DE202010017284U1 - Actuator for generating actuating movements - Google Patents
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Abstract
Aktuator zur Erzeugung von Stellbewegungen mittels Formgedächtniselementen, umfassend ein Gehäuse, an dem ein Betätigungselement angeordnet ist, das in Kopplung mit Formgedächtniselementen Stellbewegungen ausführt und Mittel zur Einstellung und Veränderung der Stellbewegungen des Aktuators, dadurch gekennzeichnet, dass ein modular ausgebildeter Aktuator ein an einem Gehäuse (1) angeordnetes und längsgeführte Stellbewegungen ausführendes Betätigungselement (2) aufweist, das mit zwei Formgedächtniselementen (7, 8) so gekoppelt ist, dass das erste Formgedächtniselement (7) bei Überschreiten einer Umwandlungstemperatur eine translatorische oder rotatorische Stellbewegung des Betätigungselementes (2) und das zweite Formgedächtniselement (8) eine einstellbare Rückstellbewegung des Betätigungselementes (2) erzeugt.Actuator for generating positioning movements by means of shape memory elements, comprising a housing, on which an actuating element is arranged, which executes positioning movements in coupling with shape memory elements and means for adjusting and changing the actuating movements of the actuator, characterized in that a modular actuator formed on a housing ( 1) arranged and longitudinally guided actuating movements exporting actuator (2), which is coupled with two shape memory elements (7, 8) so that the first shape memory element (7) when a transition temperature is exceeded, a translatory or rotary actuating movement of the actuating element (2) and the second Shape memory element (8) generates an adjustable return movement of the actuating element (2).
Description
Die Erfindung betrifft einen Aktuator zur Erzeugung von Stellbewegungen mittels Formgedächtniselementen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an actuator for generating positioning movements by means of shape memory elements according to the preamble of
Formgedächtniselemente sind aus dem Stand der Technik bekannt. Sie dienen zur Erzeugung von Stellbewegungen, initiiert durch eine Erwärmung und eine damit verbundene kristalline Umwandlung. Dabei können sich Formgedächtniselemente an eine durch eine Glühbehandlung zuvor eingeprägte Form erinnern. Diesen Effekt bezeichnet man als thermischen Effekt. Damit eine Wiederholbarkeit der Stellbewegung gewährleistet werden kann, muss ein Rückstellelement vorgesehen sein, welches im kalten Zustand das Formgedächtniselement wieder verformt. Herkömmliche Rückstellfederelemente besitzen jedoch den Nachteil, dass sie aufgrund ihrer ansteigenden Federkennlinie die Arbeitsleistung des Formgedächtniselementes in nicht unerheblichem Maße reduzieren. Wird das Formgedächtniselement im Anschluss wieder erwärmt, stellt es sich in seine Ausgangsform zurück. Die Erwärmung erfolgt dabei durch ein umgebendes Medium oder durch den elektrischen Eigenwiderstand des Formgedächtniselementes. Die Erwärmung mittels Umgebungsmedium regelt zwar das System intern, lässt jedoch keine externe Regelung der Stellbewegung zu. Die Erwärmung durch den elektrischen Eigenwiderstand ist aufgrund der in technischen Anwendungen oft begrenzten Stromstärke bzw. Spannung zwar nur für kleinere Querschnitte geeignet, besitzt aber den Vorteil einer externen Regelbarkeit.Shape memory elements are known in the art. They are used to generate positioning movements, initiated by heating and a related crystalline transformation. In this case, shape memory elements can remember a previously impressed by an annealing treatment form. This effect is called a thermal effect. So that a repeatability of the adjusting movement can be ensured, a return element must be provided, which deforms the shape memory element again in the cold state. However, conventional return spring elements have the disadvantage that, due to their rising spring characteristic, they reduce the working performance of the shape memory element to a not inconsiderable extent. If the shape memory element is subsequently reheated, it returns to its original shape. The heating takes place by a surrounding medium or by the electrical intrinsic resistance of the shape memory element. The heating by means of ambient medium regulates the system internally, but does not allow external control of the actuating movement. The heating by the electrical intrinsic resistance is due to the often limited in technical applications current or voltage suitable only for smaller cross-sections, but has the advantage of external controllability.
Aus der
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Aktuator zur Erzeugung von Stellbewegungen mittels Formgedächtniselementen zu schaffen, indem die Rückstellung ebenfalls durch ein Formgedächtniselement übernommen wird, so dass man dadurch eine sehr kompakte und einfache Bauweise eines Aktuators erhält und zusätzlich die Leistungsfähigkeit des Aktuators erhöht wird.Based on this prior art, the present invention seeks to provide an actuator for generating positioning movements by means of shape memory elements by the provision is also taken over by a shape memory element, thereby obtaining a very compact and simple construction of an actuator and additionally the Performance of the actuator is increased.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, durch einen modularen Aufbau, z. B. durch die Integration oder den Anschluss von mechanischen Umformern die Flexibilität und das Einsatzpotential zu erhöhen.Another object of the invention is, by a modular structure, for. B. by the integration or the connection of mechanical converters to increase the flexibility and deployment potential.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung einen modular ausgebildeten Aktuator mit einem an einem Gehäuse angeordneten, längsgeführten und Stellbewegungen ausführenden Betätigungselement vor, das mit zwei Formgedächtniselementen so gekoppelt ist, dass das erste Formgedächtniselement bei Überschreiten einer Umwandlungstemperatur eine translatorische oder rotatorische Stellbewegung des Betätigungselementes und das zweite Formgedächtniselement eine einstellbare Rückstellbewegung des Betätigungselementes erzeugt.To solve this problem, the invention proposes a modular actuator with an arranged on a housing, longitudinally guided and adjusting movements exporting actuator, which is coupled with two shape memory elements so that the first shape memory element when a transition temperature is exceeded, a translational or rotational adjustment movement of the actuating element and the second shape memory element generates an adjustable return movement of the actuating element.
Dadurch, dass entgegen dem Stand der Technik bei dieser Ausbildung des Aktuators durch Kopplung des Betätigungselementes mit zwei Formgedächtniselementen mittels des zweiten Formgedächtniselementes eine Rückstellbewegung des Betätigungselementes mit einer optimierten oder einstellbaren Stellbewegung erzeugt wird, ist der Aktuator kompakt aufgebaut und leistungsfähig. Ein wesentlicher Vorteil besteht auch darin, dass durch die modulare Ausbildung des Aktuators sowohl translatorische als auch rotatorische Stellbewegungen des Betätigungselementes mit verschiedenen Stellwegen und -kräften bzw. Stellwinkeln und Momenten erzeugbar sind, als auch eine vielfältige Einsetzbarkeit gewährleistet wird.Characterized in that, contrary to the prior art in this embodiment of the actuator by coupling the actuating element with two shape memory elements by means of the second shape memory element, a return movement of the actuating element is generated with an optimized or adjustable adjusting movement, the actuator is compact and powerful. A significant advantage is also that both translational and rotary actuating movements of the actuating element with different travel ranges and forces or angles and moments can be generated by the modular design of the actuator, as well as a variety of usability is ensured.
Eine vorteilhafte Ausführungsform wird darin gesehen, dass die zwei Formgedächtniselemente unterschiedlich zueinander anordenbar und an dem im Gehäuse längsgeführten Betätigungselement gehalten sind, wobei die zwei Formgedächtniselemente mit ihren beiden freien Enden jeweils an den einander gegenüberliegenden Enden des Gehäuses befestigt sind. Die Befestigung der zwei Formgedächtniselemente ist sowohl an dem Betätigungselement als auch an dem Gehäuse form-, kraft- oder stoffschlüssig vorgesehen. Beispielsweise können die Formgedächtniselemente mittels Schrauben am Gehäuse befestigt werden oder direkt in das Kunststoffgehäuse mit eingegossen bzw. eingespritzt werden.An advantageous embodiment is seen in that the two shape memory elements are arranged differently to each other and held on the longitudinally guided in the housing actuator, wherein the two shape memory elements are secured with their two free ends respectively at the opposite ends of the housing. The attachment of the two shape memory elements is provided on the actuating element as well as on the housing in a positive, non-positive or cohesive manner. For example, the shape memory elements can be fastened by screws to the housing or be molded or injected directly into the plastic housing.
In einem Grundaufbau sind die beiden Formgedächtniselemente jeweils mittig an dem im Gehäuse längsgeführten Betätigungselement gehalten und mit ihren beiden freien Enden jeweils an den einander gegenüberliegenden Enden des Gehäuses befestigt, wobei das erste Formgedächtniselement in einer Ausgangslage V-förmig ausgebildet ist und sich bei Überschreiten einer Umwandlungstemperatur der vorliegende Winkel ändert und dadurch das Betätigungselement eine Stellbewegung ausführt. Das zweite Formgedächtniselement weist in dieser Ausgangslage eine im wesentlichen gradlinig ausgebildete Form auf, nimmt jedoch nach der Aktivierung des ersten Formgedächtniselementes eine V-förmige Endlage ein.In a basic structure, the two shape memory elements are each held centrally on the longitudinally guided in the housing actuator and with its two free ends respectively at the opposite ends of the housing fastened, wherein the first shape memory element is formed in a starting position V-shaped and changes when exceeding a transition temperature of the present angle and thereby performs the actuating element an adjusting movement. The second shape memory element has a substantially rectilinear shape in this initial position, but assumes a V-shaped end position after activation of the first shape memory element.
Alternativ ist vorzugsweise als Variation vorgesehen, dass die beiden Formgedächtniselemente mit den Gelenkpunkten eines Gelenkvierecks verbunden und dadurch gekreuzt angeordnet sind oder die beiden Formgedächtniselemente sind rechtwinklig zueinander angeordnet. Durch diese Anordnungen sind Stellwege und -kräfte veränderbar.Alternatively, it is preferably provided as a variation that the two shape memory elements are connected to the articulation points of a four-bar linkage and thereby arranged crossed or the two shape memory elements are arranged at right angles to each other. By these arrangements travel paths and forces are changeable.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass das zweite Formgedächtniselement je nach Einsatzgebiet entweder den thermischen Formgedächtniseffekt oder den pseudoelastischen Formgedächtniseffekt aufweist.It is preferably provided that the second shape memory element has either the thermal shape memory effect or the pseudoelastic shape memory effect depending on the field of use.
Das zweite Formgedächtniselement ist ansteuerbar vorgesehen und erzeugt mittels seines thermischen Formgedächtniseffektes unabhängig von der Abkühlung des ersten Formgedächtniselementes durch eine Erwärmung eine Rückstellbewegung des Betätigungselementes, wobei stufenförmige Rückstellcharakteristika erzeugbar sind. Besitzt das zweite Formgedächtniselement den pseudoelastischen Formgedächtniseffekt ist durch eine aktive Ansteuerung die Elastizität des Formgedächtniselementes veränderbar, so dass das zweite Formgedächtniselement unterschiedliche Rückstellkräfte erzeugt.The second shape memory element is provided controllable and generated by means of its thermal shape memory effect, regardless of the cooling of the first shape memory element by heating a return movement of the actuating element, wherein step-shaped return characteristics can be generated. If the second shape memory element has the pseudoelastic shape memory effect, the elasticity of the shape memory element can be changed by an active control, so that the second shape memory element generates different restoring forces.
Eine bevorzugte Ausführungsform des Aktuators wird darin gesehen, dass die Größe der translatorischen oder rotatorischen Stellbewegung oder die Größe der Stellkraft bzw. des Stellmomentes des Betätigungselementes durch unterschiedliche Anordnungen der Formgedächtniselemente zueinander veränderbar sind, wobei die Größe der translatorischen oder rotatorischen Stellbewegung oder die Größe der Stellkraft des Betätigungselementes mittels eines Übersetzungsgetriebes, vorzugsweise durch ein Hebelgetriebe, veränderbar oder mittels eines Umformgetriebes eine translatorische in eine rotatorische Bewegung umformbar vorgesehen ist.A preferred embodiment of the actuator is seen in that the size of the translatory or rotary actuator movement or the size of the actuating force or the actuating torque of the actuating element by different arrangements of the shape memory elements are mutually variable, wherein the size of the translational or rotary actuator movement or the size of the actuating force of the actuating element by means of a transmission gear, preferably by a lever mechanism, changeable or by means of a Umformgetriebes a translational in a rotational movement is provided deformable.
Eine vorteilhafte Weiterbildung wird darin gesehen, dass der Aktuator als Baukastensystem ausgebildet ist, welches aus verschiedenen Grundmodulen sowie Sensor-, Umform-, Rast-, Brems- und Heizmodulen besteht, deren Module als Baureihen ausgeführt sind wobei die Module des Aktuators standardisierte mechanische, elektrische und informationstechnische Schnittstellen aufweisen. Dadurch wird erreicht, dass durch einen modularen und standardisierten Aufbau der Aktuator effizient herstellbar und durch Variationsmöglichkeiten vielfältig einsetzbar ist.An advantageous development is seen in the fact that the actuator is designed as a modular system consisting of various basic modules and sensor, forming, latching, braking and heating modules whose modules are designed as a series with the modules of the actuator standardized mechanical, electrical and information technology interfaces. This ensures that the actuator can be produced efficiently by a modular and standardized structure and can be used in a variety of ways through variations.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von schematisch in Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention will be explained in more detail with reference to embodiments shown schematically in drawings.
Es zeigen:Show it:
In einem zweiten Ausführungsbeispiel entsprechend
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist entsprechend
Zur effektiven Realisierung des Aktuators ist es zweckmäßig, den Aktuator als Baukastensystem auszubilden, der aus verschiedenen Grundmodulen sowie Sensor-, Umform-, Rast-, Brems- und Heizmodulen besteht, deren Module als Baureihen ausgeführt sind, wobei die Module des Aktuators standardisierte mechanische, elektrische und informationstechnische Schnittstellen aufweisen.For effective implementation of the actuator, it is expedient to form the actuator as a modular system consisting of various basic modules and sensor, forming, latching, braking and heating modules whose modules are designed as a series, the modules of the actuator standardized mechanical, have electrical and information technology interfaces.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die Ausführungsbeispiele, sondern ist in der Anordnung, Gestaltung und Art der eingesetzten Formgedächtniselemente und Anschlussmodule variabel. Sie umfasst insbesondere auch Varianten, die durch Kombination von in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung beschriebenen Merkmale bzw. Elementen gebildet werden können.The invention is not limited to the embodiments, but is variable in the arrangement, design and type of shape memory elements used and connection modules. In particular, it also encompasses variants which can be obtained by a combination of the present invention Invention described features or elements can be formed.
Alle in der vorstehenden Beschreibung erwähnten sowie aus den Zeichnungen entnehmbaren Merkmale sind weitere Bestandteile der Erfindung, auch wenn sie nicht besonders hervorgehoben und in den Ansprüchen erwähnt sind.All features mentioned in the foregoing description and in the drawings are further constituents of the invention, although they are not particularly emphasized and mentioned in the claims.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Gehäusecasing
- 22
- Betätigungselementactuator
- 33
- Bohrung im GehäuseBore in the housing
- 44
- Bohrung im GehäuseBore in the housing
- 55
- stabförmiger Grundkörperrod-shaped body
- 66
- Kopfteilheadboard
- 77
- erstes Formgedächtniselementfirst shape memory element
- 88th
- zweites Formgedächtniselementsecond shape memory element
- 99
- Koppelstelle am BetätigungselementCoupling point on the actuator
- 1010
- Ende des ersten FormgedächtniselementesEnd of the first shape memory element
- 1111
- Ende des ersten FormgedächtniselementesEnd of the first shape memory element
- 1212
- Gehäuseendehousing end
- 1313
- Gehäuseendehousing end
- 1414
- Ende des zweiten FormgedächtniselementesEnd of the second shape memory element
- 1515
- Ende des zweiten FormgedächtniselementesEnd of the second shape memory element
- 1616
- Gewinde am KopfteilThread on the headboard
- 1717
- Gewinde am stabförmigen GrundkörperThread on the rod-shaped base body
- 1818
- HebelgetriebemodulLever transmission module
- 1919
- Hebellever
- 2020
- Lagerstelledepository
- 2121
- Gehäusemodulhousing module
- 2222
- Hebelarmlever arm
- 2323
- Hebelarmlever arm
- 2424
- Betätigungsbolzenactuating pin
- 2525
- Führungguide
- 2626
- UmformgetriebemodulUmformgetriebemodul
- 2727
- Zahnstangerack
- 2828
- Zahnradgear
- 2929
- Gelenkpunktfulcrum
- 3030
- Gelenkpunktfulcrum
- 3131
- Gelenkpunktfulcrum
- 3232
- Gelenkpunktfulcrum
- 3333
- Gelenkviereckbar linkage
- 3434
- Schenkel des GelenkvierecksLegs of the four-bar linkage
- 3535
- Schenkel des GelenkvierecksLegs of the four-bar linkage
- 3636
- Sperrelementblocking element
- 3737
- Stiftpen
- 3838
- kurvenförmige Nutcurved groove
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- DE 19802639 A1 [0003] DE 19802639 A1 [0003]
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DE202010017284U1 true DE202010017284U1 (en) | 2011-08-26 |
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DE202010017284U Expired - Lifetime DE202010017284U1 (en) | 2010-04-17 | 2010-04-17 | Actuator for generating actuating movements |
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