen Aktuator können gleichzeitig alle vier Friktionselemente 7 aufgrund entsprechender Generierung akustischer Wellen in dem Aktuator zu Bewegungen angeregt werden, die zum Antrieb eines anzutreibenden Elements oder aber zum Antrieb von zwei separaten anzutreibenden Elementen genutzt werden können.

[0037] Fig. 5 zeigt ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung einer möglichen elektrischen Ansteuerung eines Aktuators gemäß Fig. 3, bei dem an der Hauptfläche 2 drei Elektroden 5-1 , 5-2 und 5-3 und an der gegenüberliegenden Hauptfläche 2‘ eine einzige Gegenelektrode 6 angeordnet sind, und wobei die Polarisationsrichtungen P der beiden Polarisationsbereiche 8-1 und 8-2 gleichgerichtet und parallel zueinander ausgerichtet sind, wohingegen die Polarisationsrichtung P des Polarisationsbereichs 8-3 entgegengesetzt und parallel, d.h. anti-parallel, zu den Polarisationsrichtungen P in den Polarisationsbereichen 8-1 und 8- 2 ausgerichtet ist.

[0038] Es sind zwei Wechselspannungsquellen 10 und 10‘ vorhanden, wobei ein Ausgang der Wechselspannungsquelle 10 mit den kleinen Elektroden 5-2 und 5-3 und ein anderer Ausgang der Wechselspannungsquelle 10 mit der Gegenelektrode 6 elektrisch leitend verbunden ist, während ein Ausgang der Wechselspannungsquelle 10‘ mit der großen Elektrode 5-1 und ein anderer Ausgang der Wechselspannungsquelle 10‘ mit der Gegenelektrode 6 elektrisch leitend verbunden ist. Hierbei ist eine sinusförmige Wechselspannung A cos (o»i t) an den kleinen Elektroden 5- 2 und 5-3 und eine sinusförmige Wechselspannung B sin (o»i t) an der großen Elektrode 5-1 angelegt. Daraus ergeben sich elliptische Trajektorien der Friktionselemente 7, wobei in den Schwingungen der Friktionselemente 7 eine Phasendifferenz von 90° besteht. Weiterhin ist denkbar, unterschiedliche Frequenzen und/oder Amplituden für die beiden Wechselspannungen zu verwenden.

[0039] Fig. 6 zeigt ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung einer möglichen elektrischen Ansteuerung eines Aktuators gemäß Fig.1 bzw. Fig.2. Analog zu Fig. 5 sind zwei Wechselspannungsquellen 10 und 10‘ vorhanden, wobei ein Ausgang der Wechselspannungsquelle 10 mit der kleinen Elektrode 5-3 und der nicht der dieser zugeordneten kleinen Gegenelektrode 6-2, und ein anderer Ausgang der Wechselspannungsquelle 10 mit der kleinen Gegenelektrode 6-3 und der nicht dieser Gegenelektrode zugeordneten kleinen Elektrode 5-2 elektrisch leitend verbunden ist. Auf der anderen Seite ist ein Ausgang der Wechselspannungsquelle 10‘ mit der großen Elektrode 5-1 verbunden, und ein anderer Ausgang dieser Wechselspannungsquelle 10‘ ist mit der großen Gegenelektrode 6-1 elektrisch leitend verbunden. Zu beachten hierbei ist, dass die Polarisationsrichtungen P aller drei Polarisationsbereiche 8-1 , 8-2 und 8-3 gleichartig und parallel zueinander ausgerichtet sind. Wiederum sind sinusförmige Wechselspannungen an den Elektroden angelegt, die sich in Frequenz und/oder Amplitude unterscheiden können.

[0040] Fig. 7 zeigt in b) ein Diagramm zur Veranschaulichung berechneter Verschiebungen bzw. Bahnkurven oder Trajektorien der Friktionselemente eines Aktuators gemäß Fig. 7a) bzw. gemäß Fig. 1 und Fig. 2, welcher nach dem Blockschaltbild von Fig. 5 oder von Fig. 6 angesteuert ist. Sind die normierten E-Felder innerhalb der drei Polarisationsbereiche 8-1 , 8-2, 8-3 identisch (und gleich 1), ergeben sich relativ breite elliptische und näherungsweise kreisförmige Trajektorien beider Friktionselemente 7, die zur Unterscheidung mit den Buchstaben A und B in Fig. 7a) gekennzeichnet sind. Die entsprechenden Trajektorien sind der Fig. 7b) im linken Teil des Diagramms zu entnehmen, wobei die Kurve ohne Kennzeichnung der einzelnen Wertepunkte der Trajektorie von Friktionselement B in Fig. 7a) entspricht, während die Kurve mit Kennzeichnung der einzelnen Wertepunkte in Form eines ausgefüllten Quadrats der Trajektorie von Friktionselement A in Fig. 7a) entspricht. Dabei ist zu erkennen, dass die elliptischen Trajektorien der Friktionselemente A und B von Fig. 7a) unterschiedliche bzw. im Wesentlichen spiegelbildlich zueinander liegende Ausrichtungen aufweisen.

[0041] Ist das normierte E-Feld innerhalb des Polarisationsbereichs 8-1 zehnmal größer als das normierte E-Feld innerhalb der beiden anderen Polarisationsbereiche 8-2 und 8-3, ergeben sich flache und wenig gegenüber der Seitenfläche 4 geneigte schmale elliptische Trajektorien der Friktionselemente A und B von Fig. 7a), wie im mittleren Bereich des Diagramms von 7b) dargestellt. Sind jedoch die normierten E-Felder innerhalb der Polarisationsbereiche 8-2 und 8-3 zehnmal höher als das normierte E-Feld innerhalb des Polarisationsbereichs 8-1 , dann ergeben sich steile bzw. stark gegenüber der Seitenfläche 4 geneigte schmale elliptische Trajektorien der Friktionselemente A und B von Fig. 7a), wie im rechten Bereich von Fig. 7b) zu erkennen. In jedem Fall sind die Ausrichtungen der elliptischen Trajektorien der beiden Friktionselemente A und B unterschiedlich bzw. im Wesentlichen spiegelbildlich zueinander gelegen. Durch Wahl bzw. Variation der Amplitude und der Phase bzw. der Phasendifferenz der Ansteuersignale lässt sich die Trajektorienform noch umfänglicher kontrollieren.

[0042] Fig. 8 zeit das Blockschaltbild zur Veranschaulichung einerweiteren möglichen elektrischen Ansteuerung eines Aktuators gemäß Fig. 1 bzw. Fig. 2, wobei hier insgesamt drei Pulsspannungsquellen 11 , 1 T und 11“ zur Erzeugung pulsförmiger Spannungssignale vorhanden sind. Ein Ausgang der Pulsspannungsquelle 11 ist mit der kleinen Elektrode 5-2 und ein anderer Ausgang dieser Pulsspannungsquelle 11 mit der der kleinen Elektrode 5-2 zugeordneten kleinen Gegenelektrode 6-2 elektrisch verbunden. Mit anderen Worten ist die Pulsspannungsquelle 11 mit den zusammenwirkenden Elektroden des Polarisationsbereichs 8-2 verbunden. In analoger Weise ist ein Ausgang der Pulsspannungsquelle 11 ‘ mit der großen Elektrode 5-1 und ein anderer Ausgang dieser Pulsspannungsquelle 11 ‘ mit der großen Elektrode 6-1 elektrisch verbunden, und ein Ausgang der Pulsspannungsquelle 11“ ist mit der kleinen Elektrode 5-3 und ein anderer Ausgang dieser Pulsspannungsquelle ist mit der kleinen Gegenelektrode 6-3 verbunden. Somit ist die Pulsspannungsquelle 11 ‘ mit den zusammenwirkenden Elektroden des Polarisationsbereichs 8-1 verbunden und die Pulsspannungsquelle 11“ mit den zusammenwirkenden Elektroden des Polarisationsbereichs 8-3. Dabei sind die Polarisationsrichtungen P aller drei Polarisationsbereiche 8-1 , 8-2 und 8-3 gleichgerichtet und parallel zueinander angeordnet.

[0043] Die applizierten Spannungspulse haben hierbei im Wesentlichen die Form eines Sägezahns mit abgeflachter oder gekappter Spitze. Selbstverständlich sind andere zeitliche Verläufe und somit Formen der Spannungspulse denkbar, etwa solche, bei denen in den einzelnen Zeitabschnitten keine linearen Spannungsverläufe vorliegen.

[0044] Das Diagramm von Fig. 9 verdeutlicht einen möglichen Phasenversatz und mögliche Formen bzw. Zeitverläufe der durch die einzelnen Spannungspulse hervorgerufenen normalisierten E-Felder bei einem gemäß Fig. 8 angesteuerten erfindungsgemäßen Aktuator. Die dünnere der durchgezogenen Linien charakterisiert hierbei das durch den entsprechenden Ladungspuls im Polarisationsbereich 8-2 hervorgerufene E-Feld bzw. dessen zeitlicher Verlauf. Die gestrichelte Linie hingegen kennzeichnet das durch den entsprechenden Ladungspuls im Polarisationsbereich 8-1 hervorgerufene E-Feld, welches ausgehend von einem Wert Null zeitlich zunimmt, sobald das E-Feld im Polarisationsbereich 8-2 seinen Plateauwert erreicht hat.

[0045] Die dickere der durchgezogenen Linien charakterisiert das durch den entsprechenden Ladungspuls im Polarisationsbereich 8-3 hervorgerufene E-Feld, dessen Form bzw. zeitlicher Verlauf identisch ist zu dem im Polarisationsbereich 8-2 hervorgerufenen E-Feld. Das E-Feld im Polarisationsbereich 8-3 steigt zeitlich in dem Moment an, in dem das E- Feld im Polarisationsbereich 8-2 wieder auf Null zurückgefallen ist. Es erreicht in dem Moment seinen Plateauwert, in dem das E-Feld des Polarisationsbereichs 8-1 wieder abfällt. Die zeitliche Dauer des Plateaubereichs des E-Feldes im Polarisationsbereich 8-1 ist dabei wesentlich größer als die des Plateaubereichs der E-Felder in den Polarisationsbereichen 8-2 und 8-3.

[0046] Im Ergebnis wird mit einer Ansteuerung eines erfindungsgemäßen Aktuators gemäß Fig. 8 und den daraus resultierenden zeitlichen Verläufen bzw. zeitlichen Versätzen der E-Felder in den unterschiedlichen Polarisationsbereichen gemäß Fig. 9 eine zeitliche versetzte bzw. phasenversetzte Bewegung der beiden an einer langen Seitenfläche angeordneten Friktionselemente erzielt, so dass zunächst eines der Friktionselemente aufgrund der entsprechenden Trajektorie in Friktionskontakt mit einem anzutreibenden Element gelangt und eine diesbezügliche Antriebsbewegung bzw. einen Antriebsschritt entlang einer Antriebsrichtung erzeugt. Sobald die begrenzte Antriebsbewegung dieses Friktionselements aufhört bzw. kurz vor diesem Moment gelangt das andere Friktionselement, das eine im Wesentlichen gleiche Trajektorie wie das erste Friktionselement ausführt, in Friktionskontakt mit dem anzutreibenden Element und versetzt dieses seinerseits in Bewegung bzw. generiert einen weiteren begrenzten Bewegungs- oder Antriebsschritt entlang der gleichen Antriebsrichtung. Durch wiederholten Ablauf des vorstehend beschriebenen zeitlichen Versatzes von Antriebsschritten durch die beiden Friktionselemente gelingt ein quasi-kontinuierlicher Antrieb bzw. eine quasi-kontinuierliche Bewegung des anzutreibenden Elements entlang der Antriebsrichtung.

[0047] Aufgrund der Tatsache, dass bei der vorstehend beschriebenen Antriebsweise stets ein Friktionselement für einen Antrieb des anzutreibenden Elements sorgt, während das andere eine Rückholbewegung durchführt und sich so für den nachfolgenden Antriebsschritt vorbereitet, und diese Art des Antriebs der Fortbewegung einer Raupe ähnelt, bezeichnet man solche Antriebe auch als Inchworm-Antriebe. [0048] Bezugszeichenliste:

1 : Aktuator

2, 2‘: Hauptflächen (des Aktuators 1)

3, 3‘: kurze Seitenflächen (des Aktuators 1)

4, 4‘: lange Seitenflächen (des Aktuators 1)

5-1 : große Elektrode

5-2, 5-3: kleine Elektroden

6-1 : große Gegenelektrode

6-2, 6-3: kleine Gegenelektroden

7: Friktionselement

8-1 , 8-2, 8-3: Polarisationsbereiche

10, 10‘: Wechselspannungsquelle

11 , 1 T, 11“: Pulsspannungsquelle

A, B: Friktionselemente

D: Dicke (des Aktuators 1 )

H: Höhe (des Aktuators 1)

L: Länge (des Aktuators 1 )

P: Polarisationsrichtung