DE102009024346B4

DE102009024346B4 - Device for functional expansion of shape memory elements

Info

Publication number: DE102009024346B4
Application number: DE102009024346.1A
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-06-09
Filing date: 2009-06-09
Publication date: 2017-06-14
Anticipated expiration: 2029-06-10
Also published as: DE102009024346A1

Abstract

Einrichtung zur Funktionserweiterung von Formgedächtniselementen zur Erwärmung der Formgedächtniselemente, zur Regelung, Steuerung oder Überwachung der Temperatur sowie der Stellbewegungen der Formgedächtniselemente, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein flexibles Element, das als flexibles Heizelement (2, 5) ausgebildet ist und mindestens ein weiteres flexibles Element, das als flexibles Sensorelement zur Temperatur- und/oder Längenmessung und/oder als Aktorelement ausgebildet ist, an das den thermischen und/oder den pseudoelastischen Formgedächtniseffekt aufweisenden Formgedächtniselement (1, 4) angekoppelt ist, wodurch die Stellbewegung des thermischen Formgedächtniselementes (1, 4) regelbar, steuerbar oder feinjustierbar ist, und/oder durch die Verformung des pseudoelastischen Formgedächtniselementes (1, 4) die Eigenschaften des Formgedächtniselementes (1, 4) veränderbar sind.Device for expanding the function of shape memory elements for heating the shape memory elements, for controlling, controlling or monitoring the temperature and the positioning movements of the shape memory elements, characterized in that at least one flexible element, which is designed as a flexible heating element (2, 5) and at least one further flexible element , which is designed as a flexible sensor element for temperature and / or length measurement and / or as an actuator element to which the thermal and / or the pseudoelastic shape memory effect having shape memory element (1, 4) is coupled, whereby the adjusting movement of the thermal shape memory element (1, 4 ) is controllable, controllable or finely adjustable, and / or by the deformation of the pseudoelastic shape memory element (1, 4), the properties of the shape memory element (1, 4) are variable.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Funktionserweiterung von Formgedächtniselementen zur Erwärmung der Formgedächtniselemente, zur Regelung, Steuerung und Überwachung der Temperatur sowie der Stellbewegung der Formgedächtniselemente.The invention relates to a device for expanding the function of shape memory elements for heating the shape memory elements, for the regulation, control and monitoring of the temperature and the adjusting movement of the shape memory elements.

Formgedächtniselemente sind aus dem Stand der Technik bekannt. Sie dienen zur Erzeugung von Stellbewegungen, initiiert durch eine Erwärmung und eine damit verbundene kristalline Umwandlung. Die Erwärmung erfolgt dabei durch ein umgebendes Medium oder durch den elektrischen Eigenwiderstand des Formgedächtniselementes. Die Erwärmung mittels Umgebungsmedium regelt zwar das System intern, lässt jedoch keine externe Regelung der Stellbewegung zu. Die Erwärmung durch den elektrischen Eigenwiderstand ist aufgrund der in technischen Anwendungen begrenzten Stromstärke bzw. Spannung demgegenüber nur für kleine Querschnitte geeignet. Um Formgedächtniselemente mit größeren Querschnitten zu erwärmen, benötigt man externe Widerstandsheizelemente. Ein System mit einem derartigen externen Heizelement wird in der EP 0 919 717 A1 beschrieben, wobei eine Heizspirale einen Hohlzylinder aus einer Formgedächtnislegierung umschließt und diesen bei Bedarf erwärmt. Weiterhin ist aus DE 10 2007 050 368 A1 ein System bekannt, bei dem die thermische Energie eines Heizelementes ein Formgedächtniselement erwärmt, dessen Funktion es ist, das Heizelement auf einer Düse zu fixieren. Aus der JP 02007882 A ist bezüglich der Funktionserweiterung eines Formgedächtniselementes ein System bekannt, bei dem die Rückstellfunktion durch ein an die Formgedächtnisdrähte angebrachtes Federelement realisiert wird. Aus der EP 05 54 128 A1 ist ein Stellglied als Ausdehnungs-Zusammenziehungs-Mechanismus bekannt. Das Stellglied besteht aus einer Formgedächtnislegierung in Verbindungsanordnung mit Mikroheizeinrichtungen. Die Formgedächtniselemente sind dabei nicht freitragend, sondern als Schichtverbund ausgeführt. Die Basis bildet eine Siliziumfolie. Die an jeder Verbindung angebrachten Mikroheizeinrichtungen werden ebenfalls mittels einer Halbleitertechnologie hergestellt. Das in der EP 05 54 128 A1 beschriebene Stellglied in Verbindung mit Formgedächtnislegierung bezieht sich auf eine Dünnschichttechnologie, bei der auf einer Siliziumfolie Formgedächtnisschichten bzw. Heizeinrichtungen vorgesehen sind, welche mit Beschichtungsverfahren aus der Halbleiterfertigung hergestellt werden. Die Ausdehnungsbewegung der Verbindungsanordnung mit den Heizeinrichtungen wird dabei mittels eines Schaltkreises erzeugt. Weiterhin wird das als Piezoelement ausgebildete Aktorelement bei dieser Verbindungsanordnung nur als Messgerät eingesetzt, um durch Einspeisung einer Spannung eine geeignete Volumenänderung zu erzeugen. Aus der GB 21 06 190 A ist weiterhin ein thermisch ansprechender Aktuator bekannt, der ein als Stellglied wirkendes Formgedächtniselement in Form eines verdrillten Drahtbündels oder eines Stiftes umfasst, wobei durch Zuführung eines Heiz- und/oder Kühlfluids durch Variation der Temperatur des Fluids der Formgedächtniseffekt aktiviert wird. Der Einsatz dieser Aktoren erfolgt im medizinischen Bereich in Vorrichtungen zur Stimulierung und Reaktivierung von Gliedmaßen, Muskeln oder Gelenken sowie zur Entwicklung von Kräften bei Karosserieteilen. In der DE 28 47 186 A1 wird weiterhin ein thermischer Antrieb für die Mess- und Regeltechnik beschrieben, der über eine Folie aus Isolierlack, die der Isolierung dient, von einem Heizer erwärmt wird, so dass Luftschichten zwischen Heizer und zu beheizendem Medium ausgeschlossen werden und der Wärmewiderstand von dem Heizer zu dem heizenden Medium klein ist. Der Aktuator ist dabei ein Bimetall, als Heizer dient eine Schicht, welche durch eine ionenbeschleunigte Aufdampfung aufgebracht wird.Shape memory elements are known in the art. They are used to generate positioning movements, initiated by heating and a related crystalline transformation. The heating takes place by a surrounding medium or by the electrical intrinsic resistance of the shape memory element. The heating by means of ambient medium regulates the system internally, but does not allow external control of the actuating movement. By contrast, the heating due to the electrical intrinsic resistance is only suitable for small cross sections due to the current intensity or voltage limited in technical applications. In order to heat shape memory elements with larger cross sections, one needs external resistance heating elements. A system with such an external heating element is in EP 0 919 717 A1 described, wherein a heating coil surrounds a hollow cylinder made of a shape memory alloy and this heated as needed. Furthermore, it is off DE 10 2007 050 368 A1 a system is known in which the thermal energy of a heating element heats a shape memory element whose function is to fix the heating element on a nozzle. From the JP 02007882 A With regard to the functional extension of a shape memory element, a system is known in which the reset function is realized by a spring element attached to the shape memory wires. From the EP 05 54 128 A1 For example, an actuator is known as an expansion-contraction mechanism. The actuator consists of a shape memory alloy in connection arrangement with Mikroheizeinrichtungen. The shape memory elements are not self-supporting, but designed as a layer composite. The base forms a silicon foil. The micro-heaters attached to each connection are also manufactured by a semiconductor technology. That in the EP 05 54 128 A1 As described in connection with shape memory alloy refers to a thin-film technology, in which on a silicon foil shape memory layers or heaters are provided, which are produced by coating processes from semiconductor manufacturing. The expansion movement of the connection assembly with the heaters is thereby generated by means of a circuit. Furthermore, the actuator element designed as a piezoelectric element is only used in this connection arrangement as a measuring device in order to generate a suitable volume change by supplying a voltage. From the GB 21 06 190 A Furthermore, a thermally responsive actuator is known which comprises a shape memory element acting as an actuator in the form of a twisted wire bundle or a pin, wherein the shape memory effect is activated by supplying a heating and / or cooling fluid by varying the temperature of the fluid. The use of these actuators is in the medical field in devices for stimulation and reactivation of limbs, muscles or joints as well as for the development of forces on body parts. In the DE 28 47 186 A1 Furthermore, a thermal drive for the measurement and control technology is described, which is heated by a foil of insulating varnish, which serves the insulation of a heater, so that air layers between heater and medium to be heated are excluded and the thermal resistance of the heater to the heating medium is small. The actuator is a bimetal, as a heater is a layer which is applied by an ion-accelerated vapor deposition.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Funktionserweiterung von Formgedächtniselementen zu schaffen, mittels der neben der Erwärmung der Formgedächtniselemente eine Regelung, Steuerung und Überwachung der Temperatur sowie der Stellbewegung der Formgedächtniselemente vorgesehen ist, die einerseits kostengünstig herzustellen, einfach aufgebaut sowie platzsparend ist und anderseits universell für die unterschiedlichsten Anwendungsgebiete von Formgedächtniselementen zum Einsatz kommt.Based on this prior art, the invention has for its object to provide a means for extending the function of shape memory elements by means of the addition of the heating of the shape memory elements control, control and monitoring of the temperature and the adjusting movement of the shape memory elements is provided, on the one hand produce inexpensive, simple design and space-saving and on the other hand is universally used for a variety of applications of shape memory elements used.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung eine Einrichtung zur Funktionserweiterung von Formgedächtniselementen zur Erwärmung der Formgedächtniselemente zur Regelung, Steuerung und Überwachung der Temperatur und der Stellbewegungen der Formgedächtniselemente vor, indem durch eine direkte Ankopplung mindestens eines flexiblen Elementes, das als flexibles Heizelement, als flexibles Sensorelement zur Temperatur- und/oder Längenmessung oder als Aktorelement ausgebildet ist, an ein den thermischen und/oder den pseudoelastischen Formgedächtniseffekt aufweisendes Formgedächtniselement, die Stellbewegung des thermischen Formgedächtniselementes regelbar, steuerbar oder feinjustierbar ist, wobei durch die Verformung des pseudoelastischen Formgedächtniselementes die Eigenschaften des Formgedächtniselementes veränderbar sind und wobei eine direkte Verbindung des Formgedächtniselementes mit den flexiblen Elementen mittels einer stoff-, form- oder kraftschlüssigen Verbindung vorgesehen ist.To achieve this object, the invention proposes a device for extending the function of shape memory elements for heating the shape memory elements for controlling, controlling and monitoring the temperature and the positioning movements of the shape memory elements, by a direct coupling at least one flexible element, as a flexible heating element, as a flexible sensor element is designed for temperature and / or length measurement or as an actuator element to a the thermal and / or the pseudoelastic shape memory effect exhibiting shape memory element, the adjusting movement of the thermal shape memory element controllable, controllable or finely adjusted, wherein the properties of the shape memory element can be changed by the deformation of the pseudoelastic shape memory element are and wherein a direct connection of the shape memory element with the flexible elements by means of a material, positive or non-positive connection vo is seen.

Vorteilhaft ist vorgesehen, dass die einzeln oder in Kombination direkt mit dem Formgedächtniselement verbundenen flexiblen Elemente eine auf das Formgedächtniselement abgestimmte Ausbildung aufweisen, wobei die flexiblen Elemente entweder über Teilabschnitte des Formgedächtniselementes oder über das gesamte Formgedächtniselement sich erstreckend an diesem in beliebiger Anzahl und Lage angeordnet sind.It is advantageously provided that the individually or in combination directly with the Shape memory element connected flexible elements have a matched to the shape memory element design, wherein the flexible elements are arranged either over portions of the shape memory element or over the entire shape memory element extending thereon in any number and location.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass das direkt an dem Formgedächtniselement anliegende flexible Heizelement entweder zur Aktivierung des thermischen Formgedächtniseffektes und damit zur Erzeugung einer Stellbewegung des Formgedächtniselementes oder zur Veränderung der Eigenschaften des pseudoelastischen Formgedächtniseffektes und damit insbesondere zur Veränderung der Steifigkeit des Formgedächtniselementes vorgesehen ist.It is preferably provided that the voltage applied directly to the shape memory element flexible heating element is provided either to activate the thermal shape memory effect and thus to generate a positioning movement of the shape memory element or to change the properties of the pseudoelastic shape memory effect and thus in particular to change the stiffness of the shape memory element.

Eine vorteilhafte Ausführungsform wird darin gesehen, dass das mit dem Formgedächtniselement direkt verbundene flexible Heizelement zum gezielten Einbringen von Wärme und zur Ausführung stufenförmiger Stellbewegungen oder Federsteifigkeiten mehrteilig ausgebildet ist und dass das flexible Heizelement zur Temperaturbereitstellung insbesondere als Widerstandsheizdraht ausgebildet ist, der in isolierter Form direkt auf das Formgedächtniselement gewickelt oder in ein Schlauchelement eingebettet ist. In Abhängigkeit von der Ausbildung des Formgedächtniselementes ist das flexible Heizelement beispielsweise als flexibler Heizschlauch zur Umhüllung von zylinderförmigen Formgedächtniselementen oder als flaches flexibles Band zur Befestigung auf quaderförmigen Formgedächtniselementen ausgebildet.An advantageous embodiment is seen in that the directly connected to the shape memory element flexible heating element for targeted introduction of heat and the execution of step-like positioning movements or spring stiffness is formed in several parts and that the flexible heating element for temperature provision is designed in particular as Widerstandsheizdraht, in isolated form directly on the shape memory element is wound or embedded in a tubular element. Depending on the design of the shape memory element, the flexible heating element is designed, for example, as a flexible heating hose for enclosing cylindrical shape memory elements or as a flat flexible tape for fastening to cuboid shape memory elements.

Eine bevorzugte Weiterbildung wird darin gesehen, dass in dem direkt am Formgedächtniselement anliegenden flexiblen Heizelement mindestens ein als Sensorelement ausgebildetes Messelement zur Temperaturmessung eingebettet ist, wobei das Temperaturmesselement zur Regelung oder Steuerung des Stellweges oder der Steifigkeit des Formgedächtniselementes vorgesehen ist und das Temperaturmesselement zwischen dem flexiblen Heizelement und dem Formgedächtniselement oder außen auf dem flexiblen Heizelement angeordnet ist.A preferred development is seen in the fact that in the voltage applied directly to the shape memory element flexible heating element at least one designed as a sensor element measuring element is embedded for temperature measurement, wherein the temperature measuring element is provided for controlling the control path or the stiffness of the shape memory element and the temperature measuring element between the flexible heating element and the shape memory element or on the outside of the flexible heating element is arranged.

Eine vorteilhafte Ausführungsform wird auch darin gesehen, dass das mit dem Formgedächtniselement zusätzlich verbundene flexible Messelement zur Längenmessung zur direkten Regelung oder Steuerung des Stellweges des Formgedächtniselementes insbesondere als Dehnungsmessstreifen oder als Piezoelement ausgebildet ist.An advantageous embodiment is also seen in that the additionally connected to the shape memory element flexible measuring element for length measurement for direct control or control of the travel of the shape memory element is designed in particular as a strain gauge or as a piezoelectric element.

Bevorzugt ist ferner vorgesehen, dass das mit dem Formgedächtniselement zusätzlich verbundene flexible und insbesondere als Piezoelement oder weiteres Formgedächtniselement ausgebildete Aktorelement zur Feinjustierung der Stellbewegung oder zur stufenförmigen Stellbewegung des Formgedächtniselementes vorgesehen ist.Preferably, it is further provided that the additionally connected to the shape memory element is connected flexible and in particular designed as a piezoelectric element or another shape memory element actuator element for fine adjustment of the adjusting movement or the step-shaped adjusting movement of the shape memory element is provided.

Die erfindungsgemäße Ankopplung der flexiblen Elemente zum Regeln, Steuern und Überwachen von Formgedächtniselementen hat den Vorteil, dass beispielsweise mittels der durch ein direkt am Formgedächtniselement anliegendes, flexibles Heizelement eine optimale Wärmeübertragung erreicht und ein funktionsorientiertes System generiert wird, dass durch die zusätzliche Integration von flexiblen Temperaturmesselementen eine Regelung und Steuerung der Temperatur und damit des Stellweges oder der Steifigkeit des Formgedächtniselementes oder durch die Integration von flexiblen Längenmesselementen eine direkte Regelung und Steuerung des Stellweges ermöglicht wird. Das flexible Heizelement und die flexible Sensorik können bei einfacheren Systemen auch separat zur Anwendung kommen. Eine weitere Möglichkeit zur Regelung und Steuerung liegt in der Integration eines weiteren Aktorelementes in Form eines Formgedächtniselementes, welches eine stufenförmige Stellbewegung oder eine Feinjustierung der Stellbewegung des Formgedächtniselementes ermöglicht.The coupling of the flexible elements according to the invention for controlling, controlling and monitoring shape memory elements has the advantage that optimum heat transfer is achieved, for example, by means of the flexible heating element directly adjacent to the shape memory element and a functionally oriented system is generated that by the additional integration of flexible temperature measuring elements a control and control of the temperature and thus the travel or the stiffness of the shape memory element or by the integration of flexible length measuring elements direct control and control of the travel is made possible. The flexible heating element and the flexible sensors can also be used separately for simpler systems. Another possibility for control and regulation lies in the integration of a further actuator element in the form of a shape memory element, which allows a step-like adjusting movement or a fine adjustment of the adjusting movement of the shape memory element.

Im Gegensatz zu konventionellen Heizelementen bietet der Einsatz von flexiblen Heizelementen in Verbindung mit Formgedächtniselementen die Möglichkeit, große Verformungen der Formgedächtniselemente sowohl bei der Montage als auch im Betriebszustand zu gewährleisten. Durch das anliegende flexible Heizelement wird die Stellbewegung des Formgedächtniselementes nicht oder nur in geringem Maße behindert. Außerdem ist die Verwendung eines flexiblen Heizelementes platzsparend. Ein besonderer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass in das flexible Heizelement flexible Temperaturmesselemente, vorzugsweise Thermoelemente, und flexible Längenmesselemente, vorzugsweise Dehnungsmessstreifen oder Piezoelemente integriert sind. Alternativ können die flexiblen Temperaturmesselemente und Längenmesselemente zwischen dem flexiblen Heizelement und dem Formgedächtniselement oder außen auf dem Formgedächtniselement oder dem Heizelement angeordnet sein. Die flexiblen Messelemente können auch separat bei anderweitig aktivierten Formgedächtniselementen zur Anwendung kommen.In contrast to conventional heating elements, the use of flexible heating elements in conjunction with shape memory elements offers the possibility of ensuring large deformations of the shape memory elements both during assembly and during operation. The adjoining flexible heating element, the adjusting movement of the shape memory element is not or only to a limited extent hindered. In addition, the use of a flexible heating element saves space. A particular advantage of the present invention is that in the flexible heating flexible temperature measuring elements, preferably thermocouples, and flexible length measuring elements, preferably strain gauges or piezo elements are integrated. Alternatively, the flexible temperature measuring elements and length measuring elements may be arranged between the flexible heating element and the shape memory element or on the outside of the shape memory element or the heating element. The flexible measuring elements can also be used separately in otherwise activated shape memory elements.

Vorteilhaft ist weiterhin, dass durch den Einsatz von flexiblen Aktorelementen, z. B. aus einer Piezokeramik, die Stellbewegung des Formgedächtniselementes feinjustierbar oder stufenförmig ist.A further advantage is that through the use of flexible actuator elements, eg. B. from a piezoceramic, the adjusting movement of the shape memory element is finely adjustable or stepped.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von schematisch in Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to embodiments shown schematically in drawings. Show it:

1 einen von einem flexiblen Heizschlauch umgebenen zylinderförmigen Formgedächtnisdraht im kalten Zustand; 1 a cylindrical shape memory wire surrounded by a flexible heating tube in the cold state;

2 einen von einem flexiblen Heizschlauch umgebenen zylinderförmigen Formgedächtnisdraht im warmen Zustand; 2 a cylindrical shape memory wire surrounded by a flexible heating tube in the warm state;

3 ein flaches quaderförmiges Formgedächtniselement mit flexiblem Heizband im kalten Zustand; 3 a flat cuboid shape memory element with flexible heating band in the cold state;

4 ein flaches quaderförmiges Formgedächtniselement mit flexiblem Heizband im warmen Zustand. 4 a flat cuboid shape memory element with flexible heating band in the warm state.

Die 1 und 2 zeigen ein drahtförmig ausgebildetes Formgedächtniselement 1 im kalten und warmen Zustand, das von einem flexiblen, schlauchförmig ausgebildeten Heizelement 2 umschlossen wird, in gestreckter Lage in 1 im kalten Zustand und in 2 im erwärmten Zustand in gekrümmter Lage. Das flexible Heizelement 2 zur Temperaturbereitstellung ist insbesondere als Widerstandsdraht ausgebildet, der in isolierter Form direkt auf das Formgedächtniselement 1 gewickelt oder in ein Schlauchelement eingebettet ist. An dem flexiblen Heizelement 2 sind zudem elektrische Anschlüsse 3 angeordnet. Heizt sich das flexible Heizelement 2 durch einen elektrischen Strom über die elektrischen Anschlüsse 3 auf, so wird die Wärme direkt an das Formgedächtniselement 1 weitergeleitet. Erreicht die Erwärmung des Formgedächtniselementes 1 eine charakteristische Temperatur, erfolgt eine kristalline Umwandlung und damit die Kontraktion des Formgedächtniselementes 1, so dass die Stellbewegung des thermischen Formgedächtniselementes 1 regelbar, steuerbar oder feinjustierbar ist. Zusätzlich sind am Formgedächtniselement 1 (nicht dargestellt) mindestens ein flexibles Element, das als flexibles Sensorelement zur Temperatur- und/oder Längenmessung oder als Aktorelement ausgebildet ist, angeordnet. Diese Temperatur- und/oder Längenmesselemente oder Aktorelemente sind entweder in das flexible Heizelement 2 eingebettet oder zwischen dem flexiblen Heizelement 2 und dem Formgedächtniselement 1 oder außen auf dem flexiblen Heizelement 2 angeordnet. Mittels des Temperaturmesselementes ist es möglich, den Stellweg oder die Steifigkeit des Formgedächtniselementes 1 zu beeinflussen, d. h. den Stellweg oder die Steifigkeit des Formgedächtniselementes 1 zu regeln oder zu steuern. Die in das flexible Heizelement 2 integrierten flexiblen Temperaturmesselemente sind dazu vorzugsweise als Thermoelemente und die in das flexible Heizelement 2 integrierten flexiblen Längenmesselemente vorzugsweise als Piezoelemente oder Dehnungsmessstreifen ausgebildet. Durch den Einsatz flexibler Piezoelemente als Aktoren ist beispielsweise darüber hinaus die Stellbewegung des Formgedächtniselementes 1 feinjustierbar. Die 3 und 4 zeigen eine weitere Ausführungsform der Erfindung mit einem flachen quaderförmigen Formgedächtniselement 4, in 3 in gestreckter Lage im kalten Zustand und in 4 in gekrümmter Lage im erwärmten Zustand, das mit einem flachen quaderförmigen ausgebildeten flexiblen Heizelement 5 verbunden ist. An dem flexiblen Heizelement 5 sind ebenfalls elektrische Anschlüsse 6 angebracht. Heizt sich das flexible Heizelement 5 durch einen elektrischen Strom über die Anschlüsse 6 auf, so wird die Wärme direkt an das Formgedächtniselement 4 weitergegeben. Erreicht dieses eine charakteristische Temperatur, erfolgt eine kristalline Umwandlung und damit die Kontraktion des Formgedächtniselementes 4. In dem flexiblen Heizelement 5 ist, ebenfalls nicht dargestellt, ein flexibles Sensorelement als Messelement zur Temperatur- und Längenmessung eingebettet oder als Variation zwischen dem flexiblen Heizelement 5 und dem Formgedächtniselement 4 oder auf dem flexiblen Heizelement 5 oder dem Formgedächtniselement 4 angeordnet. Mittels des Messelementes zur Temperatur- und Längenmessung ist es möglich, den Stellweg oder die Steifigkeit des Formgedächtniselementes 4 zu beeinflussen, d. h. zu regeln oder zu steuern. In beiden Ausführungsbeispielen kommt ebenfalls ein weiteres flexibles Aktorelement, das direkt am Formgedächtniselement angeordnet ist, zum Einsatz, zur Feinjustierung der Stellbewegung oder zur stufenförmigen Stellbewegung des Formgedächtniselementes 1, 4. Das Aktorelement ist insbesondere als Piezoelement ausgebildet.The 1 and 2 show a wire-shaped shape memory element 1 in the cold and warm state, by a flexible, tubular heating element 2 is enclosed, in an extended position in 1 in the cold state and in 2 in the heated state in a curved position. The flexible heating element 2 for temperature provision is designed in particular as a resistance wire, which in isolated form directly on the shape memory element 1 wound or embedded in a tubular element. On the flexible heating element 2 are also electrical connections 3 arranged. Is the flexible heating element heating up? 2 by an electric current through the electrical connections 3 on, the heat is transferred directly to the shape memory element 1 forwarded. Achieved the warming of the shape memory element 1 a characteristic temperature, there is a crystalline conversion and thus the contraction of the shape memory element 1 , so that the adjusting movement of the thermal shape memory element 1 adjustable, controllable or finely adjustable. In addition, the shape memory element 1 (not shown) at least one flexible element, which is designed as a flexible sensor element for temperature and / or length measurement or as an actuator element arranged. These temperature and / or length measuring elements or actuator elements are either in the flexible heating element 2 embedded or between the flexible heating element 2 and the shape memory element 1 or on the outside of the flexible heating element 2 arranged. By means of the temperature measuring element, it is possible, the travel or the rigidity of the shape memory element 1 to influence, ie the travel or the stiffness of the shape memory element 1 to regulate or control. The in the flexible heating element 2 integrated flexible temperature sensing elements are for this purpose preferably as thermocouples and in the flexible heating element 2 integrated flexible length measuring elements preferably designed as piezoelectric elements or strain gauges. By the use of flexible piezoelectric elements as actuators, for example, beyond the adjusting movement of the shape memory element 1 finely adjusted. The 3 and 4 show a further embodiment of the invention with a flat cuboid shape memory element 4 , in 3 in an extended position when cold and in 4 in a curved position in the heated state, with a flat rectangular shaped flexible heating element 5 connected is. On the flexible heating element 5 are also electrical connections 6 appropriate. Is the flexible heating element heating up? 5 through an electrical current through the connections 6 on, the heat is transferred directly to the shape memory element 4 passed. If this reaches a characteristic temperature, a crystalline transformation takes place and thus the contraction of the shape memory element 4 , In the flexible heating element 5 is, also not shown, a flexible sensor element embedded as a measuring element for temperature and length measurement or as a variation between the flexible heating element 5 and the shape memory element 4 or on the flexible heating element 5 or the shape memory element 4 arranged. By means of the measuring element for temperature and length measurement, it is possible, the travel or the rigidity of the shape memory element 4 to influence, ie to regulate or control. In both embodiments, another flexible actuator element, which is arranged directly on the shape memory element, is also used, for the fine adjustment of the adjusting movement or for the step-shaped adjusting movement of the shape memory element 1 . 4 , The actuator element is designed in particular as a piezoelectric element.

Im Gegensatz zu konventionellen Einrichtungen bietet die Anordnung von flexiblen Heizelementen 2, 5 auf Formgedächtniselementen 1, 4 die Möglichkeit, große Verformungen der Formgedächtniselemente 1, 4 sowohl bei der Montage als auch im Betriebszustand zu gewährleisten. Durch die anliegenden flexiblen Heizelemente 2, 5 wird die Stellbewegung der Formgedächtniselemente 1, 4 nicht oder nur in geringem Maße behindert und eine optimale Wärmeübertragung gewährleistet. In Verbindung mit flexiblen Sensorelementen zur Temperaturmessung und zur Längenmessung und flexiblen Aktorelementen ist die Stellbewegung des Formgedächtniselementes zudem steuerbar, regelbar oder feinjustierbar.Unlike conventional devices, the arrangement offers flexible heating elements 2 . 5 on shape memory elements 1 . 4 the possibility of large deformations of the shape memory elements 1 . 4 to ensure both during assembly and in the operating state. Due to the adjacent flexible heating elements 2 . 5 becomes the positioning movement of the shape memory elements 1 . 4 not or only slightly hindered and ensures optimum heat transfer. In conjunction with flexible sensor elements for temperature measurement and for length measurement and flexible actuator elements, the adjusting movement of the shape memory element is also controllable, adjustable or finely adjustable.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die genannten Ausführungsbeispiele, sondern ist in der Gestaltung und Anordnung der flexiblen Heizelemente sowie der integrierten flexiblen Temperatur- und Längenmesselemente vielfach variabel.The invention is not limited to the aforementioned embodiments, but is often variable in the design and arrangement of the flexible heating elements and the integrated flexible temperature and length measuring elements.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: drahtförmiges Formgedächtniselementwire-shaped shape memory element
22: schlauchförmiges flexibles Heizelementtubular flexible heating element
33: elektrischer Anschlusselectrical connection
44: flaches quaderförmiges Formgedächtniselementflat cuboid shape memory element
55: flaches quaderförmiges flexibles Heizelementflat cuboid flexible heating element
66: elektrischer Anschlusselectrical connection

Claims

Device for expanding the function of shape memory elements for heating the shape memory elements, for regulating, controlling or monitoring the temperature and the positioning movements of the shape memory elements, characterized in that at least one flexible element serving as a flexible heating element ( 2 . 5 ) is formed and at least one further flexible element, which is designed as a flexible sensor element for temperature and / or length measurement and / or as an actuator element, to the thermal and / or the pseudoelastic shape memory effect having shape memory element ( 1 . 4 ) is coupled, whereby the adjusting movement of the thermal shape memory element ( 1 . 4 ) is controllable, controllable or finely adjustable, and / or by the deformation of the pseudoelastic shape memory element ( 1 . 4 ) the properties of the shape memory element ( 1 . 4 ) are changeable.

Device according to claim 1, characterized in that the individual or in combination directly with the shape memory element ( 1 . 4 ) connected flexible elements on the shape memory element ( 1 . 4 ) have matched training, wherein the flexible elements either over portions of the shape memory element ( 1 . 4 ) or over the entire shape memory element ( 1 . 4 ) are arranged extending to this.

Device according to claim 1 and 2, characterized in that the directly on the shape memory element ( 1 . 4 ) fitting flexible heating element ( 2 . 5 ) for activating the thermal shape memory effect and thus for generating an actuating movement of the shape memory element ( 1 . 4 ) or to change the properties of the pseudoelastic shape memory effect and thus in particular to change the stiffness of the shape memory element ( 1 . 4 ) is provided.

Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the with the shape memory element ( 1 . 4 ) directly connected flexible heating element ( 2 . 5 ) for the targeted introduction of heat and for performing step-shaped adjusting movements or step-shaped spring stiffnesses is designed in several parts.

Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the flexible heating element ( 2 . 5 ) is designed for temperature provision in particular as a resistance heating wire, which in isolated form directly on the shape memory element ( 1 . 4 ) or embedded in a tubular element.

Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that in the directly on the shape memory element ( 1 . 4 ) adjacent flexible heating element ( 2 . 5 ) at least one sensor element designed as a measuring element is embedded for measuring temperature, wherein the temperature measuring element for controlling or controlling the travel or the stiffness of the shape memory element ( 1 . 4 ) is provided.

Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the measuring element for temperature measurement between the flexible heating element ( 2 . 5 ) and the shape memory element ( 1 . 4 ) or on the outside of the flexible heating element ( 2 . 5 ) is arranged.

Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the with the shape memory element ( 1 . 4 ) additionally connected flexible measuring element for length measurement for direct regulation or control of the travel of the shape memory element ( 1 . 4 ) is provided and in particular designed as a strain gauge or as a piezoelectric element.

Device according to claim 1, characterized in that the with the shape memory element ( 1 . 4 ) additionally connected flexible and in particular as a piezo element or further shape memory element formed actuator element for fine adjustment of the adjusting movement or the step-shaped adjusting movement of the shape memory element ( 1 . 4 ) is provided.