压电驱动部、特别是作为用于车辆组件的自动的执行件的制作方法

本发明涉及一种压电驱动部，其特别是要作为用于车辆组件的自动的执行件，并且特别是用于针对操作装置产生触觉反馈。

背景技术：

压电驱动部用于各种不同的应用情况。在此，压电部件在电控情况下在作用方向上可改变长度，这用来机械地激励要使其运动的组件或单元。在汽车工业中的应用情况下，针对操作装置，使用压电驱动部来产生触觉反馈。这种操作装置具有触摸屏或触控板，如果探测到有效的手动操作的话，其短时间地或者脉冲式地被机械地激励。通过这种方式产生了触觉反馈，借此触觉地向操作者反馈有效的操纵。本发明尤其涉及带有传动部的压电促动器，其在本领域也称为带有机械增强的压电促动器。

压电促动器或这种促动器的压电作用的部件的长度变化能力足够大，以便能够在触觉上感觉到，但这往往由于应用原因不够用。为了增大长度变化，使用具有多个相互堆叠起来的压电部件(下面称为压电部件)的压电促动器。这种压电促动器机械地作用于运动转换结构或相应的转换传动机构，通过转换传动机构把压电促动器的在作用方向上的在比较大的力情况下进行的小的长度变化转换为具有相应较小的力的较大的运动。

在de-u-202008017833、us-b-6246132、us-a-4952835、wo-a-2017/1762019、us-b-9523294、ep-a-3056977、wo-a-2014/164018、wo-a-2016/067831、us-b-6465936、wo-a-2014/096565、us-a-2016/0027263、de-a-102016116763、jp-a-2008-287402、ep-a-1035015、de-b-2305277、de-c-4214220和de-b-19981030中记载了带有转换传动机构的压电驱动部的例子。

为了使得压电促动器与转换结构连接，通常采用粘接技术。这些粘接技术在批量制造中牵涉到高昂的成本。

技术实现要素：

本发明的目的是，提出一种带有压电促动器的压电驱动部，该压电促动器在其制造和易错性方面有所改善且带有机械的增强。

为了实现该目的，本发明提出一种压电驱动部，确切地说，尤其是作为用于车辆组件的自动的执行件，例如用来针对操作装置产生触觉反馈，其中，该压电驱动部设置有：

-由压电材料构成的压电促动器，其中，压电促动器在两个端部之间具有纵向伸展，这些端部带有彼此背离的端侧，该纵向伸展规定了压电促动器的作用方向，压电促动器沿着该作用方向延展和收缩；

-与压电促动器耦联的转换传动机构，用于把压电促动器的在压电促动器的作用方向上进行的延展和随后的收缩分别转换为相对于压电促动器的纵向伸展以不等于0度、特别是为90度的角度朝向的运动；

-其中，转换传动机构具有弹性的支架和/或带有弹性材料的支架，该支架具有两个相对的且彼此间隔开的接纳边腿和在它们之间伸展的连接边腿，该连接边腿带有至少一个参照压电促动器的位置离开该压电促动器朝向的或者朝向该压电促动器弯拱的区段；

-其中，压电促动器在其两个端部被接纳边腿接纳，无粘接剂地贴靠在这些接纳边腿上，并且支架的连接边腿布置在压电促动器的旁侧。

根据本发明的驱动部的压电促动器，在电控情况下参照其作用方向可逆地可延展，且具有两个彼此背离的端部，且在这些端部之间具有一个或多个上下堆叠的压电部件。通过电控制一个或多个压电部件，压电促动器在其作用方向上延展。如果控制电压被去激活，压电促动器就又收缩，确切地说，由于其弹性而收缩。作为压电作用的材料，采用陶瓷被普遍接受。但是，也可以使用目前仍在研究中的可印刷的压电聚合物。

一种(运动)转换传动机构与压电促动器耦联，该转换传动机构把压电促动器的延展和随后的收缩转换为一些(彼此相反的)运动，这些运动相对于压电促动器的纵向伸展优选形成90°，进而垂直于压电促动器长度改变的所在方向。长度改变的方向与转换传动机构的运动方向之间的不同于90°的角度、即在90°与0°之间的角度，同样在构造上是可行的。在最简单的情况下，弹性地设计的支架用作为转换传动机构。支架的弹性可以要么在构造上来实现，要么通过选择材料来实现。支架沿着压电促动器至少在一个区段以内相距压电促动器以变化的距离伸展。支架具有两个相对的且彼此间隔开的接纳边腿，支架的连接边腿在这些接纳边腿之间伸展。支架因而在侧视图中观察基本上为u-形。前面提到的区段位于其连接边腿以内，连接边腿相距在支架的接纳边腿之间伸展的纵轴线的距离在该区段中变化，确切地说，从第一距离值(相距压电促动器的纵轴线的距离)起增大或者替代地减小。

压电促动器被夹紧地保持在转换传动机构的支架的接纳边腿之间。在此，压电促动器以其两个端部贴靠在接纳边腿上，或者被这些接纳边腿接纳，从而支架的连接边腿基本上在压电促动器的旁侧伸展，确切地说，相距该压电促动器特别是在前述区段内以变化的距离伸展。如果现在压电促动器在电控情况下沿作用方向延展，弹性支架就由此伸展，从而改变所述(距离变化)区段相距压电促动器的距离。这种变化于是用来使得部件、组件或单元等运动。

支架的在其包绕压电促动器端部的接纳边腿(其必要时可以具有接纳部件)之间的连接边腿的(距离变化)区段的形状决定了连接区段所历经的运动行程的大小(和运动的方向)及压电促动器的长度延展与运动行程的比例大小。在此例如起作用的是，(距离变化)区段的区域相对于压电促动器的纵轴线以多大的角度伸展(该区段例如梯形地或u形地或圆弧形地伸展)。

根据本发明，压电促动器并非粘接地与接纳边腿连接。确切地说，压电促动器优选基本上形状配合地被接纳边腿接纳，并且贴靠在这些接纳边腿上，而并不与这些接纳边腿粘接。这适用于压电促动器的端侧。如果需要的话，压电促动器的圆周面的与端侧邻接的区段同样贴靠在一个或多个支架的接纳边腿上。这种贴靠同样是无粘接的。例如，接纳边腿可以具有接纳部件，这些接纳部件具有相应的接纳内凹，压电促动器的端部插入到该接纳内凹中。

通过根据本发明使得压电促动器的端部与转换传动机构的接纳边腿在无粘接的情况下耦联，实现了保护压电促动器免受拉力，压电陶瓷材料通常很敏感地对所述拉力做出反应。因而如果根据本发明采用的压电促动器从未受电控的静止位置起不经意地收缩，则这在本发明中就不会有危险，因为就收缩而言，在压电促动器与支架的接纳边腿之间不存在固定的连接。此外，这产生了防止滥用外力的保护，所述外力不能导致压电促动器和压电元件被彼此拉开。

在本发明的另一有利的设计中可以规定，转换传动机构具有又一连接边腿，其与支架的另一连接边腿相对并且同样弯拱地设计，由此使得两个连接边腿基本上相互对称。因此，又一连接边腿沿着其在接纳边腿之间的伸展段具有至少一个区段，在该区段内，又一连接边腿沿着其在接纳边腿之间的伸展段相距在接纳边腿之间伸展的纵轴线的距离从第三距离值起首先增大、或者替代地减小至第四距离值。在本发明的这种设计中，转换传动机构具有两个布置在压电促动器的相对的横向侧的连接边腿，这些连接边腿中的每一个都在至少一个区段之内具有相距压电促动器的参照压电促动器而变化的距离。转换传动机构因而在此具有围绕压电促动器伸展的(框架)支架，在该支架中布置了压电促动器，其中，该压电促动器以其端部贴靠在框架上，即贴靠在支架的接纳边腿上。在接纳边腿的区域中，转换传动机构可以具有接纳部件，这些接纳部件配合到接纳边腿中或者被这些接纳边腿接纳。但这些接纳边腿本身也可以设计成例如压电促动器的端部，该压电促动器的端部在包夹全部侧的接纳部件处。

根据本发明的前述改进的转换传动机构的支架的两个连接边腿可以相互对称地伸展，其中，压电促动器的中间纵轴线在这种情况下形成对称轴线，但也可以非对称地伸展。

根据支架的多个连接边腿或一个连接边腿的设计和造型以及在所述距离变化区段之内的走向来规定方向和运动行程，在其中压电促动器的长度变化的运动被转换。

在本发明的另一有益的设计中可以规定，支架卵圆形、透镜状或椭圆形地被构造，其中，接纳边腿布置在卵圆或透镜或椭圆的长轴的端部处，并且，连接边腿的在其相距纵轴线的距离方面变化的区段规定了卵圆形支架、透镜状支架或椭圆形支架的短轴。对于椭圆或透镜或卵圆，可以规定主轴和副轴。主轴是通过卵圆形状或透镜形状或椭圆形状规定的两个直径中较长的那个直径。压电促动器沿着椭圆形状或卵圆形状的主轴或副轴伸展。相应地，于是两个支架的距离改变区段处于沿着副轴或者沿着主轴。

优选地，支架的接纳边腿在至少两个彼此背离的侧面特别是全面地包围压电促动器的端部。

如上已述，支架的两个接纳边腿可以具有接纳部件，压电促动器的端部插入到这些接纳部件的接纳内凹中。这些接纳部件有益地借助机械的固定部件比如螺钉、销、铆钉等与支架的接纳边腿连接。

有益的是，对于制造转换传动机构，无需压铸或铣削工艺。在这方面有利的是，转换传动机构由冲压的、切割的或激光的金属制成。在此有利地适宜的是，支架构造成金属条部件，其具有两个彼此背离的端部，该金属条部件在从旁侧观察的视图中c形地弯曲，其中，位于金属条部件的纵向伸展段中的中间区段形成支架的一个接纳边腿，金属条部件的两个端部形成支架的第二接纳边腿，或者在金属条部件的这两个端部之间布置了形成支架接纳边腿的接纳部件。在中间区段的旁侧，可以布置两个相对的接片，这些接片朝向相同的方向弯折，与中间区段一起形成全面地贴靠在压电促动器的一个端部上的接纳部。这种接片也可以设置在金属条部件的端部之一上，在那里，接片在朝向相同的方向弯折之后与两个端部中的至少一个端部一起在支架的另一接纳边腿上形成用于压电促动器的另一端部的接纳部。

如上已述，压电促动器应夹紧地保持在转换传动机构或支架中，以便使得支架在长度改变最小的情况下就已经拉伸。就此有利地规定，支架具有夹紧部件，该夹紧部件布置在两个接纳边腿之一上，并且为了规定其贴靠在压电促动器的端部之一的端侧处以及规定在这种情况下施加到压电促动器上的顶压力，夹紧部件在连接轴线的走向方向上可定位，且在其位置上可固定于接纳边腿处。

夹紧部件有利地是调节螺钉，其螺杆端部作用到压电促动器的端侧端部之一上，但也可以作用到接纳该端部的接纳部件上，以便使其朝向压电促动器运动/顶压。

如上所述，转换传动机构具有相应地弯曲的卵圆形、透镜形或椭圆形的金属条。金属条相对于其中间区段弯曲。该中间区段于是形成了用于压电促动器的一个端部的接纳部。金属条部件的自由端弯曲，以便形成用于压电促动器的另一端的第二接纳部。金属条部件的这两个端部可以借助于螺钉相互连接或者保持在一起。在本发明的一种有利的设计中，该螺钉于是也可以执行前述调节螺钉的功能，用来对压电促动器施加预紧力。

附图说明

下面借助两个实施例并参照附图详述本发明。在此具体地：

图1为车辆操作单元的示意性正视图，该车辆操作单元带有被压电驱动部脉冲式地激励的触控板或触摸屏，用于产生触觉反馈，进而用于手动的接触输入的触觉反馈；

图2至5为在根据图1的操作单元中可使用的压电驱动部的第一实施例的各组件的不同视图；

图6至8为在根据图1的操作单元中可使用的压电驱动部的第二实施例的各组件的不同视图。

具体实施方式

图1中以正视图示出用于车辆的操作单元10，其中，操作部件12设计成触摸屏或触控板，在其处通过脉冲式的机械的激励对有效的操作指令输入予以触觉反馈(触觉feedback)。为此，操作单元10具有压电驱动部14，该压电驱动部例如在操作单元10的壳体16的壳体壁17与其操作部件12之间被布置和起作用。除了能够接触敏感地输入的操作部件12之外，操作单元10例如还可以具有其它的操作部件，比如按键18和/或旋转调节器20。

图2至5中示出了压电驱动部14的第一实施例。该压电驱动部14设置有压电促动器22，该压电促动器具有由各个压电部件24构成的堆垛。为明了起见，这些压电部件24的电接触在图中未示出。压电驱动部14还具有金属支架26，该金属支架在本实施例中设置有两个接纳边腿28、30，压电促动器22的端部32、34以其彼此背离的端侧33、35被这些接纳边腿接纳。为此，在第一接纳边腿28处贴靠着接纳部件36，如特别是在图4中可见，该接纳部件具有用于压电促动器22的相关端部32的接纳内凹38。另一接纳边腿30设计成另一接纳部件40，其同样具有用于压电促动器22的另一端部34的接纳内凹42。两个接纳部件36、40借助螺钉44固定在支架26处。

在本实施例中，在支架26的接纳边腿28、30之间延伸着两个连接边腿46、48，其中的连接边腿46布置在压电促动器22的一个横向侧，而另一连接边腿48与前述第一连接边腿46相对地布置在压电促动器22的相对的横向侧。两个连接边腿46、48的特殊性在于，每个连接边腿都具有连接区段50或52，相应的连接边腿46相距压电促动器22的距离在所述连接区段之内改变，确切地说，在本实施例中增大并且从那里又减小。每个连接区段50因而具有离开压电促动器最远的、所谓的顶点区域54、56。两个连接边腿46、48因而参照压电促动器22从该压电促动器观察向前弯拱地伸展，但也可以在相反的方向上弯拱。也可行的是，一个连接边腿凸起地即离开压电促动器22朝向地弯拱，而另一个连接边腿凹形地即朝向压电促动器22弯拱。

在顶点区域54、56之内，如图1中所示，支架26一方面固定在操作部件12上，另一方面固定在壳体16上。为此例如采用螺钉57。

在对压电促动器22施加电压时，压电促动器22在纵向上即在轴线58的延伸段上延展。结果，连接边腿46、48的区段50、52朝向压电促动器22运动。参照根据图1的应用，操作部件12因而由此会沿箭头60的方向运动，以便然后当不再对压电促动器22施加电压时操作部件12又往回运动，确切地说，沿箭头62的方向运动。在该过程期间，压电促动器22因而首先延展，并且连接边腿46、48朝向彼此运动(见图1中的箭头64和65)，以便然后当不再施加电压时连接边腿46、48朝向彼此而运动。具有连接边腿46、48的支架26于是形成了一种运动转换传动机构70。

压电驱动部14的根据本发明的构造的优点现在在于，压电促动器22在其两个端部32、34上贴靠在接纳部件36、40处的接纳内凹38、42中，而没有粘接在该处。压电促动器22的端部32、34应在压电促动器22的未受电激励的状态下接触接纳内凹38、42的底部，或者，压电促动器22在其静止位置应夹紧地保持在支架26中。为此采用了夹紧部件66，其在本实施例中具有夹紧螺钉68的形式，如图4中所示，该夹紧螺钉以其杆端部71贴靠在压电促动器22的两个端部之一上(在本实施例中贴靠在端部32上)。

借助图4和5可看到支架26的构造。该支架26以简单的方式设计成金属条部件72，在纵向伸展上观察，其中间区段74形成了第一接纳边腿28。用于两个连接边腿46、48的区段76、78位于该中间区段74的两侧。用于顶点区域54、56的区域于是也位于这两个区段76、78之内。支架26的根据图4和5的设计的优点在于，可以把支架制成金属冲制件。因而无需浇铸或铣削工艺来制造支架26。

如特别是借助图2和5可见，支架26基本上具有椭圆或卵圆的形状。在连接边腿46之内，其连接区段50从第一距离值(见图5中的80，连接区段50相距压电促动器22的距离)伸展至较大的第二距离值(见图5中的82，顶点区域54相距压电促动器22的距离)，其处于相关的连接边腿的顶点区域54、56中，以便从那里起然后又回到较小的另一距离值(见同样图5中的84，在本实施例中与80处的距离值相等的距离)，其例如可以等于第一距离值。由此，当两个连接边腿46、48相应地成型时，例如产生了支架26的对称的造型，但这对于本发明来说并非强制需要。因此，两个连接边腿46、48也可以并非相互对称地成型。于是，连接边腿48的距离在连接区段52开始处(见图5中的81)可以等于或不同于连接区段50的距离值80。顶点区域56中的(第四)距离值83(见图5中的83)可以等于或不同于距离82。连接区段52的距离值85可以不同于连接区段50的距离值84。

在图6至8中示出了根据本发明的压电驱动部14’的第二实施例。只要该压电驱动部14’的各部分在构造或功能上与图2至5的压电驱动部14的各部件相同，它们在图6至8中就标有与图2至5中相同的标号。

如在根据图2至5的实施例中，对于图6至8的压电驱动部14’，支架26也设计成弓形的金属条部件72。尽管根据图2至5的实施例的接纳边腿设置有分开的接纳部件36、40，但在图6至8的实施例中，这些接纳部件36、40借助金属条部件72的各个可弯曲的接片形成。因此，金属条部件72在中间区段74中具有两个横向地布置的弯曲接片86。在金属条部件72的两个端部90、92之一上构造了两个其它的弯曲接片88。于是在两个端部90、92上还有其它的在本实施例中较小的弯曲接片94，如图7中所示。

在金属条部件72的完全弯曲的、进而最终的状态下，金属条部件72具有根据图6和图7的支架26的形状。由图8可知各个弯曲接片在这种情况下是如何成型的。金属条部件72的两个端部90、92还分别设置有孔眼96。在弯曲状态下，这两个孔眼96对准，其方式为，金属条部件的两个端部90、92上下叠置，如图8所示。作为夹紧部件66的夹紧螺钉68延伸穿过相互对准的孔眼96，该夹紧螺钉例如与在内部贴靠在接纳边腿30上的螺母(未示出)处于螺纹接合中，或者与带有用于夹紧螺钉68的内螺纹孔的部件处于螺纹接合中。

最后还要指出，支架或金属条在按照活节方式作用的弯曲线处(例如见图2和图6)可以设置有压花或卷边，进而可以如同薄膜铰链那样设计。

附图标记清单

10操作单元

12操作部件

14压电驱动部

14’压电驱动部

16壳体

17壳体壁

18按键

20旋转调节器

22压电促动器

24压电部件(piezoelement)

26金属支架

28接纳边腿

30接纳边腿

32压电促动器的端部

33压电促动器的端侧

34压电促动器的端部

35压电促动器的端侧

36接纳部件

38接纳内凹

40接纳部件

42接纳内凹

44螺钉

46连接边腿

48连接边腿

50连接区段

52连接区段

54顶点区域

56顶点区域

57螺钉

58轴线

60箭头

62箭头

64箭头

65箭头

66夹紧部件

68夹紧螺钉

70运动转换传动机构

71杆端部

72金属条部件

72’金属条部件

74中间区段

76区段

78区段

80第一距离值

81第三距离值

82第二距离值

83第四距离值

84另一距离

85另一距离

86弯曲接片

88弯曲接片

90端部

92端部

94弯曲接片

96孔眼

现有技术文献

de-u-202008017833

de-a-102016116763

de-b-2305277

de-c-4214220

de-b-19981030

ep-a-1035015

ep-a-3056977

wo-a-2014/096565

wo-a-2017/1762019

wo-a-2014/164018

wo-a-2016/067831

us-a-2016/0027263

us-b-6246132

us-a-4952835

us-b-9523294

us-b-6465936

jp-a-2008-287402