DE102011004832A1

DE102011004832A1 - Radial actuator for use as drive for rotary latch of lock for e.g. building, has rotatable shaft that is rotated by drive, where drive is designed so that turning axis of shaft is produced by forming wire-shaped memory alloy

Info

Publication number: DE102011004832A1
Application number: DE201110004832
Authority: DE
Inventors: Michael Scholz
Original assignee: Kiekert AG
Current assignee: Kiekert AG
Priority date: 2011-02-28
Filing date: 2011-02-28
Publication date: 2012-08-30

Abstract

The actuator (1) has a rotatable shaft (2) that is rotated by a drive. The drive is designed so that turning axis of the shaft is produced by forming a wire-shaped memory alloy. A ratchet mechanism causes the shaft to be rotated by the drive in a direction. A driver (4) is engaged with a gear wheel (3) for moving the gear wheel and the shaft by contracting the memory alloy from an original position into an end position. A conductor track (9) and an electrical contact (8) are attached in a plastic material support in a non-conductive manner. An independent claim is also included for a method for operating a radial actuator.

Description

Die Erfindung betrifft einen Radialaktuator mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren für das Betreiben des Radialaktuators. Die Erfindung betrifft ferner eine Leiterbahneinheit für den Radialaktuator.The invention relates to a radial actuator with the features of the preamble of claim 1 and a method for operating the Radialaktuators. The invention further relates to a conductor track unit for the radial actuator.

Es gibt Aktuatoren mit Stellelement, welches von einer Stellung mit Hilfe einer Formgedächtnislegierung in eine andere Stellung bewegt werden kann.There are actuators with actuator, which can be moved from one position using a shape memory alloy in another position.

Eine Formgedächtnislegierung ist ein Material, welches sich bei Überschreiten einer materialabhängigen Aktivierungstemperatur sprungartig verformt. Es wird daher bei einem solchen Aktuator die Temperatur der Formgedächtnislegierung so verändert, dass diese sprunghaft die Form verändert. Die so herbeigeführte sprunghafte Formveränderung bewirkt die angestrebte Bewegung des Stellelements.A shape memory alloy is a material which deforms abruptly when a material-dependent activation temperature is exceeded. It is therefore in such an actuator, the temperature of the shape memory alloy changed so that it changes the shape by leaps and bounds. The thus induced sudden change in shape causes the desired movement of the actuating element.

Aus der Druckschrift DE 38 20 877 A1 geht ein Aktuator zur Fernbetätigung von Schlössern und Schließeinrichtungen hervor, bei dem zum Beispiel ein Auslösehebel durch eine dort Memory-Legierung genannte Formgedächtnislegierung bewegt wird. Aus dieser Druckschrift ist unter anderem bekannt, eine Mehrzahl aus einer Memory-Legierung bestehende Drähte so miteinander durch eine Umlenkung zu verbinden, dass die wirksame Drahtlänge vergrößert wird.From the publication DE 38 20 877 A1 is an actuator for remote operation of locks and locking devices, in which, for example, a trigger lever is moved by a memory alloy called there memory alloy. Among other things, it is known from this document to connect a plurality of wires consisting of a memory alloy by a deflection so that the effective wire length is increased.

Aus der Druckschrift DE 37 12 642 A1 geht eine Antriebseinheit für einen Drehteller bei einem Mikrowellenherd hervor. Die Welle des Drehtellers ist mit einer spiralförmigen Blattfeder verbunden. Die Blattfeder besteht aus einem Band förmigen Material mit Formrückstellvermögen. Die Blattfeder wird abwechselnd erhitzt und gekühlt. Hierdurch wird der Drehteller hin und her gedreht. Eine umlaufende Drehung ist mit dem hieraus bekannten Antrieb nicht möglich. Mitumlaufende Drehung ist gemeint, dass die Welle bzw. Achse immer weiter in eine Richtung gedreht werden kann und nicht lediglich zwischen zwei Stellungen hin und her.From the publication DE 37 12 642 A1 goes out a drive unit for a turntable in a microwave oven. The shaft of the turntable is connected to a spiral leaf spring. The leaf spring consists of a band-shaped material with shape recovery. The leaf spring is alternately heated and cooled. As a result, the turntable is rotated back and forth. A circumferential rotation is not possible with the drive known therefrom. Co-rotating rotation means that the shaft or axis can be turned further and further in one direction and not just between two positions back and forth.

Aus dem Stand der Technik sind ferner Elektromotoren bekannt, die eine Achse bzw. Welle umlaufend mittels elektrischem Strom anzutreiben vermögen.Electric motors are also known from the prior art, which are able to drive an axle or shaft circumferentially by means of electric current.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Radialaktuator auf Basis einer Formgedächtnislegierung mit vorteilhaften Eigenschaften zu schaffen und ein Verfahren für den Betrieb anzugeben. Es ist außerdem Aufgabe der Erfindung, eine Leiterbahneinheit für den Radialaktuator anzugeben.It is an object of the present invention to provide a radial actuator based on a shape memory alloy with advantageous properties and to provide a method for operation. It is also an object of the invention to provide a conductor track unit for the radial actuator.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch den Gegenstand des Hauptanspruchs sowie der Nebenansprüche gelöst.The object of the invention is achieved by the subject of the main claim and the additional claims.

Zur Lösung der Aufgabe wird ein Radialaktuator mit einer drehbaren Achse bereitgestellt. Die Achse kann durch einen Antrieb gedreht werden und zwar insbesondere umlaufend. Der Antrieb ist im Fall des umlaufenden Drehens in der Lage, die Achse kontinuierlich in eine Richtung zu drehen. Der Antrieb ist so gestaltet, dass der Antrieb und damit das Drehen durch eine Formgedächtnislegierung erfolgt und zwar insbesondere elektrisch. Die Formgedächtnislegierung liegt grundsätzlich drahtförmig vor. Ein solcher Radialaktuator ermöglicht ein besonders präzises Drehen der Achse zumindest um kleine, vorgegebene Winkel, ohne dafür einen hohen technischen Aufwand betreiben zu müssen.To achieve the object, a radial actuator is provided with a rotatable axis. The axis can be rotated by a drive and in particular circulating. The drive is able, in the case of revolving rotation, to turn the axle continuously in one direction. The drive is designed so that the drive and thus the rotation takes place by a shape memory alloy, in particular electrically. The shape memory alloy is basically wire-shaped. Such a radial actuator allows a particularly precise rotation of the axis at least by small, predetermined angle, without having to operate a high technical effort.

Insbesondere ist eine Mechanik vorhanden, die bewirkt, dass die Achse nur in eine Richtung gedreht werden kann. Eine derartige Mechanik ist beispielsweise von dem Werkzeug „Knarre” bzw. „Ratsche” her bekannt, mit dem also eine umlaufende Drehbewegung innerhalb eines begrenzten Arbeitsraums erzeugt werden kann. Grundsätzlich kann eine solche Mechanik beispielsweise wie von einer Ratsche her bekannt zwei Sperrklinken umfassen, wodurch eine Schwenkbewegung nur in eine Richtung übertragen wird, während eine Bewegung in Gegenrichtung automatisch gesperrt wird. Alternativ kann eine solche von der Ratsche her bereits bekannte Mechanik eine federbelastete gerasterte Wippe umfassen, die dafür Sorge trägt, dass eine Schwenkbewegung zwischen einer Ausgangs- und Endstellung in eine Drehbewegung in einer gewünschten Richtung umgesetzt wird.In particular, a mechanism is provided which causes the axis can only be rotated in one direction. Such a mechanism is known, for example, from the tool "ratchet" or "ratchet" ago, with the so a revolving rotational movement within a limited working space can be generated. In principle, such a mechanism may comprise, for example, two pawls as known from a ratchet, whereby a pivoting movement is transmitted only in one direction, while a movement in the opposite direction is automatically locked. Alternatively, such a mechanism already known from the ratchet may comprise a spring-loaded rasterized rocker, which ensures that a pivotal movement between an initial and final position is converted into a rotational movement in a desired direction.

In einer Ausführungsform umfasst die Achse ein Zahnrad, welches durch Zusammenziehen der Formgedächtnislegierung gedreht wird. Das Zahnrad ist mit der Achse so verbunden, dass sich die Drehbewegung des Zahnrads dann auf die Achse überträgt. Das Zahnrad ist insbesondere Teil der vorgenannten Mechanik, die bewirkt, dass die Achse nur in eine Richtung gedreht werden kann.In one embodiment, the axle includes a gear that is rotated by contraction of the shape memory alloy. The gear is connected to the axle so that the rotational movement of the gear then transfers to the axle. The gear is in particular part of the aforementioned mechanism, which causes the axis can be rotated in one direction only.

In einer Ausführungsform gibt es wenigstens einen Mitnehmer, der in das vorgenannte Zahnrad eingreift und der Verformen, insbesondere durch Zusammenziehen, also Volumenverkleinerung der Formgedächtnislegierung von einer Ausgangsstellung in eine Endstellung bewegt wird. Durch das Bewegen von der Ausgangsstellung in die Endstellung wird aufgrund des Eingriffs das Zahnrad und damit die Achse gedreht. Der zumindest eine Mitnehmer ist insbesondere Teil der Mechanik, die bewirkt, dass die Achse nur in eine Richtung gedreht werden kann.In one embodiment, there is at least one driver, which engages in the aforementioned gear and the deformation, in particular by contraction, ie volume reduction of the shape memory alloy is moved from a starting position to an end position. By moving from the starting position to the end position, the gear and thus the axis is rotated due to the engagement. The at least one driver is in particular part of the mechanism, which causes the axis can only be rotated in one direction.

Bei der vorgenannten Ausführungsform gibt es grundsätzlich eine Mehrzahl von Mitnehmern, die um das Zahnrad herum angeordnet sind und zwar vorzugsweise symmetrisch. Ein jeder Mitnehmer wird durch Verformen, insbesondere durch Zusammenziehen einer jeweils zugehörigen, vorzugsweise als Draht vorliegenden Formgedächtnislegierung von einer Ausgangsstellung in seine Endstellung bewegt und damit die Achse entsprechend gedreht. Die Achse kann so präzise insgesamt um einen gewünschten Winkel gedreht werden. Die Größe des Winkels setzt sich aus den durch einen jeden Mitnehmer bewirkten Einzeldrehungen zusammen. Der Winkel kann daher grundsätzlich stufenweise beliebig groß gewählt sein. Hierunter ist in der Regel zu verstehen, dass der gesamte Drehwinkel der Achse ein beliebiges Vielfaches des Winkels ist, um den die Achse gedreht wird, wenn ein Mitnehmer von einer Ausgangsstellung in die Endstellung bewegt wird. In the aforementioned embodiment, there are basically a plurality of drivers arranged around the gear, and preferably symmetrically. Each driver is moved by deformation, in particular by contraction of a respectively associated, preferably present as a wire shape memory alloy from a starting position to its end position and thus rotated the axis accordingly. The axis can be turned so precisely overall by a desired angle. The size of the angle is composed of the individual rotations caused by each driver. The angle can therefore basically be chosen arbitrarily large in stages. This is to be understood in the rule that the entire angle of rotation of the axis is an arbitrary multiple of the angle by which the axis is rotated when a driver is moved from a starting position to the end position.

Vorzugsweise ist ein jeder Mitnehmer unmittelbar oder mittelbar so federbelastet, dass ein jeder Mitnehmer durch Federkraft in seine Ausgangsstellung bewegt werden kann. Diese durch Federkraft bewirkte Bewegung zurück in die Ausgangsstellung erfolgt grundsätzlich erst im Anschluss an ein Abkühlen der zuvor für ein Bewegen des Mitnehmers aufgeheizten zugehörigen Formgedächtnislegierung. Die Federbelastung ist insbesondere Teil der Mechanik, die bewirkt, dass die Achse nur in eine Richtung gedreht werden kann.Preferably, each driver is directly or indirectly spring loaded so that each driver can be moved by spring force to its original position. This caused by spring force movement back into the starting position is basically only after cooling of the previously heated for moving the driver associated shape memory alloy. The spring load is particularly part of the mechanics, which causes the axis can be rotated in one direction only.

In einer Ausführungsform kann ein jeder Mitnehmer vorteilhaft durch ein einziges, vorzugsweise einteiliges federbelastetes Bauelement in seine Ausgangsstellung bewegt werden. Das Bauelement umfasst in einer bevorzugten Ausgestaltung für jeden Mitnehmer einen Arm, der ausgehend von einer Bohrung einen Mitnehmer zu kontaktieren vermag. Bei dieser Ausführungsform können die Bewegungen der Mitnehmer zurück in die jeweilige Ausgangsstellung durch eine einzige Feder nebst einem einzigen Bauteil bewirkt werden. Insbesondere gibt es dann wenigstens drei Mitnehmer. Insgesamt kann so die Zahl der Teile, die hergestellt und gehandhabt werden müssen, gering sowie der erforderliche Bauraum klein gehalten werden. In einer Ausführungsform umfasst das federbelastete Bauelement, welches die Mehrzahl von Mitnehmern zu kontaktieren und dann zurück in die Ausgangsstellung zu bewegen vermag, eine Bohrung, durch die die Achse verläuft. Die Bauweise hat dann ergänzend zur Folge, dass sämtliche Mitnehmer sowie das federbelastete Bauelement auf einfache Weise in einer geeigneten Lage gehalten werden können. In einer Ausführungsform grenzt das federbelastete Bauelement an das Zahnrad an oder liegt auf diesem auf. Das Zahnrad trägt dann zur Stabilisierung der Lage des federbelasteten Bauteils bei. Das federbelastete Bauteil ist insbesondere Teil der Mechanik, die bewirkt, dass die Achse nur in eine Richtung gedreht werden kann.In one embodiment, each driver can be advantageously moved by a single, preferably one-piece spring-loaded component in its initial position. The component comprises in a preferred embodiment for each driver an arm which is able to contact a driver starting from a bore. In this embodiment, the movements of the drivers can be effected back into the respective starting position by a single spring together with a single component. In particular, there are then at least three drivers. Overall, so the number of parts that need to be manufactured and handled, low and the required space can be kept small. In one embodiment, the spring-loaded component, which is capable of contacting the plurality of drivers and then moving back to the starting position, comprises a bore through which the axis passes. The construction then has the additional consequence that all drivers and the spring-loaded component can be kept in a simple manner in a suitable position. In one embodiment, the spring loaded component abuts or rests on the gear. The gear then contributes to the stabilization of the position of the spring-loaded component. The spring-loaded component is in particular part of the mechanism, which causes the axis can be rotated in one direction only.

Ein jeder Mitnehmer weist vorzugsweise einen Schlitz auf, der insbesondere parallel zur Achse verläuft. In einen solchen Schlitz kann der jeweilige Draht, der aus einer Formgedächtnislegierung besteht, eingelegt und/oder hindurch geführt werden. Eine besonders einfache Montage des Radialaktuators ist bei dieser Ausführungsform möglich. Vorzugsweise umfasst ein jeder Mitnehmer eine Zunge, die beispielsweise federnd an einer geeignet steil verlaufenden Flanke eines Zahns des Zahnrads so anliegt, dass die Bewegung des Mitnehmers in die Endstellung zu einer Drehbewegung des Zahnrads führt. Die jeweils andere Flanke eines jeden Zahns des Zahnrads verläuft vorzugsweise derart rampenförmig, dass eine Bewegung des Mitnehmers zurück in seine Ausgangsstellung dazu führt, dass die zugehörige Zunge zu einem anderen Zahn des Zahnrads gelangt und dann an einer steilen Flanke des anderen Zahns anliegt. Eine jede Zunge eines Mitnehmers kann in einer Ausführungsform elastisch ausgestaltet sein, um in beschriebener Weise über Zähne des Zahnrads hinweg bewegt werden zu können, wenn der zugehörige Mitnehmer zurück in seine Ausgangsstellung bewegt wird. Alternativ oder ergänzend kann ein jeder Mitnehmer in einer Ausgestaltung derart verschwenkbar gelagert sein, dass die vorgenannten Bewegungen der Mitnehmer relativ zum Zahnrad durchgeführt werden können.Each driver preferably has a slot, which runs in particular parallel to the axis. In such a slot, the respective wire, which consists of a shape memory alloy, inserted and / or passed through. A particularly simple installation of the radial actuator is possible in this embodiment. Preferably, each driver comprises a tongue which, for example, resiliently abuts a suitably steep flank of a tooth of the toothed wheel such that the movement of the driver into the end position leads to a rotational movement of the toothed wheel. The respective other flank of each tooth of the gear preferably extends in such a ramp shape that a movement of the driver leads back to its starting position that the associated tongue reaches another tooth of the gear and then rests against a steep flank of the other tooth. Each tongue of a dog may, in one embodiment, be designed to be resilient so as to be able to be moved across teeth of the gear in the manner described when the associated dog is moved back to its original position. Alternatively or additionally, each driver can be mounted so pivotable in one embodiment, that the aforementioned movements of the driver can be performed relative to the gear.

Der bzw. die aus der Formgedächtnislegierung bestehenden Drähte erstrecken sich vorzugsweise zumindest im Wesentlichen in gleicher Richtung wie die drehbare Achse. Damit ist insbesondere gemeint, dass zwei Befestigungspunkte eines jeden Drahtes so gewählt sind, dass die Erstreckung von einem Befestigungspunkt zum anderen zumindest im Wesentlichen parallel zur Achse verläuft. Ein jeder Draht verläuft zwischen seinen beiden Befestigungspunkten insbesondere bogenförmig. Ein solcher Verlauf ermöglicht die Übertragung einer geeignet großen Kraft auf einen Mitnehmer in einer geeigneten Richtung, um so eine Drehbewegung der Achse herbeizuführen.The one or more of the shape memory alloy wires preferably extend at least substantially in the same direction as the rotatable axis. This means in particular that two attachment points of each wire are chosen so that the extension from one attachment point to the other at least substantially parallel to the axis. Each wire runs between its two attachment points in particular arcuate. Such a course allows the transmission of a suitably large force to a driver in a suitable direction, so as to bring about a rotational movement of the axle.

Ein Ende eines jeden Drahtes ist in einer Ausgestaltung insbesondere an einem Ende eines elektrischen Leiters angebracht, der sich zumindest im Wesentlichen parallel zur Achse erstreckt. Das andere Ende dieses elektrischen Leiters endet dann vorzugsweise benachbart zu einem weiteren elektrischen Leiter, an dem das andere Ende des Drahtes befestigt ist. Es liegen dann zwei benachbarte elektrische Anschlüsse vor, die ein Beheizen eines daran angeschlossenen Drahtes durch Stromfluss ermöglichen und die daher von einer Seite aus unproblematisch mit einer Stromquelle kontaktiert werden können.In one embodiment, one end of each wire is attached in particular to one end of an electrical conductor which extends at least substantially parallel to the axis. The other end of this electrical conductor then preferably terminates adjacent to another electrical conductor to which the other end of the wire is attached. There are then two adjacent electrical connections, which allow heating of a wire connected thereto by current flow and therefore can be contacted from one side without problems with a power source.

In einer Ausführungsform wird eine Rückstellfeder durch die Achse gehalten, wobei die Feder ein oder mehrere Mitnehmer in ihre Ausgangsstellung zurück zu bewegen vermag. Beispielsweise liegt diese Feder auf dem Bauelement auf, welches die Mitnehmer zu kontaktieren vermag. Die Feder trägt dann zugleich zur Stabilisierung der Lage des federbelasteten Bauelements bei. In one embodiment, a return spring is held by the axle, wherein the spring is able to move one or more drivers back to their original position. For example, this spring rests on the component which is able to contact the drivers. The spring then also contributes to the stabilization of the position of the spring-loaded component.

Der Antrieb umfasst insbesondere eine Mehrzahl von Drähten, die jeweils aus einer Formgedächtnislegierung bestehen, sowie eine Steuerung, die bewirkt, dass die Drähte nacheinander beheizt werden und zwar insbesondere mehrfach im Anschluss an Abkühlphasen, um die Achse fortlaufend in eine Richtung zu drehen. Diese Ausführungsform ermöglicht ein relativ schnelles Drehen der Achse in eine Richtung bezogen auf Antriebe mit Formgedächtnislegierungen.In particular, the drive comprises a plurality of wires, each consisting of a shape memory alloy, and a controller which causes the wires to be heated sequentially, and in particular several times following cooling phases, to continuously rotate the axis in one direction. This embodiment allows relatively fast rotation of the axis in one direction with shape memory alloy drives.

In einer Ausführungsform wird daher für das Betreiben des Radialaktuators zunächst ein aus einer Formgedächtnislegierung bestehender erster Draht des Radialaktuators beheizt, dadurch die Achse ein erstes Mal um einen vorgegebenen Winkel gedreht wird, im Anschluss daran ein aus einer Formgedächtnislegierung bestehender zweiter Draht des Radialaktuators beheizt und dadurch die Achse ein zweites Mal um einen vorgegebenen Winkel gedreht usw.. Ein zuvor beheizter, aus einer Formgedächtnislegierung bestehender Draht wird abkühlt, während ein anderer aus einer Formgedächtnislegierung bestehender Draht aufgeheizt wird, um so fortlaufend die Achse drehen zu können. Die Achse kann auf diese Weise in eine Richtung mehrfach um sich selbst gedreht werden und zwar relativ schnell. Je mehr Drähte eingesetzt werden, desto höher ist die Lebensdauer des Radialaktuators, da dann jeder einzelne Draht entsprechend weniger belastet wird. Bevorzugt gibt es drei Drähte nebst zugehörigen drei Mitnehmern.Therefore, in one embodiment, for operating the radial actuator, a first wire of the radial actuator consisting of a shape memory alloy is first heated, thereby rotating the axis a predetermined angle for a first time, then heating a second wire of the radial actuator existing of a shape memory alloy and thereby A previously heated shape memory alloy wire is cooled while another shape memory alloy wire is heated to continuously rotate the axis. The axis can be rotated in this way in one direction several times around itself and that relatively quickly. The more wires are used, the longer the life of the radial actuator, since then each individual wire is correspondingly less burdened. Preferably, there are three wires together with associated three drivers.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention will be explained in more detail with reference to a preferred embodiment.

Es zeigenShow it

1: Radialaktuator 1 : Radial actuator

2: Aufsicht auf Schnitt durch den Radialaktuator 2 : Top view on section through the radial actuator

3: Leiterbahn mit Draht 3 : Trace with wire

4: Leiterbahn gemäß 3 mit einem Vergleich zwischen kaltem und warmer Draht 4 : Trace according to 3 with a comparison between cold and warm wire

5: Radialaktuator mit Getriebe 5 : Radial actuator with gearbox

In der 1 wird ein Radialaktuator 1 gezeigt. Der Radialaktuator umfasst eine drehbare Achse 2. Ein Zahnrad 3 ist mit der Achse 2 verbunden. Wird das Zahnrad 3 gedreht, so dreht sich die Achse 2 zusammen mit dem Zahnrad 3. Der Radialaktuator 3 umfasst drei Mitnehmer 4. Die Mitnehmer 4 sind verschwenkbar gelagert. Die verschwenkbare Lagerung ist aus Gründen der Übersichtlichkeit in der 1 nicht dargestellt. Ein jeder Mitnehmer 4 verfügt über eine Zunge 5, die am Zahnrad 3 anliegt und zwar für ein Drehen des Zahnrads an einer steilen Flanke eines Zahns des Zahnrads 3. Ein jeder Mitnehmer 4 verfügt über einen Schlitz 6, durch den ein Draht 7 hindurchgeführt ist. Ein jeder Draht 7 besteht aus einer Formgedächtnislegierung. Ein Ende eines jeden Drahtes 7 ist an einem elektrischen Kontakt 8 befestigt. Das gegenüberliegende Ende eines jeden Drahtes 7 ist an einem anderen elektrischen Kontakt 9 befestigt. Ein jeder elektrischer Kontakt 9 verläuft parallel zur Achse 2. Zwischen den beiden Befestigungspunkten verläuft ein jeder Draht 7 bogenförmig. Beide elektrischen Kontakte 8 und 9 sind an einer Gehäuseseite bzw. Stirnseite 10 des Radialaktuators 1 herausgeführt und liegen nebeneinander, so dass diese paarweise problemlos elektrisch kontaktiert werden können, um durch einen jeden zugehörigen Draht 7 einen Strom für ein Beheizen hindurch leiten zu können. Der Radialaktuator 1 umfasst ferner ein federbelastetes Bauteil 11 auch Rückwerfer genannt, durch welches die Achse bzw. Welle 2 hindurchgeführt ist. Das federbelastete Bauteil 11 wird durch die Achse 2 drehbar gelagert und kann um die Achse 2 herum gedreht werden. Das federbelastete Bauteil 11 verfügt über insgesamt drei Arme. Ein jeder Arm kann an einem Mitnehmer 4 so anliegen, dass ein jeder Mitnehmer 4 durch das federbelastete Bauteil 11 von seiner Endstellung in seine Ausgangsstellung bewegt werden kann. Die Federbelastung erfolgt durch eine Schenkelfeder 12, die ebenfalls wie dargestellt durch die Achse 2 gelagert bzw. gehalten wird. Wird ein Draht 7 beheizt, so zieht sich der Draht zusammen, verkürzt also seine Länge. Dadurch wird der zugehörige Mitnehmer 4 von seiner Ausgangsstellung in seine Endstellung bewegt. Diese Bewegung wird mithilfe seiner Zunge 5 auf das Zahnrad 3 übertragen. Die damit verbundene Drehbewegung des Zahnrads 3 führt zu einer entsprechenden Drehbewegung der Achse 2.In the 1 becomes a radial actuator 1 shown. The radial actuator comprises a rotatable axle 2 , A gear 3 is with the axis 2 connected. Will the gear 3 turned, the axis rotates 2 together with the gear 3 , The radial actuator 3 includes three drivers 4 , The drivers 4 are mounted pivotally. The pivotable mounting is for reasons of clarity in the 1 not shown. Every driver 4 has a tongue 5 at the gear 3 is applied for a rotation of the gear on a steep flank of a tooth of the gear 3 , Every driver 4 has a slot 6 through which a wire 7 passed through. Every wire 7 consists of a shape memory alloy. An end of every wire 7 is at an electrical contact 8th attached. The opposite end of each wire 7 is at another electrical contact 9 attached. Every electrical contact 9 runs parallel to the axis 2 , Between the two attachment points, each wire runs 7 arcuate. Both electrical contacts 8th and 9 are on a housing side or end face 10 of the radial actuator 1 led out and lie next to each other, so that they can be contacted in pairs electrically easily by any associated wire 7 to be able to conduct a current for heating. The radial actuator 1 further comprises a spring-loaded component 11 also called the rear-end, through which the axle or shaft 2 passed through. The spring-loaded component 11 gets through the axis 2 rotatably mounted and can move around the axis 2 to be turned around. The spring-loaded component 11 has a total of three arms. Each arm can be attached to a driver 4 so that every driver 4 through the spring-loaded component 11 can be moved from its end position to its original position. The spring load is carried by a leg spring 12 also represented by the axis as shown 2 is stored or held. Becomes a wire 7 heated, so the wire contracts, so shortens its length. This will be the associated driver 4 moved from its initial position to its end position. This movement is made using his tongue 5 on the gear 3 transfer. The associated rotational movement of the gear 3 leads to a corresponding rotational movement of the axis 2 ,

Ist ein erster Draht 7 beheizt worden, so dass der zugehörige Mitnehmer 4 von seiner Ausgangsstellung in seine Endstellung bewegt worden ist, so wird im Anschluss daran der Stromfluss durch diesen Draht 7 unterbrochen, damit der entsprechende Draht 7 abkühlen kann. Während eines solchen Abkühlens wird ein nächster Draht 7 durch Stromfluss beheizt. Ein Abkühlen eines Drahtes 7 hat zur Folge, dass nach einem entsprechenden Verformen der zugehörige Mitnehmer 4 durch das federbelastete Bauteil 11 zurück in seine Ausgangsstellung bewegt wird. Da die Zähne des Zahnrads 3 entsprechend an einer Flanke geeignet rampenförmig sind, gelangt während einer solchen Bewegung zurück in die Ausgangsstellung die zugehörige Zunge 5 zu einem anderen Zahn des Zahnrads 3.Is a first wire 7 heated so that the associated driver 4 has been moved from its initial position to its end position, so then the current flow through this wire 7 interrupted, so that the appropriate wire 7 can cool down. During such a cooling becomes a next wire 7 heated by current flow. A cooling of a wire 7 has the consequence that after a corresponding deformation of the associated driver 4 through the spring-loaded component 11 moved back to its original position. Because the teeth of the gear 3 are suitably ramped on a flank, passes during Such a movement back to the starting position of the associated tongue 5 to another tooth of the gear 3 ,

Der in der 1 gezeigte Radialaktuator 1 kann auch eine andere Zahl von Mitnehmern 4 nebst zugehörigen Drähten 7 usw. umfassen. So kann die Zahl der Mitnehmer 4 beispielsweise zwei, vier oder fünf betragen. Vorzugsweise sind die Mitnehmer 4 stets symmetrisch um das Zahnrad 3 herum angeordnet. Das Gehäuse des Radialaktuators 1 besteht bevorzugt aus Kunststoff, also dann auch die Stirnseite 10 sowie die gegenüberliegende Stirnseite 13. Der Radialaktuator 1 kann noch ein Getriebe umfassen, welches in der 1 nicht gezeigt wird und welches sich innerhalb des Gehäuses des Radialaktuators befinden kann. Der Radialaktuator 1 kann besonders leicht und klein gebaut sein. So genügt typischerweise beispielsweise ein Durchmesser von ca. 25 mm sowie eine Höhe von ca. 64 mm, Das Gewicht kann zum Beispiel 15–25 g betragen. Durch Bestromung kann die Länge eines jeden Drahtes typischerweise um ca. 2–8% verkürzt werden. Die Drähte 7 werden in der Regel nacheinander bestromt, um die Achse bzw. Welle 2 kontinuierlich zu drehen. Hierunter ist zu verstehen, dass nacheinander ein elektrischer Strom durch die Drähte 7 hindurch fließt. Wird ein Draht 7 bestromt, so kühlen in dieser Zeit die anderen Drähte 7 ab, da diese dann aufgrund einer entsprechenden Steuerung nicht mehr bestromt werden. Die durch eine Bewegung eines Mitnehmers 4 von seiner Ausgangsstellung in seine Endstellung bewirkte Drehbewegung ist exakt definiert und u. a. durch die Bogenform eines jeden Drahtes 7 eingestellt werden. Die Achse 2 kann sehr präzise um einen gewünschten Winkel gedreht werden. Die Drehung der Achse kann schrittweise erfolgen, indem die Bestromung entsprechend gesteuert wird. Der Radialaktuator kann insbesondere dann eingesetzt werden, wenn kleine Drehzahlen und/oder präzise Drehwinkel gewünscht sind. Wird ein Mitnehmer zurück in seine Ausgangsstellung bewegt, so kann die entsprechende Zunge 5 aufgrund ihrer schwenkbaren Lagerung ausschwenken, ohne dabei den zugehörigen Draht 7 zu dehnen oder zu belasten. Die Vorspannung der Feder 12 ist insbesondere so gewählt, dass sie mindestens einen Draht 7 zu dehnen vermag. Die Achse bzw. Welle 2 kann aus beiden Stirnseiten 10 und 13 des Gehäuses des Radialaktuators 1 herausgeführt sein. Es ist dann ein beidseitiger Abtrieb möglich, um ein oder mehrere externe Bauteile in gewünschter Weise zu betätigen. Die Bestromung erfolgt bevorzugt von einer Seite des Gehäuses aus. Elektrische Kontakte bzw. elektrische Leiter 8 und 9 des Radialaktuators können durch Stanzen von Leiterbahneinheiten hergestellt sein.The Indian 1 shown radial actuator 1 can also have a different number of carriers 4 along with associated wires 7 etc. include. So can the number of takers 4 for example, be two, four or five. Preferably, the drivers 4 always symmetrical around the gear 3 arranged around. The housing of the radial actuator 1 is preferably made of plastic, so then the front page 10 as well as the opposite front side 13 , The radial actuator 1 can still include a transmission, which in the 1 not shown and which may be located within the housing of the Radialaktuators. The radial actuator 1 can be very light and small. For example, a diameter of approximately 25 mm and a height of approximately 64 mm is typically sufficient, for example. The weight may be 15-25 g, for example. By energizing the length of each wire can typically be shortened by about 2-8%. The wires 7 are usually energized one after the other to the axis or shaft 2 to turn continuously. By this is meant that one after the other an electric current through the wires 7 flows through it. Becomes a wire 7 energized, then cool the other wires in this time 7 because they are then no longer energized due to a corresponding control. By a movement of a driver 4 from its initial position in its end position caused rotational movement is precisely defined and, inter alia, by the arc shape of each wire 7 be set. The axis 2 can be turned very precisely at a desired angle. The rotation of the axis can be done step by step by controlling the energization accordingly. The radial actuator can be used in particular when small speeds and / or precise angles of rotation are desired. If a driver is moved back to its original position, then the corresponding tongue 5 swing out due to their pivotal mounting, without losing the associated wire 7 to stretch or strain. The bias of the spring 12 is chosen in particular so that it has at least one wire 7 to stretch. The axis or shaft 2 can be from both ends 10 and 13 the housing of the radial actuator 1 be led out. It is then a two-sided output possible to operate one or more external components in the desired manner. The current supply preferably takes place from one side of the housing. Electrical contacts or electrical conductors 8th and 9 of the radial actuator can be made by punching conductor track units.

In der 2 wird eine Aufsicht auf einen Schnitt des Radialaktuators 1 gezeigt. Die 2 verdeutlicht insbesondere auch eine drehbare Lagerung 14 für die Mitnehmer 4. Die Lagerung 14 ist in einer Ausführungsform Teil des vorzugsweise aus Kunststoff bestehenden Gehäuses 15, das in die Stirnseiten 10 und 13 einmündet, um so die Zahl der benötigten Bauteile zu minimieren. Wird in der 2 der Draht bestromt und fließt also ein elektrischer Strom durch diesen Draht, der zu dem links oben gezeigten Mitnehmer 4 gehört, so wird dieser Mitnehmer 4 entlang des Pfeils 16 von seiner Ausgangsstellung in seine Endstellung bewegt. In dieser Zeit werden die anderen Drähte 7 nicht bestromt. Durch das federbelastete Bauteil 11 können daher die anderen zwei Mitnehmer 4 im Anschluss an ein hinreichendes Abkühlen der zugehörigen Drähte 7 zurück in ihre Ausgangsstellung bewegt werden, soweit dies im Anschluss an ein beheizen noch nicht geschehen ist. Ein jeder Mitnehmer 4 kann so federbelastet sein, dass ein jedes offenes Ende einer jeden zugehörigen Zunge 5 in Richtung Zahnrad 3 gedrückt wird. Es ist dann sichergestellt, dass die Zungen fünf in geeigneter Weise zu den Zähnen des Zahnrads drei gelangen. Sind die Drähte 7 geeignet elastisch ausgestaltet, so können diese durch eine geringe Vorspannung für die genannte Federbelastung der Mitnehmer 4 sorgen.In the 2 is a plan view of a section of the radial actuator 1 shown. The 2 especially clarifies a rotatable storage 14 for the takers 4 , Warehousing 14 is in one embodiment part of the housing preferably made of plastic 15 that in the front pages 10 and 13 In order to minimize the number of components required. Will in the 2 the wire is energized and thus flows an electric current through this wire to the driver shown above left 4 heard, so this driver 4 along the arrow 16 moved from its initial position to its end position. In this time, the other wires 7 not energized. Due to the spring-loaded component 11 Therefore, the other two drivers can 4 following a sufficient cooling of the associated wires 7 moved back to their original position, as far as this is not done after heating. Every driver 4 can be spring loaded so that each open end of each associated tongue 5 in the direction of gear 3 is pressed. It is then ensured that the tongues five arrive in a suitable manner to the teeth of the gear three. Are the wires 7 suitably designed elastically, they can by a small bias for the said spring load of the driver 4 to care.

In der 3 wird eine Leiterbahneinheit mit ausgestanzter Leiterbahn 9 nebst elektrischem Kontakt 6 und daran angebrachtem Draht gezeigt. Die Leiterbahn bzw. elektrischen Kontakte 8 und 9 sind also ein Stanzteil. Die Leiterbahn bzw. elektrischen Kontakte 8 und 9 sind in oder an einem elektrisch nicht leitenden, insbesondere aus Kunststoff bestehenden Träger 18 angebracht. An einem Ende der Leiterbahn 9 ist der Draht 7, der aus einer Formgedächtnislegierung besteht, angebracht. Am anderen Ende der Leiterbahn 9 befindet sich der elektrische Kontakt 8 und zwar benachbart zur Leiterbahn 9. Es gibt einen Abstand zwischen der Leiterbahn 9 und dem elektrischen Kontakt 8. An dem elektrischen Kontakt 8 ist der Draht 7 ebenfalls angebracht und mit diesem folglich elektrisch leitend verbunden.In the 3 is a conductor track unit with punched conductor track 9 in addition to electrical contact 6 and wire attached thereto. The conductor track or electrical contacts 8th and 9 So are a stamped part. The conductor track or electrical contacts 8th and 9 are in or on an electrically non-conductive, in particular made of plastic carrier 18 appropriate. At one end of the track 9 is the wire 7 consisting of a shape memory alloy attached. At the other end of the track 9 is the electrical contact 8th namely adjacent to the conductor track 9 , There is a gap between the track 9 and the electrical contact 8th , At the electrical contact 8th is the wire 7 also attached and thus electrically connected to this.

In der 4 wird die Leiterbahneinheit aus 3 gezeigt. Die 4 verdeutlicht, dass sich der Draht 7 durch Erwärmung verkürzt. Der Draht 7 erwärmt sich, sobald ein Strom durch diesen fließt.In the 4 turns off the trace unit 3 shown. The 4 clarifies that the wire 7 shortened by heating. The wire 7 Warms up as soon as a current flows through it.

In der 5 wird verdeutlicht, in welcher Weise ein oder zwei Getriebe 19 in den Radialaktuator eingebaut sein können. Die Getriebe grenzen insbesondere an die Gehäusestirnseiten 10 und 13 an. Die Getriebe 19 können innerhalb des Radialaktuators eingebaut sein und benötigen also keinen zusätzlichen Platz. Die Getriebe 19 umgeben die drehbare Achse bzw. Welle 2. Die 5 verdeutlicht, dass die Achse 2 aus beiden Stirnseiten 10 und 13 herausgeführt sein kann. Die nach außen führenden elektrischen Kontakte 8 und 9 sind allerdings nur durch eine Stirnseite, nämlich die Stirnseite 10 heraus geführt.In the 5 clarifies how one or two gears 19 can be installed in the radial actuator. The gearboxes border in particular on the housing end faces 10 and 13 at. The gears 19 can be installed inside the radial actuator and therefore need no extra space. The gears 19 surround the rotatable axle or shaft 2 , The 5 clarifies that the axis 2 from both ends 10 and 13 can be led out. The leading electrical contacts 8th and 9 However, they are only through one end, namely the front side 10 led out.

Der Radialaktuator kann als Antrieb für eine Drehfalle eines Schlosses für ein Gebäude oder ein Kraftfahrzeug genutzt werden, Teil einer Zentralverriegelung eines Kraftfahrzeugs sein oder dem elektrischen Öffnen von Schlössern dienen. Je mehr Drähte 7 eingesetzt sind, umso höher ist die Lebensdauer des Radialaktuators. Die Erfindung ermöglicht es also, durch Erhöhen der Zahl der Drähte 7 die Lebensdauer im Bedarfsfall geeignet zu erhöhen. Außerdem zeichnet sich der Radialaktuator durch ein relatives schnelles Drehen aus. The radial actuator can be used as a drive for a catch of a lock for a building or a motor vehicle, be part of a central locking of a motor vehicle or serve the electric opening of locks. The more wires 7 are used, the higher the life of the radial actuator. The invention thus makes it possible, by increasing the number of wires 7 to increase the service life if necessary. In addition, the radial actuator is characterized by a relative fast turning.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: RadialaktuatorRadialaktuator
22: drehbare Achserotatable axle
33: Zahnradgear
44: Mitnehmertakeaway
55: Zungetongue
66: Schlitzslot
77: Drahtwire
88th: elektrischer Kontaktelectric contact
99: elektrischer Kontakt/Leiterbahnelectrical contact / conductor track
1010: GehäusestirnseiteBody face
1111: federbelastetes Bauteil/Rückwerferspring-loaded component / rear-view
1212: SchenkelfederLeg spring
1313: GehäusestirnseiteBody face
1414: drehbare Lagerung für Mitnehmerrotatable mounting for drivers
1515: Gehäusecasing
1616: Bewegungsrichtung in EndstellungDirection of movement in end position
1717: Verbindungsbereich zwischen Leiterbahn und DrahtConnection area between conductor track and wire
1818: KunststoffträgerPlastic carrier
1919: Getriebetransmission

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 3820877 A1 [0004]
DE 3712642 A1 [0005]

Claims

Radial actuator ( 1 ) with a rotatable axis ( 2 ), which can be rotated by a drive and circulating, characterized in that the drive is designed so that the rotation of the axis ( 2 ) can be effected by deforming a particular wire-shaped shape memory alloy.

Radial actuator according to the preceding claim, characterized in that a ratchet mechanism is provided which causes the axis ( 2 ) can be rotated by the drive in one direction only.

Radial actuator according to one of the preceding claims, characterized in that the axis ( 2 ) a gear ( 3 ), which is rotated by deformation, in particular by contraction of the shape memory alloy.

Radial actuator according to the preceding claim, characterized in that a driver ( 4 ), which is in the gear ( 3 ), is moved by deformation, in particular by contraction of the shape memory alloy from a starting position to an end position and thereby the gear ( 3 ) as well as the axis ( 2 ) is rotated.

Radial actuator according to the preceding claim, characterized in that a plurality of drivers ( 4 ), which are preferably symmetrical about the axis ( 2 ) are arranged around and each driver ( 4 ) by contraction of a respectively associated, preferably as a wire ( 7 ) is moved to the shape memory alloy in the end position.

Radial actuator according to one of the two preceding claims, characterized in that each driver ( 4 ) is spring-loaded directly or indirectly such that each driver ( 4 ) Can be moved by spring force to its original position.

Radial actuator according to the preceding claim, characterized in that each driver ( 4 ) by a single, preferably one-piece, spring-loaded component ( 11 ) can be moved to its initial position, wherein the component ( 11 ) preferably for each driver ( 4 ) comprises an arm having a driver ( 4 ) to contact.

Radial actuator according to one of the preceding claims, characterized in that the one or more of the shape memory alloy existing wires ( 7 ) extend at least substantially in the same direction as the rotatable axis ( 2 ) and / or the wire end of each wire ( 7 ) at one end of an electrical conductor ( 9 ) is mounted, which is at least substantially parallel to the axis ( 2 ).

Radial actuator according to one of the preceding claims, characterized in that a spring, in particular leg spring ( 12 ) through the axis ( 2 ) holding one or more drivers ( 4 ) is able to move into his or her respective starting position.

Radial actuator according to one of the preceding claims, characterized in that the drive comprises a plurality of wires ( 7 ) and preferably exactly three wires, each consisting of a shape memory alloy comprises, as well as a controller that causes the wires ( 7 ) are heated successively and in particular several times after cooling phases.

Track unit for a radial actuator according to one of the preceding claims with a conductor track ( 9 ), with one at one end of the track ( 9 ) attached wire ( 7 ) of a shape memory alloy and one at the other end of the track ( 9 ) located electrical contact ( 8th ), which is adjacent to the track ( 9 ) is arranged and a distance to the conductor track ( 9 ) and on which the wire ( 7 ) is attached.

Printed conductor unit according to the preceding claim, characterized in that the conductor track ( 9 ) as well as the electrical contact ( 8th ) in or on an electrically non-conductive, in particular made of plastic carrier ( 18 ) are mounted.

Strip unit according to one of the two preceding claims, characterized in that the conductor track ( 9 ) and / or the electrical contact ( 8th ) are a stamped part.

Method for operating a radial actuator according to one of the preceding claims, characterized in that first of all a first wire consisting of a shape memory alloy ( 7 ) of the radial actuator is heated in particular by energization, thereby the axis ( 2 ) is rotated by a first angle, followed by a second wire made of a shape memory alloy ( 7 ) of the radial actuator is heated in particular by energization and thereby the axis ( 2 ) is rotated further.

Method according to the preceding claim, characterized in that a previously heated wire consisting of a shape memory alloy ( 7 ) while another shape memory alloy wire (FIG. 7 ) is heated.

Method according to one of the two preceding claims, characterized in that the axis ( 2 ) is always rotated in one direction around.