CN114375542A - 用于致动器装置的冲程传送器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于致动器装置(1)的冲程传送器(2)。该冲程传送器(2)包括第一和第二转换单元，它们彼此机械地串联连接，其中第一转换单元设计为液压转换单元(H)，它能够在其驱动侧(Ha)与致动器(A)连接，在其输出侧(Hb)与第二转换单元的驱动侧(Ma)连接，其中第二转换单元设计为缆索系统(M)并且在其输出侧(Mb)具有输出元件(T)。本发明还涉及包括致动器(A)和与致动器(A)机械地串联连接的冲程传送器(2)的致动器装置(1)。

Description

用于致动器装置的冲程传送器

技术领域

本发明涉及用于致动器装置的冲程传送器，其包括能够与致动器连接的液压传动单元。此外，本发明涉及包括这种冲程传送器的致动器装置。

背景技术

从现有技术中，首先已知所有压电液压致动器装置，其通常包括压电致动器和液压传动单元，其中压电致动器用作液压传动单元的驱动器。这种组合致动器装置的一个关键特征是，与单独使用压电致动器相比，液压单元的存在可以获得更大的机械冲程。这可以例如通过液压单元中的传动比和/或通过导致压电致动器的许多小的单独运动的效应的总和液压单元中的泵效应来实现。由此克服了压电致动器以及其他已知固态致动器的主要缺点，即它们的低冲程。这种压电液压致动器例如从公开给公众检查的未经审查的说明书文件DE 102016213654 A1和DE 102013219759 A1中获知。

然而，存在许多致动器装置的应用，在这些应用中，与使用这种单级液压传动单元所能实现的相比，甚至需要进一步增加冲程。例如，在许多应用中，致动器装置必须提供几毫米，部分甚至几厘米的机械冲程。其实例是机器人技术中的致动器装置，用于调整升降台、用于计量流体的注入或用于触发开关装置中的开关过程。对于这些应用中的许多应用，不仅需要高冲程，而且同时还需要高速度。例如，在一些应用中，从致动器的电气控制到整个运动完成的总触发时间必须仅为几毫秒(或部分甚至更短)。对于许多指定的应用而言，另一个重要的要求是尽可能高效地将电能传输为机械能。对于许多指定的应用而言，另一个重要的要求是在输出侧传输相对较高的力。这意味着存在对冲程传送器以及配备它的致动器装置的总体需求，它们同时满足对冲程、动力学、能效和力的指定要求。其中，整个系统的能量受到致动器能量的限制，其中通过冲程传送器可以调节冲程和力之间的比率。在这方面，特别需要一种冲程传送器，其配置方式使得对于相应的应用，可以尽可能灵活地找到部分不能同时满足的边界条件之间的适当折衷。

发明概述

因此，本发明的目的是提出克服上述困难的冲程传送器。特别地，将提供冲程传送器，其在可用总能量的范围内的致动器装置中同时允许高冲程、高动态性、高能量效率和高力传输。冲程传送器在其中的设置是为了以尽可能简单的方式促进对指定参数之间的折衷的调整，该折衷针对相应的应用进行调整。本发明的另一个目的是提供具有这种传送器的致动器装置。

这些目的通过权利要求1中描述的冲程传送器和权利要求11中描述的致动器装置来解决。根据本发明的冲程传送器被设计为用于致动器装置的冲程传送器。它包括彼此机械串联连接的第一传动单元和第二传动单元。其中，第一传动单元构造为液压传动单元并且在其驱动侧可连接至致动器。在其输出侧，它连接到第二传动单元的驱动侧。第二传动单元被配置为缆索系统并且在其输出侧包括输出体。

其中，缆索系统的命名输出体是整个冲程传送器的上级输出体。冲程传送器尤其在其驱动侧还包括相应的驱动体，该驱动体可以连接到致动器装置的致动器。

术语“机械串联连接”在此应理解为大体上的意思是第一传动单元的输出侧以力传递和运动传递的方式连接到第二传动单元的驱动侧。因此，缆索系统尤其要以力传递方式连接到液压传动单元的与致动器相对的一侧。因此在致动器之后的液压传动单元形成第一传输级，并且缆索系统形成下游的第二传输级。通过这两个阶段获得总传动比，该总传动比以乘法方式由液压传动单元和缆索系统的各个传动比组成。缆索系统又在其驱动侧机械耦合到液压传动单元，并在其输出侧连接到可移动输出体。例如，该输出体通常可以是平移体或旋转体。就本发明而言，仅重要的是该输出体适合于将机械冲程传送到外部元件。

缆索系统尤其是以缆索作为运动传递部件的机械传动系统。其中驱动侧位于第一缆索末端的区域中并且输出侧位于第二缆索末端的区域中。

根据本发明的设计的关键优势在于，包括串联连接的两个传动单元的布置允许实现输出体的相对大的冲程，即使所使用的致动器本身只能产生相对低的冲程。以这种方式，特别是在使用具有小的输入冲程的固态致动器时，可以产生特别是几毫米的输出冲程，这对于相应的应用是必要的。

可以看出，即使在特别是仅几毫秒的短触发时间的情况下，也可以实现这种相对大的冲程，这可以看作是另一个优点。这首先归功于整个传动系统的高刚性。

一方面，液压传动单元可以相对容易地设计成具有高刚性。这尤其可以通过使用相对低的液压流体工作体积、通过具有低横向变形能力的腔壁和/或通过使用活塞作为冲程元件来实现。一般来说，液压传动单元特别适用于高动态的冲程传动。在本上下文中，传动单元的“高动态性”通常被理解为快速的时间响应行为。换句话说，“高动态性”是指这样一个事实，即驱动侧具有小的时间偏移和小的时间扩展的短暂的快速运动被传递成输出侧的相应短暂的快速运动。

除了液压传动单元之外，串联连接的缆索系统也可以相对容易地实现为具有高机械刚度和相应的高动态性。最重要的是，当在这样的缆索系统中选择低弹性和高抗拉强度的缆索材料时，相对容易实现高刚度，同时移动部件的质量相对较低。

可以将大冲程和高动态性以相对较低的峰值性能实现作为另一个优点。这尤其通过以下事实促进：致动器中冲程的产生以及两个传输级中的冲程传送都可以以相对节能的方式实现。特别是当使用固态致动器时，在主冲程的产生中发生相对较小的损失。此外，液压传动单元可以很容易地以较小的能量损失运行，尤其是当工作体积和液压流体的移动质量可以保持较低时。此外，缆索系统可以很容易地以较小的能量损失运行，尤其是当缆索具有低弹性变形能力时。

总而言之，这意味着通过根据本发明的冲程传送器，可以实现对各种指定应用的冲程高度和触发速度的要求，其中同时总体上实现节能的传送。这尤其可以是将用于致动器操作的电能有效传递成输出体的机械运动能。

与纯液压冲程传送器相比，根据本发明的液压系统和缆索系统的两级组合不仅有利于特别大的冲程而且同时也有利于相对较小的质量。与液压传动装置相比，在传动比相当的情况下，缆索系统可以明显更容易地以较小的总质量实现。与纯缆索系统相比，根据本发明的两级组合在可比较的传动比的情况下有助于总体上更高的刚度并因此改善动态性。这是因为，当使用低工作体积、液压流体的低压缩性和低泄漏时，使用液压传动单元显然比使用纯缆索系统更容易实现特别高的动态性能。这是因为，在纯缆索系统的情况下，所需滑轮的数量会导致系统的质量相对较高。两个传输级的不同特性以特别简单的方式允许实现对冲程传动器的总参数的调整以满足相应应用的要求。如果特别高的能源效率对于相应的应用很重要，例如可以通过缆索系统实现更高的总传输份额。因此，总质量以及损失都保持在特别低的水平。然而，如果特别高的动态性对于相应的应用仍然很重要，则可以通过液压传动单元在总传动中实现相对较高的份额。由此，可以实现冲程传送器的特别高的刚度和因此特别高的动态性。因此，根据本发明的冲程传送器的基本概念通过两个传输级的尺寸确定允许对分别需要的系统参数进行特别灵活的调整。

根据本发明的致动器装置包括致动器和根据本发明的冲程传送器，该冲程传送器机械地串联连接到该致动器。其中致动器装置的优点类似于上述冲程传送器的优点。

本发明的有利实施方案和进一步发展源自从属于权利要求1和11的权利要求以及以下描述。其中，冲程传送器和致动器装置的所描述的实施方案可以以通常有利的方式彼此组合。

因此，根据有利的实施方案，缆索系统可以设计为起重滑轮系统。这种起重滑轮系统可以特别地包括运动传递缆索和多个偏转滑轮。该实施方案的优点在于，以这种方式可以相对容易地调节期望的路径传动比。特别地，传动比会受到偏转滑轮数量的选择的影响。同时，通过选择具有低弹性和高抗拉强度的缆索，可以提供具有高刚度和低质量的机械传动单元。

在这样的起重滑轮系统中，偏转滑轮的数量n可以有利地为至少2个，特别有利地至少为4个，并且可以特别地位于2至20之间。这些滑轮可以特别地分组为单独的块，其中公共块的滑轮每一个都固定到一个公共承载体上。特别地，可以提供总共两个这样的相对块，每个块具有多个滑轮。缆索在两个块的滑轮上的旋转角度可以有利地达到大约180°。换句话说，然后每个滑轮的基本上一半被缆索围绕。

除了所描述的两个滑轮组之外，起重滑轮系统还可以包括另外的侧向偏转滑轮，其中缆索的旋转角度根据致动位置是可变的。其中的这个可变旋转角可以特别地在90°至180°之间的范围内。其中旋转角的变化是由于牢固地连接到缆索的缆索系统的输出体的运动引起的，这意味着例如通过柱塞的运动。这意味着它尤其可以是输出侧的侧向偏转滑轮。

通常且不考虑偏转滑轮的确切实施方案和数量，起重滑轮系统基本上可以是因子滑轮系统、指数滑轮系统和/或差动滑轮系统。

通常有利地，缆索系统可以具有小于1的传动比。利用该传动比，缆索系统的驱动体的运动被传递成缆索系统的输出体的运动。在传动比小于1的情况下，输出侧的冲程大于驱动侧的冲程。这意味着，此处所称的传动比通常应理解为相应传动装置的驱动侧的冲程与输出侧的冲程的比率。在增加冲程的情况下，该传动比相应地小于1。特别优选地，缆索系统具有1:2或更小的传动比。这意味着当传动比低于1:2时，可以获得甚至高于两倍的冲程增加。换言之，相对于缆索系统的驱动侧的冲程，输出侧的冲程至少加倍。这意味着由此在致动器装置的第二传输级中实现了显着的(进一步的)冲程传动。因此，对于整个冲程传送器，可以实现输出体的足够高的冲程，这对于相应的应用来说是足够的。对于具有相对小的主冲程的致动器，这尤其也可以实现。

有利地，利用缆索系统可以容易地实现在1:2和1:50之间的通常有利范围内的传动比。在此可以以相对低的设备费用实现在1:2和1:20之间的有利范围内的传动比。

通常有利且不考虑冲程传送器中的缆索系统的精确设计，液压传动单元和缆索系统一起可具有1:2或更小，尤其是1:4或更小的总传动。换言之，两个传输级可以以这样的方式相互作用，使得对于输出体实现冲程，该冲程相对于致动器的冲程至少加倍，尤其是至少四倍。特别优选地，该总传动比可以等于或小于1:10，特别是等于或小于1:20，进一步特别优选等于或小于1:50，尤其是甚至等于或小于1:100。如此高的总传动允许即使使用仅具有非常低冲程的主致动器(例如压电致动器)也能实现输出体的足够高的冲程。

以这种方式，输出体通常可以有利地具有至少0.5mm并且特别是至少2mm的冲程。换句话说，可以通过致动器的主冲程和通过至少这个冲程对两个传输级的冲程倍增效应来移动输出体。例如，对于许多应用，输出体的冲程可以有利地在0.5mm至5mm之间的范围内。

然而，作为具有缆索系统和/或整个冲程传送器的冲程增加传输的所述实施方案的替代，如果相应的传动比被选择为大于1，则通常也是可能的并且可能也是有利的。可以特别适用于液压传动单元本身的传动比、缆索系统本身的传动比，尤其是整个冲程传送器的传动比。以这种方式，在相应的输出侧可以作用比在驱动侧可用的力更大的力。因此，该实施方案变体对于需要高力的应用通常是有利的。特别有利地，两个传输级中的每一个的传动比通常可以大于2并且特别地在2至10之间的范围内。

通常且不考虑传动比的精确设计，输出体可以是细长柱塞。这种柱塞可以特别地以基本上仅一个平移自由度被支撑。对于这种一维可移动的支撑件，尤其可以采用滑动衬套。换句话说，柱塞然后充当平移体。这意味着缆索的运动然后被传递成这个平移体的一维运动。

作为具有平移体的实施方案的替代，输出体也可以是旋转体。换言之，通过传动单元也可以将平移运动传递成旋转体的旋转运动。这种向旋转运动的传递可以例如通过与滑轮的连接来实现。

根据液压传动单元的有利实施方案，液压传动单元可以包括驱动元件和输出元件。它可以特别地被配置为将驱动元件的运动以小于1的路径传动比传递到输出元件。换言之，这意味着也优选地通过液压传动单元来实现冲程的增加。特别有利地，液压单元的传动比可以是至多1:2并且尤其是1:10，非常特别有利地甚至至多1:20或者甚至至多1:50。这意味着已经在整个致动器装置的第一级中可以实现冲程的相应增加，其中液压单元的该冲程然后通过缆索系统的所述有利传动比再次进一步增加。

根据液压传动单元的通常有利的实施方案，液压传动单元可充填液压流体。特别地，它包括第一室和第二室，它们彼此液压连接并且其中一个构造为驱动腔室而另一个构造为输出腔室。在此，通常驱动腔室和输出腔室可以通过管线流体连接或者也可以作为上级室容积的子区域直接合并到彼此中。液压传动单元的这种基本设置例如从公开给公众检查的未审查的说明书文件DE 102016213654 A1和DE 102013219759 A1中获知。

根据液压传动单元的特别优选实施方案，至少在第一腔室中(即在驱动腔室中和/或在输出腔室中)，活塞可以沿着活塞轴线可移动地布置。其中，该活塞可以将第一腔室分成容积可变的工作腔室和后侧腔室，其中后侧腔室至少部分地由具有可变轴向长度的波纹管元件界定。换句话说，液压单元既不是纯活塞系统，也不是纯波纹管系统，而是混合活塞-波纹管系统，其中两种类型的限位元件至少在两个腔室之一中彼此相邻。特别地，甚至两个腔室(驱动腔室和输出腔室)也可以实现为这样的混合活塞-波纹管系统。这种混合活塞-波纹管系统的特别有利的实施方案在题为“Hydraulische

für eineAktoreinrichtung”的国际申请中进行了更详细的描述，该申请由西门子股份公司和MetisMotion GmbH在同一申请日提交，因此这意味着包括在本申请的公开内容中。然而，替代地，液压传动单元也可以实现为纯活塞系统或纯波纹管系统，因为它们同样在以上引用的并行提交的申请中进行了更详细地描述。此外，关于冲程传送器的可能应用和其他有利实施方案，西门子股份公司在同一申请日提交的题为“

für eineelektrische Schalteinrichtung”的德国申请也将包含在本申请的公开内容中。

通常有利地并且与液压传动单元的精确设计无关，液压传动单元可以包括用于液压流体的储存室。这种储存室尤其可以与上述后侧腔室流体连接或可流体连接。如果活塞的运动在后侧腔室的容积方面不是完全中立的，则可能是特别有利的。因此，后侧腔室的体积的微小变化可以通过与储存室的流体耦合来补偿。可替代地或另外地，然而，与储存室的耦合也可用于补偿由温度变化引起的液压流体的体积变化。在该实施方案的特别有利的变体中，储存室是可加压的。这种加压的可能性例如可以通过在储存室区域中的附加波纹管元件或活塞来实现。因此，可以用例如高于或低于后侧腔室中的压力的压力对储存室加压，后侧腔室与储存室流体连接。因此，例如通过存在于储存室区域中的致动器元件，整个液压系统可以被预加载到期望的初始压力，由此可调节特别是存在于输出侧上的输出体的期望的初始位置。其中，在每种情况下调节的输出体的初始位置取决于所采用的波纹管元件的刚度以及作用在致动器体和输出体上的预加载力。

通常，液压传动单元可以充有液压流体。这意味着在该实施方案中，液压流体已经是传动单元的部分。然而，为了实现本发明，如果传动单元包括适于加载液压流体的腔室系统通常就足够了。合适的液压流体例如是硅油、乙二醇或液态金属。如果传动单元加载有液压流体，则液压流体既存在于驱动腔室中又存在于输出腔室中(并且其中可能在每种情况下都存在于工作腔室中和后侧腔室中)并且另外存在于一个或多个可选地现有连接线和/或储存室中。通常，驱动腔室和输出腔室可以通过管线流体连接或者也可以作为上级腔室容积的子区域直接相互合并。

通常有利的是，液压传动单元的整个工作体积可以等于或小于1ml。特别地，工作体积可以分别位于低于0.5ml或甚至低于0.1ml并且特别是在0.01ml至0.5ml之间或在0.01ml至0.1ml之间的范围内。通过如此小的工作体积，可以特别容易地实现具有高刚性和/或高压的传动单元。

根据另一个有利的实施方案，液压传动单元可以构造为可泵送的传动单元，从而通过在驱动腔室的区域中的多个连续的单独运动可以在输出腔室的区域中产生总和的运动。这种泵浦效应例如在DE 102017214697 A1和文件参考号为17203689.9的欧洲专利申请中有所描述，因此它们将被包括在本申请的公开内容中。在这样的实施方案中，不仅实现了传动，而且还实现了驱动体的各个运动的总和成输出体的总运动。为此，例如可以在驱动侧的工作腔室和输出侧的工作腔室之间的液压管线中设置一个或多个止回阀。任选地，可以额外地提供一个或多个能够与工作体积液压耦合的泵储存器。

根据致动器装置的有利实施方案，致动器是固态致动器。在这种固态致动器中，根据本发明的下游传动单元的设计的所述优点变得特别有效，因为特别是固态致动器在实践中的冲程非常有限并且对于动力传输而言取决于致动器类型的高刚性是有利的。例如，固态致动器通常具有高固有频率并因此有利地具有高动态性。

根据特别优选的变型，固态致动器是压电致动器。过去的压电致动器已被证明是特别有前途的初级致动器。通过它们可以实现特别精确的运动。它们的主要缺点，即它们的机械冲程低，可以通过后续的传动单元来弥补，如上所述。即使通过传输级相应地减少了力，该力仍然足以满足许多应用的需求。

特别优选地，致动器装置的压电致动器被配置为压电堆叠致动器。压电堆叠致动器是多个单独的压电元件的串联连接，这些压电元件被布置为层堆叠，这在现有技术中通常是已知的。这种堆叠致动器对于已经用压电致动器实现比用单个压电元件可能实现的运动幅度更高的运动幅度是特别有利的。

然而，本发明不限于作为固态致动器的压电致动器。例如，压电致动器的许多已知优点和缺点也适用于其他种类的固态致动器。对于这些，也可以通过后续传动单元增加相对较低的输出冲程。根据优选实施方案变体，所述固态致动器例如是磁致伸缩致动器或电致伸缩致动器。或者，固态致动器也可以是形状记忆致动器。

根据致动器装置的另一有利实施方案，致动器装置可以包括至少两个并联机械连接的子系统，其中每个子系统包括致动器和根据本发明的冲程传送器，它们机械串联连接。这意味着每个子系统可以包括致动器、与致动器机械串联连接的传动单元和与液压传动单元机械串联连接的缆索系统。特别地，其中单独的缆索系统可以机械地耦合到共同的上级输出体，从而两个致动器的同时控制导致上级输出体由两个液压传动单元和两个缆索系统共同引起的运动。

通过致动器、液压传动单元和缆索系统的这种加倍或倍增，以及通过它们的机械并联连接，尤其可以实现，对于输出体的运动，可获得相应更高的能量。特别有利的是两个子系统的对称、统一设计，由此例如可以实现可用能量的加倍。特别是在其中两个子系统的镜像对称布置的情况下，可以有利地通过输出体的直线、流体运动实现能量的近似加倍，因为可以有利地避免干扰。通常特别有利的是，两个子系统可以布置在共同的外壳中。

根据致动器装置的有利实施变型，它可以是用于机器人和/或机器人系统的致动器装置。这意味着致动器装置可以有利地用于机器人和/或机器人系统中。特别地，致动器装置可以分别用于机器人技术中的末端致动器的移动或定位。对于这种应用，尤其需要在几毫米到几十厘米范围内的相对较高的机械冲程。

根据致动器装置的有利实施方案变体，它可以是用于检查电子部件的冲程系统的致动器装置。这种在专家圈中的冲程系统也被称为升降台。同样，对于将致动器装置用于这种升降台，至少几毫米到几厘米的相对较高的机械冲程是有利的。在该应用中，例如要测试其功能的电子部件(例如发光二极管)被提升到支撑物上并且对其施加测量电压。

根据致动器装置的替代的有利实施变型和用途，致动器装置可以被设计为用于计量流体喷射的致动器装置。例如，致动器装置可以设计用于将药物注射到患者体内。或者，致动器装置可设计用于将流体化学品注入化学反应容器中。在这种情况下，对于待喷射的流体的这种计量，至少几毫米的冲程也是有利的。这尤其适用于液体体积在几毫升范围内的情况。

附图说明

下面结合附图，基于几个优选实施方案对本发明进行描述，附图示出：

图1是根据本发明第一实施例的致动器装置的原理示意图，

图2液压传动单元的示意图，

图3缆索系统的示意图，

图4替代缆索系统的示意图，

图5是图4的缆索系统在不同的致动位置，

图6是根据本发明第二实施例的致动器装置的原理示意图，

图7是图6的两个液压传动单元的示意图，

图8是图6的两个缆索系统的示意图，

图9是图6的液压传动单元和缆索系统的总示意图，

图10是在这样的系统中，作为时间函数的电压和冲程的时间进程，以及

图11是电压、电流、功率和能量作为时间函数的时间进程。

发明详述

在图中相同的元件和具有相同功能的元件配备有相同的附图标记。

在图1中，示出了根据本发明的第一实施方案的致动器装置1的示意性原理图。其中，在每种情况下，框之间的连接代表各个元件的机械耦合。致动器装置1包括致动器A、与致动器机械串联连接的液压传动单元H、以及与液压传动单元H机械串联连接的缆索系统M。其中，液压传动单元H和缆索系统M一起形成冲程传送器1。缆索系统M用作机械传动单元，其作为液压传动单元H的第二传输级连接在下游。通过缆索系统M，输出体T是可移动的，对于给定的应用，通过它可以实现外部元件的运动。根据应用，其中例如几毫米的冲程可能是必要的。致动器装置1被配置为通过两个相继连接的传动单元来实现该冲程，即液压传动单元H和作为机械传动单元的缆索系统M。

致动器装置1内的主冲程由致动器A产生，其例如可以是压电致动器。该致动器A的冲程由SA表示。这与作用在后续液压传动单元H的驱动侧Ha上的冲程相同。在本实施例中，该液压传动单元的传动比被选择为使得液压传动单元H输出侧Hb的冲程与主冲程相比有所增加。输出侧的冲程用SH表示。这同时是作用在后续缆索系统M的驱动侧Ma上的冲程。这里冲程的增加由越来越大的箭头指出，然而，其中该增加不是按比例增加的。同样，通过后续缆索系统M的传动比，实现了冲程的进一步增加。因此，缆索系统M的输出侧Mb上的冲程SM在此增加了进一步的因数。该初始冲程SM同时是在致动器装置1的输出体T处实现的冲程。

现在在下面的图中更详细地解释了两个随后连接的传动单元的操作模式。因此，图2示出了液压传动单元H的示意图，例如它可以用在图1的实施方案中。该液压传动单元H串联连接到致动器A。驱动侧Ha上的冲程SA通过两个活塞13a和13b的液压耦合相互作用传递成输出侧Hb上的冲程SH。其中的传动比由两个相关联的活塞体的液压面的比决定。第一工作腔室15a形成驱动腔室11a的可通过活塞运动而变化的部分区域，并且第二工作腔室15b形成输出腔室11b的部分区域，该部分区域可通过活塞运动而变化。两个工作腔室15a和15b通过液压管线16流体耦合。两个腔室11a和11b的后侧容积在此设计成被封装。换言之，两个腔室11a或11b中的每一个分别被活塞分成工作腔室15a或15b，以及后侧腔室17a或17b。两个后侧腔室每个都相对于外部环境流体封装。它们各自至少部分地分别由具有可变轴向长度的波纹管元件19a或19b界定。在所示的实施例中，在每种情况下，相应的后侧腔室的侧壁的一部分由这样的波纹管形成。该波纹管有助于后侧腔室可以被封装并且在相应活塞的运动期间仍然可以进行体积补偿。在图2的实施例中，驱动腔室11a和输出腔室11b都用这种柔性封装的后侧腔室实现。两个后侧腔室通过管线37流体耦合到用于液压流体7的储存室41。该储存室41由波纹管元件43横向界定。通过盖板45，压力可以通过预设冲程SR施加到储存室。通过输出体21b(这里显示了输出腔室的活塞销)，根据传动比增加的冲程SH可以被传递到随后的缆索系统。在与标题“Hydraulische

für eineAktoreinrichtung”并行提交的上述国际申请中更详细地描述了这种组合活塞-波纹管系统的确切功能模式和进一步有利的设计。

图3示出了缆索系统M的示意图，因为它可以用于例如图1的致动器装置中。在该缆索系统的驱动侧上设置有驱动体103。可以通过已经由液压单元增加的冲程SH来移动该驱动体103。该冲程SH现在由随后的缆索系统M传送到缆索系统输出侧上进一步增大的SM。为此目的，缆索系统M被设计为起重滑轮系统，其包括运动传递缆索101和多个偏转滑轮107。在图3的缆索系统中示例性地示出了四个偏转滑轮。然而，这个数字在实际系统中可能会更大，以实现更大的增长。运动传递缆索的一端连接到驱动体103。缆索的另一端连接到输出体109。输出体109在这里又牢固地连接到上级输出体T。这个上级输出体T在此实现为平移体(特别是柱塞)。平移体T可以被支撑在滑动衬套中，使得其在箭头SM的方向上基本上仅可一维地移动，滑动衬套在此未进一步详细示出。

通过输出体109区域中的四个偏转滑轮产生冲程，该冲程增加4倍，即SM＝4·SH。然而，该系数仅用于在原则上指出如何通过选择系数滑轮系统中的偏转滑轮的数量来实现某个所需的传动比，这里是1:4的传动比。偏转滑轮107在此被分组为两个块，其有时也被称为起重滑轮系统的剪切机。其中第一块由连接到驱动体103的两个滑轮组成。第二块由连接到固定体105的两个滑轮组成。这意味着驱动体103和固定体105形成起重滑轮系统的块体的两个主要载体。

在图4中，示出了缆索系统M的替代实施方案的示意图。该替代缆索系统的操作模式原则上与图3的实施例中的类似。然而，与此相反，这里提供了附加的侧向偏转滑轮108。与已经描述的偏转滑轮107相反，缆索围绕该滑轮不是以180°的旋转角而是以较小的旋转角β运行，该β在此为90°至180°之间。通过附加的侧向偏转滑轮108，一方面，使运动传递到唯一可线性移动的上级输出体(或平移体)T变得更容易。另一方面，由此可以进一步提高可实现的冲程增加。

从图5中可以清楚地看到对传动比的影响，图5显示了处于不同致动位置的图4的缆索系统。与此处图4的位置相比，驱动体103向上移动一定的冲程SH。在输出侧的偏转滑轮108前面的区域中，这导致缆索103的冲程，其被给出为Δs＝4·SH。在侧向偏转滑轮108之后的区域中，这种变化的影响如下：

在图4的位置中侧向偏转滑轮108和平移体T之间的缆索的长度部分具有长度l_0。通过侧向偏转滑轮前面的缆索冲程Δs＝4·SH，该部分的长度缩短为值l_1＝l_0-Δs。缆索101与其中的平移体T所夹的角度由α_0变为α_1。侧向偏转滑轮和平移体之间的垂直距离(即形成的三角形的高)从h_0变为h_1，而水平距离d由于平移体T的唯一一维可移动支撑而保持不变。因此，高度差Δh＝h_1–h_0对应于平移体的一维路径长度，从而对应于冲程SM。根据毕达哥拉斯定理，可以使用以下等式计算此高度差：

SM＝Δh＝h_0–sqrt((l_0–Δs)^2–d^2)。

图6示出了根据本发明第二实施例的致动器装置1的示意性原理图。与前面的示例相反，这里的致动器装置1由两个子系统61和62构成，它们机械并联连接。两个子系统中的每一个都分别包含一个致动器A1或A2，以及一个冲程传送器。这两个冲程传送器中的每一个都有液压传动单元H1或H2，分别机械连接到相应的致动器，以及缆索系统M1或M2，分别机械串联连接到相应的液压传动单元。两个缆索系统M1和M2机械耦合到共同的上级输出体T。这具有以下效果：同时控制两个致动器A1和A2导致上级输出体T共同引起的运动。与图1的仅具有一个这样的子系统的实施方案相比，其中用于移动输出体的机械能可以大约加倍。

在下面的图中，实施例显示了液压单元H1和H2以及这两个子系统的缆索系统M1和M2的特别有利的对称实施方案可能看起来像什么。因此，图7示出了两个液压传动单元H1和H2的示意图，因为它们可以特别用于图6的实施例中。这意味着这里两个致动器A1或A2每个分别机械地与相关的液压传动单元H1或H2串联连接。单独的液压传动单元在此均类似于图2的实施例设计并且以蝶形构造彼此相邻对称布置。在所示实施例中，单独的液压传动单元H1和H2彼此不流体耦合。然而，替代地，它们原则上也可以流体耦合，例如通过两个储存室41的耦合或者还通过包括公共储存室的设计。两个液压传动单元在这里以机械方式并联连接。两个输出体21b在此被设计成通过同时对两个致动器进行同步和校正控制，在两个输出体21b处产生校正冲程SH。机械并联连接的两个传动单元H1和H2也可以看作是上级的两进两出的液压传动单元H。

图8示出了两个缆索系统M1和M2的示意图，因为它们可以特别用于图6的实施例中。这两个缆索系统M1和M2可以特别地通过它们的两个驱动体103耦合到图7的两个液压单元的输出体21b。这里的两个缆索系统M1和M2每个本身都设计成与图图4和图5的实施例相似。与此相反，这里两个这样的缆索系统以其缆端在输出侧上耦合到共同的上级平移体T。两个缆索系统的布置是镜像对称的。它们以蝶形方式背靠背布置，使得两条缆索101通过平移体T处的两个相对的侧向偏转滑轮108对称会聚。这种蝶形结构以简单的方式允许运动均匀、无阻塞的传递到共同移动的平移体T。这里，机械并联连接的两个缆索系统M1和M2也可以被视为具有两个输入和一个耦合输出的上级缆索系统M。对于这样的上级缆索系统，还可以特别使用共同的、连续的缆索，该缆索由两个子系统M1和M2共同使用。驱动体103也可以实现为联合使用的连续板。

图9示出了来自图6的实施方案的两个液压传动单元H1和H2以及两个缆索系统M1和M2的示意性总视图。特别地，这里已经将图7的两个液压传动单元H1和H2以包括图8的两个缆索系统M1和M2的整体对称布置组装。通过这种对称布置，可以以特别简单和有效的方式实现能量加倍的优点。特别地，图9中表示的所有元件可以布置在公共外壳中，此处未示出。由此可以提供易于操作的模块，通过该模块可以在两个致动器A同时被电控制时实现具有足够高机械能的上级输出体T的足够高的总冲程SM。

在图10和图11中，示出了用于实现图6到图9的致动器装置的基本物理参数，因为它们通过Simulink仿真计算得出的。各种物理量显示为以毫秒为单位的时间201的函数。例如，在图10的顶部图中，施加到两个致动器A1、A2中的每一个的电压202以伏特表示。这些致动器是压电致动器，可以通过施加这样的电压来移动这些致动器。这里施加了大约160V的三角形电压脉冲，其作用时间为50ms。下面的三幅图显示了在致动器装置的不同位置由此产生的冲程。因此，参考符号203表示以微米为单位的冲程。冲程SA是由两个压电致动器A1和A2中的每一个产生的主冲程，其分别充当相应液压传动单元H1或H2的驱动侧的冲程。这种主冲程相对较低。然而，通过相应液压单元的传动比，在其输出侧实现了明显增加的冲程SH，在图表的最大值处达到几乎400μ。在第三幅图中，204表示以毫米为单位的冲程。在此，将作用在各个后续缆索系统的驱动侧上的所述冲程SH与存在于各个侧向偏转滑轮108的区域中的冲程Δs进行比较。该冲程Δs最大已经在约3毫米的范围内。同样，在第四幅图中，204表示以毫米为单位的冲程。在此，缆索的冲程Δs与冲程SM进行比较，该冲程在整个缆索系统的输出侧给出，这意味着在输出体T的区域中。通过相应的侧向偏转滑轮108的功能，这里仍然给出了额外的冲程增加，以便在输出体T处实现大约7mm的冲程SM。通过使用两个子系统，还可以实现相对较高的机械能(换言之：对于给定的冲程，相对较高的力)。

在图11的各个图表中，显示了各种电气参数，这些电气参数来自对两个致动器A1和A2的控制的模拟。因此，顶部曲线图依次示出了以伏特为单位的施加到相应压电致动器的电压202作为以毫秒为单位的时间201的函数。与图10相比，这里仅显示了电压脉冲开始后大约前30毫秒。第二幅图显示了在控制两个以安培为单位的压电致动器期间流动的电流205。此处电流的最大值几乎等于7A。第三张图显示了以瓦特为单位的电功率206。这里的峰值电功率接近350瓦。第四张图显示了以mJ为单位吸收的总能量207。峰值电功率和吸收的总能量都明显低于上述可比较的电磁致动器，其中测得的峰值功率为1200W。

这意味着，通过所描述的致动器装置可以在移动输出体T时实现用于冲程、动力学和力的预定参数，其中与现有技术相比，同时明显降低了峰值电功率。这还具有以下效果：对于通向相应致动器的电线，可以采用比现有技术中明显更小的线路横截面。

附图标记列表

1 致动器装置

2 冲程传送器

7 液压流体

11a 第一腔室(驱动腔室)

11b 第二腔室(输出腔室)

13a 第一活塞(驱动活塞)

13b 第二活塞(输出活塞)

15a 第一工作腔室

15b 第二工作腔室

16 液压管线

17a 第一后侧腔室

17b 第二后侧腔室

19a 第一波纹管元件

19b 第二波纹管元件

21b 输出体

37 管线

41 储存室

43 波纹管元件

45 盖板

61 第一子系统

62 第二子系统

101 缆索

103 缆索系统的驱动体

105 缆索系统的固定体

107 偏转滑轮

108 侧向偏转滑轮

109 缆索系统的输出体

201 时间，以毫秒为单位

202 电压，以伏特为单位

203 冲程，以μm为单位

204 冲程，以mm为单位

205 电流，以A为单位

206 功率，以W为单位

207 能量，以mJ为单位

A 致动器

A1 第一个系统的致动器

A2 第二子系统的致动器

α_0 偏转角

α_1 偏转角

β 缆索的旋转角

d 横向距离

Δs 侧向偏转滑轮前方的冲程

Δh 高度差

h_0 高度

h_1 高度

H 液压传动单元

Ha 液压传动单元的驱动侧

Hb 液压传动单元的输出侧

H1 第一子系统的液压单元

H2 第二子系统的液压单元

l_0 长度段

l_1 长度段

M 缆索系统

Ma 缆索系统的驱动侧

Mb 缆索系统的输出端

M1 第一子系统的缆索系统

M2 第二子系统的缆索系统

SA 液压单元驱动侧的冲程

SH 液压单元输出侧的冲程

SM 缆索系统输出侧的冲程

SR 储存室的冲程

T 输出体

Claims (15)

1.用于致动器装置(1)的冲程传送器(2)，包括

-第一传动单元和第二传动单元，它们机械地相互串联连接，

-其中，所述第一传动单元构造为液压传动单元(H)并且在其驱动侧(Ha)上能连接至致动器(A)并且在其输出侧(Hb)上连接至所述第二传动单元的驱动侧(Ma)，

-其中所述第二传动单元被配置为缆索系统(M)并且在其输出侧(Mb)包括输出体(T)。

2.根据权利要求1所述的冲程传送器(2)，其中，所述缆索系统(M)被设计为包括运动传递缆索(101)和多个偏转滑轮(107、108)的起重滑轮系统。

3.根据权利要求1或2中的一项所述的冲程发射器(2)，其中，所述缆索系统(M)具有1:2或更小的传动比。

4.根据前述权利要求中任一项所述的冲程传送器(2)，其中，所述液压传动单元(H)和所述缆索系统(M)一起具有1:2或更小并且特别地1:4或更小的总传动比。

5.根据前述权利要求中任一项所述的冲程传送器(2)，其中，所述输出体(T)具有至少0.5mm的冲程。

6.根据前述权利要求中任一项所述的冲程传送器(2)，其中，所述输出体(T)是细长的柱塞，其以基本上仅一个平移自由度被可移动地支撑。

7.根据前述权利要求中任一项所述的冲程传送器(2)，其中，所述液压传动单元(H)包括驱动元件(13a)和输出元件(13b、21b)并且被配置为以至多为1:2的传动比将所述驱动元件(13a)的运动传送到所述输出元件(13b,21b)。

8.根据前述权利要求中任一项所述的冲程传送器(2)，其中，所述液压传动单元(H)能填充有液压流体(7)并且包括第一腔室和第二腔室(11a、11b)，所述第一腔室和第二腔室(11a、11b)是彼此液压连接，其中一个构造为驱动腔室(11a)，另一个构造为输出腔室(11b)。

9.根据权利要求8所述的冲程传送器(2)，其中，至少在所述第一腔室(11a)中，活塞(13a)沿着活塞轴线可移动地布置，使得该活塞(13a)将第一腔室(11a)分隔成容积可变的工作腔室(15a)和后侧腔室(17a)，其中所述后侧腔室(17a)至少部分地由可变轴向长度的波纹管元件(19a)界定。

10.根据权利要求8或9中任一项所述的冲程传送器(2)，其另外包括用于液压流体(7)的、特别是可加压的储存室(41)。

11.致动器装置(1)，包括致动器(A)以及根据前述权利要求中任一项所述的冲程传送器(2)，所述冲程传送器(2)机械地串联连接到所述致动器(A)。

12.根据权利要求11所述的致动器装置(1)，其中，所述致动器(A)是固态致动器。

13.根据权利要求12所述的致动器装置(1)，其包括两个子系统(61、62)，其中每个子系统(61、62)包括致动器(A)和根据权利要求1至10所述的冲程传送器(2)，所述冲程传送器(2)与所述致动器(A)机械地串联连接。

14.根据权利要求11至13中任一项所述的致动器装置(1)，其被设计为用于机器人或升降台的致动器装置。

15.根据权利要求11至13中任一项所述的致动器装置(1)，其被设计为用于计量流体喷射的致动器装置。

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