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Patent Searching and Data


Title:
ACTUATOR DEVICE AND STOPPING AND UNLOCKING METHOD
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/101601
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an actuator device comprising at least one solid-state actuator (130) and a hydraulic unit (120) connected mechanically to the solid-state actuator (130) in series, wherein said hydraulic unit (120) comprises a hydraulic volume which is filled with a hydraulic fluid (195). In the method of clamping a clamping body, an actuator device of this type is used and the solid-state actuator of the actuator device is controlled, in particular, depending on a movement variable of the clamping body.

Inventors:
BACHMAIER, Georg (Kohlstraße 2, München, 80469, DE)
FRÖSE, Patrick (Kaulbachstraße 22, München, 80539, DE)
GERLICH, Matthias (Maximilian-Wetzger-Straße 9, München, 80636, DE)
ZÖLS, Wolfgang (Ranertstraße 8, München-Lochhausen, 81249, DE)
Application Number:
EP2018/081249
Publication Date:
May 31, 2019
Filing Date:
November 14, 2018
Export Citation:
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Assignee:
METISMOTION GMBH (Paulsdorfferstr. 36, Eingang C, München, 80333, DE)
International Classes:
H01L41/083; F15B21/06
Foreign References:
EP0856391A11998-08-05
DE19535081A11997-03-27
DE102015100801A12016-07-21
US5800060A1998-09-01
US7726972B12010-06-01
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Claims:
Patentansprüche

1. Aktoreinrichtung, welche zur Arretierung ausgebildet ist, mit einem Festkörperaktor (130) und einer zu dem Festkörper aktor (130) mechanisch in Serie geschalteten Hydraulikeinheit (120), wobei die Hydraulikeinheit (120) ein Hydraulikvolumen aufweist, welches mit einer Hydraulikflüssigkeit (195) be- füllt ist .

2. Aktoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche zur Arretierung in Form von Klemmung und/oder form schlüssiger Festlegung ausgebildet ist.

3. Aktoreinrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, zudem umfassend einen Arretierkörper (40, 40'), welcher mittels der Hydraulikeinheit arretierbar ist, insbesondere einen Klemm körper (40), welcher mittels der Hydraulikeinheit (120) klemmbar ist und/oder einen Formschlusskörper (40'), welcher mittels der Hydraulikeinheit (120) formschlüssig festlegbar ist .

4. Aktoreinrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, welche ein Federelement (20) und/oder Antriebselement aufweist, wel ches zur Kraftbeaufschlagung des Arretierkörpers (40, 40') und/oder zum Antrieb des Arretierkörpers (40, 40'), insbeson dere an dem Arretierkörper (40, 40'), angeordnet und ausge bildet ist.

5. Aktoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher das Federelement (20) und/oder Antriebselement einen Druckspeicher und/oder einen Magneten aufweist.

6. Aktoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Aktoreinrichtung mindestens eine Klemmfläche (100) aufweist, welche zur reibschlüssigen Ineingriffnähme des als Klemmkörper ausgebildeten Arretierkörpers (40) ausge bildet ist und/oder einen Vorsprung (100') aufweist, welcher zur formschlüssigen Ineingriffnähme des als Formschlusskörper ausgebildeten Arretierkörpers (40') ausgebildet ist.

7. Aktoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Aktoreinrichtung (10) ausgebildet ist, den Klemmkörper (40) umfänglich, vorzugsweise vollumfänglich, zu klemmen .

8. Aktoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Hydraulikflüssigkeit (195) ein Flüssigmetall, insbesondere Gallium, Indium, Zinn und/oder Quecksilber, und/oder eine eutektische Legierung und/oder eine Hydraulik flüssigkeit (195) ist oder aufweist, welche bei Normaldruck bei einer Temperatur von 20 °C, vorzugsweise 0°C und idealer weise -20°C, und/oder bei einer Betriebstemperatur und bei einem Betriebsdruck der Aktoreinrichtung flüssig ist.

9. Aktoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Hydraulikeinheit (120) dazu ausgebildet ist, eine von dem Festkörperaktor (130) ausgehende Bewegung mit einem Übersetzungsverhältnis von ungleich eins auf ein zu be wegendes Element (100), insbesondere eine zur Klemmung des Klemmkörpers (40) ausgebildete Klemmbacke und/oder ein zur formschlüssigen Festlegung des Formschlusskörpers (40') aus gebildetes Formschlusselement, zu übertragen.

10. Aktoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Hydraulikeinheit (120) wenigstens eine An triebskammer (140), eine Abtriebskammer (230) und vorzugswei se eine diese Antriebskammer (140) und Abtriebskammer (230) verbindende hydraulische Leitung (235) aufweist.

11. Aktoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Hydraulikeinheit (120) wenigstens ein die An triebskammer (140) teilweise begrenzendes Antriebselement (160) aufweist, welches mittels des Festkörperaktors (130) bewegbar ist, wobei durch Bewegen des Antriebselements (160) eine Strömung der Hydraulikflüssigkeit (195) zwischen An- triebskammer (140) und Abtriebskammer (230), insbesondere aus der Abtriebskammer (140) in die Antriebskammer (230), und/oder eine Druckminderung der Abtriebskammer (140) bewirk bar ist .

12. Aktoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher die Hydraulikeinheit (120) zusätzlich eine, vor zugsweise druckbeaufschlagte, Vorratskammer (210) für die Hydraulikflüssigkeit (195) aufweist.

13. Aktoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, zumindest nach den Ansprüchen 10 und 12, bei welchem die Vor ratskammer (210) druckbeaufschlagt ist, wobei die druckbeauf schlagte Vorratskammer (210) zur Druckbeaufschlagung der Ab triebskammer (230), insbesondere mittels einer Druckbeauf schlagung der Antriebskammer (140), ausgebildet und hydrau lisch angebunden ist.

14. Aktoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher der Festkörperaktor (130) als oder mit einem Pie- zoaktor und/oder Piezostapelaktor ausgebildet ist und/oder ein magnetostriktiver Aktor oder ein elektrostriktiver Aktor und/oder ein Formgedächtnis-Aktor ist oder einen solchen Ak tor aufweist .

15. Aktoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Aktoreinrichtung mindestens zwei Arretierkör per (40, 40 ') aufweist.

16. Aktoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher eine Steuereinrichtung vorhanden ist, welche ein gerichtet ist, den Festkörperaktor (130) abhängig von einer Bewegungsgröße des Arretierkörpers (40, 40') und/oder einer Kraftbeaufschlagung des Arretierkörpers (40, 40') zu steuern.

17. Verfahren zum Klemmen eines Klemmkörpers (40) mittels ei ner Aktoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der Festkörperaktor (130) insbesondere abhängig von einer Bewegungs- und/oder Kraftgröße und/oder Kraftbeauf schlagung des Klemmkörpers (40) gesteuert wird.

Description:
Beschreibung

Aktoreinrichtung und Verfahren zur Arretierung und zur Ent riegelung

Die Erfindung betrifft eine Aktoreinrichtung sowie ein Ver fahren zur Arretierung eines Arretierkörpers und zur Entrie gelung des Arretierkörpers.

Beim Einsatz von Werkzeugen oder sonstigen Geräten besteht in vielen Fällen eine Notwendigkeit, eine plötzliche Arretierung von bewegten Teilen des Werkzeugs oder des Geräts zu bewerk stelligen. Eine solche Notwendigkeit ergibt sich häufig aus Sicherheitserwägungen, etwa im Falle von elektrischen Sägen. Gerät beispielsweise eine Hand eines Benutzers an die Säge, so ist die Säge anzuhalten. Dabei ist insbesondere eine ver zögerungsarme Arretierung etwa des Sägeblatts relevant, da jede zusätzliche Millisekunde Verzug vor einer Arretierung großen Schaden verursachen kann. Folglich sind für solche An wendungen Aktoreinrichtungen erforderlich, welche innerhalb von wenigen Millisekunden eine Arretierung von beweglichen Teilen des Werkzeugs oder des Geräts erlauben.

Es sind Aktoreinrichtungen bekannt, welche elektromechanisch arbeiten. Solche Aktoreinrichtungen weisen regelmäßig Aktuie- rungszeiten von mehr als 10 Millisekunden auf und arbeiten folglich zu langsam.

Alternativ sind Aktoreinrichtungen bekannt, welche einen che mischen Explosionsantrieb umfassen. Solche Aktoreinrichtungen sind jedoch zum einen nicht hinreichend sicher betreibbar.

Zum anderen sind solche Aktoreinrichtungen nur schlecht Steu er- oder regelbar.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Aktoreinrichtung zu schaffen, mit welcher eine Arretierung und damit eine Festle gung eines beweglichen Arretierkörpers hinreichend schnell und kontrolliert möglich ist . Ferner ist es Aufgabe der Er- findung, ein Verfahren zur Arretierung eines Arretierkörpers anzugeben, welches hinreichend rasch und betriebssicher aus geführt werden kann.

Diese Aufgabe der Erfindung wird mit einer Aktoreinrichtung mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen sowie mit einem Verfahren zur Arretierung eines Arretierkörpers mit den in Anspruch 17 angegebenen Merkmalen gelöst. Bevorzugte Weiter bildungen der Erfindung sind in den zugehörigen Unteransprü chen, der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung ange geben .

Die erfindungsgemäße Aktoreinrichtung ist zur Arretierung ausgebildet und umfasst einen Festkörperaktor und eine zu dem Festkörperaktor mechanisch in Serie geschaltete Hydraulikein heit. Dabei weist die Hydraulikeinheit der erfindungsgemäßen Aktoreinrichtung ein Hydraulikvolumen auf, welches mit einer Hydraulikflüssigkeit befüllbar und vorzugsweise befüllt ist.

Das Hydraulikvolumen kann insbesondere im Wesentlichen voll ständig mit der Hydraulikflüssigkeit befüllt sein. Vorzugs weise sollte Hydraulikflüssigkeit das Hydraulikvolumen so weit ausfüllen, dass durch diese Hydraulikflüssigkeit eine Übertragung von Kraft und/oder mechanischer Bewegungsenergie zwischen verschiedenen Elementen der Hydraulikeinheit (insbe sondere zwischen einem Antriebselement und einem Abtriebsele ment) ermöglicht wird.

Unter dem genannten Merkmal, dass der Festkörperaktor mit der Hydraulikeinheit „mechanisch in Serie geschaltet" ist, soll im vorliegenden Zusammenhang verstanden werden, dass Festkör peraktor und Hydraulikeinheit so verbunden sind, dass eine mechanische Bewegung eines Teils des Festkörperaktors auf einen korrespondierenden Teil der Hydraulikeinheit übertrag bar ist. Die Hydraulikeinheit ist insbesondere dazu ausge staltet, diese Bewegung des korrespondierenden Teils der Hyd raulikeinrichtung auf ein, insbesondere äußeres, zu bewegen des Element zu übertragen, wobei eine solche Übertragung all- gemein mit einem bestimmten Übersetzungsverhältnis und/oder mit einer Integration von mehreren Einzelbewegungen verbunden sein kann. Dieses Element weist vorzugsweise eine Klemmfläche zur Klemmung des Arretierkörpers in Gestalt eines Klemmkör pers und/oder einen Vorsprung zur Verriegelung, d.h. zur formschlüssigen Festlegung, des Arretierkörpers in Gestalt eines Formschlusskörpers auf. D.h. unter einer Arretierung im Sinne der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise eine Klem mung zu verstehen, wobei mittels der Aktoreinrichtung eine Arretierkörper in Gestalt eines Klemmkörpers festlegbar ist. Alternativ oder zusätzlich kann unter einer Arretierung im Sinne dieser Erfindung eine formschlüssige Arretierung, also eine Verriegelung, zu verstehen sein, wobei der Arretierkör per mittels der Hydraulikeinheit und vorzugsweise dem, insbe sondere zusätzlichen, Element, formschlüssig festlegbar ist und somit einen Formschlusskörper ausbildet. Geeigneterweise umfasst der Formschlusskörper eine Ausnehmung und das Element einen mit der Ausnehmung korrespondierenden Vorsprung. Alter nativ und ebenfalls bevorzugt umfasst das Element eine Aus nehmung und der Formschlusskörper einen mit der Ausnehmung korrespondierenden Vorsprung. Dieses Element kann Bestandteil der Hydraulikeinheit sein oder ein zusätzliches, d.h. „äuße res" Element sein, welches mit der Hydraulikeinheit mecha nisch in Serie geschaltet ist. Vorzugsweise ist dieses Ele ment Bestandteil der erfindungsgemäßen Aktoreinrichtung.

Vorteilhaft weisen Festkörperaktoren, wie sie bei der erfin dungsgemäßen Aktoreinrichtung vorgesehen sind, hohe mechani sche Eigenfrequenzen und damit kurze Stellzeiten mit zugleich hohen Stellkräften auf. Insbesondere können die Auslenkzeiten solcher Festkörperaktoren mindestens 20 Mikrosekunden, vor zugsweise höchstens 50 Mikrosekunden, und/oder höchstens 100 Millisekunden betragen. Mittels der bei der erfindungsgemäßen Aktoreinrichtung vorgesehenen, in Serie geschalteten, Hydrau likeinheit ist zudem eine Auslenkung des Festkörperaktors be sonders verzögerungsarm und nahezu verlustfrei übertragbar, sodass mittels der Aktoreinrichtung eine nahezu instantane Arretierung des Arretierkörpers infolge einer Ansteuerung des Festkörperaktors bewirkbar ist. Folglich kann der Arretier körper ohne deutlichen zeitlichen Verzug entweder freigegeben werden oder an seiner Bewegung gehindert werden. Somit kann mittels der erfindungsgemäßen Aktoreinrichtung besonders rasch geschaltet werden. Geeigneterweise kann erfindungsgemäß die Arretierungszeit und/oder Entarretierungszeit mindestens 50 Mikrosekunden und/oder höchstens 100 Millisekunden betra gen .

Vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Aktoreinrichtung zerstö rungsfrei nutzbar. Insbesondere im Vergleich zu Explosionsan trieben ist die erfindungsgemäße Aktoreinrichtung daher nicht nur einmalig, sondern wiederholt nutzbar. Denn die erfin dungsgemäße Aktoreinrichtung lässt in den ursprünglichen Zu stand zurück versetzen, sodass die Aktoreinrichtung erneut einsetzbar ist. Weiterhin vorteilhaft lässt sich die erfin dungsgemäße Aktoreinrichtung aufgrund des Verzichts auf Ex plosionsantriebe ohne Schaden für ggf. vorhandene Periphä- reinrichtungen und somit besonders betriebssicher einsetzen.

Aufgrund der erfindungsgemäß vorgesehenen Hydraulikeinheit ist die erfindungsgemäße Aktoreinrichtung zudem mechanisch verschleißarm ausgebildet.

Vorzugsweise umfasst die erfindungsgemäße Aktoreinrichtung zudem einen Arretierkörper, welcher mit der Aktoreinrichtung arretierbar ist. Alternativ kann ein Arretierkörper arretiert werden, der nicht notwendig Teil der erfindungsgemäßen Ak toreinrichtung ist .

In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist die Aktoreinrichtung ein Federelement und/oder Antriebselement auf, welches zur Kraftbeaufschlagung des Arretierkörpers und/oder zum Antrieb des Arretierkörpers, insbesondere an dem Arretierkörper, angeordnet und ausgebildet ist. Auf diese Weise ist der Arretierkörper mit einer hohen Kraft beauf schlagbar, welche den Arretierkörper beschleunigen kann, so fern er nicht arretiert ist. Wenn bei oder mittels der erfin- dungsgemäßen Aktoreinrichtung der Arretierkörper arretiert und somit in seiner Bewegung festlegt ist, lassen sich mit tels oder bei der erfindungsgemäßen Aktoreinrichtung Bewegun gen des Arretierkörpers rasch einleiten und/oder unterbinden.

Zweckmäßig weist bei der erfindungsgemäßen Aktoreinrichtung das Federelement oder Antriebselement einen Druckspeicher und/oder einen Magneten und/oder eine Feder auf. Mittels ei nes Druckspeichers und/oder eines Magneten oder mittels Fe dern lässt sich das Arretierkörper vorteilhaft auf konstruk tiv einfache Weise mit einer hohen Kraft beaufschlagen.

Geeigneterweise weist die erfindungsgemäße Aktoreinrichtung mindestens eine Klemmfläche auf, die zur reibschlüssigen Ineingriffnähme insbesondere des Arretierkörpers in Gestalt eines Klemmkörpers ausgebildet ist. In dieser Weiterbildung der Erfindung lässt sich der Arretierkörper leicht durch Kraftbeaufschlagung in Richtung schräg, insbesondere senk recht, zu einer vorgegebenen Bewegungsrichtung des Arrtier- körpers in seiner Bewegung festlegen. Es versteht sich, dass die Bewegung des Arrtierkörpers keine Schwerpunktsbewegung des Arretierkörpers sein muss. Es ist grundsätzlich ebenfalls ausreichend und möglich, dass eine Oberfläche des Arretier körpers gegenüber der Hydraulikeinheit beweglich und durch Arretierung festlegbar ist, etwa im Falle einer bloßen Rota tion des Arretierkörpers, welche gerade keine Schwerpunktsbe wegung des Arretierkörpers umfasst.

Die Aktoreinrichtung gemäß der Erfindung ist im Falle der Ar retierung in Form einer Klemmung vorzugsweise ausgebildet, den Klemmkörper umfänglich, vorzugsweise vollumfänglich, zu klemmen. Mittels einer umfänglichen Klemmung des Klemmkörpers ist eine große Kontaktfläche zur reibschlüssigen Festlegung des Klemmkörpers nutzbar. Folglich sind in dieser Weiterbil dung der Erfindung besonders große Klemmkräfte auf den Klemm körper realisierbar. Bevorzugt weist der Arretierkörper eine, abgesehen von zum Formschluss ggf. vorgesehener Ausnehmungen und/oder Vorsprün gen, zylindrische, vorzugsweise kreiszylindrische, Form auf und bildet geeigneterweise eine Welle. Alternativ oder zu sätzlich weist der Arretierkörper einen polygonförmigen Quer schnitt auf. Zweckmäßig weist bei dem Arretierkörper im Falle einer Arretierung in Form von Klemmung, also bei dem Klemm körper, die Klemmfläche eine zum Klemmkörper ganz oder zumin dest teilweise korrespondierende Form auf. In dieser Weiter bildung ist folglich vorteilhaft eine Klemmbuchse realisiert.

Mittels der in dieser Weiterbildung realisierten Klemmbuchse sind mit der erfindungsgemäßen Aktoreinrichtung Klemmkräfte von mehreren Kilonewton erzielbar. Im Falle der Arretierung mittels Formschlusses sind ähnliche Haltekräfte erzielbar.

Die Energie allerdings, welche zur Schaltung solcher Klemm kräfte erforderlich ist, beträgt lediglich etwa 1 Joule.

Folglich lassen sich mittels der erfindungsgemäßen Aktorein richtung hohe Schaltkräfte mittels besonders geringer Ener gien, etwa bereitgestellt mittels Batterien wie insbesondere Knopfzellen, steuern. Die erfindungsgemäße Aktoreinrichtung lässt sich, insbesondere wenn die Aktoreinrichtung einen Klemmkörper aufweist, ähnlich zu einem elektrisch beitreibba- ren Haltemagneten einsetzen, insbesondere hinsichtlich der vorgesehenen Einsatzzwecke.

In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist oder um fasst bei der erfindungsgemäßen Aktoreinrichtung die Hydrau likflüssigkeit ein Flüssigmetall.

Unter einem Flüssigmetall soll hier ein Metall (also ein me tallisches Element oder auch eine Legierung mehrerer metalli sche Elemente) verstanden werden, welches in einem Betriebs zustand der Aktoreinrichtung einen flüssigen Aggregatzustand aufweist. Beispielsweise kann das Flüssigmetall bei Raumtem peratur und dem Betriebsdruck der Hydraulikeinheit in einem flüssigen Zustand vorliegen. Besonders vorteilhaft kann es auch noch bei tieferen Temperaturen als der Raumtemperatur oder der Betriebstemperatur der erfindungsgemäßen Aktorein richtung in einem flüssigen Zustand vorliegen, dies ist je doch für das Funktionieren der Erfindung nicht zwingend not wendig .

Ein wesentlicher Vorteil dieser Weiterbildung der erfindungs gemäßen Aktoreinrichtung liegt darin, dass ein Flüssigmetall im Vergleich zu herkömmlichen Hydraulikflüssigkeiten eine deutlich geringere Kompressibilität aufweist. Hierdurch wer den mechanische Verluste reduziert und der Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Aktoreinrichtung im Vergleich zum Stand der Technik erhöht. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Aktoreinrichtung liegt darin, dass der thermische Ausdeh nungskoeffizient eines Flüssigmetalls allgemein deutlich ge ringer ist als bei herkömmlichen Hydraulikflüssigkeiten.

Hierdurch werden durch Temperaturschwankungen bedingte mecha nische Zustandsänderungen der Hydraulikeinheit vorteilhaft reduziert. Die Viskosität und die Dichte eines Flüssigmetalls sind zwar typischerweise höher als die einer herkömmlichen Hydraulikflüssigkeit. Die damit verbundenen Nachteile können jedoch in Kauf genommen werden, um die genannten Vorteile beim Betrieb der Aktoreinrichtung zu erzielen. Insbesondere bei dem typisch relativ geringen Flüssigkeitsvolumen in der Hydraulikeinheit einer solchen Aktoreinrichtung können die eintretenden Erhöhungen von Viskosität und/oder Dichte der Hydraulikflüssigkeit gut toleriert werden.

Vorteilhaft ist in dieser Weiterbildung die erfindungsgemäße Aktoreinrichtung aufgrund der weitestgehend inkompressiblen Hydraulikflüssigkeit sowie aufgrund des vergleichsweise ge ringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten daher äußerst ro bust gegenüber mechanischen Toleranzen und Temperaturausdeh nungen .

Aufgrund der Ausbildbarkeit der Hydraulikeinheit mit einem geringen Volumen sowie der geringen Kompressibilität der Hyd raulikflüssigkeit weist die erfindungsgemäße Aktoreinrichtung in dieser Weiterbildung zudem besonders geringe Eigenfrequen- zen auf, sodass Aktuierungszeiten von deutlich unterhalb ei ner Mikrosekunde möglich sind.

Die Hydraulikflüssigkeit kann vorteilhaft Gallium und/oder Indium und/oder Zinn und/oder Quecksilber umfassen. Derartige Metalle sind vorteilhaft geeignete Komponenten, um in einer metallischen Legierung einen niedrigen Schmelzpunkt zu errei chen. Besonders vorteilhaft weist die Hydraulikflüssigkeit sowohl Gallium als auch Indium und Zinn auf. Gemäß einer be sonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung besteht sie sogar ausschließlich aus den drei genannten Metallen. Insbe sondere kann es sich bei der Hydraulikflüssigkeit um eine Le gierung handeln, die in der Fachwelt unter dem Namen Galins- tan bekannt ist. Galinstan ist eine eutektische Legierung, welche etwa 68,5 Gewichtsprozent Gallium sowie etwa 21,5 Ge wichtsprozent Indium und etwa 10 Gewichtsprozent Zinn auf weist. Eine solche Legierung weist einen sehr niedrigen Schmelzpunkt von etwa -19 °C auf. Andere geeignete niedrig schmelzende Legierungen sind insbesondere unter den Namen In- dalloy 51 und Indalloy 60 von dem US-amerikanischen Unterneh men Indium Corporation in Utica, NY erhältlich. Weitere ge eignete galliumbasierte Legierungen sind insbesondere dieje nigen Legierungen, die in den Patentschriften US5800060B1 und US7726972B1 beschrieben sind. Sie können neben den drei ge nannten besonders bevorzugten Metallen auch Zusätze von ande ren Metallen wie beispielsweise Zink (insbesondere zwischen etwa 2 und 10 Gewichtsprozent) umfassen.

Die beschriebenen Legierungen, welche mit Gallium und/oder Indium und/oder Zinn gebildet sind, haben den Vorteil, dass sie eine geringe Toxizität aufweisen und somit relativ unbe denklich bezüglich Gesundheits- und Umweltschädigungen sind. Quecksilber ist ebenfalls ein geeignetes Flüssigmetall oder ein geeigneter Legierungsbestandteil für niedrigschmelzende Legierungen, hat aber den grundsätzlichen Nachteil, dass es stark toxisch ist. Da das Hydraulikvolumen der Hydraulikein heit der Aktoreinrichtung jedoch prinzipiell sehr gut herme tisch gegen die äußere Umgebung abgedichtet sein kann, ist auch die Verwendung von Quecksilber oder quecksilberhaltigen Legierungen prinzipiell nicht ausgeschlossen und kann für be stimmte Anwendungen ebenfalls vorteilhaft sein.

Allgemein und unabhängig von ihrer genauen Zusammensetzung kann die Hydraulikflüssigkeit eine eutektische Legierung sein. Eine derartige Legierung ist besonders bevorzugt, da mit ihr ein wesentlich niedrigerer Schmelzpunkt erreicht wer den kann als mit ihren einzelnen metallischen Komponenten.

Weiterhin ist es allgemein besonders bevorzugt, wenn die Hyd raulikflüssigkeit bei Normaldruck bei einer Temperatur von 20°C, zweckmäßigbei 0 °C, insbesondere sogar bei -10 °C und iedealerweise bei -20°C, flüssig ist. Mit anderen Worten ist das Flüssigmetall dann wenigstens bis hinunter zu der genann ten Temperatur und unter Umständen sogar noch bei tieferen Temperaturen im flüssigen Zustand. Ein derart niedrigschmel zendes Flüssigmetall eignet sich besonders gut als Hydraulik flüssigkeit für die beschriebene Anwendung, selbst wenn die Betriebstemperatur der erfindungsgemäßen Aktoreinrichtung deutlich oberhalb der genannten Temperatur liegt. In jedem Fall ist bei einer derart niedrigen Schmelztemperatur die Wahl der Betriebstemperatur für die erfindungsgemäße Ak toreinrichtung nicht besonders stark eingeschränkt. Für den Betrieb der Aktoreinrichtung ist es allgemein vorteilhaft, wenn die Betriebstemperatur nicht nur knapp, sondern deutlich oberhalb der Schmelztemperatur des verwendeten Flüssigmetalls liegt. Beispielsweise kann der Abstand zwischen Betriebstem peratur und Schmelztemperatur bei wenigstens 10 °C liegen.

Ein solcher Sicherheitsabstand in der Temperatur wirkt sich insbesondere auch günstig auf die Viskosität der Hydraulik flüssigkeit aus, da die Viskosität dann niedriger ist als in unmittelbarer Nähe des Schmelzpunkts. Alternativ oder zusätz lich und ebenfalls bevorzugt ist die Hydraulikflüssigkeit bei einer Betriebstemperatur und bei einem Betriebsdruck der Ak toreinrichtung flüssig. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung liegt das Kompressionsmodul der Hydraulikflüssigkeit oberhalb von 10 GPa, beispielsweise zwischen 20 GPa und 60 GPa. Ein derart hohes Kompressionsmodul kann durch die Verwendung eines Flüs sigmetalls leicht erreicht werden und hat zur Folge, dass die mechanischen Verluste in der Hydraulikeinheit niedrig sind und dass entsprechend der Wirkungsgrad der Aktoreinrichtung hoch ist .

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung liegt der thermische Ausdehnungskoeffizient der Hydraulik flüssigkeit unterhalb von 0,001 1/K, insbesondere unterhalb von 0,00015 1/K. Ein derart niedriger thermischer Ausdeh nungskoeffizient kann durch die Verwendung eines Flüssigme talls leicht erreicht werden und hat zur Folge, dass Tempera turschwankungen beim Betrieb der Aktoreinrichtung nur geringe Positionsänderungen bei den einzelnen Elementen der Hydrauli keinrichtung zur Folge haben.

Gemäß einer weiteren allgemein bevorzugten Weiterbildung der Erfindung liegt die Viskosität des Flüssigmetalls oberhalb von 0,5 mm 2 /s, beispielsweise zwischen 1 mm 2 /s und 100 mm 2 /s. Eine derart hohe Viskosität trägt zur Verringerung von Lecka gen zwischen den einzelnen Leitungsteilen und somit zur Auf rechterhaltung der nötigen Druckgefälle bei.

Gemäß einer weiteren allgemein bevorzugten Weiterbildung der Erfindung liegt die Dichte des Flüssigmetalls unterhalb von 8 g/cm 3 , beispielsweise zwischen 5 g/cm 3 und 7 g/cm 3 . Eine der art niedrige Dichte trägt zur Verringerung der Verluste in der Hydraulikeinheit und somit zu einem guten Wirkungsgrad der Aktoreinrichtung bei.

Die hier genannten Materialparameter für das Flüssigmetall als Hydraulikflüssigkeit sollen jeweils für die Betriebsbe dingungen der Aktoreinrichtung, also für deren Betriebstempe ratur und Betriebsdruck, gelten. Die Betriebstemperatur kann dabei insbesondere bei Raumtemperatur liegen und es können die Materialparameter als Parameter bei Raumtemperatur spezi fiziert sein.

Das Hydraulikvolumen der Hydraulikeinrichtung, welche im We sentlichen dem verwendeten Flüssigkeitsvolumen für das vor zugsweise verwendete Flüssigmetall entspricht, kann allgemein bevorzugt unterhalb von 10 Millilitern liegen. Ein derart niedriges Flüssigkeitsvolumen ist allgemein vorteilhaft, um die mechanischen Verluste (insbesondere Reibungsverluste und Kompressionsverluste) der Hydraulikflüssigkeit beim Betrieb der Hydraulikeinheit möglichst gering zu halten. Dies trifft generell auch für herkömmliche Hydraulikflüssigkeiten zu. In Kombination mit den vorteilhaften Eigenschaften eines Flüs sigmetalls tragen die genannten niedrigen Flüssigkeitsmengen jedoch vorteilhaft noch umso mehr dazu bei, die Verluste und thermischen Einflüsse auf ein Minimum zu reduzieren.

Die Begrenzungswände des Hydraulikvolumens, insbesondere der Antriebs- und Abtriebskammern und hydraulischen Leitung (en) der Hydraulikeinheit, sind besonders vorteilhaft aus oder mit einem Material gebildet und/oder mit einem Material beschich tet, welches auch bei dauerhaftem Kontakt mit dem vorzugswei se verwendeten jeweiligen Flüssigmetall chemisch beständig ist. Viele Metalle sind korrosionsanfällig bei längerem Kon takt mit flüssigem Gallium oder galliumhaltigen Legierungen. Um die Begrenzungswände vor einer derartigen Korrosion zu schützen, können diese aus einem resistenten Material gebil det sein und/oder mit einer resistenten Schutzschicht verse hen sein. Geeignete resistente Materialien sind Refraktärme talle wie Tantal, Wolfram oder Ruthenium. Aber auch hinrei chend reines Eisen oder Stahl (insbesondere das Material, das von dem Unternehmen Carpenter Steel unter dem Namen Consumet vertrieben wird) , Nickel, Titannitrid (TiN) oder diamantarti ge Beschichtungen können hochgradig beständig gegenüber gal liumhaltigen Flüssigmetallen sein.

Allgemein bevorzugt ist die Hydraulikeinheit dazu ausgebil det, eine von dem Festkörperaktor ausgehende Bewegung mit einem Übersetzungsverhältnis von ungleich 1 auf ein zu bewe gendes Element, insbesondere eine zur Klemmung ausgebildete Klemmbacke, oder ein mit einem Vorsprung und/oder einer Aus nehmung versehenes Formschlusselement, welches zur Festlegung ees Arretierkörpers mittels Formschlusses ausgebildet ist, zu übertragen. Dabei muss das genannte „zu bewegendes Element" nicht notwendig Teil der Hydraulikeinheit sein. Das Überset zungsverhältnis kann insbesondere kleiner als 1 gewählt sein, sodass der mechanische Hub auf der Austrittsseite der Hydrau likeinheit (also insbesondere der mit dem zu bewegenden Ele ment verbundenen Seite oder der das Element aufweisenden Sei te) größer ist als der Hub auf der Eintrittsseite der Hydrau likeinheit (also der mit dem Festkörperaktor verbundenen Sei te) . Auf diese Weise kann für die Aktoreinrichtung gemäß der Erfindung ein größerer Hub erzielt werden als für den einzel nen Festkörperaktor. Auf diese Weise kann der Nachteil des geringen Maximalhubs, der bei vielen solchen Festkörperakto ren vorliegt, zumindest teilweise ausgeglichen werden.

In einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Ak toreinrichtung weist die Hydraulikeinheit wenigstens eine An triebskammer und eine Abtriebskammer und vorzugsweise eine Antriebskammer und Abtriebskammer verbindende hydraulische Leitung auf. Alternativ können Antriebskammer und Abtriebs kammer direkt, d.h. ohne vermittelnde hydraulische Leitung, miteinander verbunden sein und aneinander angeordnet sein.

Die Innenräume dieser Kammern und ggf. dieser Leitung bilden dann zumindest einen Teil des genannten Hydraulikvolumens aus. Dabei soll jedoch nicht ausgeschlossen sein, dass das Hydraulikvolumen zusätzlich noch weitere hier nicht genannte Teile, insbesondere noch weitere Kammer (n) und/oder Lei tung (en) umfasst. Zusätzlich kann das Hydraulikvolumen insbe sondere mit einem oder mehreren Ventilen zwischen einzelnen Bestandteilen des Volumens gebildet sein.

Aktoreinrichtungen mit derart ausgestalteten Hydraulikeinhei ten eignen sich besonders gut, um durch die jeweilige Ausge staltung der Antriebskammer und der Abtriebskammer ein vorbe- stimmtes Übersetzungsverhältnis für die Hydraulikeinheit ein zustellen. Somit kann insbesondere auch bei geringem Hub des Festkörperaktors ein vergleichsweise großer Hub im Bereich der Abtriebskammer der Hydraulikeinheit erreicht werden. Mit anderen Worten lässt sich durch das Zusammenspiel zwischen Festkörperaktor und Hydraulikeinheit ein zur Arretierung günstiges Übersetzungsverhältnis für die Bewegung der Ak toreinrichtung der Aktoreinrichtung erreichen.

Die Antriebskammer kann insbesondere ein zugeordnetes An triebselement aufweisen und/oder die Abtriebskammer kann ein zugeordnetes Antriebselement aufweisen. Bei diesen Antriebs und Abtriebselementen kann es sich insbesondere um Kolbenele mente oder ähnlich wirkende Elemente handeln, die zweckmäßig mit den Festkörperaktoren bewegungsgekoppelt sind. Die An triebs- und Abtriebskammern können beispielsweise als Zylin der oder als Faltenbalge ausgestaltet sein.

Ein gewünschtes Übersetzungsverhältnis ist bei einer derarti gen Hydraulikeinheit insbesondere durch unterschiedliche Form und/oder Größe der jeweiligen Antriebs- und Abtriebskammern und/oder durch unterschiedliche Wahl der Antriebs- und Ab triebselemente einstellbar.

In jedem Fall ist es allgemein bevorzugt, wenn die Hydrauli keinheit wenigstens ein die Antriebskammer teilweise begren zendes Antriebselement aufweist, welches mittels des Fest körperaktors bewegbar ist. Dabei ist durch Bewegen des An triebselements eine Strömung der Hydraulikflüssigkeit zwi schen Antriebskammer und Abtriebskammer bewirkbar. Die Hyd raulikeinheit kann zusätzlich wenigstens ein die Abtriebs kammer teilweise begrenzendes Antriebselement aufweisen, wel ches wiederum durch die strömende Hydraulikflüssigkeit beweg bar ist und auf einer Ausgangsseite der Hydraulikeinheit ein, insbesondere äußeres, zu bewegendes Element bewegen kann. Insbesondere ist mittels des Festkörperaktors, vorzugsweise mittels des Antriebselements wie zuvor beschrieben, Hydrau likflüssigkeit aus der Abtriebskammer in die Antriebskammer beweglich, und/oder eine Druckminderung der Abtriebskammer bewirkbar. Auf diese Weise kann mittels einer Ansteuerung des Festkörperaktors eine Druckminderung der Abtriebskammer be wirkt werden. Insbesondere ist mittels einer Druckbeaufschla gung der Abtriebskammer der Arretierkörper arretierbar und mittels einer Druckminderung der Abtriebskammer der Arretier körper freigebbar. Folglich kann in dieser Weiterbildung der Erfindung der Arretierkörper freigegeben werden, indem der Festkörperaktor ausgelenkt wird.

Allgemein ist es aber auch möglich und vorteilhaft, wenn für eine Bewegung ein Übersetzungsverhältnis größer als 1 er reicht wird. Dies kann insbesondere dazu vorteilhaft sein, um auf der Abtriebsseite (also der Ausgangsseite der Aktorein richtung) eine besonders hohe Kraft zu erreichen. Dies ist für die vorliegende Anwendung mit einer Arretierung relevant, bei der der Festkörperaktor zweckmäßig gegen ein festes Ende oder ein Ende mit einer sehr hohen Steifigkeit betrieben wird .

Die Hydraulikeinheit der erfindungsgemäßen Aktoreinrichtung kann optional zusätzlich eine Vorratskammer für die Hydrau likflüssigkeit aufweisen. Vorzugsweise ist die Vorratskammer druckbeaufschlagt, insbesondere mittels eines in der Vorrats kammer angeordneten Gasdruckspeichers und/oder mittels einer eine flexible Wandung der Vorratskammer kraftbeaufschlagenden Feder, d.h. eines federnden Elements.

Vorzugsweise ist bei der erfindungsgemäßen Aktoreinrichtung die Vorratskammer druckbeaufschlagt, wobei die druckbeauf schlagte Vorratskammer zur Druckbeaufschlagung der Abtriebs kammer, insbesondere mittels einer Druckbeaufschlagung der Antriebskammer, ausgebildet und hydraulisch angebunden ist. Auf diese kann die druckbeaufschlagte Vorratskammer die Ab triebskammer mit einem Druck beaufschlagen, in welcher mit tels einer Ansteuerung des Festkörperaktors wie oben be schrieben eine Druckminderung bewirkbar ist. Folglich lässt sich mittels dieser Weiterbildung der Erfindung die Abtriebs- kairaner derart Vorspannen, dass der Arretierkörper dauerhaft mittels der druckbeaufschlagten Abtriebskammer arretiert, et wa geklemmt oder verriegelt, wird, wobei im Bedarfsfall der Arretierkörper infolge der Druckminderung der Abtriebskammer freigegeben werden kann. Idealerweise ist die Antriebskammer mittels eines Hydraulikzylinders realisiert, in welchem ein im Hydraulikzylinder geführter Hydraulikkolben eine Antriebs kammer begrenzt. Vorzugsweise begrenzt der Hydraulikkolben die Antriebskammer an einer dem Festkörperaktor zugewandten Seite. Auf diese Weise kann eine Auslenkung des Festkörperak tors ein Hydraulikvolumen der Antriebskammer vorteilhaft ver größern, sodass die Abtriebskammer infolge einer Strömung von Hydraulikflüssigkeit von der Abtriebskammer in die Antriebs kammer druckgemindert wird. In dieser Weiterbildung ist folg lich eine Druckminderung in der Abtriebskammer realisierbar, sodass ein Arretierkörper mittels einer Auslenkung des Fest körperaktors freigebbar ist. Auf diese Weise lässt sich eine sogenannte „Z\7ormaIIy-CIosed"-Aktoreinrichtung realisieren, welche im Normalfall den Arretierkörper arretiert und den Ar retierkörper im Bedarfsfall infolge einer Ansteuerung des Festkörperaktors freigibt. Geeigneterweise ist die Antriebs kammer mit einer Drossel mit der Vorratskammer verbunden, so dass eine Änderung des Volumens der Antriebskammer in einer Änderung des Volumens der Abtriebskammer resultiert und Hyd raulikflüssigkeit nicht im nennenswerten Umfang aus der Vor ratskammer in die Antriebskammer strömt oder in die Vorrats kammer zurück strömt. Vielmehr dient die Anbindung der Vor ratskammer an die Antriebskammer mittels der Drossel vor dringlich einer vorspannenden Druckbeaufschlagung der An triebskammer und folglich auch der Abtriebskammer.

Gemäß einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist der genannte Festkörperaktor ein Piezoaktor. Piezoaktoren haben sich in der Vergangenheit als besonders vielverspre chende Ausgestaltungen des Festkörperaktors erwiesen. Mit ihnen kann eine besonders präzise Bewegung erreicht werden. Ihr Hauptnachteil, nämlich ihr geringer mechanischer Hub, kann wie beschrieben durch die nachfolgende Hydraulikeinheit ausgeglichen werden.

Besonders bevorzugt ist der Piezoaktor der Aktoreinrichtung als Piezostapelaktor ausgebildet. Ein Piezostapelaktor ist eine aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannte Serien schaltung aus mehreren einzelnen Piezoelementen, welche als Schichtstapel angeordnet sind. Ein solcher Stapelaktor ist besonders vorteilhaft, um auch schon mit den Piezoaktor eine höhere Bewegungsamplitude zu erreichen als dies mit einem einzelnen Piezoelement möglich wäre.

Die Erfindung ist jedoch nicht notwendig auf einen Piezoaktor als Festkörperaktor beschränkt. So gelten viele der bekannten Vorteile und Nachteile von Piezoaktoren auch für andere Arten von Festkörperaktoren. Auch für sie kann ein vergleichsweise geringer Hub durch die nachfolgende Hydraulikeinheit vergrö ßert werden. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfin dung ist der genannte Festkörperaktor beispielsweise ein mag netostriktiver Aktor oder ein elektrostriktiver Aktor. Alter nativ kann es sich bei dem Festkörperaktor auch um einen Formgedächtnis-Aktor handeln.

In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist die Aktoreinrichtung eine Steuereinrichtung auf, welche einge richtet ist, den Festkörperaktor abhängig von einer Bewe gungsgröße des Arretierungskörpers zu steuern. Die Bewegungs größe ist zweckmäßig mit einem Ort und/oder einer Geschwin digkeit und/oder einer Beschleunigung des Arretierkörpers ge bildet. Alternativ oder zusätzlich und ebenfalls bevorzugt tritt eine Kraftbeaufschlagung des Arretierkörpers an die Stelle der Bewegungsgröße.

Mittels der erfindungsgemäß bei der Aktoreinrichtung vorgese henen Hydraulikeinrichtung sind somit nicht allein, gewisser maßen digital, arretierende Kräfte für einen den Arretierkör per mit maximaler arretierender Kraft arretierenden Zustand und einen nicht arretierenden Zustand einstellbar, sondern es sind zudem sämtliche Zwischenzustände, im Falle der Arretie rung in Form von Klemmung sämtliche zwischen mit maximaler Klemmkraft klemmendem und nicht klemmendem Zustand befindli chen Zustände, einstellbar.

So lässt sich im Falle der Arretierung in Form von Klemmung insbesondere eine einen beweglichen Klemmkörper bremsende Klemmkraft einstellen. Besonders zweckmäßig weist in einer Weiterbildung die erfindungsgemäße Aktoreinrichtung eine sol che Steuereinrichtung auf, welche den Festkörperaktor derart stellt, dass der Klemmkörper, nachdem er infolge einer Aufhe bung der Klemmung beschleunigt worden ist, abgebremst wird, insbesondere derart, dass ein Abprallen des Klemmkörpers von einem eventuell vorhandenen Anschlag vermieden werden kann.

Bevorzugt ist die Steuereinrichtung ausgebildet, eine Steue rung der Füllung der Abtriebskammer und folglich eine Ein stellung der Bremskraft auf den Klemmkörper mittels einer Rückkopplung zu steuern, indem eine Bewegungsgröße wie insbe sondere ein Geschwindigkeitswert und/oder ein Beschleuni gungswert und/oder ein Ortswert des Klemmkörpers oder eine davon abgeleitete Größe und/oder einer Kraftbeaufschlagung des Arretierkörpers zur Rückkopplung herangezogen wird. Ins besondere ist die Steuereinrichtung zur Regelung der Klemm kraft ausgebildet, indem die Füllung der Abtriebskammer und/oder die Auslenkung des Festkörperaktors die Steuergröße und die Geschwindigkeit und/oder die Beschleunigung und/oder der Ort des Klemmkörpers und/oder einer Kraftbeaufschlagung des Arretierkörpers die Führungs- oder Regelgröße bildet. Vorzugsweise wird die Regelung dann unternommen, nachdem die Klemmeinrichtung den Klemmkörper freigegeben hat und das Fe derelement den Klemmkörper beschleunigt hat. Insbesondere ist die Steuerungseinrichtung ausgebildet, den Klemmkörper kon trolliert abzubremsen oder zu entprellen.

Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Klemmen eines Klemm körpers und zieht dazu eine erfindungsgsmäße Aktoreinrichtung heran, wobei die Aktoreinrichtung mit einem Festkörperaktor und einer zu dem Festkörperaktor mechanisch in Serie geschal tete Hydraulikeinheit gebildet ist. Dabei weist die Hydrauli keinheit ein Hydraulikvolumen auf, welches mit einer Hydrau likflüssigkeit befüllbar oder befüllt ist. Vorteilhaft wird der Festkörperaktor insbesondere abhängig von einer Bewe- gungs- oder Kraftgröße des Klemmkörpers gesteuert.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zei gen :

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer

erfindungsgemäßen Aktoreinrichtung mit einer Hydraulikeinheit schematisch in einer

Prinzipskizze,

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer

erfindungsgemäßen Aktoreinrichtung mit einer Hydraulikeinheit schematisch in einer

Prinzipskizze, sowie

Fig. 3 ein drittens Ausführungsbeispiel einer

erfindungsgemäßen Aktoreinrichtung mit einer Hydraulikeinheit schematisch in einer

Prinzipskizze.

Die Zeichnungsfigur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Aktoreinrichtung mit einer Hydrauli keinheit schematisch in einer Prinzipskizze.

Wie in Fig. 1 dargestellt umfasst die erfindungsgemäße Ak toreinrichtung 10 ein Federelement 20, vorliegend beispiels weise eine Druckfeder in Gestalt einer Schraubenfeder, wel ches an einer Stirnseite 30 einer kreiszylindrischen Welle 40 angeordnet ist und die Welle 40 an dieser Stirnseite 30 in axialer Richtung A kraftbeaufschlagt. Es kann eine Überset zungseinheit 70 vorhanden sein, welche einen Weg der Welle 40 in einen Weg eines Aktorelements 60 übersetzt, in gezeigten Ausführungsbeispiel mit einem Übersetzungsfaktor größer als eins übersetzt, d.h. eine Bewegung der Welle 40 wird in einen um diesen Übersetzungsfaktor größeren Weg des Aktorelements 60 übersetzt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Übersetzungseinheit 70 eine Kontaktdruckfeder auf. In weite ren, nicht eigens dargestellten Ausführungsbeispielen kann die Übersetzungseinheit 70 jedoch auch auf sonstige Weise ge bildet sein.

Das Aktorelement 60 ist gegen einen mechanischen Anschlag 80 bewegbar. Im Gegensatz zum mit der Übersetzungseinheit 70 be weglichen Aktorelement 60 ist der mechanische Anschlag 80 festgelegt. Liegen Aktorelement 60 und mechanischer Anschlag 80 aneinander an, so befindet sich die Aktoreinrichtung 10 in einem stillgelegten Zustand. Sind Aktorelement 60 und mecha nischer Anschlag 80 voneinander beabstandet, so befindet sich die Aktoreinrichtung 10 in einem Betriebszustand.

Aktorelement 60 und mechanischer Anschlag 80 können grund sätzlich auf unterschiedliche Art und Weise ausgeführt sein. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind Aktorelement 60 und mechanischer Anschlag 80 als Platten ausgeführt. Grundsätz lich können Aktorelement 60 und mechanischer Anschlag 80 je doch auch auf sonstige Weise ausgebildet sein.

In der in Fig. 1 dargestellten Situation ist das Aktorelement 60 von dem mechanischen Anschlag 80 beabstandet, d.h. die Ak toreinrichtung 10 befindet sich in einem Betriebszustand.

Das Federelement 20 ist vorspannend in axialer Richtung A ge staucht und ist an ihrer Entspannung infolge einer Arretie rung der Welle 40 in axialer Richtung A gehindert. Die Welle 40 ist in axialer Richtung A mittels einer Klemmbacke 100 festgelegt, welche in radialer Richtung auf die Welle 40 zu kraftbeaufschlagt ist und die Welle 40 reibschlüssig in ihrer axialen Position hält. Die Klemmbacke 100 ist ausgebildet, die Kraftbeaufschlagung auf die Welle 40 zu unterbrechen zu können und die Welle 40 axial freigeben zu können. Infolge einer Freigabe der Welle 40 kann sich das Federelement 20 entspannen und die Welle 40 in axialer Richtung A kraftbeaufschlagen. Aufgrund der Kraft beaufschlagung der Welle 40 mittels des Federelements 20 ist die Welle 40 in axialer Richtung A beweglich, sodass das Ak torelement 60 auf den mechanischen anschlag 80 zu beweglich ist und die Aktoreinrichtung stilllegbar ist.

Die Klemmbacke 100 ist Teil einer Hydraulikeinheit 120, mit tels welcher die Klemmbacke 100 wie nachfolgend beschrieben kontrolliert beweglich betreibbar ist:

Die Hydraulikeinheit 120 bildet mit der Klemmbacke 100 und der mittels der Klemmbacke 100 klemmbaren Welle 40 eine Klemmeinrichtung zur ultraschnellen Druckreduktion.

Die Hydraulikeinheit 120 weist wie in Fig. 1 dargestellt ei nen Festkörperaktor 130 auf, welcher im gezeigten Ausfüh rungsbeispiel mit einem Piezoaktor gebildet ist.

Dieser Festkörperaktor 130 ist im gezeigten Ausführungsbei spiel mittels einer Antriebskammer 140 eines doppelt wirken den Hydraulikzylinders 150 in Gestalt eines Kolbenzylinders gekoppelt. Gekoppelt meint in diesem Zusammenhang, dass der Festkörperaktor 130 derart mit einer Begrenzung der Antriebs kammer 140 des Hydraulikzylinders 150 verbunden ist, dass die Antriebskammer 140 infolge einer Auslenkung des Festkörperak tors 130 ihr Volumen ändert. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Antriebskammer 140 des Kolbenzylinders in an sich be kannter Weise von einem im Kolbenzylinder in einer axialen Richtung des Kolbenzylinders verschieblichen Hydraulikkolben 160 volumenbegrenzt und der Festkörperaktor 130 mit dem Hyd raulikkolben 160 bewegungsgekoppelt, etwa formschlüssig mit einer an einer Stirnseite 164 des Hydraulikkolbens 160 ange ordneten Handhabe 166, verbunden. In weiteren, nicht eigens dargestellten Ausführungsbeispielen ist anstelle des Kol- benzylinders ein Hydraulikzylinder 150 in Gestalt eines me tallischen Faltenbalges vorhanden, welcher eine bewegliche Stirnseite aufweist, die mit dem Festkörperaktor 130 bewe gungsgekoppelt ist .

Grundsätzlich kann der Hydraulikzylinder 150 auch auf andere Weise realisiert sein. Erfindungsgemäß wesentlich ist insbe sondere, dass mittels einer Bewegung des Festkörperaktors 130 ein hydraulisches Antriebsvolumen geändert wird.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel trennt der Hydraulikkolben 160 zwei Volumina. An einer dem Festkörperaktor 130 nahen Stirnseite des Hydraulikkolbens 160 liegt das Antriebsvolumen der Antriebskammer 140 an, d.h. bei Auslenkung des Festkör peraktors 130 in Richtung auf den Hydraulikkolben 160 zu nimmt das Antriebsvolumen der Antriebskammer 140 in seiner Größe zu.

Ein weiteres Volumen 190 des Hydraulikzylinders 150 liegt an einer dem Festkörperaktor 130 fernen Seite des Hydraulikkol bens 160 an.

Antriebsvolumen der Antriebskammer 140 und weiteres Volumen 190 des Hydraulikzylinders 150 sind mit einer Hydraulikflüs sigkeit 195 gefüllt. Grundsätzlich kann die Hydraulikflüssig keit 195 mit Wasser oder mit einer sonstigen Flüssigkeit ge bildet sein. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Hydraulikflüssigkeit 195 mit einem Flüssigmetall, beispiels weise Galinstan, gebildet. Flüssigmetall weist eine besonders niedrige Kompressibilität und einen besonders geringen ther mischen Ausdehnungskoeffizienten auf.

Das weitere Volumen 190 ist über eine in der Praxis stets vorhandene Leckage mit dem Antriebsvolumen verbunden. Die Le ckage ist in Fig. 1 mit einer zum Hydraulikkolben 160 paral lel geschalteten Drossel 200 symbolisiert. Das weitere Volumen 190 ist fluidleitend mit einem mit Hyd raulikflüssigkeit 195 gefüllten Reservoir 210 verbunden. Das Reservoir 210 ist mittels eines Druckbeaufschlagungsmittels 220 vorgespannt, d.h. mit einem Druck, hier einem Überdruck, beaufschlagt. Infolge der Leckage ist nicht allein das weite re Volumen 190, sondern die gesamte Hydraulikeinheit 120, d.h. insbesondere auch das Antriebsvolumen der Antriebskammer 140, mit dem Überdruck beaufschlagt.

Das Druckbeaufschlagungsmittel 220 ist im dargestellten Aus führungsbeispiel ein im Reservoir 210 befindlicher Gasdruck speicher. In weiteren, nicht eigens dargestellten Ausfüh rungsbeispielen kann das Druckbeaufschlagungsmittel 220 auch mit einer Feder gebildet sein, welche eine flexible Wandung des Reservoirs derart kraftbeaufschlagt, dass das Reservoir 210 mit einem Druck beaufschlagt wird.

Die Antriebskammer 140 ist fluidleitend mittels Fluidleitun gen 235 mit einer Abtriebskammer 230 verbunden, in welcher zur Realisierung einer Klemmung der Welle 40 ein Druckabfall realisierbar ist :

Wird der Festkörperaktor 130 sprunghaft, d.h. mittels eines Spannungspulses, angesteuert, so wird der Festkörperaktor 130 in Richtung s ausgelenkt und treibt die Handhabe 166 des Hyd raulikkolbens 160 axial. Dadurch wird Hydraulikflüssigkeit 195 in das Reservoir 210 geschoben. Da das Druckbeaufschla gungsmittel 220 verglichen mit der Hydraulikflüssigkeit 195 eine geringere Federsteifigkeit aufweist, ist der Druckan stieg infolge der geringen Ausdehnung des Festkörperaktors 130 gering. Infolge der Auslenkung des Hydraulikkolbens 160 erfolgt jedoch eine Volumenänderung in der hydraulischen Ab triebskammer 230.

Der Druckabfall ist dabei proportional zum Quotienten aus re lativer Volumenänderung und Kompressibilität der Hydraulik flüssigkeit : Die relative Volumenänderung bedeutet dabei die Volumenände rung bezogen auf ein Anfangsvolumen vor der Volumenänderung.

Die absolute Volumenänderung ist im dargestellten Ausfüh rungsbeispiel durch den Festkörperaktor 130 vorgegeben. Um einen möglichst hohen Druckabfall zu erzielen, ist für einen hohen Druckabfall das hydraulische Anfangsvolumen möglichst gering gehalten und eine Hydraulikflüssigkeit 195 mit beson ders geringer Kompressibilität gewählt.

Der thermische Ausdehungskoeffizient eines Flüssigmetalls wie Galinstan beträgt 0,000126 1/K und damit nur ein Fünftel von Glycerin und nur die Hälfte von Wasser. Dadurch kann der tem peraturbedingte Einfluss auf den Druck in der Abtriebskammer 230 verringert werden.

Je geringer Anfangsvolumen und Kompressibilität sind, desto weniger Energie muss von den Festkörperaktoren 130 bereitge stellt werden, um einen bestimmten Druckabfall zu realisie ren .

Zusätzlich kann für einen möglichst hohen Druckabfall wie im gezeigten Ausführungsbeispiel der Festkörperaktor 130 mit der hydraulischen Antriebskammer wie in Fig. 1 dargestellt zwei fach oder mehrfach vorgesehen sein.

Die Abtriebskammer 230 der Hydraulikeinheit 120 weist eine Gestalt eines kreiszylindrischen Rohres auf, welches die Wel le 40 entlang eines axialen Abschnitts vollumfänglich umgibt. Die Abtriebskammer 230 ist in ein umfängliches Rohr 240 ein gebracht und folglich außenumfänglich festgelegt. Infolge einströmender Hydraulikflüssigkeit 195 ist ein Innendurchmes ser der Abtriebskammer 230 der Hydraulikeinheit 120 verrin gerbar, sodass die Abtriebskammer 230 sich abhängig von ein strömender Hydraulikflüssigkeit 195 reibschlüssig um die Wel le 40 herum an dieser anlegt. Der an der Welle 40 anlegbare Teil der Oberfläche der Ab triebskammer 230 bildet die oben erwähnte Klemmbacke 100 der erfindungsgemäßen Aktoreinrichtung 10. Mittels dieser Klemm backe 100 ist die Welle 40 kraftschlüssig festlegbar: Infolge des ursprünglichen Anfangsdrucks im hydraulischen System ist die Klemmbacke 100 in Richtung auf die Welle 40 zu kraftbe aufschlagt, sodass die Welle 40 im Ausgangszustand geklemmt ist .

Im Bedarfsfälle, etwa eines kritischen Zustandes eines mit der erfindungsgemäßen Aktoreinrichtung 10 versehenen Systems, soll die Welle 40 von der Klemmbacke 100 freigegeben werden, sodass sich das Federelement 20 entspannen kann und die Welle 40 in axialer Richtung A beschleunigt. Das Federelement 20 ist wie zuvor beschrieben als mechanische Druckfeder ausge bildet. Alternativ ist anstelle einer mechanischen Druckfeder eine Druckgasfeder oder ein sonstiges Federelement 20 vorhan den .

Im Falle eines kritischen Zustandes lässt sich die bis dahin in der Klemmbacke 100 geklemmte Welle 40 freigegeben, indem der oder - im Falle mehrerer parallel geschalteter Festkör peraktoren 130 die - Festkörperaktoren 130 angesteuert wer den, um eine Druckabsenkung in der Abtriebskammer 230 zu be wirken. Dadurch ist die Klemmung zwischen der Klemmbacke 100 und Welle 40 lösbar und die Welle aufgrund des Federelements 20 beschleunigbar. Auf diese Weise ist die Welle 40 mit be sonders geringem zeitlichen Verzug bewegbar.

Es versteht sich, dass anstelle des Federelements 20 in wei teren, nicht eigens dargestellten Ausführungsbeispielen ein elektromechanischer Antrieb vorgesehen sein kann, wobei die Antriebsenergie beispielsweise in Kondensatoren vorgehalten wird .

Mittels der erfindungsgemäß bei der Aktoreinrichtung 10 vor gesehenen Hydraulikeinrichtung 120 sind zudem nicht allein, gewissermaßen digital, Klemmkräfte für einen die Welle 40 mit maximaler Klemmkraft klemmenden Zustand und einen die Welle 40 nicht klemmenden Zustand einstellbar, sondern es sind zu dem sämtliche zwischen mit maximaler Klemmkraft klemmendem und nicht klemmendem Zustand befindlichen Zustände einstell bar: So lässt sich insbesondere eine die Welle 40 in axialer Richtung A bremsende Klemmkraft einstellen. Nicht eigens in der Zeichnung dargestellt ist eine Steuereinrichtung vorhan den, welche die Festkörperaktoren 130 derart stellt, dass die Welle 40, nachdem sie von der Klemmbacke 100 freigegeben wor den ist, abgebremst wird und zwar derart, dass ein Abprallen des Aktorelements 60 vom festgelegten mechanischen Anschlag 80 vermieden werden kann. Die Steuereinrichtung ist ausgebil det, eine Steuerung der Füllung der Abtriebskammer 230 und folglich eine Einstellung der Bremskraft auf den die Welle 40 durch die Klemmbacke 100 mittels einer Rückkopplung zu steu ern, indem ein Beschleunigungswert sowie ein Geschwindig- keits- und ein Ortswert der Welle 40 zur Rückkopplung heran gezogen wird. Dabei wird die Klemmkraft mittels Füllung der Abtriebskammer 230 derart eingestellt, dass die Welle 40 bei ihrem Anschlag des Aktorelements 60 an dem mechanischen An schlag 80 abrupt abgebremst wird. Vorzugsweise wird diese Re gelung erst dann unternommen, nachdem die Klemmbacke 100 die Welle 40 freigegeben hat und das Federelement 20 die Welle 40 beschleunigt hat.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Aktoreinrichtung 10 zur Beschleunigung der Welle 40 in Richtung des mechanischen Anschlags 80 ausgebildet. Grundsätzlich lässt sich die Ak toreinrichtung 10 auch zur Entfernung der Welle 40 vom mecha nischen Anschlag 80 ausbilden, beispielsweise durch entspre chende Anordnung des Federelements 20 an der Welle 40.

Das in Fig. 2 dargestellte weitere Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Aktoreinrichtung 10' entspricht weitgehend dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel einer erfin dungsgemäßen Aktoreinrichtung 10. Die Aktoreinrichtung 10 ' weist jedoch abweichend von dem vor gehend beschriebenen Ausführungsbeispiel anstelle einer mit einer Klemmbacke 100 klemmbaren Welle 40 eine mit einem Rie gel 100' klemmbare Welle 40' auf. Dazu weist die Welle 40' eine vollumfänglich verlaufende Einschnürung 42' auf, welche eine Ausnehmung bildet, in welche der Riegel 100' eingreifen kann. Der Riegel 100' ist als sich radial einwärts erstre ckender, vollumfänglich an einem Innenumfang der Abtriebskam mer 230 angeordneter Vorsprung ausgebildet, welcher demgemäß radial in die Ausnehmung 42' einkragt. Die Abtriebskammer 230 weist dazu in axialer Richtung kürzere Abmessungen auf ver glichen mit dem vorangegangenen Ausführungsbeispiel.

Auf diese Weise kann der Riegel 100 ' mittels einer Befüllung der Abtriebskammer 230 in die Ausnehmung 42 ' eingebracht wer den und mittels einer Druckreduzierung und somit einer Ent leerung der Abtriebskammer 230 aus der Ausnehmung 42' ausge bracht werden. Entsprechend ist in diesem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel die Welle 40 ' formschlüssig mittels des Riegels 100' festlegbar.

Das in Fig. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel einer erfin dungsgemäßen Aktoreinrichtung 10 ' ' entspricht bis auf den nachfolgend beschriebenen Umstand dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Aktoreinrichtung 10'. Dabei weist der Riegel 100' zusätzlich eine Übersetzung 270 auf, welche eine Bewegung eines Innenumfangs der Ab triebskammer 230 mit einem Übersetzungsfaktor versieht, so- dass der Riegel 100' nicht direkt bewegt wird, sondern ent sprechend dem Übersetzungsfaktor übersetzt bewegt wird.

Im Falle der anhand der Figuren 1 bis 3 dargestellten Ausfüh rungsbeispiele handelt es sich um sogenannte „Normally- Closed"-Aktoreinrichtungen, d.h. die Wellen 40, 40' sind im Betriebszustand dauerhaft festgelegt, also arretiert. Die Wellen 40, 40' werden nur im Bedarfsfall, etwa eines kriti schen Zustands, freigegeben und mittels der Federelemente 20 beschleunigt . Grundsätzlich können Aktoreinrichtungen in weiteren, nicht eigens dargestellten Ausführungsbeispielen auch als „Normal- ly-Open"-Aktoreinrichtungen ausgebildet sein, bei welchen die Wellen nur im Bedarfsfall, in der Regel einem Ausnahmefall, festgelegt sind.