DE102014214644A1 - Pressure generator with EAP actuator - Google Patents

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DE102014214644A1
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Thomas Friedrich
Simon Trautmann
Armin-Maria Verhagen
Michael Donotek
Christian Motschenbacher
Xi Zhang
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
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    • F04B19/00Machines or pumps having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B17/00
    • F04B19/20Other positive-displacement pumps
    • F04B19/22Other positive-displacement pumps of reciprocating-piston type
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60TVEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
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    • B60T17/02Arrangements of pumps or compressors, or control devices therefor
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
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    • F05C2251/00Material properties
    • F05C2251/08Shape memory

Abstract

Der erfindungsgemäße Druckerzeuger weist eine Arbeitskammer und wenigstens einen Aktor aus einem elektroaktiven Material mit konstantem Aktorvolumen und veränderlichen Abmessungen, sowie einen Fluidraum für ein Fluid mit einer im Wesentlichen unveränderlichen Länge des Fluidraums auf. Erfindungsgemäß ist der Druckerzeuger dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor bei einer im Wesentlichen gleichen Aktorlänge und einer im Wesentlichen gleichen Aktorquerschnittsfläche mittels einer Änderung von Abmessungen der Querschnittsfläche des Aktors eine Volumenänderung des Fluidraums bewirkt. Die Querschnittsfläche des Aktors selbst bleibt aufgrund des konstanten Volumens und der im Wesentlichen konstanten Länge des Aktors im Wesentlichen die gleiche. Ebenfalls ist die Länge des Fluidraums konstant. Um eine Volumenänderung des Fluidraums zu bewirken, muss daher die Querschnittsfläche des Fluidraums reduziert werden. Diese Änderung der Querschnittsfläche des Fluidraums wird mittels der Änderung der Querschnittsflächenabmessung des Aktors bewirkt.The pressure generator according to the invention has a working chamber and at least one actuator made of an electroactive material with constant actuator volume and variable dimensions, and a fluid space for a fluid having a substantially invariable length of the fluid space. According to the invention, the pressure generator is characterized in that the actuator causes a change in volume of the fluid space with a substantially equal actuator length and a substantially equal Aktorquerschnittsfläche by means of a change in dimensions of the cross-sectional area of the actuator. The cross-sectional area of the actuator itself remains substantially the same due to the constant volume and substantially constant length of the actuator. Also, the length of the fluid space is constant. In order to effect a volume change of the fluid space, therefore, the cross-sectional area of the fluid space must be reduced. This change in the cross-sectional area of the fluid space is effected by means of the change in the cross-sectional area dimension of the actuator.

Description

Stand der TechnikState of the art

Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die US020040008853A1 bekannt. Hierin findet sich die Beschreibung einer Vorrichtung zur Durchführung thermodynamischer Arbeit an einem Fluid, wie bei Pumpen, Verdichtern und Ventilatoren bekannt. Die thermodynamische Arbeit kann verwendet werden, um eine Antriebskraft zum Bewegen des Fluids bereitzustellen. Die Arbeit kann auch auf andere Geräte, wie z. B. einen Kolben in einer hydraulischen Betätigungseinrichtung übertragen werden. Die Geräte können einen oder mehrere Wandler aus elektroaktivem Polymer einsetzten. Das elektroaktive Polymer kann in Kontakt mit einem Fluid stehen, wobei die Deflektion des elektroaktiven Polymers verwendet werden kann, um Arbeit am Fluid zu verrichten. Beispielsweise werden hierbei zwei Endplatten mittels fester Stützen auf Distanz gehalten. Ein dazwischen befindlicher Rollenaktor formt einen Raum für ein Fluid. Durch das Anlegen einer Spannung, vergrößert sich der Raum für das Fluid.From the prior art, for example, the US020040008853A1 known. Herein is the description of a device for performing thermodynamic work on a fluid, such as in pumps, compressors and fans known. The thermodynamic work can be used to provide a driving force to move the fluid. The work can also be applied to other devices, such as B. a piston to be transmitted in a hydraulic actuator. The devices may employ one or more electroactive polymer transducers. The electroactive polymer may be in contact with a fluid, wherein the deflection of the electroactive polymer may be used to perform work on the fluid. For example, this two end plates are held by means of fixed supports at a distance. A roller actuator in between forms a space for a fluid. By applying a voltage, the space for the fluid increases.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Der erfindungsgemäße Druckerzeuger weist eine Arbeitskammer und wenigstens einen Aktor aus einem elektroaktiven Material mit konstantem Aktorvolumen und veränderlichen Abmessungen, sowie einen Fluidraum für ein Fluid mit einer im Wesentlichen unveränderlichen Länge des Fluidraums auf. Erfindungsgemäß ist der Druckerzeuger dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor bei einer im Wesentlichen gleichen Aktorlänge und einer im Wesentlichen gleichen Aktorquerschnittsfläche mittels einer Änderung von Abmessungen der Querschnittsfläche des Aktors eine Volumenänderung des Fluidraums bewirkt. Die Querschnittsfläche des Aktors selbst bleibt aufgrund des konstanten Volumens und der im Wesentlichen konstanten Länge des Aktors im Wesentlichen die gleiche. Unter Querschnittsfläche wird die Flächengröße der Querschnittsfläche verstanden. Weiterhin ist die Länge des Fluidraums konstant. Um eine Volumenänderung des Fluidraums zu bewirken, muss daher die Querschnittsfläche des Fluidraums reduziert werden. Diese Änderung der Querschnittsfläche des Fluidraums wird mittels einer Änderung der Querschnittsflächenabmessungen des Aktors bewirkt. Vorteilhafterweise erfolgt die Änderung der Abmessungen der Aktorquerschnittsfläche einheitlich über die Länge des Aktors. Eine Änderung der Abmessungen der Aktorquerschnittsfläche kann zu einer Änderung der Form der Aktorquerschnittsfläche führen. Während die Form der Querschnittsfläche geändert wird, bleibt die Querschnittsfläche, d.h. die Flächengröße der Querschnittsfläche, im Wesentlichen gleich.The pressure generator according to the invention has a working chamber and at least one actuator of an electroactive material with constant actuator volume and variable dimensions, and a fluid space for a fluid having a substantially invariable length of the fluid space. According to the invention, the pressure generator is characterized in that the actuator causes a change in volume of the fluid space with a substantially equal actuator length and a substantially equal Aktorquerschnittsfläche by means of a change in dimensions of the cross-sectional area of the actuator. The cross-sectional area of the actuator itself remains substantially the same due to the constant volume and substantially constant length of the actuator. By cross-sectional area is meant the area size of the cross-sectional area. Furthermore, the length of the fluid space is constant. In order to effect a volume change of the fluid space, therefore, the cross-sectional area of the fluid space must be reduced. This change in the cross-sectional area of the fluid space is effected by means of a change in the cross-sectional area dimensions of the actuator. Advantageously, the change in the dimensions of the Aktorquerschnittsfläche uniform over the length of the actuator. A change in the dimensions of the Aktorquerschnittsfläche may lead to a change in the shape of Aktorquerschnittsfläche. As the shape of the cross-sectional area is changed, the cross-sectional area, i. the area size of the cross-sectional area is substantially the same.

Ein Gehäuse kann vorteilhaft die Arbeitskammer umgeben, bzw. definieren und begrenzen. Dieses Gehäuse kann vorteilhaft starr mit konstanten Abmaßen und nicht flexibel ausgeführt sein. Die Arbeitskammer weist damit ebenfalls ein konstantes Volumen auf. Die Arbeitskammer besitzt innere Fläche die als Bodenfläche oder Kopffläche der Arbeitskammer, aber auch als Seiteninnenfläche des Gehäuses, bzw. der Arbeitskammer ausgebildet sein können. Die Arbeitskammer ist als Hohlraum des Gehäuses des Druckerzeugers zu verstehen, in welchen Komponenten, bspw. Aktoren zur Ermöglichung der Funktion der Druckerzeugung integriert werden. Hierbei kann es sich um eine im Wesentlichen geschlossene Arbeitskammer handeln, welche einen oder mehrere Durchgänge, bspw. für ein Fluid aufweist. Die Arbeitskammer kann einen oder mehrere Aktoren beinhalten.A housing may advantageously surround, or define and limit, the working chamber. This housing can advantageously be designed rigidly with constant dimensions and not flexible. The working chamber thus also has a constant volume. The working chamber has an inner surface which can be formed as a bottom surface or top surface of the working chamber, but also as a side inner surface of the housing, or the working chamber. The working chamber is to be understood as a cavity of the housing of the pressure generator, in which components, for example. Actuators are integrated to enable the function of pressure generation. This can be a substantially closed working chamber which has one or more passages, for example for a fluid. The working chamber may include one or more actuators.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Arbeitskammer im Wesentlichen zylindrisch oder quaderförmig ausgestaltet sein. Hierbei kann für eine zylindrische Arbeitskammer vorteilhaft ein hohlzylindrischer Aktor Einsatz finden, wobei der Hohlraum als Fluidraum verwendet werden kann. Weiterhin können für eine quaderförmige Arbeitskammer vorteilhaft ein oder mehrere quaderförmige Aktoren Einsatz finden. Insbesondere vier quaderförmige Aktoren, welche mittig an den Seitenflächen der Arbeitskammer positioniert sind, können eine vorteilhafte Lösung darstellen, indem sie einen Hohlraum begrenzen, welcher als Fluidraum verwendet werden kann. Vorteilhaft liegt dieser Hohlraum mittig zwischen den Aktoren.According to an advantageous embodiment, the working chamber may be configured substantially cylindrical or cuboid. Here, for a cylindrical working chamber advantageously find a hollow cylindrical actuator use, wherein the cavity can be used as fluid space. Furthermore, one or more parallelepiped actuators can advantageously be used for a cuboid working chamber. In particular, four cuboid actuators, which are positioned centrally on the side surfaces of the working chamber, may represent an advantageous solution by defining a cavity which can be used as a fluid space. Advantageously, this cavity is located centrally between the actuators.

Insbesondere Aktoren aus elektroaktiven Polymeren können Vorteile für die Anwendung in einem Druckerzeuger bieten. Hierbei erscheint insbesondere die Gruppe der dielektrischen Elastomere vorteilhaft. Unter einem elektroaktiven Polymer versteht man einen Verbund aus einem elastischen Dielektrikum (bspw. einem Elastomer) und leitfähigen Schichten, welche als Elektroden dienen. Beim Anlegen einer elektrischen Spannung an beiden Elektroden entstehen Coulomb´sche Kräfte zwischen diesen aufgrund der sich anziehenden Ladungen. Hierdurch wird das dazwischenliegende Dielektrikum gestaucht und die Höhe des Gesamtverbundes wird reduziert. Diese Kraft kann genutzt werden, um einen Zugaktor aufzubauen. Die beschriebene Stauchung des Dielektrikums führt aufgrund der annähernden Inkompressibilität von Polymeren gleichzeitig zu einer Flächenvergrößerung. Die hierbei wirkende Kraft und Ausbauchung des Aktors kann zum Aufbau eines Druckaktor verwendet werden. Bei einer Reduzierung der angelegten Spannung, bzw. einer Entladung fließen die überschüssigen Ladungen über die Spannungsquelle ab und das Dielektrikum kehrt in seine ursprüngliche Form zurück. In particular, actuators made of electroactive polymers can offer advantages for use in a pressure generator. In particular, the group of dielectric elastomers appears advantageous. An electroactive polymer is understood to be a composite of an elastic dielectric (for example an elastomer) and conductive layers which serve as electrodes. When an electrical voltage is applied to both electrodes, Coulomb forces are created between them due to the attractive charges. As a result, the intermediate dielectric is compressed and the height of the overall composite is reduced. This force can be used to build a Zugaktor. The described compression of the dielectric leads at the same time to an increase in area due to the approximate incompressibility of polymers. The force and bulging of the actuator acting in this case can be used to construct a pressure actuator. With a reduction of the applied voltage or a discharge, the excess charges flow through the voltage source and the dielectric returns to its original shape.

Ein Aktor aus elektroaktivem Polymer kann aus einem Verbund mehrerer, mit leitfähigen Schichten (Elektroden) beschichteten Zwischenschichten, insbesondere biaxial gestreckten Polymerfolien aus einem hochelastischen Elastomer (Dielektrikum) bestehen. Der Verbund der Schichten kann dabei vorteilhafterweise als Stapelaktor ausgeführt sein, wobei die Schichten im Wesentlichen eben gestapelt sind. In einer alternativen vorteilhaften Ausführung ist der Verbund der Schichten als Rollenaktor ausgeführt und gewickelt. Da die EAP Folien sehr dünn sein können (< 100 µm), sind eine Vielzahl von Wicklungen notwendig, um einen ausreichend starken Aktor zu realisieren. Alternativ können für die Herstellung eines Rollenaktors mehrere biaxial gestreckte Folien miteinander verbunden und erst im Anschluss aufgerollt werden. Alternativ zu Stapelaktoren und Rollenaktoren sind selbstverständlich auch andere Ausführungsformen von Aktoren möglich, wie beispielsweise bimorphe Strukturen oder schlauchartige Aktoren. An actuator made of electroactive polymer may consist of a combination of several, with conductive layers (electrodes) coated intermediate layers, in particular biaxially stretched polymer films of a highly elastic elastomer (dielectric). The composite of the layers can be advantageously designed as a stack actuator, wherein the layers are stacked substantially flat. In an alternative advantageous embodiment, the composite of the layers is designed and wound as a Rollenaktor. Since the EAP films can be very thin (<100 μm), a large number of windings are necessary in order to realize a sufficiently strong actuator. Alternatively, a plurality of biaxially stretched films can be connected to one another for the production of a roll actuator and rolled up subsequently. As an alternative to stack actuators and roller actuators, other embodiments of actuators are of course possible, such as bimorph structures or tubular actuators.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung bleibt das Volumen des Aktors bei einer Aktivierung im Wesentlichen konstant. Ebenfalls bleibt das Volumen bei einer Steigerung der Bestromung oder Ladung des Aktors sowie bei einer Reduzierung der Bestromung oder Entladung des Aktors im Wesentlichen konstant. Im Stand der Technik vergrößert sich die Querschnittsfläche des Aktors bei einer Verkürzung der Länge des Aktors und entsprechend verkleinert sich die Querschnittsfläche des Aktors bei einer Vergrößerung der Länge des Aktors. Dieser Effekt kann insbesondere durch die Verwendung von inkompressiblen Elastomeren unterstützt werden. Gemäß der erfindungsgemäßen Druckerzeugung bleibt allerdings die Länge des Aktors im Wesentlichen konstant und nur die Abmessungen der Querschnittsfläche, das heißt die Länge und Breite der Aktorquerschnittsfläche bei quaderförmigen sowie der äußere und innere Radius bei hohlzylindrischen Aktoren werden variiert. Der Aktor ist hierfür so ausgestaltet und in der Arbeitskammer positioniert, dass eine Änderung der Abmessungen seiner Querschnittsfläche eine Änderung der Querschnittsfläche des Fluidraums bewirkt. In an advantageous embodiment, the volume of the actuator remains substantially constant during activation. Likewise, the volume remains substantially constant with an increase in the current supply or charge of the actuator and with a reduction in the current supply or discharge of the actuator. In the prior art, the cross-sectional area of the actuator increases with a shortening of the length of the actuator and correspondingly reduces the cross-sectional area of the actuator with an increase in the length of the actuator. This effect can be assisted in particular by the use of incompressible elastomers. According to the generation of pressure according to the invention, however, the length of the actuator remains substantially constant and only the dimensions of the cross-sectional area, that is, the length and width of Aktorquerschnittsfläche in parallelepiped and the outer and inner radius in hollow cylindrical actuators are varied. The actuator is designed for this purpose and positioned in the working chamber that a change in the dimensions of its cross-sectional area causes a change in the cross-sectional area of the fluid space.

Eine Rückstellung des Aktors kann durch eine Reduzierung der Bestromung, bzw. durch eine Entladung durchgeführt werden. Aufgrund der elastischen Rückstellkraft des verformten Polymers kann eine Wiederherstellung der ursprünglichen Aktorform im Wesentlichen erreicht werden. Weiterhin kann eine, mittels des in den Fluidraum einströmenden Fluids erzeugte Druckkraft vorteilhaft genutzt werden, um die ausgelenkten Aktoren bei der Rückstellung zu unterstützen.A provision of the actuator can be carried out by reducing the current or by a discharge. Due to the elastic restoring force of the deformed polymer, restoration of the original actuator shape can be substantially achieved. Furthermore, a pressure force generated by means of the fluid flowing into the fluid space can be advantageously used to assist the deflected actuators in the return.

Aktoren aus elektroaktiven Polymeren kann in einer vorteilhaften Ausführungsform hohlzylindrische Formen aufweisen. Hierbei kann die Höhe des Zylinders der Länge des Aktors entsprechen sowie kann die Kreisfläche des Zylinders der Querschnittsfläche des Aktors entsprechen. Ein Querschnitt kann in dieser Definition orthogonal zur Zylinderachse verlaufen und die gestapelten Aktorschichten schneiden. Bei hohlzylindrischen Aktoren erhält man einen äußeren und einen inneren Durchmesser des Aktors, aus welchen man die Querschnittsfläche berechnen kann. Actuators made of electroactive polymers may, in an advantageous embodiment, have hollow cylindrical shapes. In this case, the height of the cylinder may correspond to the length of the actuator, and the circular area of the cylinder may correspond to the cross-sectional area of the actuator. A cross section may in this definition orthogonal to the cylinder axis and cut the stacked Aktorschichten. In hollow cylindrical actuators, one obtains an outer and an inner diameter of the actuator, from which one can calculate the cross-sectional area.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform von Stapelaktoren sind Quaderformen. Entsprechend einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfinderischen Druckerzeugers, kann die Länge des Aktors dabei der Länge der Arbeitskammer entsprechen. Ein Querschnitt kann in dieser Definition orthogonal zur Mittelachse der Arbeitskammer verlaufen und die gestapelten Aktorschichten schneiden. Bei quaderförmigen Aktoren erhält man einen rechteckigen Querschnitt, aus dessen Breite und Länge man die Querschnittsfläche berechnen kann.A further advantageous embodiment of stack actuators are rectangular shapes. According to an advantageous embodiment of the inventive pressure generator, the length of the actuator can correspond to the length of the working chamber. A cross-section may in this definition be orthogonal to the central axis of the working chamber and intersect the stacked actuator layers. In the case of parallelepiped actuators, a rectangular cross-section is obtained from whose width and length one can calculate the cross-sectional area.

Alternativ können auch sonstige mehreckige und polygonale Querschnitte der genannten Komponenten, insbesondere der Arbeitskammer, der Fluidkammer, der Aktoren sowie des Gehäuses von Vorteil sein. Insbesondere bei der Verwendung mehrerer Aktoren erscheint dies hinsichtlich der Funktionalität, vor allem der Fluidsteuerung, und Bauraumoptimierung vorteilhaft.Alternatively, other polygonal and polygonal cross sections of said components, in particular the working chamber, the fluid chamber, the actuators and the housing may be advantageous. In particular, when using multiple actuators, this appears advantageous in terms of functionality, especially the fluid control, and space optimization.

Hierbei ist insbesondere bei quaderförmigen Aktoren in vorteilhafter Weise vorgesehen, dass nicht nur ein Aktor sondern mehrere Aktoren eingesetzt und auf einander abgestimmt werden. Die Änderungen der Querschnittsflächenabmessungen können dabei bei jedem Aktor auftreten. Die Querschnittsfläche und Länge jedes Aktors kann hierbei bei einer Aktivierung des Aktors konstant bleiben. Durch eine definierte Auslegung der mehreren Aktoren und/oder eine bewusste Positionierung dieser in der Arbeitskammer kann eine abgestimmte und ergänzende Einwirkung der Aktoren auf den Fluidraum bewirkt werden. Durch die Verwendung mehrerer Aktoren kann die Einwirkung auf eine Änderung der Querschnittsfläche des Fluidraums durch eine Änderung der Querschnittsflächenabmessungen der Aktoren gesteigert und verstärkt werden. Durch den Einsatz mehrere Aktoren in einer Arbeitskammer kann in vorteilhafter Weise das zur Verfügung stehende Bauraumvolumen optimal genutzt werden. Ein weiterer Vorteil kann sich durch die Addition mehrere Aktorkräfte eine höhere Gesamtaktuierungskraft ergeben.In this case, it is provided in particular in the case of rectangular actuators that not only one actuator but several actuators are used and tuned to one another. The changes in the cross-sectional area dimensions can occur with each actuator. The cross-sectional area and length of each actuator can remain constant during activation of the actuator. By a defined design of the plurality of actuators and / or a deliberate positioning of these in the working chamber, a coordinated and supplementary action of the actuators on the fluid space can be effected. By using multiple actuators, the effect of changing the cross-sectional area of the fluid space can be increased and enhanced by changing the cross-sectional area dimensions of the actuators. By using multiple actuators in a working chamber, the available space volume can be used optimally in an advantageous manner. A further advantage may result from the addition of multiple actuator forces, a higher total actuation force.

In dem verbleibenden Raum zwischen den quaderförmigen Aktoren und den Ecken der quaderförmigen Arbeitskammer können vorteilhaft Eckelemente positioniert werden. Die Eckelemente bestehen in einer vorteilhaften Ausgestaltung aus einem flexiblen Material. Sie können elastisch und inkompressibel ausgeführt sein. Die Eckelemente können vorteilhaft der Kraftabstützung sowie der Rückstellung bei einer Auslenkung der Aktoren dienen. Die Eckelemente können mit den Aktoren verbunden sein. Die Verbindung zwischen den Aktoren und den Eckelementen kann beispielsweise mittels Verklebung erfolgen. Die Elemente können somit zur Rückstellung des Aktors und/oder des Fluidraums dienen. Hierzu weisen diese vorteilhaft vorzugsweise eine stark progressive Kennlinie auf. Während der Aktivierung und Auslenkung der Aktoren werden dabei die elastischen Eckelemente vorgespannt, so dass es nach einer Entladung der ausgelenkten Aktors die verformten Eckelemente sich selbst und den damit verbundenen Aktor sowie den Fluidraum wieder in die Ausgangsposition zurückstellen, bzw. bei einer Rückstellung unterstützen können. Hierbei können auch mehrere einzelne elastische Elemente, bspw. Federelemente, zusammengefügt werden, um ein elastisches Gesamtsystem darzustellen und die notwendige Rückstellkraft aufzubringen.In the remaining space between the cuboidal actuators and the corners of the cuboid working chamber corner elements can be advantageously positioned. The corner elements consist in an advantageous embodiment of a flexible material. They can be elastic and incompressible. The corner elements can advantageously serve the power support and the provision of a deflection of the actuators. The corner elements can be connected to the actuators. The connection between the actuators and the corner elements can be done for example by gluing. The elements can thus serve to restore the actuator and / or the fluid space. For this purpose, these advantageously have a strongly progressive characteristic. During the activation and deflection of the actuators, the elastic corner elements are prestressed, so that after a discharge of the deflected actuator, the deformed corner elements themselves and the associated actuator as well as the fluid space can be returned to the starting position, or can assist with a return. In this case, a plurality of individual elastic elements, for example. Spring elements, are joined together to represent an elastic overall system and apply the necessary restoring force.

Der Aktor kann weiterhin eine Kapselung aufweisen, welche ihm vorteilhaft einen Schutz vor dem Fluid bietet, um bspw. Kurzschlüsse zu vermeiden. In einer alternativen Ausführung kann auch das Fluid in einer separaten, in den Fluidraum eingebrachten und flexiblen Kammer eingebracht sein. Diese Kapselung für das Fluid kann fest mit dem Aktor verbunden sein, um eine Änderung, bspw. hinsichtlich der Querschnittsflächenabmessung des Aktors auf den Fluidraum und das Fluid zu übertragen. Eine Kapselung des Fluidraums kann vorteilhaft mittels einer flexiblen und fluiddichten Membran umgesetzt werden.The actuator can furthermore have an encapsulation, which advantageously offers protection from the fluid, in order, for example, to avoid short circuits. In an alternative embodiment, the fluid may also be introduced in a separate, introduced into the fluid space and flexible chamber. This enclosure for the fluid may be fixedly connected to the actuator to transfer a change, for example in terms of the cross-sectional area dimension of the actuator to the fluid space and the fluid. An encapsulation of the fluid space can advantageously be implemented by means of a flexible and fluid-tight membrane.

Der Fluidraum kann, wie bereits beschrieben, als verbleibender Raum der Arbeitskammer zwischen den Aktoren definiert werden. Der Fluidraum kann daher hinsichtlich Form und Volumen von dem ihm zugeordneten Aktor, bzw. Aktoren abhängig sein. Bspw. kann durch die Art, Form oder Positionierung des Aktors eine Form und Aufteilung des verbleibenden Fluidraums bestimmt werden. Die Form des Aktors kann insbesondere als geschlossener Körper, bspw. als zylindrischer Stapelaktor, oder als ein Körper mit wenigstens einer Öffnung, bspw. als hohlzylindrischer Stapelaktor ausgestaltet sein. Hierdurch kann sich die Ausgestaltung des Fluidraums als ein Fluidraum innerhalb eines Aktors, bspw. als ein zylindrischer Fluidraum innerhalb eines hohlzylindrischen Aktors, sowie als ein Fluidraum außerhalb eines Aktors, bspw. als hohlzylindrischer Fluidraum außerhalb eines zylindrischen Aktors, oder aus mehreren Fluidräumen zusammensetzen, insbesondere einem zylindrischen Fluidraum innerhalb und einen hohlzylindrischen Fluidraum außerhalb eines hohlzylindrischen Aktors, welcher seitlich freistehend in der Fluiddruckkammer positioniert ist.As already described, the fluid space can be defined as the remaining space of the working chamber between the actuators. The fluid space can therefore be dependent on the associated actuator or actuators in terms of shape and volume. For example. can be determined by the nature, shape or positioning of the actuator, a shape and distribution of the remaining fluid space. The shape of the actuator can in particular be designed as a closed body, for example as a cylindrical stack actuator, or as a body with at least one opening, for example as a hollow cylindrical stack actuator. As a result, the configuration of the fluid space can be composed of a fluid space within an actuator, for example as a cylindrical fluid space within a hollow cylindrical actuator, or as a fluid space outside an actuator, for example as a hollow cylindrical fluid space outside a cylindrical actuator, or of a plurality of fluid spaces a cylindrical fluid space inside and a hollow cylindrical fluid space outside a hollow cylindrical actuator, which is positioned laterally free-standing in the fluid pressure chamber.

Weiterhin kann in einer vorteilhaften Ausgestaltung eine mittige Positionierung des Aktors oder des Fluidraums mittels einer Verbindung, bspw. mittels einer flächigen oder punktuierten Verklebung, des Fluidraums an der Bodenfläche der Arbeitskammer erfolgen. Wird die Ausdehnung der Randschicht des Fluidraums, bzw. Aktors durch bspw. eine flächige Verklebung unterbunden, kann dies zu einer Verformung des Fluidraums, bzw. Aktors in den Randbereichen führen. Dies kann durch eine partielle und/oder bewegungsfähige Verbindung des Fluidraums, bzw. Aktors mit weiteren Komponenten vermieden werden.Furthermore, in an advantageous embodiment, a central positioning of the actuator or the fluid space by means of a connection, for example. By means of a surface or punktuierten bonding, the fluid space on the bottom surface of the working chamber. If the expansion of the edge layer of the fluid space or actuator is prevented by, for example, a surface bonding, this can lead to a deformation of the fluid space or actuator in the edge areas. This can be avoided by a partial and / or movable connection of the fluid space, or actuator with other components.

Der Fluidraum kann vorteilhaft Fluid aufnehmen und dieses speichern. Der erfindungsgemäße Druckerzeuger ist daher in einer bevorzugten Weiterbildung als eine Fluidspeicherkammer ausgestaltet. Mittels der Aktoren kann weiter eine Rückförderung des Fluids aus dem Fluidraum über eine Fluidleitung bewirkt werden.The fluid space can advantageously absorb fluid and store it. The pressure generator according to the invention is therefore configured in a preferred development as a fluid storage chamber. By means of the actuators can further be effected a return conveyance of the fluid from the fluid chamber via a fluid line.

Wie bereits beschrieben, bleibt die Länge des Aktors bei einer Aktivierung im Wesentlichen konstant und nur die Querschnittsflächenabmessungen des Aktors werden variiert. Hierdurch kann eine Änderung der Querschnittsfläche des Fluidraums mit im Wesentlichen konstanter Länge des Fluidraums bewirkt werden. In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird eine Änderung der Querschnittsflächenabmessung des Aktors durch eine Änderung wenigstens einer Kantenlänge der Querschnittsfläche und/oder durch die Änderung wenigstens eines Radius der Querschnittsfläche erzielt. Diese bedeutet, dass beispielsweise die Länge und Breite der Aktorquerschnittsfläche bei quaderförmigen Aktoren geändert, oder bei hohlzylindrischen Aktoren der äußere und innere Radius variiert werden kann, um die Änderung der Querschnittsflächenabmessungen des Aktors zu erzielen. In einer vorteilhaften Ausführung kann hierbei das Seitenverhältnis, bzw. das Verhältnis des Innen- und Außendurchmessers variiert werden. As already described, the length of the actuator remains substantially constant during activation and only the cross-sectional area dimensions of the actuator are varied. As a result, a change in the cross-sectional area of the fluid space with a substantially constant length of the fluid space can be effected. In an advantageous embodiment, a change in the cross-sectional area dimension of the actuator is achieved by changing at least one edge length of the cross-sectional area and / or by changing at least one radius of the cross-sectional area. This means that, for example, the length and width of the Aktorquerschnittsfläche changed in cuboid actuators, or in hollow cylindrical actuators of the outer and inner radius can be varied to achieve the change in the cross-sectional area dimensions of the actuator. In an advantageous embodiment, in this case the aspect ratio, or the ratio of the inner and outer diameter can be varied.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann eine Änderung der Querschnittsflächenabmessungen des Aktors eine Änderung der Querschnittsfläche des Fluidraums bewirken. Hierbei kann der Innenumfang des Aktors sowie des Fluidraums mittels einer Aktivierung des Aktors vorteilhaft variiert werden. Beispielsweise kann bei einer Aktivierung des Aktors, der im Querschnitt betrachtete Innenumfang des Aktors sowie der Außenumfang des Fluidraums reduziert werden. In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfinderischen Druckerzeugers wird damit auch das Volumen des Fluidraums bei einer Aktivierung des Aktors reduziert. Vorteilhaft kann die Querschnittgeometrie des Aktors und des Fluidraums dabei die gleiche bleiben. Das heißt, im Wesentlichen bleibt die gleiche Körperform, bspw. Zylinder oder Hohlzylinder, quaderförmige Prismen, Kreiszylinder, elliptische Zylinder, etc., bei einer Aktivierung bestehen. Dies gilt analog auch für mehrere Aktoren.According to an advantageous embodiment, a change in the cross-sectional area dimensions of the actuator can cause a change in the cross-sectional area of the fluid space. Here, the inner circumference of the actuator and the fluid space can be advantageously varied by means of activation of the actuator. For example, upon activation of the actuator, the inner circumference of the actuator viewed in cross-section and the outer circumference of the fluid space can be reduced. In an advantageous embodiment of the inventive pressure generator thus also the volume of the fluid space is reduced upon activation of the actuator. Advantageously, the cross-sectional geometry of the actuator and the fluid space remain the same. That is, substantially the same body shape, for example, cylinder or hollow cylinder, cuboid prisms, circular cylinder, elliptical cylinder, etc., remain in an activation. This also applies analogously to several actuators.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung umschließt der wenigstens eine Aktor den Fluidraum im Wesentlichen. Wie bereits ausgeführt liegt der Fluidraum innerhalb der Arbeitskammer und weist im Wesentlichen die gleiche Länge wie diese auf. Unter einer Umschließung wird daher eine Umschließung der Mantelfläche eines zylindrischen Fluidraums, bzw. die Seitenflächen eines quaderförmigen Fluidraums verstanden. Hierdurch soll allerdings nicht ausgeschlossen werden, dass der Aktor auch die Kopf- und/oder Bodenfläche des Fluidraums umschließen kann und diesen ggf. unter Berücksichtigung eines Fluiddurchgangs tatsächlich im Wesentlichen vollständig umschließen kann. Durch eine Umschließung des Fluidraums durch den Aktor kann der erzeugte Druck vorteilhaft direkt und orthogonal auf die Mantelfläche, bzw. Seitenflächen des Fluidraums eingeleitet werden. Weiterhin kann der Fluidraum damit vorteilhaft von mehreren Seiten mittels des Aktors aktuiert werden. Wie bereits ausgeführt, können hierfür auch vorteilhaft mehrere Aktoren eingesetzt werden. According to a preferred development of the present invention, the at least one actuator substantially encloses the fluid space. As already stated, the fluid space lies within the working chamber and has substantially the same length as this. An enclosure is therefore understood as an enclosure of the lateral surface of a cylindrical fluid space, or the side surfaces of a cuboid fluid space. However, this should not preclude the fact that the actuator can also surround the top and / or bottom surface of the fluid space and, if appropriate, can substantially completely enclose it, taking into account a fluid passage. By enclosing the fluid space by the actuator, the pressure generated can advantageously be introduced directly and orthogonally on the lateral surface, or side surfaces of the fluid space. Furthermore, the fluid space can thus advantageously be actuated from several sides by means of the actuator. As already stated, it is also advantageous to use a plurality of actuators for this purpose.

Beim Einsatz mehrerer Aktoren können diese mittels einer Verbindung verbunden sein, wobei diese Verbindung bspw. die innenliegenden Kanten der Aktoren, aber auch mehrere Flächen der Aktoren verbinden kann. Auf diese Weise können die Aktoren auch den Fluidraum im Wesentlichen umschließen. Eine Verbindung der Aktoren kann bspw. über die Membran der Fluidkammer erfolgen. Hierfür kann die Membran mit den Innenflächen der Aktoren verbunden, bspw. verklebt sein. Veränderungen der Aktoren, bspw. bei einer Entladung der Aktoren und damit verbundenem Zurückziehen der Aktoren, können damit auf den Fluidraum übertragen werden, bspw. durch eine Vergrößerung der Querschnittsfläche des Fluidraums. When using multiple actuators they can be connected by means of a connection, this connection can, for example, the inner edges of the actuators, but also connect multiple surfaces of the actuators. In this way, the actuators can also substantially enclose the fluid space. A connection of the actuators can take place, for example, via the membrane of the fluid chamber. For this purpose, the membrane can be connected to the inner surfaces of the actuators, for example, be glued. Changes in the actuators, for example, in a discharge of the actuators and associated retraction of the actuators can thus be transferred to the fluid space, for example. By increasing the cross-sectional area of the fluid space.

Der Aktor der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann in einer vorteilhaften Ausgestaltung mittels eines elektrischen Stroms oder einer elektrischen Spannung gesteuert werden. Hierzu wird an eine Steuereinheit eine entsprechende Spannung ausgewählt und eingestellt. Diese Spannung wird über die Kontaktierung des Aktors an diesen weitergegeben. Auf diese Weise kann mittels der Steuereinheit eine Aktivierung des Aktors eingestellt werden. Hierbei kann auch die Stärke der Bestromung verändert und damit eine veränderliche Aktuierung des Ankers erreicht werden. Beispielsweise kann eine geringe Spannung eine kleine Auslenkung erzielen, während eine hohe Spannung eine größere Auslenkung des Aktors bewirkt. Dabei kann eine kontinuierliche und stufenlose Aktuierung des Aktors und damit Volumenänderung des Fluidraums erzielt werden.The actuator of the device according to the invention can be controlled in an advantageous embodiment by means of an electrical current or an electrical voltage. For this purpose, a corresponding voltage is selected and set to a control unit. This voltage is passed through the contact of the actuator to this. In this way, an activation of the actuator can be adjusted by means of the control unit. In this case, the strength of the current supply can be changed and thus a variable actuation of the armature can be achieved. For example, a low voltage can achieve a small deflection, while a high voltage causes a greater deflection of the actuator. In this case, a continuous and stepless actuation of the actuator and thus volume change of the fluid space can be achieved.

In einer vorteilhaften Weiterbildung kann die Einwirkung des Aktors auf das Volumen des Fluidraums mittels der Steuereinheit des Aktors in Frequenz und/oder Volumen der bewirkten Volumenänderung steuerbar gestaltet werden. Vorzugsweise ist weiterhin eine Steuereinheit der Pumpenvorrichtung in eine Steuereinheit für eine Bremsanlage eines Fahrzeugs, wie z. B. eine ABS- bzw. ESP-Regelungseinheit, integriert. Dadurch muss keine separate eigene Steuereinheit für die Pumpenvorrichtung vorgesehen werden.In an advantageous development, the action of the actuator on the volume of the fluid space can be made controllable by means of the control unit of the actuator in frequency and / or volume of the volume change effected. Preferably, a control unit of the pump device is further in a control unit for a brake system of a vehicle, such. B. an ABS or ESP control unit integrated. As a result, no separate own control unit for the pump device must be provided.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung besteht der Aktor aus einem Verbund von Elektrodenschichten und Elastomerschichten (als Dielektrikum), wobei die Elektrodenschichten und/oder Elastomerschichten ein Profil aufweisen, welches eine Ausdehnung in eine erste Richtung behindert sowie eine Ausdehnung in eine zweite, insbesondere zur ersten Richtung orthogonalen, Richtung begünstigt. Wie bereits ausgeführt handelt es sich bei den Aktoren um Aktoren auf Basis elektroaktiver Polymere. Eine Aktuierung führt zu einer dreidimensionalen Formänderung aufgrund der Anziehung der Elektrodenschichten sowie des inkompressiblen Polymers als Dielektrikumschicht. Durch ein definiertes Profil kann die Ausdehnung des Polymers in eine bestimmte Richtung behindert sowie in eine dazu orthogonale Richtung erleichtert werden. Hierdurch ändert sich die dreidimensionale Verformung auf eine im Wesentlichen zweidimensionale Verformung. Hierdurch kann vorteilhaft eine Änderung der Aktorabmessungen beeinflusst werden, bspw. indem die Länge des Aktors im Wesentlichen konstant gehalten wird, das heißt eine Verformung in dieser Richtung behindert wird. Stattdessen wird die Verformung in Richtung des Fluidraums unterstützt, um dadurch eine stärkere Verformung und/oder Kraftentwicklung dort zu erzielen.According to a preferred embodiment of the present invention, the actuator consists of a composite of electrode layers and elastomer layers (as a dielectric), wherein the electrode layers and / or elastomer layers have a profile which impedes expansion in a first direction and an expansion in a second, in particular for first direction orthogonal, direction favors. As already stated, the actuators are actuators based on electroactive polymers. An actuation leads to a three-dimensional change in shape due to the attraction of the electrode layers and the incompressible polymer as a dielectric layer. By a defined profile, the expansion of the polymer in a certain direction can be hindered as well as facilitated in a direction orthogonal thereto. As a result, the three-dimensional deformation changes to a substantially two-dimensional deformation. In this way, advantageously, a change in the actuator dimensions can be influenced, for example, by keeping the length of the actuator substantially constant, that is, a deformation in this direction is hindered. Instead, the deformation in the direction of the fluid space is assisted, thereby achieving a greater deformation and / or force development there.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung können die Elektrodenschichten und/oder Elastomerschichten rillenförmig und/oder gewellt und/oder als Zick-Zack-Profil und/oder in einem vergleichbaren Profil ausgebildet sein. Derartige Profile können die Ausdehnung des Polymers in eine bestimmte Richtung, bspw. in Richtung der Rillen, behindern sowie die Ausdehnung des Polymers in eine zweite, zur ersten Richtung orthogonale, Richtung, bspw. senkrecht zu den Rillen, unterstützen.In an advantageous embodiment, the electrode layers and / or elastomer layers can be grooved and / or corrugated and / or formed as a zigzag profile and / or in a comparable profile. Such profiles may hinder the expansion of the polymer in a certain direction, for example in the direction of the grooves, and may promote the expansion of the polymer in a second direction orthogonal to the first direction, for example perpendicular to the grooves.

Gemäß einer alternativen bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung besteht der Aktor aus einen Verbund von Elektrodenschichten und Elastomerschichten, wobei der Verbund mittels keilförmigen Schichten als eine geschlossene schlauchartige und/oder hohlzylindrische, Form ausgestaltet ist. Hierunter kann ein Aktor verstanden werden, welcher ähnlich zu einem Stapelaktor aus aneinander anliegenden und aufeinander aufgebauten Elektroden und Elastomerschichten besteht. Ein Stapelaktor weist allerdings meist über ihre Fläche gleich dicke Schichten auf, welche in abwechselnder Reihenfolge aufeinander gestapelt werden. Im Gegensatz hierzu können auch keilförmige Schichten für den Aktor eingesetzt werden. Diese Schichten werden jeweils mit den dünnen Enden zur selben, bspw. innenliegenden Seite des Aktors aneinandergefügt, bspw. aufeinander aufgebaut. Durch die unterschiedlichen Dicken der Enden ergibt sich bei einer Vielzahl an Schichten eine Krümmung des Aktors. Bei einer im Wesentlichen kontinuierlichen Krümmung in eine Richtung kann sich eine geschlossene Form ergeben. Vorteilhaft können auch mehrere Aktorsegmente aufgebaut und anschließend aneinander gefügt werden, welche erst im Gesamten eine geschlossene Form ergeben können. Die geschlossene Form kann hohlzylindrisch sein.According to an alternative preferred embodiment of the present invention, the actuator consists of a composite of electrode layers and elastomer layers, wherein the composite is configured by means of wedge-shaped layers as a closed tubular and / or hollow cylindrical shape. This may be understood to mean an actuator which, similar to a stack actuator, consists of electrodes and elastomer layers adjoining one another and built on one another. However, a stack actuator usually has layers of equal thickness over its surface, which in alternating order stacked on top of each other. In contrast, wedge-shaped layers can also be used for the actuator. These layers are joined to each other with the thin ends to the same, eg. Inboard side of the actuator, for example. Built on each other. Due to the different thicknesses of the ends results in a plurality of layers, a curvature of the actuator. In a substantially continuous curvature in one direction may result in a closed shape. Advantageously, several Aktorsegmente can be constructed and then joined together, which can result in a closed form only in the whole. The closed mold can be hollow cylindrical.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der Aktor aus einen Verbund von Elektrodenschichten und Elastomerschichten bestehen, wobei die Elektrodenschichten und die Elektrodenschichten im Wesentlichen keilförmig ausgestaltet und/oder die Elektrodenschichten im Wesentlichen keilförmig ausgestaltet sind und die Elastomerschichten eine im Wesentlichen konstante Dicke aufweisen und/oder die Elastomerschichten im Wesentlichen keilförmig ausgestaltet sind und Elektrodenschichten die eine im Wesentlichen konstante Dicke aufweisen und/oder sonstige keilförmigen Schichten und/oder Elemente eingefügt sind.In an advantageous embodiment, the actuator may consist of a composite of electrode layers and elastomer layers, wherein the electrode layers and the electrode layers are configured substantially wedge-shaped and / or the electrode layers are configured substantially wedge-shaped and the elastomer layers have a substantially constant thickness and / or the elastomer layers are configured substantially wedge-shaped and electrode layers having a substantially constant thickness and / or other wedge-shaped layers and / or elements are inserted.

In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Druckerzeuger als Speicherkammer mit einer einzigen Öffnung für den Fluideingang und Fluidausgang und/oder als Pumpvorrichtung mit wenigstens einer Eingangsöffnung und wenigstens einer Ausgangsöffnung ausgestaltet ist. Hierbei umfasst der Druckerzeuger vorteilhaft wenigstens ein erstes und ein zweites Rückschlagventil. Die Rückschlagventile können vorteilhaft als Einwegventile ausgeführt werden. Diese Ventile stellen jeweils eine Verbindung der Zulaufleitung und dem Fluideingang in die Arbeitskammer, bzw. in den Fluidraum, dar sowie eine Verbindung des Fluidausgangs aus der Arbeitskammer, bzw. aus dem Fluidraum, und der Ablaufleitung für das Fluid. Das erste und zweite Rückschlagventil können dabei mit dem Fluidraum verbunden sein, wobei das erste Rückschlagventil in einer Zulaufleitung zum Fluidraum und das zweite Rückschlagventil in einer Ablaufleitung von dem Fluidraum angeordnet ist. In a further development, it is provided that the pressure generator is designed as a storage chamber with a single opening for the fluid inlet and fluid outlet and / or as a pumping device with at least one inlet opening and at least one outlet opening. In this case, the pressure generator advantageously comprises at least a first and a second check valve. The check valves can be advantageously designed as one-way valves. These valves each represent a connection of the feed line and the fluid inlet into the working chamber, or into the fluid space, and a connection of the fluid outlet from the working chamber, or from the fluid space, and the drain line for the fluid. The first and second check valve may be connected to the fluid space, wherein the first check valve is arranged in a supply line to the fluid chamber and the second check valve in a discharge line from the fluid space.

Durch die Verwendung der Rückschlagventile kann insbesondere bei einer Abstimmung mit der Regelung der Pumpenvorrichtung ein definierter Volumenstrom erzeugt werden. Weiterhin können die Zulaufleitung und die Ablaufleitung, auch als eine gemeinsame Fluidleitung für den Zu- oder Ablauf ausgebildet sein.By using the non-return valves, a defined volume flow can be generated, in particular when coordinated with the regulation of the pump device. Furthermore, the supply line and the drain line can also be designed as a common fluid line for the inlet or outlet.

In einer Weiterbildung, ist der erfindungsgemäße Druckerzeuger als Fluidspeicher und/oder Pumpenvorrichtung für eine Bremsanlage eines Fahrzeugs ausgestaltet, wobei die Bremsanlage insbesondere Bremsregeleinrichtungen, wie z. B. eine elektronische Stabilitätskontrolle oder ein Antiblockiersystem, umfasst. Der Druckerzeuger kann dabei in einer Ausgestaltungsalternative als Druckerzeuger für den notwendigen Bremsdruck und/oder als Pumpe zum Abpumpen eines Brems Fluids, beispielsweise aus einem Zwischenspeicher, ausgestaltet sein.In a development, the pressure generator according to the invention is designed as a fluid reservoir and / or pump device for a brake system of a vehicle, the brake system in particular brake control devices, such. As an electronic stability control or an anti-lock braking system comprises. The pressure generator can be designed in a Ausgestaltungsalternative as a pressure generator for the necessary brake pressure and / or pump for pumping a brake fluid, for example from a buffer.

Neben der Verwendung des Aktors aus elektroaktiven Polymeren zur Aktuierung bspw. einer Kolbenbewegung oder Erzeugung einer sonstigen Kraft, kann dieser auch als Sensor, beispielsweise zur Messung und/oder Ermittlung einer Weglängenveränderung, sowie als Generator oder Energiespeicher verwendet werden. Hierbei kann ein Aktor aus elektroaktiven Polymeren auch mehrere Funktionen darstellen. Alternativ ist möglich, dass mehrere Elemente als Sensoren und Aktoren eingesetzt werden. Beispielsweise kann dadurch das Fluidvolumen sowie eine Fluidvolumenänderung des Fluidraums ermittelt werden. Die Umsetzung einer solchen Sensorfunktion kann entweder durch ein dem normalen Ansteuersignal überlagertes hochfrequentes Signal erfolgen oder durch eine Messung der Kapazitätsänderung. Hierdurch können vorteilhaft bisher notwendige Sensoren, wie beispielsweise Wegsensoren, eingespart werdenIn addition to the use of the actuator of electroactive polymers for actuation, for example, a piston movement or generation of another force, this can also be used as a sensor, for example for measuring and / or determining a Weglängenveränderung, and as a generator or energy storage. Here, an actuator made of electroactive polymers can also represent several functions. Alternatively, it is possible that several elements are used as sensors and actuators. For example, this allows the fluid volume and a fluid volume change of the fluid space to be determined. The implementation of such a sensor function can be done either by a normal drive signal superimposed high-frequency signal or by measuring the capacitance change. As a result, advantageously previously necessary sensors, such as displacement sensors, can be saved

Ausführungsbeispiele (Zeichnungen / Beschreibung):Exemplary embodiments (drawings / description):

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert, ohne dass dabei eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt:The invention will be explained in more detail with reference to the embodiments illustrated in the drawings, without causing a limitation of the invention. Showing:

1 eine Querschnittsdarstellung eines Druckerzeugers mit vier Aktoren in Quaderform sowie einem gekapselten Fluidraum in einer ersten Position a 1 a cross-sectional view of a pressure generator with four actuators in cuboid shape and an encapsulated fluid chamber in a first position a

2 eine Querschnittsdarstellung eines Druckerzeugers mit vier Aktoren in Quaderform sowie einem gekapselten Fluidraum in einer zweiten Position b 2 a cross-sectional view of a pressure generator with four actuators in cuboid shape and an encapsulated fluid space in a second position b

3 eine Längsschnittdarstellung eines Druckerzeugers mit Aktoren in Quaderform in einer ersten sowie einer zweiten (gestrichelten) Position 3 a longitudinal sectional view of a pressure generator with actuators in cuboid shape in a first and a second (dashed) position

4 einen Ausbruch einer Querschnittsdarstellung eines Druckerzeugers mit Aktoren mit gewellten Elektroden 4 an outbreak of a cross-sectional view of a pressure generator with actuators with corrugated electrodes

5 eine Querschnittsdarstellung eines Druckerzeugers mit Aktor in Hohlzylinderform sowie einem gekapselten Fluidraum in einer ersten Position a 5 a cross-sectional view of a pressure generator with actuator in a hollow cylinder shape and an encapsulated fluid space in a first position a

6 eine Querschnittsdarstellung eines Druckerzeugers mit Aktor in Hohlzylinderform sowie einem gekapselten Fluidraum in einer zweiten Position b 6 a cross-sectional view of a pressure generator with actuator in a hollow cylinder shape and an encapsulated fluid space in a second position b

7 eine Längsschnittdarstellung eines Druckerzeugers mit Aktor in Hohlzylinderform in einer ersten sowie einer zweiten (gestrichelten) Position 7 a longitudinal sectional view of a pressure generator with actuator in a hollow cylinder shape in a first and a second (dashed) position

8 einen Ausbruch einer Querschnittsdarstellung eines Aktor in Hohlzylinderform mit keilförmigen Elektroden 8th an outbreak of a cross-sectional view of an actuator in a hollow cylinder shape with wedge-shaped electrodes

Die 1 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Druckerzeugers 101 mit vier Aktoren 108a in Quaderform sowie einem gekapselten Fluidraum 105 in einer ersten Position a. Die erste Position a entspricht dabei der Position der Komponenten des Druckerzeugers 101 bei nicht oder nur gering bestromten Aktoren 108a.The 1 shows a cross-sectional view of a pressure generator 101 with four actuators 108a in cuboid shape and an encapsulated fluid space 105 in a first position a. The first position a corresponds to the position of the components of the pressure generator 101 in the case of no or only low-powered actuators 108a ,

Der Druckerzeuger 101 weist ein Gehäuse 102 auf. Im Inneren des Gehäuses 102 befindet sich eine Arbeitskammer 103. Sowohl das Gehäuse 102 als auch die Arbeitskammer 103 weisen fixe und nicht variable Abmessungen auf. Die Arbeitskammer 103 besitzt einem rechteckigen Querschnitt und vier Seiteninnenflächen 104. Innerhalb der Arbeitskammer 103 befindet sich ein Fluidraum 105, welcher durch eine Membran 106 gekapselt und begrenzt ist. Der gekapselte Fluidraum 105 beinhaltet und umschließt ein Fluid 107.The pressure generator 101 has a housing 102 on. Inside the case 102 there is a working chamber 103 , Both the case 102 as well as the working chamber 103 have fixed and non-variable dimensions. The working chamber 103 has a rectangular cross section and four side inner surfaces 104 , Inside the work chamber 103 there is a fluid space 105 passing through a membrane 106 encapsulated and limited. The encapsulated fluid space 105 contains and encloses a fluid 107 ,

Zwischen den Seitenflächen 104 der Arbeitskammer 103 sowie dem Fluidraum 105 sind Aktoren 108a positioniert. Im in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind vier Aktoren 108a vorhanden. Jeder der Aktoren 108a ist an einer Seitenfläche 104 der Arbeitskammer 103 angeordnet. Der Aktor 108a ist dabei mittig an der Seitenfläche 104 angeordnet. Hierbei kann eine spielfreie Anordnung oder eine Anordnung mit Spiel umgesetzt sein. Eine feste Verbindung zwischen der Seitenfläche 104 und dem Aktor 108a ist nicht notwendig.Between the side surfaces 104 the working chamber 103 and the fluid space 105 are actuators 108a positioned. Im in 1 illustrated embodiment are four actuators 108a available. Each of the actors 108a is on a side surface 104 the working chamber 103 arranged. The actor 108a is centered on the side surface 104 arranged. Here, a backlash-free arrangement or an arrangement can be implemented with game. A firm connection between the side surface 104 and the actor 108a is not necessary.

Die Aktoren 108a sind als Stapelaktoren ausgeführt und besitzen eine Quaderform. Ihre Querschnittsfläche 109 ist rechteckig und über die Länge 110a sowie Breite 111a definiert. Die Länge 110a und Breite 111a der Aktorquerschnittsfläche 109 der vier Aktoren 108a ist dabei so aufeinander abgestimmt, dass sich die nach innen zeigenden Kanten der vier Aktoren 108a jeweils bei zwei nebeneinander liegenden Aktoren 108a berühren oder zumindest in nahem räumlichen Bezug zueinander stehen. Die Aktoren 108a sind an dieser Stelle mittels einer Verbindung 116 verbunden, wobei diese Verbindung bspw. die Kanten, aber auch mehrere Flächen der Aktoren 108a verbinden kann. Eine Verbindung kann, auch wenn nicht dargestellt, bspw. über die Membran 106 erfolgen. Hierfür kann die Membran 106 mit den Innenflächen der Aktoren 108a verbunden, bspw. verklebt sein. Auf diese Weise umschließen die Aktoren 108a im Wesentlichen den Fluidraum 105. Veränderungen der Aktoren 108, bspw. bei einer Aktuierung können damit auf den Fluidraum 105 übertragen werden, bspw. von einer Position a, wie in 1 dargestellt auf eine Position b wie in 2 dargestellt, welche mit einer Reduzierung der Querschnittsfläche 117a des Fluidraums 105 verbunden ist. Alternativ unterstützt die Verbindung auch bei einer Rückstellung von einer zweiten Position b in die ursprüngliche Position a, welche mit einer Vergrößerung der Querschnittsfläche 117b verbunden ist.The actors 108a are designed as stack actuators and have a cuboid shape. Your cross-sectional area 109 is rectangular and over the length 110a as well as width 111 Are defined. The length 110a and width 111 the Aktorquerschnittsfläche 109 of the four actors 108a is coordinated so that the inwardly facing edges of the four actuators 108a each with two adjacent actuators 108a touch or at least in close spatial relation to each other. The actors 108a are at this point by means of a connection 116 connected, this connection, for example, the edges, but also a plurality of surfaces of the actuators 108a can connect. A compound, even if not shown, for example. Via the membrane 106 respectively. For this purpose, the membrane 106 with the inner surfaces of the actuators 108a connected, for example, be glued. In this way, enclose the actuators 108a essentially the fluid space 105 , Changes in the actuators 108 , For example, at an actuation can thus on the fluid space 105 be transmitted, for example, from a position a, as in 1 represented on a position b as in 2 shown, which with a reduction of the cross-sectional area 117a of the fluid space 105 connected is. Alternatively, the connection also assists in returning from a second position b to the original position a, which increases with an increase in cross-sectional area 117b connected is.

Die Aktoren 108a definieren durch den durch sie vorgegebenen Abstand zu den Seitenflächen 104 auch die Abmessungen der Querschnittsfläche 117a des Fluidraums 105. Durch die aufeinander abgestimmte Abmessung und Anordnung der Aktoren 108a, kann der gesamte Raum innerhalb der Aktoren 108a als Fluidraum 105 genutzt werden. Eine flexible Membran 106 sorgt des Weiteren für eine Abdichtung des Fluidraums 105 gegenüber der Umgebung. Ist der Fluidraum 105 mit Fluid 107 gefüllt und steht ggf. unter Druck liegt die Membran 106 an den Aktoren 108a an. Die Abmessungen der Querschnittsfläche 117a des Fluidraums 105 sind im Wesentlichen gleich wie die zugeordneten Längen 110a der Aktorquerschnittsfläche 109. The actors 108a Define by the predetermined distance to the side surfaces 104 also the dimensions of the cross-sectional area 117a of the fluid space 105 , Due to the coordinated dimension and arrangement of the actuators 108a , the entire space within the actuators 108a as fluid space 105 be used. A flexible membrane 106 furthermore ensures a sealing of the fluid space 105 opposite the environment. Is the fluid space 105 with fluid 107 filled and possibly under pressure is the membrane 106 at the actuators 108a at. The dimensions of the cross-sectional area 117a of the fluid space 105 are essentially the same as the assigned lengths 110a the Aktorquerschnittsfläche 109 ,

Die Aktoren 108a ummanteln damit den Fluidraum 105. In dem verbleibenden Raum zwischen den Aktoren 108a und den Ecken der Arbeitskammer 103 sind Eckelemente 112a positioniert. Diese Eckelemente 112a sind mit den Aktoren 108a verbunden. Die Eckelemente 112a bestehen aus einem flexiblen Material. Sie können elastisch und inkompressibel ausgeführt sein. Die Eckelemente 112a dienen dazu, die Aktoren 108a zusammen zu halten. Die Verbindung zwischen den Aktoren 108a und den Eckelementen 112a kann beispielsweise mittels Verklebung erfolgen.The actors 108a thus encase the fluid space 105 , In the remaining space between the actors 108a and the corners of the working chamber 103 are corner elements 112a positioned. These corner elements 112a are with the actors 108a connected. The corner elements 112a consist of a flexible material. They can be elastic and incompressible. The corner elements 112a serve to the actuators 108a to hold together. The connection between the actuators 108a and the corner elements 112a can be done for example by gluing.

Die Aktoren 108a sind mittels einer elektrischen Kontaktierung 113 kontaktiert und an eine Signalleitung 114 angeschlossen. Weiterhin ist eine Steuereinheit 115 vorgesehen, die ein Steuersignal über die Signalleitung 114 an die Aktoren 108a sendet und diese dadurch steuert. Als Steuersignal wird eine angelegte Hochspannung verwendet. Die Darstellung in 1 zeigt die Aktoren 108a in einem unbestromten oder einem nur gering bestromten Zustand. The actors 108a are by means of an electrical contact 113 contacted and to a signal line 114 connected. Furthermore, a control unit 115 provided, which is a control signal via the signal line 114 to the actors 108a sends and controls them. As a control signal, an applied high voltage is used. The representation in 1 shows the actuators 108a in a de-energized or a low-powered state.

Die 2 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Druckerzeugers 101 mit vier Aktoren 108b in Quaderform sowie einem gekapselten Fluidraum 105 in einer zweiten Position b. Grundsätzlich wird auf die vorstehenden Ausführungen zu der Ausführungsform in 1 verwiesen. Nachstehend wird lediglich auf die Unterschiede eingegangen. Der Hauptunterschied liegt darin, dass die Position b dabei der Position der Komponenten des Druckerzeugers 101 bei einer angelegten Spannung oder (im Vergleich zur Position a) höheren Spannung an den Aktoren 108b entspricht. The 2 shows a cross-sectional view of a pressure generator 101 with four actuators 108b in Cuboid shape and an encapsulated fluid space 105 in a second position b. Basically, reference is made to the above statements on the embodiment in 1 directed. Below, only the differences are discussed. The main difference is that the position b thereby the position of the components of the pressure generator 101 at an applied voltage or (compared to position a) higher voltage at the actuators 108b equivalent.

Aufgrund der anliegenden Spannung ziehen sich die Schichten der Aktoren 108b zusammen, so dass die Länge 110b der Aktorquerschnittsfläche 109 reduziert wird. Aufgrund der Inkompressibilität des Aktors ergibt sich dadurch auch eine Zunahme der Breite 111b der Aktorquerschnittsfläche 109. Die Querschnittsfläche 109 des Aktors 108b sowie die bspw. in 3 dargestellte Länge 301 des Aktors 108b selbst bleibt dabei im Wesentlichen konstant. Dies gilt für alle Aktoren 108b.Due to the applied voltage, the layers of the actuators pull 108b together, so the length 110b the Aktorquerschnittsfläche 109 is reduced. Due to the incompressibility of the actuator, this also results in an increase in the width 111b the Aktorquerschnittsfläche 109 , The cross-sectional area 109 of the actor 108b as well as, for example, in 3 shown length 301 of the actor 108b itself remains essentially constant. This applies to all actuators 108b ,

Durch die Verkürzung der Länge 110b der Aktorquerschnittsfläche 109 sowie die Zunahme der Breite 111b der Aktorquerschnittsfläche 109 kommt es weiterhin zu einer Verformung der Eckelemente 112b. Diese Verformung bewirkt eine Rückstellkraft in dem elastischen Eckelement 112b. Diese Kraft kann bei einer Reduzierung der Bestromung, bzw. Entladung des Aktors 108b zu einer Rückstellung des Aktors 108b zur Position a und einer erneuten Volumenvergrößerung des Fluidraums 105 führen. Der Fluidraum 105, bzw. die Membran 106 des Fluidraums 105 kann dafür mit den Aktoren 108b verbunden, bspw. verklebt sein.By shortening the length 110b the Aktorquerschnittsfläche 109 as well as the increase in width 111b the Aktorquerschnittsfläche 109 Furthermore, there is a deformation of the corner elements 112b , This deformation causes a restoring force in the elastic corner element 112b , This force can be at a reduction of the current, or discharge of the actuator 108b to a provision of the actor 108b to the position a and a renewed increase in volume of the fluid space 105 to lead. The fluid space 105 , or the membrane 106 of the fluid space 105 can do that with the actors 108b connected, for example, be glued.

Der Fluidraum 105 ergibt sich, wie in 1 ausgeführt, als verbleibender Raum zwischen den an den Seitenflächen 104 der Arbeitskammer 103 umlaufenden Aktoren 108b. Durch die Zunahme der Breite 111b der Aktorquerschnittsfläche 109 sowie der Abstützung der Aktoren 108b an der feststehenden Seitenfläche 104, ergibt sich eine Kompression des Fluidraums 105. Gegenüberliegende Aktoren 108b verstärken den Effekt. Durch eine kombinierte Änderung der Länge 110b und Breite 111b der Aktorquerschnittsfläche 109 wird dies weiter unterstützt. Eine Verbindung 116 der innenliegenden Kanten der Aktoren 108b unterstützt eine koordinierte Veränderung der vier Aktoren 108b. Die Veränderung der Abmessungen der Aktoren 108b führt zu einer Verringerung der Querschnittsfläche 117b (im Vergleich zur Querschnittsfläche 117a aus 1) des Fluidraums 105. The fluid space 105 arises as in 1 executed, as a remaining space between the on the side surfaces 104 the working chamber 103 revolving actuators 108b , Due to the increase in width 111b the Aktorquerschnittsfläche 109 as well as the support of the actuators 108b on the fixed side surface 104 , results in a compression of the fluid space 105 , Opposing actuators 108b strengthen the effect. By a combined change of length 110b and width 111b the Aktorquerschnittsfläche 109 this will be further supported. A connection 116 the inner edges of the actuators 108b supports a coordinated change of the four actors 108b , The change in the dimensions of the actuators 108b leads to a reduction of the cross-sectional area 117b (compared to the cross-sectional area 117a out 1 ) of the fluid space 105 ,

Die 3 zeigt eine Längsschnittdarstellung eines Druckerzeugers 101 mit Aktoren 108a, bzw. 108b in Quaderform in einer ersten Position a sowie einer zweiten (gestrichelt dargestellten) Position b. Die Länge 301 des Aktors 108a, bzw. 108b ist den Abmessungen der Arbeitskammer 103 angepasst. Ebenfalls ist die Länge 302 des Fluidraums 105 im Wesentlichen gleich zur Arbeitskammer 103 und zum Aktor 108a, bzw. 108b. Diese reichen im Wesentlichen von einer Bodenfläche 304 bis zur Kopffläche 303 der Arbeitskammer. Die Arbeitskammer 103 umschließt die Aktoren 108a, bzw. 108b sowie den Fluidraum 105 und die bspw. in 1 dargestellten Eckelemente 112a.The 3 shows a longitudinal sectional view of a pressure generator 101 with actuators 108a , respectively. 108b in cuboid shape in a first position a and a second position (shown in dashed lines) b. The length 301 of the actor 108a , respectively. 108b is the dimensions of the working chamber 103 customized. Also is the length 302 of the fluid space 105 essentially equal to the working chamber 103 and to the actor 108a , respectively. 108b , These essentially range from a floor space 304 to the head area 303 the working chamber. The working chamber 103 encloses the actuators 108a , respectively. 108b as well as the fluid space 105 and the eg. in 1 illustrated corner elements 112a ,

Wie in den vorangegangenen Ausführungen zu der 1 und 2 gezeigt, führt ein Anlegen einer Spannung an den Aktor 108a mit der Breite 111a der Aktorquerschnittsfläche 109 zu einer vergrößerten Breite 111b der Aktorquerschnittsfläche 109. Bei einer gleichbleibenden Länge 302 des Fluidraums 105 reduziert sich der zur Verfügung stehende Fluidraum 105 entsprechend. Dies kann zu einer Kompression eines kompressiblen Mediums, bspw. eines Fluids 107 führen. Alternativ und/oder in Ergänzung kann eine Reduktion des Volumens des gespeicherten Mediums, bspw. Fluids 107 durch ein Entweichen des Mediums erzielt werden. Hierzu ist ein Fluiddurchgang 305 vorgesehen, welcher den Fluidraum 105 mit einer Fluidleitung 306 verbindet.As in the previous remarks on the 1 and 2 shown, applying a voltage to the actuator 108a with the width 111 the Aktorquerschnittsfläche 109 to an enlarged width 111b the Aktorquerschnittsfläche 109 , With a consistent length 302 of the fluid space 105 reduces the available fluid space 105 corresponding. This can lead to a compression of a compressible medium, for example of a fluid 107 to lead. Alternatively and / or in addition, a reduction of the volume of the stored medium, for example. Fluids 107 be achieved by an escape of the medium. This is a fluid passage 305 provided, which the fluid space 105 with a fluid line 306 combines.

Die 4 zeigt einen Ausbruch einer Querschnittsdarstellung eines Druckerzeugers 101 mit Aktoren 108a mit gewellten Elektrodenschichten 401 sowie dazwischen liegende Dielektrikum-Schichten 402. Durch die Verwendung von angepassten Profilen kann eine dreidimensionale Formänderung der Aktoren 108a behindert werden. Beispielsweise kann durch die Verwendung eines wellenförmigen Profils für die Elektrodenschichten 401 und die Dielektrikum-Schichten 402 eine Ausdehnung entlang der Rillen, d.h. im dargestellten Ausführungsbeispiel entlang der Aktorlänge 301 (siehe 3) behindert werden. Eine Ausdehnung orthogonal zu den Rillen, d.h. im dargestellten Ausführungsbeispiel entlang der Länge 110b der Aktorquerschnittsfläche 109 wird hingegen in dem dargestellten Beispiel unterstützt.The 4 shows an outbreak of a cross-sectional view of a pressure generator 101 with actuators 108a with corrugated electrode layers 401 as well as intervening dielectric layers 402 , By using customized profiles, a three-dimensional shape change of the actuators 108a be hampered. For example, by using a wavy profile for the electrode layers 401 and the dielectric layers 402 an expansion along the grooves, ie in the illustrated embodiment along the actuator length 301 (please refer 3 ). An extension orthogonal to the grooves, ie in the illustrated embodiment along the length 110b the Aktorquerschnittsfläche 109 however, is supported in the illustrated example.

Die 5 zeigt eine Querschnittsdarstellung eines Druckerzeugers 101 mit einem Aktor 108a in Hohlzylinderform sowie einem mit einer Membran 106 gekapselten Fluidraum 105 in einer ersten Position a. Grundsätzlich wird auf die vorstehenden Ausführungen zu der Ausführungsform in 1 und 2 verwiesen. Nachstehend wird lediglich auf die Unterschiede eingegangen. Der Hauptunterschied liegt darin, dass nicht vier Aktoren in Quaderform den Fluidraum 105 umschließen, sondern ein Aktor 108a in Form eines Hohlzylinders.The 5 shows a cross-sectional view of a pressure generator 101 with an actor 108a in hollow cylindrical form as well as one with a membrane 106 encapsulated fluid space 105 in a first position a. Basically, reference is made to the above statements on the embodiment in 1 and 2 directed. Below, only the differences are discussed. The main difference is that not four actuators in cuboid form the fluid space 105 but an actor 108a in the form of a hollow cylinder.

Der Hohlzylinder weist hierbei den äußeren Durchmesser 501a sowie den inneren Durchmesser 502a auf. Der äußere Durchmesser 501a entspricht dabei im Wesentlichen dem Durchmesser der Arbeitskammer 103, wobei der Aktor 108a auch mit Spiel verbaut sein kann. Hierbei wäre der äußere Durchmesser 501a des Aktors 108a kleiner als der Durchmesser der Arbeitskammer 103. Der Fluidraum 105 liegt im Inneren des Hohlzylinders und ist mit einem Fluid 107 gefüllt. Die Membran des Fluidraums 105 kann, wenn auch nicht in 5 dargestellt, mit der inneren Zylinderfläche des Aktors 108a verbunden sein. The hollow cylinder in this case has the outer diameter 501 as well as the inner diameter 502a on. The outer diameter 501 corresponds essentially to the diameter of the working chamber 103 , where the actor 108a also with Game can be installed. This would be the outer diameter 501 of the actor 108a smaller than the diameter of the working chamber 103 , The fluid space 105 lies inside the hollow cylinder and is filled with a fluid 107 filled. The membrane of the fluid space 105 can, if not in 5 represented, with the inner cylindrical surface of the actuator 108a be connected.

Die 6 zeigt weiter eine Querschnittsdarstellung eines Druckerzeugers 101 mit Aktor 108b in Hohlzylinderform sowie einem gekapselten Fluidraum 105 in einer zweiten Position b. Diese entspricht wiederum der Situation einer angelegten Spannung oder (im Vergleich zur Position a) höheren Spannung des Aktors 108b. Durch die anliegende Spannung ziehen sich die Elektrodenschichten 401 zusammen und reduzieren die Höhe der Dielektrikumschichten 402. Aufgrund der gleichbleibenden Anzahl an Schichten wird hierdurch der Umfang des Aktors 108b reduziert. Weiterhin ergibt sich aufgrund der annähernden Inkompressibilität des polymeren Dielektrikums eine Flächendehnung der Dielektrikumschichten 402 und der damit verbundenen Elektrodenschicht 401. Diese kann nach innen gerichtet sein und den Effekt der Umfangsreduzierung des Aktors 108b verstärken. Daher ergibt sich ein neuer reduzierter innerer Durchmesser 502b sowie äußerer Durchmesser 501b. Die Querschnittsfläche 109 des Aktors 108b ist im Wesentlichen die gleiche wie in 5 bei keiner oder niedrigerer Bestromung des Aktors 108a.The 6 further shows a cross-sectional view of a pressure generator 101 with actuator 108b in hollow cylindrical form and an encapsulated fluid space 105 in a second position b. This in turn corresponds to the situation of an applied voltage or (compared to the position a) higher voltage of the actuator 108b , Due to the applied voltage, the electrode layers pull 401 together and reduce the height of the dielectric layers 402 , Due to the constant number of layers thereby the scope of the actuator 108b reduced. Furthermore, due to the approximate incompressibility of the polymeric dielectric, an areal expansion of the dielectric layers results 402 and the associated electrode layer 401 , This may be directed inwards and the effect of reducing the circumference of the actuator 108b strengthen. This results in a new reduced inner diameter 502b as well as outer diameter 501b , The cross-sectional area 109 of the actor 108b is essentially the same as in 5 with no or lower energization of the actuator 108a ,

Die 7 zeigt eine Längsschnittdarstellung eines Druckerzeugers 101 mit einem Aktor 108a, bzw. 108b in Hohlzylinderform in einer ersten Position a sowie einer zweiten, gestrichelt dargestellten Position b. Ausgehend von einem Aktor 108a mit einem äußeren Durchmesser 501a und einen inneren Durchmesser 502a, wird bei einer Bestromung dessen ein geringerer äußerer Durchmesser 501b sowie innerer Durchmesser 502b erwirkt. Die Aktorlänge 301 ist in beiden Zuständen im Wesentlichen gleich. Ebenfalls ist die Länge 302 des Fluidraums 105 in beiden Zuständen im Wesentlichen gleich.The 7 shows a longitudinal sectional view of a pressure generator 101 with an actor 108a , respectively. 108b in a hollow cylindrical shape in a first position a and a second position b shown in dashed lines. Starting from an actor 108a with an outer diameter 501 and an inner diameter 502a , Is at a current supply of a smaller outer diameter 501b as well as inner diameter 502b it acts. The actuator length 301 is essentially the same in both states. Also is the length 302 of the fluid space 105 Essentially the same in both states.

Weiterhin kann eine mittige Positionierung des Aktors 108a, bzw. 108b oder des Fluidraums 105, bspw. mittels einer Verbindung 701, bspw. mittels einer flächigen oder punktuierten Verklebung, des Fluidraums 105 an der Bodenfläche 304 der Arbeitskammer 103 erfolgen. Der Fluidraum 105 ist in 7 dafür mittig an der Bodenfläche 304 der Arbeitskammer 103 punktuell verklebt. Der Fluidraum 105 sowie der den Fluidraum 105 umschließende Aktor 108a, bzw. 108b sind damit zentral um die Mittelachse 702 der Arbeitskammer 103 angeordnet. Sie verbleiben in dieser Anordnung und Ausrichtung auch bei einer Abmessungsänderung, bspw. bei einem Übergang von Position a auf Position b durch eine Änderung der Bestromung des Aktors.Furthermore, a central positioning of the actuator 108a , respectively. 108b or the fluid space 105 , for example by means of a connection 701 , For example by means of a flat or punctured bonding, the fluid space 105 at the bottom surface 304 the working chamber 103 respectively. The fluid space 105 is in 7 instead centered on the floor surface 304 the working chamber 103 adhesively bonded. The fluid space 105 as well as the fluid space 105 enclosing actor 108a , respectively. 108b are thus central to the central axis 702 the working chamber 103 arranged. They remain in this arrangement and orientation even with a dimensional change, for example. At a transition from position a to position b by a change in the energization of the actuator.

In 6 ist eine derartige Verbindung des Fluidraums 105 und der Arbeitskammer 103 nicht umgesetzt. Daher zeigt 6 bei einer horizontalen Ausrichtung der Arbeitskammer eine nicht-mittige Ausrichtung der in den Durchmessern 501b, 502b reduzierten Aktors 108b innerhalb der Arbeitskammer 103 und eine Berührung des Aktors 108b entsprechend der wirkenden Gravitätskraft im unteren Bereich der Arbeitskammer 103.In 6 is such a connection of the fluid space 105 and the working chamber 103 Not translated. Therefore shows 6 in a horizontal alignment of the working chamber, a non-central orientation in the diameters 501b . 502b reduced actor 108b within the working chamber 103 and a touch of the actuator 108b corresponding to the acting gravitational force in the lower region of the working chamber 103 ,

Die 8 zeigt einen Ausbruch einer Querschnittsdarstellung eines Aktors 108a in Hohlzylinderform mit Elektrodenschichten 401 in Keilform. Grundsätzlich wird auf die vorstehenden Ausführungen zu der Ausführungsform in den 5 bis 7 verwiesen. 8 stellt ein Ausgestaltungsbeispiel hierfür dar. Um einen Aktor 108a in Hohlzylinderform zu ermöglichen, werden keilförmige Segmente verwendet. Hierdurch entsteht die notwendige Krümmung des Schichtstapels der Elektrodenschichten 401 und Dielektrikumschichten 402. Neben den keilförmigen Elektrodenschichten 401, werden Dielektrikumschichten 402 mit konstanter Dicke verwendet. Die Elektrodenschichten 401 besitzen eine elektrische Kontaktierung. Benachbarte Elektrodenschichten 401 werden dabei mit unterschiedlichen Spannungspotentialen, insbesondere Spannungen, beaufschlagt und arbeiten ähnlich zu einem Kondensator. Hierbei ist jede zweite Elektrodenschicht 401 zusammengeschalten. Die zusammen gefassten Elektrodenschichten 401 werden gemeinsam mit einer Spannung (positiv oder negativ) kontaktiert. The 8th shows an outbreak of a cross-sectional view of an actuator 108a in hollow cylindrical form with electrode layers 401 in wedge shape. Basically, the above statements on the embodiment in the 5 to 7 directed. 8th represents an exemplary embodiment of this. To an actor 108a in a hollow cylindrical shape, wedge-shaped segments are used. This creates the necessary curvature of the layer stack of the electrode layers 401 and dielectric layers 402 , Next to the wedge-shaped electrode layers 401 , become dielectric layers 402 used with constant thickness. The electrode layers 401 have an electrical contact. Adjacent electrode layers 401 In this case, different voltage potentials, in particular voltages, are applied and work similarly to a capacitor. In this case, every second electrode layer 401 interconnected. The combined electrode layers 401 are contacted together with a voltage (positive or negative).

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 020040008853 A1 [0001] US 020040008853 A1 [0001]

Claims (12)

Druckerzeuger (101) mit einer Arbeitskammer (103) und wenigstens einem Aktor (108a, 108b) aus einem elektroaktiven Material mit konstantem Aktorvolumen und veränderlichen Abmessungen, sowie einem Fluidraum (105) für ein Fluid (107) mit einer im Wesentlichen unveränderlichen Länge (302) des Fluidraums (105), dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (108a, 108b) bei einer im Wesentlichen gleichen Aktorlänge (301) und Aktorquerschnittsfläche (109) mittels einer Änderung von Abmessungen der Aktorquerschnittsfläche (109) eine Volumenänderung des Fluidraums (105) bewirkt.Pressure generator ( 101 ) with a working chamber ( 103 ) and at least one actuator ( 108a . 108b ) of an electroactive material with constant actuator volume and variable dimensions, and a fluid space ( 105 ) for a fluid ( 107 ) having a substantially unchangeable length ( 302 ) of the fluid space ( 105 ), characterized in that the actuator ( 108a . 108b ) at a substantially same actuator length ( 301 ) and actuator cross-sectional area ( 109 ) by means of a change of dimensions of the Aktorquerschnittsfläche ( 109 ) a volume change of the fluid space ( 105 ) causes. Druckerzeuger (101) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Änderung der Abmessungen der Querschnittsfläche (109) des Aktors (108a, 108b) durch eine Änderung wenigstens einer Kantenlänge (110a, 110b, 111a, 111b) der Querschnittsfläche (109) und/oder durch die Änderung wenigstens eines Radius (501a, 501b, 502a, 502b) der Querschnittsfläche (109) des Aktors (108a, 108b).Pressure generator ( 101 ) according to claim 1, characterized in that the change in the dimensions of the cross-sectional area ( 109 ) of the actuator ( 108a . 108b ) by changing at least one edge length ( 110a . 110b . 111 . 111b ) of the cross-sectional area ( 109 ) and / or by changing at least one radius ( 501 . 501b . 502a . 502b ) of the cross-sectional area ( 109 ) of the actuator ( 108a . 108b ). Druckerzeuger (101) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Aktor (108a, 108b) den Fluidraum (105) im Wesentlichen umschließt.Pressure generator ( 101 ) according to claim 1, characterized in that the at least one actuator ( 108a . 108b ) the fluid space ( 105 ) substantially encloses. Druckerzeuger (101) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (108a, 108b) bei einer Aktivierung das Volumen des Fluidraums (105) reduziert.Pressure generator ( 101 ) according to claim 1, characterized in that the actuator ( 108a . 108b ) upon activation the volume of the fluid space ( 105 ) reduced. Druckerzeuger (101) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Änderung der Abmessungen der Querschnittsflächen (109) des Aktors (108a, 108b) ausgeprägt ist, eine Änderung der Querschnittsfläche (117a, 117b) des Fluidraums (105) zu bewirken. Pressure generator ( 101 ) according to claim 1, characterized in that a change in the dimensions of the cross-sectional areas ( 109 ) of the actuator ( 108a . 108b ), a change in cross-sectional area ( 117a . 117b ) of the fluid space ( 105 ) to effect. Druckerzeuger (101) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerung des Aktors (108a, 108b) mittels einer elektrischen Spannung oder eines elektrischen Stroms durch eine Steuereinheit (115) erfolgt, wobei die Steuerung des Aktor (108a, 108b) bewirkt, dass die Volumenänderung des Fluidraums (105) – kontinuierlich und stufenlos und/oder – variierbar hinsichtlich eines Volumens und/oder – variierbar hinsichtlich einer Frequenz erfolgt.Pressure generator ( 101 ) according to claim 1, characterized in that a control of the actuator ( 108a . 108b ) by means of an electrical voltage or an electric current through a control unit ( 115 ), wherein the control of the actuator ( 108a . 108b ) causes the volume change of the fluid space ( 105 ) - continuously and steplessly and / or - variable with respect to a volume and / or - variable with respect to a frequency. Druckerzeuger (101) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (108a, 108b) aus einen Verbund von Elektrodenschichten (401) und Dielektrikumschichten (402) besteht, wobei die Elektrodenschichten (401) und/oder Dielektrikumschicht (402) ein Profil aufweisen, welches eine Ausdehnung in eine erste Richtung behindert sowie eine Ausdehnung der in eine zweite, insbesondere zur ersten Richtung orthogonalen, Richtung begünstigt.Pressure generator ( 101 ) according to claim 1, characterized in that the actuator ( 108a . 108b ) from a composite of electrode layers ( 401 ) and dielectric layers ( 402 ), wherein the electrode layers ( 401 ) and / or dielectric layer ( 402 ) have a profile which impedes expansion in a first direction and favors expansion of the direction orthogonal in a second direction, in particular to the first direction. Druckerzeuger (101) nach Anspruch 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenschichten (401) und/oder Dielektrikumschicht (402) im Wesentlichen – rillenförmig und/oder – gewellt und/oder – als Zick-Zack-Profil und/oder – in einem vergleichbaren Profil ausgebildet sind.Pressure generator ( 101 ) according to claims 1 and 7, characterized in that the electrode layers ( 401 ) and / or dielectric layer ( 402 ) are substantially - grooved and / or - corrugated and / or - formed as a zig-zag profile and / or - in a comparable profile. Druckerzeuger (101) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (108a, 108b) aus einen Verbund von Elektrodenschichten (401) und Dielektrikumschicht (402) besteht, wobei der Verbund mittels im Wesentlichen keilförmigen Schichten als eine geschlossene, im Wesentlichen schlauchartige und/oder hohlzylindrische, Form ausgestaltet ist. Pressure generator ( 101 ) according to claim 1, characterized in that the actuator ( 108a . 108b ) from a composite of electrode layers ( 401 ) and dielectric layer ( 402 ), wherein the composite is configured by means of substantially wedge-shaped layers as a closed, substantially tubular and / or hollow cylindrical shape. Druckerzeuger (101) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (108a, 108b) aus einen Verbund von Elektrodenschichten (401) und Dielektrikumschichten (402) besteht, wobei – die Elektrodenschichten (401) und die Dielektrikumschichten (402) im Wesentlichen keilförmig ausgestaltet und/oder – die Elektrodenschichten (401) im Wesentlichen keilförmig ausgestaltet sind und die Dielektrikumschichten (402) eine im Wesentlichen konstante Dicke aufweisen und/oder – die Dielektrikumschichten (402) im Wesentlichen keilförmig ausgestaltet sind und Elektrodenschichten (401) die eine im Wesentlichen konstante Dicke aufweisen und/oder – sonstige keilförmigen Schichten und/oder Elemente eingefügt sind.Pressure generator ( 101 ) according to claim 1, characterized in that the actuator ( 108a . 108b ) from a composite of electrode layers ( 401 ) and dielectric layers ( 402 ), wherein - the electrode layers ( 401 ) and the dielectric layers ( 402 ) substantially wedge-shaped and / or - the electrode layers ( 401 ) are configured substantially wedge-shaped and the dielectric layers ( 402 ) have a substantially constant thickness and / or - the dielectric layers ( 402 ) are configured substantially wedge-shaped and electrode layers ( 401 ) which have a substantially constant thickness and / or - other wedge-shaped layers and / or elements are inserted. Druckerzeuger (101) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckerzeuger (101) als eine Fluidspeicherkammer mit einer einzigen Öffnung (305) für den Fluideingang und Fluidausgang und/oder als eine Fluidpumpvorrichtung mit wenigstens einer Eingangsöffnung und wenigstens einer Ausgangsöffnung ausgestaltet ist.Pressure generator ( 101 ) according to claim 1, characterized in that the pressure generator ( 101 ) as a fluid storage chamber with a single opening ( 305 ) is configured for the fluid inlet and outlet and / or as a fluid pumping device having at least one inlet opening and at least one outlet opening. Druckerzeuger (101) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckerzeuger (101) für eine Bremsanlage eines Fahrzeuges ausgestaltet ist, wobei die Bremsanlage insbesondere eine Bremsregeleinrichtungen, wie z. B. eine elektronische Stabilitätskontrolle oder ein Antiblockiersystem, umfasst.Pressure generator ( 101 ) according to claim 1, characterized in that the pressure generator ( 101 ) Is designed for a brake system of a vehicle, wherein the brake system in particular a brake control devices, such. As an electronic stability control or an anti-lock braking system comprises.
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