PIEZOHYDRAULISCHER AKTOR UND VERFAHREN ZUM BETREIBEN EINES SOLCHEN PIEZOHYDRAULISCHEN AKTORS

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen piezohydraulischen Aktor, sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen piezohydraulischen Aktors.

[0002] 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 mechanische 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 beispielsweise Klappen oder Ventile zu bewegen. Ferner kann beispielsweise ein Aktor verwendet werden, um wenigstens ein Werkzeug einer Werkzeugmaschine auszuwerfen.

[0003] 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 Aktors 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 Abtriebselement Kontakt mit dem auszuwerfenden Fahrzeug hat, besteht im Gegensatz zu der zuvor genannten Anforderung die Anforderung, dass hohe Kräfte von dem Aktor beziehungsweise von dem Abtriebselement bereitgestellt werden sollten, um das Werkzeug ausstoßen und somit auswerfen zu können. Dabei ist jedoch keine hohe Geschwindigkeit erforderlich, da ein zum eigentlichen 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 unterschiedliche, 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 Abtriebselement zwar mit einer hohen Kraft, jedoch über einen nur geringen Weg beziehungsweise langsam bewegt wird, um beispielsweise das Werkzeug schließlich auszuwerfen. Eine solche Aktoranwendung mit den beschriebenen Modi findet auch in der Robotik immer öfter Verwendung.

[0004] Dabei werden beispielsweise Objekte unterschiedlicher Festigkeit 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 beziehungsweise filigrane als auch feste und gegebenenfalls schwere Objekte greifen und insbesondere bewegen kann. Dies erfordert eine hohe Flexibilität in Form einer anpassbaren Impedanz des Aktors, welcher beispielsweise Bestandteil eines Greif- beziehungsweise Aktorsystems des Roboters ist. Mittels des Greif- beziehungsweise Aktorsystems kann der Roboter entsprechend 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 bereitstellen zu können, mittels welchen auch steife beziehungsweise schwere und große Objekte gegriffen und gegebenenfalls bewegt werden können.

[0005] Die WO 2014/146804 A1 offenbart eine Aktorvorrichtung, mit einer Antriebseinheit und einer Abtriebseinheit. Die Abtriebseinheit weist eine erste Translationseinheit mit einem ersten Abtrieb und eine über ein Leitungssystem mit der ersten Translationseinheit fluidisch verbundene zweite Translationseinheit mit einem zweiten Abtrieb auf. Dabei ist die Antriebseinheit fluidisch mit dem Leitungssystem verbunden. Mittels der Antriebseinheit ist ein Fluid zwischen der ersten Translationseinheit und der zweiten Translationseinheit zum Auslenken der Abtriebe austauschbar. Die erste Translationseinheit und die zweite Translationseinheit weisen jeweils ein Vorspannelement auf, wobei die Vorspannelemente in entgegengesetzter Richtung gegen eine beweglich gelagerte Einspannung abgestützt sind.

[0006] Außerdem ist der WO 2017/198420 A1 ein piezohydraulischer Aktor als bekannt zu entnehmen, wobei dieses Dokument unter Art.54 (3) EPÜ fällt.

[0007] 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.

[0008] 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 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.

[0009] Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft einen piezohydraulischen Aktor, mit wenigstens einem Piezoaktor und mit wenigstens einem Antrieb, welcher eine mit einer Hydraulikflüssigkeit versorgbare Antriebskammer und ein die Antriebskammer teilweise begrenzendes und von dem Piezoaktor antreibbares und dadurch bewegbares Antriebskolbenelement aufweist. Mittels des Antriebskolbenelements ist durch Antreiben des Antriebskolbenelements zumindest ein Teil der Hydraulikflüssigkeit aus der Antriebskammer zu fördern. Mit anderen Worten, wird das Antriebskolbenelement mittels des Piezoaktors angetrieben und dadurch bewegt, so wird zumindest ein Teil der zunächst in der Antriebskammer aufgenommenen Hydraulikflüssigkeit aus der Antriebskammer mittels des Antriebskolbenelements herausgefördert.

[0010] Der piezohydraulische Aktor umfasst ferner wenigstens einen ersten Abtrieb, welcher eine erste Abtriebskammer und einen die erste Abtriebskammer teilweise begrenzendes erstes Abtriebskolbenelement aufweist. In die erste Abtriebskammer ist zumindest ein Teil der aus der Antriebskammer geförderten Hydraulikflüssigkeit einleitbar. Das erste Abtriebskolbenelement weist eine hydraulisch wirksame erste Abtriebsfläche auf, welche mit der in die erste Abtriebskammer eingeleiteten Hydraulikflüssigkeit beaufschlagbar ist. Durch dieses Beaufschlagen der ersten Abtriebsfläche mit der in die erste Abtriebskammer eingeleiteten Hydraulikflüssigkeit ist das erste Abtriebskolbenelement antreibbar und somit, insbesondere translatorisch, bewegbar.

[0011] 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 Abtriebskolbenelement weist eine hydraulisch wirksame zweite Abtriebsfläche auf, welche mit der in die zweite Abtriebskammer eingeleiteten 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 zweite Abtriebskammer eingeleiteten Hydraulikflüssigkeit antreibbar. Mit anderen Worten, wird die Hydraulikflüssigkeit in die erste Abtriebskammer eingeleitet, so wird die erste Abtriebsfläche mit der in die erste Abtriebskammer eingeleiteten Hydraulikflüssigkeit beaufschlagt, wodurch das erste Abtriebskolbenelement angetrieben und somit, insbesondere translatorisch, bewegt wird. Wird die Hydraulikflüssigkeit in die zweite Abtriebskammer eingeleitet, so wird die zweite Abtriebsfläche mit der in die zweite Abtriebskammer eingeleiteten Hydraulikflüssigkeit beaufschlagt, wodurch das zweite Abtriebskolbenelement angetrieben und, insbesondere translatorisch, bewegt wird. Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Abtriebskammern beziehungsweise die Abtriebskolbenelemente fluidisch parallel zueinander angeordnet beziehungsweise geschaltet sind.

[0012] Außerdem weist der piezohydraulische Aktor eine Koppeleinrichtung auf, mittels welcher die Abtriebskolbenelemente mechanisch 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 Abtriebskolbenelement mechanisch gekoppelt beziehungsweise verbunden ist. Durch diese mechanische Kopplung der Abtriebskolbenelemente bewegen sich diese beispielsweise gleichzeitig beziehungsweise 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 Abtriebskolbenelement über die Koppeleinrichtung mechanisch mit dem ersten Abtriebskolbenelement gekoppelt beziehungsweise verbunden ist, mit dem ersten Abtriebskolbenelement mitbewegt. Wird beispielsweise umgekehrt das zweite Abtriebskolbenelement auf die beschriebene Weise angetrieben und, insbesondere translatorisch, bewegt, so wird das erste Abtriebskolbenelement 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 Koppeleinrichtung das zweite Abtriebskolbenelement beziehungsweise das zweite Abtriebskolbenelement bewegt über die Koppeleinrichtung das erste Abtriebskolbenelement.

[0013] 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 beziehungsweise mit einer hohen ersten Geschwindigkeit, jedoch mit einer nur geringen ersten Kraft bewegt werden kann. Der zweite Modus ist ein Kraftmodus, in welchem beispielsweise insbesondere dann, wenn die zweite Abtriebsfläche größer als die erste 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 beispielsweise möglich, wenigstens ein Abtriebselement des Aktors in dem Geschwindigkeitsmodus mittels des ersten Abtriebskolbenelements 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 mechanisch miteinander gekoppelt sind, kann besonders vorteilhaft, insbesondere sanft beziehungsweise ruckfrei und/oder selbstständig oder automatisch, von einem der Modi in den jeweils anderen Modus umgeschaltet werden und umgekehrt.

[0014] Kommt somit beispielsweise der erfindungsgemäße piezohydraulische Aktor in einer Werkzeugmaschine zum Einsatz, um mittels des piezohydraulischen Aktors ein Werkzeug auszuwerfen, indem beispielsweise das Werkzeug mittels des zuvor genannten Abtriebselements ausgeworfen wird, indem das Abtriebselement mittels des piezohydraulischen Aktors angetrieben wird, so kann beispielsweise das Abtriebselement ausgehend von einer Ausgangsstellung mittels des ersten Abtriebskolbenelements in dem Geschwindigkeitsmodus mit einer besonders hohen ersten Geschwindigkeit und mit einer geringen ersten 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 auszuwerfen.

[0015] Ferner kann der erfindungsgemäße piezohydraulische Aktor besonders gut in einem Roboter, insbesondere in einem Greifsystem 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 beispielsweise mithilfe des ersten Abtriebskolbenelements und somit mit einer nur geringen Kraft gegriffen und bewegt, wobei beispielsweise 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 Bewegung auf einfache, gewichts- und bauraumgünstige Weise gelöst werden.

[0016] Der piezohydraulische Aktor weist eine mit der Antriebskammer und mit der ersten Abtriebskammer fluidisch verbundene 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 unerwünschte Strömung der Hydraulikflüssigkeit durch die zweite Versorgungsleitung in Richtung der beziehungsweise in die erste Versorgungsleitung.

[0017] Steht beispielsweise dem ersten Abtriebskolbenelement beziehungsweise der Bewegung des ersten Abtriebskolbenelements eine entsprechend große Gegenkraft entgegen, sodass beispielsweise ein mittels des Piezoaktors beziehungsweise mittels des Antriebskolbenelements bewirkter Druck der Hydraulikflüssigkeit nicht ausreicht, um das ersten Abtriebskolbenelement entgegen der Gegenkraft anzutreiben und somit zu bewegen beziehungsweise sodass das erste Abtriebskolbenelement nur geringfügig bewegt werden kann, so steigt beispielsweise der Druck der Hydraulikflüssigkeit an, insbesondere so lange, bis beispielsweise das erste Rückschlagventil die zweite Versorgungsleitung 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 beziehungsweise automatisch zwischen den genannten Modi umgeschaltet und dabei insbesondere von dem Geschwindigkeitsmodus in den Kraftmodus umgeschaltet werden.

[0018] Die genannte Gegenkraft wirkt beispielsweise dann auf das ersten Abtriebskolbenelement und steht somit dann dem ersten Abtriebskolbenelement beziehungsweise dessen Bewegung entgegen, wenn das Abtriebselement, welches beispielsweise einstückig mit dem jeweiligen Abtriebskolbenelement ausgebildet beziehungsweise mit dem jeweiligen Abtriebskolbenelement, insbesondere mechanisch, gekoppelt sein kann, in Kontakt mit dem auszuwerfenden Werkzeug kommt beziehungsweise steht. Somit kann das Abtriebselement mittels des Geschwindigkeitsmodus schnell und kraftarm in Kontakt mit dem Werkzeug bewegt und ab dann mittels des Kraftmodus langsam und kraftvoll weiterbewegt werden.

[0019] Der piezohydraulische Aktor weist wenigstens eine mit der Antriebskammer fluidisch verbundene dritte Versorgungsleitung auf, über welche die Hydraulikflüssigkeit aus einem Reservoir 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 Hydraulikflüssigkeit 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.

[0020] Wird beispielsweise der Piezoaktor angesteuert, insbesondere bestromt, das heißt mit Strom versorgt, so dehnt sich beispielsweise wenigstens ein Piezoelement, insbesondere ein mehrere Piezoelemente umfassender Piezostapel, des Piezoaktors aus, wodurch beispielsweise eine Volumenverkleinerung der Antriebskammer bewirkt wird. Hierdurch wird zumindest ein Teil der Hydraulikflüssigkeit aus der Antriebskammer herausgefördert. Wird die Ansteuerung beziehungsweise Bestromung des Aktors beendet, so zieht sich der Piezoaktor beziehungsweise das Piezoelement oder der Piezostapel beispielsweise zusammen, was mit einer Volumenvergrößerung der Antriebskammer einhergeht. Um einen übermäßigen beziehungsweise unerwünschten, 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 Versorgungsleitung und das zweite Rückschlagventil nachströmen und insbesondere in die Antriebskammer einströmen.

[0021] Beim Herausfördern der Hydraulikflüssigkeit aus der Antriebskammer verhindert das zweite Rückschlagventil, dass die Hydraulikflüssigkeit unerwünschterweise über die dritte Versorgungsleitung zurück in das Reservoir strömt. Dadurch kann eine bedarfsgerechte Strömung der Hydraulikflüssigkeit auf besonders einfache und somit gewichts- und kostengünstige Weise gewährleistet werden. Durch entsprechendes Hin- und Herbewegen des Antriebskolbenelements kann somit Hydraulikflüssigkeit 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 bedarfsgerechte Bewegung des jeweiligen Abtriebskolbenelements und somit des genannten Abtriebselements realisieren zu können.

[0022] Der piezohydraulische Aktor weist wenigstens eine mit der zweiten Abtriebskammer fluidisch verbundene vierte Versorgungsleitung auf, über welche Hydraulikflüssigkeit 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 Versorgungsleitung die erste Versorgungsleitung und die zweite Versorgungsleitung umgeht beziehungsweise die die vierte Versorgungsleitung 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.

[0023] Dabei weist der piezohydraulische Aktor ferner ein in der vierten Versorgungsleitung angeordnetes drittes Rückschlagventil auf, welches in Richtung der zweiten Abtriebskammer öffnet und in Richtung des Reservoirs schließt. Steht beispielsweise dem ersten Abtriebskolbenelement die zuvor genannte 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 Versorgungsleitung zu der beziehungsweise in die zweite Abtriebskammer verhindert, so wird das zweite Abtriebskolbenelement über die Kopplungseinrichtung mittels des ersten Abtriebskolbenelements bewegt beziehungsweise mit dem ersten Abtriebskolbenelement mitbewegt, ohne dass Hydraulikflüssigkeit über die zweite Versorgungsleitung in die zweite Abtriebskammer einströmen kann. Dadurch, dass das zweite Abtriebskolbenelement mit dem ersten Abtriebskolbenelement mitbewegt wird, wird jedoch eine Volumenvergrößerung der zweiten Abtriebskammer bewirkt. Um dabei die Entstehung eines unerwünschten beziehungsweise übermäßigen Unterdrucks in der zweiten Abtriebskammer auf besonders einfache Weise zu vermeiden, 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 beziehungsweise eingesaugt werden.

[0024] Die zweite Versorgungsleitung ist an einer Verbindungsstelle mit der ersten Versorgungsleitung fluidisch verbunden, 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 Rückschlagventil 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 Strömung der Hydraulikflüssigkeit von der Verbindungsstelle und somit beispielsweise von der ersten Abtriebskammer in die Antriebskammer vermieden werden. Hierdurch kann eine bedarfsgerechte Strömung der Hydraulikflüssigkeit auf einfache und kostengünstige Weise gewährleistet werden.

[0025] Der piezohydraulische Aktor weist wenigstens eine mit zumindest einer der Abtriebskammern fluidisch verbundene Abführleitung auf, über welche zumindest ein Teil der Hydraulikflüssigkeit aus der zumindest einen Abtriebskammer abführbar und zu dem 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 Aktor ferner ein in der Abführleitung angeordnetes fünftes Rückschlagventil auf, welches in Richtung des Reservoirs öffnet und in Richtung der zumindest einen Abtriebskammer beziehungsweise in Richtung der jeweiligen Versorgungsleitung, mit der die Abführleitung gegebenenfalls fluidisch verbunden ist, schließt. Wirkt beispielsweise eine solche Gegenkraft auf zumindest einen der Abtriebskolben, dass mittels der Gegenkraft eine Volumenverkleinerung der jeweiligen Abtriebskammer bewirkt 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 piezohydraulischen Aktors kommt. Ist die zuvor genannte, dem jeweiligen Abtriebskolbenelement beziehungsweise dessen Bewegung entgegenstehende Gegenkraft so groß, dass mittels des Piezoaktors beziehungsweise mittels eines durch den Piezoaktor 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 Hydraulikflüssigkeit aus der jeweiligen Versorgungsleitung über die Abführleitung abgeführt und insbesondere zu dem beziehungsweise in das Reservoir geleitet werden, ohne dass es zu einer Beschädigung des piezohydraulischen Aktors kommt. Dadurch können Beschädigungen des piezohydraulischen Aktors auf einfache und kostengünstige Weise vermieden werden.

[0026] Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn eine Öffnungskraft, welche das fünfte Rückschlagventil öffnet, einstellbar ist. Die Öffnungskraft korrespondiert mit einem Öffnungsdruck der Hydraulikflüssigkeit. Wird beispielsweise mittels des Antriebskolbenelements und/oder mittels wenigstens eines der Abtriebskolbenelemente eine solche Strömung der Hydraulikflüssigkeit bewirkt, dass die Strömung der Hydraulikflüssigkeit 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 Hydraulikflüssigkeit durch die Abführleitung in Richtung des Reservoirs freigibt, bedarfsgerecht eingestellt werden.

[0027] 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 bedarfsgerecht und auf besonders einfache und kostengünstige Weise eingestellt werden.

[0028] In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist dem Federelement des fünften Rückschlagventils ein Einstellelement zugeordnet, welches wenigstens eine Einstellkammer aufweist. In die Einstellkammer ist zumindest ein Teil der aus der Antriebskammer geförderten Hydraulikflüssigkeit einleitbar. 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 Federelements einstellbar ist. Das Einstellkolbenelement ist beispielsweise zumindest mittelbar mit dem Federelement gekoppelt beziehungsweise koppelbar, sodass durch Bewegen des Einstellkolbenelements das Federelement gespannt beziehungsweise entspannt werden kann. Hierdurch kann die Vorspannung des Federelements auf besonders einfache Weise bedarfsgerecht und insbesondere selbsttätig beziehungsweise automatisch eingestellt werden.

[0029] Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der piezohydraulische Aktor wenigstens eine mit der Einstellkammer 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 Rückschlagventil angeordnet, welches in Richtung der Einstellkammer öffnet und in Richtung der Antriebskammer schließt. Dadurch lässt beispielsweise das sechste Rückschlagventil eine 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 Hydraulikflüssigkeit aus der Einstellkammer durch die Einstellleitung in die Antriebskammer auf einfache Weise vermieden werden.

[0030] Um die Vorspannung des Federelements und somit den Öffnungsdruck beziehungsweise die Öffnungskraft besonders bedarfsgerecht sowie auf einfache Weise einstellen zu können, ist in der Einstellleitung wenigstens eine von der Hydraulikflüssigkeit durchströmbare Drossel angeordnet, über welche zumindest der Teil der Hydraulikflüssigkeit in die Einstellkammer einleitbar ist.

[0031] 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 angeordnet ist. Bei einer mittels des Piezoaktors und des Antriebskolbenelements bewirkten Strömung der Hydraulikflüssigkeit 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 parallel beziehungsweise gleichzeitig durch die zweite Drossel und somit nicht in die Einstellkammer.

[0032] Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben 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 Antriebskammer teilweise begrenzendes und von dem Piezoaktor antreibbares und dadurch, insbesondere translatorisch, bewegbares Antriebskolbenelement aufweist, mittels welchem durch Antreiben des Antriebskolbenelements zumindest ein Teil der Hydraulikflüssigkeit aus der Antriebskammer zu fördern ist beziehungsweise gefördert wird.

[0033] 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 Abtriebskolbenelement aufweist, welches eine mit der in die erste Abtriebskammer eingeleiteten Hydraulikflüssigkeit beaufschlagbare, hydraulisch wirksame erste Abtriebsfläche aufweist und durch Beaufschlagen der ersten Abtriebsfläche mit der in die erste Abtriebskammer eingeleiteten Hydraulikflüssigkeit antreibbar und dadurch, insbesondere translatorisch, bewegbar ist.

[0034] 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 Abtriebskammer teilweise begrenzendes zweites Abtriebskolbenelement aufweist, welches eine mit der in die zweite Abtriebskammer eingeleiteten Hydraulikflüssigkeit beaufschlagbare, 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.

[0035] Bei dem Verfahren wird der Piezoaktor mittels wenigstens eines elektrischen Signals angesteuert, wodurch das Antriebskolbenelement mittels des Piezoaktors angetrieben wird. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.

[0036] 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.

[0037] Die Antriebskammer, die jeweilige Abtriebskammer und die Einstellkammer werden auch einfach als Kammern bezeichnet. Das Antriebskolbenelement und/oder das jeweilige Abriebskolbenelement und/oder das Einstellkolbenelement ist beispielsweise ein Kolben, welcher translatorisch bewegbar in einem auch als Zylinder bezeichneten Gehäuse aufgenommen ist, sodass beispielsweise das jeweilige Gehäuse und der jeweilige Kolben die jeweilige Kammer jeweils teilweise begrenzen. Der jeweilige Kolben und das jeweilige Gehäuse bilden somit beispielsweise einen Hydraulikzylinder.

[0038] Ferner ist es denkbar, dass das Antriebskolbenelement und/oder das jeweilige Abriebskolbenelement und/oder das Einstellkolbenelement Bestandteil eines Balgs ist. Der Bestandteil des Balgs ist dabei beispielsweise eine Stirnwand der Balgs, sodass das Antriebskolbenelement und/oder das jeweilige Abtriebskolbenelement und/oder das Einstellkolbenelement beispielsweise eine, insbesondere axiale, Stirnwand eines Balgs ist. Der jeweilige Balg weist dabei beispielsweise einen Mantel beziehungsweise eine Seitenwand auf, wobei die jeweilige Kammer durch die jeweilige Stirnwand und den jeweiligen 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.

[0039] Beispielsweise ist die jeweilige Stirnwand unter Längenzunahme und Längenverkürzung des jeweiligen Mantels translatorisch hin- und herbewegbar, wie beispielsweise bei einem Feder- oder Faltenbalg. Dabei weist der Mantel beispielsweise zumindest 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 Rollbalg. 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 flexibel beziehungsweise biegeschlaff, das heißt formlabil sein.

[0040] Das jeweilige Rückschlagventil ist beispielsweise als herkömmliches Rückschlagventil mit einem beispielsweise als Kugel ausgebildeten Ventilelement und einer Feder ausgebildet, gegen deren Federkraft das Ventilelement und somit das Rückschlagventil insgesamt öffnen kann. Ferner ist es denkbar, dass das Rückschlagventil als Rückschlagklappe oder als einfaches Rückschlagventil ausgebildet ist, bei dem beispielsweise 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.

[0041] Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

[0042] Die Zeichnung zeigt in der einzigen Figur eine schematische Darstellung eines hydraulischen Schaltbilds eines erfindungsgemäßen, piezohydraulischen Aktors.

[0043] 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.

[0044] Beispielsweise kommen der piezohydraulische Aktor 10 und das Abtriebselement in einer Werkzeugmaschine zum Einsatz und werden verwendet, um wenigstens ein Werkzeug der Werkzeugmaschine auszuwerfen. Dabei wird beispielsweise das Abtriebselement mittels des piezohydraulischen Aktors 10 angetrieben, um das Werkzeug mittels des Abtriebselements zu bewegen und insbesondere auszuwerfen. Ferner ist es denkbar, dass das Abtriebselement 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.

[0045] Der piezohydraulische Aktor 10 weist dabei wenigstens einen Piezoaktor 12 auf, welcher wenigstens ein Piezoelement umfasst. 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 Piezoelements 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.

[0046] Der piezohydraulische Aktor 10 weist ferner einen Antrieb 14 auf, welcher eine Antriebskammer 16 und ein Antriebskolbenelement in Form eines Antriebskolbens 18 umfasst. Ferner umfasst der Antrieb 14 einen Antriebszylinder 20, in welchem der Antriebskolben 18 translatorisch bewegbar aufgenommen ist. Der Antriebszylinder 20 und der Antriebskolben 18 begrenzen die Antriebskammer 16 jeweils teilweise. In die Antriebskammer 16 ist Hydraulikflüssigkeit 22 aus einem Reservoir 24 einleitbar. Das Reservoir 24 ist dabei Bestandteil des piezohydraulischen Aktors 10, wobei die Hydraulikflüssigkeit 22 im Reservoir 24 aufgenommen und zumindest vorübergehend 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 Antriebskolben 18 über die Antriebskolbenstange 26 von dem Piezoaktor 12 antreibbar und dadurch relativ zu dem Antriebszylinder 20 translatorisch bewegbar.

[0047] Der piezohydraulische Aktor 10 umfasst beispielsweise ein in der Figur nur ausschnittsweise erkennbares und besonders schematisch dargestelltes Gehäuse 28, in welchem beispielsweise 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 Antriebskammer 16 herausgefördert. Dabei ist in der Figur mit s_in ein Weg beziehungsweise eine Strecke bezeichnet, um den beziehungsweise die der Antriebskolben 18 über die Antriebskolbenstange 26 mittels des Piezoaktors 12 bewegt wird, insbesondere um eine Volumenverkleinerung der Antriebskammer 16 zu bewirken.

[0048] 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 herausgefördert werden kann. Somit steht die in der Antriebskammer 16 aufgenommene Hydraulikflüssigkeit in Kontakt mit der hydraulisch wirksamen Antriebsfläche 30, über welche somit mittels des Antriebskolbens 18 ein erster Druck, insbesondere ein Antriebsdruck, der Hydraulikflüssigkeit bewirkt werden kann. Die Hydraulikflüssigkeit ist beispielsweise ein inkompressibles Fluid und kann insbesondere als Öl ausgebildet sein.

[0049] 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 Hydraulikflüssigkeit 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 Abtriebskolben 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 eingeleitet, sodass es zu einer Volumenvergrößerung der ersten Abtriebskammer 34 kommt, so wird beispielsweise die Abtriebskolbenstange 40 aus dem Abtriebszylinder 36 ausgefahren. Dabei ist in der Figur mit s_out ein Weg beziehungsweise eine Strecke bezeichnet, um den beziehungsweise die der erste Abtriebskolben 38 und mit diesem die erste Abtriebskolbenstange 40 infolge der genannten Volumenvergrößerung der ersten Abtriebskammer 34 translatorisch relativ zu dem ersten Abtriebszylinder 36 bewegt werden.

[0050] Da beispielsweise das zuvor genannte Abtriebselement zumindest mittelbar mit der ersten Abtriebskolbenstange 40 gekoppelt ist, wird das Abtriebselement, insbesondere translatorisch, mit der ersten Abtriebskolbenstange 40 mitbewegt, insbesondere um den Weg s_out.

[0051] 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 Abtriebsfläche 42, woraus in Kombination mit dem zuvor genannten Druck der Hydraulikflüssigkeit eine auf den ersten Abtriebskolben 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 Abtriebskolbenstange 40 aus dem ersten Abtriebszylinder 36 auszufahren. 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.

[0052] 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 einen zweiten Abtriebszylinder 48 und ein zweites Abtriebskolbenelement in Form eines zweiten Abtriebskolbens 50, welcher translatorisch bewegbar in dem zweiten Abtriebszylinder 48 aufgenommen ist. Dabei begrenzen der zweite Abtriebszylinder 48 und der zweite Abtriebskolben 50 die zweite Abtriebskammer 46 jeweils teilweise. Der zweite Abtriebskolben 50 weist eine hydraulisch wirksame zweite Abtriebsfläche 52 auf, welche mit der in die zweite Abtriebskammer 46 eingeleiteten Hydraulikflüssigkeit beaufschlagbar ist. Dabei sind die Abtriebsflächen 42 und 52 unterschiedlich groß. Bei dem in der Figur veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist die zweite Abtriebsfläche 52 größer als die erste Abtriebsfläche 42.

[0053] Außerdem weist der zweite Abtrieb 44 eine zweite Abtriebskolbenstange 54 auf, welche mit dem zweiten Abtriebskolben 50 verbunden, insbesondere einstückig ausgebildet, ist. Somit ist die zweite Abtriebskolbenstange 54 mit dem zweiten Abtriebskolben 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 Abtriebskolben 50 antreibbar und dadurch relativ zu dem zweiten Abtriebszylinder 48 translatorisch bewegbar. Aus der zweiten Abtriebsfläche 52 und dem Druck der Hydraulikflüssigkeit resultiert 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 Volumenvergrößerung der zweiten Abtriebskammer 46 bewirkt werden kann. Da die zweite Abtriebskolbenstange 54 mit dem zweiten Abtriebskolben 50 translatorisch mitbewegbar ist, kann durch Bewirken einer Volumenvergrößerung der zweiten Abtriebskammer 46 die zweite Abtriebskolbenstange 54 aus dem zweiten Abtriebszylinder 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 zweiten Abtriebskolbenstange 54 angetrieben und somit, insbesondere translatorisch, bewegt werden kann.

[0054] Die Hydraulikflüssigkeit kann beispielsweise mit dem zuvor genannten, als Antriebsdruck ausgebildeten ersten Druck in die jeweilige Abtriebskammer 34 beziehungsweise 46 einströmen. 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 Antriebsdruck und der zweiten Abtriebsfläche 52 resultiert die genannte zweite Kraft. Dabei ist die zweite Kraft größer als die erste Kraft.

[0055] Der piezohydraulische Aktor 10 umfasst ferner eine Koppeleinrichtung 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 s_out 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.

[0056] Der piezohydraulische Aktor 10 weist ferner eine mit der Antriebskammer 16 und mit der ersten Abtriebskammer 34 fluidisch verbundene erste Versorgungsleitung 60 auf, über welche zumindest der genannte Teil der aus der Antriebskammer 16 geförderten Hydraulikflüssigkeit in die erste Abtriebskammer 34 einleitbar ist.

[0057] 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 angeordnet, welches in Richtung der zweiten Abtriebskammer 46 öffnet und in Richtung der ersten Versorgungsleitung 60 schließt.

[0058] 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 Antriebskammer 16 öffnet und in Richtung des Reservoirs 24 schließt.

[0059] 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 beispielsweise die Hydraulikflüssigkeit 22 aus dem Reservoir 24 zunächst durch den Leitungsteil 72 und dann zu der Abtriebskammer 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.

[0060] 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 Antriebskammer 16 ein viertes Rückschlagventil 76 in der ersten Versorgungsleitung 60 angeordnet, wobei das vierte Rückschlagventil 76 in Richtung der Verbindungsstelle V öffnet und in Richtung der Antriebskammer 16 schließt.

[0061] Des Weiteren umfasst der piezohydraulische Aktor 10 eine als Abführzweig ausgebildete Abführleitung 78, welche, insbesondere über den Leitungsteil 72, fluidisch mit dem Reservoir 24 und fluidisch mit den Abtriebskammern 34 und 46 beziehungsweise 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 Richtung des Reservoirs 24 öffnet und in Richtung der Abtriebskammer 34 beziehungsweise 46 beziehungsweise in Richtung der Versorgungsleitung 60 beziehungsweise 62 schließt.

[0062] Mittels des piezohydraulischen Aktors 10 ist es nun möglich, auf besonders einfache und insbesondere bauraum-, gewichts- und kostengünstige Weise wenigstens zwei voneinander unterschiedliche Modi, das heißt Betriebsmodi, des piezohydraulischen Aktors 10 zu realisieren. Ein erster der Modi ist ein sogenannter Geschwindigkeitsmodus, in welchem das Abtriebselement mit einer hohen ersten Geschwindigkeit, jedoch mit einer geringen ersten Kraft angetrieben und dadurch bewegt werden kann. Dabei wird das Abtriebselement in dem Geschwindigkeitsmodus insbesondere mittels des ersten Abtriebs 32 aktiv angetrieben.

[0063] Der zweite Modus ist ein Kraftmodus, in welchem das Abtriebselement 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 Geschwindigkeitsmodus und dem Kraftmodus, umgeschaltet werden.

[0064] Der jeweilige Abtrieb 32 beziehungsweise 44 ist als Hydraulikzylinder ausgebildet, wobei die Hydraulikzylinder Bestandteile eines hydraulischen Systems sind, mit welchem der Piezoaktor 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.

[0065] Wie aus der Figur besonders gut erkennbar ist, sind die Abtriebe 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 Antriebszylinder 20 sind jeweilige Gehäuse, in denen die jeweiligen Abtriebskolben 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 Antriebsfläche 30, wobei die Antriebsfläche 30 kleiner als die Abtriebsfläche 52 ist.

[0066] Um den Piezoaktor 12 anzusteuern, wird an diesen beziehungsweise an das Piezoelement oder an den Piezostapel eine Spannung in PWM-Form (PWM - Pulsweitenmodulation) angelegt. Mit anderen Worten wird der Piezoaktor 12 im Rahmen eines Verfahrens 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 Piezoaktors 12 dehnt sich das Piezoelement beziehungsweise der Piezostapel aus, wodurch der Antriebskolben 18 derart bewegt wird, dass es zu einer Volumenverkleinerung 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.

[0067] Steht beispielsweise der Bewegung des Abtriebskolbens 38 beziehungsweise des Abtriebselements keine oder nur eine geringe Gegenkraft entgegen, so bleibt das Rückschlagventil 64 geschlossen, 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 s_in in den Weg s_out beziehungsweise von einer Geschwindigkeit, mit welcher der Antriebskolben 18 bewegt wird, in eine demgegenüber höhere Geschwindigkeit, mit welcher der Abtriebskolben 38 bewegt wird. Dann wird beispielsweise die elektrische 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 Antriebskammer 16 gesaugt wird. Dann kann die elektrische Spannung zum Ansteuern des Piezoaktors 12 wieder erhöht werden, wodurch der zuvor beschriebene Zyklus wiederholt wird. Durch sukzessives Bewirken einer Volumenverkleinerung und einer Volumenvergrößerung 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.

[0068] Da der Abtriebskolben 38 über das Kopplungselement 58 mechanisch mit dem Abtriebskolben 50 verbunden ist, wird der Abtriebskolben 50 um den gleichen Weg s_out wie der Abtriebskolben 38 ausgelenkt, das heißt bewegt. Da jedoch keine Hydraulikflüssigkeit 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 Hydraulikflüssigkeit aus dem Reservoir 24 über die Versorgungsleitung 70 und das Rückschlagventil 74 in die Abtriebskammer 46 einströmen, wenn der Abtriebskolben 50 mittels des Abtriebskolbens 38 derart bewegt wird, dass es zu einer Volumenvergrößerung der Abtriebskammer 46 kommt. Somit öffnet sich das Rückschlagventil 74, wenn es durch das beschriebene Pumpen der Hydraulikflüssigkeit in den ersten Abtrieb 32 zu einem Unterdruck in dem zweiten Abtrieb 44 beziehungsweise in der zweiten Abtriebskammer 46 kommt. Hierdurch wird auf passive Weise dafür gesorgt, dass der Abtrieb 44 keinen oder nur einen geringen Einfluss auf die Auslenkung des Abtriebskolbens 38 hat.

[0069] 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 Bewegung 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 auszulenken. Dies ist mithilfe des ersten Abtriebs 32 jedoch nur bedingt möglich, da dessen Abtriebsfläche 42 sehr klein gewählt 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 Abtriebsfläche 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 Bewegung des Abtriebselements entgegenstehenden Gegenkraft, so öffnet sich das Rückschlagventil 64, wodurch die Hydraulikflüssigkeit - 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 Hydraulikflüssigkeit im Vergleich zum Abtrieb 32 die Abtriebskraft.

[0070] Überschreitet beispielsweise der Druck des in den Versorgungsleitungen 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 welcher das Rückschlagventil 80 öffnet. Dabei ist die Öffnungskraft beziehungsweise der Öffnungsdruck, ab der beziehungsweise 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 Einstellkolbenelement in Form eines Einstellkolbens 88 aufweist. Ferner 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 einleitbar, 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. Insbesondere ist in die Einstellkammer 86 zumindest ein Teil der aus der Antriebskammer 16 geförderten Hydraulikflüssigkeit einleitbar, um dadurch die Vorspannung des Federelements 82 einzustellen.

[0071] Der Einstellkolben 88 ist mit einer Einstellkolbenstange 94 verbunden, sodass die Einstellkolbenstange 94 mit dem Einstellkolben 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 Einstellleitung 96 vorgesehen, über welche zumindest der Teil der Hydraulikflüssigkeit in die Einstellkammer 86 einleitbar ist.

[0072] Wird beispielsweise Hydraulikflüssigkeit, insbesondere aus der Antriebskammer 16 und über die Einstellleitung 96 in die Einstellkammer 86 eingeleitet, insbesondere gefördert, so resultiert daraus eine Volumenvergrößerung der Einstellkammer 86 und eine Volumenverkleinerung der Einstellkammer 92. In der Folge wird die Einstellkolbenstange 94 aus der Einstellkammer 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 vorgespannten Federelement 82 bereitgestellten Federkraft in einer Stellung gehalten wird, um dadurch die durch die Stellung des Einstellkolbens 88 eingestellte Vorspannung des Federelements 82 zu halten, insbesondere zumindest im Wesentlichen konstant zu halten.

[0073] 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.

[0074] 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 zuvor genannte auf den Einstellkolben 88 wirkende Druck, mittels 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.

[0075] Außerdem sind in der Einstellleitung 96 zwei Drosseln 100 und 102 angeordnet. Insbesondere über die Drossel 100 kann Hydraulikflüssigkeit aus der Antriebskammer 16 in die Einstellkammer 86 mittels des Piezoaktors 12 gefördert werden. Die Drosseln 100 und 102 weisen einen jeweiligen, von der Hydraulikflüssigkeit durchströmbaren Strömungsquerschnitt auf, wobei der Strömungsquerschnitt der Drossel 102 geringer als der Strömungsquerschnitt der Drossel 100 ist. Durch die Möglichkeit, 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 beziehungsweise geschaltet.

[0076] Wird beispielsweise die Ansteuerung beziehungsweise Aktuierung 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 verschoben, 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 Hydraulikflüssigkeit aus der Einstellkammer 86 ausströmen, insbesondere in das Reservoir 24.

[0077] 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 Öffnungsdruck und somit die Öffnungskraft reduziert werden.

[0078] 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 vorgesehen ist und entfallen kann und in Richtung der Einstellkammer 86 beziehungsweise 92 öffnet und in Richtung der Antriebskammer 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.

[0079] 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 angeordnet ist, wobei die Drossel 102 fluidisch seriell zur Drossel 100 und fluidisch parallel zur Einstellkammer 86 angeordnet 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 aufrechtzuerhalten, muss eine Menge der Hydraulikflüssigkeit mittels des Piezoaktors 12 beziehungsweise mittels des Antriebskolbens 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 geringer als die Menge selbst, und der erste Teil strömt nicht durch die Drossel 102 sondern in die Einstellkammer 86.

[0080] 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.

[0081] 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, sodass Hydraulikflüssigkeit von dem Antrieb 14 in die Einstellkammer 86 strömt. Die jeweilige Drossel 100 beziehungsweise 102 weist dabei einen hydraulischen Widerstand für die Hydraulikflüssigkeit auf. Der hydraulische Widerstand der jeweiligen Drossel 100 beziehungsweise 102 hat zusammen mit anderen Parametern einen Einfluss auf eine je gegebener Zeit in die jeweilige Einstellkammer 86 einströmende Menge der Hydraulikflüssigkeit und somit auf den Öffnungsdruck des Rückschlagventils 80.

[0082] Sobald der Druck der Hydraulikflüssigkeit den eingestellten Öffnungsdruck übersteigt, fließt Hydraulikflüssigkeit von den Abtrieben 32 und 44 beziehungsweise von den Versorgungsleitungen 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 verhalten, insbesondere dann, wenn das Signal zum Ansteuern des Piezoaktors 12 nur während einer kurzen Zeitspanne eine konstante elektrische Spannung hat, die auf einen relativ geringen Öffnungsdruck übersetzt wird. Andererseits kann der piezohydraulische Aktor 10 insbesondere dann, wenn der Öffnungsdruck hoch ist, als ein besonders steifer Aktor agieren, der das Abtriebselement auch entgegen einer besonders hohen Gegenkraft bewegen kann beziehungsweise bei welchem eine hohe Gegenkraft auf das Abtriebselement beziehungsweise auf die Abtriebskolben 38 und 50 aufgebracht werden muss, um die Abtriebskolben 38 und 50 derart zu bewegen, dass es zu einer Volumenverkleinerung der Abtriebskammern 34 und 46 kommt.

[0083] Kommt es beispielsweise zu einer Volumenverkleinerung der Einstellkammer 86 und zu einer Volumenvergrößerung der Einstellkammer 92, so kann beispielsweise die Hydraulikflüssigkeit aus der Einstellkammer 86 über die Leitung 104 abgeführt werden, wobei beispielsweise die Hydraulikflüssigkeit über die Abführleitung 78 in die Einstellkammer 92 strömen kann.

[0084] 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 Hydraulikflüssigkeit 22 in der Reservoirkammer 110 aufgenommen. Wird beispielsweise zumindest ein Teil der Hydraulikflüssigkeit 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 s_res 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.

[0085] Insgesamt ist ferner erkennbar, dass der Piezoaktor 12 beispielsweise während einer Zeitspanne angesteuert wird, während 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 Ansteuerung des Piezoaktors 12 in Kombination mit der Funktion des variablen Rückschlagventils 80 nach Art eines menschlichen Muskels realisiert wird.

[0086] Wenn über die Drossel 100 Hydraulikflüssigkeit in die Einstellkammer 86 mittels des Piezoaktors 12 und des Antriebskolbens 16 gefördert, dass heißt gepumpt wird, um das Federelement 82 vorzuspannen, fließt ein Teil (der oben genannte zweite Teil der Menge) der geförderten Hydraulikflüssigkeit 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 aktuiert beziehungsweise Hydraulikflüssigkeit in die Einstellkammer 86 gepumpt werden. Ist beispielsweise keine Hydraulikflüssigkeit 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 vorgespannt. 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 Federelement 82 vorzuspannen beziehungsweise vorgespannt zu halten.

[0087] Die variable Impedanz des Aktors 10 wird nun beispielsweise durch die variable und bedarfgerecht einstellbare Vorspannung des Federelements 82 realisiert. Die oben genannten Abhängigkeit 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 ausgebildete 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 Antriebskammer 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.

[0088] Somit stellt der piezohydraulische Aktor 10 eine Aktoreinheit dar, wobei durch Einstellen der Frequenz des auch als Ansteuersignal bezeichneten PWM-Signals die Aktoreinheit hinsichtlich ihres Geschwindigkeits-/Kraftarbeitspunkts bedarfsgerecht eingestellt werden kann, wobei über den genannten Duty Cycle die Aktoreinheit hinsichtlich ihrer Impedanz beziehungsweise Nachgiebigkeit eingestellt werden kann.

Ansprüche

1. Piezohydraulischer Aktor (10), mit:

- wenigstens einem Piezoaktor (12);

- wenigstens einem Antrieb (14), welcher eine mit einer Hydraulikflüssigkeit (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 Antriebskolbenelements (18) zumindest ein Teil der Hydraulikflüssigkeit (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) beaufschlagbare, hydraulisch wirksame erste Abtriebsfläche (42) aufweist 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) beaufschlagbare, hydraulisch wirksame und gegenüber der ersten Abtriebsfläche (42) größere oder kleinere zweite Abtriebsfläche (52) aufweist und durch Beaufschlagen der zweiten Abtriebsfläche (52) mit der in die zweite Abtriebskammer (46) eingeleiteten Hydraulikflüssigkeit (22) antreibbar ist;

- einer Koppeleinrichtung (56), mittels welcher die Abtriebskolbenelemente (38, 50) mechanisch miteinander gekoppelt sind;

- einer mit der Antriebskammer (16) und mit der ersten Abtriebskammer (34) fluidisch verbundenen ersten Versorgungsleitung (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;

- wenigstens einem in der zweiten Versorgungsleitung (62) angeordneten ersten Rückschlagventil (64), welches in Richtung der zweiten Abtriebskammer (46) öffnet und in Richtung der ersten Versorgungsleitung (60) schließt;

- 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;

- einem in der dritten Versorgungsleitung (66) angeordneten zweiten Rückschlagventil (68), welches in Richtung der Antriebskammer (16) öffnet und in Richtung des Reservoirs (24) schließt;

- wenigstens einer mit der zweiten Abtriebskammer (46) fluidisch verbundenen vierten Versorgungsleitung (70), über welche Hydraulikflüssigkeit (22) aus dem Reservoir (24) unter Umgehen der ersten und zweiten Versorgungsleitung (60, 62) in die zweite Abtriebskammer (46) einleitbar ist;

- 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, 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 Rückschlagventil (76) angeordnet ist, welches in Richtung der Verbindungsstelle (V) öffnet und in Richtung der Antriebskammer (14) schließt;

- wenigstens einer mit zumindest einer der Abtriebskammern (34, 46) verbundenen Abführleitung (78), über welche zumindest ein Teil der Hydraulikflüssigkeit (22) aus der zumindest einen Abtriebskammer (34, 46) abführbar und zu dem 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.

2. Piezohydraulischer Aktor (10) nach Anspruch 1, wobei eine Öffnungskraft, ab welcher das fünfte Rückschlagventil (09) öffnet, einstellbar ist.

3. Piezohydraulischer Aktor (10) nach Anspruch 2, wobei das fünfte Rückschlagventil (80) ein Federelement (82) aufweist, dessen Vorspannung einstellbar ist, um dadurch die Öffnungskraft einzustellen.

4. Piezohydraulischer Aktor (10) nach Anspruch 3, mit einer dem Federelement (82) zugeordneten Einstellelement (84), welches wenigstens eine Einstellkammer (86), in welche zumindest ein Teil der aus der Antriebskammer (16) geförderten Hydraulikflüssigkeit (22) einleitbar ist, und ein die Einstellkammer (86) teilweise begrenzendes Einstellkolbenelement (88) aufweist, welches mittels der in die Einstellkammer (86) eingeleiteten Hydraulikflüssigkeit (22) bewegbar ist, wodurch die Vorspannung des Federelements (82) einstellbar ist.

5. Piezohydraulischer Aktor (10) nach Anspruch 4, 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.

6. Piezohydraulischer Aktor (10) nach Anspruch 5, mit einem in der Einstellleitung (96) angeordneten sechsten Rückschlagventil (98), welches in Richtung der Einstellkammer (86) öffnet und in Richtung der Antriebskammer (14) schließt.

7. Piezohydraulischer Aktor (10) nach Anspruch 5 oder 6, mit wenigstens einer in der Einstellleitung (96) angeordneten Drossel (100), über welche zumindest der Teil der Hydraulikflüssigkeit (22) in die Einstellkammer (86) einleitbar ist.

8. Piezohydraulischer Aktor (10) nach Anspruch 7, 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 Antriebskolbenelements (18) bewirkten Strömung der Hydraulikflüssigkeit aus der Antriebskammer (16) durch die Einstellleitung (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.

9. Verfahren zum Betreiben eines piezohydraulischen Aktors (10), mit:

- wenigstens einem Piezoaktor (12);

- wenigstens einem Antrieb (14), welcher eine mit einer Hydraulikflüssigkeit (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 Antriebskolbenelements (18) zumindest ein Teil der Hydraulikflüssigkeit (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) beaufschlagbare, hydraulisch wirksame erste Abtriebsfläche (42) aufweist 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) beaufschlagbare, hydraulisch wirksame und gegenüber der ersten Abtriebsfläche (42) größere oder kleinere zweite Abtriebsfläche (52) aufweist und durch Beaufschlagen der zweiten Abtriebsfläche (52) mit der in die zweite Abtriebskammer (46) eingeleiteten Hydraulikflüssigkeit (22) antreibbar ist;

- 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 Antriebskolbenelement (18) mittels des Piezoaktors (12) angetrieben wird;

- einer mit der Antriebskammer (16) und mit der ersten Abtriebskammer (34) fluidisch verbundenen ersten Versorgungsleitung (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;

- wenigstens einem in der zweiten Versorgungsleitung (62) angeordneten ersten Rückschlagventil (64), welches in Richtung der zweiten Abtriebskammer (46) öffnet und in Richtung der ersten Versorgungsleitung (60) schließt;

- 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;

- einem in der dritten Versorgungsleitung (66) angeordneten zweiten Rückschlagventil (68), welches in Richtung der Antriebskammer (16) öffnet und in Richtung des Reservoirs (24) schließt;

- wenigstens einer mit der zweiten Abtriebskammer (46) fluidisch verbundenen vierten Versorgungsleitung (70), über welche Hydraulikflüssigkeit (22) aus dem Reservoir (24) unter Umgehen der ersten und zweiten Versorgungsleitung (60, 62) in die zweite Abtriebskammer (46) einleitbar ist;

- 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, 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 Rückschlagventil (76) angeordnet ist, welches in Richtung der Verbindungsstelle (V) öffnet und in Richtung der Antriebskammer (14) schließt;

- wenigstens einer mit zumindest einer der Abtriebskammern (34, 46) verbundenen Abführleitung (78), über welche zumindest ein Teil der Hydraulikflüssigkeit (22) aus der zumindest einen Abtriebskammer (34, 46) abführbar und zu dem 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.

10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Piezoaktor (12) mittels Pulsweitenmodulation angesteuert wird.

Claims

1. A piezo-hydraulic actuator (10) comprising:

- at least one piezo actuator (12);

- at least one drive (14), which comprises a drive chamber (16) capable of being supplied with a hydraulic fluid (22), and a drive piston element (18) partially bounding the drive chamber (16) and drivable by the piezo actuator (12), by means of which at least a part of the hydraulic fluid (22) can be conveyed out of the drive chamber (16) by driving the drive piston element (18);

- at least one first output (32), which comprises a first output chamber (34), into which at least a part of the hydraulic fluid (22) conveyed out of the drive chamber (16) can be introduced, and a first output piston element (38) partially bounding the first output chamber (34), which comprises a hydraulically effective first output surface (42) capable of being applied with the hydraulic fluid (22) introduced into the first output chamber (34), and is drivable by applying the first output surface (42) with the hydraulic fluid introduced into the first output chamber (34);

- at least one second output (44), which comprises a second output chamber (46), into which at least a part of the hydraulic fluid (22) conveyed out of the drive chamber (16) can be introduced, and a second output piston element (50) partially bounding the second output chamber (46), which comprises a hydraulically effective second output surface (52) larger or smaller with respect to the first output surface (42), capable of being applied with the hydraulic fluid (22) introduced into the second output chamber (46), and is drivable by applying the second output surface (52) with the hydraulic fluid (22) introduced into the second output chamber (46);

- a coupling device (56), by means of which the output piston elements (38, 50) are mechanically coupled to each other;

- a first supply line (60) fluidically connected to the drive chamber (16) and to the first output chamber (34), via which at least the part of the hydraulic fluid (22) conveyed out of the drive chamber (16) can be introduced into the first output chamber (34);

- a second supply line (62) 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 (22) conveyed out of the drive chamber (16) can be introduced into the second output chamber (46);

- at least one first check valve (64) arranged in the second supply line (62), which opens in the direction of the second output chamber (46) and closes in the direction of the first supply line (60);

- at least one third supply line (66) fluidically connected to the drive chamber (16), via which the hydraulic fluid (22) can be introduced into the drive chamber (16) from a reservoir (24);

- a second check valve (68) arranged in the third supply line (66), which opens in the direction of the drive chamber (16) and closes in the direction of the reservoir (24);

- at least one fourth supply line (70) fluidically connected to the second output chamber (46), via which hydraulic fluid (22) can be introduced into the second output chamber (46) from the reservoir (24) bypassing the first and the second supply line (60, 62);

- a third check valve (74) arranged in the fourth supply line (70), which opens in the direction of the second output chamber (46) and closes in the direction of the reservoir (24), wherein the second supply line (62) is fluidically connected to the first supply line (60) at a junction (V), and wherein a fourth check valve (76) is arranged in the first supply line (60) upstream of the junction (V), which opens in the direction of the junction (V) and closes in the direction of the drive chamber (14);

- at least one discharge line (78) connected to at least one of the output chambers (34, 46), via which at least a part of the hydraulic fluid (22) can be discharged from the at least one output chamber (34, 46) and can be conducted to the reservoir (24); and

- a fifth check valve (80) arranged in the discharge line (78), which opens in the direction of the reservoir (24) and closes in the direction of the at least one output chamber (34, 46).

2. The piezo-hydraulic actuator (10) according to claim 1, wherein an opening force, starting from which the fifth check valve (09) opens, is adjustable.

3. The piezo-hydraulic actuator (10) according to claim 2, wherein the fifth check valve (80) comprises a spring element (82), the preload of which is adjustable, to thereby adjust the opening force.

4. The piezo-hydraulic actuator (10) according to claim 3, comprising an adjusting element (84) associated with the spring element (82), which comprises at least one adjusting chamber (86), into which at least a part of the hydraulic fluid (22) conveyed out of the drive chamber (16) can be introduced, and an adjusting piston element (88) partially bounding the adjusting chamber (86), which is movable by means of the hydraulic fluid (22) introduced into the adjusting chamber (86), whereby the preload of the spring element (82) is adjustable.

5. The piezo-hydraulic actuator (10) according to claim 4, comprising at least one adjusting line (96) fluidically connected to the adjusting chamber (86) and to the drive chamber (14), via which at least the part of the hydraulic fluid (22) can be introduced into the adjusting chamber (86).

6. The piezo-hydraulic actuator (10) according to claim 5, comprising a sixth check valve (98) arranged in the adjusting line (96), which opens in the direction of the adjusting chamber (86) and closes in the direction of the drive chamber (14).

7. The piezo-hydraulic actuator (10) according to claim 5 or 6, comprising at least one throttle (100) arranged in the adjusting line (96), via which at least the part of the hydraulic fluid (22) can be introduced into the adjusting chamber (86).

8. The piezo-hydraulic actuator (10) according to claim 7, comprising a second throttle arranged fluidically in series with the throttle (100) and fluidically in parallel with the adjusting piston element (88), wherein with a flow of the hydraulic fluid from the drive chamber (16) through the adjusting line (96) and the first throttle (100) effected by means of the piezo actuator (12) and the drive piston element (18), a first part of the flow flows into the adjusting chamber (86) and a second part of the flow flows in parallel through the second throttle (102).

9. A method for operating a piezo-hydraulic actuator (10), comprising:

- at least one piezo actuator (12);

- at least one drive (14), which comprises a drive chamber (16) capable of being supplied with a hydraulic fluid (22), and a drive piston element (18) partially bounding the drive chamber (16) and drivable by the piezo actuator (12), by means of which at least a part of the hydraulic fluid (22) can be conveyed out of the drive chamber (16) by driving the drive piston element (18);

- at least one first output (32), which comprises a first output chamber (34), into which at least a part of the hydraulic fluid (22) conveyed out of the drive chamber (16) can be introduced, and a first output piston element (38) partially bounding the first output chamber (34), which comprises a hydraulically effective first output surface (42) capable of being applied with the hydraulic fluid (22) introduced into the first output chamber (34), and is drivable by applying the first output surface (42) with the hydraulic fluid (22) introduced into the first output chamber (34);

- at least one second output (44), which comprises a second output chamber (46), into which at least a part of the hydraulic fluid (22) conveyed out of the drive chamber (16) can be introduced, and a second output piston element (50) partially bounding the second output chamber (46), which comprises a hydraulically effective second output surface (52) larger or smaller with respect to the first output surface (42), capable of being applied with the hydraulic fluid (22) introduced into the second output chamber (46), and is drivable by applying the second output surface (52) with the hydraulic fluid (22) introduced into the second output chamber (46);

- a coupling device (56), by means of which the output piston elements (38, 50) are mechanically coupled to each other, wherein the piezo actuator (12) is controlled by means of at least one electrical signal, whereby the drive piston element (18) is driven by means of the piezo actuator (12);

- a first supply line (60) fluidically connected to the drive chamber (16) and to the first output chamber (34), via which at least the part of the hydraulic fluid (22) conveyed out of the drive chamber (16) can be introduced into the first output chamber (34);

- a second supply line (62) 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 (22) conveyed out of the drive chamber (16) can be introduced into the second output chamber (46);

- at least one first check valve (64) arranged in the second supply line (62), which opens in the direction of the second output chamber (46) and closes in the direction of the first supply line (60);

- at least one third supply line (66) fluidically connected to the drive chamber (16), via which the hydraulic fluid (22) can be introduced into the drive chamber (16) from a reservoir (24);

- a second check valve (68) arranged in the third supply line (66), which opens in the direction of the drive chamber (16) and closes in the direction of the reservoir (24);

- at least one fourth supply line (70) fluidically connected to the second output chamber (46), via which hydraulic fluid (22) can be introduced into the second output chamber (46) from the reservoir (24) bypassing the first and the second supply line (60, 62);

- a third check valve (74) arranged in the fourth supply line (70), which opens in the direction of the second output chamber (46) and closes in the direction of the reservoir (24), wherein the second supply line (62) is fluidically connected to the first supply line (60) at a junction (V), and wherein a fourth check valve (76) is arranged in the first supply line (60) upstream of the junction (V), which opens in the direction of the junction (V) and closes in the direction of the drive chamber (14);

- at least one discharge line (78) connected to at least one of the output chambers (34, 46), via which at least a part of the hydraulic fluid (22) can be discharged from the at least one output chamber (34, 46) and can be conducted to the reservoir (24); and

- a fifth check valve (80) arranged in the discharge line (78), which opens in the direction of the reservoir (24) and closes in the direction of the at least one output chamber (34, 46).

10. The method according to claim 9, wherein the piezo actuator (12) is controlled by means of pulse width modulation.

Revendications

1. Actionneur piézohydraulique (10), comprenant :

- au moins un actionneur piézoélectrique (12) ;

- au moins un mécanisme d'entraînement (14), qui possède une chambre d'entraînement (16) pouvant être alimentée avec un liquide hydraulique (22) et un élément piston d'entraînement (18) qui délimite au moins partiellement la chambre d'entraînement (16) et qui peut être entraîné par l'actionneur piézoélectrique (12), au moyen duquel au moins une partie du liquide hydraulique (22) est à refouler hors de la chambre d'entraînement (16) en entraînant l'élément piston d'entraînement (18) ;

- au moins une première prise de force (32), laquelle possède une première chambre de prise de force (34), dans laquelle peut être envoyée au moins une partie du liquide hydraulique (22) refoulé hors de la chambre d'entraînement (16), et un premier élément piston de prise de force (38) qui délimite au moins partiellement la première chambre de prise de force (34), lequel possède une première surface de prise de force (42) hydrauliquement active, pouvant être sollicitée par le liquide hydraulique (22) envoyé dans la première chambre de prise de force (34) et peut être entraîné en sollicitant la première surface de prise de force (42) avec le liquide hydraulique envoyé dans la première chambre de prise de force (34) ;

- au moins une deuxième prise de force (44), laquelle possède une deuxième chambre de prise de force (46), dans laquelle peut être envoyée au moins une partie du liquide hydraulique (22) refoulé hors de la chambre d'entraînement (16), et un deuxième élément piston de prise de force (50) qui délimite au moins partiellement la deuxième chambre de prise de force (46), lequel possède une deuxième surface de prise de force (52) hydrauliquement active, pouvant être sollicitée par le liquide hydraulique (22) envoyé dans la deuxième chambre de prise de force (46) et plus grande ou plus petite par rapport à la première surface de prise de force (42), et peut être entraîné en sollicitant la deuxième surface de prise de force (52) avec le liquide hydraulique (22) envoyé dans la deuxième chambre de prise de force (46) ;

- un dispositif de couplage (56), au moyen duquel les éléments pistons de prise de force (38, 50) sont couplés mécaniquement l'un avec l'autre ;

- une première conduite d'alimentation (60) reliée fluidiquement à la chambre d'entraînement (16) et à la première chambre de prise de force (34), par le biais de laquelle au moins la partie du liquide hydraulique (22) refoulé hors de la chambre d'entraînement (16) peut être envoyée dans la première chambre de prise de force (34) ;

- une deuxième conduite d'alimentation (62) reliée fluidiquement à la première conduite d'alimentation (60) et à la deuxième chambre de prise de force (46), par le biais de laquelle au moins la partie du liquide hydraulique (22) refoulé hors de la chambre d'entraînement (16) peut être envoyée dans la deuxième chambre de prise de force (46) ;

- au moins un premier clapet anti-retour (64) disposé dans la deuxième conduite d'alimentation (62), lequel s'ouvre en direction de la deuxième chambre de prise de force (46) et se ferme en direction de la première conduite d'alimentation (60) ;

- au moins une troisième conduite d'alimentation (66) reliée fluidiquement à la chambre d'entraînement (16), par le biais de laquelle le liquide hydraulique (22) peut être envoyé dans la chambre d'entraînement (16) depuis un réservoir (24) ;

- un deuxième clapet anti-retour (68) disposé dans la troisième conduite d'alimentation (66), lequel s'ouvre en direction de la chambre d'entraînement (16) et se ferme en direction du réservoir (24) ;

- au moins une quatrième conduite d'alimentation (70) reliée fluidiquement à la deuxième chambre de prise de force (46), par le biais de laquelle le liquide hydraulique (22) peut être envoyé depuis le réservoir (24) dans la deuxième chambre de prise de force (46) en contournant la première et la deuxième conduite d'alimentation (60, 62) ;

- un troisième clapet anti-retour (74) disposé dans la quatrième conduite d'alimentation (70), lequel s'ouvre en direction de la deuxième chambre de prise de force (46) et se ferme en direction du réservoir (24), la deuxième conduite d'alimentation (62) étant reliée fluidiquement à la première conduite d'alimentation (60) au niveau d'un point de liaison (V), et un quatrième clapet anti-retour (76) étant disposé dans la première conduite d'alimentation (60) en amont du point de liaison (V), lequel s'ouvre en direction du point de liaison (V) et se ferme en direction de la chambre d'entraînement (14) ;

- au moins une conduite d'évacuation (78) reliée à au moins l'une des chambres de prise de force (34, 46), par le biais de laquelle au moins une partie du liquide hydraulique (22) peut être évacuée hors de l'au moins une chambre de prise de force (34, 46) et conduite au réservoir (24) ; et

- un cinquième clapet anti-retour (80) disposé dans la conduite d'évacuation (78), lequel s'ouvre en direction du réservoir (24) et se ferme en direction de l'au moins une chambre de prise de force (34, 46).

2. Actionneur piézohydraulique (10) selon la revendication 1, une force d'ouverture à partir de laquelle s'ouvre le cinquième clapet anti-retour (09) étant réglable.

3. Actionneur piézohydraulique (10) selon la revendication 2, le cinquième clapet anti-retour (80) possédant un élément ressort (82) dont la précontrainte est réglable afin de régler ainsi la force d'ouverture.

4. Actionneur piézohydraulique (10) selon la revendication 3, comprenant un élément de réglage (84) associé à l'élément ressort (82), lequel possède au moins une chambre de réglage (86), dans laquelle peut être envoyée au moins une partie du liquide hydraulique (22) refoulé hors de la chambre d'entraînement (16), et un élément piston de réglage (88) qui délimite au moins partiellement la chambre de réglage (86), lequel peut être déplacé au moyen du liquide hydraulique (22) envoyé dans la chambre de réglage (86), moyennant quoi la précontrainte de l'élément ressort (82) peut être réglée.

5. Actionneur piézohydraulique (10) selon la revendication 4, comprenant au moins une conduite de réglage (96) reliée fluidiquement à la chambre de réglage (86) et à la chambre d'entraînement (14), par le biais de laquelle au moins une partie du liquide hydraulique (22) peut être envoyée dans la chambre de réglage (86).

6. Actionneur piézohydraulique (10) selon la revendication 5, comprenant un sixième clapet anti-retour (98) disposé dans la conduite de réglage (96), lequel s'ouvre en direction de la chambre de réglage (86) et se ferme en direction de la chambre d'entraînement (14).

7. Actionneur piézohydraulique (10) selon la revendication 5 ou 6, comprenant au moins un étrangleur (100) disposé dans la conduite de réglage (96), par le biais duquel au moins une partie du liquide hydraulique (22) peut être envoyée dans la chambre de réglage (86).

8. Actionneur piézohydraulique (10) selon la revendication 7, comprenant un deuxième étrangleur disposé fluidiquement en série avec l'étrangleur (100) et fluidiquement en parallèle avec l'élément piston de réglage (88), lors d'un écoulement du liquide hydraulique provoqué au moyen de l'actionneur piézoélectrique (12) et de l'élément piston d'entraînement (18) hors de la chambre d'entraînement (16) à travers la conduite de réglage (96) et le premier étrangleur (100), une première partie de l'écoulement s'écoulant dans la chambre de réglage (86) et, en parallèle, une deuxième partie de l'écoulement s'écoulant à travers le deuxième étrangleur (102).

9. Procédé pour faire fonctionner un actionneur piézohydraulique (10), comprenant :

- au moins un actionneur piézoélectrique (12) ;

- au moins un mécanisme d'entraînement (14), qui possède une chambre d'entraînement (16) pouvant être alimentée avec un liquide hydraulique (22) et un élément piston d'entraînement (18) qui délimite au moins partiellement la chambre d'entraînement (16) et qui peut être entraîné par l'actionneur piézoélectrique (12), au moyen duquel au moins une partie du liquide hydraulique (22) est à refouler hors de la chambre d'entraînement (16) en entraînant l'élément piston d'entraînement (18) ;

- au moins une première prise de force (32), laquelle possède une première chambre de prise de force (34), dans laquelle peut être envoyée au moins une partie du liquide hydraulique (22) refoulé hors de la chambre d'entraînement (16), et un premier élément piston de prise de force (38) qui délimite au moins partiellement la première chambre de prise de force (34), lequel possède une première surface de prise de force (42) hydrauliquement active, pouvant être sollicitée par le liquide hydraulique (22) envoyé dans la première chambre de prise de force (34) et peut être entraîné en sollicitant la première surface de prise de force (42) avec le liquide hydraulique (22) envoyé dans la première chambre de prise de force (34) ;

- au moins une deuxième prise de force (44), laquelle possède une deuxième chambre de prise de force (46), dans laquelle peut être envoyée au moins une partie du liquide hydraulique (22) refoulé hors de la chambre d'entraînement (16), et un deuxième élément piston de prise de force (50) qui délimite au moins partiellement la deuxième chambre de prise de force (46), lequel possède une deuxième surface de prise de force (52) hydrauliquement active, pouvant être sollicitée par le liquide hydraulique (22) envoyé dans la deuxième chambre de prise de force (46) et plus grande ou plus petite par rapport à la première surface de prise de force (42), et peut être entraîné en sollicitant la deuxième surface de prise de force (52) avec le liquide hydraulique (22) envoyé dans la deuxième chambre de prise de force (46) ;

- un dispositif de couplage (56), au moyen duquel les éléments pistons de prise de force (38, 50) sont couplés mécaniquement l'un avec l'autre, l'actionneur piézoélectrique (12) étant excité au moyen d'au moins un signal électrique, moyennant quoi l'élément piston d'entraînement (18) est entraîné au moyen de l'actionneur piézoélectrique (12) ;

- une première conduite d'alimentation (60) reliée fluidiquement à la chambre d'entraînement (16) et à la première chambre de prise de force (34), par le biais de laquelle au moins la partie du liquide hydraulique (22) refoulé hors de la chambre d'entraînement (16) peut être envoyée dans la première chambre de prise de force (34) ;

- une deuxième conduite d'alimentation (62) reliée fluidiquement à la première conduite d'alimentation (60) et à la deuxième chambre de prise de force (46), par le biais de laquelle au moins la partie du liquide hydraulique (22) refoulé hors de la chambre d'entraînement (16) peut être envoyée dans la deuxième chambre de prise de force (46) ;

- au moins un premier clapet anti-retour (64) disposé dans la deuxième conduite d'alimentation (62), lequel s'ouvre en direction de la deuxième chambre de prise de force (46) et se ferme en direction de la première conduite d'alimentation (60) ;

- au moins une troisième conduite d'alimentation (66) reliée fluidiquement à la chambre d'entraînement (16), par le biais de laquelle le liquide hydraulique (22) peut être envoyé dans la chambre d'entraînement (16) depuis un réservoir (24) ;

- un deuxième clapet anti-retour (68) disposé dans la troisième conduite d'alimentation (66), lequel s'ouvre en direction de la chambre d'entraînement (16) et se ferme en direction du réservoir (24) ;

- au moins une quatrième conduite d'alimentation (70) reliée fluidiquement à la deuxième chambre de prise de force (46), par le biais de laquelle le liquide hydraulique (22) peut être envoyé depuis le réservoir (24) dans la deuxième chambre de prise de force (46) en contournant la première et la deuxième conduite d'alimentation (60, 62) ;

- un troisième clapet anti-retour (74) disposé dans la quatrième conduite d'alimentation (70), lequel s'ouvre en direction de la deuxième chambre de prise de force (46) et se ferme en direction du réservoir (24), la deuxième conduite d'alimentation (62) étant reliée fluidiquement à la première conduite d'alimentation (60) au niveau d'un point de liaison (V), et un quatrième clapet anti-retour (76) étant disposé dans la première conduite d'alimentation (60) en amont du point de liaison (V), lequel s'ouvre en direction du point de liaison (V) et se ferme en direction de la chambre d'entraînement (14) ;

- au moins une conduite d'évacuation (78) reliée à au moins l'une des chambres de prise de force (34, 46), par le biais de laquelle au moins une partie du liquide hydraulique (22) peut être évacuée hors de l'au moins une chambre de prise de force (34, 46) et conduite au réservoir (24) ; et

- un cinquième clapet anti-retour (80) disposé dans la conduite d'évacuation (78), lequel s'ouvre en direction du réservoir (24) et se ferme en direction de l'au moins une chambre de prise de force (34, 46).

10. Procédé selon la revendication 9, l'actionneur piézoélectrique (12) étant excité au moyen d'une modulation d'impulsions en largeur.

Zeichnung