WO2011138026A1

WO2011138026A1 - Betätigungseinheit mit einem aktor

Info

Publication number: WO2011138026A1
Application number: PCT/EP2011/002226
Authority: WO
Inventors: Tobias Melz; Thorsten Koch; Holger Hanselka
Original assignee: Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
Priority date: 2010-05-07
Filing date: 2011-05-04
Publication date: 2011-11-10
Also published as: US20130047839A1; DE102010019670B4; DE102010019670A1; US9441592B2

Abstract

Beschrieben wird Betätigungseinheit mit wenigstens einem um wenigstens eine erste Achse längenveränderlichen Aktor, der in Wirkverbindung zu einem Betätigungselement steht, das längs einer zweiten Achse bidirektional auslenkbar gelagert ist, wobei der Aktor stirnseitig mit einem ersten Stempel mittel- oder unmittelbar in Eingriff steht, der mechanisch zwangsgeführt längs zur ersten Achse auslenkbar ist, der erste Stempel eine vom Aktor abgewandte Stirnseite aufweist, die ein Übertragungsmedium zumindest bereichsweise zu einer Seite axialwärts begrenzt, das Übertragungsmedium radial zur ersten Achse von einem Gehäuse umfasst und längs zur ersten Achse von einer Stirnseite wenigstens eines zweiten Stempels zumindest bereichsweise zu einer anderen Seite axialwärts begrenzt ist, und der wenigstens zweite Stempel mechanisch zwangsgeführt auslenkbar ist und mittel- oder unmittelbaren in Eingriff mit dem Betätigungselement steht. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass an und/oder in dem Gehäuse ein aktiv regelbares und/oder passives Temperiermittel vorgesehen ist, das mittel- oder unmittelbar in thermischen Kontakt mit dem Übertragungsmedium steht.

Description

Betätigungseinheit mit einem Aktor

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf eine Betätigungseinheit mit wenigstens einem, um wenigstens eine erste Achse längenveränderlichen Aktor, der mittel- oder unmittelbar in Wirkverbindung zu einem Betätigungselement steht, das längs einer zweiten Achse bidirektional auslenkbar gelagert ist.

Stand der Technik

Betätigungseinheiten der vorstehenden Art sind zur Weg- und/oder

Druckübertragung in Form von Hub- oder Krafteinleitungselementen für technisch vielfältige Anwendungszwecke bekannt. Repräsentativ sei in diesem Zusammenhang auf die DE 39 16 539 C2 verwiesen, aus der eine Betätigungseinheit mit zwei Piezokeramik-Aktuatoren zu entnehmen ist, die längs einer gemeinsamen ersten Achse zueinander beabstandet angeordnet sind und bei entsprechender elektrischer Aktivierung jeweils eine aufeinander zu gerichtete Längenausdehnung erfahren. Jeder einzelne Aktuator betätigt einen Zylinderkolben, der in Eingriff mit einem

Druckübertragungsmedium kommt, das längs der ersten Achse symmetrisch zwischen beiden Aktuator-Zylinderkolben-Paare angeordnet ist. Das aus einem elastomeren Material bestehende Druckübertragungsmedium erfährt aufgrund der beidseitig auf das Medium einwirkenden Zylinderkolben eine bidirektional gerichtete Kompression längs der ersten Achse sowie eine elastische Ausdehnung längs einer zweiten Achse, die orthogonal zur ersten Achse orientiert ist. Das elastomere

Druckübertragungsmedium tritt längs der zweiten Achse in mittelbaren Kontakt mit einem als Stehbolzen ausgebildeten Betätigungselement, durch dessen lineare Auslenkung eine technische Funktion ausgelöst wird. Mit Hilfe einer derartigen Betätigungseinheit ist es möglich, mechanische Schwingungen, wie sie

beispielsweise in Verbrennungsmotoren auftreten, zwischen dem

Betätigungselement und den Piezokeramik-Aktuatoren aufgrund des

zwischengeschalteten elastomeren Druckübertragungsmediums weitgehend zu entkoppeln. Vor allem aber dient das Druckübertragungsmedium sowie die an diesem angrenzenden Zylinderkolbenflächen im Verhältnis zu der am

Druckübertragungsmedium angrenzende Bolzenfläche des Stehbolzens für eine Stellweg- und Stellkraftübersetzung bezüglich der von Seiten der Festkörperaktoren initiierten Aktorlängenänderungen. Um eine Stellweg- und Stellkraftvergrößerung zu erreichen ist die Bolzenfläche im Vergleich zu den Zylinderkolbenflächen kleiner zu wählen.

Aus der DE 197 05 893 A1 ist eine modulare Stell- und Steuereinheit für den Einsatz in unterschiedlichen hydraulischen und pneumatischen Ventilen beschrieben, die von wenigstens einem Festkörperaktor angetrieben wird, der vorzugsweise in Form eines Stapelaktors ausgebildet ist, dessen erstes Aktorende fest an einem mechanischen Gegenlager abstützt und dessen frei bewegliches zweites Aktorende mit einem ersten Stempel in Verbindung steht, der einseitig einen Hohlraum innerhalb eines Gehäuses fluiddicht begrenzt, in dem ein Übertragungsmedium in Form einer inkompressiblen Flüssigkeit, wie beispielsweise Wasser oder Hydrauliköl, enthalten ist. Dem ersten Stempel in axialer Wirkrichtung gegenüberliegend, schließt ein zweiter axial beweglicher Stempel den Hohlraum einseitig fluiddicht ab und wird bei entsprechender Aktorbetätigung durch das Kraft übertragende Übertragungsmedium axialwärts in einem Maße ausgelenkt, das im Verhältnis steht zu den

Flächenverhältnissen beider unmittelbar an das Übertragungsmedium angrenzenden Stempelflächen.

Aus der DE 102 03 659 A1 ist ein Brennstoffeinspritzventil mit einem zur vorstehend beschriebenen Stell- und Steuereinheit vergleichbaren Stellwegmechanismus zu entnehmen, mit einem Stapelaktor, der mit einem ersten Stempel verbunden ist, der seinerseits mit einer gekapselten Theologischen Flüssigkeit als Übertragungsmedium in Wirkverbindung steht. Ebenfalls grenzt ein zweiter axial auslenkbarer Stempel an die gekapselte Theologische Flüssigkeit an, wobei sich die Stempelflächen beider über das Übertragungsmedium in Wirkverbindung stehenden Stempel voneinander unterscheiden, so dass eine Stellweg- bzw. Stellkraftübersetzung von einem zum anderen Stempel realisierbar ist.

Anstelle einer Theologischen Flüssigkeit als Übertragungsmedium sieht das in der DE 44 07 962 C1 beschriebene Stell- oder Antriebselement einen Elastomerkörper als Übertragungsmedium vor, der ebenfalls beidseitig von einem ersten und zweiten Stellwegstempel begrenzt wird, dessen erster Stempel mit einem

Festkörperstapelaktor in Wirkverbindung steht und dessen zweiter Stempel als Abtriebselement des Aktors dient.

Die bekannten piezoelektrisch angetriebenen Betätigungselemente zur Stellweg- und Kraftübertragung werden für eine Vielzahl unterschiedlicher Einsatzzwecke eingesetzt, bevorzugt jedoch in Stellventilsystemen, die zu Steuerungszwecken in den Bereichen der Fluidtechnik oder Pneumatik dienen. Mit zunehmender

Einsatzdauer derartiger Betätigungselemente zeigt sich jedoch, dass sich die

Eigenschaften der Betätigungseinheiten in Hinblick auf die Größe und Dynamik der erreichbaren Stellwege sowie auch Stellkräfte ändern, eine Erscheinung, die in Einsatzfällen typisch nicht erwünscht ist. Derartige sich ändernde Eigenschaften mögen verschiedene Ursachen haben, die es zu untersuchen gilt, um letztlich bedarfsgerechte Gegenmaßnahmen ergreifen zu können, oder aber die

betriebsbedingten Eigenschaftsänderungen derartiger Betätigungselemente in Abhängigkeit ihrer betriebsbedingten Ursachen in vorteilhafter Weise technisch nutzbar umzusetzen.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Betätigungseinheit mit wenigstens einem um wenigstens eine erste Achse längenveränderlichen Aktor, der in

Wirkverbindung zu einem Betätigungselement steht, das längs einer zweiten Achse bidirektional auslenkbar gelagert ist, sowie mit den weiteren im Oberbegriff des Anspruches 1 enthaltenen Merkmale, derart weiterzubilden, dass Maßnahmen getroffen werden sollen, durch die betriebsbedingt auftretende Änderungen der Charakteristik des Betätigungselementes im Hinblick auf Stellweg- und

Stellkraftgröße kompensierbar oder zumindest derart kontrollierbar sind, dass die sich betriebsbedingt ergebenden Eigenschaftsänderungen des

Betätigungselementes in technisch vorteilhafter Weise nutzbar gemacht werden können.

Die Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgaben ist im Anspruch 1 angegeben. Den Erfindungsgedanken vorteilhaft weiterbildende Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der weiteren Beschreibung unter

Bezugnahme auf die Ausführungsbeispiele zu entnehmen.

Umfangreiche Untersuchungen an im Dauerbetrieb befindlichen gattungsgemäßen Betätigungseinheiten führten zu der Erkenntnis, dass neben vernachlässigbaren Verschleißerscheinungen an einzelnen Komponenten, insbesondere die zwischen den beweglichen und unbeweglichen Komponenten der Betätigungseinheit auftretende, reibungsbedingte Erwärmung zu makroskopisch messbaren

Änderungen zumindest in Bezug auf den seitens der Betätigungselementes abrufbaren Stellweges führt.

Die der Erfindung zugrunde liegende Idee basiert auf der Einflussnahme, vorzugsweise kontrollierten Einflussnahme auf die Betriebstemperatur der

Betätigungseinheit und dies mit konstruktiv möglichst einfachen Mitteln, durch die das der Betätigungseinheit zugrunde liegende Stellwegübertragungsprinzip nicht beeinträchtigt wird. Lösungsgemäß ist eine Betätigungseinheit mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 dadurch weitergebildet, dass an und/oder in dem Gehäuse ein aktiv regelbares und/oder passives Temperiermittel vorgesehen ist, das mittel- oder unmittelbar in thermischem Kontakt mit dem

Übertragungsmedium steht. Die vorstehend erläuterten Untersuchungen führten zur Erkenntnis, dass das

Übertragungsmedium, das zumeist aus einem elastomeren Material besteht, aber auch eine inkompressible Flüssigkeit sein kann, einer signifikanten Erwärmung unterliegt, die durch die Relativbewegung der axial zwangsgeführten Stempel innerhalb des Gehäuses sowie deren Einwirkung auf das Übertragungsmedium reibungsbedingt herrührt.

Sicherlich ließe sich die reibungsbedingte Wärmeentwicklung durch geeignete Konstruktion- und Materialwahl der beteiligten relativ zueinander beweglichen Komponenten der Betätigungseinheit reduzieren, jedoch stellen derartige

Maßnahmen zum Teil sehr komplexe und mit hohen Kosten verbundene

Modifikationen an gattungsgemäße Betätigungseinheiten dar. Der lösungsgemäße Ansatz geht in einer einfachsten Ausführungsform davon aus, dass im Falle einer betriebsbedingt unerwünschten Erwärmung dem sich erwärmenden

Übertragungsmedium mit Hilfe geeigneter Kühlmaßnahmen überschüssige Wärme entzogen wird. Die Kühlung bzw. der Wärmeentzug lässt sich grundsätzlich kontrolliert mit Hilfe regelbarer Temperiermittel bzw. Kühlvorkehrungen realisieren, wie beispielsweise das Vorsehen einer Kühlmittelleitung, die in thermischem Kontakt mit dem Gehäuse der Betätigungseinheit steht, durch die in kontrollierter Weise ein Kühlmittel förderbar ist, oder durch Vorsehen wenigstens eines thermoelektrischen Bauelementes im Bereich des Gehäuses, das beispielsweise zur gezielten Kühlung in Form eines Peltierelementes ausgebildet sein kann.

Demgegenüber bietet es sich jedoch alternativ auch an, geeignete

Temperiermaßnahmen im Sinne von Kühlungen auf rein passivem Wege zu realisieren, indem beispielsweise an der Außenseite des Gehäuses entsprechend ausgebildete Wärmeleitrippen, über die eine verbesserte Wärmeabstrahlung erfolgen kann, vorgesehen sind.

In Verbindung mit den figürlich illustrierten Ausführungsbeispielen werden weitere derartige Kühlmaßnahmen beschrieben. An dieser Stelle sei jedoch ebenfalls darauf hingewiesen, dass sich die betriebsbedingten Änderungen der Stellweg- und Stellkraftübertragung entsprechender Betätigungseinheiten auch technisch

nutzbringend eingesetzt werden können. So lassen sich durch entsprechend kontrollierte Temperierung der Betätigungseinheit sowohl die Stellwege, die Stellkraft sowie auch die Dynamik, mit der die Betätigungseinheit arbeitet, beeinflussen. Diese Einflussnahme führt letztlich zur Möglichkeit, die Betätigungseinheit mit einer geeigneten Temperiereinheit zu versehen, über die ein entsprechend gewünschtes Temperaturniveau der Betätigungseinheit gezielt eingestellt werden kann. So könnte neben Mitteln zur Herabsetzung einer aktuellen Betriebstemperatur, beispielsweise durch Vorsehen eines oder mehrerer Peltierelemente, auch entsprechende thermoelektrische Heizelemente am oder im Gehäuse der Betätigungseinheit angebracht bzw. integriert werden, die über eine entsprechende Regeleinheit für ein bestimmt vorgegebenes Temperaturniveau innerhalb der Betätigungseinheit sorgen.

Weitere den Erfindungsgedanken betreffende Merkmale werden in Verbindung mit den nachstehend illustrierten konkreten Ausführungsbeispielen erläutert.

Kurze Beschreibung der Erfindung

Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen

Erfindungsgedankens anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die Zeichnung exemplarisch beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1a, b Seitenansicht sowie Längsschnittdarstellung einer lösungsgemäß

ausgebildeten Betätigungseinheit, und

Fig. 2 -5 Ausführungsbeispiele für alternative Temperiervorkehrungen zur

Temperierung des Übertragungsmediums

Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche Verwendbarkeit Figur 1a zeigt eine schematisierte Seitenansicht einer lösungsgemäß ausgebildeten Betätigungseinheit, die in Figur 1 b in schematisierter Längsschnittdarstellung gezeigt ist. Die weiteren Ausführungen beziehen sich gesamtheitlich auf beide

Bilddarstellungen, in denen für gleiche Komponenten die gleichen Bezugszeichen verwendet werden.

Das in den Figuren 1a und b illustrierte Ausführungsbeispiel einer Betätigungseinheit weist eine nach außen hin durch zwei im Durchmesser unterschiedlich

dimensionierte, aneinander gefügte zylindrische Gehäuseteile I, II, geprägte, kompakte Erscheinungsform auf. Beide Gehäuseteile I, II sind längs einer

gemeinsamen Zylinderachse, nachfolgend als erste Achse A bezeichnet,

angeordnet. Endseitig an dem zylindrischen Gehäuseteil II ist eine Abdeckplatte III angebracht, an der stirnseitig das Betätigungselement 1 der Betätigungseinheit hinausragt, das längs zur ersten Achse A kraftbeaufschlagt bidirektional auslenkbar ist. Zur Erläuterung der kraftbeaufschlagten Steilwegauslenkung des

Betätigungselements 1 längs zur ersten Achse A sei auf die in der

Längsschnittdarstellung gemäß Figur 1 b entnehmbaren Einzelkomponenten der Betätigungseinheit verwiesen. Zuvor jedoch sei erwähnt, dass in einer möglichen Ausführungsform außen am Gehäuseteil II Wärme ableitende Flächenelemente FW in Form von Kühlrippen angebracht sind, über die Wärme an die Umgebung abgegeben werden kann. Um die Wärmeabgabe an die Umgebung zu unterstützen können die Kühlrippen FW zusätzlich von einer kontrollierten Mediumströmung, bspw. Luft- oder Fluidströmung mittels Ventilator oder Fluidpumpe, umströmt werden.

Innerhalb des im Längsschnitt topfförmig ausgebildeten ersten Gehäuseteils I, im folgenden als Hausung bezeichnet, ist ein längs zur ersten Achse A länglich ausgebildeter Festkörperaktor 2 vorgesehen. Hierbei stützt sich der Festkörperaktor 2 über eine seiner zwei Stirnseiten 2' am inneren Boden der Hausung I ab und mündet mit der anderen Stirnseite 2" frei, d.h. weitgehend ohne einen auf die

Stirnseite 2" lastenden mechanischem Zwang. Zur Zentrierung des Festkörperaktors 2 innerhalb der Hausung I dient eine innerhalb einer entsprechenden Ausnehmung in der Hausung zur ersten Achse A linear beweglich angeordnete Trennscheibe 3, an die der Festkörperaktor 2 stirnseitig lose gefügt ist. Alternativ zum Einsatz eines Festkörperaktors, der vorzugsweise einem Piezokeramik-Stapelaktor entspricht, jedoch auch elektrostriktiv, magnetostriktiv, oder ähnlich basiert sein kann, können auch andere, klassische Aktortypen zum Einsatz kommen, deren

Aktoreigenschaften darin bestehen, eine Linearausdehnung bzw. Linearauslenkung zu initiieren. So eignen sich grundsätzlich auch auf hydraulischem, pneumatischem und/oder mechanischem Wirkprinzip beruhende Aktoren, bspw. in Form einer Zylinder-Kolben-Einheit. Auch ist der Einsatz eines auf dem elektrodynamischen Linearantrieb beruhenden Aktors denkbar. Im Folgenden sei der Einsatz eines Festkörperaktors angenommen, dessen Aktorauslenkung es gilt vermittels des Übertragungsmediums und der mit diesem in Wirkverbindung stehenden Stempeln in einen größeren Stellweg zu übersetzen. Umgekehrt ist es jedoch ebenso denkbar, beispielsweise bei Verwendung von Aktortypen, die von Hause aus über große Stellwege verfügen, diese über einen entsprechenden Untersetzungsmechanismus zu verkleinern.

Die Hausung I weist im dargestellten Ausführungsbeispiel dem Gehäuseteil II, nachfolgend als Gehäuse bezeichnet, zugewandt ein Außengewinde 4 auf, das in Eingriff mit einem am Gehäuse II vorgesehenen Innengewinde bringbar ist, um eine lösbar feste Fügung zwischen der Hausung I und dem Gehäuse II herzustellen.

Das Gehäuse II weist im Wesentlichen drei mit unterschiedlichen

Innendurchmessern versehene Hohlzylinderabschnitte a, b, c auf, in denen sich die folgenden Komponenten befinden.

Innerhalb des Hohlzylinderabschnittes c des Gehäuses II ist der erste Stempel 6 durch die Gehäuseinnenwand linear zur ersten Achse A axial beweglich

zwangsgeführt und tritt mit seiner dem Festkörperaktor 2 zugewandten Stirnseite über die Trennscheibe 3 in axiale Wirkverbindung mit dem Festkörperaktor 2. Der erste Stempel 6 weist ferner eine zum Festkörperaktor 2 abgewandte Stirnseite 6' auf, an die axial das sogenannte Übertragungsmedium 7 angrenzt, das radial von der Gehäusewand II" begrenzt ist. Axial dem ersten Stempel 6 gegenüberliegend ist ein zweiter, axial beweglicher Stempel 8 vorgesehen, der vom ersten Stempel 6 durch das Übertragungsmedium 7 getrennt ist. Da im dargestellten Fall die

Flächengröße der Stirnseite 8' des zweiten Stempels 8 kleiner bemessen ist als die der Stirnseite 6' des ersten Stempels 6 ist ein Begrenzungselement 9 vorgesehen, das sich innerhalb des Hohlzylinderabschnittes c an einem mechanischem

Gegenanschlag 10 axial abstützt und mit der Gehäusewand II' das

Übertragungsmedium 7 stationär begrenzt. Je nach Größenwahl des zweiten

Stempels 8 ist das Begrenzungselement 9 entsprechend auszubilden, so dass das Begrenzungselement 9 zusammen mit der Stirnseite 8' des zweiten Stempels 8 das Übertragungsmedium 7 axialwärts vollständig begrenzt.

Der zweite Stempel 8, der stirnseitig an das Übertragungsmedium 7 angrenzt, ist im gezeigten Ausführungsbeispiel einstückig mit dem Betätigungselement 1 verbunden. Das Betätigungselement weist stirnseitig zur Verbindung mit einer externen Einheit ein Innengewinde 1 ' auf. Selbstverständlich ist es möglich, den zweiten Stempel 8 trennbar zum Betätigungselement 1 auszubilden, um getrennt zum

Betätigungselement nach dem Baukastenprinzip ausgetauscht zu werden.

Der Stempel 8 weist ferner einen radial aufgeweiteten Kragenabschnitt 11 auf, an dem ein Federelement 12 einseitig lastet, das sich andererseits an einer

Gegenkontur 13 am Gehäuse II unter Erzeugung einer Vorspannung abstützt, die entgegen der Längenausdehnung des Festkörperaktors 2 längs zur ersten Achse A orientiert ist. Die durch das Federelement 12 hervorgerufene Federkraft unterstützt die Rückformung des Festkörperaktors 2, die sich im Gegensatz zur

Längenausdehnung deutlicher verzögerter einzustellen vermag. Darüber hinaus sorgt die von dem Federelement 12 herrührende Federkraft für einen innigen axialen Kontakt zwischen den einzelnen Komponenten 6, 7, 8 sowie auch zwischen dem Festkörperaktor 2 und der Trennscheibe 3.

Schließlich ragt durch den Hohlzylinderabschnitt a ein Deckelelement III, das typischerweise über Schraubverbindungen mit dem Gehäuse II lösbar fest verbunden ist. Innerhalb des Deckelelementes III ist das Betätigungselement 1 längs zur ersten Achse A linear beweglich geführt.

Im Betriebsfall bewegen sich die Stempel 6 und 8 zum Teil unter Ausübung hochfrequenter Linearbewegungen längs zur Achse A und treten zumindest mit ihren Randabschnitten in Reibkontakt sowohl mit der Gehäuseinnenwand II' als auch mit dem Übertragungsmedium 7. Der Stempel 8 ist dem Übertragungsmedium 7 zugewandt zusätzlich von dem Begrenzungselement 9 umgeben und steht mit diesem in innigen Reibkontakt. Sämtliche Reibflächen zwischen den

linearbeweglichen Stempeln 6, 8 und den stationären Komponenten vermögen anteilig, neben den im Elastomer auftretenden Schubdehnungen, zu einer

Erwärmung sämtlicher Komponenten und insbesondere des Übertragungsmediums 7 beizutragen, dessen Erwärmung zu veränderlichen elastischen Eigenschaften des zumeist aus einem Elastomer bestehenden Übertragungsmediums 7 führt. Um der reibungsbedingten Erwärmung entgegenzuwirken dienen zum einen die bereits an der Außenseite des Gehäuseabschnittes II angebrachten Flächenelemente FW, die Wärme an die Umgebung abgeben.

Alternativ oder in Kombination zu den Flächenelementen FW können im Bereich der Gehäusewand II thermoelektrische Bauelemente, bspw. in Form von

Peltierelementen P platziert werden, wie dies aus dem Längsschnittbild in Figur 1 b zu entnehmen ist. Peltierelemente sind aktiv ansteuerbare Kühlelemente, die Wärme in kontrollierter Form abzuführen in der Lage sind. Nicht weiter dargestellt ist eine für die Ansteuerung der Peltierelemente P erforderliche Energie- und

Ansteuereinheit, die getrennt zur Betätigungseinheit vorzusehen ist oder gleichsam, wie die Peltierelemente P, innerhalb des Gehäuses integriert sein kann.

Figur 2 zeigt eine weitere Maßnahme zur gezielten Kühlung des

Übertragungsmediums 7. Zur vereinfachten Darstellung der Betätigungseinheit ist lediglich der Gehäuseabschnitt II illustriert, innerhalb dem längs zur Achse A bidirektional auslenkbar sowohl der Stempel 6 als auch Stempel 8 geführt sind.

Beide Stempel 6, 8 treten axialseitig in Wirkverbindung mit dem innerhalb des ansonsten vom Gehäuseabschnitt II radial umfassten Übertragungsmedium 7. Zur gezielten Ableitung der Wärme aus dem Übertragungsmedium 7 aufgrund

betriebsbedingter Erwärmung sieht das in Figur 2 illustrierte Ausführungsbeispiel innerhalb des Gehäuseabschnittes II einen den Bereich des Übertragungsmediums spiralartig umgebenden Kühlkanal K vor, durch den ein Temperiermittel,

vorzugsweise Kühlwasser, geleitet werden kann. Die Zu- und Abführung des

Kühlmittels durch den Kühlkanal K ist nicht weiter illustriert.

Selbstverständlich ist es möglich, zu Zwecken einer kontrollierten Temperierung des Gehäuseabschnittes II und damit verbunden des Übertragungsmediums 7, das durch den Kühlkanal K hindurch geführte Kühlmedium selbst zu temperieren, mit Hilfe einer geeigneten extern vorzusehenden Temperiereinheit, um das Übertragungsmedium auf einer gewünschten Temperatur konstant zu halten.

Das in den Figuren 3a und b illustrierte Ausführungsbeispiel stellt eine

Betätigungseinheit mit Wärmetauschkörpern W dar, die jeweils wenigstens einseitig mit der Gehäusewand des Gehäuseabschnittes II verbunden sind und in das Innere des Übertragungsmediums 7 hineinragen. Figur 3a stellt hierbei einen Längsschnitt und Figur 3b einen Querschnitt durch den Bereich des Gehäuseabschnittes II dar. Die Wärmetauschkörper W stellen somit Wärmeleitbrücken direkt aus dem Volumen des Übertragungsmediums 7 in den das Übertragungsmedium 7 umgebenden Gehäusewandabschnitt II dar. Selbstverständlich ist es möglich, zur verbesserten Wärmeabgabe seitens des Gehäuseabschnittes II an die Umgebung die in Figur 1 illustrierten Kühlrippen an der Gehäuseaußenseite zusätzlich anzubringen.

In vorteilhafter Weise sind die Wärmetauschkörper W aus einem thermisch gut leitfähigen Material, vorzugsweise aus Metall gefertigt und stegförmig ausgebildet. Alternativ ist es möglich, vergleichbare Wärmetauschkörper stift-, platten- oder gitterförmig auszubilden und in der beschriebenen Form gemäß Figur 3 innerhalb des Bereiches des Übertragungsmediums 7 anzubringen. In Figur 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel illustriert, das zur gezielten Wärmeabführung aus dem Übertragungsmedium 7 einen innerhalb des

Übertragungsmediums 7 platzierten Wärmetauschkörper W vorsieht. Der in Figur 4 illustrierte Wärmetauschkörper W verbindet jeweils stirnseitig die Stempel 6, 8, die vorzugsweise selbst aus einem thermisch gut leitfähigem Material, bspw. Metall bestehen. Der ebenfalls aus vorzugsweise Metall bestehende Wärmetauschkörper W besitzt die Form einer Spiralfeder und vermag neben einer effektiven

Wärmeabführung aus dem Übertragungsmedium 7 beide längs zur Achse A linear zwangsgeführten Stempel 6, 8 gegenseitig zu verspannen. Dies vereint

wärmetechnisch relevante Aspekte zur gezielten Wärmeabführung mit

mechanischen Aspekten, durch die die Betätigungseinheit eine vordefinierbare Stellweg- und Stellkraftcharakteristik sowie auch ein definierte dynamisches

Aktorverhalten erhalten.

Selbstverständlich können auch ausschließlich nur Wärme übertragende

Wärmetauschkörper W zwischen den Stempeln 6 und 8 angebracht werden, die ansonsten keinerlei Kraftübertragung zwischen beiden Stempel ermöglichen.

In dem in Figur 5 illustrierten Ausführungsbeispiel sind für eine verbesserte

Wärmeabgabe aus dem Übertragungsmedium 7 an den Gehäusewandbereich II wärmeleitfähige Partikel WP innerhalb des Übertragungsmediums 7 suspendiert. Derartige Partikel können bspw. Metallpulver oder Metallkügelchen darstellen, die für einen verbesserten Wärmeaustausch zwischen dem Übertragungsmedium 7 und dem Gehäuse II dienen.

Bezugszeichenliste

I, II, III Gehäuseabschnitte

1 Betätigungselement

2 Aktor, vorzugsweise Festkörperaktor 2', 2" Stirnseiten des Aktors

3 Trennscheibe

4 Außengewinde

5 Innengewinde

6 erster Stempel

6' Stirnfläche

7 Übertragungsmedium

8 zweiter Stempel

8' Stirnfläche

9 Begrenzungselement

10 mechanischer Anschlag

11 radialer Absatz

12 Federelement

13 mechanischer Anschlag

III Deckelelement

a,b,c Hohlzylinderabschnitte

A erste Achse

B Zweite Achse

C Dritte Achse FW Flächenelemente, Kühlrippen

K Kühlkanal

W Wärmetauschkörper

P Peltierelement

WP Wärmeleitfähige Partikel

Claims

Patentansprüche

1. Betätigungseinheit mit wenigstens einem um wenigstens eine erste Achse längenveränderlichen Aktor, der in Wirkverbindung zu einem Betätigungselement steht, das längs einer zweiten Achse bidirektional auslenkbar gelagert ist, wobei der Aktor stirnseitig mit einem ersten Stempel mittel- oder unmittelbar in Eingriff steht, der mechanisch zwangsgeführt längs zur ersten Achse auslenkbar ist, der erste Stempel eine vom Aktor abgewandte Stirnseite aufweist, die ein Übertragungsmedium zumindest bereichsweise zu einer Seite axialwärts begrenzt, das Übertragungsmedium radial zur ersten Achse von einem Gehäuse umfasst und längs zur ersten Achse von einer Stirnseite wenigstens eines zweiten Stempels zumindest bereichsweise zu einer anderen Seite axialwärts begrenzt ist, und der wenigstens zweite Stempel mechanisch zwangsgeführt auslenkbar ist und mittel- oder unmittelbaren in Eingriff mit dem Betätigungselement steht,

dadurch gekennzeichnet, dass an und/oder in dem Gehäuse ein aktiv regelbares und/oder passives Temperiermittel vorgesehen ist, das mittel- oder unmittelbar in thermischen Kontakt mit dem Übertragungsmedium steht.

2. Betätigungseinheit nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet, dass das Temperiermittel eine Fluidleitung aufweist, die in thermischen Kontakt mit dem Gehäuse steht und durch die ein Temperiermittel förderbar ist.

3. Betätigungseinheit nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, dass das Temperiermittel wenigstens ein

thermoelektrisches Bauelement umfasst, insbesondere wenigstens ein Peltier- Element und/oder ein Heizelement.

4. Betätigungseinheit nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet, dass das Temperiermittel wenigstens eine an der

Außenseite des Gehäuses angebrachte Wärmeleitrippe umfasst.

5. Betätigungseinheit nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet, dass eine Wärme- oder Kühlmittelfördereinheit

vorgesehen ist, die eine vorgebbare Wärme- oder Kühlmittelmenge mit der wenigstens einen Wärmeleitrippe in thermischen Kontakt bringt.

6. Betätigungseinheit nach Anspruch ,

dadurch gekennzeichnet, dass das Temperiermittel wenigstens einen mit dem Gehäuse sowie auch mit dem Übertragungsmedium in unmittelbaren thermischen Kontakt stehenden Wärmeaustauschkörper umfasst.

7. Betätigungseinheit nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauschkörper stift-, steg-, platten- oder gitterförmig ausgebildet ist und zumindest einseitig innwandig mit dem Gehäuse und/oder mit wenigstens einem Stempel verbunden ist und andererseits zumindest teilweise in das Übertragungsmedium, das radial zur ersten Achse von einem

Gehäuse umfasst ist, hineinragt.

8. Betätigungseinheit nach Anspruch 6,

dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauschkörper mit dem ersten und zweiten Stempel verbunden ist und zwischen beiden Stempeln eine Wärmeleitungsbrücke herstellt.

9. Betätigungseinheit nach Anspruch 8,

dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauschkörper in Form wenigstens eines Spannenergie speichernden Elementes ausgebildet ist, durch das die Stempel relativ zueinander mechanisch verspannbar sind.

10. Betätigungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9,

dadurch gekennzeichnet, dass dem Übertragungsmedium die Wärmeleitfähigkeit erhöhende Partikel derart beigemischt sind, so dass ein verbesserter

Wärmeaustausch zwischen dem Übertragungsmedium und dem Gehäuse besteht. . Betätigungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 0,

dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Achse räumlich

zusammenfallen.

12. Betätigungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 1 ,

dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor ein Festkörperaktor, ein hydraulischer, pneumatischer, elektrodynamischer und/oder mechanischer Aktor, vorzugsweise in Form eines Linearantriebes ist.