WO2016016031A1 - Linearaktor und verfahren zum betrieb eines solchen linearaktors - Google Patents

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Marco CYRIACKS
Reinhard Freitag
Andreas GÖDECKE
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    • F15B2211/7051—Linear output members

Definitions

  • Linear actuators are known in numerous training courses. For example, stepping motors are known which are sorted ⁇ but often only limited accuracy. Furthermore, pneumatic and hydraulic linear drives are known, which are connected via a two-way valve to a compressed air reservoir or via a hydraulic pump. Even in these embodiments, a precise control is difficult. Furthermore, electrodynamic linear motors are known, which are designed as electric drive ⁇ machine. They are fast and accurate but have a complex structure on a regular basis and are not sufficiently space-efficient. can be trained. Linear actuators based on piezocrystals or magnetostrictive materials, on the other hand, are used in special areas, but are only designed for very small travel distances. Piezo motors based on friction contacts are capable of larger strokes, but are often limited in life and susceptible to environmental influences. Furthermore, artificial muscles based on electrostatic action mechanisms are known, but limited in terms of maximum strength and life.
  • the linear actuator should be as compact as possible be formed and / or be as simple as possible electrically contacted. It is another object of the invention a method for operating such
  • the linear actuator comprises a solenoid pump with the ver ⁇ bundenes reservoir for supply or discharge of hydraulic oil.
  • Double solenoid pump comprises pot magnets, such a function mechanism is already integrated advantageous.
  • one magneti ⁇ rule flow is at the solenoid pump of the switching armature with ⁇ means of caused by the permanent magnet, in particular guided by the flow guiding means can be fixed. Accordingly, a further degree of freedom is opened for the supply of BEWE ⁇ scarf tanker.
  • the at least one pump coil is electrically connected and / or the at least one pump coil is arranged such that the ⁇ caused by this magnetic flux that magnetic flux, which has been caused by the at least one permanent magnet, at least in a region of the Flußleit- means and / or counteracts at least one Pumpspulenj ochs ⁇ .
  • the magnetic flux, which has been at least caused by the ⁇ means of a permanent magnet are canceled. Accordingly, it is possible to switch by means of the at least one pump coil.
  • Solenoid pump of the linear actuator according to the invention at least two pumping coils present, which are formed in Topfmagnetform, wherein expediently the pump anchor and / or the switching ⁇ anchor is guided transversely to the pot bottoms of the pot magnet shape or are movable. Accordingly, a particularly simple and compact spatial structure can be realized.
  • ⁇ linear actuator according diodes present are transferred by means of which positive signal portions of a Toggle lying on the wire pair or wire pair connection signal of a first pumping coil and negative signal parts of a second pump coil to be transmitted.
  • FIG. 1 shows a linear actuator according to the invention with a
  • the pump armature 80 comprises two soft magnetic perforated disks 100, 110, which are connected by a non-magnetic connecting tube 120 with ⁇ each other, which extends with its Lijnserstre ⁇ is discovered in the direction 90 perpendicular to the cup bottom levels of the pumping coil 60, 70th
  • the perforated plates 100, 110 are each suspended freely oscillating on membranes 130, limit the per ⁇ wells hydraulic chambers 140, 150 and seal.
  • the magnetic flux of the bar magnet 350 is guided mainly through the (minimum) air gap through the left pump coil yoke 290 due to the lower magnetic reluctance on that side , As a result, a holding force is generated there, which holds the switching armature 310 in this position.
  • the switching armature is held in the right position, that is, both in the left position of the switching armature 310 and in the right position of the switching armature 310, the switching armature 310 is held in its respective position.

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Abstract

Der Linearaktor umfasst eine Doppelkammersolenoidpumpe, welche zumindest eine Pumpspule, ein Mehrwegeventil und mindestens einen Pumpanker umfasst, welcher mittels Bestromung der zumindest einen Pumpspule beweglich ist, sowie welche mit einem Schaltanker versehen ist, mittels welchem das Mehrwegeventil schaltbar ist und welcher mittels Bestromung der zumindest einen Pumpspule beweglich ist. Bei dem Verfahren wird mittels Bestromung der Pumpspule sowohl der Schaltanker als auch der Pumpanker bewegt.

Description

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

Claims

Patentansprüche
1. Linearaktor,
umfassend eine Solenoidpumpe (10), insbesondere eine
Doppelkammersolenoidpumpe (10), mit zumindest einer Pumpspule (60, 70), einem Mehrwegeventil (20), mindestens einen Pumpan¬ ker (80), der mittels Bestromung der zumindest einen Pumpspu¬ le (60, 70) beweglich ist sowie mit einem Schaltanker (310), mittels welchem das Mehrwegeventil (20) schaltbar ist und welcher mittels Bestromung der zumindest einen Pumpspule (60, 70) beweglich ist.
2. Linearaktor nach Anspruch 1,
bei welcher das Mehrwegeventil (20) ein 4/2-Wegeventil ist oder aufweist.
3. Linearaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem das Mehrwegeventil (20) mittels Bewegung des Schaltankers (310) schaltbar ist.
4. Linearaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dessen Solenoidpumpe (10) der Pumpanker (80) mit einem Pumpspulenj och (290, 300) magnetisch flusskoppelbar oder flussgekoppelt ist, wobei der Schaltanker (310) mit dem Pump- spulenjoch (290, 300) magnetisch flusskoppelbar oder flussgekoppelt ist.
5. Linearaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Solenoidpumpe (10) zumindest zwei Pumpspulen (60, 70) mit je einem Pumpspulenj och (290, 300) aufweist, wo¬ bei der Pumpspulenanker (80) zwischen den oder zwischen zumindest zwei Pumpspulenj ochen (290, 300) beweglich ist.
6. Linearaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem bei der Solenoidpumpe (10) zumindest ein Fluss- leitmittel (330) vorhanden ist, mittels welchem die Pumpspu¬ lenjoche (290, 300) flussleitend verbunden sind.
7. Linearaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dessen Solenoidpumpe (10) Flussleitmittel (330) und Pump¬ spulenjoche (290, 300) miteinander einteilig ausgebildet sind .
8. Linearaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dessen Solenoidpumpe (10) das Flussleitmittel (330) oder zumindest eines der Pumpspulenj oche (290, 300) einen Perma¬ nentmagneten (350) umfasst oder an diesen zumindest ein Per- manentmagnet (350) angeordnet ist.
9. Linearaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dessen Solenoidpumpe (10) der Schaltanker (310) mittels eines der durch den Permanentmagneten (350) hervorgerufenen, insbesondere auch durch das Flussmittel (330) geleiteten, magnetischen Flusses festlegbar ist.
10. Linearaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dessen Solenoidpumpe (10) die zumindest eine Pumpspule (60, 70) derart elektrisch beschaltet und/oder angeordnet ist, dass dadurch dieser hervorgerufene magnetische Fluss demjenigen, welcher durch den zumindest einen Permanentmagneten (350) hervorgerufen worden ist, zumindest in einem Bereich des Flussleitmittels (330) und/oder zumindest einen Pumpspulenj ochs (290, 300) entgegen wirkt.
11. Linearaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dessen Solenoidpumpe (10) lediglich ein einziges Aderpaar aufweist, mittels welchem die Solenoidpumpe (10) elektrisch angebunden ist.
12. Linearaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dessen Solenoidpumpe (10) das einzige Aderpaar elektrisch an der zumindest einen oder den Pumpspulen (60, 70) kontak- tiert ist.
13. Linearaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dessen Solenoidpumpe (10) zumindest zwei Pumpspulen (60, 70) vorhanden sind, welche in Topfmagnetform ausgebildet sind, wobei zweckmäßig der Pumpanker (80) und/oder der
Schaltanker (310) quer zu den Topfböden der Topfmagnetform beweglich geführt ist/sind.
14. Linearaktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dessen Solenoidpumpe (10) Dioden (Dl, D2) vorhanden sind, mittels welchen positive Signalteile eines am Aderpaar oder Aderanschlusspaar anliegenden Signals einer ersten (60) der
Pumpspulen (60, 70) übertragen werden und negative Signaltei¬ le einer zweiten (70) der Pumpspulen (60, 70) übertragen werden .
15. Verfahren zum Betrieb eines Linearaktors nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei welchem mittels Bestromung der zumindest einen Pumpspule (60, 70) der Schaltanker (310) in einer vorgesehenen Stellung zur Stellung des Mehrwegeventils (20) gestellt wird und bei Beibehaltung der vorgesehenen Stellung mittels Bestromung der zumindest einen Pumpspule (60, 70) der Pumpanker (80) bewegt wird .
16. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch,
bei welchem die zumindest eine Pumpspule (60, 70) zur Bewe¬ gung des Pumpankers (80) betragsmäßig geringer bestromt wird/werden als zur Bewegung des Schaltankers (310) .
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