Winkelstellvorrichtung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Winkelstellvorrichtung gemäß Anspruch 1.

[0002] Aus der US 7 812 507 B2 ist eine Winkelstellvorrichtung bekannt, bei der die Lage eines nahezu kugelförmigen Stellkörpers mittels eines durch mehrere piezoelektrische Aktoren angetriebenen Betätigungsabschnitts hinsichtlich zweier senkrecht zueinander angeordneten Rotationsachsen geändert werden kann. Die zweiachsige Lagerung bzw. Führung gelingt hierbei über eine kardanische Aufhängung des Stellkörpers mittels einer Rahmenanordnung, welche über elastische Abschnitte verfügt, die eine elastische Verformung der Rahmenanordnung in einer Richtung erlaubt, welche senkrecht zu den beiden Rotationsachsen liegt. Aufgrund der elastischen Verformbarkeit der Rahmenanordnung ist ein verlässliches Andrücken bzw. Anpressen des Stellkörpers gegen den Betätigungsabschnitt möglich, so dass ein stetiger Friktionskontakt zwischen beiden gewährleistet ist.

[0003] Die Bestimmung der Lage des Stellkörpers gelingt über jeweils einen der entsprechenden Rotationsachse zugeordneten Encoder, welcher beispielsweise eine Schlitzscheibe, eine auf die Schlitzscheibe gerichtete Lichtquelle, einen hinter der Schlitzscheibe angeordneten Lichtsensor und einen Signalprozessor umfasst. Der Signalprozessor ermittelt hierbei aus den vom Lichtsensor erfassten Pulssignalen einen Rotationswinkel der Schlitzscheibe, von dem auf den Rotationswinkel des Stellkörpers bezüglich der entsprechenden Rotationsachse geschlossen werden kann.

[0004] Nachteilig bei der aus der US 7 812 507 B2 bekannten Winkelstellvorrichtung ist der vergleichsweise hohe Aufwand, der zur Winkel- bzw. Lageerfassung des Stellkörpers notwendig ist. So ist für jede Rotationsachse ein eigener Encoder mit jeweils einer Mehrzahl von Komponenten erforderlich, was einerseits die Montage der Winkelstellvorrichtung erschwert bzw. zeitintensiver macht, und andererseits die Gesamtkosten sowie die Komplexität des Systems erhöht. Zudem ist diese Art der Winkel- bzw. Lageerfassung vergleichsweise langsam und die so ermittelten Werte sind oftmals fehlerbehaftet.

[0005] Daher ist es Aufgabe der Erfindung, eine Winkelstellvorrichtung bereitzustellen, welche die Nachteile der aus dem Stand der Technik bekannten Winkelstellvorrichtung überwindet. Diese Aufgabe ist gelöst durch eine Winkelstellvorrichtung gemäß Anspruch 1. Die Unteransprüche enthalten jeweils zumindest vorteilhafte Weiterbildungen bzw. Verbesserungen.

[0006] Die erfindungsgemäße Winkelstellvorrichtung umfasst einen bezüglich seiner Winkellage zu verstellenden Stellkörper, der zumindest abschnittsweise eine sphärische Form und somit zumindest teilweise eine kugelförmige Geometrie aufweist, eine Antriebseinrichtung mit wenigstens einem Aktor, der zumindest abschnittsweise mit dem sphärisch geformten Abschnitt des Stellkörpers in direktem oder indirektem Kontakt steht und dem Antrieb des Stellkörpers dient, eine Führungseinrichtung, welche eine geführte Winkelverstellung des Stellkörpers um wenigstens eine Stellachse erlaubt, und eine Sensoreinrichtung zur Ermittlung der Winkellage des Stellkörpers aufweisend wenigstens ein Sensorelement und einen an dem sphärisch geformten Abschnitt des Stellkörpers angeordneten oder darauf aufgebrachten Maßstab, wobei der wenigstens eine Aktor eine Apertur bildet, und das Sensorelement derart angeordnet ist, dass sein Zusammenwirken mit dem Maßstab durch die Apertur hindurch ermöglicht ist, um mittels direkter Messung an dem Stellkörper dessen Winkellage zu erfassen. Hierbei kann das Sensorelement innerhalb der Apertur, d.h. zwischen dem Aktor bzw. den Aktoren befindlich und von diesem bzw. von diesen umgeben oder umringt oder umschlossen angeordnet sein; es kann jedoch auch außerhalb der Apertur derart angeordnet sein, dass es durch die Apertur hindurch mit dem Maßstab zusammenwirkt und eine direkte Winkellagemessung durch die Apertur hindurch ermöglicht ist.

[0007] Auf diese Weise kann die Winkellage des Stellkörpers mit einer sehr geringen Anzahl von dafür benötigten Komponenten und mit vergleichsweise geringem Aufwand direkt an diesem bestimmt werden. Signalprozessoren, die aus einem Bild o.ä. erst eine Position berechnen müssen, werden hierfür nicht benötigt und sind überflüssig. Somit gelingt eine sehr schnelle Erfassung der Position bzw. Lage des Stellkörpers, so dass hochdynamische und genaue Winkel- bzw. Lageverstellungen des Stellkörpers ermöglicht werden. Zudem lässt sich hierdurch eine äußerst platzsparende Anordnung der Sensoreinrichtung realisieren, so dass sehr kompakt gebaute Winkelstellvorrichtungen möglich sind.

[0008] Es kann von Vorteil sein, wenn der Maßstab als Gitterstruktur auf dem sphärisch geformten Abschnitt des Stellkörpers angebracht oder aufgebracht oder eingebracht ist. Hierbei kann es insbesondere von Vorteil sein, wenn die Gitterstruktur durch Laserbearbeitung aufgebracht ist. Durch den sphärisch geformten Abschnitt, mit welchem sich der antreibende Aktor direkt oder indirekt in Kontakt befindet, ist auf einfache Weise die Möglichkeit eines Antriebs bzw. einer Winkelverstellung in vielen verschiedenen Richtungen bzw. um viele unterschiedliche Rotationsachsen gegeben. Durch die Anbringung bzw. Anordnung einer Gitterstruktur direkt auf dem sphärischen Abschnitt kann dort unmittelbar eine Winkel- bzw. Lageposition erfasst werden. Die Auf- bzw. Einbringung der Gitterstruktur mittels Laserbearbeitung vermeidet das Anbringen eines separaten Maßstabs an dem Stellkörper, so dass insbesondere auch die gelaserte Fläche des Stellkörpers für dessen Antrieb nutzbar ist.

[0009] Daneben kann es von Vorteil sein, wenn der Aktor hohlzylinderförmig ist. Insbesondere bei einem einstückig ausgebildeten hohlzylinderförmigen Aktor ist der Montage- und Ansteuerungsaufwand deutlich reduziert. Gleichzeitig bildet ein hohlzylinderförmiger Aktor automatisch eine Apertur, durch welche hindurch eine Erfassung der Winkellage des Stellkörpers mittels der Sensoreinrichtung ermöglicht ist.

[0010] Ferner kann es von Vorteil sein, wenn der Aktor ein piezoelektrisches oder elektrostriktives Material aufweist. Aktoren aus diesen Materialien können effektiv und sehr schnell elektrische Spannungen in mechanische Deformationen umsetzen, so dass ein hochdynamischer Antrieb der Winkelstellvorrichtung resultiert. Da Aktoren aus piezoelektrischen bzw. elektrostriktiven Materialien nicht-magnetisch sind, bieten sie bei entsprechenden Anwendungen Vorteile. Insbesondere bei Ausführungen der piezoelektrischen bzw. elektrostriktiven Aktoren in Multilayerform, d.h. mit einer Vielzahl dünner Schichten piezoelektrischen oder elektrostriktiven Materials und jeweils dazwischen liegender Elektrodenschichten, können bereits mit vergleichsweise niedrigen elektrischen Spannungen die erforderlichen Deformationen bzw.

Auslenkungen erzielt werden. Andere Aktoren bzw. Antriebe sind natürlich ebenso möglich, etwa in Form von Reluktanzantrieben.

[0011] Es kann von Vorteil sein, wenn der Stellkörper und der Aktor mittels einer Vorspanneinrichtung gegeneinander gedrückt sind. Die Vorspanneinrichtung gewährleistet ein dauerhaftes und verlässliches gegenseitiges Andrücken bzw. Anpressen von Stellkörper und Aktor, so dass die Bewegungen bzw. Deformationen des Aktors effizient auf den Stellkörper mittels Friktionskontakt übertragen werden können. Zudem verhindert die Vorspanneinrichtung eine Relativbewegung des Aktors gegenüber der Basis bzw. gegenüber dem Stellkörper.

[0012] Hierbei kann vorteilhaft sein, wenn die Vorspanneinrichtung über die bzw. mittels der Führungseinrichtung realisiert ist, beispielsweise durch in der Führungseinrichtung ausgebildete federelastische Bereiche. Durch die entsprechende Funktionsintegration kann die Anzahl der Teile der Winkelstellvorrichtung und der entsprechende Montageaufwand gering gehalten werden.

[0013] Besonders vorteilhaft kann es sein, wenn die Vorspanneinrichtung ein magnetisiertes oder ein magnetisierbares Element ist, welches innerhalb des Stellkörpers angeordnet ist, und eine Magnetvorrichtung, insbesondere einen Permanentmagneten oder einen Elektromagneten, umfasst, welche derart innerhalb oder derart außerhalb der Apertur gelegen ist, dass ein eine Vorspannung zwischen dem Stellkörper und dem Aktor erzeugendes Zusammenwirken des magnetisierten oder magnetisierbaren Elements und der Magnetvorrichtung ermöglicht ist. Denkbar ist zudem, dass innerhalb des Stellkörpers ein Elektromagnet angeordnet ist. Dies erlaubt eine sehr platzsparende und darüber hinaus hohe Anpresskräfte erzeugende Vorspanneinrichtung, welche den Bewegungsraum des Stellkörpers nur sehr geringfügig einschränkt.

[0014] Daneben kann es sich als günstig erweisen, wenn die Sensoreinrichtung als in Reflexion arbeitendes Messsystem ausgebildet ist. Bevorzugt ist die Sensoreinrichtung hierbei ein optisches Messsystem, jedoch sind auch hierunter fallende magnetische Messsysteme denkbar. Ein in Reflexion arbeitendes Messsystem benötigt den geringstmöglichen Bauraum, insbesondere dann, wenn die Maßverkörperung bzw. der Maßstab Teil des Stellkörpers ist bzw. integral mit diesem ausgebildet ist. Magnetische, in Reflexion arbeitende Messsysteme haben den Vorteil, dass es etwa bei optischen Anwendungen keinerlei Störungseinflüsse durch austretende Strahlung der Sensoreinrichtung gibt.

[0015] Es kann sich aber auch als günstig erweisen, wenn die Sensoreinrichtung als in optischer Abtastung arbeitendes Messsystem ausgebildet ist. Ein in optischer Abtastung arbeitendes Messsystem ist insbesondere unempfindlich gegenüber magnetischen Einflüssen, die etwa von der Anwendung bzw. der Umgebung, oder aber vom Antrieb selbst herrühren können. Ein weiterer Vorteil von in optischer Abtastung arbeitenden Messsystemen ist deren hohe Auflösung und Genauigkeit. Sensoreinrichtungen, die eine optische und eine magnetische Abtastung kombinieren, sind ebenso denkbar.

[0016] Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Zeichnungen und Ausführungsbeispielen, anhand derer die Erfindung beispielhaft näher erläutert werden soll, ohne die Erfindung auf diese zu beschränken. Es zeigen:

[0017] Figur 1 : perspektivische und schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Winkelstellvorrichtung

[0018] Figur 2: Seitenansicht der Winkelstellvorrichtung nach Fig. 1

[0019] Figur 3: perspektivische und schematische Darstellung einer weiteren erfindungsgemäßen Winkelstellvorrichtung

[0020] Figur 4: Darstellung a) Seitenansicht der Winkelstellvorrichtung nach Fig. 3; Darstellung b) Schnittbild zu Darstellung b) [0021] Figur 5: Teil einer erfindungsgemäßen Winkelstellvorrichtung nach den Figuren 3 und 4 mit einer möglichen Ausführungsform für die Vorspanneinrichtung, wobei in Darstellung a) eine Seitenansicht und in Darstellung b) eine Ansicht hinsichtlich des in Darstellung a) skizzierten Schnitts entlang der Schnittlinie A-A gezeigt ist

[0022] Figur 6: Teil einer erfindungsgemäßen Winkelstellvorrichtung nach den Figuren 3 und 4 mit einerweiteren möglichen Ausführungsform für die Vorspanneinrichtung, wobei in Darstellung a) eine Seitenansicht und in Darstellung b) eine Ansicht hinsichtlich des in Darstellung a) skizzierten Schnitts entlang der Schnittlinie A-A gezeigt ist

[0023] Figur 7: Teil einer erfindungsgemäßen Winkelstellvorrichtung nach den Figuren 3 und 4 mit einerweiteren möglichen Ausführungsform für die Vorspanneinrichtung, wobei in Darstellung a) eine Seitenansicht und in Darstellung b) eine Ansicht hinsichtlich des in Darstellung a) skizzierten Schnitts entlang der Schnittlinie A-A gezeigt ist

[0024] Figur 8, Darstellungen a) und b): Unterschiedliche perspektivische Ansichten eines Teils einer erfindungsgemäßen Winkelstellvorrichtung gemäß den Figuren 3 und 4 mit einer alternativen Ausführungsform für die Sensoreinrichtung

[0025] Figur 9: Perspektivische Ansicht eines Teils einer erfindungsgemäßen Winkelstellvorrichtung gemäß den Figuren 3 und 4 mit einer alternativen Ausführungsform für die Sensoreinrichtung

[0026] Figur 1 zeigt in perspektivischer und schematischer Ansicht eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Winkelstellvorrichtung 1 mit einem gegenüber einer ortsfesten Basis 10 zu verstellenden und kardanisch gelagerten Stellkörper 2, welcher im Wesentlichen halbkugelförmig ist und eine konvexe bzw. zweidimensional gekrümmte, für dessen Antrieb genutzte Oberfläche und eine ebene, der Anordnung eines durch die Winkelstellvorrichtung in der Winkellage zu verstellenden Objekts (z.B. ein Spiegel) dienende Oberfläche aufweist.

[0027] Eine Antriebseinrichtung 3 zur Erzielung von Verstell- bzw. Verkippbewegungen des Stellkörpers 2 um zwei im Wesentlichen senkrecht zueinander angeordnete und durch eine jeweilige Führungseinrichtung 5 definierte Stellachsen bzw. Rotationsachsen RA1 und RA2 umfasst insgesamt vier an der Basis 10 angeordnete Aktoren bzw. Aktuatoren 4 in Form von piezoelektrischen Ultraschallantrieben bzw. Ultraschallaktoren, die umfangsseitig bezüglich des Stellkörpers 2 mit einem Winkelabstand benachbarter Aktoren von im Wesentlichen 90° angeordnet sind. Von den vier Ultraschallaktoren sind in Figur 1 jedoch nur zwei zu erkennen, der jeweils gegenüberliegende Ultraschallaktor ist verdeckt.

[0028] Durch die zuvor beschriebene Anordnung der Ultraschallaktoren ergibt sich ein Zwischenraum zwischen diesen. Mit anderen Worten spannen die Ultraschallaktoren 4 zwischen sich eine Öffnung bzw. eine Apertur 7 auf. Die Ultraschallaktoren 4 besitzen jeweils eine rechteckige Form und tragen an einer der längeren Seitenflächen ein im Wesentlichen halbkugelförmiges Friktionselement 42, welches in Kontakt mit der Oberfläche des Stellkörpers steht. Somit stehen die Ultraschallaktoren über die Friktionselemente 42 in indirektem Kontakt mit dem Stellkörper. Die Friktionselemente 42 sind durch eine in der Basis angeordnete und in Figur 1 nicht erkennbare Vorspanneinrichtung mit einer definierten Kraft gegen den Stellkörper 2 gedrückt. Daneben ist es möglich, mittels der Vorspanneinrichtung den Stellkörper 2 gegen die Friktionselemente 42 zu drücken. Hierbei kann die Vorspanneinrichtung beispielsweise durch die Führungseinrichtung 5 selbst gebildet sein, etwa indem diese elastisch verformbare Abschnitte aufweist, die zu einem Andrücken des Stellkörpers 2 gegen die Friktionselemente 42 mit einer definierten Kraft sorgt.

[0029] Durch geeignete elektrische Ansteuerung können die Ultraschallaktoren 4 Schwingungen vollführen, durch welche das jeweils daran angeordnete Friktionselement 42 eine Bewegung entlang einer vorzugsweise elliptischen Bahn bzw. Trajektorie, welche zu der Seitenfläche des jeweiligen Ultraschallaktors geneigt ist, an welcher das Friktionselement angeordnet ist, und gleichzeitig parallel zu den beiden größeren Hauptflächen des jeweiligen Ultraschallaktors verläuft, erfährt. Diese Bewegung mit einer entlang der Seitenfläche, an welcher das Friktionselement angeordnet ist, verlaufenden Antriebskomponente wird über den Friktionskontakt zwischen dem Friktionselement und der konvexen Oberfläche des Stellkörpers auf diesen übertragen, welcher hierdurch einen Antrieb in einer zur Antriebskomponentenrichtung parallelen Richtung erfährt.

[0030] Die jeweils beiden sich gegenüberliegenden Ultraschallaktoren, die also umfangsseitig einen Winkelabstand von etwa 180° zueinander aufweisen, arbeiten hierbei in der Regel zusammen, um eine Winkelverstellung des Stellkörpers 2 um die entsprechende Rotationsachse zu erzielen, die im Wesentlichen senkrecht zu der Achse liegt, die durch die beiden gegenüberliegenden und zusammenwirkenden Ultraschallaktoren, und zwar im Wesentlichen parallel zu deren größeren Hauptflächen, verläuft. Bezogen auf Figur 1 bedeutet dies, dass der dortige rechte Ultraschallaktor 4, welcher mit einem gegenüberliegenden, aber in Figur 1 nicht erkennbaren Ultraschallaktor zusammenwirkt, für Winkelverstellungen des Stellkörpers um die Stell- bzw. Rotationsachse RA1 sorgt, während der in Figur 1 erkennbare linke Ultraschallaktor 4 zusammen mit dem diesem gegenüberliegenden, aber in Figur 1 nicht erkennbaren Ultraschallaktor für Winkelverstellungen des Stellkörpers um die zur Stell- bzw. Rotationsachse RA1 im Wesentlichen senkrecht angeordnete Rotationsachse RA2 sorgt.

[0031] Hierbei kann das Zusammenwirken der jeweils beiden gegenüberliegenden Ultraschallaktoren, die ein entsprechendes Aktorenpaar bilden, etwa dergestalt sein, dass beispielsweise elliptische Schwingungsbewegungen der unterschiedlichen Friktionselemente gegenläufig sind. Das Zusammenwirken kann aber auch dergestalt sein, dass nur einer der Ultraschallaktoren des jeweiligen Aktorenpaars derart angesteuert wird, dass das an ihm angeordnete Friktionselement eine vorzugsweise elliptische Bewegungsbahn aufweist, während der andere, diesem gegenüberliegende Ultraschallaktor des Aktorenpaars so elektrisch angesteuert wird, dass sein Friktionselement Schwingungen in einer Richtung vollführt, die im Wesentlichen senkrecht zu der Oberfläche des Stellkörpers, an welcher das Friktionselement mit diesem in Kontakt steht, angeordnet ist. [0032] Durch eine solche Ansteuerung lässt sich die Reibung zwischen diesem Friktionselement und der Oberfläche des Stellkörpers erheblich reduzieren. In diesem Zusammenhang ist denkbar, dass zusätzlich die beiden zusammenwirkenden Ultraschallaktoren des anderen Aktorenpaars derart angesteuert werden, dass die dadurch hervorgerufenen Deformationen für Schwingungen ihrer Friktionselemente sorgen, welche ebenfalls im Wesentlichen senkrecht zu der Oberfläche des Stellkörpers, an welcher das jeweilige Friktionselement mit diesem in Kontakt steht, angeordnet ist. Dadurch kann die Reibung zwischen den nicht antreibenden Friktionselementen und der Oberfläche des Stellkörpers erheblich reduziert werden, und der einzige antreibende Ultraschallaktor muss nur gegen eine sehr geringe und der Verstellbewegung entgegen wirkende Reibkraft arbeiten.

[0033] Es ist zudem denkbar, dass pro Rotationsachse nur ein einzelner Aktor für den entsprechenden Antrieb des Stellkörpers sorgt.

[0034] Die Führung bezüglich der jeweiligen Rotationsachse RA1 bzw. RA2 gelingt mit Hilfe einer entsprechenden Führungseinrichtung 5. Diese ist jeweils als ein Paar von gegenüberliegenden Dreh- oder Rotationslagern ausgebildet, wobei die Lager bezüglich der Rotationsachse RA1 gebildet sind durch Zapfen des Lagerrings 52, welche mit Lagerbüchsen Zusammenwirken, die in Schenkelabschnitten 12 der Basis 10 eingesetzt sind. Die Lager bezüglich der Rotationsachse RA2 sind gebildet durch an dem Stellkörper 2 ausgebildeten Zapfen, die mit in dem Lagerring 52 eingesetzten Lagerbüchsen Zusammenwirken. Dadurch ergibt sich insgesamt eine kardanische Lagerung.

[0035] An der zweidimensional gekrümmten Oberfläche des Stellkörpers 2 ist als Teil der Sensoreinrichtung 6 ein in Figur 1 nicht erkennbarer Maßstab in Form einer Gitterstruktur durch Laserung ein- bzw. aufgebracht. Innerhalb der durch die vier Aktoren 4 gebildeten Apertur 7 ist als weiterer Teil der Sensoreinrichtung 6 ein in Figur 1 ebenfalls nicht erkennbares, an einer Platine 64 angebrachtes Sensorelement angeordnet, welches mit dem Maßstab zusammenwirkt. Hierdurch ist eine direkte Messung bzw. Erfassung der Lage des Stellkörpers möglich. [0036] Figur 2 zeigt die Winkelstellvorrichtung nach Figur 1 in einer Seitenansicht. Hierbei sind drei der insgesamt vier Ultraschallaktoren 4 zu erkennen, die gegenüber der Basis 10 in einer schrägen bzw. geneigten Ausrichtung an dieser angeordnet sind und über die Friktionselemente 42 in indirekter Weise mit der konvexen Oberfläche des Stellkörpers 2 mittels einer in Figur 2 nicht dargestellten Vorspanneinrichtung in Kontakt stehen bzw. gegen diese angedrückt sind. Figur 2 ist daneben die Sensoreinrichtung mit dem an der Platine 64 angeordneten Sensorelement 60 und dem mit dem Sensorelement 60 zusammenwirkenden und an dem Stellkörper 2 angebrachten bzw. in diesen eingebrachten Maßstab 62 deutlich zu entnehmen.

[0037] Figur 3 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Winkelstellvorrichtung 1. Der einzige Unterschied im Vergleich zur Winkelstellvorrichtung nach den Figuren 1 und 2 besteht in der Ausführungsform der Antriebseinrichtung, die hier aus einem einzigen hohlzylinderförmigen bzw. ringförmigen Ultraschallaktor 4 besteht, an dessen nach oben und dem Stellkörper 2 zugewandten ebenen Stirnfläche insgesamt vier gleichmäßig über den Umfang des Ultraschallaktors 4 verteilte halbkugelförmige Friktionselemente 42 angeordnet sind.

[0038] Figur 4 zeigt in Darstellung a) die Winkelstellvorrichtung nach Figur 3 in einer Seitenansicht, während Darstellung b) den in Darstellung a) von Figur 4 skizzierten Schnitt entlang der Linie A-A repräsentiert. In der Schnittdarstellung 4 b) sind die in dem Stellkörper 2 vorhandenen Gewindesacklöcher 24 zu erkennen, die ein Anschrauben eines mit der Winkelstellvorrichtung zu bewegenden bzw. zu verstellenden Elements, etwa eines Spiegels, erlauben. Zudem ist der Schnittdarstellung 4b) die Vorspannvorrichtung 8 in Form eines innerhalb der Basis 10 angeordneten Federelements 84 zu entnehmen, welches dafür sorgt, dass die Antriebsvorrichtung 3 in Form eines Ultraschallaktors 4 bzw. die an diesem angeordneten Friktionselemente 42 mit einer definierten Kraft gegen den Stellkörper 2 gedrückt sind. Zudem verhindert das Federelement 84 eine Verschiebung bzw. Verdrehung des Ultraschallaktors 4 relativ zu der Basis 10 bzw. relativ zu dem Stellkörper. [0039] Figur 5 zeigt in den Darstellungen a) und b) prinzipiell die Winkelstellvorrichtung nach den Figuren 3 und 4, wobei hier jedoch eine andere Art der Vorspanneinrichtung 8 vorhanden ist. Dabei zeigt Darstellung a) von Figur 5 die Winkelstellvorrichtung von der Seite, während Darstellung b) von Figur 5 einen Schnitt entlang der in Darstellung 5a) skizzierten Linie A-A repräsentiert. Die Vorspanneinrichtung 8 umfasst ein magnetisierbares Element 80, welches ebenso wie der Stellkörper 2 eine halbkugelförmige Geometrie aufweist. Hierbei ist das magnetisierbare Element 80 in einen entsprechenden und kongruent geformten Hohlraum des Stellkörpers 2 eingesetzt.

[0040] Die Vorspanneinrichtung 8 umfasst weiterhin eine Magnetvorrichtung 82 in Form eines Permanentmagneten. Der Permanentmagnet ist in einer zentralen Öffnung der Basis 10 eingesetzt und durchdringt eine durch die Platine 64 gebildete Apertur. Durch Veränderung der Position des Permanentmagneten in der zentralen Öffnung der Basis 10 bzw. durch entsprechend geänderten Abstand zwischen dem Permanentmagneten und dem magnetisierbaren Element lässt sich die Vorspannung, mit welcher der Stellkörper 2 und die Friktionselemente 42 der Antriebseinrichtung 3 in Form eines hohlzylinderförmigen Ultraschallaktors 4 gegenineinander gepresst ist, gezielt anpassen.

[0041] Die Winkelstellvorrichtung nach Figur 6 weicht von der nach Figur 5 lediglich in der sich geringfügig unterscheidenden Vorspanneinrichtung ab. Figur 6 a) zeigt die entsprechende Winkelstellvorrichtung in einer Seitenansicht, während Figur 6 b) einen Schnitt entlang der in Figur 6 a) skizzierten Linie A-A repräsentiert. Hier ist das magnetisierbare Element 80 der Vorspanneinrichtung als Kugelabschnitt geformt und in einen entsprechend bzw. kongruent geformten Hohlraum des Stellkörpers 2 eingesetzt. Die ebene Fläche des als Kugelabschnitt geformten magnetisierbaren Elements 80 bildet jedoch nicht die Oberfläche der Plattform des Stellkörpers 2. Um eine ebene Oberfläche des Stellkörpers 2 für die dortige Anbringung eines zu verstellenden Objekts zu erzielen, ist oberhalb des magnetisierbaren Elements 80 in den verbleibenden Hohlraum des Stellkörpers ein weiteres, nicht-magnetisches Abschlusselement 26 eingesetzt, welches bündig mit dem äußeren Rand des Stellkörpers abschließt. In dieses Abschlusselement 26 sind Gewindebohrungen eingebracht, die zur Anordnung eines durch die Winkelstellvorrichtung zu positionierenden Objekts dienen.

[0042] Die in Figur 7 in den Darstellungen a) und b) gezeigte Winkelstellvorrichtung 1 weicht von der Vorspanneinrichtung gemäß Figur 6 dahingehend ab, dass das magnetisierbare Element 80 die Form einer Hohlhalbkugel hat, die in den entsprechenden Hohlraum des Stellkörpers 2 eingesetzt ist, wie dies insbesondere anhand des Schnitts entlang der Linie A-A in Figur 7 b) zu erkennen ist. In den verbleibenden, durch das magnetisierbare Element 80 selbst gebildeten Hohlraum, ist ein nichtmagnetisierbares Abschlusselement 26 eingesetzt, das zusammen mit dem magnetisierbaren Element 80 und dem äußeren Rand des Stellkörpers 2 eine ebene Oberfläche des Stellkörpers 2 bildet. An diesem inneren eingesetzten Abschlusselement 26 sind Gewindebohrungen zur Befestigung eines durch den Stellkörper in der Winkellage zu verstellenden Objekts vorgesehen.

[0043] Es versteht sich, dass das magnetisierbare Element 80 der Figuren 5 bis 7 ebenso aus einem permanentmagnetischen Material gefertigt sein kann und somit ein magnetisches Element bildet. Denkbar ist ebenso ein magnetisierbares Element 80 in Form eines Elektromagneten. Weiterhin ist denkbar, dass die als Permanentmagnet ausgeführte Magnetvorrichtung 82 als Elektromagnet ausgeführt ist.

[0044] Figur 8 zeigt in den Darstellungen a) und b) in unterschiedlichen perspektivischen Ansichten eine spezifische Ausführungsform der Sensoreinrichtung einer erfindungsgemäßen Winkelstellvorrichtung 1. Zur besseren Erkennbarkeit der Sensoreinrichtung wurde hierbei die Antriebseinrichtung in Form eines hohlzylinder- bzw. ringförmigen Ultraschallaktors - wie in den Figuren 3 bis 7 dargestellt - weggelassen.

[0045] Die Sensoreinrichtung umfasst zwei separate Sensorelemente 60 in Form von optischen Chip-Sensoren, die umfangsseitig in etwa um einen Winkel von 90° versetzt zueinander angeordnet sind. Eines der Sensorelemente 60 ist dabei mittels des Zusammenwirkens mit dem auf dem Stellkörper 2 angeordneten Maßstab 62 für die Lage- bzw. Winkelerfassung des Stellkörpers 2 bezüglich der Rotationsachse RA1 zuständig, während das entsprechend andere Sensorelement 60 für die Lage- bzw. Winkelerfassung des Stellkörpers 2 bezüglich der Rotationsachse RA2 zuständig ist.

[0046] Insbesondere Figur 8 b) ist entnehmbar, dass in dem Stellkörper 2 eine rotativ bzw. rotatorisch verstellbare Plattform 22 integriert ist, über welche neben den Kippbewegungen um die zwei senkrecht zueinander angeordneten Rotationsachsen RA1 und RA2 noch eine zusätzliche Rotation der Plattform 22 um eine auf ihr senkrecht stehende Rotationsachse RA3 ermöglicht ist. Zur Erfassung der rotativen Verstellung der Plattform 22 ist in dem Stellkörper 2 eine entsprechende Sensorik untergebracht, die in Figur 8 jedoch nicht erkennbar ist.

[0047] Figur 9 zeigt abweichend zu Figur 8 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Winkelstellvorrichtung, bei der die Sensoreinrichtung nur ein Sensorelement 60 in Form eines optischen Chip-Sensors aufweist, um Winkelverstellungen des Stellkörpers 2 um die Rotationsachse RA2 zu messen. Die Winkelverstellungen des Stellkörpers 2 um die Rotationsachse RA1 wird hingegen mit Rotationssensoren 9 erfasst, die an den Schenkelabschnitten 12 der Basis 10 vorgesehen sind.

[0048] Es versteht sich, dass zahlreiche Abweichungen zu den vorstehend skizzierten Ausführungsformen möglich sind, die unter die Erfindung fallend zu zählen sind. So ist beispielsweise die Antriebseinrichtung nicht darauf beschränkt, einen oder mehrere Ultraschallaktoren zu umfassen. Denkbar sind daneben Antriebseinrichtungen mit elektromagnetischen, elektrostiktiven, magnetostriktiven, pneumatischen oder sonstigen Aktoren bzw. Aktuatoren, wobei in erster Linie entscheidend ist, dass die Antriebseinrichtung eine Apertur aufspannt und somit eine Öffnung für die direkte Messung bzw. Erfassung der Winkellage des Stellkörpers mittels der Sensoreinrichtung freigibt. Auch muss der Stellkörper nicht zwangsläufig die Form einer Halbkugel aufweisen; denkbar sind beispielsweise auch kugelförmige Stellkörper bzw. teilkugelförmige Stellkörper, die von der Halbkugelform abweichen. Für eine Lagerung um zwei senkrecht zueinander angeordnete Stell- oder Rotationsachsen sind zudem von einer Kardanaufhängung abweichende Lagerungen denkbar. Darüber hinaus sind zahlreiche andere Möglichkeiten zur Generierung einer Kraft, mit welcher der oder die Aktoren bzw. die daran angeordneten Friktionselemente gegen den Stellkörper gedrückt sind, denkbar.

[0049] Bezugszeichenliste:

1 : Winkelstellvorrichtung

2: Stellkörper

3: Antriebseinrichtung

4: Aktor

5: Führungseinrichtung

6: Sensoreinrichtung

7: Apertur

8: Vorspanneinrichtung

9: Rotationssensoren

10: Basis

12: Schenkelabschnitt (der Basis 10)

22: Plattform (des Stellkörpers 2)

24: Gewindesacklöcher (des Stellkörpers 2)

26: Abschlusselement

42: Friktionselement (des Aktors 4)

52: Lagerring (der Führungseinrichtung 5)

60: Sensorelement (der Sensoreinrichtung 6)

62: Maßstab (der Sensoreinrichtung 6)

64: Platine

80: magnetisiertes oder magnetisierbares Element

82: Magnetvorrichtung

84: Federelement