DE102005059081A1

DE102005059081A1 - Shape memory alloy actuator has rotary axis for rotary drive element and two driven elements with shape memory alloy wires to produce torque around axis

Info

Publication number: DE102005059081A1
Application number: DE102005059081A
Authority: DE
Inventors: Markus Garscha; Helmut Auernhammer; Klaus Engelhardt
Original assignee: Alfmeier Praezision AG Baugruppen und Systemlosungen
Current assignee: Alfmeier Praezision SE
Priority date: 2005-08-11
Filing date: 2005-12-10
Publication date: 2007-02-22

Abstract

The shape memory alloy actuator (1) has a rotary axis (4) for a rotary drive element (2) and two driven elements (6a,b) including tension wires formed of the shape memory alloy. The two tension wires contract to produce a torque in opposite directions (14a,b) around the rotary axis. The two wires can be positioned in parallel and the produced force have the same directions (8a,b). The driven elements can be spring biased against the operating directions of the wires.

Description

Die Erfindung betrifft einen Drehaktuator mit einem Zugelement aus einer Formgedächtnislegierung.The The invention relates to a rotary actuator with a pulling element of one Shape memory alloy.

Die Verwendung von Formgedächtnislegierungen (Shape-Memory-Alloy, SMA), insbesondere in Drahtform, gewinnt in der Aktuatortechnik immer mehr an Bedeutung, da diese einfach, kostengünstig und flexibel zur Erzeugung von Zugkräften eingesetzt werden können. Wird ein Draht aus einer Formgedächtnislegierung von elektrischem Strom durchflossen, so steigt aufgrund seines inneren Widerstands die Temperatur an. Ab einer bestimmten Grenztemperatur, welche auch als Schalttemperatur bezeichnet wird, beginnt eine Strukturänderung der Legierung und das Metall verformt sich hinsichtlich der Länge des Drahtes, d.h. es kontrahiert sich. Der Draht erzeugt hiermit eine Zugkraft.The Use of shape memory alloys (Shape Memory Alloy, SMA), especially in wire form, wins in the actuator technology more and more important as these are simple, inexpensive and flexible for generating tensile forces can be used. Is a wire made of a shape memory alloy traversed by electric current, it rises due to its internal Resistance to the temperature. From a certain limit temperature, which is also referred to as the switching temperature, a structural change begins the alloy and the metal deforms with respect to the length of the Wire, i. it contracts. The wire hereby creates one Traction.

Wird keine weitere Energie bzw. Wärme mehr zugeführt, so fällt die Temperatur im Draht wieder ab, z.B. durch Wärmeaustausch mit der Umgebung. Der Draht behält zwar, wenn keine äußeren Zugkräfte auf ihn einwirken, seine verkürzte Länge, kann jedoch z.B. mittels einer Feder in die Ausgangsform bzw. Grundform, also seine ursprüngliche Länge zurückgebracht bzw. zurückgedehnt werden. Die Kraft zur Rückdehnung in die Grundform im abgekühlten Zustand ist hierbei kleiner als die vom Draht im beheizten Zustand erzeugte Zugkraft. Aufgrund der Längenkontraktion des Drahtes bei Erwärmung werden Formgedächtnisle gierungen in Drahtform in der Regel als Erzeuger einer Linearkraft, nämlich Zugkraft, eingesetzt.Becomes no more energy or heat supplied that's how it is the temperature in the wire again, e.g. through heat exchange with the environment. The wire retains though, if no external pulling forces on to affect him, his shortened Length, can however, e.g. by means of a spring in the initial form or basic form, so its original Length returned or backward become. The power to re-stretch in the basic form in the cooled Condition is smaller than that of the wire in the heated state generated tensile force. Due to the length contraction of the wire when heated Shape memory alloys in wire form usually as a generator of a linear force, namely tensile force, used.

Beispielsweise aus der US 2004/0112049 A1 ist es darüber hinaus bekannt, mit Hilfe eines SMA-Drahtes, einer Umlenkrolle und einer Rückstellfeder einen bidirektionalen Drehaktuator herzustellen, der also anstelle einer linearen Kraft bzw. Linearverschiebung ein Drehmoment bzw. eine Drehbewegung an seinem Abtriebselement, z.B. einer Welle, erzeugt. Der SMA-Draht erzeugt hierbei nach wie vor eine lineare Kontraktionsbewegung, die jedoch durch hebelartigen Angriff an einer welle in ein Drehmoment umgesetzt wird, welches den Aktuator bzw. die Welle in eine bestimmte Drehrichtung rotiert. Über eine entsprechende Rückstellfeder, welche ein entgegengesetztes Drehmoment an der Welle erzeugt, wird der Drehaktuator in die entgegengesetzte Drehrichtung bewegt, sobald, wie oben beschrieben, die Temperatur des Drahtes absinkt und sich dieser durch die Federkraft wieder dehnen lässt.For example from US 2004/0112049 A1 it is also known, with the help an SMA wire, a pulley and a return spring bidirectional Drehaktuator produce, so instead of a linear force or linear displacement to a torque or a rotational movement its output element, e.g. a wave generated. The SMA wire is generated here still a linear contraction movement, but by lever-like Attack on a shaft is converted into a torque, which rotates the actuator or the shaft in a certain direction of rotation. Over a corresponding return spring, which generates an opposite torque on the shaft is the rotary actuator moves in the opposite direction of rotation, as soon as, As described above, the temperature of the wire sinks and rises this can be stretched again by the spring force.

Bei dem bekannten Drehaktuator auf SMA-Basis kann durch kontinuierliche Verkürzung des SMA-Drahtes eine kontinuierliche Positionierung, d.h. eine beliebige Winkelstellung der Welle erreicht bzw. angefahren werden. Um eine bestimmte Winkelposition des Drehaktuators zu erhalten, muss jedoch dauernd Strom im SMA-Draht zugeführt werden, um die Temperatur zur Strukturverformung in diesem zu erzeugen und eine gewisse Länge des Drahtes bzw. Verkürzung des Drahtes aufrecht zu erhalten. Wird der Strom abgeschaltet, kühlt der Draht aus, und die Rückstell-Federanordnung zieht den Draht wieder in seine ursprüngliche Länge, was zu einer Rückverdrehung der Welle in die Ausgangsposition führt. Die Drehposition der Welle wird also durch das Drehmoment- bzw. Kräftegleichgewicht von SMA- Draht, Rückstellfeder und äußerem Drehmoment bestimmt. Bei einer Unterbrechung der Energiezufuhr, z.B. einem Stromausfall, findet durch die Feder eine eventuell ungewollte Rückstellung des Aktuators statt.at the well-known rotary actuator SMA-based can by continuous Shortening of the SMA wire provides continuous positioning, i. any one Angular position of the shaft is reached or approached. To one However, to obtain certain angular position of the rotary actuator, must constantly supplied with power in the SMA wire be used to generate the temperature for structural deformation in this and a certain length of the wire or shortening to maintain the wire. If the power is turned off, the cools Wire out, and the return spring assembly pulls the wire back to its original length, causing a reverse twist the shaft leads to the starting position. The rotational position of the shaft is thus due to the torque and force equilibrium of SMA wire, return spring and external torque certainly. Upon interruption of the power supply, e.g. one Power failure, finds by the spring a possibly unintentional provision of the actuator instead.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen verbesserten bidirektionalen Drehaktuator auf Basis von Formgedächtnislegierungen anzugeben.task The invention is an improved bidirectional rotary actuator based on shape memory alloys specify.

Die Aufgabe wird gelöst durch einen Drehaktuator mit einem um eine Drehachse drehbar gelagerten Abtriebselement. Der Drehaktuator enthält ein erstes und zweites Zugelement aus Formgedächtnislegierungen. Erstes und zweites Zugelement greifen am Abtriebselement an, d.h. bewirken bei ihrer Kontraktion aufgrund Erwärmung über den SMA-Effekt eine Zugkraft am Abtriebselement. Da das Abtriebselement drehbar gelagert ist, bewirkt jede Zugkraft wiederum ein Drehmoment am Abtriebselement. Erstes und zweites Zugelement sind dabei so mit dem Abtriebselement kraftschlüssig verbunden, dass jedes für sich bei seiner Kontraktion ein Drehmoment am Abtriebselement bezüglich der Drehachse bewirkt, wobei jedoch die von den beiden Zugelementen verursachten Drehmomente hierbei entgegengesetzte Richtung besitzen, wenn sich die Zugelemente jeweils kontrahieren.The Task is solved by a rotary actuator with a rotatably mounted about an axis of rotation Output element. The rotary actuator includes a first and second tension member from shape memory alloys. First and second tension members engage the output member, i. cause contraction due to heating due to the SMA effect on the output element. Since the output element is rotatably mounted, each tensile force in turn causes a torque on the output element. First and second tension element are so with the output element force fit connected to each one for at its contraction torque on the output element with respect to the Rotary axis causes, however, that of the two tension elements caused torques have opposite direction, when the tension elements each contract.

Natürlich können auch mehrere Zugelemente vorgesehen sein, von denen einige das Abtriebselement in die eine und die restlichen dieses in die andere Richtung drehen. Mindestens ist jedoch ein Zugelement für jede der beiden Drehrichtungen erforderlich. Mehrere Zugelemente müssen hierbei nicht an der gleichen Stelle des Abtriebselements angreifen. Das Abtriebselement kann eine Rolle, ein Hebel oder ein sonstiges beliebiges Element sein.Of course you can too be provided a plurality of tension elements, some of which the output element turn in one direction and the other in the other direction. At least, however, is a tension member for each of the two directions of rotation required. Several tension elements do not have to be at the same time Attack the point of the output element. The output element can a roller, a lever or any other element.

Erstes und zweites Zugelement können auch als ein einstückiges SMA-Element, z.B. als SMA-Draht, ausgeführt sein, welches z.B. sowohl jeweils endseitig als auch mittig insgesamt drei elektrische Kontaktierungen aufweist. Im Bereich der mittigen Kontaktierung ist der SMA-Draht dann z.B. um eine Umlenkrolle als Abtriebselement geschlungen und dort auch elektrisch kontaktiert. Beide vom Abtriebselement wegführenden Abschnitte des SMA-Drahtes können dann getrennt voneinander zwischen der Mittenkontaktierung und dem jeweiligen Drahtende bestromt und damit erwärmt und kontrahiert werden. Der einstückige SMA-Draht bildet somit zwei getrennt voneinander ansteuerbare Zugelemente.First and second tension element can also be embodied as a one-piece SMA element, for example as SMA wire, which, for example, has a total of three electrical contacts both at the end and at the center. In the area of mitti Contacting the SMA wire is then wrapped, for example, around a pulley as output element and contacted there also electrically. Both of the output element leading away portions of the SMA wire can then be energized separately between the center contact and the respective end of the wire and thus heated and contracted. The one-piece SMA wire thus forms two separately controllable tension elements.

Wie bereits erwähnt, kann ein Zugelement nur in einer Richtung, nämlich der Kontraktionsrichtung, aktiv eine Kraft erzeugen und somit als Aktuator wirken. Durch die erfindungsgemäße Maßnahme, nämlich im Drehaktuator mindestens zwei Zugelemente vorzusehen, welche bei ihrer Kontraktion entgegengesetzte Drehmomente am Abtriebselement erzeugen, kann jedoch das Abtriebselement in beide Drehrichtungen bezüglich der Drehachse jeweils durch Kontraktion des einen oder anderen Zugelementes bewegt werden. Beide Drehrichtungen des Drehaktuators werden also aktiv durch Drehmoment bzw. Krafterzeugung eines Zugelementes aus SMA hervorgerufen. Ein Rückstellelement z.B. in Form einer Feder, welches das Abtriebselement entgegen der Kraft bzw. der Drehrichtung eines einzigen Zugelementes wieder zurückdreht, ist somit überflüssig. Mit anderen Worten wird die aus dem Stand der Technik bekannte Rückstellfeder durch ein SMA-Element ersetzt.As already mentioned, a tension element can only be in one direction, namely the direction of contraction, actively generate a force and thus act as an actuator. By the inventive measure, namely in Rotary actuator to provide at least two tension elements, which at create opposite torques on the output element of their contraction, However, the output element in both directions with respect to the Each axis of rotation by contraction of one or the other tension element to be moved. Both directions of rotation of the rotary actuator are so active by torque or force generation of a tension element SMA evoked. A reset element e.g. in the form of a spring which counteracts the output element Force or the direction of rotation of a single tension element back, is therefore superfluous. With In other words, the known from the prior art return spring replaced by an SMA element.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich, da bei Nichtbestromung bzw. -erwärmung der Zugelemente keines dieser eine Zugkraft entwickelt. Somit erfahren die Zugelemente auch keine Rückstellkraft wie z.B. durch die Rückstellfeder gemäß Stand der Technik. Sie behalten ihre augenblickliche Länge bei. Das Abtriebselement verbleibt somit in seiner aktuellen Drehstellung ohne sich selbsttätig bzw. durch Federwirkung in eine Ausgangslage zurückzustellen, zumindest solange kein Fremddrehmoment von außen auf den Drehaktuator einwirkt, das die Rückdehnkraft eines Zugelements überwindet. Zum Aufrechterhalten einer aktuellen bzw. einmal erreichten Drehposition muss im Gegensatz zum Stand der Technik das Zugelement also nicht weiter bestromt werden. Der Drehaktuator arbeitet daher auch wesentlich stromsparender.One Another advantage arises because in Nichtbestromung or -warming the Tensile elements none of these developed a traction. Thus, the experienced Tensile elements also no restoring force such as. by the return spring as per stand of the technique. They maintain their current length. The output element thus remains in its current rotational position without itself or reset by spring action in a starting position, at least as long no external torque from outside acting on the rotary actuator, which overcomes the Rückdehnkraft a tension element. To maintain a current or once achieved rotational position does not have to in contrast to the prior art, the tension element so continue to be energized. The rotary actuator therefore also operates much less power.

Außerdem ist es beim erfindungsgemäßen Drehaktuator möglich, durch gleichzeitige Bestromung und damit Krafterzeugung durch beide Zugelemente gleichzeitig zwei entgegengesetzte Drehmomente am Abtriebselement zu erzeugen. Somit entsteht am Abtriebselement ein Haltemoment, welches von außen am Abtriebselement angreifenden Kräften bzw. Drehmomenten entgegenwirkt. Der Drehaktuator setzt also einer äußeren auf ihn einwirkenden Kraft bzw. einem Drehmoment ein Haltemoment entgegen und verbleibt in seiner aktuellen Drehposition. Das Haltemoment ist hierbei deutlich größer als das oben erwähnte Rückstellmoment im unbestromten Zustand.Besides that is it in the rotary actuator according to the invention possible, by simultaneous energization and thus power generation by both Tensile elements simultaneously two opposite torques on the output element to create. This results in a holding torque on the output element, which from the outside counteracts forces or torques acting on the output element. The rotary actuator thus sets an external force acting on it or a torque against a holding torque and remains in his current shooting position. The holding moment is clear greater than the above mentioned Restoring moment in the de-energized state.

Andererseits kann es erwünscht sein, eine gewissen Freigängigkeit des Drehaktuators zu erreichen. Hierzu wird keines der beiden Zugelemente bestromt, weshalb einer Fremdverstellung des Abtriebselements von außen lediglich das Rückstellmoment des dabei zu dehnenden Zugelements entgegengesetzt ist. Ist dieses klein genug, kann das Abtriebselement somit von außen im Rahmen der Dehngrenzen der Zugelemente verstellt werden, wobei der Drehaktuator diesem lediglich eine bekannte Gegenkraft, nämlich die Rückstellkraft des SMA-Elements, entgegensetzt. Somit zeigt der Drehaktuator alleine durch Nichtbestromung der Zugelemente ein Verhalten nach Art einer integrierten Rutschkupplung.on the other hand it may be desired be, a certain freedom of the rotary actuator. For this purpose, neither of the two tension elements energized, which is why an external adjustment of the output element of Outside only the restoring moment of is opposite to stretching tension element. Is this small enough, the output element can thus from the outside within the limits of yield the tension elements are adjusted, the rotary actuator this only a known counterforce, namely the restoring force of the SMA element opposes. Thus, the rotary actuator alone by Nichtbestromung the tension elements a behavior in the manner of an integrated friction clutch.

Zum Erzeugen einer Drehbewegung des Abtriebselements wird also in der Regel nur ein einziges bzw. ein oder mehrere in die gleiche Drehrichtung am Abtriebselement wirkende Zugelemente bestromt. Diese bewirken dann bei Kontraktion die erwünschte Drehbewegung in die erwünschte Richtung. Da die Kontraktion des Zugelementes innerhalb eines Temperaturfensters kontinuierlich stattfindet, kann über die Heiztemperatur die Kontraktion und somit die Drehposition des Abtriebselements bzw. die Größe des von ihm abgegebenen Drehmoments bestimmt werden. Die Heiztemperatur des Zugelements wird hier durch die Menge an Zuführung elektrischer Energie, z.B. die Stromstärke im Zugelement, bestimmt.To the Generating a rotational movement of the output element is thus in the Usually only a single or one or more in the same direction energized on the output element tensile elements. This effect then upon contraction the desired rotational movement in the desired Direction. As the contraction of the tension element within a temperature window can take place continuously, via the heating temperature the Contraction and thus the rotational position of the output element or the size of the be given him determined torque. The heating temperature of the tension element is here by the amount of supply of electrical energy, e.g. the current strength in the tension element, determined.

Sofern die Beheizung der Zugelemente aus SMA-Material durch Stromfluss in deren Innerem erfolgt, sind erstes und zweites Zugelement voneinander elektrisch isoliert. So können sie mit unterschiedlichen Ströme bestromt und damit unterschiedlich aufgeheizt werden, um unterschiedliche Zugkräfte zu erzeugen. Somit sind mehrere Kombinationen von Erwärmung und damit Kontraktion und damit Drehmomentausübung auf das Abtriebselement möglich.Provided the heating of the traction elements made of SMA material by current flow takes place in the interior, are first and second tension element from each other electrically isolated. So can they with different currents energized and thus heated differently to different tensile forces to create. Thus, several combinations of warming and thus contraction and thus torque exerted on the output element possible.

Das jeweils aktive, also beheizte, eine Kontraktionskraft erzeugende Zugelement überwindet hierbei in der Regel, z.B. vom oben erwähnten Haltemoment abgesehen, gleichzeitig die Dehnkraft des anderen nicht bestromten gegenläufigen Zugelements und streckt dieses auf die entsprechend erforderliche Länge, um die entsprechende Drehposition des Abtriebselements einzustellen.The each active, ie heated, generating a force of contraction Tension element overcomes this usually, e.g. from the above Holding moment aside, at the same time the stretching force of the other not energized opposing Tension element and stretches this to the required accordingly Length, to set the corresponding rotational position of the output element.

Da die Zugelemente eine Zugkraft bei ihrer Kontraktion am Abtriebselement erzeugen, greifen vom ersten und zweitem Zugelement zwei Kräfte mit bestimmten Beträgen und Richtungen am Abtriebselement an. Diese beiden Kräfte können eine gemeinsame Richtungskomponente aufweisen, das heißt zwischen sich einen Winkel von kleiner als 180° einschließen.Since the tension elements generate a tensile force on their contraction on the output element, the first and second tension elements engage two forces with specific amounts and directions on the output element. These two forces can have a common directional component, that is between them enclose an angle of less than 180 °.

Somit wirkt auf das Abtriebselement über die beiden Zugelemente sowohl bei deren Kontraktion als auch Dehnung als auch beim Halten eine Kraftkomponente auf das Abtriebselement in Richtung der gemeinsamen Richtungskomponente. Dies eröffnet viele konstruktive Möglichkeiten, z.B. in Verbindung mit einer Federlagerung entgegen der Richtungskomponente usw., wie weiter unten ausführlich beschrieben wird.Consequently acts on the output element the two tension elements both in their contraction and elongation as well as holding a force component on the output member in the direction of the common directional component. This opens many constructive possibilities, e.g. in conjunction with a spring bearing against the directional component etc., as detailed below is described.

Insbesondere können erstes und zweites Zugelement parallel zueinander angeordnet sein. Die am Abtriebselement von den Zugelementen erzeugten Kräfte weisen dann als gemeinsame Richtungskomponente gleiche Richtung auf. Die gemeinsame Richtungskomponente der beiden Kräfte ist sodann auch die einzige Richtungskomponente der Summenkraft. Die parallele Anordnung der Zugelemente erlaubt eine besonders platzsparende Bauweise des Drehaktuators. Kräfte am Abtriebselement senkrecht zur gemeinsamen Kraftrichtung müssen von der Anordnung nicht aufgefangen werden.Especially can first and second tension element to be arranged parallel to each other. The forces generated on the output element of the tension elements have then as a common direction component same direction. The common direction component of the two forces is then also the only one Direction component of the total force. The parallel arrangement of Tensile elements allows a particularly space-saving design of the rotary actuator. personnel on the output element perpendicular to the common direction of force must from the arrangement can not be caught.

Das Abtriebselement kann entgegen der gemeinsamen Richtungskomponente der an ihm erzeugten Kräfte federnd vorgespannt sein. Eine derartige Federlagerung entweder des Abtriebselements oder der Zugelemente bietet zunächst den Vorteil, dass je nach Auslegung der federnden Vorspannung bei Kontraktion des einen Zugelements nicht zwingenderweise das andere Zugelement gedehnt werden muss, sondern z.B. zunächst die federnde Lagerung des Abtriebselements den entsprechenden Längenausgleich im Drehaktuator übernimmt.The Output element can oppose the common direction component the forces generated by it be resiliently biased. Such a spring bearing either of the output element or the tension elements initially offers the Advantage that, depending on the design of the resilient bias on contraction one tensile element not necessarily the other tension element has to be stretched, but e.g. first the springy storage of the output element takes over the corresponding length compensation in the rotary actuator.

Alternativ oder zusätzlich kann, wie erwähnt, über die federnde Vorspannung z.B. das Abtriebselement von einem ortsfesten Bremsblock abgehoben werden, wenn an ihm durch die Zugelemente Kraft erzeugt wird und das Abtriebselement sich gegen seine federnde Vorspannung bewegt. Bei Abkühlung der Zugelemente und somit Nachlassen der von ihnen erzeugten Zugkraft drückt die federnde Vorspannung das Abtriebselement wieder gegen den Bremsblock. Der Drehaktuator kann also einen mit dem Abtriebselement zusammenwirkenden Bremsklotz aufweisen. Hierbei kann auch der Bremsklotz gegen das Abtriebselement angefahren werden. Durch den mit dem Abtriebselement zusammenwirkenden Bremsklotz kann z.B. eine Feststellbremse bzw. Art Rutschkupplung am Abtriebselement realisiert werden, welches dieses entweder fest oder bis zur Überschreitung einer gewissen Fremdkraft, die von außen am Abtriebselement einwirkt, in einer Drehstellung fixiert.alternative or additionally can, as mentioned above the resilient bias e.g. the output element of a stationary Brake block are lifted when generated by the tension elements on it is and the output element against its resilient bias emotional. When cooling the Tension elements and thus lessening of the tensile force generated by them presses the resilient bias the output element again against the brake block. The rotary actuator can therefore cooperate with the output element Have brake pad. This can also be the brake pad against the output element be approached. By cooperating with the output element Brake pad may e.g. a parking brake or type slip clutch be realized on the output element, which this either fixed or until overrun a certain external force, which acts on the output element from the outside, fixed in a rotational position.

Neben der Möglichkeit, Bremsklotz oder Abtriebselement z.B. durch die oben genannte Federanordnung oder Motorantrieb aneinander anzufahren oder voneinander abzuheben, kann der Drehaktuator ein auf den Bremsklotz und/oder das Abtriebselement wirkendes drittes Zugelement enthalten. Der gesamte Dre haktuator weist somit lediglich Zugelemente zur Erzeugung von Kräften auf und benötigt für das Anfahren des Bremsklotzes relativ zum Abtriebselement keine andere Alternative zur Krafterzeugung. Natürlich ist es im Regelfall erwünscht, den Bremsklotz zu lösen, bevor eine Verstellung des Aktuators angestrebt wird.Next The possibility, Brake pad or driven element e.g. by the above spring arrangement or motor drive to approach each other or stand out from each other, can the rotary actuator on the brake pad and / or the output element contain acting third tension element. The entire Dre haktuator thus has only tension elements for generating forces and needed for starting up the brake pad relative to the output element no other alternative for power generation. Naturally it is usually desirable to release the brake pad, before an adjustment of the actuator is sought.

Der Drehaktuator kann ein Gehäuse aufweisen, wobei die Drehachse fest am Gehäuse gelagert ist. Wie erwähnt, ist dies sinnvoll für einen z.B. verfahrbaren Bremsklotz oder dasjenige Bauprinzip des Drehaktuators, bei welchem eine Kontraktion des einen Zugelements zwingend die Dehnung eines anderen Zugelementes erfordert.Of the Rotary actuator can be a housing have, wherein the axis of rotation is fixedly mounted on the housing. As mentioned, is this makes sense for you a e.g. moveable brake pad or the construction principle of the rotary actuator, in which a contraction of a tension element compelling the Elongation of another tension element requires.

Alternativ hierzu kann die Drehachse in einer zu ihrer Axialrichtung senkrechten Richtung beweglich im Gehäuse gelagert sei. Diese Variante wurde bereits im Zusammenhang mit dem gehäusefesten Bremsblock erwähnt, von welchem z.B. das Abtriebselement bei Kontraktion eines der Zugelemente abgehoben wird. Auch ist diese Konstruktionsvariante z.B. für das federnd gelagerte Abtriebselement sinnvoll.alternative For this purpose, the axis of rotation in a direction perpendicular to its axial direction Direction movable in the housing stored. This variant has already been linked to the housing-fixed brake block mentioned, of which e.g. the output element upon contraction of one of the tension elements is lifted. Also this design variant is e.g. for the springy mounted output element makes sense.

Aus der Kombination von bereits erläuterten Maßnahmen entsteht so ein Drehaktuator mit parallel zueinander verlaufendem erstem und zweitem Zugelement, die also jeweils am Abtriebselement Kräfte in gleicher Richtung erzeugen. Parallel zu den Zugelementen und damit zur gemeinsamen Richtungskomponente der von ihnen erzeugten Kräfte im Gehäuse verschiebbar ist das Abtriebselement gelagert und mit einer sich am Abtriebselement und dem Gehäuse abstützenden Federelement gegen die Zugkraft der Zugelemente und gegen einen gehäusefesten Bremsblock federnd vorgespannt. Das Abtriebselement liegt also in Ruhestel lung am Bremsblock an, der ein Haltemoment sicherstellt. Bei Zug eines oder beider Zugelemente federt das Federelement ein und hebt das Abtriebselement vom Bremsblock, so dass es gedreht werden kann. Bei Nachlassen der Zugkraft fährt das Abtriebselement aufgrund der Federkraft wieder an den Bremsblock an.Out the combination of measures already explained This creates a rotary actuator with running parallel to each other first and second tension element, that is, in each case on the output element personnel generate in the same direction. Parallel to the tension elements and thus to the common directional component of the generated by them personnel slidable in the housing the output element is mounted and with a on the output element and the housing supporting Spring element against the tensile force of the tension elements and against a housing-fixed brake block resiliently biased. The output element is thus in retirement Stel development on the brake block, which ensures a holding torque. At train one or both tension elements springs the spring element and lifts the Output element from the brake block, so that it can be rotated. When the tensile force decreases the output element due to the spring force back to the brake block at.

Der Drehaktuator kann einen den Drehwinkelbereich des Abtriebselements begrenzenden Anschlag aufweisen. Die Zugelemente werden hierbei bei Einwirkung einer Fremdkraft bzw. Fremddrehmoment auf das Abtriebselement vor Überdehnung geschützt.Of the Rotary actuator can a the rotation angle range of the output element have limiting stop. The tension elements are included here Exposure of an external force or external torque on the output element overstretching protected.

Für eine weitere Beschreibung der Erfindung wird auf die Ausführungsbeispiele der Zeichnungen verwiesen. Es zeigen, jeweils in einer schematischen Prinzipskizze:For a further description of the invention reference is made to the embodiments of the drawings. It show, each in a schematic Schematic diagram:

1 einen Drehaktuator mit einem drehbar gelagerten Stellelement und zwei SMA-Drähten in perspektivischer Darstellung, 1 a rotary actuator with a rotatably mounted adjusting element and two SMA wires in a perspective view,

2 eine alternative Ausführungsform eines drehbar und verschiebbar gelagerten Drehaktuators mit gehäusefestem Bremsblock in drei verschiedenen Betriebspositionen a), b) und c) im Querschnitt, 2 an alternative embodiment of a rotatably and slidably mounted rotary actuator with housing-fixed brake block in three different operating positions a), b) and c) in cross section,

3 einen Drehaktuator gemäß 1 mit einem durch ein drittes SMA-Element vom Stellelement abhebbaren Bremsblock in perspektivischer Darstellung. 3 a rotary actuator according to 1 with a liftable by a third SMA element from the actuator brake block in perspective view.

1 zeigt einen Drehaktuator 1 mit einem Stellelement 2 und zwei SMA-Elementen 6a und 6b als Zugelementen. Das Stellelement 2 ist an einem Gehäuse 12, umfassend ein Oberteil 13a und ein Unterteil 13b, um eine Achse 4 drehbar gelagert. Eine axial aus dem Stellelement 2 ragende Abtriebsachse 5 dient zum Abtrieb des vom Stellelement 2 relativ zum Gehäuse 12 erzeugten Drehmoments. Hierzu ragt die Abtriebsachse im zusammengebauten Zustand des Drehaktuators 1 aus dem Oberteil 13a durch die Öffnung 15 heraus. Gleichzeitig dient die Öffnung 15 als Axialführung bzw. Drehlagerung des Abtriebselements 2. Axial gegen das Oberteil 13a gehalten wird das Abtriebselement 2 dabei von der Lagerfläche 102 im Unterteil 13b. 1 shows a rotary actuator 1 with an actuator 2 and two SMA elements 6a and 6b as tension elements. The actuator 2 is on a housing 12 comprising an upper part 13a and a lower part 13b to an axis 4 rotatably mounted. An axial from the actuator 2 projecting output shaft 5 serves for the output of the actuator 2 relative to the housing 12 generated torque. For this purpose, the output shaft protrudes in the assembled state of the rotary actuator 1 from the top 13a through the opening 15 out. At the same time the opening serves 15 as axial guidance or pivotal mounting of the output element 2 , Axially against the shell 13a the output element is held 2 doing so from the storage area 102 in the lower part 13b ,

Die SMA-Elemente 6a und 6b sind Drähte aus einer Formgedächtnislegierung und verlaufen parallel zueinander. Die beiden jeweiligen Drahtenden 7a und 7b jedes SMA-Elements 6a, b sind jeweils über auch zur elektrischen Stromzuführung dienende Halterungen 10a, b am Gehäuse 12 befestigt. Hierzu sind die Halterungen 10a, b in Öffnungen 3a, b des Gehäuses 12 aufgenommen. Die Stromzuführung zum Bestromen der SMA-Elemente 6a, b ist symbolisch für das SMA-Element 6a durch den Stromkreis 100 dargestellt.The SMA elements 6a and 6b are wires made of a shape memory alloy and run parallel to each other. The two respective wire ends 7a and 7b every SMA element 6a , b are each about also for electrical power supply mounts 10a , b on the case 12 attached. These are the brackets 10a , b in openings 3a , b of the housing 12 added. The power supply for energizing the SMA elements 6a , b is symbolic of the SMA element 6a through the circuit 100 shown.

Etwa in der Mitte zwischen seinen Enden 7a und 7b ist jedes SMA-Element 6a, b, das hier durch einen Draht gebildet ist, in Form einer Schlinge 9 in einer geeigneten Öse 11 des Stellelements 2 gehalten.About halfway between its ends 7a and 7b is every SMA element 6a , b, which is formed here by a wire, in the form of a loop 9 in a suitable eyelet 11 of the actuating element 2 held.

Die beiden SMA-Elemente 6a, b sind voneinander elektrisch isoliert und somit getrennt mit elektrischem Strom vom jeweils einen Ende 7a zum anderen Ende 7b durchströmbar und somit getrennt erwärmbar bzw. abkühlbar.The two SMA elements 6a , b are electrically isolated from each other and thus separated with electrical current from one end 7a to the other end 7b permeable and thus separately heated or cooled.

Bei Bestromung erhitzen sich die SMA-Elemente 6a bzw. 6b und verkürzen sich. Die Schlinge 9 des jeweiligen SMA-Elements 6a,b bewegt sich dadurch auf die gehäusefesten Halterungen 10a bzw. 10b zu. Das Stellelement 2 erfährt dadurch über die Öse 11 eine Kraft in Richtung des Pfeils 8a bzw. 8b und dreht sich daraufhin wegen der Axiallagerung um die Achse 4 in Richtung der Pfeile 14a bzw. 14b.When energized, the SMA elements heat up 6a respectively. 6b and shorten. The loop 9 of the respective SMA element 6a , b moves thereby on the housing-fixed mounts 10a respectively. 10b to. The actuator 2 learns through the eyelet 11 a force in the direction of the arrow 8a respectively. 8b and then turns around the axle because of the axial bearing 4 in the direction of the arrows 14a respectively. 14b ,

Hinsichtlich ihrer Kontraktionswirkung sind die SMA-Elemente 6a,b bezüglich des Stellelements 2 gegensätzlich angeordnet. Beide SMA-Elemente 6a, b bewirken also eine entgegengesetzte Drehung des Stellelements 2 um die Achse 4 bei Kontraktion. Dies ist erreicht durch die bezüglich der Achse 4 diametral gegenüberliegenden Ösen 11. Eine Kontraktion des SMA-Elements 6a in Richtung des Pfeils 8a verkürzt dieses. Die entsprechende Schlinge 9 zieht in gleicher Richtung an der Öse 11 des Stellelements 2 und bewirkt damit dessen Drehung in Richtung des Pfeils 14a. Das SMA-Element 6b wird gleichzeitig entgegen der Richtung des Pfeils 8b gegen seine Eigen- bzw. Rückstellkraft wieder gedehnt. Somit kann durch wechselweise Erwärmung der beiden SMA-Elemente 6a, b das Stellelement 2 in beide Drehrichtungen 14a, b bewegt werden.Regarding their contraction effect are the SMA elements 6a , b with respect to the actuating element 2 arranged in opposite directions. Both SMA elements 6a , b thus cause an opposite rotation of the actuating element 2 around the axis 4 in contraction. This is achieved by the respect to the axis 4 diametrically opposed eyelets 11 , A contraction of the SMA element 6a in the direction of the arrow 8a shortens this. The corresponding sling 9 pulls in the same direction at the eyelet 11 of the actuating element 2 and thus causes its rotation in the direction of the arrow 14a , The SMA element 6b is simultaneously opposite to the direction of the arrow 8b stretched again against his own or restoring force. Thus, by alternately heating the two SMA elements 6a , b the actuator 2 in both directions 14a , b are moved.

In der Regel wird, um eine Drehbewegung bzw. ein Drehmoment im Stellelement 2 zu erzeugen, nur ein SMA-Element 6a oder 6b bestromt. Die Kontraktion des SMA-Elements 6a, b findet hierbei z.B. kontinuierlich innerhalb eines Temperaturfensters statt. Somit kann über die Heiztemperatur der Grad dessen Kontraktion und somit die Position bzw. Drehstellung des Stellelements 2 bzw. die Größe des vom Stellelement 2 abgebbaren Drehmoments bestimmt werden. Die Heiztemperatur wiederum wird durch die Zuführung elektrischer Energie im bzw. zum SMA-Element 6a, b bestimmt.In general, to a rotational movement or torque in the actuator 2 to generate only one SMA element 6a or 6b energized. The contraction of the SMA element 6a , b takes place here, for example, continuously within a temperature window. Thus, on the heating temperature of the degree of its contraction and thus the position or rotational position of the actuating element 2 or the size of the actuator 2 can be determined output torque. The heating temperature in turn is due to the supply of electrical energy in or to the SMA element 6a , b determined.

Sowohl der verstellbare Winkelbereich des Stellelements 2 als auch das von ihm abgebbaren Drehmoment sind von der mechani schen Ausführung des Stellelements 2 bzw. der Hebelanordnung aus Stellelement 2 und SMA-Element 6a, b abhängig. Hier sind verschiedenste Geometrien, Drahtlängen, Übersetzungen etc. denkbar, um je nach benötigtem Stellwinkel entsprechende, auf eine bestimmte Anwendung optimierte Drehmomente an der Abtriebsachse 5 des Drehaktuators 1 bereit zu stellen.Both the adjustable angle range of the actuating element 2 as well as the torque which can be delivered by it are of the mechanical design of the actuating element 2 or the lever arrangement of adjusting element 2 and SMA element 6a , b dependent. Here are a variety of geometries, wire lengths, translations, etc. conceivable, depending on the required adjustment angle corresponding to a particular application optimized torques on the output shaft 5 of the rotary actuator 1 to provide.

Ist eine Positionserfassung, z.B. des momentanen Drehwinkels des Stellelements 2 erwünscht, so kann dies auf verschiedene Arten bewerkstelligt werden:
Erstens kann die Tatsache ausgenutzt werden, dass die Änderung der Länge des SMA-Elements 6a, b auf dessen absoluten elektrischen Widerstand wirkt. Durch Messung z.B. des Widerstands des SMA-Elements 6a zwischen den Stromzuführungen bzw. Halterungen 10a bzw. im Stromkreis 100 kann so dessen aktuelle Länge ermittelt und somit die Dreh- bzw. Aktuatorstellung des Stellelements 2 ermittelt werden, da ja die Geometrieverhältnisse im Drehaktuator 1 bekannt sind.Is a position detection, for example, the current angle of rotation of the control element 2 desired, this can be done in various ways:
First, the fact can be exploited that changing the length of the SMA element 6a , b acts on the absolute electrical resistance. By measuring eg the resistance of the SMA element 6a between the power supply lines or holders 10a or in the circuit 100 can be like that current length determined and thus the rotational or actuator position of the actuating element 2 be determined, since the geometry ratios in the rotary actuator 1 are known.

Zweitens kann eine direkte Winkelmessung am Stellelement 2 erfolgen. In Anlehnung an ein Potentiometer kann z.B. eine nicht dargestellte Widerstandbahn auf das als Umlenkrolle geformte Stellelement 2 aufgebracht werden, wobei die Widerstandsbahn mit Hilfe eines nicht dargestellten ortsfest am Gehäuse 12 ruhenden Schleifers kontaktiert wird. Der über den Schleifer gemessene Widerstand ist somit z.B. proportional zur Winkelposition des Stellelements 2.Second, a direct angle measurement on the actuator 2 respectively. Based on a potentiometer, for example, a resistance path, not shown, on the control element formed as a deflection roller 2 be applied, wherein the resistance path by means of a stationary, not shown on the housing 12 dormant grinder is contacted. The resistance measured via the slider is thus, for example, proportional to the angular position of the actuating element 2 ,

Drittens kann z.B. durch Magnetisierung des Stellelements 2, oder durch Integration eines nicht dargestellten Magneten in diesem, und eine nicht dargestellte Hall-Sensorik eine berührungslose Positionsmessung erfolgen.Third, for example, by magnetization of the actuator 2 , Or by integrating a magnet, not shown, in this, and a Hall sensor, not shown, carried out a non-contact position measurement.

Weiterhin lassen sich im erfindungsgemäßen Drehaktuator Fremdkräfte ermitteln, d.h. z.B. Kräfte, die auf das Stellelement 2 von außen, also über die Abtriebsachse 5 einwirken. Tritt nämlich am SMA-Element 6a z.B. eine Zugbelastung auf, so ändert sich dessen elektrischer Widerstand. Diese Widerstandsänderung kann wieder über die Anschlussklemmen 10a detektiert werden. Anwendung findet eine derartige Messung z.B. bei der Erkennung einer Blockade des Stellelements 2 oder eines Schutzes des gesamten Drehaktuators 1 vor Überlastung.Furthermore, foreign forces can be determined in the rotary actuator according to the invention, ie for example forces acting on the actuating element 2 from the outside, ie via the output shaft 5 act. Occurs at the SMA element 6a For example, a tensile load, so its electrical resistance changes. This resistance change can again via the terminals 10a be detected. Application finds such a measurement, for example, in the detection of a blockage of the actuating element 2 or a protection of the entire rotary actuator 1 in front of overload.

Um in einer bestimmten Drehstellung des Stellelements 2 ein Haltemoment zu erzeugen, gibt es ebenfalls mehrere Möglichkeiten:
Erstens können beide SMA-Elemente 6a,b gleichzeitig bestromt werden, wodurch beide gleichzeitig zueinander entgegengesetzte Drehmomente am Stellelement 2 bewirken. Aus dem Kräftegleichgewicht in einer bestimmten Drehposition resultiert so ein Haltemoment für das Stellelement 2 gegen eine äußere Kraft bzw. ein äußeres Drehmoment.To be in a certain rotational position of the actuating element 2 To create a holding torque, there are also several possibilities:
First, both SMA elements 6a , b are energized simultaneously, whereby both simultaneously mutually opposite torques on the actuator 2 cause. From the equilibrium of forces in a certain rotational position so results in a holding torque for the actuator 2 against an external force or an external torque.

Zweitens kann gemäß 2 eine Arretierung bzw. Rutschkupplung durch einen an das Stellelement 2 angefahrenen Bremsblock 16 erreicht werden. In 2 ruht der Bremsblock 16 ortsfest, ist also am Gehäuse 12 befestigt. Das Stellelement 2 ist jedoch auf diesen zu und von diesem weg in Richtung des Pfeils 18 beweglich gelagert. Hierzu ist die Drehachse 4 relativ zum Gehäuse 12 beweglich in und entgegen der Richtung des Pfeils 18 gelagert. Das Stellelement 2 ist dabei auf den Bremsblock 16 hin, also in Richtung des Pfeils 18, durch eine sich am Gehäuse 12 bzw. dessen Steg 17 und dem Stellelement 2 abstützende Feder 19 vorgespannt. Die SMA-Elemente 6a, b erzeugen wie in 1 lineare Kräfte in Richtung der Pfeile 8a, b. So bewegen sie unter Komprimierung der Feder 19 bei Bedarf das Stellelement 2 vom Bremsblock 16 weg.Second, according to 2 a lock or slip clutch by a to the actuator 2 started brake block 16 be achieved. In 2 the brake block is resting 16 stationary, so is the case 12 attached. The actuator 2 however, it is towards and away from it in the direction of the arrow 18 movably mounted. For this purpose, the axis of rotation 4 relative to the housing 12 movable in and against the direction of the arrow 18 stored. The actuator 2 is on the brake block 16 in the direction of the arrow 18 , through one on the housing 12 or its bridge 17 and the actuator 2 supporting spring 19 biased. The SMA elements 6a , b generate as in 1 linear forces in the direction of the arrows 8a , b. So they move under compression of the spring 19 if necessary, the actuator 2 from the brake block 16 path.

2a zeigt den Drehaktuator 1 in Ruhe, das heißt ohne Zugbelastung durch die SMA-Elemente 6a, b. Die Feder 19 überwindet die Rückstellkräfte der SMA-Elemente 6a, b und dehnt diese auf die erforderliche Länge, um das Stellelement 2 in Richtung des Pfeils 18 gegen den Bremsblock 16 zu drücken. In 2b bzw. 2c sind jeweils das SMA-Element 6a bzw. 6b bestromt und damit in Richtung der Pfeile 8a bzw. 8b kontrahiert. So wird eine Links- bzw. Rechtsdrehung des Stellelements 2 in Richtung der Pfeile 14a bzw. 14b erreicht. Der Längenausgleich für die Kontraktion erfolgt hierbei durch Verschiebung der Achse 4 entgegen der Richtung des Pfeils 18. Gleichzeitig hebt damit das Stellelement 2 vom Bremsblock 16 ab und wird damit freigängig. 2a shows the rotary actuator 1 at rest, that is, without tensile stress from the SMA elements 6a , b. The feather 19 overcomes the restoring forces of the SMA elements 6a , b and stretches it to the required length to the actuator 2 in the direction of the arrow 18 against the brake block 16 to press. In 2 B respectively. 2c are each the SMA element 6a respectively. 6b energized and thus in the direction of the arrows 8a respectively. 8b contracted. Thus, a left or right rotation of the actuator 2 in the direction of the arrows 14a respectively. 14b reached. The length compensation for the contraction takes place here by shifting the axis 4 against the direction of the arrow 18 , At the same time it raises the actuator 2 from the brake block 16 and becomes free.

Das Abheben vom Bremsblock 16 wird in 2 durch das Zusammenspiel der beiden SMA-Elemente 6a, b und der Feder 19 bewirkt. In 3 hingegen wird hierzu ein drittes SMA-Element 20 benutzt, welches wieder durch eine entsprechende Stromzuführung und Halterung 21 am Gehäuse 12 endseitig befestigt ist. Wie bei den SMA-Elementen 6a, b durchsetzt eine Schlinge 23 auf etwa halber Länge des SMA-Elements 20 einen Schlitten 22. Der Schlitten 22 ist über gehäusefeste Führungszapfen 104a–c am Unterteil 13b des Gehäuses 12 so in entsprechenden Ausnehmungen 106a, b geführt, dass er sich nur in oder entgegen der Richtung des Pfeils 24 bewegen kann.Lifting off the brake block 16 is in 2 through the interaction of the two SMA elements 6a , b and the spring 19 causes. In 3 however, this is a third SMA element 20 used, which again by an appropriate power supply and bracket 21 on the housing 12 attached at the end. As with the SMA elements 6a , b passes through a noose 23 at about half the length of the SMA element 20 a sled 22 , The sled 22 is about housing-fixed guide pin 104a -C on the lower part 13b of the housing 12 so in corresponding recesses 106a , b that he is only in or against the direction of the arrow 24 can move.

In 3 ist der Schlitten 22 als Bremsblock an das Stellelement 2 unter Federlast angefahren. Eine Feder 25 stützt sich hierzu an einem gehäusefesten Steg 17 und in der Ausnehmung 106a des Schlittens 22 und damit an diesem ab. Der Schlitten 22 ist in Richtung des Pfeils 24 relativ zum Gehäuse 12 verfahrbar und damit vom Stellelement 2 gegen die Kraft der Feder 25 abhebbar.In 3 is the sled 22 as a brake block to the actuator 2 approached under spring load. A feather 25 supports this purpose on a housing-fixed web 17 and in the recess 106a of the sled 22 and thus on this. The sled 22 is in the direction of the arrow 24 relative to the housing 12 moved and thus by the actuator 2 against the force of the spring 25 lifted.

Durch Bestromung des SMA-Elements 20 wird dieses verkürzt, die Schlinge 23 zieht in Richtung des Pfeils 24 am Schlitten 22, der daher in Richtung des Pfeils 24 verfährt. Die Achse 4 des Stellelements 2 ist entsprechend 1 im Oberteil 13a gelagert, das in 3 nicht dargestellt ist, daher hebt der Schlitten 22 vom Stellelement 2 ab. Vor einer Drehbewegung des Stellelements 2 durch die beiden SMA-Elemente 6a, b ist also das dritte SMA-Element 20 derart anzusteuern, dass der Bremsblock in Form des Schlittens 22 gelöst wird, indem der Schlitten 22 in Richtung des Pfeils 24 vom Stellelement 2 weggefahren wird.By energizing the SMA element 20 this is shortened, the noose 23 pulls in the direction of the arrow 24 on the sledge 22 which therefore points in the direction of the arrow 24 moves. The axis 4 of the actuating element 2 is appropriate 1 in the upper part 13a stored in 3 not shown, therefore lifts the carriage 22 from the actuator 2 from. Before a rotary movement of the actuating element 2 through the two SMA elements 6a , b is the third SMA element 20 to control such that the brake block in the form of the carriage 22 is solved by the carriage 22 in the direction of the arrow 24 from the actuator 2 is driven away.

Dies kann alternativ in nicht dargestellter Weise auch bewirkt werden, wenn der SMA-Draht 20 elektrisch mit dem elektrisch leitenden Schlitten 22 verbunden ist und auch das Stellelement 2 elektrisch leitend ist. Wir dann ein elektrischer Strom vom Stellelement 2 über den Schlitten 22 zum SMA-Element 20 und über die Halterung 21 geführt, wird dieses nur dann bestromt, wenn der Schlitten 22 Kontakt zum Stellelement 2 hat. Bei Bestromung stellt sich so ein Gleichgewichtszustand ein, der den Schlitten 22 gerade derart vom Stellelement abhebt, dass dieses verdreht werden kann. Stellelement 2 und Schlitten 22 wirken also so nach Art eines automatischen elektrischen Schalters zusammen.This may alternatively be effected in a manner not shown when the SMA wire 20 electrically with the electrically conductive carriage 22 is connected and also the actuator 2 is electrically conductive. We then get an electric current from the actuator 2 over the sledge 22 to the SMA element 20 and over the bracket 21 guided, this is energized only when the slide 22 Contact to the actuator 2 Has. When energized, this establishes a state of equilibrium, the carriage 22 just so lifts off the actuator that this can be rotated. actuator 2 and sledges 22 So they work together in the manner of an automatic electric switch.

Eine Dimensionierung der SMA-Drähte 22 und 6a, b kann überdies ein automatisches Abheben des Schlittens 22 bewirken, bevor die SMA-Drähte 6a, b ihre Zugkraft entwickeln. Hierzu kann der SMA-Draht 20 mit kleinerem Durchmesser als die SMA-Drähte 6a, b ausgeführt werden. Werden beide Elemente dann vom gleichen Strom, z.B. in Reihenschaltung, durchströmt, erwärmt sich der SMA-Draht 20 schneller und verkürzt sich damit frühe als die SMA-Elemente 6a, b.A dimensioning of the SMA wires 22 and 6a , b can also be an automatic lifting of the carriage 22 effect before the SMA wires 6a , b develop their traction. For this, the SMA wire 20 smaller diameter than the SMA wires 6a , b are executed. If both elements then flow through the same current, eg in series, the SMA wire heats up 20 faster and thus shortens earlier than the SMA elements 6a , b.

Im Gegensatz zur Ausführungsform nach 2 kann also der Drehaktuator 1 gemäß 3 im Ruhezustand, d.h. ohne Bestromung der SMA-Elemente 6a, b durch Einwirkung eines Fremddrehmoments von außen auf das Stellelement 2 bzw. dessen Abtriebsachse 5 innerhalb seines Arbeitsbereiches, d.h. des reversiblen Dehnbereiches der SMA-Elemente 6a, b fremdverstellt werden. Hierzu ist lediglich die Bremsanordnung, also der Schlitten 22, vom Stellelement 2 abzuheben.In contrast to the embodiment according to 2 So can the rotary actuator 1 according to 3 at rest, ie without power to the SMA elements 6a , b by the action of a foreign torque from the outside on the actuator 2 or its output axis 5 within its working range, ie the reversible stretching range of the SMA elements 6a , b are foreign-adjusted. For this purpose, only the brake assembly, so the carriage 22 , from the actuator 2 withdraw.

Eine derartige Fremdverstellung hat keinen Einfluss auf die Verstellung des Aktuators 1 hinsichtlich seiner elektrischen Ansteuerung. Durch entsprechendes Anlegen definierter Ströme in den SMA-Elementen 6a, b wird die beabsichtigte Drehposition des Stellelements 2 wieder eingenommen.Such a foreign adjustment has no influence on the adjustment of the actuator 1 in terms of its electrical control. By appropriate application of defined currents in the SMA elements 6a , b becomes the intended rotational position of the actuator 2 taken again.

3 zeigt zusätzlich einen am Gehäuse 12 bzw. Unterteil 13b befestigten bzw. angeformten Anschlagblock 26, der den Drehwinkelbereich des Stellelements 2 um die Achse 4 mechanisch begrenzt. Die Begrenzung wird erreicht durch ein wechselweises Anfahren der Anschlagschultern 28a, b des Stellelements 2 gegen die Stirnseiten 30a, b des Anschlagblocks 26 bei Drehung des Stellelements 2. Die Anschlagschultern 28a, b sind durch eine radial einwärtige Aussparung 108 an der Umfangsfläche 110 des Stellelements 2 gebildet. Die Begrenzung des Drehwinkelbereiches schützt unter anderem die SMA-Elemente 6a, b vor Überdehnung bei Einwirken einer äußeren Kraft bzw. eines Drehmoments auf das Stellelement 2. 3 also shows one on the housing 12 or lower part 13b attached or molded stop block 26 , the angle of rotation of the actuator 2 around the axis 4 mechanically limited. The limitation is achieved by an alternate approach of the stop shoulders 28a , b of the actuating element 2 against the front sides 30a , b of the stop block 26 upon rotation of the actuating element 2 , The stop shoulders 28a , B are through a radially inward recess 108 on the peripheral surface 110 of the actuating element 2 educated. Limiting the rotation angle range protects, among other things, the SMA elements 6a , b against overstretching when an external force or a torque acts on the actuating element 2 ,

Claims

Rotary actuator ( 1 ) with one about a rotation axis ( 4 ) rotatably mounted output element ( 2 ) and with at least a first ( 6a ) and second ( 6b ) on the output element ( 2 ) attacking tensile element of shape memory alloys, wherein the from the first ( 6a ) and second ( 6b ) Tension element on the output element ( 2 ) in its contraction ( 8a , b) generated torques opposite directions of rotation ( 14a , b) with respect to the axis of rotation ( 4 ) exhibit.

Rotary actuator ( 1 ) according to claim 1, wherein the directions ( 8a , b) that of the first ( 6a ) and second ( 6b ) Tensile element in the contraction forces generated on the output element have a common directional component.

Rotary actuator ( 1 ) according to claim 2, wherein the first ( 6a ) and second ( 6b ) Tension element are arranged parallel to each other, and the forces generated same direction ( 8a , b).

Rotary actuator ( 1 ) according to claim 2 or 3, wherein the output element ( 2 ) against the common directional component ( 18 ) of the forces generated on it is resiliently biased.

Rotary actuator ( 1 ) according to one of the preceding claims, with one with the output element ( 2 ) cooperating brake pad ( 16 . 22 ).

Rotary actuator according to claim 5, with one on the brake pad ( 16 . 22 ) and / or the output element ( 2 ) acting third tension element ( 20 ).

Rotary actuator ( 1 ) according to one of the preceding claims, with a housing ( 12 ), wherein the axis of rotation ( 4 ) firmly on the housing ( 12 ) is stored.

Rotary actuator ( 1 ) according to one of claims 1 to 6, with a housing ( 12 ), wherein the axis of rotation ( 4 ) in a direction to its axial direction ( 4 ) vertical direction ( 18 ) movable in the housing ( 12 ) is stored.

Rotary actuator ( 1 ) according to claim 8, with mutually parallel first ( 6a ) and second ( 6b ) Pulling element, with parallel to the tension elements in the housing ( 12 ) movable ( 18 ) stored output element ( 2 ), with a on the output element ( 2 ) and the housing ( 12 ), the output element ( 2 ) against the tensile force ( 8a , b) the tension elements ( 6a , b) and against a housing-fixed brake block ( 16 ) biasing spring element ( 19 ).

Rotary actuator ( 1 ) according to one of the preceding claims, with a rotation angle range of the output element ( 2 ) limiting beat ( 26 ).