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Die
Erfindung bezieht sich auf ein thermomechanisches Stellelement,
umfassend einen länglichen
Körper,
insbesondere einen Metallkörper.
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Bei
Werkzeugmaschinen, insbesondere mit mehreren Schlitten und Spindeln,
tritt das Problem auf, daß die
Werkzeugpositionen, insbesondere in der Geometrie zueinander, aufgrund
mechanischer und thermischer Einflüsse sich verändern können. Dies
ist bei einer hochgenauen Werkstückbearbeitung
sehr nachteilhaft und führt
gegebenenfalls zu entsprechenden Bearbeitungsfehlern, unter Umständen zu
Ausschuß.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein thermomechanisches Stellelement
der eingangs genannten Art zu schaffen, das universell, insbesondere
in der Umgebung von Werkzeugmaschinen, einsetzbar ist.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe dadurch gelöst,
daß das
Stellelement mindestens eine Heizvorrichtung aufweist.
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Eine
Heizvorrichtung hat den Vorteil, daß aufgrund einer einstellbaren
thermischen Erwärmung die
physikalischen Eigenschaften eines Werkstoffs in mechanischer Hinsicht
ausgenutzt werden können, da
der Körper
sich aufgrund der Erwärmung
gemäß einem
werkstoffspezifischen Längenausdehnungskoeffizienten
in seinen Maßen
verändert.
Bei der Längenveränderung
entwickeln sich sehr hohe Kräfte.
Das Stellelement kann absolut spielfrei eingebaut sein, es ist verschleißfrei und
weist eine sehr hohe Steifigkeit sowie insbesondere eine hohe Stellgenauigkeit
auf. Bezüglich
der hohen Kräfte
ist das Stellelement sehr einfach aufgebaut und damit sehr kostengünstig. Es
können
Wegänderungen
im Bereich von circa 0,5 mm abhängig
von der Länge
des Stellelementes und vom Material sowie der erzeugten Differenztemperatur
beziehungsweise Temperaturerhöhung
gegenüber
dem Ausgangszustand erreicht werden.
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Ein
derartiges Stellelement ist nicht nur zur Abstandsfeineinstellung
bei Werkzeugmaschinen, insbesondere für die Spindelabstandseinstellung
einsetzbar, sondern kann auch bei Maschinen ganz allgemein für jede Art
der Feineinstellung im oben genannten Hubbereich eingesetzt werden.
Es können zum
Beispiel Lageabweichungen, die aufgrund thermischer Erwärmung auftreten,
korrigiert werden, etwa weil aufgrund des Betriebs der Maschine
sich die Temperatur verändert
hat oder weil sich die Umgebungstemperatur aus saisonalen oder geographischen
sowie temporären
Gründen ändert. Zum
Beispiel ist in tropischen Ländern
die Umgebungstemperatur höher
als in nördlichen
Ländern,
eventuell ist mit hohen Temperaturunterschieden zwischen Tag und Nacht
zu rechnen. Auch kann gegebenenfalls eine Ständerneigung korrigiert werden
oder Geradheitsfehler können
aktiv korrigiert werden.
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Zudem
eignet sich das thermomechanische Stellelement auch als Spreizelement
oder als Krafterzeuger für
Bruchversuche, um beispielsweise somit sehr hohe Kräfte relativ
einfach zu erzeugen, ohne eine aufwendige Hydraulik einsetzen zu
müssen.
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Bevorzugt
ist die Heizvorrichtung ein elektrisches Heizelement. Dadurch läßt sich
eine definierte erwärmte
Differenztemperatur am Körper
erzielen.
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Das
Stellelement weist eine definierbare Länge, abhängig von der Erwärmung des
Körpers, auf.
Der Körper
weist eine definierbare Kraft an seinen Außenflächen, abhängig von einer durch die Heizvorrichtung
erzeugten Erwärmung
gegenüber
einem nicht erwärmten
Körper
auf. Die definierbare Länge
ergibt sich aus der Grundlänge
multipliziert mit dem Längenausdehnungskoeffizienten
und der Differenztemperatur.
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Damit
die Längenänderung
schneller, genau und definiert eingestellt werden kann, weist das
thermomechanische Stellelement nicht nur eine Heizvorrichtung, sondern
auch mindestens eine Kühleinrichtung
am oder im Körper
auf. Somit läßt sich
der Körper
sehr schnell auf eine definierte Temperatur einstellen. Unter schnell
werden hier Zeiten von mehreren Minuten verstanden. Durch den Einsatz
einer Kühleinrichtung
wird insbesondere erreicht, daß das Stellelement
schneller in die Ausgangslage zurückgeführt werden kann. Durch die
Kühleinrichtung
ist es natürlich
auch möglich,
eine definierte Längenreduzierung
zu erreichen.
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Um
Auswirkungen der thermischen Erwärmung
des Stellelementes auf mit diesem verbundene Positionierkörper (zum
Beispiel zu bewegende Maschinenteile) zu vermeiden, ist die Kühleinrichtung insbesondere
an mindestens einem Ende des Körpers
angeordnet.
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Die
Kühleinrichtung
kann ein Kühlelement sein,
das eine Maschinenkühlmittelleitung
umfaßt. Dies
ist eine preiswerte Lösung,
da in einer Werkzeugmaschinenumgebung gewöhnlicherweise ein Kühlmittel
in einer Leitung bereits vorhanden ist.
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Bei
bestimmten Anwendungen kann die Kühleinrichtung als Kühlelement
ein Peltierelement sein, das insbesondere eine Luftkühlung, Luftspülung oder
erzwungene konvektive Luftkühlung
umfaßt.
Die Funktionsweise des Peltierelementes erhält eine deutlich verbesserte
Wirkung, wenn ein Ventilator das Peltierelement mit Luft oder eventuell
von einem Luftbehälter
(zum Beispiel aus der Pneumatik) versorgt beziehungsweis umspült oder
umströmt. Eine
preiswerte und bei bestimmten Anwendungen erforderliche Kühlung kann
erzielt werden, wenn zumindest an einem Ende des Körpers ein
thermischer Isolator vorgesehen ist.
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Allein
durch diese unterschiedlichen Werkstoffe kann eine thermische Isolierung
erzeugt werden. Die thermische Isolierung kann durch die geeignete
Auswahl verschiedener Metallwerkstoffe realisiert werden. Bevorzugt
ist der Körper,
insbesondere der Metallkörper,
aus einer Kupfer- oder Kupfer-Zink-Legierung (Messing), einer Magnesiumlegierung
oder Edelstahl hergestellt. Als Edelstahl werden zum Beispiel allgemein
nicht rostende Stähle verstanden.
Es können
aber auch sogenannte Chrom-Nickel-Stähle
Verwendung finden. Auch als V2A oder V4A ausgebildete Edelstähle sind
einsetzbar. Der Begriff Edelstahl ist insofern im Sinne der Anmeldung
als sehr weit gefaßt
definiert zu verstehen, wobei insbesondere Stähle eingesetzt, deren thermische
Leitfähigkeit
schlecht ist, also einen guten Isoliereffekt zeigen.
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Durch
die vorgeschlagene thermische Isolation ist es möglich, daß eine größere Länge des Körpers (nachfolgend auch oftmals
als Dehnkörper
beschrieben) auf höhere
Temperatur gebracht werden kann, da die Verluste durch die Isolierung
entsprechend reduziert sind. Durch die höhere Temperatur erreicht man
auch größere Längenänderungen,
bezogen auf die Gesamtlänge.
Diese kann so eingesetzt werden, kleinere Körper für die gleichen Anwendungsbereiche
einzusetzen. Die thermische Isolierung führt aber zusätzlich noch
dazu, daß eine
kleinere Heizleistung notwendig ist, um den gleichen Effekt, das
heißt,
Längenänderungen
zu erreichen. Unnötige
Umgebungsaufheizung durch Abstrahlung wird vermieden.
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Bei
einer alternativen bevorzugten Ausführungsform ist der Isolator
ein Kunststoff oder ein Kunststoffverbund, beispielsweise auf Epoxidharzbasis
oder Polyesterharzbasis, oder ein keramischer Werkstoff.
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Um
den thermischen Einfluß des
Stellelementes an dessen Enden zu neutralisieren, sind beide Enden
des Körper
gekühlt.
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Bei
einer besonderen Ausführungsform
kann zwischen beiden gekühlten
Enden und dem Dehnstab ein thermischer Isolator angeordnet sein.
Der Körper
des Stellelementes ist bevorzugt längsförmig als Rund- oder Rechteckstab
ausgebildet. Somit wird die thermoplastische Wirkung optimal ausgenutzt.
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Bei
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist an einem Ende hinter der Kühleinrichtung
ein weiterer thermischer Isolator angeordnet. Dies kann notwendig
sein, um eine Befestigungsverbindung, die aus Schrauben bestehen
kann, gegenüber
einem Positionierkörper
thermisch zu trennen.
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Das
Stellelement weist in einer bevorzugten Ausführungsform mindestens zwei
Stäbe als
Körper auf.
Diese beiden Stäbe
können an
einem Ende verbunden sein, so daß sie in der Seitenansicht
U- oder C-förmig
sind. Diese Ausführungsform
hat mehrere Vorteile. Des Weiteren kann ein noch größerer (relativer)
Hub erzeugt werden, wenn jeweils verschiedene Positionierkörper an
jeweils einem Schenkelende der beiden Stäbe befestigt sind und ein Stab
mittels des Heizelementes erwärmt
wird, dagegen der andere Stab mittels einer Kühlvorrichtung entsprechend gekühlt wird.
Natürlich
können
auch zwei Stäbe
parallel ohne eine Verbindung miteinander in einer Anwendung eingesetzt
sein.
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Hierfür weist
bevorzugt jeder Stab ein eigenes Heizelement und/oder Kühlelement
und/oder einen thermischen Isolator auf. Dabei sind das Heizelement
beziehungsweise das Kühlelement/die
Kühlelemente
jeweils getrennt ansteuerbar, somit folgt, daß die Stäbe einzeln, das heißt getrennt,
ansteuerbar sind.
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Ein
besonderer Vorteil der U-förmigen
Anordnung des Körpers
ist eine energiezuführfreie
Mittelposition, auf der sowohl eine positive wie auch eine negative
Richtung einer Stellbewegung erzeugt werden kann.
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Bei
alternativen Ausführungsformen
kann der Körper
nicht nur U- sondern
auch E- oder kammförmig
ausgebildet sein. Oder der Körper
kann doppel- oder mehrfachkammförmig,
also quaderförmig, mit
Längsschlitzen
ausgebildet sein. Derartige Ausführungsformen
hängen
von dem speziellen Einsatzgebiet ab.
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Bei
einer bevorzugten alternativen Ausführungsform weist der Körper des
Stellelementes vier Stäbe
auf, wobei jeweils zwei Heizelemente und/oder Kühlelemente von zwei Stäben gemeinsam
ansteuerbar sind. Durch die zuvor beschriebene Variante erreicht
man eine drehmomentfreie Kraftwirkung.
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Um
gegebenenfalls eine weitere Längeneinstellung
mit einer noch kleineren Hubdimensionen als für das oben angegebene Stellele ment
realisieren zu können,
ist ein Piezoelement in Längsrichtung
am Körper
des Stellelementes angeordnet. Das Piezoelement kann hinter dem
thermischen Isolator angeordnet sein, um vor thermischen Einflüssen geschützt zu sein.
Das Piezoelement wird mittels einer elektrischen Spannung in der
Länge verstellt,
der Metallkörper
hingegen durch Wärme
und indirekt durch einen elektrischen Strom.
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Um
das Stellelement regeln zu können,
kann mindestens ein Wegsensor am Stellelement angeordnet sein. Der
Wegsensor kann beispielsweise ein Dehnmeßstreifen sein. Alternativ
hierzu sind aber auch Wegaufnehmer einsetzbar, die zum Beispiel nach
dem Differentialtransformatorprinzip (LVDT oder VLDT) arbeiten.
Solche Varianten haben insbesondere keine Temperaturabhängigkeit
der Messeigenschaften.
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Eine
weitere bevorzugte Regelungsmöglichkeit
ist, wenn mindestens ein Temperatursensor am Stellelement, das heißt, insbesondere
am Körper
beziehungsweise Dehnkörper
angeordnet ist. Somit kann direkt durch die Messung der Temperatur
die vorher definierte Länge
eingestellt werden beziehungsweise festgestellt werden, ob das Heizelement noch
richtig arbeitet oder defekt ist oder eine Überhitzung vorliegt.
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Bei
bestimmten Anwendungen kann es von Vorteil sein, wenn mindestens
ein Kraftsensor in der Wirkrichtung des Stellelementes angeordnet
ist. Durch den Einsatz des Kraftsensors ist es möglich, auch eine definierbare
Kraft zu regeln. Die Temperatur, die mit der Heizeinrichtung bewirkt
wird, ist daher ein Maß für die erzeugte
Kraft.
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Gemäß der Erfindung
ist vorgesehen, daß eine
zum Beispiel als Heizpatrone ausgewählte Heizvorrichtung vorgesehen
ist, die in einer entsprechenden Bohrung oder Ausnehmung des Stellelementes beziehungsweise
des Körpers
eingesetzt ist und insbesondere einen guten thermischen Kontakt
in dieser vorgesehen ist. Eine zentrische Anordnung der Heizvorrichtung
erlaubt es, daß sich
die Temperaturverteilung möglichst
homogen einstellt und daher ein schnelles, gleichmäßiges Aufheizen
möglich
ist. Natürlich
ist es möglich,
mehrere gleichartige oder unterschiedliche Heizelemente in einem
Körper
vorzusehen, die dann gemeinsam die Heizvorrichtung bilden.
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Um
eine umfassend gesteuerte Regelung des Stellelementes herzustellen,
kann auch ein Temperatursensor an zumindest einer Kühleinrichtung angeordnet
sein. Der Temperatursensor dient zum einen der Regelung der Kühleinrichtung
als auch zur Überprüfung der
Funktionsweise der Kühleinrichtung.
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Bei
einer vorteilhaften Ausführungsform
sind die Heizeinrichtung und Sensoren und bevorzugt mindestens eine
Kühleinrichtung
mit einer Steuer-/Regeleinrichtung verbunden. Die Regeleinrichtung
weist ein Eingabefeld mit Anzeigefeld auf. Es können somit definierte Zustände am Stellelement erzeugt
werden, da die physikalischen Eigenschaften in der Steuer-/Regeleinrichtung
bereits vorher niedergelegt sind. Durch Eingabe der gewünschten
Längen-
beziehungsweise Kraftänderung,
beziehungsweise einer Soll-Länge
und/oder einer Soll-Kraft, kann die Steuer-/Regeleinrichtung die erzeugte Wärme bei
der Heizeinrichtung regeln und mittels Sensoren überprüfen.
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Bei
einer weiteren alternativen bevorzugten Ausführungsform weist der Körper mindestens
zwei kammartig miteinander verbundene Stäbe auf, wobei mindestens ein
erster Stab eine erste Gruppe bildet, die mit einem ersten Positionierkörper verbunden
ist und der mindestens eine zweite Stab eine zweite Gruppe bildet,
die mit einem zweiten Positionierkörper verbunden ist, so daß der erste
Positionierkörper zum
zweiten Positionierkörper
relativ zueinander in positiver und negativer Richtung verstellbar
ist.
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Die
Erfindung bezieht sich auch auf die Verwendung des thermomechanischen
Stellelementes als Weg-Kompensationsmittel. Es können somit beispielsweise an
einer Werkzeugmaschine entstandene Längenfehler beziehungsweise
Winkelabweichungen beziehungsweise Ständerneigungen thermisch korrigiert
werden.
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Außerdem bezieht
sich das thermomechanische Stellelement auf die Verwendung als mechanische
Kraft-Erzeugungseinrichtung. Durch einen geringen Hub kann eine
große
Kraft erzeugt werden, die bedingte und belastungsabhängige Formabweichungen
korrigiert. Somit kann beispielsweise bei mehreren Spindeln in einer
Pinole ein Feinausgleich von Werkzeuglängenunterschieden eingestellt
werden. Außerdem
kann das thermomechanische Stellelement als Simmulator für eine Modalanalyse
Verwendung finden. Hierbei hat das Stellelement beispielsweise ein
Piezoelement, das unter Beaufschlagung einer Spannung Schwingungen
erzeugt beziehungsweise eine Vorlast, die gemäß dem Stand der Technik heute
hydraulisch erzeugt wird, so daß von diesen
Schwingungen eine Modualanalyse an der Werkzeugmaschine durchführbar ist.
Bei dem hier vorgestellten Einsatzbereich wird durch das thermomechanische
Stellelement gemäß der Erfindung
eine statische Grundlast oder Grundkraft erzeugt, das Piezoelement
erzeugt hierzu Schwingungen, der so angeregte Körper kann bezüglich seines
Schwingungsverhaltens untersucht werden.
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Somit
ist ein thermomechanisches Stellelement geschaffen worden, das sehr
hohe Stellkräfte bereitstellt,
bei einer absoluten Spielfreiheit sowie Verschleißfreiheit
mit einer sehr hohen Steifigkeit und einer sehr hohen Stellgenauigkeit,
die zudem kostengünstig
ist. Die Hübe
sind circa 0,5 mm groß.
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Es
versteht sich, daß die
vorstehend genannten und nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur
in der jeweilig angegebenen Kombination sondern auch in anderen
Kombinationen verwendbar sind. Die Erfindung wird im folgenden anhand
mehrerer Ausführungsbeispiele
erläutert.
Es zeigen:
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1 einen
Querschnitt eines erfindungsgemäßen thermomechanischen
Stellelementes in einer ersten Ausführungsvariante;
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2 einen
Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes, thermomechanisches Stellelement gemäß einer
zweiten Ausführungsform;
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3 einen
Querschnitt eines Stellelementes gemäß einer dritten Ausführungsform;
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4 einen
Querschnitt eines Stellelementes gemäß einer fünften Ausführungsform.
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5 eine
perspektivische Ansicht eines Stellelements gemäß einer vierten Ausführungsform und
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Die 1 zeigt
im Querschnitt gesehen ein thermomechanisches Stellelement 1 mit
einem länglichen
Körper 2,
der als Metallkörper
ausgebildet ist. In diesem Metallkörper 2 befindet sich
als Heizvorrichtung 3 ein elektrisches Heizelement 32.
Das Heizelement 32 ist in eine Bohrung im Körper 2 eingebaut
und somit integriert. Bei Erwärmung
des Metallkörpers 2 dehnt
sich dieser abhängig
vom Längenausdehnungskoeffizienten
und der erwärmten
Differenztemperatur aus. Außerdem
ist ein mechanischer Druck an den Außenflächen des Metallkörpers 2 sowie
ins besondere an den Stirnseiten des Metallkörpers 2 gegenüber einem
nicht erwärmten
Metallkörper 2 meßbar.
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Das
Stellelement 1 weist an beiden Enden 24, 25 jeweils
eine Kühleinrichtung 4 auf.
Die Kühleinrichtung
ist in diesem Fall als Leitung 42, 46 des Maschinenkühlmittels
ausgebildet.
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Zur
Regelung des Stellelementes befindet sich ungefähr in der Mitte ein Temperatursensor 8, der
mit einer Steuer-/Regeleinrichtung 9 verbunden ist. Die
Steuer-/Regeleinrichtung 9 weist ein Eingabefeld 92 und
ein Anzeigenfeld 94 auf und ist auch mit dem elektrischen
Heizelement 32 verbunden.
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Das
erfindungsgemäße Stellelement 1 nützt die
physikalische Eigenschaft aus, daß das Stellelement 1 sich
bei Erwärmung
ausdehnt. Die Längenänderung
ist abhängig
von der Temperaturänderung der
Länge und
dem Längenausdehnungskoeffizienten.
Der Körper 2 ist
aus diesem Grund aus dem bevorzugten Werkstoff Messing, auch andere
Werkstoffe sind möglich,
hergestellt.
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Die 2 ist
im Wesentlichen identisch wie die Ausführungsform der 1 ausgebildet,
jedoch weist sie jeweils an den Enden eine doppelte thermische Isolierung_52, 54, 56, 58 auf,
die insbesondere zum thermomechanischen Körper 2 in der Stärke dicker
ausgebildet ist. Dann folgt ein Verbindungskörper 10, der bevorzugt
aus Stahl hergestellt ist, an dem ein erster in der 3 angedeuteter
Positionierkörper 12 befestigt
ist. Am gegenüberliegenden
Ende ist ebenfalls an einem Stahlverbindungskörper 11 ein zweiter
in der 3 angedeuteter Positionierkörper 14 befestigt.
Der erste Positionierkörper
kann bei bestimmten Anwendungen als feststehender Körper in der
Anordnung fixiert sein und der zweite Positionierkörper kann
als loser, beweglicher Positionierkörper angeordnet sein. Es ist
jedoch auch möglich,
daß das Stellelement 1 als
spreizendes Stellelement 1 eingesetzt wird, so daß der erste
und der zweite Positionierkörper 12, 14 bewegt
oder mit Auseinanderdruckkräften
beaufschlagt werden können.
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Die
thermischen Isolatoren 52, 54 dienen dazu, die
vom Heizelement 32 erzeugte Temperaturänderung nicht auf die Positionierkörper 12, 14 über die Verbindungskörper 10, 11 zu übertragen.
Da die Verbindungskörper 12, 14 mittels
einer Befestigungsverbindung 16, 18 über Schrauben
am Metallkörper 2 befestigt
sind, ist auch diese durch kleinere thermische Isolatoren 56, 58 zu
den ersten und zweiten Verbindungskörpern 10, 11 getrennt.
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Die 3 zeigt
ein U-förmiges
thermomechanisches Stellelement im Querschnitt gemäß einer dritten
Ausführungsform.
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Ein
Rücken 26,
der die beiden Stäbe 20, 21 miteinander
verbindet, ist mittels einer Kühlmittelleitung 42,
die als Kühleinrichtung 4 dient,
gekühlt.
In beiden Stäben 20, 21 zentriert
sind elektrische Heizeinrichtungen 32, 33 in Bohrungen
integriert angeordnet. Die Heizeinrichtungen 32, 33 sind
von einer in der 1 dargestellten Steuer-/Regeleinrichtung 9 ansteuerbar.
Ungefähr
in der Mitte am Stab 21 ist ein Temperatursensor 8 angeordnet.
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An
beiden Schenkelenden des Körpers 2 sind
breitere thermische Isolatoren 5 befestigt, die bevorzugt
aus einem Kunststoffverbund auf Epoxid-Basis hergestellt sind. Die
Isolatoren 5 können natürlich auch
PVC oder eine Keramik sein. Dem Isolator 5 folgend ist
jeweils ein Verbindungskörper 10, 11 mittels
einer Schraubverbindung am Stab 20 beziehungsweise 21 befestigt.
Jeder Verbindungskörper 10, 11 weist
jeweils zwei Bohrungen 26, 28 für eine Schraubverbindung
mit einem ersten beziehungsweise zweiten Positionierkörper 12, 14 auf.
Der Positionierkörper 12 beziehungsweise 14 kann
beispielsweise ein Schlitten sein. Beide Verbindungskörper 10, 11 weisen
weitere senkrechte Bohrungen zu den ersten genannten Bohrungen als
Leitungen für
eine Kühlmittelleitung 46, 47 auf,
die als Kühlelemente
dienen. Beide Kühlelemente
sorgen dafür, daß die Positionierkörper 12, 14 thermisch
von den Heizelementen 32, 33 nicht beeinträchtigt werden.
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Praktischerweise
ist die Kühlmittelleitung 46 mit
der Kühlmittelleitung 47 über eine
Dichtung 45 verbunden. Die Dichtung 45 ist notwendig,
da der Stab 20 gegenüber
dem Stab 21 eine Relativbewegung ausführen kann. Der Verbindungskörper 11 weist
Bohrungen 28 auf, um den Stab 21 mit dem Positionierkörper 14 zu
befestigen. Die genaue Lage des Positionierkörpers 12 zum Positionierkörper 14 kann
mittels eines Wegmeßsensors 6 ermittelt.
An den Verbindungskörpern 10, 11 ist
jeweils wieder ein weiterer, deutlich schmälerer thermisches Isolator 56, 57 angeordnet,
um die thermisch beeinträchtigte Schraubverbindung 18 und 19 von
dem Verbindungskörper 10 beziehungsweise 11 zu
trennen.
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Aufgrund
einer getrennten Ansteuerung der Heizelemente 32, 33 können die
Positionierkörper 12, 14,
die beispielsweise die Werkzeugschlitten in einer Werkzeugmaschine
sein können,
relativ zueinander bewegt werden, wenn beispielsweise eine Kompensation
aufgrund einer thermischen oder mechanischen Belastung der Werkzeugschlitten
notwendig ist.
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Die 4 zeigt
eine weitere besondere Ausführungsform
des thermomechanischen Stellementes 1. Der Körper 2 des
Stellelementes 1 ist kammartig oder in der Seitenansicht
gesehen E-förmig ausgebildet.
Jeder Schenkel ist als Stab 20, 21, 22 ausgebildet
mit jeweils einem Heizelement 32, 33, 34. Am
gemeinsamen Rücken 26 beziehungsweise
an der gemeinsamen Basis der Stäbe 20, 21, 22 befindet
sich eine Kühlmittelleitung 42 als
Kühlelement.
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Am
gegenüberliegenden
Ende der Stäbe 20, 21, 22 hat
jeder Stab 20, 21, 22 als Kühlelement
eine Kühlmittelleitung 46, 47, 48.
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Gemäß einer
Ausführungsform
können
sowohl jedes Heizelement 32, 33, 34 sowie
jede Kühlmittelleitung 46, 47, 48 getrennt
voneinander angesteuert werden. Somit kann ein Positionierkörper 12, 13, 14,
der sich jeweils an einem Stabende gegenüberliegend vom Rücken 26 befindet,
separat in der Länge
und gegebenenfalls mit definiertem Gegendruck, entsprechend der
eingezeichneten Pfeile, eingestellt werden.
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Bei
einer anderen bevorzugten Ausführungsform
bilden die äußeren Stäbe 20, 22 des
E-förmigen Metallkörpers 2 eine
erste Gruppe, die mit dem ersten Positionierkörper 12, 14 verbunden
sind und der mittlere Stab 23 bildet eine zweite Gruppe,
der mit einem zweiten Positionierkörper 14 verbunden
ist. Da die Heizelemente 32, 33, 34 und
Kühlelemente 46, 47, 48 der äußeren Stäbe 20, 22 gemeinsam
angesteuert werden, läßt sich
eine Relativbewegung zwischen dem Positionierkörper 12, 13 und
dem zweiten Positionierkörper 14 erzeugen.
Ein Zwischenelement 28 ist am Stabende 21 angeordnet
und eine Beabstandung des Positionierkörpers 14 zu den Positionierkörpern 12, 13 zu
schaffen.
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Die 5 zeigt
einen quaderförmigen
Körper 2 mit
Längsschlitzen 28, 29 in
vertikaler und horizontaler Richtung, so daß an einem Ende Schenkel ausgebildet
sind und am anderen Ende eine gemeinsame Basis beziehungsweise ein
Rücken 26 ausgebildet
ist. Die Schenkel bilden Stäbe 20, 21, 22, 23. Die
Stäbe 20, 21, 22, 23 sind
genauso aufgebaut, wie zu den vorhergehenden Figuren oben beschrieben worden
ist. Je nach Anwendungsfall kann jeder Stab für sich alleine mittels eines
Heizelementes und eines Kühlelementes
getrennt angesteuert werden oder es können mehrere Stäbe 20, 21, 22, 23 gemeinsam
angesteuert werden, wie beispielsweise zur 3 in der
zweiten Alternative ausgeführt
wurde. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel werden zum Beispiel zwei
diagonal angeordnete Stäbe 20, 23 und 21, 22 je
zu einer Gruppe zusammengefaßt
und mechanisch mit dem gleichen Positionierkörper verbunden und elektrisch
angesteuert. Durch eine solche Realisierung wird ein drehmomentenfreier
Betrieb erreicht.
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Die
in 5 gezeigte Variante wird zum Beispiel dadurch
hergestellt, daß in
einem quaderförmigen
Grundkörper
zwei rechtwinklig zueinander angeordnete Schlitze eingearbeitet
werden, und so die vier beziehungsweise zwei mal zwei Paare zueinander
orientierte Stäbe
entstehen.
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Die
erfindungsgemäße Verwendung
des thermomechanischen Stellelementes beschränkt sich dabei nicht nur auf
ein Wegkompensationsmittel, also zum Beispiel um entsprechende Lageabweichungen
oder Positionsabweichungen zu kompensieren, also auszugleichen,
es kann auch sehr wohl dafür
verwendet werden, für
eine Wegstelleinrichtung zu dienen, also einen definierten Weg sicher
und gezielt anzufahren. Wie bereits mehrfach beschrieben, umfaßt die Erfindung
auch die Verwendung des thermomechanischen Stellelementes als mechanische Krafterzeugungseinrichtung,
um in Abhängigkeit
zur angelegten Temperatur eine entsprechende Kraft zu erzeugen.
Wie beschrieben, ist es problemlos möglich, entsprechende Steuerregelkreise
durch den Einsatz entsprechender Druck- oder Wegesensoren zu realisieren.
Eine Temperaturstabilität
wird durch eine entsprechende Temperatursteuerung, realisiert durch
einen Temperatursensor und einen entsprechenden Regelkreis, erreicht.
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Insbesondere
wird auf die zeichnerischen Darstellungen für die Erfindung als wesentlich
verwiesen.
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Die
jetzt mit der Anmeldung und später
eingereichten Ansprüche
sind Versuche zur Formulierung ohne Präjudiz für die Erzielung weitergehenden Schutzes.
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Sollte
sich hier bei näherer
Prüfung,
insbesondere auch des einschlägigen
Standes der Technik, ergeben, daß das eine oder andere Merkmal
für das
Ziel der Erfindung zwar günstig,
nicht aber entscheidend wichtig ist, so wird selbstverständlich schon
jetzt eine Formulierung angestrebt, die ein solches Merkmal, insbesondere
im Hauptanspruch, nicht mehr aufweist.
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Es
ist weiter zu beachten, daß die
in den verschiedenen Ausführungsformen
beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausgestaltungen und Varianten
der Erfindung beliebig untereinander kombinierbar sind. Dabei sind
einzelne oder mehrere Merkmale beliebig gegeneinander austauschbar.
Diese Merkmalskombinationen sind ebenso mit offenbart.
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Die
in den abhängigen
Ansprüchen
angeführten
Rückbeziehungen
weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruches
durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin. Jedoch sind
diese nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen,
gegenständlichen
Schutzes für
die Merkmale der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen.
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Merkmale,
die bislang nur in der Beschreibung offenbart wurden, können im
Laufe des Verfahrens als von erfindungswesentlicher Bedeutung, zum Beispiel
zur Abgrenzung vom Stand der Technik beansprucht werden.
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Merkmale,
die nur in der Beschreibung offenbart wurden, oder auch Einzelmerkmale
aus Ansprüchen,
die eine Mehrzahl von Merkmalen umfassen, können jederzeit zur Abgrenzung
vom Stande der Technik in den ersten Anspruch übernommen werden, und zwar
auch dann, wenn solche Merkmale im Zusammenhang mit anderen Merkmalen
erwähnt wurden
beziehungsweise im Zusammenhang mit anderen Merkmalen besonders
günstige
Ergebnisse erreichen.