DE10039203C2 - Verwendung der Begrenzung des Bewegungsweges eines Aktors aus einer Formgedächtnis-Legierung in einem elektromechanischen Bauelement - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Verwendung der Begrenzung des Be­ wegungsweges eines Aktors aus einer Formgedächtnis-Legierung in einem elektromechanischen Bauelement.

Elektromechanische Bauelemente mit jeweils mindestens einem Aktor aus einer Formgedächtnis-Legierung, der bei Erreichen einer bestimmten Temperatur seine Form ändert und sich in ei­ ne Endstellung bewegt, sind an sich bekannt. Ein derartiges elektromechanisches Bauelement wird beispielsweise in Form einer Trennschaltereinrichtung realisiert. Diese Trennschal­ tereinrichtung dient dazu, einen über sie geschlossenen Stromkreis im Falle einer Störung sehr schnell öffnen und da­ mit unterbrechen zu können um zu vermeiden, dass störungsbe­ dingte Überspannungen oder dergleichen auf im Stromkreis ein­ gebundene Gerätschaften einwirken und diese beschädigt oder zerstört werden können. Zum schnellen Öffnen des Stromkreises bedienen sich derartige Trennschaltereinrichtungen eines Ak­ tors aus einer Formgedächtnis-Legierung. Diese Aktoren werden häufig auch SMA-Aktoren (Shape-Memory-Alloy-Aktoren) benannt. Solche Aktoren zeichnen sich dadurch aus, dass sie in Abhän­ gigkeit ihrer Temperatur die Form ändern können. Man erreicht dies dadurch, dass man ihnen durch geeignete Formglühungen eine Vorzugsrichtung aufprägt, in welcher sich die Körner bei der temperaturbedingten Phasenumwandlung bevorzugt ausrich­ ten. Bekannt sind dabei Ein-Wege-Aktoren, die bei einer Tem­ peraturerhöhung ab Erreichen einer bestimmten Umwandlungstem­ peratur von der Form des kalten Zustands in eine andere wech­ seln, was durch die Phasenänderung von Martensit zu Austenit und das Kornwachstum in Richtung der aufgeprägten Vorzugs­ richtung geschieht. Nach erneutem Erkalten bleibt der Aktor in der eingenommenen Form, d. h., er wandelt seine Form nicht zurück. Dies ist der Fall bei sogenannten Ein-Weg-Aktoren. Zwei-Weg-Aktoren wechseln automatisch ihre Form zwischen "kaltem* und "warmen* Zustand. Bei einer Anwendung beispiels­ weise in einer Trennschaltereinrichtung kommen häufig Ein- Weg-Aktoren zum Einsatz, die beispielsweise mit einem Feder­ element, z. B. einem Federbügel gekoppelt sind. Über den Fe­ derbügel wird der Stromkreis geschlossen. Der Aktor ist dabei derart angeordnet, dass er von dem Federbügel beispielsweise aus der horizontalen Lage verbogen wird. Die horizontale Lage entspricht der aufgeprägten Hochtemperaturform. MUSS nun der Stromkreis aufgrund eines Störfalls geöffnet werden, so wird der Aktor kurzzeitig über die Umwandlungstemperatur erwärmt, so dass er sich in die horizontale oder gestreckte Form um­ wandelt und dabei den Federbügel mitreißt.

Aus der US 5,844,464 A geht eine thermische Schaltvorrichtung hervor, die zwischen zwei dielektrischen Abstandselementen einen zungenförmigen Aktor aus einer Formgedächtnis-Legierung aufweist. Dieser Aktor schließt in seiner Normalstellung ei­ nen Strompfad zu einer anliegenden Metallplatte. Bei einer Temperaturerhöhung biegt sich der Aktor aus seiner Normal­ stellung unter Unterbrechung des Strompfades auf Grund seiner Formgedächtnis-Eigenschaft auf, wobei sein Bewegungsweg durch eine weitere Metallplatte auf eine Endstellung begrenzt ist.

Eine ähnliche thermische Schaltvorrichtung mit einer Begren­ zung des Bewegungsweges eines Aktors aus einer Formgedächt­ nis-Legierung ist auch der US 6,005,469 A zu entnehmen.

Ein Aktor aus einer Formgedächtnis-Legierung in Form einer Kontaktdruckfeder ist bei einem elektromagnetischen Schaltge­ rät vorgesehen, das aus der DE 44 35 795 A1 bekannt ist. Hier ist ebenfalls eine Begrenzung des Bewegungsweges der Feder durch einen Anschlag von Kontaktstücken gegeben. Die Formge­ dächtnis-Legierung der Druckfeder kann dabei einen Zwei-Wege- Effekt zeigen.

Nachteilig ist, dass die bekannten Aktoren beispielsweise im Falle der Schalteranwendung bei zyklischem Aktoreinsatz einen signifikanten Alterungseffekt bzw. Ermüdungseffekt dergestalt zeigen, dass der Stell- oder Bewegungsweg des Aktors sich deutlich verkürzt. D. h., der Aktorweg reduziert sich deutlich mit zunehmender Zyklenzahl, gleichzeitig ist ein Shiften des Stellwegs in Richtung einer Rückstellkraft - beim Ein-Weg- Aktor der oben beschriebenen Form beispielsweise des Federbü­ gels - zu beobachten. D. h., der Aktor kann von der anliegen­ den Kraft weiter ausgelenkt werden, je älter er ist bzw. je öfter er betätigt wurde. Infolgedessen erreicht der Aktor mit zunehmender Arbeitsdauer die aufgrund der ursprünglichen Formglühung aufgeprägte "maximale* Endstellung nicht mehr, ferner ändert sich das Formungsverhalten.

Dieser Ermüdungseffekt ist an sich bekannt. Um ihn einigerma­ ßen zu kompensieren werden solche Aktoren "vorgealtert" bzw. werden schon vor dem eigentlichen Einsatz viele Zyklen gefah­ ren, um die Stellwegreduzierung künstlich herbeizuführen. Dies ist sehr aufwendig und kostenintensiv. Ferner erfolgt die Kompensation durch entsprechendes Systemdesign, also ent­ sprechend größenmäßige Dimensionierung und Bemessung der Bau­ elemente bzw. der Wegstrecken.

Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, ein elektro­ mechanisches Bauelement mit einem Aktor aus einer Formge­ dächtnis-Legierung anzugeben, bei welchem ohne Durchführung vorgeschalteter, den Ermüdungseffekt kompensierender Schritte der Alterungseffekt weitgehend unterdrückt werden kann.

Es wurde erkannt, dass zur Vermeidung von Alterungs- und Er­ müdungseffekten sich die an sich bekannte Begrenzung des Be­ wegungsweges eines Aktors aus einer Formgedächtnis-Legierung verwenden lässt. Demgemäss sieht die Lösung dieses Problems eine Verwendung der Begrenzung des Bewegungsweges eines Ak­ tors in einem elektromechanischen Bauelement zur Vermeidung von Alterungs- und Ermüdungseffekten vor, wobei der Aktor aus einer Formgedächtnis-Legierung besteht, bei Erreichen einer bestimmten Temperatur seine Form ändert, sich in eine End­ stellung bewegt und dabei der Bewegungsweg des Aktors derart begrenzt ist, dass die Endstellung nicht erreicht wird.

Es hat sich nämlich herausgestellt, dass der Ermüdungseffekt hinreichend unterdrückt werden kann, wenn die Bewegung des Aktors während der Formumwandlung so begrenzt ist, dass er die umwandlungsbedingte "maximale" Endstellung nicht einneh­ men kann. Im Rahmen der Herstellung eines Aktors erfolgt wie beschrieben ein Formglühungsschritt. Während dieser Formglü­ hung wird eine Vorzugsrichtung aufgeprägt, in die die Körner bei der Umwandlung in die andere Phase wachsen, also bei der Martensit-Austenit-Umwandlung. Ist die Umwandlung vollständig abgeschlossen so erreicht der Aktor sein umwandlungsbedingte maximale Endstellung. Erfindungsgemäß wird dies nun aber ver­ hindert, was, wie in aufwendigen Versuchen nachgewiesen wur­ de, dazu führt, dass sich der aufgrund der Bewegungsbegren­ zung definierte Stellweg zwischen der einen Stellung, aus welcher sich der Aktor bei der Formänderung bewegt, in die bewegungsbegrenzte Stellung auch bei hohen Zyklenzahlen nicht ändert. Es wird vermutet, dass die Ermüdungsunterdrückung da­ durch zustande kommt, dass aufgrund der Stellwegbegrenzung die Umwandlung in die andere Phase bzw. die Körnerausrichtung nicht vollständig stattfindet, obwohl die gegebene Temperatur dies eigentlich gebieten würde. Infolgedessen verbleibt es infolge der Stellwegbegrenzung bei einer kontinuierlichen Spannung, die der Aktor unterliegt. Dies führt dazu, dass die Vorzugsrichtung nicht "abgebaut" oder "aufgelöst" werden kann, was vermutlich Grundlage der ermüdungsbedingten Stell­ wegverkürzung ist, wenn sich das Material nämlich beliebig ohne Beschränkung formwandeln kann.

Infolge dieser erfindungsgemäßen Stellwegbegrenzung wird er­ reicht, dass der Aktor stets den begrenzungsbedingten maxima­ len Bewegungsweg durchlaufen kann, da er wie ausgeführt nicht ermüdet, weshalb zum einen eine dauerhafte Funktionssicherheit realisiert ist, zum anderen die aufwendigen dem Einsatz des Bauelements vorgeschalteten Kompensierungsverfahren ent­ fallen können.

Gemäß einer ersten Erfindungsalternative der Verwendung kann vorgesehen sein, dass zumindest der Bewegungsweg, den der Ak­ tor infolge einer Temperaturerhöhung bei Erreichen der be­ stimmten Temperatur durchführt, begrenzt ist. Dies ist der Regelfall einer Ein-Weg-Auslegung des Aktors, wie eingangs beschrieben, wo der Aktor beispielsweise dann seine Form än­ dert, wenn seine Temperatur gezielt durch an dem Aktor anlie­ genden Strom erhöht wird.

Eine alternative Verwendung sieht demgegenüber vor, dass zu­ mindest der Bewegungsweg, den der Aktor infolge einer Tempe­ raturerniedrigung bei Erreichen der bestimmten Temperatur durchführt, begrenzt ist. Derartige Bauelemente sind bei­ spielsweise für den Einsatz in heißen Umgebungen konzipiert und reagieren auf eine plötzliche Abkühlung durch entspre­ chende Formwandlung. Es erfolgt hier also eine Stellwegbe­ grenzung zur kalten Seite hin.

Zweckmäßig ist eine Verwendung natürlich, wenn beide Bewe­ gungswege begrenzt sind, was bei einer Zwei-Weg-Auslegung des Aktors zweckmäßig ist. Bei einem solchen Aktor sind zwei Vor­ zugsrichtungen aufgeprägt, die der Aktor abhängig von der an­ liegenden Temperatur einnimmt. Wird er erwärmt, so wandelt er seine Form gemäß der für den heißen Zustand vorgesehenen Vor­ zugsrichtung, erkaltet er wieder so wandelt sich die Form au­ tomatisch entsprechend der im kalten Zustand aufgeprägten Vorzugsrichtung zurück.

Um bei einer erfindungsgemäßen Verwendung den Ermüdungseffekt zu unterdrücken, ist es bereits ausreichend, wenn der Bewe­ gungsweg um ein sehr kurzes Stück begrenzt bzw. verkürzt wird, wenn also der Aktor infolge der Wegbegrenzung unter sehr kleiner Spannung steht. Der Bewegungsweg kann zweckmäßigerweise um wenigstens 5%, insbesondere um wenigstens 10% der gesamten Wegstrecke zwischen der Ausgangsstellung und der Endstellung, die der Aktor ohne Beschränkung einnehmen würde, begrenzt werden.

Wie beschrieben kann als Aktor ein Ein-Wege-Aktor verwendet werden, der beispielsweise über ein Federelement in eine ers­ te Stellung gedrängt wird, aus der er sich bei Erreichen der erhöhten Temperatur bewegt. Als Federelement kann beispiels­ weise ein Federbügel oder eine Spiralfeder, die direkt oder indirekt am Aktor angreifen, verwendet werden. Bereits an dieser Stelle ist darauf hinzuweisen, dass die konkrete Aus­ legung bzw. Konzeption des Bauelements hinsichtlich der Aktoranordnung sowie der sonstigen Teile für die eintretende Wirkung, nämlich die Ermüdungsunterdrückung keine Rolle spie­ len, solang die erfindungsgemäße Stellwegbegrenzung reali­ siert ist. Das heißt, dass ein erfindungsgemäßes elektrome­ chanisches Bauelement in beliebiger Form aufgebaut sein kann, solange eben erfindungsgemäß der Bewegungsweg begrenzt wird. Dies gilt auch für solche Bauelemente, bei denen eine Verwen­ dung eines Zwei-Wege-Aktors vorgesehen ist.

Generell kann bei der Verwendung der Aktor als Streifen, als Draht oder als Feder, insbesondere als Spiralfeder ausgebil­ det sein. Mit jeder diese Ausführungsvarianten wird bei ent­ sprechender Stellwegbegrenzung das erfindungsgemäße Ziel er­ reicht.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der erfindungsge­ mäßen Verwendung ergeben sich aus den im Folgenden beschrie­ benen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Da­ bei zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen elektro­ mechanischen Bauelements mit einem Ein-Weg-Aktor mit Stellwegbegrenzung,

Fig. 2 eine Prinzipskizze des Bauelements aus Fig. 1 ohne Wegbegrenzung,

Fig. 3 eine Prinzipskizze zur Darstellung der Wegbegren­ zung eines als Biegestreifen ausgebildeten Zwei- Weg-Aktors,

Fig. 4 eine Prinzipskizze zur Darstellung der Wegbegren­ zung eines als Spiralfeder ausgebildeten Zwei-Weg- Aktors,

Fig. 5 eine Prinzipskizze zur Darstellung der Wegbegren­ zung eines als Draht ausgebildetes Ein-Weg-Aktors,

Fig. 6 ein Verlaufsdiagramm des Stellwegs eines Ein-Weg- Aktors eines Bauelements gemäß Fig. 1 ohne Wegbe­ schränkung mit einem Aktor aus einer CuAlNi- Legierung,

Fig. 7 ein Verlaufsdiagramm des Stellwegs des Aktors aus Fig. 6 mit Stellwegbegrenzung,

Fig. 8 ein Verlaufsdiagramm des Stellwegs eines weiteren Aktors aus einer CuAlNi-Legierung,

Fig. 9 ein Verlaufsdiagramm des Stellwegs des Aktors aus Fig. 8 mit Stellwegbegrenzung,

Fig. 10 ein Verlaufsdiagramm des Stellwegs eines Ein-Weg- Aktors eines Bauelements gemäß Fig. 1 ohne Wegbe­ schränkung mit einem Aktor aus einer NiTi- Legierung,

Fig. 11 ein Verlaufsdiagramm des Stellwegs des Aktors aus Fig. 10 mit Stellwegbegrenzung.

Bei dem in Fig. 1 angedeuteten Bauteil wird von einer Ausfüh­ rungsform einer bekannten Trennschaltereinrichtung ausgegan­ gen. Fig. 1 zeigt diese lediglich schematisch in Form einer Prinzipskizze, da der genaue Aufbau einer Trennschalterein­ richtung für das eigentliche Funktionsprinzip nicht von Be­ deutung ist. Infolgedessen sind in Fig. 1 lediglich die für die Erfindung zentralen Elemente gezeigt. Das in Fig. 1 ge­ zeigte elektromechanische Bauelement 1 umfasst einen Aktor 2 aus einer Formgedächtnis-Legierung, der im gezeigten Beispiel als Biegestreifen ausgebildet ist und an einem Ende über eine Befestigung 3 fixiert ist. Das andere Ende wirkt mit einem Federelement 4 in Form eines Federbügels zusammen, welches um die Achse 5 drehbar ist. Dieser Federbügel stellt gleichzei­ tig einen Kontaktbügel dar, der in der in Fig. 1 ausgezogenen Stellung an einem Stromkreiskontakt 6 anliegt. In diesem Zu­ stand ist ein Stromkreis, in den das Bauelement 1 eingebunden ist, geschlossen. Die ausgezogene Stellung ist die normale Stellung, wenn kein Störfall auftritt. Aufgrund der Federwir­ kung des Federelements 4 wird der Aktor 2 in die gebogene Stellung gespannt. Das heißt, die Federkraft des Federele­ ments 4 ist größer als die Rückstellkraft des Aktors im kal­ ten Zustand.

Im Falle einer Störung ist es nun erforderlich, den Kontakt zwischen dem Federelement 4 und dem Schaltkontakt 6 so schnell als möglich aufzureißen. In diesem Fall wird der Ak­ tor 2 bestromt, so dass er sich erwärmt und - da er aus einer Formgedächtnis-Legierung besteht - er seine Form ändert. Dies ist in Fig. 1 ausgehend von der Normalstellung gemäß Bezugs­ zeichen A durch die mit B gekennzeichnete Stellung angedeu­ tet. Das als Federbügel ausgebildete Federelement 4 wird da­ bei um die Schwenkachse 5 geschwenkt und aus seiner Anlage am Kontakt 6 geführt.

Der Bewegungsweg des Aktors 2 ist jedoch über ein Wegbegren­ zungsteil 7 begrenzt. Im Normalfall würde der Aktor die in Fig. 2, die den Stand der Technik reflektiert, mit C gekenn­ zeichnete waagrechte oder längsgestreckte Position einnehmen. Diese nimmt er ein, wenn die temperaturbedingte Phasenumwand­ lung vollständig ablaufen kann und sein Weg nicht begrenzt wird. Erfindungsgemäß jedoch wird, siehe Fig. 1, der Bewe­ gungsweg so begrenzt, dass diese Endstellung C nicht einge­ nommen wird. Dies führt vermutlich dazu, dass die Phasenum­ wandlung nicht vollständig stattfinden kann, wenngleich die erhöhte Temperatur dies gebieten würde. Durch die Wegbegren­ zung verbleibt der Aktor in der Stellung B in einem vorge­ spannten Zustand, der ein Auflösen der Vorzugsstellung, das vermutlich Ursache für das Altern ist, verhindert.

Fig. 3 zeigt ein elektromechanisches Bauelement mit einem Zwei-Weg-Aktor 8 aus einer Formgedächnis-Legierung. Je nach Temperatur ändert er seine Form in beide Richtungen, wobei die maximalen Endstellungen durch die gestrichelten Linien dargestellt sind. Der Stellweg zwischen diesen Endstellungen wird nun zweifach, also in jede Richtung mittels des Wegbe­ grenzungsteils 9a, 9b begrenzt.

Fig. 4 zeigt in Form einer Prinzipskizze das Funktionsprinzip bei einem Zwei-Wege-Aktor in Form einer Spiralfeder 10. Die obere Darstellung zeigt die Feder in aufgeprägter Hochtempe­ raturform, die darunter stehende Darstellung zeigt die Feder in aufgeprägter Tieftemperaturform. Erfindungsgemäß wird nun beispielsweise bei Verwendung dieser Spiralfeder 10 in einem Trennschaltelement der jeweilige Weg der Feder behindert, was in den unteren beiden Darstellungen gezeigt ist. Zum einen ist die Wegbeschränkung der sich ausdehnenden Feder darge­ stellt (Fig. 4C), was durch die gestrichelte Linie 11 ange­ deutet ist. Die Feder kann sich also nicht bis in die maxima­ le, in Fig. 4A gezeigte Endposition ausdehnen. Entsprechendes gilt für den Bewegungsweg der Feder bei niedriger Temperatur. Auch dort wird, siehe Fig. 4D, der Weg über eine Behinderung (gestrichelte Linie 11) begrenzt, so dass sich die Feder nicht bis in die minimale, in Fig. 4B gezeigte Endstellung zusammenziehen kann.

Fig. 5 zeigt einen Aktor 12 in Form eines Drahtes, der als Ein-Weg-Aktor ausgeführt ist. Die obere Darstellung (5A) zeigt den Aktor 12 in der gestreckten bzw. längsten Endstel­ lung, die er bei tiefer Temperatur, also beispielsweise Raum­ temperatur einnimmt. Die darunter stehende Fig. 5B zeigt den verkürzten Aktor 12 bei höherer Temperatur. Schließlich ist in Fig. 5C die Wegbehinderung des Aktors 12 gezeigt (gestri­ chelte Linie 13), die verhindert, dass der langgestreckte, kalte Aktor 12 dann, wenn er im Störfall auf hohe Temperatur gebracht wird, sich vollständig zusammenziehen kann und die in Fig. 5B gezeigte Endstellung einnehmen könnte. Dieser Weg wird begrenzt, um die eingangs genannten Vorteile zu errei­ chen.

Für einen Aktor kommen praktisch alle Formgedächtnis- Legierungen in Frage. Als besonders geeignet sind Ti-Ni- Legierungen anzusehen. So gehen z. B. aus "Materials Science and Engineering", Vol. A 202, 1995, Seiten 148 bis 156 ver­ schieden zusammengesetzte Ti-Ni- und Ti-Ni-Cu-Legierungen hervor. In "Intermetallic", Vol. 3, 1995, Seiten 35 bis 46 und "Scripta METALLURGICA et MATERIALIA", Vol. 27, 1992, Sei­ ten 1097 bis 1102 sind verschiedene Ti₅₀Ni_50-xPd_x- Formgedächtnis-Legierungen beschrieben. Statt der Ti-Ni- Legierungen sind selbstverständlich auch andere Formgedächt­ nis-Legierungen geeignet. So kommen beispielsweise Cu-Al- Formgedächtnis-Legierungen in Frage. Eine entsprechende Cu- Zn24A13-Legierung ist aus "Z. Metallkde.", Bd. 79, H. 10, 1988, Seiten 678 bis 683 zu entnehmen. In "Scripta Materia­ lia", Vol. 34, No. 2, 1996, Seiten 255 bis 260 ist eine wei­ tere Cu-Al-Ni-Formgedächtnis-Legierung beschrieben. Selbst­ verständlich können zu den vorerwähnten binären oder ternären Legierungen noch weitere Legierungspartner wie z. B. Hf in an sich bekannter Weise hinzulegiert sein.

Die Fig. 6 und 7 zeigen ein erstes Versuchsbeispiel mit einem Ein-Weg-Aktor aus einer CuAl13Ni4-Legierung. Dieser Aktor wurde mit einer Last von 300 g aus seiner geraden Position verbogen, wobei der maximale Auslenkungsweg mittels eines An­ schlags begrenzt wurde. Diese Auslenkungsposition liegt im Nullpunkt der Ordinate. Längs der Ordinate ist die umwand­ lungsbedingte Auslenkung des Aktors aufgetragen, längs der Abszisse die Zeit in Minuten. Insgesamt wurden 1900 Auslen­ kungszyklen, innerhalb welcher der Aktor aus der "verbogenen" Stellung kurz bestromt und damit erwärmt wurde, so dass er sich formwandelt, wonach er wieder abkühlt, über eine Ver­ suchsdauer von 3800 Minuten untersucht. Der Aktor wurde in­ nerhalb eines Zyklus mit 17A bestromt. Die Punktreihen zeigen den innerhalb eines untersuchten Auslenkungszyklus zurückge­ legten Stellweg. Der Stellweg wurde in bestimmten Zeitinter­ vallen aufgenommen.

Ersichtlich beträgt die Auslenkung zu Beginn des Versuchs ca. 5 mm. Die maximale Auslenkung nimmt jedoch deutlich erkennbar mit zunehmender Versuchsdauer aufgrund des eintretenden Alte­ rungseffekts ab. Gegen Ende des Versuchs betrug die Auslen­ kung ca. 2 mm. Der Stellweg nahm also um rund 60% ab.

Demgegenüber steht der Versuchsverlauf, wie er in Fig. 7 ge­ zeigt ist. Auch dort wurde ein CuAl13Ni4-Aktor als Ein-Weg- Aktor untersucht, der ebenfalls mit 300 g Last ausgelenkt wurde und innerhalb eines Zyklus mit 17A bestromt wurde. Wäh­ rend der Versuchsdauer von 3800 Minuten wurden hier 1850 Zyk­ len untersucht. Im Gegensatz zum vorherigen Versuch jedoch wurde der formbedingte Bewegungsweg des Aktors bei tempera­ turerhöhungsbedingter Formwandlung mittels eines Anschlags bei 3,8 mm beschränkt. Ersichtlich erreicht der Aktor den An­ schlag kontinuierlich während der gesamten Versuchsdauer. Bei diesem Versuch konnte der Aktor also nicht wie beim Versuch gemäß Fig. 6 sich unbegrenzt bis zur maximal möglichen End­ stellung strecken, dafür wurde der Bewegungsweg begrenzt, was dazu führt, dass der Aktor kontinuierlich unter einer gewis­ sen Mindestspannung stand, die der Ermüdung entgegengewirkt hat.

Die Fig. 8 und 9 zeigen einen gleichartigen Ein-Weg-Aktor aus CuAl13Ni4, der gemäß dem Versuch nach Fig. 8 innerhalb einer Versuchsdauer von 800 Minuten mit 400 Zyklen betrieben wurde. Der Aktor wurde ebenfalls mit 17A bestromt, jedoch betrug das Auslenkungsgewicht lediglich 150 g. Bei diesem Beispiel wurde der lastbedingte Auslenkungsweg, der eigentlich im Nullpunkt der Ordinate liegt, dort nicht begrenzt.

Das erhaltene Ergebnis entspricht dem gemäß Fig. 6. Auch hier zeigt sich deutlich, dass der Bewegungsweg bei Bestromung im­ mer kürzer wird. Beträgt der Bewegungsweg im Anfangszeitpunkt noch rund 9 mm, so wird der Aktor zum Versuchsende hin nur noch um etwas mehr als 5 mm ausgelenkt. Auffällig ist auch, dass bei fehlender Behinderung der lastbedingten Auslenkung eine Drift einsetzt, was sich darin bemerkbar macht, dass die Anfangspunkte der jeweiligen Linien unter den Nullpunkt drif­ ten. Auch dies hängt letztlich mit dem Ermüden zusammen.

Ein solcher Ermüdungseffekt tritt gemäß Fig. 9 auch hier nicht auf, wenn der umwandlungsbedingte Bewegungsweg begrenzt wird. Beim Versuch gemäß Fig. 9 wurde dieser Weg bei 6 mm mittels eines Anschlags begrenzt, auch wurde die lastbedingte Auslenkung hier im Nullpunkt begrenzt. Ersichtlich ändert sich die Auslenkung über die Versuchsdauer (hier 1000 Minuten bei 495 Zyklen mit einer Bestromung mit 17A) über die gesamte Versuchsdauer nicht, das heißt der Aktor erreicht jedes Mal den Anschlag bei 6 mm.

Die Fig. 10 und 11 zeigen schließlich die entsprechenden Ver­ suche mit einem NiTi(50 : 50) Aktor, der auch hier als Ein-Weg- Aktor betrieben wurde. Dieser wurde mit einer Last von 200 g verbogen. Die Versuchszeit betrug jeweils 3800 Minuten bei 1900 Zyklen. Ersichtlich nimmt, siehe Fig. 10, auch hier die Auslenkung sehr deutlich von einem Maximum bei 8,4 mm auf ein Minimum von ca. 3 mm ab.

Gemäß Fig. 11 wurde jedoch der wandlungsbedingte Bewegungsweg mittels eines Anschlags bei 5,7 mm beschränkt. Dieser An­ schlag wurde über die gesamte Versuchszeit innerhalb jedes Zyklus erreicht, was zeigt, dass auch bei diesem Aktor der Alterungseffekt unterdrückt werden kann.

Claims (9)

1. Verwendung der Begrenzung des Bewegungsweges eines Ak­ tors (2, 8, 10, 12) in einem elektromechanischen Bauelement zur Vermeidung von Alterungs- und Ermüdungseffekten, wobei der Aktor aus einer Formgedächtnis-Legierung besteht, bei Er­ reichen einer bestimmten Temperatur seine Form ändert, sich in eine Endstellung bewegt und dabei der Bewegungsweg des Ak­ tors (2, 8, 10, 12) derart begrenzt ist, dass die Endstellung (C) nicht erreicht wird.

2. Verwendung nach Anspruch 1 mit der Maßgabe, dass zumin­ dest der Bewegungsweg, den der Aktor (2, 8, 10, 12) infolge einer Temperaturerhöhung bei Erreichen der bestimmten Tempe­ ratur durchführt, begrenzt ist.

3. Verwendung nach Anspruch 1 mit der Maßgabe, dass zumin­ dest der Bewegungsweg, den der Aktor (2, 8, 10, 12) infolge einer Temperaturerniedrigung bei Erreichen der bestimmten Temperatur durchführt, begrenzt ist.

4. Verwendung nach Anspruch 2 und 3 mit der Maßgabe, dass beide Bewegungswege begrenzt sind.

5. Verwendung nach einem der vorangehenden Ansprüche mit der Maßgabe, dass der Bewegungsweg um wenigstens 5%, insbe­ sondere um wenigstens 10% der gesamten Wegstrecke zwischen der Ausgangsstellung und der Endstellung begrenzt ist.

6. Verwendung nach einem der vorangehenden Ansprüche mit der Maßgabe, dass der Aktor (2, 12) ein Ein-Wege-Aktor ist.

7. Verwendung nach Anspruch 6 mit der Maßgabe, dass der Ak­ tor (2) über ein Federelement (4) in eine erste Stellung ge­ drängt wird, aus der er sich bei Erreichen der Temperatur be­ wegt.

8. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit der Maß­ gabe, dass der Aktor (8, 10) ein Zwei-Wege-Aktor ist.

9. Verwendung nach einem der vorangehenden Ansprüche mit der Maßgabe, dass der Aktor (2, 8, 10, 12) ein Streifen, ein Draht oder eine Feder, insbesondere eine Spiralfeder ist.