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Die Erfindung betrifft einen Linearaktor sowie ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Linearaktors. In bestimmten Anwendungsfeldern, beispielsweise beim Justieren von Gasventilen, beim Regeln von Drosseln, für Positionierantriebe wie Pick & Place und andere Roboter, für Linearaktoren in der Automatisierung oder im Healthcare-Bereich, insbesondere für Patientenliegen oder Behandlungsgeräte, benötigt man Linearaktoren, die sowohl bis in den Mikrometerbereich hinein genau sind, als auch lange Hübe von einigen Zentimetern erreichen können.
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Es ist zweckmäßig, wenn solche Linearaktoren möglichst klein aufgebaut sind und möglichst elektrisch und über lange Zeiträume ohne Verschleiß sowie möglichst robust gegenüber widrigen Umweltbedingungen, insbesondere Verschmutzungen, betreibbar sind. Insbesondere ist es wünschenswert, wenn solche Linearaktoren einfach verschaltbar sind. So ist es bei aufwändigen Aktuatorkonfigurationen erforderlich, eine Vielzahl von Linearaktoren zu platzieren. Daher sollte ein solcher Linearaktor möglichst wenige elektrische Adern oder Aderanschlüsse zur elektrischen Anbindung aufweisen, um die Anzahl der erforderlichen Leitungen insgesamt gering zu halten.
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Linearaktoren an sich sind in zahlreichen Ausbildungen bekannt. Beispielsweise sind Schrittmotoren bekannt, welche jedoch häufig nur begrenzt genau sind. Ferner sind pneumatische und hydraulische Linearantriebe bekannt, welche über ein Zweiwegeventil an einen Druckluftspeicher oder über eine Hydraulikpumpe angebunden sind. Auch in diesen Ausführungen ist eine präzise Regelung schwierig. Ferner sind elektrodynamische Linearmotoren bekannt, welche als elektrische Antriebsmaschine ausgebildet sind. Sie sind schnell und genau, jedoch regelmäßig komplex aufgebaut und nicht hinreichend platzsparend ausbildbar. Linearaktoren auf Basis von Piezokristallen oder magnetostriktiven Materialien hingegen finden in speziellen Bereichen Anwendung, sind allerdings nur für sehr kleine Verfahrwege ausgebildet. Piezomotoren auf Basis von Reibkontakten sind zwar in der Lage, größere Hübe auszuführen, sind jedoch häufig in der Lebensdauer begrenzt und anfällig für Umwelteinflüsse. Ferner sind künstliche Muskeln auf Basis von elektrostatischen Wirkmechanismen bekannt, jedoch bezüglich der maximalen Kraft und Lebensdauer begrenzt.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Linearaktor bereitzustellen, welcher vor diesem Hintergrund des Standes der Technik verbessert ist. Insbesondere soll der Linearaktor möglichst platzsparend ausbildbar sein und/oder möglichst einfach elektrisch kontaktierbar sein. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Linearaktors bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird mit einem Linearaktor mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen sowie mit einem Verfahren mit den in Anspruch 15 angegebenen Merkmalen gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den zugehörigen Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung.
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Der erfindungsgemäße Linearaktor umfasst eine Solenoidpumpe, insbesondere eine Doppelkammersolenoidpumpe. Zweckmäßigerweise umfasst der erfindungsgemäße Linearaktor einen mit der Solenoidpumpe hydraulisch verbundenen Hydraulikzylinder, welcher einen Hydraulikkolben aufweist. Mittels der Solenoidpumpe kann der Hydraulikkolben im Hydraulikzylinder ein- und ausgetrieben werden. Zweckmäßigerweise umfasst der erfindungsgemäße Linearaktor ein mit der Solenoidpumpe verbundenes Reservoir zur Zu- oder Abfuhr von Hydrauliköl.
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Erfindungsgemäß weist bei dem Linearaktor die Solenoidpumpe zumindest eine Pumpspule, ein Mehrwegeventil und mindestens einen Pumpanker auf, welcher mittels Bestromung der zumindest einen Pumpspule beweglich ist. Ferner umfasst bei dem erfindungsgemäßen Linearaktor die Solenoidpumpe einen Schaltanker, mittels welchem das Mehrwegeventil schaltbar ist. Erfindungsgemäß ist bei der Solenoidpumpe des Linearaktors der Schaltanker mittels Bestromung der zumindest einen Pumpspule beweglich.
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Bei dem erfindungsgemäßen Linearaktor lässt sich mittels des Mehrwegeventils ein bidirektionaler Pumpfluss bewerkstelligen. Dazu ist das Mehrwegeventil zweckmäßig mit dem Ein- und dem Ausgang der Solenoidpumpe fluidisch verbunden. Zweckmäßigerweise umfasst der erfindungsgemäße Linearaktor dazu ein solches Mehrwegeventil, welches in der Verbindung mit dem Ein- und dem Ausgang der Solenoidpumpe einen bidirektionalen Pumpfluss ermöglicht. Mittels des bidirektionalen Pumpflusses lässt sich der in dem Hydraulikzylinder geführte Hydraulikkolben bidirektional führen. Um die Pumpflussrichtung zu ändern, kann das Mehrwegeventil geschaltet werden. Erfindungsgemäß kann die Schaltung des Mehrwegeventils mit der Bestromung der zumindest einen Pumpspule erfolgen, welche ohnehin zur Bewegung des zumindest einen Pumpankers zu bestromen ist. Bisher bekannte Linearaktoren umfassen demgegenüber regelmäßig getrennt eine Pumpe und ein Mehrwegventil. Für eine Pumpe und ein Mehrwegventil aber ist jeweils ein eigener Antrieb erforderlich, folglich auch jeweils eine elektrische Ansteuerung und daher, mindestens, ein Aderpaar. Die vorliegende Erfindung hingegen integriert eine Solenoidpumpe sowie ein Mehrwegeventil voreilhaft in einer einzigen Vorrichtung, wobei insbesondere ein erfindungsgemäß genutzter Magnetfluss sowohl zum Betrieb der Pumpe als auch zugleich zur Schaltung des Mehrwegventils genutzt wird. Beim erfindungsgemäßen Linearaktor ergibt sich folglich ein besonders geringer elektrischer Verschaltungsaufwand. Gleichzeitig kann mit einem Linearaktor mit einer Solenoidpumpe ein hochpräziser Verstellweg gestellt werden, wobei der Verstellweg grundsätzlich nicht begrenzt ist. Ferner erfordern Solenoidpumpen keinen großen Bauraum und können über lange Zeiträume ohne Verschleiß und insbesondere robust gegenüber widrigen Umweltbedingungen, etwa Verschmutzungen, betrieben werden. Aufgrund des extrem geringen Verschaltungsaufwandes sind insbesondere bei Konfigurationen mit mehreren Linearaktoren nur wenige elektrische Leitungen oder Adern oder Aderanschlüsse erforderlich.
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Insbesondere ist für den erfindungsgemäßen Linearaktor lediglich ein einziges elektrisches Aderpaar oder ein einziges Aderanschlusspaar erforderlich. Der Verkabelungsaufwand ist beim erfindungsgemäßen Linearaktor folglich gering und die Zuverlässigkeit ist besonders hoch.
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Ferner nutzt der erfindungsgemäße Linearaktor bevorzugt anstelle einer einfachen Solenoidpumpe eine Doppelsolenoidpumpe. Bei dieser fällt der Volumenstrom nicht anhaltend auf null ab. Entsprechend können Pulsationen in Volumenstrom und Druck und damit verbundene Nachteile wie Geräuschbildung, oder erhöhter Verschleiß durch angeregte Schwingungen vermieden werden.
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Vorteilhafterweise umfasst die Solenoidpumpe, vorzugsweise die Doppelsolenoidpumpe, Topfmagnete. Solche Topfmagnete haben gegenüber ansonsten häufig vorhandenen Jochscheiben den Vorteil, dass typischerweise eine fluidische Dämpfung von Jochscheiben kurz vor Aufschlagen auf das Joch überproportional ansteigt. Typische Solenoidpumpen benötigen weitere Dämpfungseinrichtungen oder betreiben besonderen Aufwand zur Geräusch- und Vibrationsreduktion (siehe bspw.
EP1985857 ). In dieser Weiterbildung, in welchen die Solenoidpumpe oder Doppelsolenoidpumpe Topfmagnete umfasst, ist ein solcher Funktionsmechanismus bereits vorteilhaft integriert.
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Zweckmäßigerweise ist bei dem erfindungsgemäßen Linearaktor das Mehrwegeventil ein 4/2-Wegeventil oder das Mehrwegeventil weist ein 4/2-Wegeventil auf. Auf diese Weise lässt sich der Pumpfluss der Solenoidpumpe besonders einfach umkehren, indem Ein- und Ausgang der Solenoidpumpe mit den schaltbaren Ein- und Ausgängen des 4/2-Wegeventils verbunden werden.
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Geeigneterweise ist bei Solenoidpumpe des erfindungsgemäßen Linearaktors das Mehrwegeventil mittels Bewegung des Schaltankers schaltbar. Vorzugsweise ist dazu das Mehrwegeventil mit dem Schaltanker bewegungsgekoppelt, sodass eine Bewegung des Schaltankers zu einem räumlichen Versatz der Ein- und Ausgänge des Mehrwegeventils relativ zum Ein- und Ausgang der Solenoidpumpe des erfindungsgemäßen Linearaktors führt. Auf diese Weise lässt sich das Mehrwegeventil besonders einfach schalten.
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Zweckmäßig ist bei der Solenoidpumpe des erfindungsgemäßen Linearaktors der Pumpanker mit einem Pumpspulenjoch magnetisch flusskoppelbar oder flussgekoppelt, wobei der Schaltanker mit dem Pumpspulenjoch magnetisch flusskoppelbar oder flussgekoppelt ist. Durch die magnetische Flusskoppelbarkeit oder Flussgekoppeltheit des Pumpspulenjochs mit dem Pumpanker zum einen und zum anderen mit dem Schaltanker lässt sich eine Bewegung des Schaltankers mittels Bestromung der zumindest einen Pumpspule besonders einfach realisieren.
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Vorteilhafterweise sind bei der Solenoidpumpe des erfindungsgemäßen Linearaktors zumindest zwei Pumpspulen mit je einem Pumpspulenjoch vorhanden, wobei der Pumpspulenanker zwischen den oder zwischen zumindest zwei Pumpspulenjochen beweglich ist. Zweckmäßigerweise gehört dabei je eine Pumpspule mit je einem Pumpspulenjoch zu je einer Kammer einer als Doppelkammersolenoidpumpe ausgebildeten Solenoidpumpe.
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In einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Linearaktors ist bei der Solenoidpumpe zumindest ein Flussleitmittel vorhanden, mittels welchem die Pumpspulenjoche flussleitend miteinander verbunden sind. In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Linearaktors sind bei der Solenoidpumpe wie zuvor beschrieben Flussleitmittel gemeinsam mit den Pumpspulenjochen einteilig ausgebildet. Diese Weiterbildung ergibt sich am besonders einfachen Aufbau.
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In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Linearaktors umfasst bei der Solenoidpumpe das Flussleitmittel oder zumindest eines der Pumpspulenjoche einen Permanentmagneten oder aber es ist an dem Flussleitmittel oder zumindest einem der Pumpspulenjoche ein Permanentmagnet angeordnet. In dieser Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann der Permanentmagnet als flusserzeugendes Element hergenommen werden, welcher einen mit der zumindest einen Pumpspule hervorgerufenen magnetischen Fluss abschwächt oder verstärkt. Auf diese Weise lässt sich bei dem erfindungsgemäßen Linearaktor ein magnetischer Freiheitsgrad zum Schalten mittels des Schaltankers eröffnen.
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In einer zweckmäßigen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Linearaktors ist bei der Solenoidpumpe der Schaltanker mittels eines durch den Permanentmagneten hervorgerufenen, insbesondere auch durch das Flussleitmittel geleiteten, magnetischen Flusses festlegbar. Entsprechend ist auch für die Bewegung des Schaltankers ein weiterer Freiheitsgrad eröffnet.
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Zweckmäßigerweise ist bei der Doppelkammersolenoidpumpe des erfindungsgemäßen Linearaktors die zumindest eine Pumpspule derart elektrisch beschaltet und/oder die zumindest eine Pumpspule ist derart angeordnet, dass der durch diese hervorgerufene magnetische Fluss demjenigen magnetischen Fluss, welcher durch den zumindest einen Permanentmagneten hervorgerufen worden ist, zumindest in einem Bereich des Flussleitmittels und/oder zumindest einen Pumpspulenjochs entgegenwirkt. Insbesondere kann der magnetische Fluss, welcher mittels des zumindest einen Permanentmagneten hervorgerufen worden ist, aufgehoben werden. Entsprechend lässt sich mittels der zumindest einen Pumpspule schalten.
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Idealerweise weist die Solenoidpumpe des erfindungsgemäß Linearaktors lediglich ein einziges Aderpaar oder Aderanschlusspaar auf, mittels welchem die Solenoidpumpe elektrisch angebunden ist. Auf diese Weise ist der elektrische Verschaltungs- und/oder Ansteueraufwand der Solenoidpumpe des erfindungsgemäßen Linearaktors und damit der Verdrahtungsaufwand des erfindungsgemäßen Linearaktors deutlich reduziert.
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Insbesondere ist dabei das einzige Aderpaar oder Aderanschlusspaar elektrisch an der zumindest einen oder den Pumpspulen kontaktiert.
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In einer zweckmäßigen Weiterbildung sind bei der Solenoidpumpe des erfindungsgemäßen Linearaktors zumindest zwei Pumpspulen vorhanden, welche in Topfmagnetform ausgebildet sind, wobei zweckmäßig der Pumpanker und/oder der Schaltanker quer zu den Topfböden der Topfmagnetform beweglich geführt ist oder sind. Entsprechend lässt sich ein besonders einfacher und kompakter räumlicher Aufbau realisieren.
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Vorteilhafterweise sind bei der Solenoidpumpe des erfindungsgemäßen Linearaktors Dioden vorhanden, mittels welchen positive Signalteile eines am Aderpaar oder Aderanschlusspaar anliegenden Signals einer ersten Pumpspule übertragen werden und negative Signalteile einer zweiten Pumpspule übertragen werden.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb eines Linearaktors wird mittels der Bestromung der zumindest einen Pumpspule der Solenoidpumpe der Schaltanker in eine vorgesehene Stellung der Stellung des Mehrwegeventils gestellt und bei Beibehaltung der vorgesehenen Stellung mittels Bestromung der zumindest einen Pumpspule der Pumpanker bewegt. Auf diese Weise kann zum einen der Schaltanker gestellt werden, so dass das Mehrwegeventil zum Pumpenbetrieb geeignet gestellt ist, wobei in dieser Stellung der Pumpanker beweglich ist und die Solenoidpumpe im vorgesehenen Richtungsbetrieb pumpt.
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In einer zweckmäßigen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die zumindest eine Pumpspule zur Bewegung des Pumpankers betragsmäßig geringer bestromt als zur Bewegung des Schaltankers. Über die Amplitude der Ansteuerung der zumindest einen Pumpspule lässt sich folglich einstellen, ob lediglich der Pumpanker oder auch der Schaltanker bewegt werden soll.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
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1 einen erfindungsgemäßen Linearaktor mit einer Doppelkammersolenoidpumpe, welche zur Einstellung der Pumprichtung ein Mehrwegeventil aufweist, das zum einen mit einem Reservoir und zum anderen mit einem Hydraulikzylinder mit einem Hydraulikkolben verbunden ist, schematisch in einer Prinzipskizze;
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2 die Doppelkammersolenoidpumpe des erfindungsgemäßen Linearaktors gemäß 1 schematisch im Längsschnitt in einer ersten (A) und einer zweiten (B) Schaltstellung infolge der Ansteuerung einer ersten und einer zweiten Pumpspule;
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3 die Ansteuerung der ersten und der zweiten Pumpspule schematisch in einer diagrammatischen Darstellung;
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4 die Doppelkammersolenoidpumpe gemäß 2 in zwei Schaltstellungen des Schaltankers schematisch im Längsschnitt;
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5 das Schaltprinzip des Schaltankers in einer schematischen Darstellung der Doppelkammersolenoidpumpe gemäß 2 schematisch im Längsschnitt;
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6 die Bestromung der ersten und der zweiten Pumpspule zur Ansteuerung des Pumpankers sowie des Schaltankers schematisch in diagrammatischer Darstellung;
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7 den erfindungsgemäßen Linearaktor gemäß 1 schematisch im Längsschnitt;
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8 die elektrische Beschaltung des Linearaktors gemäß der 1 und 7 schematisch in einer Prinzipskizze;
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9 das Eingangssignal zur Ansteuerung des Linearaktors sowie die Spulensignale gemäß der Beschaltung des Linearaktors gemäß 8 in schematischer, diagrammatischer Darstellung;
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10 den Pumpanker des erfindungsgemäßen Linearaktors gem. 1 (A) schematisch in einer perspektivischen Darstellung sowie den Pumpanker gem. 10(A) in einer Anordnung zusammen mit einem Flussleitmittel des erfindungsgemäßen Linearaktors gem. 1 schematisch in einer perspektivischen Darstellung;
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11 eine alternative Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Linearaktors mit einem einteiligen Pumpanker schematisch in einer Prinzipskizze sowie
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12 eine weitere alternative Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Linearaktors schematisch in einer Prinzipskizze.
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Der in 1 dargestellte Linearaktor umfasst eine Doppelkammersolenoidpumpe 10 mit einem Zweiwegeventil 20, mittels welcher Hydraulikflüssigkeit aus einem Reservoir 30 in einen Arbeitsraum eines Hydraulikzylinders 40 gepumpt wird. In dem Hydraulikzylinder 40 ist ein Hydraulikkolben 50 linear beweglich geführt. Durch Stellung des Zweiwegeventils 20 in die jeweils andere Schaltstellung lässt sich die Pumprichtung der Doppelkammersolenoidpumpe 10 umkehren, so dass Hydraulikflüssigkeit aus dem Arbeitsraum des Hydraulikzylinders 40 zurück in das Reservoir 30 gepumpt wird. Entsprechend wird der Hydraulikkolben 50 vor- oder zurückgestellt.
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Der Aufbau der Doppelkammersolenoidpumpe 10 ist in den 2A und 2B näher gezeigt: Die Doppelkammersolenoidpumpe 10 umfasst zwei Pumpspulen 60 und 70. Die Pumpspulen 60 und 70 sind jeweils in der Gestalt eines Topfmagneten ausgebildet. Zwischen den Pumpspule 60 und 70 ist ein magnetischer Pumpanker 80 befindlich, welcher in Richtung 90 senkrecht zu den Topfbodenebenen der Pumpspulen 60, 70 geführt ist. Der Pumpanker 80 umfasst zwei weichmagnetische Lochscheiben 100, 110, welche durch ein nicht magnetisches Verbindungsrohr 120 miteinander verbunden sind, welches sich mit seiner Längserstreckung in Richtung 90 senkrecht zu den Topfbodenebenen der Pumpspulen 60, 70 erstreckt. Die Lochscheiben 100, 110 sind jeweils freischwingend an Membranen 130 aufgehängt, die jeweils hydraulische Kammern 140, 150 begrenzen und abdichten.
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Die hydraulischen Kammern 140 und 150 weisen Zuführungen 160, 170 auf, welche jeweils beiderseits des Pumpankers 80 über Rückschlagventile 180, 190 in die hydraulischen Kammern 140, 150 einmünden. Ferner weisen die hydraulischen Kammern 140, 150 Ausführungen 200, 210 auf, welche aus den hydraulischen Kammern 140, 150 über Rückschlagventile 220, 230 ausführen. Die Zuführungen 160, 170 sowie die Ausführungen 200, 210 sind jeweils ein- und ausgangsseitig zu einem gemeinsamen Ein- 240 und einem gemeinsamen Auslass 250 zusammengeführt.
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Am Innenradius der weichmagnetischen Lochscheiben 100, 110 sind die hydraulischen Kammern 140, 150 durch ein nichtmagnetisches Rohr 260 abgedichtet, auf welchem der Pumpanker 80 hin- und her gleitet.
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Die Pumpwirkung wird durch die in 3 dargestellte Ansteuerung der Pumpspule 60, 70 bewegt (dargestellt ist jeweils die Stromstärke I der Bestromung der linken Pumpspule 60 (Kurve EK) oder der rechten Pumpspule 70 (Kurve ZK) über die Zeit t):
Abwechselnd wird entweder die linke Pumpspule 60 oder die rechte Pumpspule 70 bestromt. Infolge des magnetischen Reluktanzprinzips, also dem Streben, den magnetischen Flusskreis geeignet zu schließen, wird der Pumpanker 80 abwechselnd nach links oder nach rechts gezogen. Die Pfeile 270, 280 bilden den zugrundeliegenden magnetischen Fluss durch das jeweils eine Pumpspule 60, 70 teilumfänglich umgebende Pumpspulenjoch 290, 300 ab, welches jeweils die Pumpspulen 60, 70 auf ihren, von der jeweils anderen Pumpspule 70, 60 abgewandten Seiten, jeweils teilumfänglich umgibt. Durch die Bewegung des Pumpankers 80 nach links oder nach rechts wird das zwischen Pumpspule 60, 70 und Pumpanker 80 befindliche hydraulische Volumen abwechselnd verkleinert und vergrößert. Dieses hydraulische Volumen ist mit Hydraulikflüssigkeit, im dargestellten Ausführungsbeispiel Silikonöl oder Glitzerin, gefüllt. Die pulsierenden Druckänderungen resultieren folglich in einen unidirektionalen Fluss des Hydrauliköls vom Einlass 240 bis zum Auslass 250.
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Um die Richtung des unidirektionalen Flusses zu ändern, ist, wie in 1 dargestellt, ein Zweiwegeventil 20 in Gestalt eines 4/2-Wegeventils vorgesehen, welches durch einen Schaltanker 310 bewegt und somit geschaltet wird. Der Schaltanker 310 ist in die Doppelkammersolenoidpumpe 10 wie in dargestellt, integriert:
Im Zentrum in Richtung 90 senkrecht zu den Topfbodenebenen ist durch das nichtmagnetische Rohr 260 hindurch ein nichtmagnetischer Führungsstab 320 geführt. Dieser nichtmagnetische Führungsstab 320 kann in Richtung 90 senkrecht zu den Topfbodenebenen, in der Darstellung gemäß horizontal, gleiten. Am nichtmagnetischen Führungsstab 320 ist ein Schaltanker 310 aus weichmagnetischem Material befestigt. Um den Schaltanker 310 in horizontaler Richtung, d.h. in Richtung 90, zu bewegen, sind Pumpspulenjoch 290 und Pumpspulenjoch 300 radial fern des nichtmagnetischen Verbindungsrohrs 120 in horizontaler Richtung 90 über ein Flussleitmittel 330 verbunden. In radialer Richtung weist das Flussleitmittel 330 Vorsprünge 340 auf, welche sich radial in Richtung auf das nichtmagnetische Verbindungsrohr 120 zu erstrecken.
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An ihrem innenliegenden Radialende ist jeweils ein sich radial erstreckender Stabmagnet 350 an dem Vorsprung 340 befestigt. Ferner weist der Schaltanker 310 korrespondierende Vorsprünge 360 auf, welche sich in horizontaler Richtung derart weit an dem Schaltanker 310 entlang erstrecken, dass sich diese 360 in horizontaler Richtung stets noch mit den radial nach innen weisenden Vorsprüngen 340 des Flussleitmittels 330 überlappen, wenn der Schaltanker 310 an das linke Pumpspulenjoch 290 oder das rechte Pumpspulenjoch 300 anschlägt (4A und 4B). Befindet sich der Schaltanker 310 wie in 4A gezeigt, in der linken Position, so wird der magnetische Fluss des Stabmagneten 350 hauptsächlich über den (minimalen) Luftspalt durch das linke Pumpspulenjoch 290 geführt, bedingt durch die niedrigere magnetische Reluktanz auf dieser Seite. Dadurch wird dort eine Haltekraft erzeugt, die den Schaltanker 310 in dieser Position festhält. Ganz analog wird gemäß 4B der Schaltanker in der rechten Position gehalten, das heißt sowohl in der linken Stellung des Schaltankers 310 als auch in der rechten Stellung des Schaltankers 310 wird der Schaltanker 310 jeweils in seiner Position gehalten.
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Um den Schaltanker 310 von einer Position zur nächsten Position zu bewegen, wird, wie in 6 gezeigt, kurzfristig ein hohes Stromsignal HSS genutzt: Beispielhaft wird nunmehr erläutert, wie der Schaltanker 310 mittels dieses kurzfristig hohen Stromsignals HSS nach rechts bewegt wird:
Die rechte Pumpspule 70 wird kurzfristig mit einem hohen Stromsignal HSS beaufschlagt. Infolge dieses Stromsignals HSS erhöht sich die Temperatur der rechten Pumpspule 70 kurzzeitig (d.h. die Pumpspulen 60, 70 sind jeweils eigentlich nicht für längere Betriebsdauern für derart hohe Ströme, wie sie beim Stromsignal HSS erreicht werden, ausgelegt). Alternativ können in weiteren, nicht eigens dargestellten Ausführungsbeispielen die Pumpspulen 60, 70 für derartig hohe Ströme ausgelegt sein.
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Bevor die normale Pumpsequenz (vergleiche auch ) wieder aufgenommen wird, kann daher die rechte Pumpspule 70 während einer kurzen Wartezeit entwärmen.
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Das magnetische Verhalten während des Schaltvorganges ist in 5 gezeigt: Durch den hohen Strom wird zwar zunächst der Pumpanker 80 auf die Seite der rechten bestromten Pumpspule 70 gezogen, wie auch in der Pumpsequenz. Die Bestromung der Pumpspule 70 ist allerdings so hoch, dass der Magnetkreis durch das rechte Pumpspulenjoch 300 und den Pumpanker 80 (die rechte Pumpspule 70 umfänglich umgebende dünne Pfeile 400) rasch übersättigt. Der Magnetfluss wird daher auch über das Flussleitmittel 330 des bistabilen Aktors fließen. Gestrichelt ist der Magnetfluss F gezeigt, der entgegengesetzt zum Fluss des Stabmagneten 350 auf der Halteseite des Schaltankers 310 fließt. Durch geeignete Wahl der Stromamplitude bei der Bestromung der Pumpspule 70 kann erreicht werden, dass der Fluss der Pumpspule 70 entgegengesetzt gleich groß wie der magnetische Fluss F des Stabmagneten 350 ist. Dadurch wird die Haltekraft des Schaltankers 310 effektiv aufgehoben. Andererseits fließt aber (dick, durchgezogen) ein Magnetfluss 410 über den großen Luftspalt 360 rechts vom Schaltanker 310. Dieser Fluss erzeugt eine anziehende Kraft, der den Schaltanker 310 schließlich nach rechts zieht. Dann kann der Strom abgeschaltet werden, und der Schaltanker 310 bleibt durch den in gezeigten Flussverlauf dort stabil stehen.
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Ein Schaltvorgang wird also durch eine kurze überhöhte Bestromung, d.h. durch ein kurzzeitiges Stromsignal HSS mit überhöhter Amplitude eingeleitet.
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Der Gesamtaktor ist schließlich gemäß der Prinzipskizze in 1 verschaltet. Zusammen mit dem vorgesehenen Zweiwegeventil 20 ist dies schematisch in 7 dargestellt, welche 1 entspricht.
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Um die Stromsignale, die wie in 3 und 6 gezeigt auf zwei Pumpspulen (Pumpspule 60 und Pumpspule 70) wirken, über ein einziges Aderpaar zu übertragen, wird die in 8 gezeigte Schaltung verwendet: Eine Signalquelle SQ liefert ein einziges Eingangssignal ES mit positiven und negativen Signalkomponenten. Der Linearaktor umfasst zwei Dioden D1, D2, mittels welchen die positive Signalkomponente EK auf die Pumpspule 60 und die negative Signalkomponente ZK auf die Pumpspule 70 geschaltet wird. Beispielhaft ist dies in 9 gezeigt.
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Der zweigeteilte Pumpanker 80 wie in 2 dargestellt besteht aus zwei magnetischen Lochscheiben 100, 110 und einem nichtmagnetischem Verbindungsrohr 120. Aus Stabilitätsgründen kann die Verbindung der beiden Lochscheiben 100, 110 auch mit weiteren, stabilisierenden Verbindungsteilen 500 erfolgen, welche zusätzlich zum nichtmagnetischen Verbindungsrohr 120 als stützende zylindrische Elemente zwischen den Lochscheiben 100, 110 angeordnet sind.
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Die in 4 dargestellten Vorsprünge 340 des Flussleitmittels 330 liegen zwischen den Lochscheiben 100, 110 und müssen wie in 10(B) dargestellt nicht notwendig rotationssymmetrisch ausgeführt sein, sondern können etwa aus 4 gegeneinander um einen rechten Winkel versetzten Richtungen auf das nichtmagnetische Verbindungsrohr 120 radial einragen.
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Wie in 11 dargestellt lässt sich ein zweigeteilter Anker auch ganz vermeiden: Beispielsweise kann der Pumpanker 80‘ als einzige Lochscheibe 100‘ realisiert sein. Allerdings muss dann der Pumpanker 80‘ am Innenradius geführt sein, beispielsweise hier durch einen weiteren Balg. Dann kann allerdings der magnetische Fluss nur “hinten” aus den Pumpspulen 60‘, 70‘ in Richtung zum bistabilem Schaltanker 310‘ herausgeführt werden. Daher ist hier eine magnetische Engstelle ENG eingebaut.
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Der erfindungsgemäße Linearaktor ist in einer weiteren Ausgestaltung dünn und länglich, d.h. „stiftähnlich“, ausgebildet. Wie in 12 gezeigt werden anstelle von Membranbälgen Längsbälge LB eingesetzt, und der zweigeteilte Pumpanker 80‘‘ ist sowohl am Innenradius als auch am Außenradius mit Längsbälgen LB gelagert. Die Führung wird über mehrere nichtmagnetische Führungsstäbe FS realisiert. Ansonsten ist der Aufbau, insbesondere magnetisch, vollkommen identisch zur .
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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