WO2018146035A1 - Piezohydraulischer aktor und verfahren zum betreiben eines solchen piezohydraulischen aktors - Google Patents

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hydraulic fluid
drive
piston
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Georg Bachmaier
Christian Bachmann
Iason Vittorias
Wolfgang Zöls
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    • F15B2211/775—Combined control, e.g. control of speed and force for providing a high speed approach stroke with low force followed by a low speed working stroke with high force, e.g. for a hydraulic press

Definitions

  • the invention relates to a piezohydraulic actuator, and a method for operating such a piezohydraulic actuator.
  • Actuators which are also commonly referred to as actuators, are already known from the general prior art the art and are commonly used to transmit signals, in particular electrical signals, convert another physical quantity in a mechanical ⁇ African movement and / or at least, to thereby For example, to be able to actively influence at least one process by means of the respective actuator.
  • actuators are used in vehicles to move by means of the actuators respective control elements as in ⁇ example, flaps or valves.
  • an actuator can be used, for example, to eject at least one tool of a machine tool.
  • actuators In particular, four properties of an actuator are of particular importance: force, deflection, speed and space. In a variety of actuator applications exist different operating points in which either a high force or a high speed of the actuator is desirable or required. In the aforementioned actuator for ejecting a tool in a machine tool, for example, there is a requirement that the
  • Actuator or at least one output element of Ak ⁇ sector cover a path from a starting position to the contact with the ejecting tool at a high speed, with no particularly high forces are required.
  • the tool is ejected by means of the output element.
  • the actuator or the output ⁇ selement makes contact with the ejected vehicle, in contrast to the aforementioned requirement, the requirements tion that high forces should be provided by the actuator or by the output element to eject the work ⁇ tool and thus ejection can.
  • no high speed is required but each ⁇ , since tual for egg ejection required path or a required to eject deflection of the actuator, in particular of the output element, is very low.
  • a first of the modes is a velocity mode in which, for example, the driven element is moved quickly and with only a small force to the contact with the tool.
  • the second mode is a power mode in which the output ⁇ selement although with a high force but only over a small distance or moving slowly to play finally eject the tool in ⁇ .
  • Such an actuator application with the modes described is also used more and more frequently in robotics.
  • objects of different Festig ⁇ ness to which an actuator is used at least be gripped by a robot.
  • the robot is used, for example, to assist at least one person in his task along a production line.
  • the robot can access entspre ⁇ accordingly objects and particular move around in space.
  • the same gripping system should both have the opportunity to present themselves as a relatively soft system, for example, to perform sensitive tasks, as well as have the ability to behave as a system with high rigidity, thereby providing, for example, high forces ⁇ by means of which also stiff relationship se heavy and large objects seized and possibly be moved ⁇ .
  • the object of the present invention is therefore to provide an actuator and a method by means of which the abovementioned modes can be realized in a particularly advantageous manner.
  • a first aspect of the invention relates to a piezohydrau ⁇ metallic actuator, with at least one piezoelectric actuator and with at least one driver having a suppliable with a Hydraulikflüs ⁇ stechnik drive chamber and a drive chamber partly limiting and can be driven by the piezoelectric actuator, and thereby moveable drive piston member.
  • ⁇ means of the drive piston member is to be promoted from the drive chamber by driving the piston member to ⁇ operating at least a part of the hydraulic liquid ⁇ ness.
  • the drive piston member is driven by the piezoelectric actuator, ⁇ and thereby moves, so a portion of the first recorded in the drive chamber hydraulic fluid from the drive chamber by the drive piston Enele ⁇ ment is at least conveyed out.
  • the piezohydraulic actuator further comprises at least one first output, which has a first output chamber and a first output chamber partially limiting first Ab ⁇ drive piston element. At least a portion of the hydraulic fluid delivered from the drive chamber can be introduced into the first output chamber.
  • the first output piston ⁇ element has a hydraulically effective first output surface, which with the introduced into the first output chamber Hydraulic fluid can be acted upon. By means of this Beauf ⁇ beat the first output surface with the hydraulic fluid introduced into the first Ab ⁇ from the first driven piston element is driven and thus, in particular translationally, movable.
  • the piezohydraulic actuator further has at least one second output, which has a second output chamber and a second output chamber partially delimiting the second output piston element. At least part of the hydraulic fluid delivered from the drive chamber can be introduced into the second output chamber.
  • the second output piston ⁇ element has a hydraulically effective second output surface, which can be acted upon by the hydraulic fluid introduced into the second output chamber.
  • the output surfaces are different in size. In other words, the second output surface is larger or smaller than the first output surface.
  • the second output piston member is driven by application of the second surface with the second output introduced into the hydraulic fluid chamber drivable ⁇ bar.
  • the hydraulic fluid is introduced into the first output chamber, the first power take-off ⁇ surface is exposed to the introduced in the first output chamber hydraulic fluid, whereby the first stripping piston member is driven, and thus, in particular, is moved trans ⁇ translationally.
  • the hydraulic fluid introduced into the second output chamber the second from ⁇ operating area is exposed to the inserted derive in the second output chamber ⁇ th hydraulic fluid, whereby the second exhaust driven piston element is driven and, in particular trans ⁇ translationally, is moved.
  • the output chambers or the driven piston members relationship fluidly disposed parallel to each other are connected ⁇ example.
  • the piezohydraulic actuator on a Koppelein ⁇ direction by means of which the output piston elements me ⁇ chanically coupled to each other.
  • the Output piston elements via the coupling device are not pneumatically or electrically or hydraulically coupled to each other, but the output piston elements are mechanically coupled to each other via the coupling device, for example, the coupling device is mechanically coupled or connected both with the first output piston member and with the second output ⁇ piston element.
  • the first driven piston member is driven in the manner described and, in particular translationally moved
  • the second driven piston member is characterized in that the second power take-off ⁇ piston element via the coupling means mechanically coupled to the first driven piston member or is ver ⁇ connected, with the first driven piston member moved.
  • the first driven piston member is characterized in that the first output piston member is mechanically coupled via the coupling means to the second driven piston element respectively connected with the moved second output piston element.
  • a first of the modes is for example a speed mode in which the first driven piston element especially if the second output surface is greater than the first output surface, particularly fast relationship ⁇ , with a high first velocity, but with egg ⁇ ner be moved only a small first force can.
  • the second mode is a force mode in which, for example, in particular particular, when the second output surface is greater than the ers ⁇ th output surface, the second driven piston member can be moved with respect to the first power higher second force with respect to the first speed lower second speed, however.
  • the output element can be moved by means of the second output piston element at a second speed which is lower than the first speed, but with a second force which is higher than the first force.
  • piezohy- draulic actuator according to the invention in a machine tool used to eject a tool by means of the piezo-hydraulic actuator, for example by the tool by means of the previously ge ⁇ called output element is ejected by the Ab ⁇ drive element is trie ⁇ ben by means of the piezo-hydraulic actuator is, the output element can for example be moved out ⁇ from a starting position by means of the first driven piston member in the velocity mode with a special ⁇ DERS high first speed and having a low ers ⁇ th power, to the output element in at least indirect, in particular direct contact comes with the tool to be ejected.
  • the driven element can then be moved further by means of the second driven piston element in the force mode with a second speed which is lower than the first speed and with a second force which is higher than the first force. Finally, by means of the output element of the tool ⁇ throw.
  • the piezo-hydraulic actuator according to the invention may loading Sonders well in a robot, particularly in a Greifsys ⁇ system of the robot, are used to using the
  • the piezohydraulic actuator has a first supply line fluidically connected to the drive chamber and to the first output chamber, via which at least the part of the hydraulic fluid delivered from the drive chamber can be introduced into the first output chamber.
  • the piezohydraulic actuator has a second supply line fluidically connected to the first supply line and to the second output chamber, via which at least the part of the hydraulic fluid delivered from the drive chamber can be introduced into the second output chamber.
  • the piezohydraulic actuator has at least one first check valve arranged in the second supply line, which opens in the direction of the second output chamber and closes in the direction of the first supply line.
  • the first check valve opens when the hydraulic fluid flows through the second supply line in the direction of or into the second output chamber.
  • the first check valve prevents un ⁇ desired flow of hydraulic fluid through the second supply line in the direction of or in the first supply line.
  • the counterforce mentioned acts, for example, then on the first output piston element and thus is the first output piston member or its movement entge ⁇ gene when the output element, which for example ⁇ integrally formed with the respective output piston member or with the respective output piston member, in particular mechanically coupled , comes in contact with the tool to be ejected or stands.
  • ⁇ with the output member by means of counselsmo ⁇ dus moved quickly and power arm in contact with the tool and from then on be ⁇ terbewegt means of the force mode slowly and powerfully wei.
  • the piezohydraulic actuator has at least one fluidically connected to the drive ⁇ third supply line, via which the hydraulic fluid from a Reser ⁇ voir in the drive chamber can be introduced.
  • the reservoir is for example part of the piezohydraulic actuator.
  • the piezohydraulic actuator has a second check valve arranged in the third supply line, which opens in the direction of the drive chamber and closes in the direction of the reservoir. This allows flow through the third supply line in the driving chamber for example, the Hyd ⁇ raulik gallkeit wherein unwanted flow of hydraulic fluid from the drive chamber avoided through the third supply line into the reservoir by means of the second check valve.
  • the piezoelectric actuator when the piezoelectric actuator is driven, in particular energized, i.e. supplied with current, so play, at least one piezoelectric element, in particular a plurality of piezoelectric elements comprehensive piezo stack, the Piezoak- tors expands when ⁇ , whereby for example, a reduction in volume of the driving chamber is effected. As a result, at least some of the hydraulic fluid is conveyed out of the drive chamber . If the activation or energization of actuator is completed, the piezoelectric actuator pulls relationship ⁇ as the piezo element or piezo stack together, for example, which is accompanied by an increase in volume of the drive chamber.
  • the piezohydraulische actuator has at least one fluidically connected to the second output chamber fourth supply line, via which hydraulic fluid from ei ⁇ nem reservoir, in particular from the aforementioned reservoir, bypassing the first supply line and the second supply line can be introduced into the second output chamber.
  • the fourth supply line bypasses the first supply line and the second supply ⁇ line or the fourth engineersslei ⁇ tung flowing hydraulic fluid bypasses the first supply line and the second supply line and thus does not flow through the first supply line or the second supply line.
  • the piezohydraulische actuator further comprises a fourth supply line disposed in the third check valve ⁇ which opens in the direction of the second output chamber and closes in the direction of the reservoir.
  • a further embodiment is characterized in that the second supply line is fluidically connected at a connection point with the first supply line, wherein in the first supply line upstream of the connection point, a fourth check valve is arranged, which opens in the direction of the connection point and closes in the direction of the drive chamber.
  • the fourth check valve is upstream with respect to a flow direction of the hydraulic fluid flowing from the drive chamber to the first output chamber through the first supply passage arranged the junction, wherein the fourth return ⁇ check valve allows a flow of hydraulic fluid from the drive chamber through the first supply line in the direction of or in the first output chamber, since the fourth check valve opens accordingly.
  • the piezohydraulic actuator has at least one discharge line fluidically connected to at least one of the transfer chambers, via which at least a portion of the hydraulic fluid can be discharged from the at least one output chamber and to a reservoir, in particular to the aforementioned reservoir, to lead is.
  • the discharge line is fluidically connected to the first supply line and / or to the second supply line and / or to the third supply line, so that, for example, at least a portion of the hydraulic fluid from the first supply line and / or from the second supply line and / or from the third supply line can be discharged and directed to said reservoir.
  • the piezohydraulic Ak ⁇ gate further comprises a arranged in the discharge line fifth check valve, ⁇ in the direction of the reservoir ⁇ net and in the direction of the at least one output chamber or in the direction of the respective supply line, with which the discharge line is optionally fluidly connected, closes.
  • a reaction force on to ⁇ least one of the driven piston is that acts by means of the reaction force a reduction in volume of the respective output chamber loading, so at least a portion of the first recorded in the respective output chamber hydraulic fluid can be discharged via the discharge line from the respective output chamber, without damaging the piez ohydraulic actuator comes.
  • ei ⁇ ne opening force which opens the fifth check valve
  • the opening force corresponds to an opening pressure of the hydraulic fluid. If such a flow of the hydraulic fluid causes the flow of Hyd ⁇ raulik gallkeit is directed in the removal line in the direction of the reservoir, for example by means of the drive piston element and / or by means of Wenig ⁇ least one of the driven piston members, the fifth check valve opens when the hydraulic fluid in the discharge line reaches the opening pressure or exceeds. Since the opening force is adjustable, the opening pressure at which the fifth check valve releases the flow of the Hydraulikflüs ⁇ assured by the discharge line in the direction of the reservoir can be adjusted as required.
  • the fifth check valve has a spring element whose bias is adjustable, thereby adjusting the opening force. This allows the opening force particularly be ⁇ must meet and be set in a particularly simple and inexpensive manner.
  • the spring element of the fifth check valve is assigned a Einstellele ⁇ ment, which has at least one adjustment ⁇ on. In the adjustment at least a portion of the pumped from the drive chamber hydraulic fluid is einleit ⁇ bar.
  • the adjustment element has an adjustment piston element which partially limits the adjustment chamber and which can be moved by means of the hydraulic fluid introduced into the adjustment chamber, as a result of which the pretensioning of the spring element can be adjusted.
  • the adjusting piston element is for example at least indirectly ge ⁇ coupled or coupled with the spring element, so that by moving the adjusting piston element, the spring element can be tensioned relationship ⁇ relaxed. In this way, the bias of the spring element in a particularly simple manner as needed and in particular automatically or automatically a ⁇ be made.
  • the piezohydraulic actuator has at least one adjustment line fluidically connected to the adjustment chamber and to the drive chamber, via which at least the part of the hydraulic fluid can be introduced into the adjustment chamber.
  • a sixth check valve is arranged in the adjustment, which opens in the direction of Einstellkam ⁇ mer and closes in the direction of the drive chamber.
  • the sixth check valve allows ei ⁇ ne flow of hydraulic fluid from the drive chamber through the adjustment in the direction of or in the adjustment. Furthermore, an undesirable flow of the Hydraulikflüs ⁇ stechnik from the adjusting chamber can be avoided by the set line in the drive chamber in a simple manner by means of the sixth check valve.
  • the bias of the spring element In order to adjust the bias of the spring element and thus the opening ⁇ pressure or the opening force particularly chipsge ⁇ law and in a simple manner, is in the setting at least one of the hydraulic fluid arranged through flow restrictor, via which at least the part of the hydraulic fluid in the adjustment chamber ⁇ is conductive.
  • a second throttle through which the hydraulic fluid can flow is provided, which is arranged fluidically in series with the first throttle and fluidically parallel to the adjusting piston element .
  • a second aspect of the invention relates to a method for operating a piezohydraulic actuator, in particular a piezohydraulic actuator according to the invention.
  • the piezohydraulic actuator comprises at least one piezoelectric actuator and at least one drive, which can be supplied with a hydraulic fluid drive chamber and the drive ⁇ chamber partially limiting and drivable by the piezoelectric actuator bares and thus, in particular translationally movable
  • the piezo-hydraulic actuator further includes at least a first output on which has a first output chamber, in which at least a portion of the conveyed from the drive chamber hydraulic fluid is introduced, and a first output chamber partly delimiting the first power take-off ⁇ piston member having a with the first in the Starting from ⁇ drive chamber introduced hydraulic fluid beauf ⁇ beatable, hydraulically effective first output surface on has and can be driven by applying the first output surface with the introduced into the first output chamber hydraulic fluid and thereby, in particular translationally, is movable.
  • the piezohydraulic actuator comprises at least one second output, which has a second output chamber into which at least a portion of the hydraulic fluid delivered from the drive chamber can be introduced, and a second output piston partially delimiting the second output chamber, which has a second output piston element partially delimiting it second hydraulic chamber from ⁇ introduced hydraulic fluid beaufschlag ⁇ bare, hydraulically effective and with respect to the first output surface larger or smaller second output surface and can be driven by applying the second output surface with the introduced into the second output chamber hydraulic fluid.
  • the piezohydraulic actuator comprises a coupling device, by means of which the output piston elements are mechanically coupled to each other.
  • the piezoelectric actuator is driven by means of at least ei ⁇ nes electrical signal, whereby the drive ⁇ piston element is driven by means of the piezoelectric actuator.
  • the piezoelectric actuator is controlled by means of pulse width modulation (PWM).
  • PWM pulse width modulation
  • the electrical signal is, for example, a voltage in PWM form.
  • the drive chamber, the respective output chamber and the adjustment chamber are also referred to simply as chambers.
  • the drive piston element and / or the respective Abriebskolben ⁇ element and / or the Einstellkolbenelement is for example a piston, which is taken translationally movable in a designated as a cylinder housing, so bei- For example, the respective housing and the respective piston each partially bound the respective chamber.
  • the jewei ⁇ celled piston and the respective housing thus form ⁇ example, a hydraulic cylinder.
  • Inventory ⁇ part of the bellows is for example an end wall of the bellows, so that the drive piston element and / or the jeweili ⁇ ge driven piston member and / or the Einstellkolbenelement is, for example, in particular axial end wall of a bellows.
  • the respective bellows for example in this case has ei ⁇ NEN jacket and a side wall, said respective chamber is in each case defined in part by the respective end wall and the jeweili ⁇ gen jacket of the respective bellows.
  • the respective end wall is connected to the respective jacket, in particular formed integrally with the respective jacket.
  • the respective end wall is translationally reciprocable underChinanzunah ⁇ me and length shortening of the respective shell, such as in a spring o- the bellows.
  • the jacket has a corrugated and / or serrated or folded or wrinkled course, at least in a longitudinal region.
  • the shell is elastically deformed when the end wall is moved translationally in one direction.
  • the sheath is at least partially rolled up on the piston and unrolled from the piston, such as with a spring bellows, in particular an air spring bellows or a roll ⁇ bellows.
  • the jacket is formed, for example, from a plastic or a metallic material.
  • the jacket can be formed from an elastically deformable material, in particular rubber.
  • the jacket can fle xible ⁇ or limp, that is, his form unstable.
  • the respective check valve is formed for example as forth ⁇ kömmliches check valve with a trained for example, as Ku ⁇ gel valve element and a spring, thus return can open a total ⁇ check valve against the spring force of the valve element and.
  • the check valve is designed as a check valve or a ⁇ fold check valve, in the example ⁇ , in particular a metal strip or strip formed is provided, which covers at least one flow opening for the hydraulic fluid in a blocking position and thereby closes. If a pressure of the hydraulic fluid acting on the strip reaches or exceeds a threshold value, the strip is deformed and thereby moved into a release position, in which the
  • Strip releases the flow opening.
  • the drawing shows in the single figure is a schematic representation of a hydraulic circuit diagram of a ⁇ inventive, piezohydraulic actuator.
  • the single FIGURE shows a schematic representation of a hydraulic circuit diagram of a piezohydraulic actuator 10, by means of which, for example - as will be explained in more detail below - a movement of at least one output element not shown in the figure is effected. This movement of the output element is also referred to as deflection.
  • the piezo-hydraulic actuator 10 and the output member coming into a machine tool for use are used to eject the at least one tool distrma ⁇ machine.
  • the driven ⁇ element is driven by the piezoelectric actuator 10 to move the tool by means of the output element and in particular eject.
  • the Ab ⁇ drive element and the piezoelectric actuator 10 are used in a gripping system of a robot to grab by means of the gripping system and by means of the robot components and move around in space.
  • the piezohydraulic actuator 10 has at least one piezoactuator 12, which encompasses at least one piezoelectric element.
  • the piezoelectric actuator 12 has a plurality of piezoelectric elements, which form a piezo stack.
  • an electrical voltage to the piezoelectric element or to the piezo stack and thus, for example, to the piezoactuator 12, a mechanical movement of the piezoelectric element or of the piezoelectric stack can be effected, as will be explained in more detail below.
  • the electrical voltage is applied, for example, in the context of a control of the piezoelectric actuator 12 to this or to the piezoelectric element or to the piezoelectric stack.
  • the piezohydraulic actuator 10 also has a drive 14, which comprises a drive chamber 16 and a drive piston element in the form of a drive piston 18. Furthermore, the drive 14 comprises a drive cylinder 20, in which the drive piston 18 is received translationally movable. The drive cylinder 20 and the drive piston 18 each partially delimit the drive chamber 16.
  • hydraulic liquid 22 is introduced from a Reser ⁇ voir 24th
  • the reservoir 24 is part of the piezohydraulic actuator 10, wherein the hydraulic fluid ness can be added 22 in the reservoir 24 and stored at least vorüberge ⁇ basis.
  • the drive chamber 16 can be supplied with at least part of the hydraulic fluid 22 received in the reservoir 24.
  • the drive piston 18 is connected to a drive piston rod 26 of the drive 14, so that the drive piston rod 26 is translatable with the drive piston 18 relative to the drive cylinder 20 in translation.
  • the drive piston rod 26 can be driven by the piezoelectric actuator 12 and thereby translationally movable relative to the drive cylinder 20. Since the drive piston 18 connected to the drive piston rod 26, in particular integrally formed, is the drive ⁇ piston 18 via the drive piston rod 26 of the piezoelectric actuator 12 drivable and thereby relative to the drive cylinder 20 translationally movable.
  • the piezohydraulic actuator 10 includes, for example, in the figure only partially recognizable and particularly schematically illustrated housing 28, in which example ⁇ the drive chamber 16, the drive cylinder 20 and the drive piston 18 are added. By driving the drive piston 18, at least a part of the hydraulic fluid initially received in the drive chamber 16 can be conveyed out of the drive chamber 16.
  • the drive piston 18 in this case has a hydraulically effective drive surface 30, by means of which at least the previously said part of the first recorded in the drive chamber 16 hydraulic fluid from the drive chamber 16 out ⁇ can be promoted.
  • the captured in the driving chamber 16 hydraulic liquid is in contact with the hydrauli- cally effective drive surface 30 through which a first pressure, in particular a drive pressure of the hydraulic fluid can be effected thus with ⁇ means of the drive piston 18th
  • the hydraulic fluid is, for example, an incompressible fluid and can in particular be designed as oil.
  • the piezohydraulic actuator 10 further has at least one first output 32, which has a first output chamber 34. At least a portion of the hydraulic fluid delivered from the drive chamber 16 can be introduced into the first output chamber 34.
  • the first output 32 comprises a first output cylinder 36 and a first output piston element in the form of a first output piston 38, which is received translationally movable in the first output cylinder 36.
  • the first output cylinder 36 and the first output piston 38 each partially delimit the first output chamber 34.
  • the first output 32 includes a first output piston rod 40, which is connected to the first Ab ⁇ drive piston 38, in particular integrally formed, is.
  • the first output piston rod 40 with the first output piston 38 relative to the first output cylinder 36 is translationally mitbewegbar.
  • the stripping is, for example, a piston rod extended from the driven cylinder 36 40th
  • s is out refers to a path or a distance to the or the 34 translationally moves the first Ab ⁇ power piston with 38 that the first output piston rod 40 due to the said increase in volume of the first exhaust operation chamber relative to the first driven cylinder 36 become.
  • the output member aforesaid gekop ⁇ is pelt at ⁇ least indirectly to the first output piston rod 40, the output member is, in particular trans ⁇ translationally, moved together with the first driven piston rod 40, in particular by the distance s ou t
  • the first output piston 38 in this case has a hydraulically effective first output surface 42, which can be acted upon by the introduced into the first output chamber 34 hydraulic fluid.
  • hydraulic fluid comes into contact with the first output face 42 and acts on the first take-off ⁇ surface 42, from which in combination with the aforementioned pressure of the hydraulic fluid results in a force acting on the first take-off ⁇ piston 38 first force.
  • the first output piston 38 can be moved translationally relative to the first output cylinder 36, thereby causing in particular an increase in volume of the first output chamber 34 and consequently drive the first Ab ⁇ driven piston rod 40 from the first output cylinder 36 ⁇ .
  • the first output piston 38 can be driven by applying the first output surface 42 with the introduced into the first output chamber 34 hydraulic fluid and thereby translationally movable relative to the output cylinder 36.
  • the piezohydraulic actuator 10 further has at least one second output 44, which has a second output chamber 46.
  • the second output chamber 46 At least a portion of the pumped from the drive chamber 16 hydraulic fluid can be introduced.
  • the second output 44 includes ei ⁇ NEN second output cylinder 48 and a second output piston member in the form of a second output piston 50, wel ⁇ cher translationally movable in the second output cylinder 48 is received.
  • the second power take-off ⁇ cylinder 48 and the second output piston 50 to limit the second power chamber 46 from ⁇ each partially.
  • the second output piston 50 has a hydraulically effective second output surface 52 on which is acted upon by thetientlei ⁇ ended in the second output chamber 46 hydraulic fluid.
  • the output surfaces 42 and 52 are different in size. In the embodiment illustrated in the figure, the second output surface 52 is larger than the first output surface 42.
  • the second output 44 has a second driven ⁇ piston rod 54, which is connected to the second output piston 50, in particular integrally formed, is.
  • the second output piston rod 54 is translatable with the second Ab ⁇ drive piston 50 relative to the second output cylinder 48 translationally.
  • the second driven piston rod can be extended from the second power take-off ⁇ cylinder 48 54 by causing an increase in volume of the second chamber output 46th
  • the aforementioned output member is, for example, at least indirectly coupled to the second driven piston rod 54 and connected, in translation can be moved so that the driven element is driven by moving the two ⁇ th output piston rod 54 and thus, insbeson ⁇ particular.
  • the hydraulic fluid for example, with the aforementioned first, formed as a drive pressure first pressure in the respective output chamber 34 and 46 einströ ⁇ men. Since the output surfaces 42 and 52 are formed differently large, resulting from the drive pressure and the first output surface 42, the first force, and from the on ⁇ operating pressure and the second output surface 52 results in said second force. The second force is greater than the first force.
  • the piezohydraulic actuator 10 further comprises a Koppelein ⁇ direction 56, which has at least one mechanical coupling element 58 in the embodiment illustrated in the figure.
  • the output pistons 38 and 50 in particular via the output piston rods 40 and 54, mechanically coupled to each other, so that the output piston 38 and 50 and thus the output piston rods 40 and 54 synchronously or simultaneously and thereby to the same away s ou t move.
  • the output chambers 34 and 46, the output cylinders 36 and 48 and the output pistons 38 and 50 are accommodated in the housing 28.
  • a parallel coupling of the output piston 38 and 50 is shown.
  • a serial coupling of the output piston 38 and 50 is also possible.
  • the piezo-hydraulic actuator 10 further comprises a fluidly connected to the at ⁇ power chamber 16 and with the first output chamber 34 first supply line 60, via which at least the said part of the ge from the drive chamber 16 ⁇ promoted hydraulic fluid can be introduced in the first output chamber 34th
  • the piezohydraulic actuator 10 comprises a second supply line 62, which is fluidically connected to the first supply line 60 and to the second output chamber 46, via which at least the part of the hydraulic fluid delivered from the drive chamber 16, in particular via at least a part of the first supply line 60, into the second Output chamber 46 can be introduced. It is in the second
  • Supply line 62 a first check valve 64 angeord ⁇ net, which opens in the direction of the second output chamber 46 and closes in the direction of the first supply line 60. Furthermore, a third supply line 66, which is fluidically connected to the drive chamber 16 and to the reservoir 24, is provided, via which the hydraulic fluid 22 can be introduced from the reservoir 24 into the drive chamber 16. In this case, in the third supply line 66, a second check valve 68 is arranged, which opens in the direction of the on ⁇ drive chamber 16 and closes in the direction of the reservoir 24.
  • the piezohydraulische actuator 10 also includes at least one fluidically connected to the second output chamber 46 and the reservoir 24 fourth supply line 70, via which the hydraulic fluid 22 from the reservoir 24, bypassing the supply lines 60 and 62 in the second output chamber 46 can be introduced.
  • a the supply lines forms 66 and 70 common line part 72, both a part of the supply line 66 and a portion of the supply line 70.
  • a third check valve 74 is arranged, which opens in the direction of the second output chamber 46 and closes in the direction of the reservoir 24.
  • the second supply line 62 is fluidically connected to the supply line 60 at a connection point V.
  • a fourth non-return valve 76 is arranged in the first supply line 60 upstream of the junction V and downstream of the Antriebskam ⁇ mer 16, wherein the fourth non-return valve 76 opens in the direction of the connection point V and closes in the direction of the drive chamber 16.
  • the piezo-hydraulic actuator 10 designed as a Ab211zweig discharge line 78 which, insbeson ⁇ particular over the conduit part 72, fluidically connected to the reservoir 24 and fluidically coupled to the output chambers 34 and 46 of relationships as to the supply lines 60 and 62 is connected so that via the discharge line 78, the hydraulic fluid from the respective output chamber 34 or 46 or from the respective supply line 60 or 62 can be discharged and directed to the reservoir 24 and thus traceable.
  • the line section 72 also forms part of the exhaust duct 78.
  • a fifth non-return valve 80 is arranged, which opens in Rich ⁇ processing of the reservoir 24 and in the direction of the power take-off ⁇ chamber 34 and 46 respectively in the direction of the supply line 60 and 62 closes.
  • a first of the modes is a so-speed mode in which the power take-off ⁇ element with a high first velocity, however, is driven at a low first force and thereby can be moved.
  • the output member in the Geschwin ⁇ dtechniksmodus in particular by means of the first power take-off 32 is driven ak ⁇ tiv.
  • the second mode is a force mode in which the driven element is driven and thus moved with a second speed lower than the first speed, but with a second force greater than the first force.
  • the output element in the force mode, is actively driven, in particular via the second output 44. It can be switched in a particularly simple manner and in particular automatically between the modes, in particular from the Geschwin ⁇ dtechniksmodus and the force mode.
  • the respective output 32 or 44 is designed as hydrau ⁇ likzylinder, the hydraulic cylinders are constituent ⁇ parts of a hydraulic system, with which the piezoelectric actuator 12 is coupled as a drive element. In this case, the piezoelectric actuator 12 is used to move the respective output piston 38 or 50 and subsequently the output element.
  • the Abt- riebe 32 and 44 in particular the output pistons 38 and 50, are fluidly connected in parallel.
  • the output cylinders 36 and 48 and the drive cylinder 20 are fixed to the housing 28 or fixedly connected thereto.
  • the driven cylinder 36 and 48 and the relieving Antriebszy- 20 are respective housing in which the respective Ab ⁇ power piston are accommodated translationally movable 38 and 50 and the drive piston 18th
  • the respective output surface 42 or 52 is also referred to as a hydraulic cross-sectional area, wherein the drive surface 30 is referred to as a hydraulic cross-sectional area.
  • the output surface 42 is smaller than the output surface 52.
  • the output surface 42 is smaller than the drive ⁇ area 30, wherein the drive surface 30 is smaller than the Ab ⁇ drive surface 52.
  • a clamping ⁇ voltage in PWM form (PWM - Pulse Width Modulation) is applied to these or to the piezoelectric element or the piezoelectric stack created.
  • the piezoactuator 12 is actuated in the context of a method for operating the piezohydraulic actuator 10 by means of at least one electrical signal, whereby the drive piston 18 is driven by means of the piezoelectric actuator 12 and thus translationally moved relative to the drive cylinder 20.
  • the electrical signal is a PWM signal in the form of an electrical voltage, by means of which the piezoelectric actuator 12 is driven.
  • Hydraulic fluid flows from the drive 14 into the output chamber 34. Due to the fact that the output surface 42 is smaller than the drive surface 30, a translation of the path Si n into the path s ou t or from a speed with which the drive piston 18 is moved takes place in a demge ⁇ genüber higher speed, with which the Output ⁇ piston 38 is moved. Then, for example, the electrical ⁇ cal voltage or the PWM signal with which the piezoelectric actuator 12 is driven or was set to zero, whereby the pressure in the drive 14 is reduced. As a result, for example, results in an increase in volume of the drive chamber 16, whereby at least temporarily creates a negative pressure in the drive chamber 16.
  • the check valve 68 is opened so that hydraulic fluid is drawn from the reservoir 24 into the drive 14 or in the power chamber to ⁇ sixteenth Then, the electrical clamping ⁇ voltage for driving the piezoelectric actuator 12 can be increased again, whereby the cycle described above is repeated.
  • hydraulic fluid is sucked from the reservoir 24 into the drive chamber 16 and conveyed by the latter into the drive chamber 34. As a result, the output piston 38 is deflected.
  • the output piston 50 Since the output piston 38 is connected via the coupling element 58 mecha nically with the output piston 50, the output piston 50 is the same way s ou t as the output ⁇ piston 38 deflected, that is moved. However, since no Hyd raulik classickeit is actively pumped into the output chamber 46 via the supply lines 60 and 62, would - if no appropriate countermeasures are taken - in the output chamber 46, a negative pressure. This would create a resistance that would oppose the deflection of the output piston 38 and 50. In order to avoid this, a fluidic connection between the output chamber 46 and the reservoir 24 is created by the supply line 70.
  • Hydraulic fluid in the first output 32 to an under ⁇ pressure in the second output 44 and in the two ⁇ th output chamber 46 comes. This ensures in a passive manner that the output 44 has no or only a slight influence on the deflection of the output piston 38.
  • the 38 and 50 precludes the deflection or loading ⁇ movement of the output member and thus of the output piston. Then it is desirable for the piezohydraulic actuator 10 to build up as high a force as possible in order to further deflect the output element despite the counterforce.
  • this is only possible using the first take-off 32 because its output surface 42 was very small ge ⁇ chooses to realize a high speed ratio and therefore the output member or the output piston 38 and 50 at a high speed, that is as soon as possible to move.
  • the check valve 64 and the supply line 62 are installed between the drives 32 and 44. Increases, for example, the pressure in the output 32 due to the motion of the driven element opposing counter force, so the check valve 64, whereby the hydraulic ⁇ liquid opens - in particular in addition to the output 32 - also to and in particular in the output 44, in particular in the output chamber 46 is pumped. Since the output surface 52 is significantly larger than the output surface 42 and when the driving surface 30 which Hyd ⁇ raulikenbergteilkeit increases at constant pressure in comparison to the output 32, the power take-off ⁇ force.
  • the check valve 80 comprises a spring element 82, the bias voltage is adjustable, thereby adjusting the opening force or the opening pressure.
  • the spring element 82 is assigned an adjusting element 84, which has at least one adjustment chamber 86 and a setting ⁇ piston member in the form of a setting piston 88. Furthermore, the adjusting element 84 has an adjusting cylinder 90, wherein the adjusting piston 88 is accommodated translationally movable in the adjusting cylinder 90. The adjusting piston 88 and the adjusting cylinder 90 each partially delimit the adjusting chamber 86. Furthermore, the adjusting piston 88 and the adjusting cylinder 90 define a further adjustment chamber 92 of the adjusting element 84 opposite the adjusting chamber 86.
  • a part of the hydraulic fluid enters the respective adjusting chamber 86 or 92 - conductive to thereby reciprocate the adjusting piston 88 relative to the adjusting cylinder 90 to and fro.
  • the adjusting cylinder 90 is arranged in the housing 28 and fixed to the housing 28.
  • at least a portion of the hydraulic fluid delivered from the drive chamber 16 can be introduced into the adjustment chamber 86 to thereby adjust the bias of the spring member 82.
  • the adjusting piston 88 is connected to an adjusting piston rod 94, so that the adjusting piston rod 94 with the Ein ⁇ adjusting piston 88 is mitbewegbar relative to the adjusting cylinder 90.
  • the adjusting piston 88 is mechanically connected via the adjusting piston rod 94 with the spring element 82.
  • at least one fluidically connected to the adjustment chamber 86 and the drive chamber 16 adjustment ⁇ line 96 is provided, via which at least the part of the hydraulic fluid in the adjustment chamber 86 can be introduced. If, for example hydraulic liquid, in particular from the drive chamber 16 and the adjusting pipe 96 into the adjusting chamber 86 initiated, in particular promoted so re ⁇ consulted therefrom an increase in volume of the adjusting chamber 86 and a reduction in volume of the adjusting chamber 92.
  • the Einstellkolbenstange 94 of the adjusting ⁇ chamber 92 extended, whereby, for example, the spring element 82 stretched, in particular compressed, is.
  • the bias of the spring element 82 and thus the opening force or the opening pressure is increased.
  • a pressure acts on the setting piston 88 from the hydraulic fluid received in the adjusting chamber 86, by means of which the adjusting piston 88 moves translationally to bias the spring element 82 or the adjusting piston 88 is held in a position against a spring force provided by the prestressed spring element 82 In order to thereby adjust the set by the position of the adjusting piston 88 bias of Federele- hold, in particular at least substantially constant.
  • hydraulic fluid initially received in the adjustment chamber 94 can flow out of the adjustment chamber 92, for example via a line 104, and in particular flow into the reservoir 24.
  • hydraulic fluid is conveyed from the drive chamber 16 by means of the drive piston 18 as long in the adjusting chamber 86 and in the adjusting 86 by means of the received therein hydraulic fluid of the feed prior to said acting on the adjusting piston 88 pressure, moves with ⁇ means of which the adjusting piston, or in the said position is maintained as long as the piezoelectric actuator 12 is operated or driven, that is actuated.
  • two restrictors 100 and 102 are arranged in the adjustment line 96.
  • the choke 100 may Hyd ⁇ raulik gallkeit from the drive chamber 16 in the adjustment chamber ⁇ be conveyed by means of the piezoelectric actuator 12 86th
  • the chokes 100 and 102 have a respective, through which the hydraulic fluid flow cross-section where ⁇ is less in the flow cross section of the throttle 102 as the flow cross-section of the throttle 100th
  • the check valve is designed as a variable check valve.
  • the choke 102 is fluidly disposed in parallel to the adjusting chamber 86 and the adjuster piston 88 ddlingswei ⁇ se connected.
  • the adjustment piston rod 94 is retracted into the adjustment chamber 92.
  • the spring element 82 is relaxed, in particular elongated, whereby, for example, the opening ⁇ pressure and thus the opening force can be reduced.
  • the respective adjustment chamber 86 or 92 acts as a hydraulic biasing chamber, by means of which the
  • Bias of the spring element 82 can be adjusted. For example, the higher the pressure in the adjustment chamber 86, the more the adjustment piston 88 is deflected, and the more the spring member 82 is cocked and the higher the opening pressure and the opening force, respectively.
  • a sixth non-return valve 98 in the adjusting pipe 96 is arranged which is however only optional and can be omitted seen ⁇ and chamber in the direction of the presetter 86 or 92 opens and closes in the direction of the operation chamber at ⁇ sixteenth This allows hydraulic fluid from the drive chamber 16 via the adjustment line 96 and the check valve 98 to flow into the adjustment chamber 86, wherein an undesirable flow of hydraulic fluid from the respective adjustment chamber 86 and 92 via the check valve 98 into the drive chamber 16 by means of the check valve 98 is prevented.
  • the throttle 100 is arranged fluidically serially to the adjustment chamber 86, wherein the throttle 102 fluidly serially to Dros ⁇ sel 100 and fluidly parallel to the adjustment chamber 86 angeord ⁇ net is.
  • the variable check valve 80 thus acts like a human muscle, which relaxes when it is no longer supplied with energy. So it is with the check valve 80. If no energy is applied to maintain the pressure in the adjustment chamber 86 and to keep the adjustment piston 88 in position, no energy is applied to keep the spring element 82 taut, so that the spring element 82 relaxes.
  • the piezo-hydraulic actuator 10 may be verhal ⁇ th as a soft actuator, in particular when the signal for driving the piezoelectric actuator 12 has a con ⁇ constant electrical voltage only during a short period of time, which is translated to a relatively clotting ⁇ opening pressure.
  • the piez- ohydraulische actuator 10 may, in particular, when the opening ⁇ pressure is high, as a particularly stiff actuator act of the output member can ⁇ move counterforce also against a particularly high Ge or in which a high counter force to the output member or on the output piston 38 and 50 must be applied to the Ab ⁇ drive piston 38 and 50 to move such that it comes to a reduction in volume of the output chambers 34 and 46.
  • a reduction in volume of the adjusting chamber 86 and an increase in volume of the adjusting chamber 92, such as the hydraulic liquid ⁇ ness can be removed from the adjusting chamber 86 via the line 104, for example, the hydraulic fluid via the discharge line 78 can flow into the adjusting chamber 92nd
  • the reservoir 24 comprises a reservoir cylinder 106 and a reservoir piston 108 accommodated in the reservoir cylinder 106 in a translationally movable manner, wherein the reservoir cylinder 106 and the reservoir piston 108 a reservoir chamber 110 of the reservoir 24 each partially limited.
  • the Hyd ⁇ raulik gallkeit is accommodated in the reservoir chamber 110 22nd If, for example, at least part of the hydraulic fluid 22 is removed from the reservoir chamber 110, the volume of the reservoir chamber 110 is reduced, as a result of which the reservoir piston 108 is moved in translation relative to the reservoir cylinder 106 by a distance or by a distance s res .
  • the piezoelectric actuator 12 is driven, for example, during a period of time ⁇ rend which the PWM signal has an at least substantially constant electrical voltage.
  • This time span is also referred to as duration, duration or duty cycle.
  • a low duty cycle that is, a short duration
  • the piezohydraulic actuator 10 as a softening actuator
  • a high duty cycle that is a long duration
  • the piezohydraulic actuator 10 thus there is a dependence between the duty
  • the spring element 82 is always soft or not pretensioned, for example.
  • the spring element 82 is initially pretensioned.
  • the throttle 100 has the function that upon actuation of the piezoactuator 12 and thereby effected flow of hydraulic fluid, which is to flow through the check valve 76 to the drives 32 and 44, a small portion of the flow of hydraulic fluid through the throttle 100 into the adjustment chamber 86 flows to bias the Fe ⁇ derelement 82 or to keep biased.
  • variable impedance of the actuator 10 is now realized, for example, by the variable and demand-adjustable bias of the spring element 82.
  • the above Depending ⁇ ness between the duty cycle and the variable impedance is now, for example, in which: If the duty cycle short, it is at least almost all, for example as oil-trained via the check valve 76 to the drives pumped 32 and 44th However, the following results from a long or longer duty cycle: After the check valve 76 has opened, prevails in the drive ⁇ chamber 16 in particular effected by the drive piston 18 and the long duty cycle residual pressure, so that hydraulic fluid, in particular one compared to the short Duty Cycle larger amount of hydraulic fluid, flows through the throttle 100 in the adjustment chamber 86.
  • the piezo-hydraulic actuator 10 is an actuator unit represents, wherein by adjusting the frequency of the ersignal also called that can be triggered PWM signal, the actuator respect ⁇ Lich their speed / power working point demand-right can be set, wherein over said duty cycle, the actuator rela ⁇ hung as compliance can be adjusted in terms of their impedance.

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Abstract

Piezohydraulischer Aktor und Verfahren zum Betreiben eines solchen piezohydraulischen Aktors Die Erfindung betrifft einen piezohydraulischen Aktor (10), mit wenigstens einem Piezoaktor (12), mit wenigstens einem Antrieb (14), und mit wenigstens zwei hydraulisch mit dem Antrieb (14) gekoppelten und mechanische miteinander gekoppelten Abtrieben (32, 44), sodass auf besonders vorteilhafte und einfache Weise zwischen wenigstens zwei Betriebsmodi des Aktors (10) umgeschaltet werden kann.

Description

Beschreibung
Piezohydraulischer Aktor und Verfahren zum Betreiben eines solchen piezohydraulischen Aktors
Die Erfindung betrifft einen piezohydraulischen Aktor, sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen piezohydraulischen Aktors . Aktoren, welche üblicherweise auch als Stellglieder bezeichnet werden, sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bereits hinlänglich bekannt und werden üblicherweise genutzt, um Signale, insbesondere elektrische Signale, in eine mecha¬ nische Bewegung und/oder wenigstens eine andere physikalische Größe umzuwandeln, um dadurch beispielsweise wenigstens einen Prozess mittels des jeweiligen Aktors aktiv beeinflussen zu können. Beispielsweise kommen Aktoren in Fahrzeugen zum Einsatz, um mittels der Aktoren jeweilige Stellelemente wie bei¬ spielsweise Klappen oder Ventile zu bewegen. Ferner kann bei- spielsweise ein Aktor verwendet werden, um wenigstens ein Werkzeug einer Werkzeugmaschine auszuwerfen.
Insbesondere vier Eigenschaften eines Aktors sind dabei von besonderer Bedeutung: Kraft, Auslenkung, Geschwindigkeit und Bauraum. Bei einer Vielzahl von Aktoranwendungen existieren unterschiedliche Arbeitspunkte, in denen entweder eine hohe Kraft oder eine hohe Geschwindigkeit des Aktors wünschenswert beziehungsweise erforderlich ist. Bei dem zuvor genannten Aktor zum Auswerfen eines Werkzeugs bei einer Werkzeugmaschine besteht beispielsweise zum einen die Anforderung, dass der
Aktor beziehungsweise wenigstens ein Abtriebselement des Ak¬ tors einen Weg von einer Ausgangsstellung bis zum Kontakt mit dem auszuwerfenden Werkzeug mit einer hohen Geschwindigkeit zurücklegen, wobei keine besonders hohen Kräfte erforderlich sind. Dabei wird das Werkzeug mittels des Abtriebselements ausgeworfen. Sobald der Aktor beziehungsweise das Abtrieb¬ selement Kontakt mit dem auszuwerfenden Fahrzeug hat, besteht im Gegensatz zu der zuvor genannten Anforderung die Anforde- rung, dass hohe Kräfte von dem Aktor beziehungsweise von dem Abtriebselement bereitgestellt werden sollten, um das Werk¬ zeug ausstoßen und somit auswerfen zu können. Dabei ist je¬ doch keine hohe Geschwindigkeit erforderlich, da ein zum ei- gentlichen Auswerfen erforderlicher Weg beziehungsweise eine zum Auswerfen erforderliche Auslenkung des Aktors, insbesondere des Abtriebselements, nur sehr gering ist. Somit ergeben sich für den Aktor wenigstens zwei voneinander unterschiedli¬ che, wünschenswerte beziehungsweise erforderliche Modi: Ein erster der Modi ist ein Geschwindigkeitsmodus, in welchem beispielsweise das Abtriebselement schnell und mit einer nur geringen Kraft bis zum Kontakt mit dem Werkzeug bewegt wird. Der zweite Modus ist ein Kraftmodus, in welchem das Abtrieb¬ selement zwar mit einer hohen Kraft, jedoch über einen nur geringen Weg beziehungsweise langsam bewegt wird, um bei¬ spielsweise das Werkzeug schließlich auszuwerfen. Eine solche Aktoranwendung mit den beschriebenen Modi findet auch in der Robotik immer öfter Verwendung. Dabei werden beispielsweise Objekte unterschiedlicher Festig¬ keit von einem Roboter gegriffen, wozu wenigstens ein Aktor verwendet wird. Der Roboter wird beispielsweise verwendet, um wenigstens einen Menschen bei dessen Aufgabe entlang einer Fertigungslinie zu unterstützen. Dabei ist es wünschenswert, dass der Roboter möglichst sowohl zerbrechliche beziehungs¬ weise filigrane als auch feste und gegebenenfalls schwere Ob¬ jekte greifen und insbesondere bewegen kann. Dies erfordert eine hohe Flexibilität in Form einer anpassbaren Impedanz des Aktors, welcher beispielsweise Bestandteil eines Greif- be- ziehungsweise Aktorsystems des Roboters ist. Mittels des
Greif- beziehungsweise Aktorsystems kann der Roboter entspre¬ chend Objekte greifen und insbesondere im Raum umherbewegen. Das gleiche Greifsystem sollte dabei sowohl die Möglichkeit haben, sich als ein relativ weiches System darzustellen, um zum Beispiel feinfühlige Aufgaben zu erledigen, als auch die Möglichkeit haben, sich als ein System mit hoher Steifigkeit zu verhalten, um dadurch beispielsweise hohe Kräfte bereit¬ stellen zu können, mittels welchen auch steife beziehungswei- se schwere und große Objekte gegriffen und gegebenenfalls be¬ wegt werden können.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Aktor und ein Verfahren zu schaffen, mittels welchen die oben genannten Modi auf besonders vorteilhafte Weise realisierbar sind .
Diese Aufgabe wird durch einen piezohydraulischen Aktor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen piezohydraulischen Aktors mit den Merkmalen des Patentanspruchs 14 gelöst. Vorteilhafte Ausge¬ staltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft einen piezohydrau¬ lischen Aktor, mit wenigstens einem Piezoaktor und mit wenigstens einem Antrieb, welcher eine mit einer Hydraulikflüs¬ sigkeit versorgbare Antriebskammer und ein die Antriebskammer teilweise begrenzendes und von dem Piezoaktor antreibbares und dadurch bewegbares Antriebskolbenelement aufweist. Mit¬ tels des Antriebskolbenelements ist durch Antreiben des An¬ triebskolbenelements zumindest ein Teil der Hydraulikflüssig¬ keit aus der Antriebskammer zu fördern. Mit anderen Worten, wird das Antriebskolbenelement mittels des Piezoaktors ange¬ trieben und dadurch bewegt, so wird zumindest ein Teil der zunächst in der Antriebskammer aufgenommenen Hydraulikflüssigkeit aus der Antriebskammer mittels des Antriebskolbenele¬ ments herausgefördert.
Der piezohydraulische Aktor umfasst ferner wenigstens einen ersten Abtrieb, welcher eine erste Abtriebskammer und einen die erste Abtriebskammer teilweise begrenzendes erstes Ab¬ triebskolbenelement aufweist. In die erste Abtriebskammer ist zumindest ein Teil der aus der Antriebskammer geförderten Hydraulikflüssigkeit einleitbar. Das erste Abtriebskolben¬ element weist eine hydraulisch wirksame erste Abtriebsfläche auf, welche mit der in die erste Abtriebskammer eingeleiteten Hydraulikflüssigkeit beaufschlagbar ist. Durch dieses Beauf¬ schlagen der ersten Abtriebsfläche mit der in die erste Ab¬ triebskammer eingeleiteten Hydraulikflüssigkeit ist das erste Abtriebskolbenelement antreibbar und somit, insbesondere translatorisch, bewegbar.
Der piezohydraulische Aktor weist ferner wenigstens einen zweiten Abtrieb auf, welcher eine zweite Abtriebskammer und ein die zweite Abtriebskammer teilweise begrenzendes zweites Abtriebskolbenelement aufweist. In die zweite Abtriebskammer ist zumindest ein Teil der aus der Antriebskammer geförderten Hydraulikflüssigkeit einleitbar. Das zweite Abtriebskolben¬ element weist eine hydraulisch wirksame zweite Abtriebsfläche auf, welche mit der in die zweite Abtriebskammer eingeleite- ten Hydraulikflüssigkeit beaufschlagbar ist. Dabei sind die Abtriebsflächen unterschiedlich groß. Mit anderen Worten ist die zweite Abtriebsfläche größer oder kleiner als die erste Abtriebsfläche. Das zweite Abtriebskolbenelement ist durch Beaufschlagen der zweiten Abtriebsfläche mit der in die zwei- te Abtriebskammer eingeleiteten Hydraulikflüssigkeit antreib¬ bar. Mit anderen Worten, wird die Hydraulikflüssigkeit in die erste Abtriebskammer eingeleitet, so wird die erste Abtriebs¬ fläche mit der in die erste Abtriebskammer eingeleiteten Hydraulikflüssigkeit beaufschlagt, wodurch das erste Abtriebs- kolbenelement angetrieben und somit, insbesondere trans¬ latorisch, bewegt wird. Wird die Hydraulikflüssigkeit in die zweite Abtriebskammer eingeleitet, so wird die zweite Ab¬ triebsfläche mit der in die zweite Abtriebskammer eingeleite¬ ten Hydraulikflüssigkeit beaufschlagt, wodurch das zweite Ab- triebskolbenelement angetrieben und, insbesondere trans¬ latorisch, bewegt wird. Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Abtriebskammern beziehungsweise die Abtriebskolbenelemente fluidisch parallel zueinander angeordnet beziehungs¬ weise geschaltet sind.
Außerdem weist der piezohydraulische Aktor eine Koppelein¬ richtung auf, mittels welcher die Abtriebskolbenelemente me¬ chanisch miteinander gekoppelt sind. Dies bedeutet, dass die Abtriebskolbenelemente über die Koppeleinrichtung nicht etwa pneumatisch oder elektrisch oder hydraulisch miteinander gekoppelt sind, sondern die Abtriebskolbenelemente sind über die Koppeleinrichtung mechanisch miteinander gekoppelt, wobei beispielsweise die Koppeleinrichtung sowohl mit dem ersten Abtriebskolbenelement als auch mit dem zweiten Abtriebs¬ kolbenelement mechanisch gekoppelt beziehungsweise verbunden ist. Durch diese mechanische Kopplung der Abtriebskolbenelemente bewegen sich diese beispielsweise gleichzeitig be- ziehungsweise synchron. Wird somit beispielsweise das erste Abtriebskolbenelement auf die beschriebene Weise angetrieben und, insbesondere translatorisch, bewegt, so wird das zweite Abtriebskolbenelement dadurch, dass das zweite Abtriebs¬ kolbenelement über die Koppeleinrichtung mechanisch mit dem ersten Abtriebskolbenelement gekoppelt beziehungsweise ver¬ bunden ist, mit dem ersten Abtriebskolbenelement mitbewegt. Wird beispielsweise umgekehrt das zweite Abtriebskolben¬ element auf die beschriebene Weise angetrieben und, insbeson¬ dere translatorisch, bewegt, so wird das erste Abtriebs- kolbenelement dadurch, dass das erste Abtriebskolbenelement über die Koppeleinrichtung mechanisch mit dem zweiten Abtriebskolbenelement gekoppelt beziehungsweise verbunden ist, mit dem zweiten Abtriebskolbenelement mitbewegt. Mit anderen Worten bewegt das erste Abtriebskolbenelement über die Koppe- leinrichtung das zweite Abtriebskolbenelement beziehungsweise das zweite Abtriebskolbenelement bewegt über die Koppelein¬ richtung das erste Abtriebskolbenelement.
Mittels des erfindungsgemäßen piezoelektrischen Aktors können auf besonders vorteilhafte Weise wenigstens zwei voneinander unterschiedliche Modi des piezoelektrischen Aktors realisiert werden. Ein erster der Modi ist beispielsweise ein Geschwindigkeitsmodus, in welchem das erste Abtriebskolbenelement insbesondere dann, wenn die zweite Abtriebsfläche größer als die erste Abtriebsfläche ist, besonders schnell beziehungs¬ weise mit einer hohen ersten Geschwindigkeit, jedoch mit ei¬ ner nur geringen ersten Kraft bewegt werden kann. Der zweite Modus ist ein Kraftmodus, in welchem beispielsweise insbeson- dere dann, wenn die zweite Abtriebsfläche größer als die ers¬ te Abtriebsfläche ist, das zweite Abtriebskolbenelement mit einer gegenüber der ersten Geschwindigkeit geringeren zweiten Geschwindigkeit, jedoch mit einer gegenüber der ersten Kraft höheren zweiten Kraft bewegt werden kann. Somit ist es bei¬ spielsweise möglich, wenigstens ein Abtriebselement des Ak¬ tors in dem Geschwindigkeitsmodus mittels des ersten Ab¬ triebskolbenelements mit einer hohen ersten Geschwindigkeit, jedoch mit einer nur geringen ersten Kraft zu bewegen. In dem Kraftmodus kann das Abtriebselement beispielsweise mittels des zweiten Abtriebskolbenelements mit einer gegenüber der ersten Geschwindigkeit geringeren zweiten Geschwindigkeit, jedoch mit einer gegenüber der ersten Kraft höheren zweiten Kraft bewegt werden. Da dabei die Abtriebskolbenelemente me¬ chanisch miteinander gekoppelt sind, kann besonders vorteil¬ haft, insbesondere sanft beziehungsweise ruckfrei und/oder selbstständig oder automatisch, von einem der Modi in den jeweils anderen Modus umgeschaltet werden und umgekehrt.
Kommt somit beispielsweise der erfindungsgemäße piezohy- draulische Aktor in einer Werkzeugmaschine zum Einsatz, um mittels des piezohydraulischen Aktors ein Werkzeug auszuwerfen, indem beispielsweise das Werkzeug mittels des zuvor ge¬ nannten Abtriebselements ausgeworfen wird, indem das Ab¬ triebselement mittels des piezohydraulischen Aktors angetrie¬ ben wird, so kann beispielsweise das Abtriebselement ausge¬ hend von einer Ausgangsstellung mittels des ersten Abtriebskolbenelements in dem Geschwindigkeitsmodus mit einer beson¬ ders hohen ersten Geschwindigkeit und mit einer geringen ers¬ ten Kraft bewegt werden, bis das Abtriebselement in zumindest mittelbaren, insbesondere direkten, Kontakt mit dem auszuwerfenden Werkzeug kommt. Ab dem Kontakt des Abtriebselements mit dem auszuwerfenden Werkzeug kann dann beispielsweise das Abtriebselement mittels des zweiten Abtriebskolbenelements in dem Kraftmodus mit einer gegenüber der ersten Geschwindigkeit geringeren zweiten Geschwindigkeit und mit einer gegenüber der ersten Kraft höheren zweiten Kraft weiterbewegt werden, um schließlich mittels des Abtriebselements das Werkzeug aus¬ zuwerfen .
Ferner kann der erfindungsgemäße piezohydraulische Aktor be- sonders gut in einem Roboter, insbesondere in einem Greifsys¬ tem des Roboters, zum Einsatz kommen, um mittels des
Greifsystems sowohl filigrane beziehungsweise zerbrechliche Objekte, insbesondere in dem Geschwindigkeitsmodus, als auch demgegenüber stabilere und schwerere Objekte, insbesondere ein dem Kraftmodus, sicher und fest greifen zu können. Filigrane beziehungsweise zerbrechliche Objekte werden beispiels¬ weise mithilfe des ersten Abtriebskolbenelements und somit mit einer nur geringen Kraft gegriffen und bewegt, wobei bei¬ spielsweise schwere beziehungsweise stabile Objekte mittels des zweiten Abtriebskolbenelements und somit mit einer großen Kraft gegriffen und bewegt werden können. Somit kann mittels des piezohydraulischen Aktors ein Zielkonflikt zwischen der Realisierung einer schnellen, jedoch kraftarmen Bewegung und der Realisierung einer langsamen, jedoch sehr kräftigen Bewe- gung auf einfache, gewichts- und bauraumgünstige Weise gelöst werden .
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist der piezohydraulische Aktor eine mit der Antriebskammer und mit der ersten Abtriebskammer fluidisch verbundenen erste Versorgungsleitung auf, über welche zumindest der Teil der aus der Antriebskammer geförderten Hydraulikflüssigkeit in die erste Abtriebskammer einleitbar ist. Außerdem weist der piezohydraulische Aktor eine mit der ersten Versorgungsleitung und mit der zweiten Abtriebskammer fluidisch verbundene zweite Versorgungsleitung auf, über welche zumindest der Teil der aus der Antriebskammer geförderten Hydraulikflüssigkeit in die zweite Abtriebskammer einleitbar ist. Des Weiteren weist der piezohydraulische Aktor wenigstens ein in der zweiten Versorgungsleitung angeordnetes erstes Rückschlagventil auf, welches in Richtung der zweiten Abtriebskammer öffnet und in Richtung der ersten Versorgungsleitung schließt. Darunter ist zu verstehen, dass das erste Rückschlagventil öffnet, wenn die Hydraulikflüssigkeit durch die zweite Versorgungsleitung in Richtung der beziehungsweise in die zweite Abtriebskammer strömt. Das erste Rückschlagventil verhindert jedoch eine un¬ erwünschte Strömung der Hydraulikflüssigkeit durch die zweite Versorgungsleitung in Richtung der beziehungsweise in die erste Versorgungsleitung.
Steht beispielsweise dem ersten Abtriebskolbenelement bezie¬ hungsweise der Bewegung des ersten Abtriebskolbenelements ei- ne entsprechend große Gegenkraft entgegen, sodass beispiels¬ weise ein mittels des Piezoaktors beziehungsweise mittels des Antriebskolbenelements bewirkter Druck der Hydraulikflüssig¬ keit nicht ausreicht, um das ersten Abtriebskolbenelement entgegen der Gegenkraft anzutreiben und somit zu bewegen be- ziehungsweise sodass das erste Abtriebskolbenelement nur ge¬ ringfügig bewegt werden kann, so steigt beispielsweise der Druck der Hydraulikflüssigkeit an, insbesondere so lange, bis beispielsweise das erste Rückschlagventil die zweite Versor¬ gungsleitung freigibt, sodass die Hydraulikflüssigkeit durch die zweite Versorgungsleitung hindurch in die zweite Abtriebskammer strömen kann. Dann wird das zweite Abtriebskolbenelement angetrieben beziehungsweise bewegt. Auf diese Weise kann besonders einfach und insbesondere selbsttätig be¬ ziehungsweise automatisch zwischen den genannten Modi umge- schaltet und dabei insbesondere von dem Geschwindigkeitsmodus in den Kraftmodus umgeschaltet werden.
Die genannte Gegenkraft wirkt beispielsweise dann auf das ersten Abtriebskolbenelement und steht somit dann dem ersten Abtriebskolbenelement beziehungsweise dessen Bewegung entge¬ gen, wenn das Abtriebselement, welches beispielsweise ein¬ stückig mit dem jeweiligen Abtriebskolbenelement ausgebildet beziehungsweise mit dem jeweiligen Abtriebskolbenelement, insbesondere mechanisch, gekoppelt sein kann, in Kontakt mit dem auszuwerfenden Werkzeug kommt beziehungsweise steht. So¬ mit kann das Abtriebselement mittels des Geschwindigkeitsmo¬ dus schnell und kraftarm in Kontakt mit dem Werkzeug bewegt und ab dann mittels des Kraftmodus langsam und kraftvoll wei¬ terbewegt werden.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass der piezohydraulische Aktor wenigstens eine mit der Antriebs¬ kammer fluidisch verbundene dritte Versorgungsleitung aufweist, über welche die Hydraulikflüssigkeit aus einem Reser¬ voir in die Antriebskammer einleitbar ist. Das Reservoir ist beispielsweise Bestandteil des piezohydraulischen Aktors. Ferner weist der piezohydraulische Aktor ein in der dritten Versorgungsleitung angeordnetes zweites Rückschlagventil auf, welches in Richtung der Antriebskammer öffnet und in Richtung des Reservoirs schließt. Dadurch kann beispielsweise die Hyd¬ raulikflüssigkeit durch die dritte Versorgungsleitung in die Antriebskammer strömen, wobei mittels des zweiten Rückschlagventils eine unerwünschte Strömung der Hydraulikflüssigkeit aus der Antriebskammer durch die dritte Versorgungsleitung in das Reservoir vermieden wird.
Wird beispielsweise der Piezoaktor angesteuert, insbesondere bestromt, das heißt mit Strom versorgt, so dehnt sich bei¬ spielsweise wenigstens ein Piezoelement , insbesondere ein mehrere Piezoelemente umfassender Piezostapel, des Piezoak- tors aus, wodurch beispielsweise eine Volumenverkleinerung der Antriebskammer bewirkt wird. Hierdurch wird zumindest ein Teil der Hydraulikflüssigkeit aus der Antriebskammer heraus¬ gefördert. Wird die Ansteuerung beziehungsweise Bestromung des Aktors beendet, so zieht sich der Piezoaktor beziehungs¬ weise das Piezoelement oder der Piezostapel beispielsweise zusammen, was mit einer Volumenvergrößerung der Antriebskammer einhergeht. Um einen übermäßigen beziehungsweise uner¬ wünschten, aus der Volumenvergrößerung der Antriebskammer resultierenden Unterdruck in der Antriebskammer zu vermeiden, kann bei der Volumenvergrößerung der Antriebskammer Hydraulikflüssigkeit aus dem Reservoir über die dritte Versorgungs¬ leitung und das zweite Rückschlagventil nachströmen und ins¬ besondere in die Antriebskammer einströmen. Beim Herausfördern der Hydraulikflüssigkeit aus der Antriebs¬ kammer verhindert das zweite Rückschlagventil, dass die Hyd¬ raulikflüssigkeit unerwünschterweise über die dritte Versor¬ gungsleitung zurück in das Reservoir strömt. Dadurch kann ei- ne bedarfsgerechte Strömung der Hydraulikflüssigkeit auf be¬ sonders einfache und somit gewichts- und kostengünstige Weise gewährleistet werden. Durch entsprechendes Hin- und Herbe¬ wegen des Antriebskolbenelements kann somit Hydraulikflüssig¬ keit sukzessive über die dritte Versorgungsleitung aus dem Reservoir in die Antriebskammer eingesaugt sowie Hydraulikflüssigkeit aus der Antriebskammer zu dem jeweiligen Abtriebskolbenelement gefördert werden, um dadurch eine be¬ darfsgerechte Bewegung des jeweiligen Abtriebskolbenelements und somit des genannten Abtriebselements realisieren zu kön- nen.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist der piezohydraulische Aktor wenigstens eine mit der zweiten Abtriebskammer fluidisch verbundene vierte Ver- sorgungsleitung auf, über welche Hydraulikflüssigkeit aus ei¬ nem Reservoir, insbesondere aus dem zuvor genannten Reservoir, unter Umgehen der ersten Versorgungsleitung und der zweiten Versorgungsleitung in die zweite Abtriebskammer einleitbar ist. Dies bedeutet, dass die vierte Versorgungslei- tung die erste Versorgungsleitung und die zweite Versorgungs¬ leitung umgeht beziehungsweise die die vierte Versorgungslei¬ tung durchströmende Hydraulikflüssigkeit umgeht die erste Versorgungsleitung und die zweite Versorgungsleitung und strömt somit nicht durch die erste Versorgungsleitung oder durch die zweite Versorgungsleitung. Somit kann der zweiten
Abtriebskammer Hydraulikflüssigkeit unabhängig von der ersten Versorgungsleitung und unabhängig von der zweiten Versorgungsleitung aus dem Reservoir zugeführt werden. Dabei weist der piezohydraulische Aktor ferner ein in der vierten Versorgungsleitung angeordnetes drittes Rückschlag¬ ventil auf, welches in Richtung der zweiten Abtriebskammer öffnet und in Richtung des Reservoirs schließt. Steht bei- spielsweise dem ersten Abtriebskolbenelement die zuvor ge¬ nannte Gegenkraft nicht entgegen beziehungsweise steht dem ersten Abtriebskolbenelement eine nur sehr geringe Gegenkraft entgegen, sodass die Hydraulikflüssigkeit nicht die zweite Versorgungsleitung durchströmen und demzufolge nicht über die zweite Versorgungsleitung in die zweite Abtriebskammer einströmen kann, da beispielsweise das in der zweiten Versorgungsleitung angeordnete erste Rückschlagventil noch nicht öffnet beziehungsweise noch geschlossen ist und somit eine Strömung der Hydraulikflüssigkeit durch die zweite Versor¬ gungsleitung zu der beziehungsweise in die zweite Abtriebs¬ kammer verhindert, so wird das zweite Abtriebskolbenelement über die Kopplungseinrichtung mittels des ersten Abtriebskolbenelements bewegt beziehungsweise mit dem ersten Ab- triebskolbenelement mitbewegt, ohne dass Hydraulikflüssigkeit über die zweite Versorgungsleitung in die zweite Abtriebs¬ kammer einströmen kann. Dadurch, dass das zweite Abtriebskolbenelement mit dem ersten Abtriebskolbenelement mitbewegt wird, wird jedoch eine Volumenvergrößerung der zweiten Ab- triebskammer bewirkt. Um dabei die Entstehung eines unerwünschten beziehungsweise übermäßigen Unterdrucks in der zweiten Abtriebskammer auf besonders einfache Weise zu ver¬ meiden, kann nun Hydraulikflüssigkeit nicht etwa über die erste Versorgungsleitung oder die zweite Versorgungsleitung, sondern über die vierte Versorgungsleitung und das dritte
Rückschlagventil in die zweite Abtriebskammer einströmen be¬ ziehungsweise eingesaugt werden.
Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die zweite Versorgungsleitung an einer Verbindungsstelle mit der ersten Versorgungsleitung fluidisch verbunden ist, wobei in der ersten Versorgungsleitung stromauf der Verbindungsstelle ein viertes Rückschlagventil angeordnet ist, welches in Richtung der Verbindungsstelle öffnet und in Richtung der Antriebskammer schließt. Mit anderen Worten ist das vierte Rückschlagventil bezogen auf eine Strömungsrichtung des von der Antriebskammer zur ersten Abtriebskammer durch die erste Versorgungsleitung strömenden Hydraulikflüssigkeit stromauf der Verbindungsstelle angeordnet, wobei das vierte Rück¬ schlagventil eine Strömung der Hydraulikflüssigkeit von der Antriebskammer durch die erste Versorgungsleitung in Richtung der beziehungsweise in die erste Abtriebskammer zulässt, da das vierte Rückschlagventil entsprechend öffnet. Jedoch kann mittels des vierten Rückschlagventils eine unerwünschte Strö¬ mung der Hydraulikflüssigkeit von der Verbindungsstelle und somit beispielsweise von der ersten Abtriebskammer in die Antriebskammer vermieden werden. Hierdurch kann eine bedarfsge- rechte Strömung der Hydraulikflüssigkeit auf einfache und kostengünstige Weise gewährleistet werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist der piezohy- draulische Aktor wenigstens eine mit zumindest einer der Ab- triebskammern fluidisch verbundene Abführleitung auf, über welche zumindest ein Teil der Hydraulikflüssigkeit aus der zumindest einen Abtriebskammer abführbar und zu einem Reservoir, insbesondere zu dem zuvor genannten Reservoir, zu leiten ist. Alternativ oder zusätzlich ist die Abführleitung mit der ersten Versorgungsleitung und/oder mit der zweiten Versorgungsleitung und/oder mit der dritten Versorgungsleitung fluidisch verbunden, sodass beispielsweise zumindest ein Teil der Hydraulikflüssigkeit aus der ersten Versorgungsleitung und/oder aus der zweiten Versorgungsleitung und/oder aus der dritten Versorgungsleitung abführbar und zu dem genannten Reservoir zu leiten ist. Dabei weist der piezohydraulische Ak¬ tor ferner ein in der Abführleitung angeordnetes fünftes Rückschlagventil auf, welches in Richtung des Reservoirs öff¬ net und in Richtung der zumindest einen Abtriebskammer bezie- hungsweise in Richtung der jeweiligen Versorgungsleitung, mit der die Abführleitung gegebenenfalls fluidisch verbunden ist, schließt. Wirkt beispielsweise eine solche Gegenkraft auf zu¬ mindest einen der Abtriebskolben, dass mittels der Gegenkraft eine Volumenverkleinerung der jeweiligen Abtriebskammer be- wirkt wird, so kann zumindest ein Teil der zunächst in der jeweiligen Abtriebskammer aufgenommenen Hydraulikflüssigkeit über die Abführleitung aus der jeweiligen Abtriebskammer abgeführt werden, ohne dass es zu einer Beschädigung des piez- ohydraulischen Aktors kommt. Ist die zuvor genannte, dem je¬ weiligen Abtriebskolbenelement beziehungsweise dessen Bewe¬ gung entgegenstehende Gegenkraft so groß, dass mittels des Piezoaktors beziehungsweise mittels eines durch den Piezoak- tor bewirkbaren Drucks der Hydraulikflüssigkeit keine solche Bewegung des jeweiligen Abtriebskolbenelements bewirkt werden kann, dass es zu einer Volumenvergrößerung der jeweiligen Abtriebskammer kommt, so kann beispielsweise Hydraulikflüssig¬ keit aus der jeweiligen Versorgungsleitung über die Abführ- leitung abgeführt und insbesondere zu dem beziehungsweise in das Reservoir geleitet werden, ohne dass es zu einer Beschä¬ digung des piezohydraulischen Aktors kommt. Dadurch können Beschädigungen des piezohydraulischen Aktors auf einfache und kostengünstige Weise vermieden werden.
Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn ei¬ ne Öffnungskraft, welche das fünfte Rückschlagventil öffnet, einstellbar ist. Die Öffnungskraft korrespondiert mit einem Öffnungsdruck der Hydraulikflüssigkeit. Wird beispielsweise mittels des Antriebskolbenelements und/oder mittels wenigs¬ tens eines der Abtriebskolbenelemente eine solche Strömung der Hydraulikflüssigkeit bewirkt, dass die Strömung der Hyd¬ raulikflüssigkeit in der Abführleitung in Richtung des Reservoirs gerichtet ist, so öffnet das fünfte Rückschlagventil dann, wenn die Hydraulikflüssigkeit in der Abführleitung den Öffnungsdruck beziehungsweise überschreitet erreicht. Da die Öffnungskraft einstellbar ist, kann der Öffnungsdruck, ab dem das fünfte Rückschlagventil die Strömung der Hydraulikflüs¬ sigkeit durch die Abführleitung in Richtung des Reservoirs freigibt, bedarfsgerecht eingestellt werden.
Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn das fünfte Rückschlagventil ein Federelement aufweist, dessen Vorspannung einstellbar ist, um dadurch die Öffnungskraft einzustellen. Dadurch kann die Öffnungskraft besonders be¬ darfsgerecht und auf besonders einfache und kostengünstige Weise eingestellt werden. In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist dem Federelement des fünften Rückschlagventils ein Einstellele¬ ment zugeordnet, welches wenigstens eine Einstellkammer auf¬ weist. In die Einstellkammer ist zumindest ein Teil der aus der Antriebskammer geförderten Hydraulikflüssigkeit einleit¬ bar. Ferner weist das Einstellelement ein die Einstellkammer teilweise begrenzendes Einstellkolbenelement auf, welches mittels der in die Einstellkammer eingeleiteten Hydraulikflüssigkeit bewegbar ist, wodurch die Vorspannung des Fe- derelements einstellbar ist. Das Einstellkolbenelement ist beispielsweise zumindest mittelbar mit dem Federelement ge¬ koppelt beziehungsweise koppelbar, sodass durch Bewegen des Einstellkolbenelements das Federelement gespannt beziehungs¬ weise entspannt werden kann. Hierdurch kann die Vorspannung des Federelements auf besonders einfache Weise bedarfsgerecht und insbesondere selbsttätig beziehungsweise automatisch ein¬ gestellt werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der piezohydraulische Aktor wenigstens eine mit der Einstellkam- mer und mit der Antriebskammer fluidisch verbundene Einstellleitung auf, über welche zumindest der Teil der Hydraulikflüssigkeit in die Einstellkammer einleitbar ist.
Vorzugsweise ist in der Einstellleitung ein sechstes Rück- schlagventil angeordnet, welches in Richtung der Einstellkam¬ mer öffnet und in Richtung der Antriebskammer schließt.
Dadurch lässt beispielsweise das sechste Rückschlagventil ei¬ ne Strömung der Hydraulikflüssigkeit aus der Antriebskammer durch die Einstellleitung in Richtung der beziehungsweise in die Einstellkammer zu. Ferner kann mittels des sechsten Rückschlagventils eine unerwünschte Strömung der Hydraulikflüs¬ sigkeit aus der Einstellkammer durch die Einstellleitung in die Antriebskammer auf einfache Weise vermieden werden. Um die Vorspannung des Federelements und somit den Öffnungs¬ druck beziehungsweise die Öffnungskraft besonders bedarfsge¬ recht sowie auf einfache Weise einstellen zu können, ist in der Einstellleitung wenigstens eine von der Hydraulikflüssig- keit durchströmbare Drossel angeordnet, über welche zumindest der Teil der Hydraulikflüssigkeit in die Einstellkammer ein¬ leitbar ist. Schließlich hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn eine von der Hydraulikflüssigkeit durchströmbare zweite Drossel vorgesehen ist, welche fluidisch seriell zur ersten Drossel und fluidisch parallel zum Einstellkolbenelement an¬ geordnet ist. Bei einer mittels des Piezoaktors und des An- triebskolbenelements bewirkten Strömung der Hydraulikflüssig¬ keit aus der Antriebskammer durch die Einstellleitung und durch die erste Drossel hindurch strömt ein erster Teil der Strömung in die Einstellkammer und somit nicht durch die zweite Drossel, und ein zweiter Teil der Strömung fließt pa- rallel beziehungsweise gleichzeitig durch die zweite Drossel und somit nicht in die Einstellkammer.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines piezohydraulischen Aktors, insbesondere eines erfindungsgemäßen piezohydraulischen Aktors. Der piezohydraulische Aktor umfasst dabei wenigstens einen Piezoaktor und wenigstens einen Antrieb, welcher eine mit einer Hydraulikflüssigkeit versorgbare Antriebskammer und ein die Antriebs¬ kammer teilweise begrenzendes und von dem Piezoaktor antreib- bares und dadurch, insbesondere translatorisch, bewegbares
Antriebskolbenelement aufweist, mittels welchem durch Antrei¬ ben des Antriebskolbenelements zumindest ein Teil der Hydrau¬ likflüssigkeit aus der Antriebskammer zu fördern ist bezie¬ hungsweise gefördert wird.
Der piezohydraulische Aktor weist ferner wenigstens einen ersten Abtrieb auf, welcher eine erste Abtriebskammer, in welche zumindest einen Teil der aus der Antriebskammer geförderten Hydraulikflüssigkeit einleitbar ist, und einen die erste Abtriebskammer teilweise begrenzendes erstes Abtriebs¬ kolbenelement aufweist, welches eine mit der in die erste Ab¬ triebskammer eingeleiteten Hydraulikflüssigkeit beauf¬ schlagbare, hydraulisch wirksame erste Abtriebsfläche auf- weist und durch Beaufschlagen der ersten Abtriebsfläche mit der in die erste Abtriebskammer eingeleiteten Hydraulikflüssigkeit antreibbar und dadurch, insbesondere translatorisch, bewegbar ist.
Außerdem umfasst der piezohydraulische Aktor wenigstens einen zweiten Abtrieb, der eine zweite Abtriebskammer, in die zumindest ein Teil der aus der Antriebskammer geförderten Hydraulikflüssigkeit einleitbar ist, und einen die zweite Ab- triebskammer teilweise begrenzendes zweites Abtriebskolben¬ element aufweist, welches eine mit der in die zweite Ab¬ triebskammer eingeleiteten Hydraulikflüssigkeit beaufschlag¬ bare, hydraulisch wirksame und gegenüber der ersten Abtriebsfläche größere oder kleinere zweite Abtriebsfläche aufweist und durch Beaufschlagen der zweiten Abtriebsfläche mit der in die zweite Abtriebskammer eingeleiteten Hydraulikflüssigkeit antreibbar ist. Außerdem umfasst der piezohydraulische Aktor eine Koppeleinrichtung, mittels welcher die Abtriebskolbenelemente mechanisch miteinander gekoppelt sind.
Bei dem Verfahren wird der Piezoaktor mittels wenigstens ei¬ nes elektrischen Signals angesteuert, wodurch das Antriebs¬ kolbenelement mittels des Piezoaktors angetrieben wird. Vor¬ teile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn der Piezoaktor mittels Pulsweitenmodulation (PWM) angesteuert wird. Somit ist das elektrische Signal beispielsweise eine elektrische Spannung in PWM-Form.
Die Antriebskammer, die jeweilige Abtriebskammer und die Einstellkammer werden auch einfach als Kammern bezeichnet. Das Antriebskolbenelement und/oder das jeweilige Abriebskolben¬ element und/oder das Einstellkolbenelement ist beispielsweise ein Kolben, welcher translatorisch bewegbar in einem auch als Zylinder bezeichneten Gehäuse aufgenommen ist, sodass bei- spielsweise das jeweilige Gehäuse und der jeweilige Kolben die jeweilige Kammer jeweils teilweise begrenzen. Der jewei¬ lige Kolben und das jeweilige Gehäuse bilden somit beispiels¬ weise einen Hydraulikzylinder.
Ferner ist es denkbar, dass das Antriebskolbenelement
und/oder das jeweilige Abriebskolbenelement und/oder das Ein¬ stellkolbenelement Bestandteil eines Balgs ist. Der Bestand¬ teil des Balgs ist dabei beispielsweise eine Stirnwand der Balgs, sodass das Antriebskolbenelement und/oder das jeweili¬ ge Abtriebskolbenelement und/oder das Einstellkolbenelement beispielsweise eine, insbesondere axiale, Stirnwand eines Balgs ist. Der jeweilige Balg weist dabei beispielsweise ei¬ nen Mantel beziehungsweise eine Seitenwand auf, wobei die je- weilige Kammer durch die jeweilige Stirnwand und den jeweili¬ gen Mantel des jeweiligen Balgs jeweils teilweise begrenzt ist. Dabei ist beispielsweise die jeweilige Stirnwand mit dem jeweiligen Mantel verbunden, insbesondere einstückig mit dem jeweiligen Mantel ausgebildet.
Beispielsweise ist die jeweilige Stirnwand unter Längenzunah¬ me und Längenverkürzung des jeweiligen Mantels translatorisch hin- und herbewegbar, wie beispielsweise bei einem Feder- o- der Faltenbalg. Dabei weist der Mantel beispielsweise zumin- dest in einem Längenbereich einen gewellten und/oder gezackten beziehungsweise gefalteten oder faltigen Verlauf auf. Beispielsweise wird der Mantel elastisch verformt, wenn die Stirnwand in eine Richtung translatorisch bewegt wird. Ferner ist es denkbar, dass - wenn die beispielsweise einen Kolben bildende Stirnwand translatorisch hin- und herbewegt wird, der Mantel zumindest teilweise auf den Kolben aufgerollt und von dem Kolben abgerollt wird, wie beispielsweise bei einem Federbalg, insbesondere einem Luftfederbalg, oder einem Roll¬ balg. Der Mantel ist beispielsweise aus einem Kunststoff oder aus einem metallischen Werkstoff gebildet. Insbesondere kann der Mantel aus einem elastisch verformbaren Werkstoff, insbesondere aus Gummi, gebildet sein. Ferner kann der Mantel fle¬ xibel beziehungsweise biegeschlaff, das heißt formlabil sein. Das jeweilige Rückschlagventil ist beispielsweise als her¬ kömmliches Rückschlagventil mit einem beispielsweise als Ku¬ gel ausgebildeten Ventilelement und einer Feder ausgebildet, gegen deren Federkraft das Ventilelement und somit das Rück¬ schlagventil insgesamt öffnen kann. Ferner ist es denkbar, dass das Rückschlagventil als Rückschlagklappe oder als ein¬ faches Rückschlagventil ausgebildet ist, bei dem beispiels¬ weise ein insbesondere aus Metall gebildeter Streifen oder Band vorgesehen ist, der in einer Sperrstellung wenigstens eine Durchströmöffnung für die Hydraulikflüssigkeit überdeckt und dadurch verschließt. Erreicht beziehungsweise übersteigt ein Druck der auf den Streifen wirkenden Hydraulikflüssigkeit einen Schwellenwert, so wird der Streifen verformt und dadurch in eine Freigabestellung bewegt, in welcher der
Streifen die Durchströmöffnung freigibt.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung er¬ geben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzug- ten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vor¬ stehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmals¬ kombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschrei¬ bung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der je- weils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in der einzigen Figur eine schematische Darstellung eines hydraulischen Schaltbilds eines erfindungs¬ gemäßen, piezohydraulischen Aktors.
Die einzige Figur zeigt in einer schematischen Darstellung ein hydraulisches Schaltbild eines piezohydraulischen Aktors 10, mittels welchem beispielsweise - wie im Folgenden noch genauer erläutert wird - eine Bewegung wenigstens eines in der Figur nicht gezeigten Abtriebselements bewirkbar ist. Diese Bewegung des Abtriebselements wird auch als Auslenkung bezeichnet .
Beispielsweise kommen der piezohydraulische Aktor 10 und das Abtriebselement in einer Werkzeugmaschine zum Einsatz und werden verwendet, um wenigstens ein Werkzeug der Werkzeugma¬ schine auszuwerfen. Dabei wird beispielsweise das Abtriebs¬ element mittels des piezohydraulischen Aktors 10 angetrieben, um das Werkzeug mittels des Abtriebselements zu bewegen und insbesondere auszuwerfen. Ferner ist es denkbar, dass das Ab¬ triebselement und der piezohydraulische Aktor 10 in einem Greifsystem eines Roboters zum Einsatz kommen, um mittels des Greifsystems und mittels des Roboters Bauelemente zu greifen und im Raum umherzubewegen.
Der piezohydraulische Aktor 10 weist dabei wenigstens einen Piezoaktor 12 auf, welcher wenigstens ein Piezoelement um- fasst. Insbesondere weist der Piezoaktor 12 eine Mehrzahl von Piezoelementen auf, welche einen Piezostapel bilden. Durch Anlegen einer elektrischen Spannung an das Piezoelement beziehungsweise an den Piezostapel und somit beispielsweise an den Piezoaktor 12 kann eine mechanische Bewegung des Piezo- elements beziehungsweise des Piezostapels bewirkt werden, wie im Folgenden noch genauer erläutert wird. Die elektrische Spannung wird beispielsweise im Rahmen einer Ansteuerung des Piezoaktors 12 an diesen beziehungsweise an das Piezoelement oder an den Piezostapel angelegt.
Der piezohydraulische Aktor 10 weist ferner einen Antrieb 14 auf, welcher eine Antriebskammer 16 und ein Antriebskolbenelement in Form eines Antriebskolbens 18 umfasst. Ferner um- fasst der Antrieb 14 einen Antriebszylinder 20, in welchem der Antriebskolben 18 translatorisch bewegbar aufgenommen ist. Der Antriebszylinder 20 und der Antriebskolben 18 be- grenzen die Antriebskammer 16 jeweils teilweise. In die An¬ triebskammer 16 ist Hydraulikflüssigkeit 22 aus einem Reser¬ voir 24 einleitbar. Das Reservoir 24 ist dabei Bestandteil des piezohydraulischen Aktors 10, wobei die Hydraulikflüssig- keit 22 im Reservoir 24 aufgenommen und zumindest vorüberge¬ hend gespeichert werden kann. Mit anderen Worten kann die Antriebskammer 16 mit zumindest einem Teil der in dem Reservoir 24 aufgenommenen Hydraulikflüssigkeit 22 versorgt werden. Der Antriebskolben 18 ist mit einer Antriebskolbenstange 26 des Antriebs 14 verbunden, sodass die Antriebskolbenstange 26 mit dem Antriebskolben 18 relativ zu dem Antriebszylinder 20 translatorisch mitbewegbar ist. Dabei ist die Antriebskolbenstange 26 von dem Piezoaktor 12 antreibbar und dadurch translatorisch relativ zu dem Antriebszylinder 20 bewegbar. Da der Antriebskolben 18 mit der Antriebskolbenstange 26 verbunden, insbesondere einstückig ausgebildet, ist, ist der Antriebs¬ kolben 18 über die Antriebskolbenstange 26 von dem Piezoaktor 12 antreibbar und dadurch relativ zu dem Antriebszylinder 20 translatorisch bewegbar.
Der piezohydraulische Aktor 10 umfasst beispielsweise ein in der Figur nur ausschnittsweise erkennbares und besonders schematisch dargestelltes Gehäuse 28, in welchem beispiels¬ weise die Antriebskammer 16, der Antriebszylinder 20 und der Antriebskolben 18 aufgenommen sind. Durch Antreiben des Antriebskolbens 18 kann zumindest ein Teil der zunächst in der Antriebskammer 16 aufgenommenen Hydraulikflüssigkeit aus der Antriebskammer 16 herausgefördert werden. Wird beispielsweise der Antriebskolben 18 derart über die Antriebskolbenstange 26 von dem Piezoaktor 12 bewegt, dass es zu einer Volumenverkleinerung der Antriebskammer 16 kommt, so wird zumindest ein Teil der zunächst in der Antriebskammer 16 aufgenommenen Hydraulikflüssigkeit mittels des Antriebskolbens 18 aus der An¬ triebskammer 16 herausgefördert. Dabei ist in der Figur mit Sin ein Weg beziehungsweise eine Strecke bezeichnet, um den beziehungsweise die der Antriebskolben 18 über die Antriebs¬ kolbenstange 26 mittels des Piezoaktors 12 bewegt wird, ins¬ besondere um eine Volumenverkleinerung der Antriebskammer 16 zu bewirken.
Der Antriebskolben 18 weist dabei eine hydraulisch wirksame Antriebsfläche 30 auf, mittels welcher zumindest der zuvor genannte Teil der zunächst in der Antriebskammer 16 aufgenommenen Hydraulikflüssigkeit aus der Antriebskammer 16 heraus¬ gefördert werden kann. Somit steht die in der Antriebskammer 16 aufgenommene Hydraulikflüssigkeit in Kontakt mit der hyd- raulisch wirksamen Antriebsfläche 30, über welche somit mit¬ tels des Antriebskolbens 18 ein erster Druck, insbesondere ein Antriebsdruck, der Hydraulikflüssigkeit bewirkt werden kann. Die Hydraulikflüssigkeit ist beispielsweise ein inkom- pressibles Fluid und kann insbesondere als Öl ausgebildet sein.
Der piezohydraulische Aktor 10 weist ferner wenigstens einen ersten Abtrieb 32 auf, welcher eine erste Abtriebskammer 34 aufweist. In die erste Abtriebskammer 34 ist zumindest ein Teil der aus der Antriebskammer 16 geförderten Hydraulikflüs- sigkeit einleitbar. Dabei umfasst der erste Abtrieb 32 einen ersten Abtriebszylinder 36 und ein erstes Abtriebskolbenelement in Form eines ersten Abtriebskolbens 38, welcher translatorisch bewegbar in dem ersten Abtriebszylinder 36 aufgenommen ist. Dabei begrenzen der erste Abtriebszylinder 36 und der erste Abtriebskolben 38 die erste Abtriebskammer 34 jeweils teilweise. Außerdem umfasst der erste Abtrieb 32 eine erste Abtriebskolbenstange 40, welche mit dem ersten Ab¬ triebskolben 38 verbunden, insbesondere einstückig ausgebildet, ist. Dadurch ist die erste Abtriebskolbenstange 40 mit dem ersten Abtriebskolben 38 relativ zu dem ersten Abtriebszylinder 36 translatorisch mitbewegbar. Wird beispielsweise die Hydraulikflüssigkeit in die erste Abtriebskammer 34 ein¬ geleitet, sodass es zu einer Volumenvergrößerung der ersten Abtriebskammer 34 kommt, so wird beispielsweise die Abtriebs- kolbenstange 40 aus dem Abtriebszylinder 36 ausgefahren. Dabei ist in der Figur mit sout ein Weg beziehungsweise eine Strecke bezeichnet, um den beziehungsweise die der erste Ab¬ triebskolben 38 und mit diesem die erste Abtriebskolbenstange 40 infolge der genannten Volumenvergrößerung der ersten Ab- triebskammer 34 translatorisch relativ zu dem ersten Abtriebszylinder 36 bewegt werden. Da beispielsweise das zuvor genannte Abtriebselement zumin¬ dest mittelbar mit der ersten Abtriebskolbenstange 40 gekop¬ pelt ist, wird das Abtriebselement, insbesondere trans¬ latorisch, mit der ersten Abtriebskolbenstange 40 mitbewegt, insbesondere um den Weg sout-
Der erste Abtriebskolben 38 weist dabei eine hydraulisch wirksame erste Abtriebsfläche 42 auf, welche mit der in die erste Abtriebskammer 34 eingeleiteten Hydraulikflüssigkeit beaufschlagbar ist. Die in die erste Abtriebskammer 34 eingeleitete Hydraulikflüssigkeit kommt somit in Kontakt mit der ersten Abtriebsfläche 42 und wirkt auf die erste Abtriebs¬ fläche 42, woraus in Kombination mit dem zuvor genannten Druck der Hydraulikflüssigkeit eine auf den ersten Abtriebs¬ kolben 38 wirkende erste Kraft resultiert. Mittels dieser ersten Kraft kann der erste Abtriebskolben 38 relativ zu dem ersten Abtriebszylinder 36 translatorisch bewegt werden, um dadurch insbesondere eine Volumenvergrößerung der ersten Abtriebskammer 34 zu bewirken und demzufolge die erste Ab¬ triebskolbenstange 40 aus dem ersten Abtriebszylinder 36 aus¬ zufahren. Somit ist der erste Abtriebskolben 38 durch Beaufschlagen der ersten Abtriebsfläche 42 mit der in die erste Abtriebskammer 34 eingeleiteten Hydraulikflüssigkeit antreibbar und dadurch relativ zu dem Abtriebszylinder 36 translatorisch bewegbar.
Der piezohydraulische Aktor 10 weist ferner wenigstens einen zweiten Abtrieb 44 auf, welcher eine zweite Abtriebskammer 46 aufweist. In die zweite Abtriebskammer 46 ist zumindest ein Teil der aus der Antriebskammer 16 geförderten Hydraulikflüssigkeit einleitbar. Ferner umfasst der zweite Abtrieb 44 ei¬ nen zweiten Abtriebszylinder 48 und ein zweites Abtriebskolbenelement in Form eines zweiten Abtriebskolbens 50, wel¬ cher translatorisch bewegbar in dem zweiten Abtriebszylinder 48 aufgenommen ist. Dabei begrenzen der zweite Abtriebs¬ zylinder 48 und der zweite Abtriebskolben 50 die zweite Ab¬ triebskammer 46 jeweils teilweise. Der zweite Abtriebskolben 50 weist eine hydraulisch wirksame zweite Abtriebsfläche 52 auf, welche mit der in die zweite Abtriebskammer 46 eingelei¬ teten Hydraulikflüssigkeit beaufschlagbar ist. Dabei sind die Abtriebsflächen 42 und 52 unterschiedlich groß. Bei dem in der Figur veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist die zwei- te Abtriebsfläche 52 größer als die erste Abtriebsfläche 42.
Außerdem weist der zweite Abtrieb 44 eine zweite Abtriebs¬ kolbenstange 54 auf, welche mit dem zweiten Abtriebskolben 50 verbunden, insbesondere einstückig ausgebildet, ist. Somit ist die zweite Abtriebskolbenstange 54 mit dem zweiten Ab¬ triebskolben 50 relativ zu dem zweiten Abtriebszylinder 48 translatorisch mitbewegbar. Durch Beaufschlagen der zweiten Abtriebsfläche 52 mit der in die zweite Abtriebskammer 46 eingeleiteten Hydraulikflüssigkeit ist der zweite Abtriebs- kolben 50 antreibbar und dadurch relativ zu dem zweiten Abtriebszylinder 48 translatorisch bewegbar. Aus der zweiten Abtriebsfläche 52 und dem Druck der Hydraulikflüssigkeit re¬ sultiert eine auf den zweiten Abtriebskolben 50 wirkende zweite Kraft, mittels welcher der zweite Abtriebskolben 50 relativ zu dem zweiten Abtriebszylinder 48 translatorisch bewegt werden kann, wodurch insbesondere eine Volumenvergröße¬ rung der zweiten Abtriebskammer 46 bewirkt werden kann. Da die zweite Abtriebskolbenstange 54 mit dem zweiten Abtriebs¬ kolben 50 translatorisch mitbewegbar ist, kann durch Bewirken einer Volumenvergrößerung der zweiten Abtriebskammer 46 die zweite Abtriebskolbenstange 54 aus dem zweiten Abtriebs¬ zylinder 48 ausgefahren werden. Dabei ist beispielsweise das zuvor genannte Abtriebselement zumindest mittelbar mit der zweiten Abtriebskolbenstange 54 gekoppelt beziehungsweise verbunden, sodass das Abtriebselement durch Bewegen der zwei¬ ten Abtriebskolbenstange 54 angetrieben und somit, insbeson¬ dere translatorisch, bewegt werden kann.
Die Hydraulikflüssigkeit kann beispielsweise mit dem zuvor genannten, als Antriebsdruck ausgebildeten ersten Druck in die jeweilige Abtriebskammer 34 beziehungsweise 46 einströ¬ men. Da die Abtriebsflächen 42 und 52 unterschiedlich groß ausgebildet sind, resultiert aus dem Antriebsdruck und der ersten Abtriebsfläche 42 die erste Kraft, und aus dem An¬ triebsdruck und der zweiten Abtriebsfläche 52 resultiert die genannte zweite Kraft. Dabei ist die zweite Kraft größer als die erste Kraft.
Der piezohydraulische Aktor 10 umfasst ferner eine Koppelein¬ richtung 56, welche bei dem in der Figur veranschaulichten Ausführungsbeispiel wenigstens ein mechanisches Koppelelement 58 aufweist. Mittels des Koppelelements 58 und somit mittels der Koppeleinrichtung 56 sind die Abtriebskolben 38 und 50, insbesondere über die Abtriebskolbenstangen 40 und 54, mechanisch miteinander gekoppelt, sodass sich die Abtriebskolben 38 und 50 und somit die Abtriebskolbenstangen 40 und 54 synchron beziehungsweise gleichzeitig und dabei um denselben Weg sout bewegen. Beispielsweise sind die Abtriebskammern 34 und 46, die Abtriebszylinder 36 und 48 sowie die Abtriebskolben 38 und 50 in dem Gehäuse 28 aufgenommen. In der Figur ist eine parallele Kopplung der Abtriebskolben 38 und 50 dargestellt. Selbstverständlich ist ferner eine serielle Kopplung der Abtriebskolben 38 und 50 möglich.
Der piezohydraulische Aktor 10 weist ferner eine mit der An¬ triebskammer 16 und mit der ersten Abtriebskammer 34 fluidisch verbundene erste Versorgungsleitung 60 auf, über welche zumindest der genannte Teil der aus der Antriebskammer 16 ge¬ förderten Hydraulikflüssigkeit in die erste Abtriebskammer 34 einleitbar ist.
Außerdem umfasst der piezohydraulische Aktor 10 eine mit der ersten Versorgungsleitung 60 und mit der zweiten Abtriebskammer 46 fluidisch verbundene zweite Versorgungsleitung 62, über welche zumindest der Teil der aus der Antriebskammer 16 geförderten Hydraulikflüssigkeit, insbesondere über zumindest einen Teil der ersten Versorgungsleitung 60, in die zweite Abtriebskammer 46 einleitbar ist. Dabei ist in der zweiten
Versorgungsleitung 62 ein erstes Rückschlagventil 64 angeord¬ net, welches in Richtung der zweiten Abtriebskammer 46 öffnet und in Richtung der ersten Versorgungsleitung 60 schließt. Des Weiteren ist eine mit der Antriebskammer 16 und mit dem Reservoir 24 fluidisch verbundene dritte Versorgungsleitung 66 vorgesehen, über welche die Hydraulikflüssigkeit 22 aus dem Reservoir 24 in die Antriebskammer 16 einleitbar ist. Dabei ist in der dritten Versorgungsleitung 66 ein zweites Rückschlagventil 68 angeordnet, welches in Richtung der An¬ triebskammer 16 öffnet und in Richtung des Reservoirs 24 schließt .
Der piezohydraulische Aktor 10 umfasst außerdem wenigstens eine mit der zweiten Abtriebskammer 46 und mit dem Reservoir 24 fluidisch verbundene vierte Versorgungsleitung 70, über welche die Hydraulikflüssigkeit 22 aus dem Reservoir 24 unter Umgehen der Versorgungsleitungen 60 und 62 in die zweite Abtriebskammer 46 einleitbar ist. Dabei bildet beispielsweise ein den Versorgungsleitungen 66 und 70 gemeinsamer Leitungsteil 72 sowohl einen Teil der Versorgungsleitung 66 als auch einen Teil der Versorgungsleitung 70. Somit kann beispiels- weise die Hydraulikflüssigkeit 22 aus dem Reservoir 24 zu¬ nächst durch den Leitungsteil 72 und dann zu der Abtriebs¬ kammer 46 beziehungsweise zu der Antriebskammer 16 strömen. In der vierten Versorgungsleitung 70 ist ein drittes Rückschlagventil 74 angeordnet, welches in Richtung der zweiten Abtriebskammer 46 öffnet und in Richtung des Reservoirs 24 schließt .
Die zweite Versorgungsleitung 62 ist an einer Verbindungsstelle V fluidisch mit der Versorgungsleitung 60 verbunden. In Strömungsrichtung des von der Antriebskammer 16 zu der ersten Abtriebskammer 34 strömenden und dabei die Versorgungsleitung 60 durchströmende Hydraulikflüssigkeit 22 ist stromauf der Verbindungsstelle V und stromab der Antriebskam¬ mer 16 ein viertes Rückschlagventil 76 in der ersten Versor- gungsleitung 60 angeordnet, wobei das vierte Rückschlagventil 76 in Richtung der Verbindungsstelle V öffnet und in Richtung der Antriebskammer 16 schließt. Des Weiteren umfasst der piezohydraulische Aktor 10 eine als Abführzweig ausgebildete Abführleitung 78, welche, insbeson¬ dere über den Leitungsteil 72, fluidisch mit dem Reservoir 24 und fluidisch mit den Abtriebskammern 34 und 46 beziehungs- weise mit den Versorgungsleitungen 60 und 62 verbunden ist, sodass über die Abführleitung 78 die Hydraulikflüssigkeit aus der jeweiligen Abtriebskammer 34 beziehungsweise 46 beziehungsweise aus der jeweiligen Versorgungsleitung 60 beziehungsweise 62 abführbar und zu dem Reservoir 24 zu leiten und somit rückführbar ist. Dabei bildet der Leitungsteil 72 auch einen Teil der Abführleitung 78. In der Abführleitung 78 ist ein fünftes Rückschlagventil 80 angeordnet, welches in Rich¬ tung des Reservoirs 24 öffnet und in Richtung der Abtriebs¬ kammer 34 beziehungsweise 46 beziehungsweise in Richtung der Versorgungsleitung 60 beziehungsweise 62 schließt.
Mittels des piezohydraulischen Aktors 10 ist es nun möglich, auf besonders einfache und insbesondere bauraum-, gewichts- und kostengünstige Weise wenigstens zwei voneinander unter- schiedliche Modi, das heißt Betriebsmodi, des piezohydrau¬ lischen Aktors 10 zu realisieren. Ein erster der Modi ist ein sogenannter Geschwindigkeitsmodus, in welchem das Abtriebs¬ element mit einer hohen ersten Geschwindigkeit, jedoch mit einer geringen ersten Kraft angetrieben und dadurch bewegt werden kann. Dabei wird das Abtriebselement in dem Geschwin¬ digkeitsmodus insbesondere mittels des ersten Abtriebs 32 ak¬ tiv angetrieben.
Der zweite Modus ist ein Kraftmodus, in welchem das Abtriebs- element mit einer gegenüber der ersten Geschwindigkeit geringeren zweiten Geschwindigkeit, jedoch mit einer gegenüber der ersten Kraft größeren zweiten Kraft angetrieben und somit bewegt wird. Dabei wird in dem Kraftmodus das Abtriebselement insbesondere über den zweiten Abtrieb 44 aktiv angetrieben. Dabei kann auf besonders einfache Weise und insbesondere selbsttätig zwischen den Modi, insbesondere aus dem Geschwin¬ digkeitsmodus und dem Kraftmodus, umgeschaltet werden. Der jeweilige Abtrieb 32 beziehungsweise 44 ist als Hydrau¬ likzylinder ausgebildet, wobei die Hydraulikzylinder Bestand¬ teile eines hydraulischen Systems sind, mit welchem der Pie- zoaktor 12 als Antriebselement gekoppelt ist. Dabei wird der Piezoaktor 12 genutzt, um den jeweiligen Abtriebskolben 38 beziehungsweise 50 und in der Folge das Abtriebselement zu bewegen .
Wie aus der Figur besonders gut erkennbar ist, sind die Abt- riebe 32 und 44, insbesondere die Abtriebskolben 38 und 50, fluidisch parallel zueinander geschaltet. Beispielsweise sind die Abtriebszylinder 36 und 48 sowie der Antriebszylinder 20 an dem Gehäuse 28 festgelegt beziehungsweise mit diesem fest verbunden. Die Abtriebszylinder 36 und 48 und der Antriebszy- linder 20 sind jeweilige Gehäuse, in denen die jeweiligen Ab¬ triebskolben 38 und 50 beziehungsweise der Antriebskolben 18 translatorisch bewegbar aufgenommen sind. Die jeweilige Abtriebsfläche 42 beziehungsweise 52 wird auch als hydraulische Querschnittsfläche bezeichnet, wobei auch die Antriebsfläche 30 als hydraulische Querschnittsfläche bezeichnet wird. Dabei ist die Abtriebsfläche 42 kleiner als die Abtriebsfläche 52. Außerdem ist die Abtriebsfläche 42 kleiner als die Antriebs¬ fläche 30, wobei die Antriebsfläche 30 kleiner als die Ab¬ triebsfläche 52 ist.
Um den Piezoaktor 12 anzusteuern, wird an diesen beziehungsweise an das Piezoelement oder an den Piezostapel eine Span¬ nung in PWM-Form (PWM - Pulsweitenmodulation) angelegt. Mit anderen Worten wird der Piezoaktor 12 im Rahmen eines Verfah- rens zum Betreiben des piezohydraulischen Aktors 10 mittels wenigstens eines elektrischen Signals angesteuert, wodurch der Antriebskolben 18 mittels des Piezoaktors 12 angetrieben und somit translatorisch relativ zu dem Antriebszylinder 20 bewegt wird. Das elektrische Signal ist dabei ein PWM-Signal in Form einer elektrischen Spannung, mittels welcher der Piezoaktor 12 angesteuert wird. Durch diese Ansteuerung des Pie¬ zoaktors 12 dehnt sich das Piezoelement beziehungsweise der Piezostapel aus, wodurch der Antriebskolben 18 derart bewegt wird, dass es zu einer Volumenverklemerung der Antriebskammer 16 kommt. Dadurch wird die in der Antriebskammer 16 aufgenommene Hydraulikflüssigkeit komprimiert beziehungsweise der Druck der Hydraulikflüssigkeit steigt aufgrund der Quasi Inkompressibilität der Hydraulikflüssigkeit.
Steht beispielsweise der Bewegung des Abtriebskolbens 38 be¬ ziehungsweise des Abtriebselements keine oder nur eine gerin¬ ge Gegenkraft entgegen, so bleibt das Rückschlagventil 64 ge- schlössen, und das Rückschlagventil 76 öffnet sich, sodass
Hydraulikflüssigkeit von dem Antrieb 14 in die Abtriebskammer 34 strömt. Dadurch, dass die Abtriebsfläche 42 kleiner als die Antriebsfläche 30 ist, erfolgt eine Übersetzung des Wegs Sin in den Weg sout beziehungsweise von einer Geschwindigkeit, mit welcher der Antriebskolben 18 bewegt wird, in eine demge¬ genüber höhere Geschwindigkeit, mit welcher der Abtriebs¬ kolben 38 bewegt wird. Dann wird beispielsweise die elektri¬ sche Spannung beziehungsweise das PWM-Signal, mit welchem der Piezoaktor 12 angesteuert wird oder wurde, auf Null gesetzt, wodurch sich der Druck im Antrieb 14 verringert. In der Folge ergibt sich beispielsweise eine Volumenvergrößerung der Antriebskammer 16, wodurch zumindest vorübergehend ein Unterdruck in der Antriebskammer 16 entsteht. Dadurch wird das Rückschlagventil 68 geöffnet, sodass Hydraulikflüssigkeit von dem Reservoir 24 in den Antrieb 14 beziehungsweise in die An¬ triebskammer 16 gesaugt wird. Dann kann die elektrische Span¬ nung zum Ansteuern des Piezoaktors 12 wieder erhöht werden, wodurch der zuvor beschriebene Zyklus wiederholt wird. Durch sukzessives Bewirken einer Volumenverkleinerung und einer Vo- lumenvergrößerung der Antriebskammer 16 wird Hydraulikflüssigkeit aus dem Reservoir 24 in die Antriebskammer 16 gesaugt und von dieser in die Abtriebskammer 34 gefördert. In der Folge wird der Abtriebskolben 38 ausgelenkt.
Da der Abtriebskolben 38 über das Kopplungselement 58 mecha nisch mit dem Abtriebskolben 50 verbunden ist, wird der Abtriebskolben 50 um den gleichen Weg sout wie der Abtriebs¬ kolben 38 ausgelenkt, das heißt bewegt. Da jedoch keine Hyd raulikflüssigkeit aktiv in die Abtriebskammer 46 über die Versorgungsleitungen 60 und 62 gepumpt wird, würde - wenn keine entsprechenden Gegenmaßnahmen getroffen sind - in der Abtriebskammer 46 ein Unterdruck entstehen. Dadurch würde ein Widerstand entstehen, der der Auslenkung der Abtriebskolben 38 und 50 entgegenstehen würde. Um dies zu vermeiden, ist durch die Versorgungsleitung 70 eine fluidische Verbindung zwischen der Abtriebskammer 46 und dem Reservoir 24 geschaffen. Dadurch kann auf die beschriebene Weise Hydraulikflüs- sigkeit aus dem Reservoir 24 über die Versorgungsleitung 70 und das Rückschlagventil 74 in die Abtriebskammer 46 einströ¬ men, wenn der Abtriebskolben 50 mittels des Abtriebskolbens 38 derart bewegt wird, dass es zu einer Volumenvergrößerung der Abtriebskammer 46 kommt. Somit öffnet sich das Rück- schlagventil 74, wenn es durch das beschriebene Pumpen der
Hydraulikflüssigkeit in den ersten Abtrieb 32 zu einem Unter¬ druck in dem zweiten Abtrieb 44 beziehungsweise in der zwei¬ ten Abtriebskammer 46 kommt. Hierdurch wird auf passive Weise dafür gesorgt, dass der Abtrieb 44 keinen oder nur einen ge- ringen Einfluss auf die Auslenkung des Abtriebskolbens 38 hat .
Fährt beispielsweise das Abtriebselement gegen ein Hindernis, welches beispielsweise als auszuwerfendes Werkzeug einer Werkzeugmaschine ausgebildet ist, so kommt es zu der zuvor genannten Gegenkraft, die der Auslenkung beziehungsweise Be¬ wegung des Abtriebselements und somit der Abtriebskolben 38 und 50 entgegensteht. Dann ist es wünschenswert, dass der piezohydraulische Aktor 10 eine möglichst hohe Kraft aufbaut, um trotz der Gegenkraft das Abtriebselement weiter auszu- lenken. Dies ist mithilfe des ersten Abtriebs 32 jedoch nur bedingt möglich, da dessen Abtriebsfläche 42 sehr klein ge¬ wählt wurde, um eine hohe Geschwindigkeitsübersetzung zu realisieren und somit das Abtriebselement beziehungsweise die Abtriebskolben 38 und 50 mit einer hohen Geschwindigkeit, das heißt möglichst schnell, zu bewegen. Je kleiner die Abtriebs¬ fläche 42, insbesondere im Vergleich zur Antriebsfläche 30, ist, desto geringer ist die als Abtriebskraft wirkende erste Kraft bei einem maximalen Druck in dem ersten Abtrieb 32. Aus diesem Grund sind zwischen den Abtrieben 32 und 44 das Rückschlagventil 64 und die Versorgungsleitung 62 verbaut. Steigt beispielsweise der Druck im Abtrieb 32 aufgrund der der Bewe- gung des Abtriebselements entgegenstehenden Gegenkraft, so öffnet sich das Rückschlagventil 64, wodurch die Hydraulik¬ flüssigkeit - insbesondere zusätzlich zu dem Abtrieb 32 - auch zu dem und insbesondere in den Abtrieb 44, insbesondere in die Abtriebskammer 46, gepumpt wird. Da die Abtriebsfläche 52 deutlich größer ist als die Abtriebsfläche 42 und als die Antriebsfläche 30, steigt bei gleichbleibendem Druck der Hyd¬ raulikflüssigkeit im Vergleich zum Abtrieb 32 die Abtriebs¬ kraft . Überschreitet beispielsweise der Druck des in den Versor¬ gungsleitungen 60 und 62, in den Abtriebskammern 34 und 46 und in der Abführleitung 78 aufgenommene Hydraulikflüssigkeit einen Öffnungsdruck des Rückschlagventils 80, so öffnet das Rückschlagventil 80. Aus dem Öffnungsdruck resultiert eine auf das Rückschlagventil 80 wirkende Öffnungskraft, ab wel¬ cher das Rückschlagventil 80 öffnet. Dabei ist die Öffnungs¬ kraft beziehungsweise der Öffnungsdruck, ab der beziehungs¬ weise dem das fünfte Rückschlagventil 80 öffnet, einstellbar. Hierzu umfasst das Rückschlagventil 80 ein Federelement 82, dessen Vorspannung einstellbar ist, um dadurch die Öffnungskraft beziehungsweise den Öffnungsdruck einzustellen. Dabei ist dem Federelement 82 ein Einstellelement 84 zugeordnet, welches wenigstens eine Einstellkammer 86 und ein Einstell¬ kolbenelement in Form eines Einstellkolbens 88 aufweist. Fer- ner weist das Einstellelement 84 einen Einstellzylinder 90 auf, wobei der Einstellkolben 88 translatorisch bewegbar in dem Einstellzylinder 90 aufgenommen ist. Der Einstellkolben 88 und der Einstellzylinder 90 begrenzen jeweils teilweise die Einstellkammer 86. Ferner begrenzen der Einstellkolben 88 und der Einstellzylinder 90 eine der Einstellkammer 86 gegenüberliegende weitere Einstellkammer 92 des Einstellelements 84. Dabei ist beispielsweise in die jeweilige Einstellkammer 86 beziehungsweise 92 ein Teil der Hydraulikflüssigkeit ein- leitbar, um dadurch den Einstellkolben 88 relativ zu dem Einstellzylinder 90 translatorisch hin- und herbewegen zu können. Dabei ist beispielsweise der Einstellzylinder 90 in dem Gehäuse 28 angeordnet und an dem Gehäuse 28 festgelegt. Ins- besondere ist in die Einstellkammer 86 zumindest ein Teil der aus der Antriebskammer 16 geförderten Hydraulikflüssigkeit einleitbar, um dadurch die Vorspannung des Federelements 82 einzustellen . Der Einstellkolben 88 ist mit einer Einstellkolbenstange 94 verbunden, sodass die Einstellkolbenstange 94 mit dem Ein¬ stellkolben 88 relativ zu dem Einstellzylinder 90 mitbewegbar ist. Dabei ist der Einstellkolben 88 über die Einstellkolbenstange 94 mit dem Federelement 82 mechanisch verbunden. Dabei ist beispielsweise wenigstens eine mit der Einstellkammer 86 und mit der Antriebskammer 16 fluidisch verbundene Einstell¬ leitung 96 vorgesehen, über welche zumindest der Teil der Hydraulikflüssigkeit in die Einstellkammer 86 einleitbar ist. Wird beispielsweise Hydraulikflüssigkeit, insbesondere aus der Antriebskammer 16 und über die Einstellleitung 96 in die Einstellkammer 86 eingeleitet, insbesondere gefördert, so re¬ sultiert daraus eine Volumenvergrößerung der Einstellkammer 86 und eine Volumenverkleinerung der Einstellkammer 92. In der Folge wird die Einstellkolbenstange 94 aus der Einstell¬ kammer 92 ausgefahren, wodurch beispielsweise das Federelement 82 gespannt, insbesondere komprimiert, wird. Dadurch werden beispielsweise die Vorspannung des Federelements 82 und somit die Öffnungskraft beziehungsweise der Öffnungsdruck erhöht. Mit andere Worten wirkt von der in der Einstellkammer 86 aufgenommenen Hydraulikflüssigkeit auf den Einstellkolben 88 ein Druck, mittels welchem zum Vorspannen des Federelements 82 der Einstellkolben 88 translatorisch bewegt beziehungsweise der Einstellkolben 88 entgegen einer von dem vor- gespannten Federelement 82 bereitgestellten Federkraft in einer Stellung gehalten wird, um dadurch die durch die Stellung des Einstellkolbens 88 eingestellte Vorspannung des Federele- ments 82 zu halten, insbesondere zumindest im Wesentlichen konstant zu halten.
Kommt es beispielsweise zu einer Volumenverkleinerung der Einstellkammer 92 und zu einer Volumenvergrößerung der Einstellkammer 86, so kann zunächst in der Einstellkammer 94 aufgenommene Hydraulikflüssigkeit beispielsweise über eine Leitung 104 aus der Einstellkammer 92 ausströmen und insbesondere in das Reservoir 24 strömen.
Dabei wird Hydraulikflüssigkeit aus der Antriebskammer 16 mittels des Antriebskolbens 18 so lange in die Einstellkammer 86 gefördert beziehungsweise in der Einstellkammer 86 wird mittels der darin aufgenommenen Hydraulikflüssigkeit der zu- vor genannte auf den Einstellkolben 88 wirkende Druck, mit¬ tels welchem der Einstellkolben bewegt beziehungsweise in der genannten Stellung gehalten wird, so lange aufrechterhalten, wie der Piezoaktor 12 betätigt beziehungsweise angesteuert, das heißt aktuiert wird.
Außerdem sind in der Einstellleitung 96 zwei Drosseln 100 und 102 angeordnet. Insbesondere über die Drossel 100 kann Hyd¬ raulikflüssigkeit aus der Antriebskammer 16 in die Einstell¬ kammer 86 mittels des Piezoaktors 12 gefördert werden. Die Drosseln 100 und 102 weisen einen jeweiligen, von der Hydraulikflüssigkeit durchströmbaren Strömungsquerschnitt auf, wo¬ bei der Strömungsquerschnitt der Drossel 102 geringer als der Strömungsquerschnitt der Drossel 100 ist. Durch die Möglich¬ keit, den Öffnungsdruck beziehungsweise die Öffnungskraft des Rückschlagventils 80 einzustellen, ist das Rückschlagventil als variables Rückschlagventil ausgebildet. Dabei ist die Drossel 102 fluidisch parallel zu der Einstellkammer 86 beziehungsweise dem Einstellkolben 88 angeordnet beziehungswei¬ se geschaltet.
Wird beispielsweise die Ansteuerung beziehungsweise Aktuie- rung des Piezoaktors 12 beendet, so fällt der Druck in der Einstellkammer 86 ab und der Einstellkolben 88 kann nicht mehr in seiner mittels des Druck eingestellten und gehaltenen Stellung entgegen der Federkraft gehalten werden. Dann wird der Einstellkolben 88 mittels der Federkraft derart verscho¬ ben, dass es zu einer Volumenverkleinerung der Einstellkammer 86 und zu einer Volumenvergrößerung der Einstellkammer 94 kommt. Dabei kann Hydraulikflüssigkeit über die Leitung 104, insbesondere aus dem Reservoir 24, in die Einstellkammer 92 einströmen, und beispielsweise über die Drossel 102 kann Hyd¬ raulikflüssigkeit aus der Einstellkammer 86 ausströmen, ins- besondere in das Reservoir 24.
Bei einer solchen Volumenvergrößerung der Einstellkammer 92 und einer Volumenverkleinerung der Einstellkammer 86 wird die Einstellkolbenstange 94 in die Einstellkammer 92 eingefahren. Dadurch wird beispielsweise das Federelement 82 entspannt, insbesondere gelängt, wodurch beispielsweise der Öffnungs¬ druck und somit die Öffnungskraft reduziert werden.
Die jeweilige Einstellkammer 86 beziehungsweise 92 fungiert dabei als hydraulische Vorspannkammer, mittels welcher die
Vorspannung des Federelements 82 eingestellt werden kann. Je höher beispielsweise der Druck in der Einstellkammer 86 ist, desto weiter wird der Einstellkolben 88 ausgelenkt und desto stärker wird das Federelement 82 gespannt und desto höher ist der Öffnungsdruck beziehungsweise der Öffnungskraft.
Außerdem ist in der Einstellleitung 96 ein sechstes Rückschlagventil 98 angeordnet, welches jedoch nur optional vor¬ gesehen ist und entfallen kann und in Richtung der Einstell- kammer 86 beziehungsweise 92 öffnet und in Richtung der An¬ triebskammer 16 schließt. Dadurch kann Hydraulikflüssigkeit aus der Antriebskammer 16 über die Einstellleitung 96 und das Rückschlagventil 98 in die Einstellkammer 86 einströmen, wobei eine unerwünschte Strömung der Hydraulikflüssigkeit aus der jeweiligen Einstellkammer 86 beziehungsweise 92 über das Rückschlagventil 98 in die Antriebskammer 16 mittels des Rückschlagventils 98 verhindert wird. Insgesamt ist erkennbar, dass bezogen auf eine Strömung der Hydraulikflüssigkeit von der Antriebskammer 16 zu der und in die Einstellkammer 86 und durch die Drosseln 100 und 102 die Drossel 100 fluidisch seriell zu der Einstellkammer 86 ange- ordnet ist, wobei die Drossel 102 fluidisch seriell zur Dros¬ sel 100 und fluidisch parallel zur Einstellkammer 86 angeord¬ net ist. Daraus resultiert das Folgendes: Um den Druck in der Einstellkammer 86 und somit die Stellung des Einstellkolbens 88 und somit die Vorspannung des Federelements 82 aufrechtzu- erhalten, muss eine Menge der Hydraulikflüssigkeit mittels des Piezoaktors 12 beziehungsweise mittels des Antriebskol¬ bens 18 gefördert werden, da dabei stets ein erster Teil der Menge in die Einstellkammer 86 und ein zweiter Teil der Menge durch die Drossel 102 und somit nicht in die Einstellkammer 86 strömt und da bei Beenden der Aktuierung des Piezoaktors 12 zunächst in der Einstellkammer 86 aufgenommene Hydraulikflüssigkeit über die Drossel 102 aus der Einstellkammer 86 ausströmen kann. Das der Strömungsquerschnitt der Drossel 102 geringer als der der Drossel 100 ist, strömt die mittels des Piezoaktors 12 und des Antriebskolbens 16 geförderte Menge durch die Drossel 100, und der zweite Teil der Menge ist ge¬ ringer als die Menge selbst, und der erste Teil strömt nicht durch die Drossel 102 sondern in die Einstellkammer 86. Das variable Rückschlagventil 80 fungiert somit wie ein menschlicher Muskel, der sich dann wenn er nicht mehr mit Energie versorgt wird, entspannt. So ist es auch bei dem Rückschlagventil 80. Wird keine Energie mehr aufgebracht, um den Druck in der Einstellkammer 86 aufrechtzuerhalten und den Einstellkolben 88 in seiner Stellung zu halten, so wird keine Energie mehr aufgebracht, um das Federelement 82 gespannt zu halten, sodass sich das Federelement 82 entspannt.
Mit anderen Worten: Solange beispielsweise das PWM-Signal, mittels welchem der Piezoaktor 12 angesteuert wird, zumindest im Wesentlichen konstant bleibt, wird ein aufgebauter Druck in der Antriebskammer 16 über die Drossel 100 abgebaut, so¬ dass Hydraulikflüssigkeit von dem Antrieb 14 in die Einstell- kammer 86 strömt. Die jeweilige Drossel 100 beziehungsweise 102 weist dabei einen hydraulischen Widerstand für die Hyd¬ raulikflüssigkeit auf. Der hydraulische Widerstand der jewei¬ ligen Drossel 100 beziehungsweise 102 hat zusammen mit ande- ren Parametern einen Einfluss auf eine je gegebener Zeit in die jeweilige Einstellkammer 86 einströmende Menge der Hyd¬ raulikflüssigkeit und somit auf den Öffnungsdruck des Rück¬ schlagventils 80. Sobald der Druck der Hydraulikflüssigkeit den eingestellten
Öffnungsdruck übersteigt, fließt Hydraulikflüssigkeit von den Abtrieben 32 und 44 beziehungsweise von den Versorgungslei¬ tungen 60 und 62 über die Abführleitung 78 und das Rückschlagventil 80 zurück in das Reservoir 24. Dadurch kann sich der piezohydraulische Aktor 10 als ein weicher Aktor verhal¬ ten, insbesondere dann, wenn das Signal zum Ansteuern des Piezoaktors 12 nur während einer kurzen Zeitspanne eine kon¬ stante elektrische Spannung hat, die auf einen relativ gerin¬ gen Öffnungsdruck übersetzt wird. Andererseits kann der piez- ohydraulische Aktor 10 insbesondere dann, wenn der Öffnungs¬ druck hoch ist, als ein besonders steifer Aktor agieren, der das Abtriebselement auch entgegen einer besonders hohen Ge¬ genkraft bewegen kann beziehungsweise bei welchem eine hohe Gegenkraft auf das Abtriebselement beziehungsweise auf die Abtriebskolben 38 und 50 aufgebracht werden muss, um die Ab¬ triebskolben 38 und 50 derart zu bewegen, dass es zu einer Volumenverkleinerung der Abtriebskammern 34 und 46 kommt.
Kommt es beispielsweise zu einer Volumenverkleinerung der Einstellkammer 86 und zu einer Volumenvergrößerung der Einstellkammer 92, so kann beispielsweise die Hydraulikflüssig¬ keit aus der Einstellkammer 86 über die Leitung 104 abgeführt werden, wobei beispielsweise die Hydraulikflüssigkeit über die Abführleitung 78 in die Einstellkammer 92 strömen kann.
Das Reservoir 24 umfasst einen Reservoirzylinder 106 und einen translatorisch bewegbar in dem Reservoirzylinder 106 aufgenommenen Reservoirkolben 108, wobei der Reservoirzylinder 106 und der Reservoirkolben 108 eine Reservoirkammer 110 des Reservoirs 24 jeweils teilweise begrenzt. Dabei ist die Hyd¬ raulikflüssigkeit 22 in der Reservoirkammer 110 aufgenommen. Wird beispielsweise zumindest ein Teil der Hydraulikflüssig- keit 22 aus der Reservoirkammer 110 abgeführt, so kommt es zu einer Volumenverkleinerung der Reservoirkammer 110, wodurch der Reservoirkolben 108 translatorisch relativ zu dem Reservoirzylinder 106 um einen Weg beziehungsweise um eine Strecke sres bewegt wird. Wird beispielsweise die Hydraulikflüssigkeit in die Reservoirkammer 110 eingeleitet, so kommt es zu einer Volumenvergrößerung der Reservoirkammer 110 und zu einer entsprechenden translatorischen Bewegung des Reservoirkolbens 108 relativ zum Reservoirzylinder 106. Insgesamt ist ferner erkennbar, dass der Piezoaktor 12 beispielsweise während einer Zeitspanne angesteuert wird, wäh¬ rend welcher das PWM-Signal eine zumindest im Wesentlichen konstante elektrische Spannung aufweist. Diese Zeitspanne wird auch als Zeitdauer, Dauer oder Duty Cycle bezeichnet. Somit stellt ein geringer Duty Cycle, das heißt eine kurze Dauer, den piezohydraulischen Aktor 10 als weichagierenden Aktor ein, wobei ein hoher Duty Cycle, das heißt eine lange Dauer, den piezohydraulischen Aktor als steifen beziehungsweise harten Aktor agieren lässt. Bei dem piezohydraulische Aktor 10 besteht somit eine Abhängigkeit zwischen dem Duty
Cycle und einer variablen Impedanz, welche durch die Ansteue- rung des Piezoaktors 12 in Kombination mit der Funktion des variablen Rückschlagventils 80 nach Art eines menschlichen Muskels realisiert wird.
Wenn über die Drossel 100 Hydraulikflüssigkeit in die Ein¬ stellkammer 86 mittels des Piezoaktors 12 und des Antriebs¬ kolbens 16 gefördert, dass heißt gepumpt wird, um das Fe¬ derelement 82 vorzuspannen, fließt ein Teil (der oben genann- te zweite Teil der Menge) der geförderten Hydraulikflüssig¬ keit über die Drossel 102 ab und nicht in die Einstellkammer 86. Wenn die Aktuierung des Piezoaktors 12 beendet wird, fließt die gesamte, in der Einstellkammer 86 aufgenommene Hydraulikflüssigkeit über die Drossel 102 ab, das heißt aus der Einstellkammer 86. Daher muss, um die Vorspannung des Federelements 82 aufrechtzuhalten, der Piezoaktors stets aktu- iert beziehungsweise Hydraulikflüssigkeit in die Einstellkam- mer 86 gepumpt werden. Ist beispielsweise keine Hydraulik¬ flüssigkeit in der Einstellkammer 86 aufgenommen, so ist das Federelement 82 beispielsweise immer weich beziehungsweise nicht vorgespannt. Durch Betreiben beziehungsweise Aktuieren des Piezoaktors 12 wird das Federelement 82 zunächst vorge- spannt. Die Drossel 100 hat insbesondere die Funktion, dass bei Aktuieren des Piezoaktors 12 und dadurch bewirkter Strömung der Hydraulikflüssigkeit, die grundsätzlich über das Rückschlagventil 76 zu den Antrieben 32 und 44 strömen soll, ein geringer Teil der Strömung der Hydraulikflüssigkeit über die Drossel 100 in die Einstellkammer 86 strömt, um das Fe¬ derelement 82 vorzuspannen beziehungsweise vorgespannt zu halten .
Die variable Impedanz des Aktors 10 wird nun beispielsweise durch die variable und bedarfgerecht einstellbare Vorspannung des Federelements 82 realisiert. Die oben genannten Abhängig¬ keit zwischen dem Duty Cycle und der variablen Impedanz besteht nun beispielsweise darin: Ist der Duty Cycle kurz, so wird die zumindest nahezu gesamte, beispielsweise als Öl aus- gebildete über das Rückschlagventil 76 zu den Antrieben 32 und 44 gepumpt. Aus einem demgegenüber langen beziehungsweise längeren Duty Cycle resultiert jedoch Folgendes: Nachdem das Rückschlagventil 76 geöffnet hat, herrscht in der Antriebs¬ kammer 16 ein insbesondere durch den Antriebskolben 18 und durch den langen Duty Cycle bewirkter Restdruck, sodass Hydraulikflüssigkeit, insbesondere eine gegenüber dem kurzen Duty Cycle größere Menge der Hydraulikflüssigkeit, über die Drossel 100 in die Einstellkammer 86 einströmt. Dadurch wird beispielsweise das Federelement 82 mittels eines langen Duty Cycles stärker vorgespannt als mittels eines demgegenüber kürzeren Duty Cycles. Somit stellt der piezohydraulische Aktor 10 eine Aktoreinheit dar, wobei durch Einstellen der Frequenz des auch als Ansteu- ersignal bezeichneten PWM-Signals die Aktoreinheit hinsicht¬ lich ihres Geschwindigkeits-/Kraftarbeitspunkts bedarfsge- recht eingestellt werden kann, wobei über den genannten Duty Cycle die Aktoreinheit hinsichtlich ihrer Impedanz bezie¬ hungsweise Nachgiebigkeit eingestellt werden kann.

Claims

Patentansprüche
1. Piezohydraulischer Aktor (10), mit:
- wenigstens einem Piezoaktor (12);
- wenigstens einem Antrieb (14), welcher eine mit einer Hyd¬ raulikflüssigkeit (22) versorgbare Antriebskammer (16) und ein die Antriebskammer (16) teilweise begrenzendes und von dem Piezoaktor (12) antreibbares Antriebskolbenelement (18) aufweist, mittels welchem durch Antreiben des Antriebskol- benelements (18) zumindest ein Teil der Hydraulikflüssig¬ keit (22) aus der Antriebskammer (16) zu fördern ist;
- wenigstens einem ersten Abtrieb (32), welcher eine erste Abtriebskammer (34), in welche zumindest ein Teil der aus der Antriebskammer (16) geförderten Hydraulikflüssigkeit (22) einleitbar ist, und ein die erste Abtriebskammer (34) teilweise begrenzendes erstes Abtriebskolbenelement (38) aufweist, welches eine mit der in die erste Abtriebskammer (34) eingeleiteten Hydraulikflüssigkeit (22) beaufschlag¬ bare, hydraulisch wirksame erste Abtriebsfläche (42) auf- weist und durch Beaufschlagen der ersten Abtriebsfläche
(42) mit der in die erste Abtriebskammer (34) eingeleiteten Hydraulikflüssigkeit antreibbar ist;
- wenigstens einem zweiten Abtrieb (44), welcher eine zweite Abtriebskammer (46), in welche zumindest ein Teil der aus der Antriebskammer (16) geförderten Hydraulikflüssigkeit
(22) einleitbar ist, und ein die zweite Abtriebskammer (46) teilweise begrenzendes zweites Abtriebskolbenelement (50) aufweist, welches eine mit der in die zweite Abtriebskammer (46) eingeleiteten Hydraulikflüssigkeit (22) beaufschlag- bare, hydraulisch wirksame und gegenüber der ersten Abtriebsfläche (42) größere oder kleinere zweite Abtriebs¬ fläche (52) aufweist und durch Beaufschlagen der zweiten Abtriebsfläche (52) mit der in die zweite Abtriebskammer (46) eingeleiteten Hydraulikflüssigkeit (22) antreibbar ist; und
- einer Koppeleinrichtung (56) , mittels welcher die Abtriebskolbenelemente (38, 50) mechanisch miteinander gekoppelt sind .
2. Piezohydraulischer Aktor (10) nach Anspruch 1, mit:
- einer mit der Antriebskammer (16) und mit der ersten Abtriebskammer (34) fluidisch verbundenen ersten Versorgungs- leitung (60), über welche zumindest der Teil der aus der
Antriebskammer (16) geförderten Hydraulikflüssigkeit (22) in die erste Abtriebskammer (34) einleitbar ist;
- einer mit der ersten Versorgungsleitung (60) und mit der zweiten Abtriebskammer (46) fluidisch verbundenen zweiten Versorgungsleitung (62), über welche zumindest der Teil der aus der Antriebskammer (16) geförderten Hydraulikflüssigkeit (22) in die zweite Abtriebskammer (46) einleitbar ist; und
- wenigstens einem in der zweiten Versorgungsleitung (62) an- geordneten ersten Rückschlagventil (64), welches in Richtung der zweiten Abtriebskammer (46) öffnet und in Richtung der ersten Versorgungsleitung (60) schließt.
3. Piezohydraulischer Aktor (10) nach Anspruch 1 oder 2, mit: - wenigstens einer mit der Antriebskammer (16) fluidisch verbundenen dritten Versorgungsleitung (66), über welche die Hydraulikflüssigkeit (22) aus einem Reservoir (24) in die Antriebskammer (16) einleitbar ist; und
- einem in der dritten Versorgungsleitung (66) angeordneten zweiten Rückschlagventil (68), welches in Richtung der An¬ triebskammer (16) öffnet und in Richtung des Reservoirs (24) schließt.
4. Piezohydraulischer Aktor (10) nach Anspruch 2 oder nach Anspruch 3 in dessen Rückbezug auf Anspruch 2, mit:
- wenigstens einer mit der zweiten Abtriebskammer (46) fluidisch verbundenen vierten Versorgungsleitung (70), über welche Hydraulikflüssigkeit (22) aus einem Reservoir (24) unter Umgehen der ersten und zweiten Versorgungsleitung (60, 62) in die zweite Abtriebskammer (46) einleitbar ist; und
- einem in der vierten Versorgungsleitung (70) angeordneten dritten Rückschlagventil (74), welches in Richtung der zweiten Abtriebskammer (46) öffnet und in Richtung des Reservoirs (24) schließt.
5. Piezohydraulischer Aktor (10) nach Anspruch 2 oder nach Anspruch 3 oder 4 in dessen Rückbezug auf Anspruch 2, wobei die zweite Versorgungsleitung (62) an einer Verbindungsstelle (V) mit der ersten Versorgungsleitung (60) fluidisch verbunden ist, und wobei in der ersten Versorgungsleitung (60) stromauf der Verbindungsstelle (V) eine viertes Rückschlag- ventil (76) angeordnet ist, welches in Richtung der Verbin¬ dungsstelle (V) öffnet und in Richtung der Antriebskammer (14) schließt.
6. Piezohydraulischer Aktor (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit:
- wenigstens einer mit zumindest einer der Abtriebskammern (34, 46) verbundenen Abführleitung (78), über welche zumindest ein Teil der Hydraulikflüssigkeit (22) aus der zumin¬ dest einen Abtriebskammer (34, 46) abführbar und zu einem Reservoir (24) zu leiten ist; und
- einem in der Abführleitung (78) angeordneten fünften Rückschlagventil (80), welches in Richtung des Reservoirs (24) öffnet und in Richtung der zumindest einen Abtriebskammer (34, 46) schließt.
7. Piezohydraulischer Aktor (10) nach Anspruch 6, wobei eine Öffnungskraft, ab welcher das fünfte Rückschlagventil (09) öffnet, einstellbar ist. 8. Piezohydraulischer Aktor (10) nach Anspruch 7, wobei das fünfte Rückschlagventil (80) ein Federelement (82) aufweist, dessen Vorspannung einstellbar ist, um dadurch die Öffnungskraft einzustellen. 9. Piezohydraulischer Aktor (10) nach Anspruch 8, mit einer dem Federelement (82) zugeordneten Einstellelement (84), wel¬ ches wenigstens eine Einstellkammer (86), in welche zumindest ein Teil der aus der Antriebskammer (16) geförderten Hydrau- likflüssigkeit (22) einleitbar ist, und ein die Einstellkammer (86) teilweise begrenzendes Einstellkolbenelement (88) aufweist, welches mittels der in die Einstellkammer (86) ein¬ geleiteten Hydraulikflüssigkeit (22) bewegbar ist, wodurch die Vorspannung des Federelements (82) einstellbar ist.
10. Piezohydraulischer Aktor (10) nach Anspruch 9, mit wenigstens einer mit der Einstellkammer (86) und mit der Antriebskammer (14) fluidisch verbundenen Einstellleitung (96), über welche zumindest der Teil der Hydraulikflüssigkeit (22) in die Einstellkammer (86) einleitbar ist.
11. Piezohydraulischer Aktor (10) nach Anspruch 10, mit einem in der Einstellleitung (96) angeordneten sechsten Rückschlag- ventil (98), welches in Richtung der Einstellkammer (86) öff¬ net und in Richtung der Antriebskammer (14) schließt.
12. Piezohydraulischer Aktor (10) nach Anspruch 10 oder 11, mit wenigstens einer in der Einstellleitung (96) angeordneten Drossel (100), über welche zumindest der Teil der Hydraulik¬ flüssigkeit (22) in die Einstellkammer (86) einleitbar ist.
13. Piezohydraulischer Aktor (10) nach Anspruch 12, mit einer fluidisch seriell zur Drossel (100) und fluidisch parallel zum Einstellkolbenelement (88) angeordneten zweiten Drossel, wobei bei einer mittels des Piezoaktors (12) und des An¬ triebskolbenelements (18) bewirkten Strömung der Hydraulikflüssigkeit aus der Antriebskammer (16) durch die Einstell¬ leitung (96) und die erste Drossel (100) ein erster Teil der Strömung in die Einstellkammer (86) und parallel ein zweiter Teil der Strömung durch die zweite Drossel (102) strömt.
14. Verfahren zum Betreiben eines piezohydraulischen Aktors (10), mit:
- wenigstens einem Piezoaktor (12);
- wenigstens einem Antrieb (14), welcher eine mit einer Hyd¬ raulikflüssigkeit (22) versorgbare Antriebskammer (16) und ein die Antriebskammer (16) teilweise begrenzendes und von dem Piezoaktor (12) antreibbares Antriebskolbenelement (18) aufweist, mittels welchem durch Antreiben des Antriebskol¬ benelements (18) zumindest ein Teil der Hydraulikflüssig¬ keit (22) aus der Antriebskammer (16) zu fördern ist;
wenigstens einem ersten Abtrieb (32), welcher eine erste Abtriebskammer (34), in welche zumindest ein Teil der aus der Antriebskammer (16) geförderten Hydraulikflüssigkeit
(22) einleitbar ist, und ein die erste Abtriebskammer (34) teilweise begrenzendes erstes Abtriebskolbenelement (38) aufweist, welches eine mit der in die erste Abtriebskammer
(34) eingeleiteten Hydraulikflüssigkeit (22) beaufschlag¬ bare, hydraulisch wirksame erste Abtriebsfläche (42) auf¬ weist und durch Beaufschlagen der ersten Abtriebsfläche
(42) mit der in die erste Abtriebskammer (34) eingeleiteten Hydraulikflüssigkeit (22) antreibbar ist;
wenigstens einem zweiten Abtrieb (44), welcher eine zweite Abtriebskammer (46), in welche zumindest ein Teil der aus der Antriebskammer (16) geförderten Hydraulikflüssigkeit
(22) einleitbar ist, und ein die zweite Abtriebskammer (46) teilweise begrenzendes zweites Abtriebskolbenelement (50) aufweist, welches eine mit der in die zweite Abtriebskammer
(46) eingeleiteten Hydraulikflüssigkeit (22) beaufschlag¬ bare, hydraulisch wirksame und gegenüber der ersten Abtriebsfläche (42) größere oder kleinere zweite Abtriebs¬ fläche (52) aufweist und durch Beaufschlagen der zweiten Abtriebsfläche (52) mit der in die zweite Abtriebskammer
(46) eingeleiteten Hydraulikflüssigkeit (22) antreibbar ist; und
einer Koppeleinrichtung (56) , mittels welcher die Abtriebskolbenelemente (38, 50) mechanisch miteinander gekoppelt sind, wobei der Piezoaktor (12) mittels wenigstens eines elektrischen Signals angesteuert wird, wodurch das An¬ triebskolbenelement (18) mittels des Piezoaktors (12) ange¬ trieben wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Piezoaktor (12) mittels Pulsweitenmodulation angesteuert wird.
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