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Die Erfindung betrifft einen hydraulischen linearen Aktor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Aus dem Stand der Technik sind derartige Aktoren bekannt, die einen Zylinder und eine Pumpe zur Versorgung des Zylinders und einen Elektromotor zum Antreiben der Pumpe aufweisen.
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In den Druckschriften
EP 1 508 694 A1 und
WO 03/058034 A1 ist jeweils eine hydrostatische Maschine gezeigt, die als Pumpe betrieben werden kann. Sie hat zwei so genannte Triebwerke, die mechanisch über eine gemeinsame rotierende Triebwelle aneinander gekoppelt sind. Ein Gehäuse der Maschine besteht aus zwei schalenartigen oder topfförmigen Gehäuseteilen. Die Triebwelle der beiden Einheiten ist über jeweils ein Lager in den beiden Gehäuseteilen gelagert. Dabei durchdringt sie nur einen der beiden Gehäuseteile. Das Gehäuse weist innere Kanäle auf, über die die beiden Triebwerke hydraulisch miteinander verbunden sind.
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Die bereits angesprochenen hydraulischen linearen Aktoren aus dem Stand der Technik können als kompakte Module konstruiert sein, der auch als Kompaktachsen bezeichnet werden. Sie haben einen Zylinder mit einer beweglichen Kolbenstange, eine Pumpe zur Versorgung des Zylinders und einen Elektromotor zum Antreiben der Pumpe. Mit einem derartigen Modul wird elektrische Energie in translatorische Bewegungsenergie der Kolbenstange gewandelt. Als zentrales hydraulisches Bauteil ist noch ein Steuerblock nötig, in dem Steuerventile und Sicherheitsventile aufgenommen sind, und an dem die Anschlüsse für die Pumpe und den Zylinder ausgebildet sind. Weiterhin werden an dem Steuerblock der Zylinder und das Gehäuse der Pumpe befestigt.
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Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, einen hydraulischen linearen Aktor zu schaffen, bei dem Bauteileanzahl verringert ist, und bei dem Bauraum gespart wird.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Aktor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
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Der beanspruchte hydraulische Aktor hat einen Zylinder, der einen beweglichen Kolben mit einer daran befestigten oder einstückig gebildeten ersten Kolbenstange aufweist. Der Zylinder ist von einer Pumpe versorgbar, die über einen Elektromotor antreibbar ist. Weiterhin ist ein hydraulischer Steuerblock vorgesehen, in oder an dem Anschlüsse für die Pumpe und den Zylinder ausgebildet sind. Die Anschlüsse sind über im Innern des Steuerblocks gebildete Kanäle miteinander verbunden. Die genannten Bauteile sind derart aneinander befestigt, dass der Aktor ein Modul oder eine Baugruppe oder eine Kompaktachse ist. Erfindungsgemäß ist die Pumpe in einem Innenraum oder Einsatzraum des Steuerblocks angeordnet. Damit entfällt das Pumpengehäuse des Standes der Technik womit die Bauteileanzahl verringert ist. Weiterhin wird Bauraum gespart.
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Vorzugsweise sind in oder an dem Steuerblock auch Steuerventile und/oder Sicherheitsventile angeordnet.
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Wenn die Pumpe eine Axialkolbenpumpe in Schrägscheibenbauweise ist, kann deren Antriebswelle eine Zylindertrommel und darüber hinausgehend den Innenraum durchdringen und beidseitig über ein jeweiliges Lager in dem Steuerblock gelagert sein.
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Dann kann koaxial zur Antriebswelle eine als Durchtriebsöffnung dienende Durchgangsöffnung vom Innenraum zu einer Außenseite des Steuerblocks vorgesehen sein. Durch diese Durchgangsöffnung erstreckt sich die Antriebswelle zum Elektromotor oder zu einer Kupplung, über die der Elektromotor an die Pumpe kuppelbar ist.
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Bei einer einfach montierbaren Weiterbildung des Steuerblocks ist der Innenraum in einem Hauptkörper des Steuerblocks gebildet und über einen oder zwei Deckel oder Anschlussplatten des Steuerblocks verschlossen.
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Dann ist die Durchgangsöffnung zum Elektromotor bzw. zur Kupplung in dem Deckel bzw.in einem der beiden Deckel gebildet.
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Der Deckel bzw. einer der beiden Deckel weist vorzugsweise eine äußere Montagefläche auf, an der der Elektromotor oder ein Träger für den Elektromotor befestigt ist. Vorzugsweise umgibt die Montagefläche die Durchgangsausnehmung.
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Wenn der Aktor einen geschlossenen hydraulischen Kreis und einen doppelt wirkenden Zylinder aufweist, wird ein Speicher an den Steuerblock angeschlossen. Dabei kann der Speicher an dem Deckel bzw. an einem der Deckel befestigt sein, wobei ein Speicherkanal den Deckel durchdringt. Der Speicher und der Speicherkanal können konzentrisch zur Antriebwelle der Pumpe angeordnet sein.
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Zur Kühlung des Druckmittels kann im Innenraum eine wendelförmige Kühlleitung angeordnet sein, die vorzugsweise die Zylindertrommel umgibt. Der Deckel bzw. einer der beiden Deckel weist Anschlüsse für diese Kühlleitung auf.
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Bei der Variante mit dem einen Deckel ist vorzugsweise eines der beiden Lager in den Deckel eingesetzt. Bei der Variante mit den beiden Deckeln sind die beiden Lager in jeweils einen Deckel eingesetzt.
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An einer Innenseite des Deckels bzw. eines der beiden Deckel ist besonders bevorzugt eine der Axialkolbenpumpe zugeordnete Verteilerscheibe mit zwei nierenförmigen Öffnungen ausgebildet. Daran laufen Öffnungen der Zylindertrommel entlang, die in deren Stirnseite gebildet sind.
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Dann können in dem Deckel zwei gekrümmte Arbeitskanäle ausgebildet sein, die die nierenförmigen Öffnungen über eine jeweilige deckelseitige Mündung mit einer jeweiligen hauptkörperseitigen Mündung verbinden.
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Der Deckel bzw. die beiden Deckel sind bevorzugt aus Gussmaterial gefertigt.
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Dann können die gekrümmten Arbeitskanäle mittels 3D-gedruckter Sandkerne hergestellt sein. Auch die weiteren Kanäle des Deckels, wie z.B. der konzentrische Speicherkanal, sind dann auf diese Weise hergestellt.
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Dabei wird es bevorzugt, wenn die gekrümmten Arbeitskanäle und gegebenenfalls die weiteren Kanäle mit kantenlosen strömungsoptimierten Übergängen geformt sind.
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Seitlich von der Zylindertrommel der Pumpe kann ein Leckageanschluss in den Innenraum münden, über den Leckage-Druckmittel aus dem Innenraum abgeführt wird.
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Wenn auch eine Innenwandung des Zylinders im Steuerblock ausgebildet ist, ist auch der Verfahrweg des Kolbens im Innern des Steuerblocks angeordnet. Damit entfällt das Zylindermantelbauteil des Standes der Technik, womit die Bauteileanzahl weiter verringert ist.
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Wenn der Zylinder ein Gleichgangzylinder ist, ist dessen weitere Kolbenstange aus dem Steuerblock herausfahrbar. Bei einem ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Aktors erstreckt sich die weitere Kolbenstange dabei parallel zum Elektromotor. Es kann auch ein Differenzialzylinder vorgesehen sein.
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Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Aktors sind der Elektromotor und die erste Kolbenstange an einer ersten Seite des Steuerblocks parallel zueinander angeordnet. Ein Wegmesssystem ist an einer der ersten Seite gegenüber liegenden zweiten Seite des Steuerblocks angeordnet. Wenn der Speicher vorgesehen ist, ist dieser beim zweiten Ausführungsbeispiel auch an der zweiten Seite angeordnet.
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Bei einem dritten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Aktors ist die erste Kolbenstange an einer ersten Seite des Steuerblocks angeordnet und dort aus der ersten Seite des Steuerblocks herausfahrbar. der Elektromotor und der Zylinder sind an einer der ersten Seite gegenüber liegenden zweiten Seite des Steuerblocks angeordnet. Wenn der Speicher vorgesehen ist, ist dieser beim dritten Ausführungsbeispiel vorzugsweise auch an der zweiten Seite angeordnet.
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Mehrere Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Aktors sind in den Figuren dargestellt.
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Es zeigen
- 1 ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Aktors in einer perspektivischen Ansicht,
- 2 einen Ausschnitt des Aktors aus 1 in einem Längsschnitt,
- 3 einen Deckel des Aktors aus den 1 und 2 in einer perspektivischen Ansicht,
- 4 ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Aktors in einer perspektivischen Ansicht,
- 5 einen Deckel des Aktors aus 4 in einer geschnittenen durchscheinenden Darstellung,
- 6 ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Aktors in einer perspektivischen Ansicht, und
- 7 einen Ausschnitt des Aktors aus 6 in einer geschnittenen durchscheinenden Darstellung.
- 1 zeigt das erste Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Aktors in einer perspektivischen Ansicht. Er wird mit elektrischem Strom versorgt und dient zum Ein- und Ausfahren einer Kolbenstange 1.
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Der Aktor hat als zentrales Bauteil einen im Wesentlichen quaderförmigen Steuerblock 2, dessen Hauptkörper 6 an einer Grundplatte 4 des Aktors befestigt ist. Aus einer ersten Seite 8 des Hauptkörpers 6 ragt die Kolbenstange 1 heraus und benachbart dazu ist ein Deckel 10 am Hauptkörper 6 befestigt.
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An einer zweiten Seite 12, die der ersten Seite 8 gegenüber liegt, sind ein Abdeckblech 14 und ein Elektromotor 16 parallel zueinander angeordnet. Genauer gesagt ist das Abdeckblech 14 länglich ausgebildet, wobei eine (gedachte) Längsachse des Abdeckblechs 14 parallel zu einer (nicht sichtbaren) Triebwelle des Elektromotors 16 angeordnet ist.
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An einer der Grundplatte gegenüber liegenden Seite des Hauptkörpers 6 ist ein Speicher 18 angesetzt. Weiterhin sind am Hauptkörper 6 verschiedene Sicherheits-und Steuerventile vorgesehen.
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2 zeigt einen Ausschnitt des Aktors aus 1 in einer geschnittenen durchscheinenden Darstellung. Erfindungsgemäß ist im Hauptkörper 6 des Steuerblocks 2 ein Innenraum 20 ausgebildet, der an der ersten Seite 8 des Hauptkörpers 6 von dem Deckel 10 verschlossen ist. Im Innenraum 20 ist das Triebwerk einer Axialkolbenpumpe 22 aufgenommen, also eine Zylindertrommel mit darin geführten Kolben, die an einer Schrägscheibe abgestützt sind. Die Zylindertrommel und die Schrägscheibe werden von einer Antriebswelle 24 der Axialkolbenpumpe durchdrungen. Die Antriebswelle 24 durchdringt auch den Innenraum 20 und ist dabei über ein jeweiliges Wälzlager einerseits in dem Deckel 10 und andererseits in dem Hauptkörper 6 gelagert.
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Gegenüber vom Deckel 10 ist in dem Hauptkörper 6 eine Durchgangsöffnung 26 vorgesehen, die den Innenraum 20 der Axialkolbenpumpe 22 mit einem Kupplungsraum verbindet. Durch die Durchgangsöffnung 26 erstreckt sich die Antriebswelle 24 der Axialkolbenpumpe 22 in Richtung zu einer Kupplung 28, über die die Triebwelle 24 drehfest mit dem Elektromotor 16 verbindbar ist.
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2 zeigt weiterhin, dass ein Zylinder 30, genauer gesagt eine kreiszylindrische Innenwandung 32, ebenfalls im Innern des Hauptkörpers 6 des Steuerblocks 2 angeordnet bzw. gebildet ist. Der Zylinder 30 ist als Gleichgangzylinder ausgebildet und hat einstückig mit der (mit Bezug zu 1 genannten) ersten Kolbenstange 1 einen Kolben 34 und eine weitere Kolbenstange 36. In Wirkverbindung mit der weiteren Kolbenstange 36 ist ein magnetostriktives Messsystem vorgesehen und zusammen mit der weiteren Kolbenstange 36 von dem Abdeckblech 14 verdeckt.
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In 2 ist die Kolbenstange 1 in ihrer maximal eingefahrenen Position gezeigt, womit der Kolben 34 (in 2 rechts) an einem Anschlag anliegt.
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3 zeigt den Deckel 10 des Aktors aus den 1 und 2. Dabei ist die Seite des Deckels 10 dargestellt, die dem Innenraum 20 und damit der Axialkolbenpumpe 22 zugewendet ist. Der Deckel 10 bildet die aus dem Stand der Technik prinzipiell bekannte Verteilerscheibe 37 der Axialkolbenpumpe 22 mit den beiden darin vorgesehenen nierenförmigen Öffnungen 38. Im Betrieb des erfindungsgemäßen Aktors und damit der Axialkolbenpumpe 22 laufen am Umfang verteilten Zylinderkanäle der Zylindertrommel abwechselnd über die beiden nierenförmigen Öffnungen 38, womit eine der beiden Öffnungen 38 dem Hochdruck und die andere der beiden Öffnungen 38 dem Niederdruck zugeordnet ist.
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Jede nierenförmige Öffnung 38 ist mit einer radial äußeren Mündung 40 verbunden, die in Anlage mit einer jeweiligen entsprechenden Mündung des Hauptkörpers 6 kommt, die wiederum mit einem (nicht gezeigten) im Innern des Hauptkörpers 6 gebildeten Arbeitskanal verbunden sind.
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4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Aktors in einer perspektivischen Darstellung. Dabei sind an der ersten Seite 8 des Steuerblocks 6 benachbart zum Zylinder 30, von dem nur ein Kopf der Kolbenstange 1 sichtbar ist, der Elektromotor 16 angeordnet. An der der ersten Seite 8 gegenüber liegende zweiten Seite 12 sind der Deckel 10, der Speicher 18 und das Wegmesssystem vorgesehen. Dabei ist der Speicher 18 an einer zentralen Position des Deckels 10 befestigt.
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5 zeigt den Deckel 10 des Aktors aus 4 in einer geschnittenen perspektivischen durchscheinenden Darstellung. Dabei entsprechen die Verteilerscheibe 37 mit den beiden nierenförmigen Öffnungen 38 und die beiden Mündungen 40 denjenigen des Deckels 10 aus 3. Darüber hinausgehend sind in 5 auch die jeweilige gekrümmte Arbeitskanäle 42 zu erkennen, über die die nierenförmigen Öffnungen 38 mit den jeweiligen Mündungen 40 verbunden sind. Diese Arbeitskanäle 42 hat auch der Deckel 10 aus 3.
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Abweichend vom Deckel 10 aus 3 hat der Deckel 10 des zweiten Ausführungsbeispiels einen zentralen Speicherkanal 44, über den der Speicher 18 (vgl. 4) mit dem Hauptkörper 6 des Steuerblocks 2 verbunden ist.
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6 zeigt das dritte Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Aktors in einer perspektivischen Ansicht. An einer ersten Seite 8 des Hauptkörpers 6 des Steuerblocks 2 sind in die Kolbenstange 1 und der Deckel 10 angeordnet, während an einer zweiten Seite 12, die der ersten Seite 8 gegenüber liegt, der Zylinder 30, der Speicher 18 und der Elektromotor 16 vorgesehen sind.
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Zwischen der zweiten Seite 12 und des Steuerblocks 2 und dem Elektromotor 16 ist ein Kupplungsgehäuse 46 vorgesehen, in dem die Kupplung aufgenommen ist. Da beim dritten Ausführungsbeispiel der Zylinder 30 und die Kupplung außerhalb des Hauptkörpers 6 des Steuerblocks 2 angeordnet sind, ist dieser kleiner als beim ersten Ausführungsbeispiel.
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7 zeigt in einer geschnittenen durchscheinenden perspektivischen Darstellung einen Ausschnitt des dritten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Aktors aus 6. Es ist zu erkennen, dass die Kupplung 28 und der als Gleichgangzylinder ausgebildete Zylinder 30 außerhalb des Hauptkörpers 6 des Steuerblocks 2 angeordnet sind. Weiterhin ist ein Filter 48 zu erkennen, der ebenfalls an der zweiten Seite 12 des Hauptkörpers 6 zwischen der Kupplung 28 und dem Zylinder 30 angeordnet ist.
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Im Innenraum 20 am Außenumfang der Axialkolbenpumpe 22 ist eine Kühlvorrichtung für das Leckageöl der Axialkolbenpumpe 22 vorgesehen. Die Kühlvorrichtung hat gewendelte Kühlleitungen 50 und zwei am Deckel 10 ausgebildete Anschlüsse 52 für Kühlmittel, wobei in 7 nur einer der beiden Anschlüsse 52 zu sehen ist.
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Der Deckel 10 ist ohne den zentralen Speicherkanal ausgebildet.
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Offenbart ist ein hydraulischer Aktor mit einem Zylinder 30, einer Pumpe 22, einem Elektromotor 16 und mit einem zentralen Block 2. Das Triebwerk oder die rotierenden Teile der Pumpe 22 sind direkt in einen Innenraum 20 des Blocks 2 eingebaut, und die Triebwelle 24 der Pumpe 22 ist entsprechend in Wänden oder in Deckeln 10 des Blocks 2 gelagert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1508694 A1 [0003]
- WO 03/058034 A1 [0003]
