DE19717704A1 - Flüssigkeitspumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Flüssigkeitspumpe für geschlossene hydraulische Flüssigkeitskreisläufe, insbesondere als Antriebseinheit für Hydraulikzylinder, mit einem zu Hubbewegungen antreibbaren Verdrängerbauteil, dessen Verdrängerkammer mit zwei steuerbaren Ventilen verbunden ist.

Derartige Flüssigkeitspumpen der Verdrängerbauart weisen üblicherweise mechanisch oder elektrisch betätigbare Ventile auf, die als Einlaßventile und/oder Auslaßventile die Verdrängerkammer wechselseitig mit einer Flüssigkeitsquelle bzw. einem Verbraucher verbinden. Als Antriebseinheiten (Servopumpen) für Hydraulikzylinder mit hoher Frequenzdynamik sind solche Flüssigkeitspumpen wegen der erforderlichen Steuerzeiten der Ventile und der begrenzten Hubgeschwindigkeiten der mechanisch oder elektrisch angetriebenen Verdrängerbauteile nicht geeignet.

Als Antriebseinheiten für solche Hydraulikzylinder werden üblicherweise ein Hydraulikaggregat und ein Servoventil verwendet. Ein Nachteil dieser Servoventile besteht in der verhältnismäßig starken Drosselwirkung.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Flüssigkeitspumpe der eingangs genannten Gattung so auszubilden, daß sie mit hoher Frequenzdynamik gesteuert werden kann und daher auch als Antriebseinheit für Hydraulikzylinder geeignet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Verdrängerbauteil ein Piezotranslator ist, daß die hydraulische Flüssigkeit eine rheoelektrische Flüssigkeit ist und daß die beiden Ventile rheoelektrische Ventile sind, deren Ventilkanal durch eine Erregerspannung mit einem elektrischen Feld beaufschlagbar ist.

Rheoelektrische Flüssigkeiten haben die Eigenschaft, daß sie unter normalen Bedingungen, d. h. ohne Einwirkung eines elektrischen Feldes, eine niedrige Viskosität aufweisen und mit gebräuchlichen Hydraulikpumpen gefördert werden können. Unter der Einwirkung eines elektrischen Feldes erstarren rheoelektrische Flüssigkeiten. Diese Reaktion der rheoelektrischen Flüssigkeit auf ein elektrisches Feld erfolgt sehr rasch (Firmendruckschrift Bayer: Dr. Eckhard Wendt Einsatzmöglichkeiten von elektrorheologischen Flüssigkeiten in der Technik).

In Kombination mit einem Piezotranslator als Verdrängerbauteil der Flüssigkeitspumpe, das ebenfalls eine sehr hohe Reaktionsgeschwindigkeit aufweist, ist die Flüssigkeitspumpe als Antriebseinheit für Hydraulikzylinder mit hoher Frequenzdynamik geeignet. Da die zur Steuerung der elektrorheologischen Ventile erforderliche Stromdichte sehr gering ist und beispielsweise in der Größenordnung von 10 µA/cm liegt, können diese Ventile ohne weiteres mit einer Halbleiterelektronik angesteuert werden, wobei sich die Möglichkeit der digitalen Aussteuerung mit üblicher Rechnergeschwindigkeit ergibt.

Da bei der Ansteuerung der elektrorheologischen Ventile keine Massen bewegt werden müssen und da die zu bewegende Masse des Verdrängerbauteils in der Bauweise als Piezotranslator sehr gering ist, können sehr hohe Arbeitsgeschwindigkeiten erreicht werden. Gleichwohl sind die dabei auftretenden Beschleunigungskräfte verhältnismäßig gering, so daß die Flüssigkeitspumpe mit geringem Energieaufwand betrieben werden kann.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben, die in der Zeichnung dargestellt sind. Es zeigt:

Fig. 1 in vereinfachter Darstellungsweise eine Flüssigkeitspumpe und

Fig. 2 in ebenfalls vereinfachter Darstellungsweise die Flüssigkeitspumpe nach Fig. 1 als Antriebseinheit für einen Hydraulikzylinder.

Die in Fig. 1 dargestellte Flüssigkeitspumpe 1 stellt einen rheoelektrischen Flüssigkeitsantrieb dar. Sie ist in einem Gehäuse 2 angeordnet. In einem Behälter 3 befindet sich eine rheoelektrische Flüssigkeit. Über eine Leitung 4, die beispielsweise als ein Spalt mit der Breite h ausgeführt ist, gelangt die Flüssigkeit zu einem rheoelektrischen Ventil 5, das das Einlaßventil der Flüssigkeitspumpe 1 bildet.

Das rheoelektrische Ventil 5 bildet einen elektrischen Kondensator, dessen beide Kondensatorplatten 5a im Abstand zueinander angeordnet sind. Dieser Abstand der Kondensatorplatten 5a kann beispielsweise in gleicher Größe wie die vorher genannte Spaltbreite h gewählt werden.

Im Abstand zum Ventil 5 ist als Verdrängerbauteil ein Piezotranslator 6 angeordnet, dessen Verdrängerkammer 7 mit dem Ventil 5 und einem nachgeschalteten rheoelektrischen Ventil 8 verbunden ist, das das Auslaßventil der Flüssigkeitspumpe 1 bildet. Das rheoelektrische Ventil 8 ist in gleicher Weise aufgebaut wie das rheoelektrische Ventil 5 und weist ebenfalls zwei Kondensatorplatten 8a auf, die im Abstand zueinander angeordnet sind, beispielsweise ebenfalls im Abstand h.

Das Ventil 8 ist über eine Auslaßleitung 9 mit einem Verbraucher 10 verbunden, von dem eine Rücklaufleitung 11 wieder zum Behälter 3 führt.

Wenn an die beiden Kondensatorplatten 5a des Ventils 5 bzw. 8a des Ventils 8 eine elektrische Spannung gelegt wird, baut sich zwischen den Kondensatorplatten 5a bzw. 8a ein elektrisches Feld auf, unter dessen Wirkung die dazwischen befindliche rheoelektrische Flüssigkeit erstarrt, so daß das Ventil 5 bzw. 8 geschlossen wird. In der Ausgangsstellung ist der gesamte geschlossene hydraulische Flüssigkeitskreislauf mit rheoelektrischer Flüssigkeit gefüllt. Durch eine nicht näher beschriebene und nicht dargestellte Steuereinrichtung wird eine elektrische Spannung an die Kondensatorplatten 5a des Ventils 5 gelegt. Diese elektrische Spannung wird so groß gewählt, daß die rheoelektrische Flüssigkeit zwischen den Kondensatorplatten 5a erstarrt, so daß das Ventil verschlossen ist.

Durch Anlegen einer elektrischen Spannung wird nunmehr der Piezotranslator 6 erregt, so daß er Flüssigkeit aus der Verdrängerkammer 7 verdrängt. Vorzugsweise wird der Hub des Piezotranslators 6 so gewählt, daß die Verdrängerkammer 7 vollständig verschlossen wird. Dadurch wird die in der Verdrängerkammer 7 befindliche Flüssigkeit zum Verbraucher 10 gepumpt.

Anschließend wird eine ausreichende elektrische Spannung an die Kondensatorplatten 8a des Ventils 8 gelegt, um die rheoelektrische Flüssigkeit innerhalb des Ventils 8 erstarren zu lassen, so daß das Ventil 8 geschlossen ist. Gleichzeitig wird der das Einlaßventil 5 bildende Kondensator entladen, so daß die rheoelektrische Flüssigkeit dort wieder fließfähig wird. Durch Entladung des Piezotranslators 6 wird Flüssigkeit durch das Einlaßventil 5 in die Verdrängerkammer 7 gesaugt, und der beschriebene Pumpvorgang wird wiederholt.

Eine entgegengesetzt gerichtete Förderung der rheoelektrischen Flüssigkeit erfolgt, wenn die Ventile 5 und 8 in umgekehrter Reihenfolge zu dem bisher beschriebenen Vorgang geschlossen und geöffnet werden.

Durch die beschriebene Pumpfunktion wird ein intermittierender Förderstrom erreicht. Ein weitgehend kontinuierlicher Förderstrom kann erreicht werden, wenn zwei Flüssigkeitspumpen der beschriebenen Bauart parallgeschaltet und abwechselnd erregt werden.

Fig. 2 zeigt den Einsatz der vorher beschriebenen Flüssigkeitspumpe 1 als Antriebseinheit für einen doppelt wirkenden Hydraulikzylinder. In einem Zylinder 12 ist ein Kolben 13 hin- und herbewegbar geführt, der mit einer aus dem Gehäuse 14 des Hydraulikzylinders 12 herausgeführten Kolbenstange 15 verbunden ist. Der Kolben 13 unterteilt den Zylinder 12 in zwei Zylinderkammern 12a und 12b. Die eine Zylinderkammer 12a ist über eine Hydraulikleitung 16 mit dem Ventil 5 der Flüssigkeitspumpe 1 verbunden, während die andere Zylinderkammer 12b über eine Leitung 17 mit dem Ventil 8 verbunden ist.

Beide Zylinderkammern 12a und 12b sind in der Ausgangslage mit dem halben Systemdruck des max. möglichen Drucks vorgespannt. Die abwechselnde Druckbeaufschlagung der Zylinderkammern 12a und 12b erfolgt durch Betätigung der Flüssigkeitspumpe 1 in der vorher beschriebenen Weise.

Claims (1)

1. Flüssigkeitspumpe für geschlossene hydraulische Flüssigkeitskreisläufe, insbesondere als Antriebseinheit für Hydraulikzylinder, mit einem zu Hubbewegungen antreibbaren Verdrängerbauteil, dessen Verdrängerkammer mit zwei steuerbaren Ventilen verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Verdrängerbauteil ein Piezotranslator (6) ist, daß die hydraulische Flüssigkeit eine rheoelektrische Flüssigkeit ist und daß die beiden Ventile (5, 8) rheoelektrische Ventile sind, deren Ventilkanal durch eine Erregerspannung mit einem elektrischen Feld beaufschlagbar ist.