DE102005006269A1

DE102005006269A1 - Miniaturmodell

Info

Publication number: DE102005006269A1
Application number: DE200510006269
Authority: DE
Inventors: Dirk Brunner
Original assignee: Viessmann Modelltechnik GmbH
Current assignee: Viessmann Modelltechnik GmbH
Priority date: 2005-02-10
Filing date: 2005-02-10
Publication date: 2006-09-14

Abstract

Ein Miniaturmodell (10) hat einen Grundkörper (20) und Körperteile (22, 23, 24, 30), die einen Menschen, ein Tier, eine Pflanze, ein Gerät, ein Fahrzeug, ein Gebäude o. dgl. oder Teile davon nachbilden. Wenigstens ein Körperteil (30) ist relativ zu dem Grundkörper (20) und/oder den übrigen Körperteilen (22, 23, 24) beweglich ausgebildet und mittels eines in dem Grundkörper (20) oder den übrigen Körperteilen (22, 23, 24) und dem beweglichen Körperteil (30) integrierten Formgedächtnis-Antriebs (50) periodisch bewegbar. Der Antrieb (50) weist zur Erzeugung einer Antriebskraft (F) wenigstens ein Stellglied (52) auf, das aus einer Formgedächtnislegierung besteht und Ein-Weg-Effekt nutzt. Hierzu ist in dem Grundkörper (20) und/oder den Körperteilen (22, 23, 24, 30) eine Widerstandsheizung (60) vorgesehen, wobei der Antrieb (50) einen Teil der Heizung (60) bildet, vorzugsweise ein Heizelement. Für das Rückstellen des beweglichen Körperteils (30) in seiner Ausgangsposition ist eine Rückstellkraft (K) vorgesehen, die von der Schwerkraft erzeugt wird, namentlich vom Gewicht des bzw. jedes bewegten Körperteils (30).

Description

Die Erfindung betrifft ein Miniaturmodell gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Miniaturmodelle werden gewöhnlich auf Modellbahnanlagen, in Modellandschaften, in Dioramen u.dgl. eingesetzt. Es handelt sich meist um maßstabsgetreue, miniaturisierte Menschen, Tiere, Pflanzen, Geräte, Fahrzeuge, Gebäude u.dgl., die in den verschiedensten Ausführungen und Lebenssituationen naturgetreu ausgestaltet sind. Die Größe der Modelle richtet sich nach vorgegebenen Maßstäben, beispielsweise 1:160 (Spur N), 1:87 (Spur H0) oder 1:32 (Spur 1).

DE-U1-1 623 749 verwendet für die Herstellung von Miniatur-Figuren Holz, Metalle oder Kunststoffe, wobei einzelne Glieder oder Körperteile wie Arme, Beine, Hörner u.dgl. durch Schnüre oder Draht in einer für die jeweilige Figur charakteristischen Form gebogen werden können. Feingearbeitete Zusatzdetails wie Werkzeuge, Stöcke, Schirme, Koffer, Kinderwagen, Handwagen u.dgl. unterstützen die naturgetreue Wiedergabe.

Von Nachteil hierbei ist, daß die Miniaturmodelle, insbesondere Miniatur-Figuren, trotz lebensechter Nachbildung bzw. Ausgestaltung, insgesamt unbeweglich sind, d.h. die Modelle können keine Bewegungen ausführen.

Miniaturisierte Stellantriebe zum Betätigen von Formsignalen, Vorsignalen oder Weichen, zum Öffnen und Schließen von Schranken, Fenstern und Türen oder zum Bewegen von Kränen oder Figuren sind allgemein bekannt (siehe beispielsweise DE-C2-198 53 508). Diese meist magnetisch, elektromagnetisch oder elektrisch betätigten Stellantriebe sind jedoch aufgrund ihrer Baugröße stets extern angeordnet und nur über ein Stellglied, z.B. einen Stahldraht oder einen Seilzug, mit dem zu bewegenden Teil des Miniaturmodells verbunden. Ferner muß das Miniaturmodell dem Antrieb meist angepaßt werden. Ein solcher Eingriff von außen führt jedoch – gerade bei sehr kleinen Maßstäben – zu sichtbaren Veränderungen am Modell, die das naturgetreue Erscheinungsbild in hohem Maße beeinträchtigen.

Ziel der Erfindung ist es, diese und weitere Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und ein Miniaturmodell zu schaffen, das naturgetreue Bewegungen ausführen kann, ohne daß dadurch das Erscheinungsbild des Modells verändert oder gestört wird. Das Modell soll ferner einfach aufgebaut und kostengünstig herstellbar sein. Angestrebt wird überdies eine einfache Handhabung sowie eine hohe Betriebszuverlässigkeit.

Hauptmerkmale der Erfindung sind im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 angegeben. Ausgestaltungen sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 22.

Bei einem Miniaturmodell mit einem Grundkörper und Körperteilen, die einen Menschen, ein Tier, eine Pflanze, ein Gerät, ein Fahrzeug, ein Gebäude o.dgl. oder Teile davon nachbilden, sieht die Erfindung laut Anspruch 1 vor, daß wenigstens ein Körperteil relativ zu dem Grundkörper und/oder einem der übrigen Körperteile beweglich ausgebildet und mittels eines in dem Grundkörper oder den übrigen Körperteilen und dem beweglichen Körperteil integrierten Formgedächtnis-Antriebs bewegbar ist.

Durch die bewegliche Ausbildung des Körperteils und der Integration des Antriebs kann das Miniaturmodell – im Gegensatz zu den bisherigen starren Miniaturmodellen – naturgetreue Bewegungen ausführen, was jede Modellbahnanlage oder Modellandschaft bereichert. Der auf dem Formgedächtniseffekt basierende Antrieb hat den Vorteil, daß dieser nicht nur einfach aufgebaut ist und eine lange Lebensdauer aufweist. Er hat vielmehr einen nur geringen Platzbedarf, so daß der Antrieb vollständig in dem Grundkörper bzw. einem der übrigen Körperteile und dem beweglichen Körperteil integriert werden kann, ohne daß Veränderungen im äußeren Erscheinungsbild des Modells notwendig sind oder auftreten. Die über den Formgedächtniseffekt erzeugte Antriebskraft reicht aus, den beweglichen Körperteil relativ zu dem Grundkörper bzw. den übrigen Körperteilen zu bewegen.

Gemäß Anspruch 2 erzeugt der Antrieb eine periodische Bewegung. Dies ermöglicht eine besonders realistische Nachbildungen von Menschen, Tieren, Pflanzen, Geräten, Fahrzeugen, Gebäuden u.dgl. Denkbar sind beispielsweise Schwenk-, Hub- oder Pendelbewegungen, die gewöhnlich von Armen, Beinen, Werkzeugen, Fensterläden oder Schaukeln ausgeführt werden.

Die Nutzung des in Anspruch 3 vorgesehenen Eing-Weg-Effekts bzw. des thermischen Memory-Effekts ist eine von mehreren Eigenschaft von Formgedächtnislegierungen. Nach einer mechanischen Verformung unterhalb der Martensit-Starttemperatur kehrt die Formgedächtnislegierung durch Erwärmung wieder in ihre ursprüngliche Form zurück; es findet eine Phasenumwandlung in die Austenitphase statt. Nach dem Abkühlen und einer Phasenumwandlung in die Martensitphase bleibt die Form bis zur erneuten Verformung erhalten. Damit läßt sich mit einfachen Mitteln eine periodische Bewegung erzeugen, die bei einfacher Handhabung eine hohe Betriebszuverlässigkeit besitzt.

Für das Erwärmen des Antriebs sieht Anspruch 4 in dem Grundkörper und/oder den Körperteilen eine Heizung vor, die nach Anspruch 5 bevorzugt eine Widerstandsheizung ist. Diese läßt sich nicht nur kostengünstig realisieren; sie ist überdies auch präzise steuer- und/oder regelbar, wozu in Einklang mit Anspruch 6 eine elektrische oder elektronische Schaltung vorgesehen ist.

In der wichtigen Ausführungsform von Anspruch 7 bildet der Antrieb einen Teil der Heizung, vorzugsweise ein Heizelement. Dadurch erzielt man insgesamt eine äußerst kompakte Bauform, so daß der Antrieb und die Heizung auch in Miniaturmodelle mit sehr kleinem Maßstab integriert werden können.

Um den Ein-Weg-Effekt vollständig nutzen zu können, sieht Anspruch 8 vor, daß der Antrieb entgegen einer Rückstellkraft arbeitet, wobei die Rückstellkraft gemäß Anspruch 9 kleiner ist als eine von dem Antrieb erzeugte Antriebskraft. Erzeugt wird die Rückstellkraft laut Anspruch 10 von einer Feder. Bevorzugt wird jedoch in der Ausbildung von Anspruch 11 die Rückstellkraft von der Schwerkraft erzeugt, namentlich vom Gewicht des bzw. jedes bewegten Körperteils. Zusätzliche oder gesonderte Rückstellelemente sind dann nicht notwendig, was sich nicht nur günstig auf die Herstellkosten auswirkt, sondern auch die Zuverlässigkeit des Antriebs weiter erhöht.

Anspruch 12 sieht vor, daß zwischen dem Grundkörper oder den Körperteilen und dem beweglichen Körperteil ein Gelenk, ein Scharnier o.dgl. ausgebildet ist. Dies gewährleistet einen stabilen Verbund zwischen den bewegten Teilen, die zugleich auch präzise geführt sind. Konstruktiv ist es hierbei günstig, wenn das Gelenk, Scharnier o.dgl. laut Anspruch 13 von dem Antrieb selbst gebildet ist. Dieser stellt mithin eine direkte Verbindung zwischen den Bauteilen her, was sich weiter günstig auf die Gesamtkosten auswirkt. Der gesamte Aufbau des Miniaturmodells ist damit äußerst kompakt. Das äußere Erscheinungsbild des Modells wird von dem integrierten Antrieb nicht beeinträchtigt. Es kann vielmehr maßstabsgetreu und realitätsnah ausgebildet werden.

Zweckmäßig weist der Antrieb zur Erzeugung der Antriebskraft gemäß Anspruch 14 wenigstens ein Stellglied auf, das aus einer Formgedächtnislegierung besteht, beispielsweise einer NiTi-Legierung. Denkbar ist auch die Verwendung von CuZnAl- oder CuAlNi-Legierungen, die jedoch im Vergleich zu NiTi-Legierungen weniger günstige Eigenschaften aufweisen. Prinzipiell kommen auch Keramiken (z.B. ZrO₂) oder Polymere (z.B. PTFE).

In der Ausbildung von Anspruch 15 ist das Stellglied bevorzugt ein Draht, der nach Anspruch 16 eine Drahtschlaufe bildet. Diese ist laut Anspruch 17 mit dem beweglichen Körperteil verbunden, vorzugsweise darin integriert.

Die freien Enden der Drahtschlaufe sind laut Anspruch 18 an einer Verbindungsstelle mit Anschlußdrähten der Heizung verbunden, so daß die Drahtschlaufe selbst als Heizelement (Widerstandselement) wirken kann. Die Enden der Drahtschlaufe sind ferner gemäß Anspruch 19 mitsamt den Verbindungsstellen (62) mit dem Grundkörper und/oder den übrigen Körperteilen verbunden, vorzugsweise darin integriert. Folglich übernimmt der Antrieb eine weitere Funktion, nämlich die eines Verbindungselements zwischen dem Grundkörper und dem bewegten Körperteil.

Um die Gewichtskraft des beweglichen Körperteils variieren bzw. einstellen zu können, ist dieses gemäß Anspruch 20 ein Hohlkörper. Ferner sind der Grundkörper und/oder die Körperteile in Einklang mit Anspruch 21 aus Kunststoff gefertigt. Man kann für die Herstellung der Miniaturmodells aber auch Teile davon aus Metall fertigen und mit den Kunststoffteilen kombinieren (Anspruch 22).

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem Wortlaut der Ansprüche sowie aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Miniaturmodells,
2 eine schematische Darstellung des Miniaturmodells von 1 in einer anderen Funktionsstellung und
3 eine schematische Draufsicht auf einen Formgedächtnis-Antrieb.
Das in 1 allgemein mit 10 bezeichnete Miniaturmodell ist als Modellfigur für eine (nicht dargestellte) Modelleisenbahn oder eine Modellandschaft ausgebildet. Es hat einen Grundkörper 20 sowie daran ausgebildete bzw. angeformte Gliedmaßen wie Arme 22, 30 und Beine 23 sowie einen Kopf 24. Der Grundkörper 20 und die Körperteile 22, 23, 24, 30 sind sowohl durch ihre Formgebung als auch durch ihre Farbgebung realitätstreu einem menschlichen Vorbild nachgebildet, was jedoch in den Zeichnungen nicht dargestellt ist. Ebenfalls nicht gezeigte Zusatzdetails wie Werkzeuge, Stöcke, Schirme, Koffer, Kinderwagen, Handwagen u.dgl. können die naturgetreue Wiedergabe unterstützen. Der Maßstab der Modellfigur 10 ist beispielsweise 1:87, so daß diese auf einer Modelleisenbahn der Spur H0 einsetzbar ist.
Einer der Körperteile 30, beispielsweise der linke Arm, ist relativ zum Grundkörper 20 beweglich ausgebildet und mit einem Formgedächtnis-Antrieb 50 von einer ersten Stellung A (1) in eine zweite Stellung B (2) bewegbar. Die Steuerung bzw. Aktivierung des Antriebs 50 erfolgt zum einen über eine Heizung 60, die über eine elektronische Schaltung 61 steuer- bzw. regelbar ist, und zum anderen über den an dem Grundkörper 20 angelenkten Arm 30, der durch seine Gewichtskraft ein Drehmoment bzw. eine Rückstellkraft K erzeugt. Diese bewegt den Arm 30 von der Stellung B wieder in die Stellung A zurück.
Wie 3 näher zeigt, wird der Antrieb 50 im wesentlichen von einem Stellglied 52 gebildet, das aus einem relativ dünnen Draht gefertigt ist. Dieser hat die Form einer U-förmigen Drahtschlaufe 54 und besteht aus einer Formgedächtnislegierung, vorzugsweise einer NiTi-Legierung wie z.B. NiTiNOL.
Das schlaufenförmige Ende 56 des Stellglieds 52 wird bei der Fertigung des Miniaturmodells 10 in das obere Ende des Arms 30 eingegossen. Die beiden einzelnen Enden 55 der Drahtschlaufe 54 hingegen sind jeweils mit den Enden 65 zweier Kupferlackdrähte 64 verbunden, beispielsweise durch Crimpen oder Verpressen. Die dabei gebildete Verbindungsstelle 62 wird zur Sicherung der mechanischen Verbindung ebenfalls eingegossen, nämlich im Schulterbereich des Grundkörpers 20. Die Herstellung einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen den Drahtenden 55, 65, z.B. durch Schweißen, Kleben oder Löten ist auch denkbar, jedoch aufgrund der Materialeigenschaften der Formgedächtnislegierung nicht ganz unproblematisch. Die Kupferlackdrähte 64 werden durch den Grundkörper 20 und ein Bein 23 hindurch nach außen geführt und dort mit der elektronischen Schaltung 61 der Heizung 60 verbunden.
Der Abstand zwischen dem Grundkörper 20 und dem Arm 30 ist so bemessen, daß das Stellglied 52 des Antriebs 50 von außen nicht oder kaum sichtbar ist. Gleichzeitig läßt sich aber der Arm 30 durch Biegen der Drahtschlaufe 54 zwischen den Stellungen A und B hindernisfrei auf und ab bewegen. Man erkennt, daß das Stellglied 52 und damit der Antrieb 50 zugleich auch ein Gelenk bilden, das den Grundkörper 20 und den Arm 30 beweglich miteinander verbindet. Die bevorzugt parallel liegenden Drähte 52 der Schlaufe 54 sorgen ferner für eine stabile Führung des Arms 30 in einer Vorzugsrichtung.
Je nach Größe und Ausstattung des Modells 10 kann man zwischen dem Grundkörper 20 und dem Arm 30 ein zusätzliches Gelenk vorsehen, beispielsweise ein Filmscharnier oder ein Stiftscharnier, das in der Lage ist, gegebenenfalls größere Kräfte aufzunehmen, wenn beispielsweise über den Arm 30 größere Gewichte oder Gegenstände zu heben sind.
Die in dem Miniaturmodell 10 integrierte Heizung 60 ist bevorzugt eine Widerstandsheizung, deren Heizelement von der Drahtschleife 54 gebildet wird. Diese ist an den Enden 65 der Anschlußdrähte 64 angeschlossen, die über die elektronische Schaltung 61 mit einem definierbaren Heizstrom beaufschlagt werden.
Der Antrieb 50 bzw. dessen Stellglied 52 bilden mithin einen Teil der Heizung 60, so daß sowohl das Miniaturmodell 10 als auch der darin integrierte Antrieb 50 und die Heizung 60 aus nur wenigen Bauteilen bestehen. Diese lassen sich durch Eingießen in den Grundkörper 20 bzw. in die Körperteile 22, 23, 24, 30 rationell und kostengünstig einbauen, was sich äußerst günstig auf die Herstellkosten auswirkt.
Das Miniaturmodell 10 ist bevorzugt aus Kunststoff gefertigt. Der bewegliche Körperteil 30 kann jedoch – aus Gewichtsgründen – auch aus Metall und/oder als Hohlkörper gefertigt werden. Man kann aber auch das gesamte Modell 10 aus Metall fertigen, wobei in diesem Fall die Anschlußdrähte 64 der Heizung 60, die Verbindungsstelle 62 und die Formgedächtnisdrähte 52 gesondert zu isolieren sind.
Der Formgedächtniseffekt metallischer Legierungen beruht auf einer martensitischen Phasenumwandlung 1. Ordnung. Als martensitische Transformation bezeichnet man eine reversible, diffusionslose Transformation, die durch eine temperatur- oder spannungsinduzierte Umwandlung der geordneten Gitterstruktur hervorgerufen wird. Sie findet als Transformation der festen Phasen weit unterhalb der Schmelztemperatur statt. Dabei wird die Hochtemperaturphase (Austenit genannt), beim Abkühlen über Volumendilatation, Scherung und Atombewegungen in die Tieftemperaturphase (Martensit genannt) überführt. Bei einer Temperaturerhöhung findet die Rücktransformation in den Austenit statt. Bei einer vollständig reversiblen Transformation ist nach der Rücktransformation wieder genau die gleiche Gitterstruktur erreicht, ohne daß es hierbei zu einem Abgleiten der Gitterebenen, zur Versetzungsbildung oder dem Wandern von Versetzungen kommt. Unter diesen Bedingungen ist die martensitische Transformation beliebig oft wiederholbar.
Die martensitische Transformation kann bei Formgedächtnislegierungen je nach Temperatur und Spannungsbeanspruchung verschiedene Effekte bewirken. Das vorliegende Ausführungsbeispiel nutzt den sogenannten Ein-Weg-Effekt. Neben diesem sind noch der Zwei-Weg-Effekt und der pseudoelastische Effekt nutzbar, auf die jedoch nicht näher eingegangen wird.
Mit dem Ein-Weg-Effekt kann durch einfache Erwärmung des Antriebs 50 bzw. des Stellelements 52 eine zuvor thermomechanisch eingeprägte Gedächtsnisgestalt wiederhergestellt werden.
Ist das Modell 10 fertig gegossen und der Antrieb 50 in dem Grundkörper 20 und dem Arm 30 integriert, wird das Stellglied 52 zunächst in der Stellung B („Arm oben") fixiert. Diese Gedächtnisgestalt (auch Shape Memory genannt) wird nun durch Aufheizen des Stellelements 52 über die Heizung 60 und durch anschließendes rasches Abkühlen in den Antrieb 50 „einprogrammiert". Dabei erfolgt innerhalb des Stellelements 52 eine Gefügeumwandlung des Austenits in Martensit.
Löst man die Modellfigur 10 aus ihrer Fixierung, wird der Arm 30 von seinem Gewicht nach unten in die Stellung A bewegt, wobei das Stellelement 52 als Gelenk unterhalb der Martensittemperatur plastisch verformt wird.
Diese Verformung kann nun durch Erwärmung des Werkstoffs wieder rückgängig gemacht werden, indem das Stellelement 52 bzw. die Drahtschlaufe 54 über die elektronische Schaltung 61 kurzzeitig mit einem Heizstrom beaufschlagt wird. Dieser ist so bemessen, daß das Stellelement 52 auf eine Temperatur gebracht wird, bei der sich das ursprünglich austenitische Gefüge wieder einstellt. Die Drahtschleife 54 nimmt ihre ursprünglich eingeprägte Gestalt („Arm oben") wieder ein, d.h. der Antrieb 50 erzeugt eine Antriebskraft F, durch die der Arm 30 entgegen der Rückstellkraft K von der Stellung A wieder in die Stellung B gehoben wird.
Sobald das Stellglied 52 in der Stellung B wieder abgekühlt ist, behält es zunächst makroskopisch seine Form. Allerdings verändert sich die Mikrostruktur wieder zum Martensit. Das Stellglied 52 wird erneut durch die Gewichtskraft K des Arms 30 plastisch verformt und von der Stellung B in die Stellung A gebracht.
Wird über die Heizung 60 das Stellglied erneut erwärmt, beginnt der Vorgang von neuem. Der Arm 30 vollzieht mithin eine periodische Schwenkbewegung, die sich beliebig lange ausführen läßt.
Wichtig ist, daß die Rückstellkraft K kleiner ist als die Antriebskraft F. Gleichzeitig muß die Rückstellkraft K groß genug sein, um das Stellglied 52 plastisch zu verformen. Das Gewicht des Arms ist daher an den jeweiligen Durchmesser und die Materialeigenschaften des Formgedächtnismaterials anzupassen.
Die Erfindung ist nicht auf eine der vorbeschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern in vielfältiger Weise abwandelbar. So kann man den Arm 30 – je nach Ausgestaltung des Modells 10 – in einen Oberarm und einen Unterarm teilen. Der Antrieb 50 sitzt dann zwischen zwei Körperteilen im Ellenbogen und bildet dort ein Antriebsgelenk. Wird der Antrieb 50 aktiviert, bewegt sich der Unterarm auf und ab.
Anstelle von Personen kann man mit dem erfindungsgemäßen Miniaturmodell auch Tiere, Pflanzen, Geräte, Fahrzeuge oder Gebäudeteile nachbilden, bei denen durch bewegliche Körperteile wie z.B. Äste, Sägen, Kranhaken oder Fensterläden eine naturgetreue Nachbildung der Realität erfolgt. Stets bildet der Antrieb 50 die Verbin dung zwischen dem Grundkörper 20 und dem bewegten Körperteil 30, wobei auch mehrere Körperteile 30 von mehreren Antrieben 50 unabhängig voneinander bewegt werden können.
In einer weiteren Ausführungsform kann man die Rückstellkraft K von einer (nicht dargestellten) Feder oder einem anderen geeigneten Federelement erzeugen, beispielsweise um eine horizontale Pendelbewegung ausführen zu können.
Man erkennt, daß das Funktionsprinzip des Antriebs 50 auf dem Formgedächtniseffekt einer Formgedächtnislegierung (SMA = Shape Memory Alloy) basiert. Ein wichtiger Vorteil hierbei ist der einfache Aufbau des Antriebs 50 sowie dessen lange Funktionsdauer.
Um den Ein-Weg-Effekt nutzen zu können, bedarf es einer rückstellenden Kraft K, die bei der Ausbildung des Miniaturmodells 10 als menschliche Figur durch das Gewicht des beweglichen Arms 30 erzeugt wird.
Zur Einstellung der Hochtemperaturphase (Austenit) wird der Arm 30 zunächst in seiner oberen Position B fixiert. Anschließend wird das Stellglied bzw. der Draht 52 über einen von der elektronischen Schaltung 61 erzeugten kurzen Stromstoß erhitzt. Dabei merkt sich der Draht 52 diesen Zustand als Ausgangsstellung.
Wird der Arm 30 nach dem Abkühlen losgelassen, so bewegt er sich aufgrund seiner ausreichend groß gewählten Gewichtskraft K nach unten in die Position A. Der Draht 52 wird entsprechend plastisch verformt. Hierbei entsteht innerhalb der Formgedächtnislegierung die Tieftemperaturphase (Martensit).
Erhitzt man nun den Draht 52 kurzzeitig über die sogenannte Austenit-Starttemperatur, so versucht die Formgedächtnislegierung ihre ursprüngliche Form, d.h. ihre Ausgangsstellung wieder zu erreichen. Weil die Rückstellkraft K kleiner ist als die Antriebskraft F, hebt sich der Arm 30.
Hat der Arm 30 seine obere Position B erreicht, kühlt sich das Stellglied bzw. der Draht 52 wieder ab. Der Arm 30 wird von seinem Gewicht wieder nach unten in die Stellung A geschwenkt. Die Martensitphase wird erneut verformt. Der Bewegungsablauf kann von neuem beginnen.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Miniaturmodells 10 besteht darin, daß der Arm 30 stufenlos positioniert werden kann, weil die Umwandlung zur Austenitphase in der Formgedächtnislegierung nicht schlagartig geschieht, sondern in einem gewissen Temperaturfenster stattfindet. Ursache hierfür ist die sogenannte spannungsinduzierte Martensitbildung.
Sehr wichtig für einen kontinuierlichen und dauerhaft optimalen Bewegungsablauf ist das Gewicht des Arms 30 bzw. das durch diesen erzeugte Drehmoment. Dieses darf nicht zu groß sein, damit der Arm 30 von dem Antrieb 50 nach oben in die Position B bewegt werden kann. Es darf aber auch nicht zu klein sein, damit die Rückstellkraft K ausreicht, um den Arm 30 aus der Position B in die Position A zu bewegen. Das Gewicht des Arms 30 ist daher an die Eigenschaften der jeweils verwendeten Formgedächtnislegierung, insbesondere an die Eigenschaften des Drahts 52, anzupassen.
Die Befestigung der Drahtenden 55 an den Anschlußdrähten 64 der Heizung 60 erfolgt bevorzugt durch einen Crimpprozeß, wobei die Verbindung 62 durch Eingießen in den Grundkörper 20 zusätzlich gesichert wird. Das geschlossene Ende 56 der Drahtschlaufe 54 wird in den Arm 30 eingegossen, so daß eine dauerhaft stabile Gelenkverbindung entsteht, die zugleich den Antrieb 50 für die Bewegung des Arms 30 bildet.
Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung. und der Zeichnung hervorgehenden Merkmale und Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumlicher Anordnungen und Verfahrensschritten, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.

A: Arm-Stellung
B: Arm-Stellung
F: Antriebskraft
K: Rückstellkraft
10: Miniaturmodell
20: Grundkörper
22: Körperteil/Arm
23: Körperteil/Bein
24: Körperteil/Kopf
30: Körperteil/Arm/Ast/Werkzeug
50: Antrieb
52: Stellglied/Draht
54: Drahtschlaufe
55: freies Ende
56: geschlossenes Ende
60: Heizung
61: Schaltung
62: Verbindungsstelle
64: Anschlußdraht/Kupferlackdraht
65: Enden

Claims

Miniaturmodell (10) mit einem Grundkörper (20) und Körperteilen (22, 23, 24, 30), die einen Menschen, ein Tier, eine Pflanze, ein Gerät, ein Fahrzeug, ein Gebäude o.dgl. oder Teile davon nachbilden, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Körperteil (30) relativ zu dem Grundkörper (20) und/oder den übrigen Körperteilen (22, 23, 24) beweglich ausgebildet und mittels eines in dem Grundkörper (20) oder den übrigen Körperteilen (22, 23, 24) und dem beweglichen Körperteil (30) integrierten Formgedächtnis-Antriebs (50) bewegbar ist.
Miniaturmodell nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb (50) eine periodische Bewegung erzeugt.
Miniaturmodell nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb (50) den Ein-Weg-Effekt nutzt.
Miniaturmodell nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Grundkörper (20) und/oder den Körperteilen (22, 23, 24, 30) eine Heizung (60) vorgesehen ist.
Miniaturmodell nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizung (60) eine Widerstandsheizung ist.
Miniaturmodell nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizung (60) mittels einer elektrischen oder elektronischen Schaltung (61) steuer- und/oder regelbar ist.
Miniaturmodell nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb (50) einen Teil der Heizung (60) bildet, vorzugsweise ein Heizelement.
Miniaturmodell nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb (50) entgegen einer Rückstellkraft (K) arbeitet.
Miniaturmodell nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellkraft (K) kleiner ist als eine von dem Antrieb (50) erzeugte Antriebskraft (F).
Miniaturmodell nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellkraft (K) von einer Feder erzeugt wird.
Miniaturmodell nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstellkraft (K) von der Schwerkraft erzeugt wird, namentlich vom Gewicht des bzw. jedes bewegten Körperteils (30).
Miniaturmodell nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Grundkörper (20) oder den Körperteilen (22, 23, 24, 30) und dem beweglichen Körperteil (30) ein Gelenk, ein Scharnier o.dgl. ausgebildet ist.
Miniaturmodell nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Gelenk, Scharnier o.dgl. von dem Antrieb (50) gebildet ist.
Miniaturmodell nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb (50) zur Erzeugung der Antriebskraft (F) wenigstens ein Stellglied (52) aufweist, das aus einer Formgedächtnislegierung besteht.
Miniaturmodell nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellglied (52) ein Draht ist.
Miniaturmodell nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Draht eine Drahtschlaufe (54) bildet.
Miniaturmodell nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Drahtschlaufe (54) mit dem beweglichen Körperteil (30) verbunden, vorzugsweise darin integriert ist.
Miniaturmodell nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Drahtschlaufe (54) freie Enden (55) aufweist, die an einer Verbindungsstelle (62) mit Anschlußdrähten (64) der Heizung (60) verbunden sind.
Miniaturmodell nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die freien Enden (55) der Drahtschlaufe (54) mit den Verbindungsstellen (62) in dem Grundkörper (20) und/oder den übrigen Körperteilen (22, 23, 24) verbunden sind, vorzugsweise darin integriert sind.
Miniaturmodell nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der bewegliche Körperteil (30) ein Hohlkörper ist.
Miniaturmodell nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (20) und/oder die Körperteile (22, 23, 24, 30) aus Kunststoff gefertigt sind.
Miniaturmodell nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (20) und/oder die Körperteile (22, 23, 24, 30) aus Metall gefertigt sind.