DE102016006688A1

DE102016006688A1 - Electrorheological actuator

Info

Publication number: DE102016006688A1
Application number: DE102016006688.1A
Authority: DE
Inventors: Konstantin Krivenkov; Rainer Bruns; Stephan Ulrich
Original assignee: Bundesamt fuer Ausruestung Informationstechnik und Nutzung der Bundeswehr
Current assignee: Bundesamt fuer Ausruestung Informationstechnik und Nutzung der Bundeswehr
Priority date: 2016-05-31
Filing date: 2016-05-31
Publication date: 2017-11-30

Abstract

Die vorliegende Erfindung offenbart einen elektrorheologischen Aktor, der sowohl hydrostatische als auch hydrodynamische Kräfte erzeugen kann und folgendes umfasst: ein Zylinderelement, mindestens ein Kolbenelement, das im Zylinderelement axial verschiebbar gelagert ist, eine Zulaufkammer und eine Ablaufkammer, die beide im Zylinderelement angeordnet sind, wobei die Zulaufkammer durch das Kolbenelement von der Ablaufkammer getrennt ist. Weiter umfasst die vorliegende Erfindung gemäß Anspruch eine Hydraulikzuführung, eine Hydraulikabführung, mindestens eine Rückführung und mindestens einen Spalt, wobei der Spalt mindestens eine erste Ventilelektrode und eine zweite Ventilelektrode aufweist, die durch den Spalt voneinander räumlich getrennt sind und einander gegenüberliegen.The present invention discloses an electrorheological actuator which can generate both hydrostatic and hydrodynamic forces and comprises: a cylinder member, at least one piston member axially slidably supported in the cylinder member, an inlet chamber and a drain chamber both disposed in the cylinder member; the inlet chamber is separated from the drainage chamber by the piston element. Furthermore, the present invention according to claim comprises a hydraulic supply, a hydraulic discharge, at least one return and at least one gap, wherein the gap has at least a first valve electrode and a second valve electrode, which are spatially separated from each other and through the gap.

Description

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Es ist bekannt, Maschinen und Aggregate auf Feder-Dämpfer-Elementen zu lagern, um die von ihnen erzeugten Schwingungen nicht vollständig in die Umgebung oder in eine angeschlossene mechanische Struktur zu übertragen. Die Übertragung der Schwingungen lässt sich jedoch nur bis zu einem gewissen Grade reduzieren. Insbesondere im Bereich der charakteristischen Eigenfrequenz des Feder-Dämpfer-Systems wird die Übertragung der Schwingungen ungenügend reduziert, teilweise sogar erhöht. Bei der Auslegung der Lagerung begrenzt oft der Zielkonflikt zwischen einer möglichst weichen Federung zur Reduzierung der Eigenfrequenz des Systems und einer harten Lagerung, um die statische Masse der Maschine aufnehmen zu können, die Isolationswirkung der Lagerung.It is known to store machines and units on spring-damper elements in order not to fully transfer the vibrations generated by them into the environment or into an attached mechanical structure. However, the transmission of the vibrations can only be reduced to a certain extent. In particular, in the area of the characteristic natural frequency of the spring-damper system, the transmission of vibrations is insufficiently reduced, sometimes even increased. In the design of storage often limits the conflict between the softest possible suspension to reduce the natural frequency of the system and a hard storage to accommodate the static mass of the machine can, the isolation effect of storage.

Weiterhin ist bekannt, zur Reduktion der übertragenen Schwingungen Aktoren, als Tilger bezeichnet, einzusetzen, die entweder durch Erzeugung von gegenphasigen Kräften zu den Unwuchtkräften diese zum Teil kompensieren (Prinzip des Kraftausgleichs) oder die die Übertragung der Schwingungen an das Fundament durch Ausgleich der Wegamplituden zum Teil verhindern (Prinzip des Wegausgleichs). Dabei werden elektrorheologische Flüssigkeiten bisher fast ausschließlich in Dämpfern eingesetzt.Furthermore, it is known to reduce the transmitted vibrations actuators, referred to as Tilger use, either by generating anti-phase forces to the imbalance forces compensate for this part (principle of force compensation) or the transmission of vibrations to the foundation by compensating the path amplitudes for Prevent part (principle of path compensation). In the process, electrorheological fluids have hitherto been used almost exclusively in dampers.

Bisherige Aktoren auf der Basis elektrorheologischer Flüssigkeiten arbeiten ähnlich den herkömmlichen hydraulischen Stellzylindern, wo durch Verschaltung von vier elektrorheologischen Ventilen bzw. ER-Ventilen zu einer Wheatstonebrücke der Druck bzw. das Volumen in beiden Zylinderkammern reguliert werden kann und die Bewegung des Kolbens gesteuert wird.Previous actuators based on electrorheological fluids operate similarly to the conventional hydraulic actuator cylinders, where by interconnecting four electrorheological valves or ER valves to a Wheatstone bridge the pressure or volume in both cylinder chambers can be regulated and the movement of the piston is controlled.

Weiterhin sind elektrorheologische Aktoren bekannt, in denen die elektrorheologischen Ventile bzw. ER-Ventile konzentrisch zum Kolben im Gehäuse integriert sind. Eine Seite des Kolbens wird mit der elektrorheologischen Flüssigkeit bzw. ER-Flüssigkeit beaufschlagt, die andere mit der Druckluft. Für die Abdichtung der beiden Aktorkammern wird im Stand der Technik eine Membran eingesetzt, was zur Begrenzung des Kolbenhubes und des maximal einsetzbaren Druckniveaus führt. Wegen der hohen Elastizität der Membran werden außerdem die Steifigkeit des Arbeitszylinders und somit auch die Kraft bei höheren Frequenzen deutlich reduziert. Ein weiterer Nachteil für die dynamischen Eigenschaften des Aktors folgt aus seinem Aufbauprinzip. Die Krafterzeugung wird dabei durch die Trägheit der ER-Flüssigkeit negativ beeinflusst, weil die Volumenänderung im Arbeitszylinder während der Kolbenbewegung eine starke Beschleunigung der ER-Flüssigkeit nach dem ER-Ventil und als Folge einen Druckabfall im Aktor verursacht. Da die Krafterzeugung dabei ausschließlich über die auf den Kolben wirkenden Druckkräfte erfolgt, werden die Effizienz der Krafterzeugung und die nutzbare Frequenzbandbreite deutlich beeinträchtigt.Furthermore, electrorheological actuators are known in which the electrorheological valves or ER valves are integrated concentrically to the piston in the housing. One side of the piston is supplied with the electrorheological fluid or ER fluid, the other with the compressed air. For the sealing of the two actuator chambers, a membrane is used in the prior art, which leads to the limitation of the piston stroke and the maximum usable pressure levels. Due to the high elasticity of the diaphragm, the rigidity of the working cylinder and thus also the force at higher frequencies are significantly reduced. Another disadvantage for the dynamic properties of the actuator follows from its construction principle. The force generation is adversely affected by the inertia of the ER fluid, because the volume change in the working cylinder during the piston movement causes a strong acceleration of the ER fluid to the ER valve and as a result, a pressure drop in the actuator. Since the force is generated solely by the forces acting on the piston pressure forces, the efficiency of the power generation and the usable frequency bandwidth are significantly affected.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen elektrorheologischen Aktor für aktive Schwingungsentkoppung und Schwingungserzeugung bereitzustellen, der sowohl Kraftausgleich als auch Wegeausgleich für besonders große Amplituden in einem breiten Frequenzbereich implementieren kann. Diese Aufgabe wird gelöst durch die vorliegende Erfindung gemäß Anspruch, durch die sowohl hydrostatische als auch hydrodynamische Kräfte erzeugt werden können, wobei die vorliegende Erfindung folgendes umfasst: ein Zylinderelement, mindestens ein Kolbenelement, das im Zylinderelement axial verschiebbar gelagert ist, eine Zulaufkammer und eine Ablaufkammer, die beide im Zylinderelement angeordnet sind, wobei die Zulaufkammer durch das Kolbenelement von der Ablaufkammer getrennt ist. Weiter umfasst die vorliegende Erfindung gemäß Anspruch eine Hydraulikzuführung 6, eine Hydraulikabführung 7, mindestens eine Rückführung 8 und mindestens einen Spalt 9, wobei der Spalt 9 mindestens eine erste Ventilelektrode 0 und eine zweite Ventilelektrode aufweist, die durch den Spalt 9 voneinander räumlich getrennt sind und einander gegenüberliegen.Therefore, it is the object of the present invention to provide an electrorheological actuator for active vibration decoupling and vibration generation, which can implement both force compensation and path compensation for particularly large amplitudes in a wide frequency range. This object is achieved by the present invention according to claim, by both hydrostatic and hydrodynamic forces can be generated, the present invention comprising: a cylinder member, at least one piston member which is axially slidably mounted in the cylinder member, an inlet chamber and a drain chamber both disposed in the cylinder member, wherein the inlet chamber is separated from the drain chamber by the piston member. Further, the present invention according to claim comprises a hydraulic supply 6 , a hydraulic drainage 7 , at least one repatriation 8th and at least one gap 9 , where the gap 9 at least one first valve electrode 0 and a second valve electrode, which through the gap 9 are spatially separated from each other and opposite each other.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verbindet der Spalt 9 die Zulaufkammer durch das Kolbenelement hindurch mit der Ablaufkammer, wobei der Spalt 9 im Kolbenelement und/oder zwischen Kolbenelement und Zylinderelement angeordnet ist.According to an alternative embodiment of the present invention, the gap connects 9 the inlet chamber through the piston member through with the drain chamber, wherein the gap 9 is arranged in the piston element and / or between the piston element and the cylinder element.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Aktor in einem Hydraulikkreislauf integriert, der mindestens eine Hydraulikpumpe und eine elektrorheologische Hydraulikflüssigkeit umfasst.According to an alternative embodiment of the present invention, the actuator is integrated in a hydraulic circuit comprising at least one hydraulic pump and one electrorheological hydraulic fluid.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Zulaufkammer über die Hydraulikzuführung 6 durch die Hydraulikpumpe ein vorbestimmter Lieferstrom an elektrorheologischen Flüssigkeit bereitgestellt.According to an alternative embodiment of the present invention, the inlet chamber via the hydraulic supply 6 provided by the hydraulic pump, a predetermined supply current to electrorheological fluid.

Erfindungsgemäß wird die sehr hohe Kraftdichte von hydraulischen Aktoren mit der hohen Dynamik von elektrorheologischen Flüssigkeiten in kompakter Bauweise verbunden. Die vorliegende Erfindung kann alternativ auch mit magnetorheologischen Flüssigkeiten betrieben werden, wenn anstelle der elektorheologischen Ventile magnetorheologische Ventile verwendet werden.According to the invention, the very high power density of hydraulic actuators is combined with the high dynamics of electrorheological fluids in a compact design. The present invention may alternatively be operated with magnetorheological fluids, if instead of the electrorheological valves magnetorheological valves are used.

kurze Beschreibung der Figurenshort description of the figures

In den 1 und 2 erstreckt sich eine Längsachse (nicht gezeigt) von der Zulaufkammer 4 in Strömungsrichtung 12 zur Ablaufkammer 5 mittig zum Kolbenelement 3. Dieselbe Längsachse erstreckt analog in 3 wobei diese Ausführungsformen keine Zulaufkammer 4 und keine Ablaufkammer 5 aufweisen.In the 1 and 2 a longitudinal axis (not shown) extends from the inlet chamber 4 in the flow direction 12 to the drainage chamber 5 centered on the piston element 3 , The same longitudinal axis extends analogously in FIG 3 these embodiments are not an inlet chamber 4 and no drainage chamber 5 exhibit.

1 zeigt eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Querschnitt, wobei sowohl die erste Ventilelektrode 10 als auch die zweite Ventilelektrode 11 am Kolbenelement 3 angeordnet sind. 1 shows a first embodiment of the present invention in cross section, wherein both the first valve electrode 10 as well as the second valve electrode 11 on the piston element 3 are arranged.

2 zeigt eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Querschnitt, wobei die erste Ventilelektrode 10 am Kolbenelement 3 und die zweite Ventilelektrode 11 am Zylinderelement 2 angeordnet sind. 2 shows a second embodiment of the present invention in cross section, wherein the first valve electrode 10 on the piston element 3 and the second valve electrode 11 on the cylinder element 2 are arranged.

3 zeigt eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Querschnitt, die der Ausführungsform in 1 entspricht, wobei diese Ausführungsform keine Zulaufkammer 4 und keine Ablaufkammer 5 aufweist. 3 shows a third embodiment of the present invention in cross section, the embodiment of 1 corresponds, this embodiment is no inlet chamber 4 and no drainage chamber 5 having.

Beschreibung der ErfindungDescription of the invention

Zur Steuerung der Kolbenbewegung werden die elektrorheologischen Ventile bzw. ER-Ventile, welche aus zwei oder mehreren Elektroden bestehen, entweder vollständig mit dem Kolben oder mit dem Zylinder oder partiell mit beiden Hauptkomponenten des Aktors 1 je nach Ausführung verbunden. Dabei entspricht die Strömungsrichtung 12 der elektrorheologischen Flüssigkeit bzw. ER-Flüssigkeit (Eingang-ER-Ventil-Ausgang) der Bewegungsrichtung des Kolbens. Die eventuell vorhandene Kontaktfläche zwischen dem Zylinder und dem Kolben übernimmt die Dichtungsfunktion zwischen Hoch- und Niederdruckbereichen, die durch das Betätigen des ER-Ventils auf gegenüberliegenden Seiten des Kolbens entstehen.To control the piston movement, the electrorheological valves or ER valves, which consist of two or more electrodes, either completely with the piston or with the cylinder or partially with both main components of the actuator 1 connected depending on the version. The flow direction corresponds to this 12 the electrorheological fluid or ER fluid (input ER valve output) of the direction of movement of the piston. The possibly existing contact surface between the cylinder and the piston takes over the sealing function between high and low pressure areas, which arise by operating the ER valve on opposite sides of the piston.

Die Druckdifferenzen werden je nach der Ausführung des Aktors 1 in hydrostatische, hydrodynamische oder kombinierte Kräfte umgesetzt und zur Steuerung der Kolbenbewegung verwendet. Die zur Erzeugung der dynamischen Kräfte notwendige seismische Masse entspricht der Masse der beweglichen Teile des Aktors 1. Bei Bedarf kann eine zusätzliche seismische Masse an einer nach außen herausragenden Kolbenstange angeschlossen werden. Die Rückführung des Kolbens kann sowohl passiv mittels Feder, aktiv mittels geeigneter Stromführung der ER-Flüssigkeit und weiteren Hochspannungsquellen oder unter Verwendung des zweiten Aktors 1 realisiert werden.The pressure differences will vary depending on the design of the actuator 1 converted into hydrostatic, hydrodynamic or combined forces and used to control the piston movement. The seismic mass necessary for generating the dynamic forces corresponds to the mass of the moving parts of the actuator 1 , If necessary, an additional seismic mass can be connected to an outwardly projecting piston rod. The return of the piston can be both passively by means of spring, active by means of suitable current flow of the ER fluid and other high voltage sources or using the second actuator 1 will be realized.

Der erfindungsgemäße Aktor 1 zur Schwingungserzeugung umfasst ein Zylinderelement 2, und mindestens ein Kolbenelement 3, wie in einer ersten Ausführungsform in 1 gezeigt ist. Das Kolbenelement 3 ist im Zylinderelement 2 axial verschiebbar gelagert. Weiter umfasst der erfindungsgemäße Aktor 1 eine Zulaufkammer 4 und eine Ablaufkammer 5, die beide im Zylinderelement 2 angeordnet sind, wobei die Zulaufkammer 4 durch das Kolbenelement 3 von der Ablaufkammer 5 getrennt ist. Anders gesagt, befindet sich das Kolbenelement 3 zwischen der Zulaufkammer 4 und der Ablaufkammer 5.The actuator according to the invention 1 for vibration generation comprises a cylinder element 2 , and at least one piston element 3 as in a first embodiment in 1 is shown. The piston element 3 is in the cylinder element 2 mounted axially displaceable. Furthermore, the actuator according to the invention comprises 1 an inlet chamber 4 and a drain chamber 5 , both in the cylinder element 2 are arranged, wherein the inlet chamber 4 through the piston element 3 from the drainage chamber 5 is disconnected. In other words, the piston element is located 3 between the inlet chamber 4 and the drainage chamber 5 ,

Der erfindungsgemäße Aktor 1 umfasst weiter eine Hydraulikzuführung 6, eine Hydraulikabführung 7 und mindestens eine Rückführung 8. Eine elektrorheologische und/oder magnetorheologische Flüssigkeit wird über die Hydraulikzuführung 6 in die Zulaufkammer 4 geführt. Dies kann durch eine herkömmliche Hydraulikpumpe sichergestellt werden, wenn der erfindungsgemäße Aktor 1 in einem Hydraulikkreislauf integriert ist. Die elektrorheologische bzw. magnetorheologische Flüssigkeit wird des Weiteren der Einfachheit halber nur als Hydraulikflüssigkeit bezeichnet, da klar ist, dass die vorliegende Erfindung immer eine elektrorheologische und/oder magnetorheologische Flüssigkeit als Hydraulikflüssigkeit verwenden muss.The actuator according to the invention 1 further comprises a hydraulic supply 6 , a hydraulic drainage 7 and at least one return 8th , An electrorheological and / or magnetorheological fluid is delivered via the hydraulic supply 6 in the inlet chamber 4 guided. This can be ensured by a conventional hydraulic pump when the actuator according to the invention 1 integrated in a hydraulic circuit. The electrorheological or magnetorheological fluid is further referred to simply as hydraulic fluid for the sake of simplicity, since it is clear that the present invention must always use an electrorheological and / or magnetorheological fluid as the hydraulic fluid.

Der erfindungsgemäße Aktor 1 umfasst weiter mindestens einen Spalt 9, der mindestens zwei Ventilelektroden 10 bzw. 11 aufweist, die durch den Spalt 9 voneinander räumlich getrennt sind und einander gegenüberliegen: Die Ventilelektroden 10 bzw. 11 sind wahlweise elektrorheologische Ventile, welche die Viskosität einer elektrorheologischen Flüssigkeit beeinflussen können, oder magnetorheologische Ventile, die die Viskosität einer magnetorheologischen Flüssigkeit beeinflussen können.The actuator according to the invention 1 further comprises at least one gap 9 , the at least two valve electrodes 10 respectively. 11 that passes through the gap 9 spatially separated from each other and face each other: the valve electrodes 10 respectively. 11 are electrorheological valves which may affect the viscosity of an electrorheological fluid or magnetorheological valves which may affect the viscosity of a magnetorheological fluid.

Der Spalt 9 verbindet die Zulaufkammer 4 durch das Kolbenelement 3 hindurch mit der Ablaufkammer 5, wobei der Spalt 9 im Kolbenelement 3 und/oder zwischen Kolbenelement 3 und Zylinderelement 2 angeordnet ist. Das heißt, dass in einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Spalt 9 im Kolbenelement 3 angeordnet ist, während in einer zweiten Ausführungsform der Spalt 9 zwischen dem Kolbenelement 3 und dem Zylinderelement 2 angeordnet ist. Diese beiden Ausführungsformen sind erfindungsgemäß auch kombinierbar, so dass in einer dritten Ausführungsform der mindestens eine Spalt 9 sowohl im Kolbenelement 3 als auch zwischen Kolbenelement 3 und Zylinderelement 2 angeordnet ist. In der dritten Ausführungsform (nicht gezeigt) kann der Spalt 9 beispielsweise zum Teil im Kolbenelement 3 und zum Teil zwischen Kolbenelement 3 und Zylinderelement 2 angeordnet sein, indem der Spalt 9 in einem Winkel zur gemeinsamen Achse von Kolbenelement 3 und Zylinderelement 2 und/oder mit mindestens einer Krümmung versehen ist. Die Anzahl der verwendeten Spalte 9 ist erfindungsgemäß nicht beschränkt. Vorzugsweise ist jeder Spalt 9 mit mindestens einer Ventilelektrode 10 bzw. 11 versehen. Allerdings sind auch Ausführungsformen möglich, in denen mindestens ein Spalt 9 keine Ventilelektrode umfasst, wobei aber erfindungsgemäß mindestens ein Spalt 9 trotzdem mit mindestens einer Ventilelektrode versehen ist.The gap 9 connects the inlet chamber 4 through the piston element 3 through to the drainage chamber 5 , where the gap 9 in the piston element 3 and / or between piston element 3 and cylinder element 2 is arranged. That is, in a first embodiment of the present invention, the gap 9 in the piston element 3 is arranged, while in a second embodiment, the gap 9 between the piston element 3 and the cylinder element 2 is arranged. These two embodiments can also be combined according to the invention, so that in a third embodiment the at least one gap 9 both in the piston element 3 as well as between piston element 3 and cylinder element 2 is arranged. In the third embodiment (not shown), the gap 9 for example, partly in the piston element 3 and partly between piston element 3 and cylinder element 2 be arranged by the gap 9 at an angle to the common axis of the piston element 3 and cylinder element 2 and / or provided with at least one curvature. The number of columns used 9 is not limited according to the invention. Preferably, each gap 9 with at least one valve electrode 10 respectively. 11 Mistake. However, embodiments are also possible in which at least one gap 9 no valve electrode comprises, but according to the invention at least one gap 9 nevertheless provided with at least one valve electrode.

Der erfindungsgemäße Aktor 1 ist vorgesehen, in einem Hydraulikkreislauf integriert zu werden, der mindestens eine Hydraulikpumpe und eine elektrorheologische und/oder eine magnetorheologische Flüssigkeit bzw. Hydraulikflüssigkeit umfasst. Der Zulaufkammer 4 ist durch die Hydraulikpumpe über die Hydraulikzuführung 6 eine vorbestimmte Fördermenge bzw. ein vorbestimmter Lieferstrom an elektrorheologischer Flüssigkeit bzw. Hydraulikflüssigkeit bereitgestellt.The actuator according to the invention 1 is intended to be integrated in a hydraulic circuit comprising at least one hydraulic pump and an electrorheological and / or a magnetorheological fluid or hydraulic fluid. The inlet chamber 4 is through the hydraulic pump via the hydraulic supply 6 provided a predetermined flow rate or a predetermined supply current to electrorheological fluid or hydraulic fluid.

Die Hydraulikflüssigkeit wird erfindungsgemäß von der Zulaufkammer 4 über den mindestens einen Spalt 9 in die Ablaufkammer 5 geleitet, wobei das Kolbenelement 3 die Strömung der Hydraulikflüssigkeit durch das Zylinderelement 2 hindurch behindert. Das Kolbenelement 3 wirkt dabei als seismische Masse, wobei das Kolbenelement 3 im Zylinderelement 2 axial verschiebbar gelagert ist.The hydraulic fluid is inventively from the inlet chamber 4 over the at least one gap 9 in the drainage chamber 5 passed, wherein the piston element 3 the flow of hydraulic fluid through the cylinder element 2 obstructed. The piston element 3 acts as a seismic mass, the piston element 3 in the cylinder element 2 is mounted axially displaceable.

Sobald die Ventilelektroden 10 bzw. 11 des Spalts 9 mit Spannung versorgt sind, bewirken sie eine Änderung der Viskosität der Hydraulikflüssigkeit, die sich gerade innerhalb des Spalts 9 befindet. Durch die Änderung der Viskosität der Hydraulikflüssigkeit im Spalt 9 wird der Durchfluss der Hydraulikflüssigkeit von der Zulaufkammer 4 in die Ablaufkammer 5 behindert. Durch den vorbestimmten Lieferstrom bzw. der vorbestimmten Fördermenge der Hydraulikpumpe in die Zulaufkammer 4 folgt unmittelbar nach der Versorgung der Ventilelektroden 10 bzw. 11 mit Spannung eine Druckänderung in der Zulaufkammer 4. Erfindungsgemäß wird durch Variation der Spannung an den Ventilelektroden 10 bzw. 11 eine Variation der Viskosität der Hydraulikflüssigkeit im Spalt 9 ermöglicht, was wiederum zur Variation des Drucks in der Zulaufkammer 4 führt.As soon as the valve electrodes 10 respectively. 11 of the gap 9 are supplied with voltage, they cause a change in the viscosity of the hydraulic fluid, which is just within the gap 9 located. By changing the viscosity of the hydraulic fluid in the gap 9 is the flow of hydraulic fluid from the inlet chamber 4 in the drainage chamber 5 with special needs. By the predetermined supply flow or the predetermined delivery rate of the hydraulic pump in the inlet chamber 4 follows immediately after the supply of the valve electrodes 10 respectively. 11 with tension a pressure change in the inlet chamber 4 , According to the invention, by varying the voltage across the valve electrodes 10 respectively. 11 a variation in the viscosity of the hydraulic fluid in the gap 9 allows, which in turn varies the pressure in the inlet chamber 4 leads.

Dadurch ergibt sich erfindungsgemäß eine Druckdifferenz zwischen der Zulaufkammer 4 und der Ablaufkammer 5. Die so aufgebaute Druckdifferenz resultiert in einer Kraftdifferenz an der jeweiligen Stirnfläche des Kolbenelements 3, d. h. einer Kraftdifferenz zwischen der Zulaufstirnfläche 13 und der Ablaufstirnfläche 14. Diese Kraftdifferenz zwingt die seismische Masse bzw. das Kolbenelement 3 zur Bewegung in Richtung der Ablaufkammer 5. Die Bewegungsrichtung entspricht also der Strömungsrichtung 12 der Hydraulikflüssigkeit. Der erfindungsgemäße Aktor 1 erzeugt somit eine Bewegung des Kolbenelements 3 durch eine Kraftdifferenz bzw. einer hydrostatischen Kraft.This results according to the invention, a pressure difference between the inlet chamber 4 and the drainage chamber 5 , The pressure difference thus constructed results in a force difference at the respective end face of the piston element 3 , ie a force difference between the inlet end face 13 and the drain face 14 , This force difference forces the seismic mass or the piston element 3 to move towards the drain chamber 5 , The direction of movement thus corresponds to the direction of flow 12 the hydraulic fluid. The actuator according to the invention 1 thus generates a movement of the piston element 3 by a force difference or a hydrostatic force.

Dieselbe erfindungsgemäße Anordnung des Kolbenelements 3 ermöglicht auch die Ausnutzung von Schubspannungen, welche infolge der Haftung der durchströmenden Hydraulikflüssigkeit, z. B. eine Poiseuille-Strömung an beiden Oberflächen der Ventilelektroden 10 bzw. 11 entstehen, d. h. die vorliegende Erfindung nutzt neben der bereits beschriebenen hydrostatischen Kraft auch hydrodynamische Kräfte, welche die Bewegung des Kolbenelements 3 in Richtung der Ablaufkammer 5 unterstützen. Gemäß der vorliegenden Erfindung werden also mit nur einem erfindungsgemäßen Aufbau sowohl hydrostatische als auch hydrodynamische Kräfte für die Erzeugung der Kolbenbewegung benutzt.The same inventive arrangement of the piston element 3 also allows the utilization of shear stresses, which due to the adhesion of the hydraulic fluid flowing through, z. B. a Poiseuille flow on both surfaces of the valve electrodes 10 respectively. 11 arise, ie the present invention uses in addition to the hydrostatic force already described also hydrodynamic forces, which the movement of the piston member 3 in the direction of the drainage chamber 5 support. According to the present invention, therefore, both hydrostatic and hydrodynamic forces are used for generating the piston movement with only one construction according to the invention.

Die aus der Bewegung des Kolbenelements 3 resultierenden Kräfte werden anschließend über handelsübliche Befestigungen des Aktors 1 in die mechanische Struktur eines zu entkoppelnden Objektes eingeleitet (nicht gezeigt). Beim Abnehmen der Spannung an den Ventilelektroden 10 bzw. 11 wird das Kolbenelement 3 durch eine geeignete Rückführung 8 in die Ruhelage zurückgeführt.The from the movement of the piston element 3 resulting forces are then using commercially available fasteners of the actuator 1 introduced into the mechanical structure of an object to be decoupled (not shown). When removing the voltage at the valve electrodes 10 respectively. 11 becomes the piston element 3 by a suitable return 8th returned to the rest position.

2 stellt eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Aktors 1 dar. Dabei ist nur die erste Ventilelektrode 10 in die seismische Masse bzw. dem Kolbenelement 3 integriert. Die zweite Ventilelektrode 11 ist auf der Innenfläche des Zylinderelements 2 angeordnet. Infolgedessen wird lediglich diejenige Schubspannung ausgenutzt, welche sich auf der Oberfläche der in dem Kolbenelement 3 integrierten erste Ventilelektrode 10 ausbildet. Die Schubspannung auf der Oberfläche des Zylinderelements 2 unterstützt die Bewegung des Kolbens nicht, da es sich hierbei um eine Couette-Strömung handelt. Im Vergleich zu ersten Ausführungsform stehen also im Aktor 1 die gleichen hydrostatischen Kräfte und in etwa die Hälfte der hydrodynamischen Kraft zur Verfügung. 2 represents a second embodiment of the actuator according to the invention 1 It is only the first valve electrode 10 in the seismic mass or the piston element 3 integrated. The second valve electrode 11 is on the inner surface of the cylinder element 2 arranged. As a result, only that shear stress is utilized, which is on the surface of the piston in the element 3 integrated first valve electrode 10 formed. The shear stress on the surface of the cylinder element 2 does not support the movement of the piston, since this is a Couette flow. Compared to the first embodiment are therefore in the actuator 1 the same hydrostatic forces and about half of the hydrodynamic force available.

3 stellt eine weitere alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar. Der grundsätzliche Aufbau dieser Ausführungsform entspricht dem Aufbau aus 1. Allerdings wird in der dritten Ausführungsform die elektrorheologische Flüssigkeit über mindestens eine Injektionsvorrichtung 15 direkt in den jeweiligen Spalt 9 eingeführt. Dadurch entfallen die Zulaufkammer 4 und die Ablaufkammer 5. Die Injektionsvorrichtung 15 ist analog zum Zylinderelement 2 feststehend. Bei Bedarf kann die Injektionsvorrichtung 15 fest mit dem Zylinderelement 2 verbunden sein. Die Injektionsvorrichtung 15 erstreckt sich in den Spalt 9 hinein und definiert mit dieser Erstreckung eine maximale Wegstrecke, mit der sich das Kolbenelement 3 entlang der Längsachse bewegen kann. Vorzugsweise erstreckt sich die Injektionsvorrichtung 15 im Spalt 9 bis zum Anfang der ersten 10 bzw. zweiten Ventilelektrode 11, damit der Einfluss der Ventilelektroden 10 bzw. 11 nicht innerhalb der Injektionsvorrichtung 15 einsetzen kann. Diese dritte Ausführungsform in 3 nutzt somit die direkte Einleitung der ER-Flüssigkeit in den elektrisch aktiven Spalt 9 des ER-Ventils, ohne dass die ER-Flüssigkeit in einer Zulaufkammer 4 gespeichert wird. Es werden nur hydrodynamische Kräfte für die Erzeugung der Kolbenbewegung ausgenutzt, was zu einem deutlich erhöhten Kraftniveau bei einem Einsatz des Aktors 1 für extrem niedrige Frequenzen führt. 3 represents a further alternative embodiment of the present invention. The basic structure of this embodiment corresponds to the structure of 1 , However, in the third embodiment, the electrorheological fluid becomes via at least one injection device 15 directly into the respective gap 9 introduced. This eliminates the inlet chamber 4 and the drainage chamber 5 , The injection device 15 is analogous to the cylinder element 2 fixed. If necessary, the injection device 15 firmly with the cylinder element 2 be connected. The injection device 15 extends into the gap 9 in and defines with this extension a maximum distance, with which the piston element 3 can move along the longitudinal axis. Preferably, the injection device extends 15 in the gap 9 until the beginning of the first 10 or second valve electrode 11 , hence the influence of the valve electrodes 10 respectively. 11 not within the injection device 15 can use. This third embodiment in 3 thus utilizes the direct introduction of the ER fluid into the electrically active gap 9 of the ER valve without the ER fluid in an inlet chamber 4 is stored. Only hydrodynamic forces are utilized for generating the piston movement, which leads to a significantly increased force level when the actuator is used 1 for extremely low frequencies.

Analog zu 3 ist auch eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (nicht gezeigt) implementierbar indem die zweite Ausführungsform aus 2 mit einer Injektionsvorrichtung 15 pro Spalt 9 gemäß 3 versehen wird. Dadurch entfallen analog zur dritten Ausführungsform die Zulaufkammer 4 und die Ablaufkammer 5 der zweiten Ausführungsform und es werden ebenfalls nur hydrodynamische Kräfte für die Erzeugung der Kolbenbewegung ausgenutzt. Analog wie die zweite Ausführungsform in 2 nur die Hälfte der hydrodynamischen Kraft verglichen mit der ersten Ausführungsform aus 1 nutzt, nutzt auch die vierte Ausführungsform (nicht gezeigt) nur die Hälfte der hydrodynamischen Kraft verglichen mit der dritten Ausführungsform aus 3.Analogous to 3 Also, a fourth embodiment of the present invention (not shown) is implementable by the second embodiment 2 with an injection device 15 per gap 9 according to 3 is provided. This eliminates analogous to the third embodiment, the inlet chamber 4 and the drainage chamber 5 The second embodiment and also only hydrodynamic forces are utilized for the generation of the piston movement. Analogous to the second embodiment in FIG 2 only half of the hydrodynamic force compared with the first embodiment 1 Also, the fourth embodiment (not shown) utilizes only half of the hydrodynamic force as compared with the third embodiment 3 ,

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Aktoractuator
22: Zylinderelementcylindrical member
33: Kolbenelementpiston element
44: Zulaufkammerinlet chamber
55: Ablaufkammerdrain chamber
66: Hydraulikzuführunghydraulic feed
77: Hydraulikabführunghydraulic transfer
88th: Rückführungreturn
99: Spaltgap
1010: erste Ventilelektrodefirst valve electrode
1111: zweite Ventilelektrodesecond valve electrode
1212: Strömungsrichtungflow direction
1313: ZulaufstirnflächeInlet face
1414: AblaufstirnflächeThe end face
1515: Injektionsvorrichtunginjection device

Claims

Actuator ( 1 ) for vibration generation, comprising a cylinder element ( 2 ); at least one piston element ( 3 ), which in the cylinder element ( 2 ) is mounted axially displaceable; an inlet chamber ( 4 ) and a drain chamber ( 5 ), both in the cylinder element ( 2 ) are arranged, wherein the inlet chamber ( 4 ) by the piston element ( 3 ) from the drainage chamber ( 5 ) is separated; a hydraulic supply ( 6 ); a hydraulic discharge ( 7 ); at least one return ( 8th ); and at least one gap ( 9 ), where the gap ( 9 ) at least one first valve electrode ( 10 ) and a second valve electrode ( 11 ) passing through the gap ( 9 ) are spatially separated from each other and opposite each other.

Actuator ( 1 ) according to claim 1, wherein the gap ( 9 ) the inlet chamber ( 4 ) by the piston element ( 3 ) through with the drain chamber ( 5 ), whereby the gap ( 9 ) in the piston element ( 3 ) and / or between piston element ( 3 ) and cylinder element ( 2 ) is arranged.

Actuator ( 1 ) according to the preceding claims, wherein the actuator ( 1 ) is integrated in a hydraulic circuit comprising at least one hydraulic pump and an electrorheological hydraulic fluid.

Actuator ( 1 ) according to the preceding claims, wherein the inlet chamber ( 4 ) via the hydraulic supply ( 6 ) is provided by the hydraulic pump, a predetermined supply current to electrorheological fluid.