DE102011016962A1

DE102011016962A1 - Anordnung zum Verstellen eines um eine Drehachse drehbaren Bauteils

Info

Publication number: DE102011016962A1
Application number: DE201110016962
Authority: DE
Inventors: Elmar Deister
Original assignee: Moehlenhoff GmbH
Current assignee: Unovatis De GmbH
Priority date: 2011-04-13
Filing date: 2011-04-13
Publication date: 2012-10-18

Abstract

Es wird eine Anordnung zum Verstellen eines um eine Drehachse drehbaren Bauteils (2) angegeben, bei welcher in der Drehachse ein strangförmiges Torsionselement (8) angeordnet ist, das aus einer Form-Gedächtnis-Legierung besteht. Das Torsionselement (8) ist in einem dicht an demselben anliegenden Rohr (9) aus einem Material mit guter Wärmeleitfähigkeit angeordnet, an dem außen mindestens ein elektrisches Heizelement angebracht ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum Verstellen eines um eine Drehachse drehbaren Bauteils, bei welcher in der Drehachse ein strangförmiges Torsionselement angeordnet ist, das aus einer Form-Gedächtnis-Legierung besteht ( DE 698 09 656 T2 ).
Ein drehbares Bauteil im Sinne der Erfindung kann beispielsweise eine Klappe sein, mittels derer der lichte Querschnitt eines Rohres oder eines Strömungskanal verändert und im Extremfall verschlossen werden kann. Ein bei dieser Anordnung eingesetztes Element aus einer Form-Gedächtinis-Legierung (FGL) ist an sich bekannt. Eine solche FGL hat beispielsweise die Komponenten Nickel, Titan und Kupfer. Sie ist beispielsweise in der DE 198 10 640 C2 beschrieben. Ein Element aus einer FGL erhält durch thermische und mechanische Behandlung ein Formgedächtnis mit der Maßgabe eingeprägt, daß es nach einer Verformung aus dieser eingeprägten Form heraus in eine andere Form bei Erwärmung in die eingeprägte Form zurückgeht, und zwar mit erheblicher Kraftentwicklung. Ein FGL-Element kann bei Fortfall der Erwärmung in einer gegebenen Position gehalten oder mit relativ geringem Kraftaufwand, beispielsweise mittels einer Feder, wieder in die durch die erwähnte Verformung erreichte andere Form zurückgebracht werden.
Die eingangs erwähnte Anordnung nach der DE 698 09 656 T2 wird zur Ansteuerung eines drehbaren Deflektors eingesetzt. Der Deflektor ist fest mit einem strangförmigen Torsionselements verbunden, das aus einer FGL besteht und zu seiner Aktivierung an eine elektrische Stromquelle angeschlossen werden kann. Es wird dann direkt durch elektrischen Strom erwärmt und geht in seine dem eingeprägten Formgedächtnis entsprechende Form zurück. Mit dem Torsionselement ist außerdem eine Spiralfeder verbunden, welche das Torsionselement in einer gegenüber der als Formgedächtnis eingeprägten Form verdrehten Form hält. Wenn das Torsionselement durch Einschalten der Stromquelle erwärmt wird, dreht es sich unter Mitnahme des Deflektors in Richtung seiner eingeprägten Form zurück. Der Deflektor kann dadurch in unterschiedliche Positionen gedreht werden. Wegen des direkten Anschlusses von elektrischem Strom an das Torsionselement muß die Anordnung insgesamt berührungssicher elektrisch isoliert werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs geschilderte Anordnung einfacher zu gestalten.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das Torsionselement in einem dicht an demselben anliegenden Rohr aus einem Material mit guter Wärmeleitfähigkeit angeordnet ist, an dem außen mindestens ein elektrisches Heizelement angebracht ist.
Bei dieser Anordnung sind das Torsionselement und das für seine Erwärmung eingesetzte Heizelement galvanisch getrennt. Dadurch kann die ganze Anordnung auf einfache Art und Weise berührungssicher aufgebaut werden, weil das Heizelement als Bauteil mit relativ kleinen Abmessungen gut isoliert ausgeführt werden kann. Als Heizelement kann bei dieser Anordnung mit Vorteil ein elektrischer Widerstand eingesetzt werden, der sich nach Anschalten an eine Stromquelle schnell erwärmt und dadurch zu einer schnellen Reaktion des Torsionselements führt. Die von dem Heizelement erzeugte Wärme wird durch das gut wärmeleitende Rohr, das dicht am zu erwärmenden Torsionselement anliegt, unmittelbar und schnell auf dasselbe übertragen. In bevorzugter Ausführungsform wird als Heizelement ein elektrischer PTC-Widerstand verwendet.
Entsprechend einer vorteilhaften Ausgestaltung der Anordnung sind in der Drehachse des Bauteils zwei voneinander getrennte Torsionselemente angeordnet, die bei Erwärmung in zueinander entgegengesetzter Richtung drehen, um in ihre dem eingeprägten Formgedächtnis entsprechende Form zurückzugelangen. Jedes dieser Torsionselemente ist von einem eigenen Rohr umgeben und mit einem eigenen Heizelement ausgerüstet. Es wird stets nur eines der Torsionselemente erwärmt, das bei seiner Drehung das andere Torsionselement mitnimmt und dadurch quasi als Rückstellelement für dasselbe dient. Ein gesondertes Rückstellelement ist bei dieser Ausführungsform der Anordnung nicht erforderlich.
Das mit der Anordnung nach der Erfindung zu verstellende Bauteil ist beispielsweise eine in einer Rohrleitung angeordnete Klappe, mittels derer der lichte Querschnitt der Rohrleitung mit den Endlagen „offen” und „geschlossen” verändert werden kann. Stellvertretend für alle anderen um eine Drehachse drehbaren Bauteilen, wird im folgenden eine solche Klappe berücksichtigt.
Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind in den Zeichnungen dargestellt.
Es zeigen:
1 in schematischer Darstellung eine Anordnung mit einer in einer Rohrleitung drehbar angeordneten, mit einem Torsionselement nach der Erfindung ausgerüsteten Klappe.
2 die Anordnung nach 1 mit um 90° gedrehter Klappe.
3 das Torsionselement nach 1 in ergänzter Ausführungsform, in vergrößerter Darstellung.
4 eine gegenüber 1 abgewandelte Ausführungsform der Anordnung.
5 Einzelheiten aus 4 in ergänzter Ausführungsform, in vergrößerter Darstellung.
6 die Anordnung nach 1 mit einer weiteren Ergänzung.
In 1 ist schematisch eine in einer Rohrleitung 1 angeordnete Klappe 2 dargestellt, die um eine strichpunktierte eingezeichnete Drehachse 3 drehbar ist. In der in 1 dargestellten Position ist die Rohrleitung 1 durch die Klappe 2 verschlossen. Bei einer Drehung um 90° gibt die Klappe 2 gemäß 2 den lichten Querschnitt der Rohrleitung 1 im wesentlichen frei. Die Klappe 2 ist in der Rohrleitung 1 an zwei einander diametral gegenüber liegenden Stellen 4 und 5 drehbar gelagert. An der Stelle 4 ist ein in eine Bohrung der Rohrleitung 1 eingreifender Zapfen 6 angeordnet, mit dem die Klappe 2 fest verbunden ist. Um den Zapfen 6 herum ist mit Vorteil eine Rückstellfeder 7 angeordnet, durch welche die Klappe 2 beispielsweise in ihre aus 2 ersichtliche Offenstellung als eine Endlage gebracht werden kann.
Zum Drehen der Klappe 2 um die Drehachse 3 ist in derselben ein in der Wandung der Rohrleitung 1 befestigtes, strangförmiges Torsionselement 8 angeordnet, das aus einer FGL besteht. Das Torsionselement 8 ist von einem dicht an demselben anliegenden Rohr 9 aus einem Material mit guter Wärmeleitfähigkeit umgeben. Es besteht mit Vorteil aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung. Das Torsionselement 8 ist fest mit der Klappe 2 verbunden.
An dem Rohr 9 ist gemäß 3 außen ein elektrisches Heizelement 10 angebracht, das dicht am Rohr 9 anliegt. Es soll mit Vorteil durch eine elektrisch isolierende Schicht galvanisch vom Rohr 9 getrennt sein. Das Heizelement 10 kann über elektrische Adern 11 und 12 mit einer elektrischen Spannungsquelle verbunden werden. Das Rohr 9 soll das Torsionselement 8 auf seiner Länge so weit wie möglich und sinnvoll umgeben. Seine Länge soll mit Vorteil mindestens 80% der Länge des Torsionselements 8 betragen. Zur Verbesserung des Wärmeübergangs zwischen Rohr 9 und Torsionselement 8 kann die elektrisch isolierende Schicht aus einem wärmeleitenden Material bestehen.
Das Heizelement 10 ist elektrisch gut isoliert am Rohr 9 angebracht und mit Vorteil mit einer feuchtigkeitsdichten Abdeckung versehen. Zur einfachen Anbringung des Heizelements 10 kann das Rohr 9 eine quadratische Außenkontur mit vier ebenen Flächen haben. Auf einer dieser Flächen kann das Heizelement 10 montiert sein, so wie es beispielsweise in der DE 20 2009 008 830 U1 beschrieben ist. Als Heizelement 10 kann mit Vorteil ein elektrischer Widerstand eingesetzt werden, und zwar in bevorzugter Ausführungsform ein PTC-Widerstand.
Das Torsionselement 8 soll beispielsweise in der aus 2 ersichtlichen Offenstellung der Klappe 2 durch die Rückstellfeder 7 gehalten sein. Es ist in diese Offenstellung aus seiner dem eingeprägten Formgedächtnis entsprechenden Form, in welcher die Klappe 2 sich in ihrer Schließstellung als zweite Endlage befindet, durch Drehung um seine der Drehachse 3 entsprechende Achse herausgedreht worden. Bei Erwärmung durch das Heizelement 10 dreht das Torsionselement 8 unter Mitnahme der Klappe 2 um seine Achse in seine eingeprägte Form zurück. Diese entspricht als Endlage der Schließposition der Klappe 2 gemäß 1. Dabei können durch mehrfaches Ein- und Ausschalten des Heizelements 10 auch Zwischenpositionen der Klappe 2 eingestellt werden.
Gemäß 4 können in der Rohrleitung 1 auch zwei voneinander getrennte Torsionselemente 8A und 8B befestigt sein. Sie sind beide von einem dicht anliegenden Rohr 9A bzw. 9B umgeben und beide mit einem eigenen Heizelement 10A bzw. 10B bestückt. Die beiden Torsionselemente 8A und 8B sind bei der Ausführungsform nach 4 so eingestellt, daß sie sich bei Erwärmung in zueinander entgegengesetzter Richtung um ihre Achse drehen. Dabei muß sichergestellt sein, daß immer nur eines der Torsionselemente 8A oder 8B erwärmt wird. Das Torsionselement 8B dreht bei Erwärmung durch das Heizelement 10B die Klappe 2 beispielsweise in die aus 2 ersichtliche Offenposition. Dabei wird gleichzeitig das Torsionselement 8A aus seiner dem eingeprägten Formgedächtnis entsprechenden Form herausgedreht. Das Torsionselement 8B hat bei dieser Ausführungsform gleichzeitig die Funktion der Rückstellfeder 7.
Beide Torsionselemente 8A und 8B haben dementsprechend bei ihrer Erwärmung durch das zugehörige Heizelement 10A bzw. 10B für das jeweils andere Torsionselement die Funktion einer Rückstellfeder. Auf eine gesonderte Rückstellfeder kann dann also verzichtet werden. Zum Drehen der Klappe 2 in die aus 1 ersichtliche Schließposition werden das Heizelement 10B abgeschaltet und das Heizelement 10A eingeschaltet, so daß jetzt das Torsionselement 8A erwärmt wird. Es dreht dann analog zum beschriebenen Verhalten des Torsionselements 8B dasselbe aus seiner dem eingeprägten Formgedächtnis entsprechenden Form heraus, in welcher die Klappe 2 geöffnet ist.
Die Anordnung kann zusätzlich mit einem der Einfachheit halber nicht mit dargestellten Haltemechanismus ausgerüstet sein, durch welchen die Klappe 2 in ihren Endlagen gehalten ist. Es ist dann gegebenenfalls keine Dauerbeheizung der Torsionselemente erforderlich. Der Haltemechanismus kann auch mit einem die elektrische Stromzufuhr an die Heizelemente gegebenenfalls unterbrechenden Endschalter gekoppelt sein. Ein in einer Endlage der Klappe 2 gegebenenfalls vorhandener Schalter kann zum Ein- und Ausschalten anderer Geräte genutzt werden, beispielsweise von Lüftungsventilatoren.
Die Klappe 2 kann gemäß 5 beispielsweise über den Zapfen 6 mit einem elektronischen Drehwinkelgeber 13 ausgerüstet sein, durch welchen die Beheizung des Torsionselements 8 bzw. der Torsionselemente 8A und 8B ein- und ausgeschaltet werden kann, um beispielsweise die im Vorangehenden erwähnten Zwischenstellungen der Klappe 2 einzustellen. Ein durch die Rohrleitung 1 bewegter Volumenstrom kann dadurch beispielsweise durch ein externes Steuersignal geregelt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 69809656 T2 [0001, 0003]
DE 19810640 C2 [0002]
DE 202009008830 U1 [0020]

Claims

Anordnung zum Verstellen eines um eine Drehachse drehbaren Bauteils, bei welcher in der Drehachse ein strangförmiges Torsionselement angeordnet ist, das aus einer Form-Gedächtnis-Legierung besteht, dadurch gekennzeichnet, daß das Torsionselement (8) in einem dicht an demselben anliegenden Rohr (9) aus einem Material mit guter Wärmeleitfähigkeit angeordnet ist, an dem außen mindestens ein elektrisches Heizelement (10) angebracht ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizelement (10) durch eine elektrisch isolierende Schicht galvanisch vom Torsionselement (8) getrennt ist.
Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Drehachse (3) des Bauteils zwei voneinander getrennte Torsionselemente (8A, 8B) angebracht sind, von denen jedes von einem dicht an demselben anliegenden Rohr (9A, 9B) umgeben und mit einem eigenen Heizelement (10A, 10B) bestückt ist, die bei Erwärmung in zueinander entgegengesetzter Richtung drehen.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Heizelement jeweils ein elektrischer Widerstand, vorzugsweise ein PTC-Widerstand, eingesetzt ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (9) bzw. die Rohre (9A, 9B) mit einer ebenen Außenfläche versehen ist bzw. sind, auf welcher das jeweilige Heizelement angebracht ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil in vorgegebenen Endlagen durch einen Haltemechanismus fixiert ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil mit einem elektronischen Drehwinkelgeber (13) ausgerüstet ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Bauteils ein Schalter angeordnet ist, der in einer Endlage vom Bauteil ein- und ausschaltbar ist.