-
Die Erfindung betrifft einen Wandler mit einer Wandlermechanik zum Umwandeln einer Translationsbewegung in eine Schwenkbewegung mit einem Antriebselement für die Translationsbewegung, und mit einem drehbar gelagerten Schwenkelement, wobei das Antriebselement mittels der Wandlermechanik mit dem Schwenkelement verbunden ist, das Antriebselement als ein Formgedächtnisaktor ausgebildet ist und ein erster Formgedächtnisaktor zum Bewegen des Schwenkelementes in eine erste Schwenkrichtung und ein zweiter Formgedächtnisaktor zum Bewegen des Schwenkelementes in eine zweite Schwenkrichtung vorhanden ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Umwandeln einer Translationsbewegung in eine Schwenkbewegung mit einem solchen Wandler.
-
Ein derartiger Wandler ist aus der
US 2005/0115235 A1 bekannt. Hierbei sind die beiden Formgedächtnisaktoren an einem gemeinsamen bzw. demselben Mitnehmer befestigt.
-
Darüber hinaus sind Translations-Rotations-Wandler aus verschiedenen technischen Bereichen und in unterschiedlichen Ausführungsformen bekannt. Beispielsweise werden solche Wandler dort eingesetzt, wo die translatorische Bewegung eines Antriebselementes in eine rotatorische Bewegung überführt werden soll. Bekannte Antriebselement für die Translationsbewegung sind beispielsweise Zylinder, insbesondere Pneumatikzylinder und/oder Hydraulikzylinder, oder Linearantriebe. Des Weiteren ist es bekannt, Wandler der eingangs genannten Art beispielsweise zum Bewegen von Klappen und/oder Verschlüssen, zum Positionieren von Maschinenteilen und/oder Optiken einzusetzen. Darüber hinaus können derartige Wandler beispielsweise in Scharnieren, insbesondere im Möbelbau, verwendet werden. In diesem Zusammenhang sind elektrifizierte und/oder elektrische Scharniere und/oder Beschläge bekannt. Zum Antreiben der Scharniere und/oder Beschläge werden üblicherweise Elektroantriebe und/oder Servoantriebe verwendet.
-
Nachteilig ist bei den bekannten Wandlern ein oftmals aufwändiger Aufbau und/oder eine hohe Masse des Aufbaus. Bei einem technischen Defekt des Antriebselementes und/oder eines Elektroantriebs oder Servoantriebs eines Scharniers und/oder Beschlages lässt sich der Wandler, das Scharnier und/oder der Beschlag oftmals nicht mehr bedienen. Durch konstruktionsbedingte Mindestmaße ist darüber hinaus eine Miniaturisierung oftmals nicht in der gewünschten Weise erreichbar. Bei einem Scharnier und/oder Beschlag mit einem Elektro- oder Servoantrieb ist zudem von Nachteil, dass der Betrieb mit einer oftmals unerwünschten Geräuschkulisse verbunden ist.
-
Hiervon ausgehend ist es die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, einen Wandler der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass eine kompaktere Bauweise, eine geringere Masse des Aufbaus, eine Miniaturisierung des Aufbaus und/oder ein geräuscharmer oder geräuschloser Betrieb ermöglicht ist. Insbesondere soll ein Wandler der eingangs genannten Art oder ein Scharnier und/oder ein Beschlag mit einem solchen Wandler auch bei einem Ausfall des Antriebselementes manuell bedienbar sein.
-
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch einen Wandler der eingangs genannten Art gelöst, wobei dem ersten Formgedächtnisaktor ein erster Mitnehmer und dem zweiten Formgedächtnisaktor ein zweiter Mitnehmer zugeordnet ist, wobei der erste und zweite Mitnehmer translatorisch beweglich gelagert sind. Des Weiteren ist gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen, dass ein solcher Wandler, insbesondere in Kombination mit einer Spindel-Gewinde-Einrichtung, mit einer Hebelmechanik und/oder mit einer schräg zur Translationsbewegung ausgerichteten Führung, verwendet wird.
-
Hierbei ist von Vorteil, dass aufgrund der Verwendung eines Formgedächtnisaktors als Antriebselement ein einfach aufgebauter Wandler realisierbar ist, der auf zuverlässige Weise eine Translationsbewegung in eine Schwenkbewegung umwandelt. Insbesondere ist ein einzelner und/oder erster Formgedächtnisaktor zum Umwandeln der Translationsbewegung in Bezug auf eine erste Translationsrichtung in eine Schwenkbewegung in eine erste Schwenkrichtung vorgesehen. Somit kann mittels eines einzelnen Formgedächtnisaktors eine Translationsbewegung in die erste Translationsrichtung in lediglich eine einzige, vorgegebene Schwenkrichtung umgewandelt werden. Hierbei handelt es sich um einen sogenannten Einwegeffekt des Formgedächtnisaktors.
-
Nach einer weiteren Ausführungsform ist der Formgedächtnisaktor für die in die Schwenkbewegung umzuwandelnde Translationsbewegung vorgedehnt. Insbesondere handelt es sich bei der Vordehnung des Formgedächtnisaktors um eine sogenannte pseudoplastische Vordehnung. Einem Formgedächtnisaktor kann mittels einer Wärmebehandlung eine äußere Form eingeprägt werden, in die der Formgedächtnisaktor nach einer pseudoplastischen Vordehnung und/oder Verformung aufgrund einer anschließenden Erwärmung des Formgedächtnisaktors über eine vorgegebene Temperaturgrenze wieder zurückgekehrt. Während dieser Transformation verrichtet der Formgedächtnisaktor nutzbare mechanische Arbeit, insbesondere im Sinne des Produktes aus Kraft und Weg, und kann daher als Antriebselement verwendet werden. Vorzugsweise erfolgt anschließend eine Abkühlung des Formgedächtnisaktors, die nicht mit einer äußeren Form- und/oder Gestaltänderung einhergeht. Hierdurch ist der Einwegeffekt des Formgedächtnisaktors realisierbar.
-
Vorzugsweise ist zum Realisieren der Vordehnung ein Dehnelement, insbesondere ein Federelement, vorhanden. Hierbei kann das Dehnelement eine Zugkraft oder eine Druckkraft ausüben. Das Federelement kann beispielsweise als eine Zugfeder oder Druckfeder ausgebildet sein. Insbesondere ist das Dehnelement mit einem, vorzugsweise freien, Ende des Formgedächtnisaktors verbunden. Ein von diesem Ende des Formgedächtnisaktors und/oder dem Dehnelement abgewandtes Ende des Formgedächtnisaktors kann ortsfest gelagert sein. Des Weiteren kann das Dehnelement in einem Bereich der Wandlermechanik angeordnet sein und/oder das Dehnelement kann ein Teil der Wandlermechanik sein. Insbesondere zur Realisierung zyklischer Stellbewegungen ist nach oder während des Abkühlens des Formgedächtnisaktors eine von außen wirkende Vorspannkraft und/oder Dehnkraft, vorzugsweise mittels eines Dehnelementes, einer konstanten Masse und/oder mittels einer Gegenfeder, auf den Formgedächtnisaktor zu applizieren. Hierdurch kann ein sogenanntes Zweiwegeffekt-im-System realisiert werden. Mittels des Dehnelementes kann eine maximal erzielbare Dehnung des Formgedächtnisaktor erreicht werden. Insbesondere ist aufgrund der Verwendung eines Formgedächtnisaktors eine hohe Effektstabilität für aktorische Anwendungen ermöglicht. Vorzugsweise ermöglicht die Verwendung eines Formgedächtnisaktors die Realisierung hinreichen großer Stellwege und/oder Stellkräfte. Des Weiteren kann ein Wandler mit einem Formgedächtnisaktor als Antriebselement, insbesondere im Vergleich zu konventionellen Elektroantrieben und/oder Servoantrieben, einen geräuscharmen oder geräuschlosen Betrieb ermöglichen. Darüber hinaus sind kompaktere Bauformen, geringere Massen des Aufbaus und/oder eine Miniaturisierung des Aufbaus aufgrund der Verwendung des Formgedächtnisaktors als Antriebselement ermöglicht.
-
Gemäß einer Weiterbildung ist der Formgedächtnisaktor mittels eines, insbesondere translatorisch beweglich gelagertem, Mitnehmers mit der Wandlermechanik verbunden. Insbesondere ist der Mitnehmer einem, vorzugsweise freien, Ende des Formgedächtnisaktors zugeordnet und/oder mit diesem verbunden. Der Mitnehmer kann Bestandteil der Wandlermechanik sein. Vorzugsweise ist der Formgedächtnisaktor zum Erhöhen einer translatorischen Verschiebekraft an dem Mitnehmer umgelenkt. Der Formgedächtnisaktor kann V-förmig oder U-förmig an dem Mitnehmer umgelenkt sein. Aufgrund der Umlenkung des Formgedächtnisaktors an dem Mitnehmer kann eine Stellkraft, Zugkraft und/oder Verschiebekraft des Formgedächtnisaktors auf den Mitnehmer erhöht und/oder verdoppelt werden. Insbesondere ist ein Dehnelement mit dem Mitnehmer verbunden. Das zum Realisieren der Vordehnung des Formgedächtnisaktors vorgesehene Dehnelement kann der in die Schwenkbewegung umzuwandelnden Translationsbewegung entgegengerichtet auf den Mitnehmer und/oder den Formgedächtnisaktor wirken. Insbesondere greift das Dehnelement auf den Mitnehmern und/oder den Formgedächtnisaktor mit einer Zugkraft an, die einer Kontraktionsrichtung des Formgedächtnisaktors zum Erzeugen der umzuwandelnden translatorischen Bewegungsrichtung entgegen ausgerichtet ist. Die Wirkrichtung des Dehnelementes kann der inversen translatorischen Bewegungsrichtung entsprechen.
-
Nach einer weiteren Ausführungsform ist eine Aktivierungseinrichtung zum Erzeugen der in die Schwenkbewegung umzuwandelnden Translationsbewegung und/oder zum Erzeugen einer Kontraktion des Formgedächtnisaktors vorhanden. Mittels der Aktivierungseinrichtung kann der Formgedächtnisaktor nach einer, insbesondere pseudoplastischen, Verformung wieder in die ursprüngliche Form zurückgeführt werden. Insbesondere ist die Aktivierungseinrichtung zum Erwärmen des Formgedächtnisaktors ausgebildet. Zum Erwärmen des Formgedächtnisaktors kann mittels der Aktivierungseinrichtung ein elektrischer Strom in den Formgedächtnisaktor eingeleitet werden. Der Formgedächtnisaktor kann bei einer Erwärmung auf und/oder über eine vorgegebene Temperatur nach einer Verformung und/oder Vordehnung seine ursprüngliche Gestalt und/oder Form wieder annehmen. Die Grundlage des für das Aktorverhalten wichtigen Formgedächtniseffektes ist der Einweg-Effekt. Hierbei wird der Formgedächtnisaktor im martensitischen Zustand, insbesondere in der Tieftemperaturphase, ohne Überschreitung des Martensit-Plateaus gedehnt und anschließend bis zur Überschreitung der Umwandlungstemperatur, insbesondere der Austenit-Finish-Temperatur, erwärmt. In dieser Hochtemperaturphase kehrt der Formgedächtnisaktor unter der Verrichtung von Arbeit in seine ursprüngliche Form zurück. Mittels konstruktiver Maßnahmen, insbesondere einem Dehnelement, Rückstellmassen und/oder Rückstellfedern, kann der Formgedächtnisaktor zyklisch durch eine äußere Kraft gestreckt und mittels des Formgedächtniseffektes wieder verkürzt werden. Hierdurch kann der für technische Anwendungen interessantere Zweiweg-Effekt-im-System auf der Basis des Einweg-Effektes hervorgerufen werden.
-
Der Formgedächtnisaktor kann als ein Formgedächtnisdraht ausgebildet sein. Der Querschnitt des Formgedächtnisdrahtes kann rund sein. Insbesondere weist der Formgedächtnisaktor eine Formgedächtnislegierung auf. Bei der Formgedächtnislegierung kann es sich um eine Nickel-Titan-Legierung, eine Kupfer-Aluminium-Legierung, eine Kupfer-Beryllium-Legierung und/oder eine Kupfer-Aluminium-Eisen-Legierung handeln. Beispielsweise bei einer Nickel-Titan-Legierung hängt die notwendige Temperatur zum Kontrahieren des Formgedächtnisaktors bzw. zum Überführen des Formgedächtnisaktors aus dem verformten und/oder vorgedehnten Zustand in die ursprüngliche Form vom Nickelanteil der Legierung ab. Das Verhältnis von Nickel zu Titan kann bei 1:1 liegen. Ein Formgedächtnisdraht kann auf einfach Weise, insbesondere mittels des sogenannten Crimpens, auf einfache Weise mit anderen Bauteilen, insbesondere einem Mitnehmer, verbunden werden.
-
Nach einer weiteren Ausführungsform ist die Schwenkbewegung des Schwenkelementes mittels eines ersten Endanschlages und/oder eines zweiten Endanschlages begrenzt. Der erste Endanschlag und/oder der zweite Endanschlag kann ortsfest sein. Somit kann das Schwenkelement lediglich in einem Bereich von dem ersten Endanschlag bis zum zweiten Endanschlag und/oder von dem zweiten Endanschlag bis zum ersten Endanschlag bewegt und/oder verschwenkt werden. Insbesondere befindet sich das Schwenkelement beim Anliegen und/oder Anschlagen des Schwenkelementes an dem ersten Endanschlag in einer ersten Endstellung. Vorzugsweise befindet sich das Schwenkelement beim Anliegen und/oder Anschlagen des Schwenkelementes an dem zweiten Endanschlag in einer zweiten Endstellung.
-
Gemäß einer Weiterbildung ist eine Treibeinrichtung zum zusätzlichen Antreiben des Schwenkelementes in eine erste Endstellung und/oder eine zweite Endstellung vorgesehen. Die Treibeinrichtung kann eine Zugkraft oder eine Druckkraft ausüben. Des Weiteren kann die Treibeinrichtung die durch den Formgedächtnisaktor verursachte Schwenkbewegung des Schwenkelementes in Richtung der erste Endstellung und/oder der zweiten Endstellung des Schwenkelementes verstärken und/oder unterstützen. Aufgrund einer geeigneten Anordnung und/oder Ausbildung der Treibeinrichtung kann eine von dem Fomgedächtnisaktor in Bewegung zu setzende Gewichtskraft des Schwenkelementes teilweise oder vollständig ausgeglichen werden. Somit kann ein geringes mittels des Formgedächtnisaktors erzeugtes Moment und/oder Drehmoment ausreichen, um die gewünschte Schwenkbewegung zu realisieren. Insbesondere dient die Treibeinrichtung zum Halten des Schwenkelementes in der ersten Endstellung und/oder der zweiten Endstellung. Hierdurch ist ein zusätzliches Halteelement zum Halten des Schwenkelementes in der ersten Endstellung und/oder der zweiten Endstellung verzichtbar. Die Treibeinrichtung kann ein, insbesondere weiteres, Federelement, vorzugsweise eine Übertotpunktfeder, aufweisen. Es können ein oder mehrere, insbesondere zwei, Treibeinrichtungen vorgesehen sein. Die Treibeinrichtung und/oder die Übertotpunktfeder kann asymmetrisch ausgebildet und/oder angeordnet sein.
-
Nach einer weiteren Ausführungsform ist ein erster Formgedächtnisaktor zum Bewegen des Schwenkelementes in eine erste Schwenkrichtung, insbesondere von einer ersten Endstellung in eine zweite Endstellung des Schwenkelementes, vorhanden. Insbesondere ist ein zweiter Formgedächtnisaktor zum Bewegen des Schwenkelementes in eine zweite Schwenkrichtung, insbesondere von einer zweiten Endstellung in eine erste Endstellung des Schwenkelementes, vorhanden. Hierbei kann die zweite Schwenkrichtung der invertierten ersten Schwenkrichtung entsprechen. Dem ersten Formgedächtnisaktor kann eine erste Wandlermechanik, ein erstes Dehnelement und/oder ein erster Mitnehmer zugeordnet sein. Dem zweiten Formgedächtnisaktor kann eine zweite Wandlermechanik, ein zweites Dehnelement und/oder ein zweiter Mitnehmer zugeordnet sein. Vorzugsweise ist dem ersten Formgedächtnisaktor und dem zweiten Formgedächtnisaktor eine einzelne und/oder eine gemeinsame Treibeinrichtung zugeordnet. Alternativ kann dem ersten Formgedächtnisaktor eine erste Treibeinrichtung und dem zweiten Formgedächtnisaktor eine zweite Treibeinrichtung zugeordnet sein. Mittels eines ersten Formgedächtnisaktors und eines zweiten Formgedächtnisaktors ist ein Verschwenken des Schwenkelementes in zwei einander entgegen gesetzt gerichtete Schwenkrichtungen ermöglicht.
-
Gemäß einer auch unabhängig und/oder eigenständig von der vorliegenden Erfindung denkbaren Ausführungsform ist eine Kombination des Wandlers und/oder ein Zusammenwirken des Wandlers mit einer Spindel-Gewinde-Einrichtung realisiert. Vorzugsweise ist mittels des Formgedächtnisaktors ein rotationsfest gelagertes Gewindeelement translatorisch antreibbar. Das Gewindeelement kann als eine Mutter ausgebildet sein. Insbesondere hat das Gewindeelement ein Innengewinde zum Zusammenwirken mit einem Außengewinde einer Spindel. Vorzugsweise wirkt das Gewindeelement mit einer rotierbar gelagerten Spindel zusammen. Insbesondere ist die Spindel im Bezug zur Translationsrichtung des Gewindeelementes ortsfest gelagert. Die Spindel kann als das Schwenkelement ausgebildet sein und/oder ein weiteres Schwenkelement kann drehfest an der Spindel befestigt sein. Somit kann eine translatorische Bewegung des Formgedächtnisaktors auf eine translatorische Bewegung des Gewindeelementes übertragen werden. Aufgrund der translatorischen Bewegung des Gewindeelementes kann wiederum die Spindel und/oder damit das weitere Schwenkelement in Rotation versetzt werden.
-
Nach einer weiteren auch eigenständig und/oder unabhängig von der vorliegenden Erfindung denkbaren Ausführungsform ist eine Kombination des Wandlers und/oder ein Zusammenwirken des Wandlers mit einer Hebelmechanik, insbesondere einem Kniehebel, realisiert. Vorzugsweise ist der Formgedächtnisaktor zum Betätigen des Kniehebels mit einem Kniegelenk des Kniehebels verbunden. Insbesondere ist der Formgedächtnisaktor mittels eines Mitnehmers mit dem Kniegelenk des Kniehebels verbunden. Ein von dem Kniegelenk abgewandtes Ende eines ersten Hebelarms des Kniehebels kann rotierbar an einem ortsfesten Drehlager angeordnet sein. Des Weiteren kann ein von dem Kniegelenk abgewandtes Ende eines zweiten Hebelarms des Kniehebels rotierbar an einem verschiebbar geführten Drehlager angeordnet sein, das an dem Schwenkelement angeordnet sein kann. Mittels des an dem Kniegelenk angreifendem Formgedächtnisaktors und/oder Mitnehmers kann ein Strecken und/oder Beugen des Kniehebels realisiert werden. Insbesondere ist das Schwenkelement um eine ortsfeste Schwenkachse rotierbar gelagert. Aufgrund einer exzentrischen Anordnung des Drehlagers für das von dem Kniegelenk abgewandte Ende des zweiten Hebelarms an dem Schwenkelement und/oder einer Anordnung in einem Abstand zu der Schwenkachse kann ein Strecken und/oder Beugen des Kniehebels in eine Schwenkbewegung des Schwenkelementes umgewandelt werden.
-
Gemäß einer weiteren auch eigenständig und/oder unabhängig von der vorliegenden Erfindung denkbaren Ausführungsform ist eine Kombination des Wandlers und/oder ein Zusammenwirken des Wandlers mit einer schräg zu einer Translationsbewegungskomponente ausgerichteten und mittels des Formgedächtnisaktors in Richtung der Translationsbewegungskomponente bewegbaren Führung realisierbar. Die Führung kann als eine schräge und/oder schiefe Ebene ausgebildet sein. Insbesondere ist die Führung als ein Keil ausgebildet und/oder einem Keil zugeordnet. Vorzugsweise ist die Führung einem mit dem Formgedächtnisaktor verbundenen Mitnehmer zugeordnet und/oder an dem Mitnehmer angeordnet. Der Mitnehmer kann keilartig und/oder als ein Keil ausgebildet sein. Insbesondere wirkt die Führung mit einem quer und/oder rechtwinklig zur Translationsbewegung verschieblich geführten Übertragungsmittel zusammen. Das Übertragungsmittel kann drehbar gelagert sein. Vorzugsweise ist das Übertragungsmittel als eine Rolle ausgebildet. Insbesondere ist eine Drehachse des Übertragungsmittels parallel zur Schwenkachse des Schwenkelementes und/oder rechtwinklig zur Translationsbewegung ausgerichtet. Das Übertragungsmittel kann in einer Kulisse, insbesondere in einem Langloch, geführt sein. Vorzugsweise wirkt das Übertragungsmittel exzentrisch zu einer Schwenkachse des Schwenkelementes mit dem Schwenkelement zusammen. Insbesondere ist das Übertragungsmittel exzentrisch zur Schwenkachse des Schwenkelementes und/oder mit einem Abstand zur Schwenkachse mit dem Schwenkelement verbunden. Vorzugsweise greift das Übertragungsmittel in eine Schwenkkulisse und/oder Schwenkführung, insbesondere ein Langloch, des Schwenkelementes ein. Eine Treibeinrichtung, insbesondere eine Übertotpunktfeder, kann exzentrisch zur Schwenkachse des Schwenkelementes an dem Schwenkelement angreifen.
-
Von besonderem Vorteil ist bei einem erfindungsgemäßen Wandler, insbesondere in Kombination mit einer Spindel-Gewinde-Einrichtung, mit einer Hebelmechanik und/oder mit einer schräg zur Translationsbewegung ausgerichteten Führung, dass die Verwendung eines Formgedächtnisaktors eine kompakte Bauweise ermöglicht. Insbesondere kann der Formgedächtnisaktor beispielsweise achsparallel zur Spindel ausgerichtet sein, wodurch der erforderliche Bauraum erheblich reduzierbar ist. Des Weiteren stellt der Formgedächtnisaktor eine hohe Energiedichte bzw. hinreichend hohe Stellkräfte und/oder Drehmomente bereit. Aufgrund der geringen Masse des Formgedächtnisaktors, insbesondere eines Formgedächtnisdrahtes, und/oder eines einfacheren Aufbaus ist die Masse des gesamten Aufbaus des Wandlers reduzierbar. Insbesondere aufgrund der Treibeinrichtung sind stabile Endlagen des Schwenkelementes realisierbar. Bei der Verwendung einer Hebelmechanik kann die durch den Formgedächtnisaktor bereitgestellte Kraft vergrößert werden. Im Zusammenhang mit dem Antriebselement kann auf einen Elektroantrieb und/oder Servoantrieb verzichtet werden, wodurch ein geräuschreduzierter oder geräuschloser Betrieb ermöglicht ist. Da der Formgedächtnisaktor miniaturisiert herstellbar, montierbar und/oder betreibbar ist, besteht zudem die Möglichkeit zu einer Miniaturisierung des Wandlers. Schließlich kann der Wandler auch bei einem Defekt, insbesondere der Aktivierungseinrichtung, manuell betätigt werden.
-
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine schematische Seitenansicht eines ersten erfindungsgemäßen Wandlers in einer ersten Endstellung,
-
2 einen Ausschnitt des Wandlers gemäß 1 in einer Zwischenstellung,
-
3 den Ausschnitt gemäß 2 mit teilweise entfernten Elementen,
-
4a einen Ausschnitt des Wandlers gemäß 1 in der ersten Endstellung,
-
4b bis 4e den Ausschnitt gemäß 4a verschiedenen Zwischenstellungen,
-
4f den Ausschnitt gemäß 4a in einer zweiten Endstellung,
-
5 eine perspektivische Seitenansicht eines zweiten erfindungsgemäßen Wandlers in einer ersten Endstellung,
-
6 den Wandler gemäß 5 in der zweiten Endstellung,
-
7 eine Draufsicht auf den Wandler gemäß 5 in einer Zwischenstellung,
-
8 eine schematische Explosionsdarstellung des Wandlers gemäß 5 bis 7,
-
9 einen Ausschnitt des Wandlers gemäß 8,
-
10 eine schematische Schnittdarstellung des Wandlers gemäß 5 und 6,
-
11 eine perspektivische Seitenansicht des Wandlers gemäß 5 bis 10 mit einem Schwenkelement,
-
12 eine schematische Seitenansicht eines dritten erfindungsgemäßen Wandlers in einer Endstellung,
-
13 eine schematische Seitenansicht eines vierten erfindungsgemäßen Wandlers in einer Endstellung,
-
14 eine schematische Seitenansicht eines weiteren erfindungsgemäßen Wandlers in einer ersten Endstellung, und
-
15 eine schematische Seitenansicht des weiteren Wandlers gemäß 14 in einer zweiten Endstellung.
-
1 zeigt eine schematische Seitenansicht eines ersten erfindungsgemäßen Wandlers 10 in einer ersten Endstellung. Der Wandler 10 weist eine Wandlermechanik 11 auf, mit der eine Translationsbewegung von Antriebselementen 12, 13 in eine Schwenkbewegung eines Schwenkelementes 14 umwandelbar ist. Die beiden Antriebselemente 12, 13 sind als Formgedächtnisaktoren ausgebildet. Die Wandlermechanik 11, die Formgedächtnisaktoren 12, 13 und das Schwenkelement 14 sind bei diesem Ausführungsbeispiel an einem gemeinsamen Montageelement 15 angeordnet. Das Montageelement 15 ist hier beispielhaft aus einem Blech gebildet. Die Formgedächtnisaktoren 12, 13 sind hier gemäß diesem Beispiel als Formgedächtnisdrähte ausgebildet.
-
Erste Enden 16, 17 der Formgedächtnisaktoren 12, 13 sind von der Wandlermechanik 11 abgewandt ortsfest an dem Montageelement 15 befestigt.
-
Die Wandlermechanik 11 weist bei diesem Ausführungsbeispiel eine erste Wandlermechanik 18 und eine zweite Wandlermechanik 19 auf. Die erste Wandlermechanik 18 ist dem ersten Formgedächtnisaktor 12 und die zweite Wandlermechanik 19 dem zweiten Formgedächtnisaktor 13 zugeordnet. Hierbei ist die erste Wandlermechanik 18 mit einem von dem ersten Ende 16 des Formgedächtnisaktors 12 abgewandten zweiten Ende 20 verbunden. Die zweite Wandlermechanik 19 ist mit einem von dem ersten Ende 17 des Formgedächtnisaktors 13 abgewandten zweiten Ende 21 verbunden.
-
Der Aufbau der gesamten Wandlermechanik 11 bzw. der ersten Wandlermechanik 18 und der zweiten Wandlermechanik 19 wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.
-
2 zeigt einen Ausschnitt des Wandlers 10 gemäß 1 in einer Zwischenstellung. Die erste Wandlermechanik 18 und die zweite Wandlermechanik 19 sind gleichartig und spiegelsymmetrisch zueinander aufgebaut. Insoweit werden nachfolgend für gleiche Elemente die gleichen Bezugszeichen verwendet, wobei zugunsten einer besseren Unterscheidbarkeit einige Elemente der ersten Wandlermechanik 18 den Index .1 und einige Elemente der zweiten Wandlermechanik den Index .2 aufweisen.
-
Die zweiten Enden 20, 21 der Formgedächtnisaktoren 12, 13 sind jeweils an einem Mitnehmer 22 befestigt. Der Mitnehmer 22 hat eine Führungskulisse 23, mittels derer der Mitnehmer 22 in Axialrichtung der Formgedächtnisaktoren 12, 13 verschiebbar gelagert ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Führungskulisse 23 als ein Langloch ausgebildet. Innerhalb der Führungskulisse 23 ist ein mit dem Montageelement 15 ortsfest verbundenes Kulissenlager, hier beispielhaft ein Führungsstift 24, angeordnet. Somit ist der Mitnehmer 22 sowohl in Längsrichtung der Führungskulisse 23 verschiebbar und als auch um das Kulissenlager bzw. den Führungsstift 24 rotierbar gelagert.
-
Zwischen dem Führungsstift 24 und einem von dem zweiten Ende 20 bzw. 21 abgewandten Ende des Mitnehmers 22 ist jeweils ein Dehnelement 25 angeordnet. Das Dehnelement 25 ist zum pseudoplastischen Dehnen des Formgedächtnisaktors 12 bzw. 13 ausgebildet. Hierzu ist das Dehnelement 25 bei diesem Ausführungsbeispiel als eine Druckfeder ausgebildet. Das von dem Führungsstift 24 abgewandte Ende des Dehnelementes 25 stützt sich an einem Gegenlager 43 des Mitnehmers 22 ab. Das Gegenlager 43 ist ortsfest mit dem Mitnehmer 22 verbunden und bei diesem Ausführungsbeispiel als ein ringartiger Vorsprung ausgebildet.
-
Ein von dem Formgedächtnisaktor 12 bzw. 13 abgewandtes und von dem Gegenlager 43 beabstandetes Ende des Mitnehmers 22 ist mit einem Kniegelenk 26 eines Kniehebels 27 gelenkig verbunden. Hierbei erstreckt sich eine Achse des Kniegelenkes 26 parallel zu einer Schwenkachse 28 des Schwenkelementes 14. Die Achse des Kniegelenkes 26 bzw. die Schwenkachse 28 erstrecken sich bei diesem Ausführungsbeispiel rechtwinkelig zur axialen Erstreckung der Formgedächtnisaktoren 12, 13.
-
Ein von dem Kniegelenk 26 abgewandtes Ende eines ersten Hebelarms 29 des Kniehebels 27 ist rotierbar an einem an dem Montageelement 15 ortsfesten Drehlager 30 angeordnet. Ein von dem Kniegelenk 26 und dem ersten Hebelarm 29 abgewandtes Ende eines zweiten Hebelarms 31 des Kniehebels 27 ist rotierbar an einem verschiebbar geführten Drehlager 32 angeordnet.
-
Das Drehlager 32 ist in einem Langloch 33 des Montageelementes 15 verschiebbar gelagert. Das Langloch 33 erstreckt sich quer, bei diesem Ausführungsbeispiel im Wesentlichen rechtwinkelig, zur axialen Erstreckung der Formgedächtnisaktoren 12, 13.
-
Zwischen den beiden Drehlagern 32.1 und 32.2 der ersten Wandlermechanik 18 und der zweiten Wandlermechanik 19 ist eine Treibeinrichtung 34 angeordnet. Die Treibeinrichtung 34 weist ein Führungselement 35 auf, das an einem weiteren Führungsstift 36 verschiebbar und rotierbar gelagert ist. Der weitere Führungsstift 36 ist ortsfest an dem Montageelement 15 befestigt. Das Führungselement 35 hat einen Schlitz 44, der mit dem weiteren Führungsstift 36 zum verschiebbaren und rotierbaren Führen des Führungselementes 35 zusammenwirkt.
-
Ein von dem weiteren Führungsstift 36 bzw. dem Schlitz 44 abgewandtes Ende des Führungselementes 35 weist ein Rotationslager 37 auf, das in dem Langloch 33 verschiebbar geführt ist. Des Weiteren ist zwischen dem weiteren Führungsstift 36 und dem Rotationslager 37 ein Federelement 38 angeordnet. Das Federelement 38 ist bei diesem Ausführungsbeispiel als eine Druckfeder ausgebildet. Die Treibeinrichtung 34 realisiert eine Übertotpunktfunktion. Demnach ist das Federelement 38 als eine sogenannte Übertotpunktfeder ausgebildet.
-
3 zeigt den Ausschnitt gemäß 2 mit teilweise entfernten Elementen. Aufgrund der für eine bessere Übersichtlichkeit teilweise entfernten Elemente wird gemäß dieser Darstellung deutlich, dass das Schwenkelement 14 eine exzentrisch zur Schwenkachse 28 angeordnete Längsführung 39 aufweist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Längsführung 39 ebenfalls als ein Langloch ausgebildet. Hierbei ist das Rotationslager 37 der Treibeinrichtung 34 sowohl in dem Langloch 33 als auch in der Längsführung 39 gelagert bzw. geführt. Die Längsführung 39 erstreckt sich quer zu Längserstreckung des Langloches 33.
-
Ein erstes Ende des Langloches 33 stellt einen ersten Endanschlag 45 und ein von dem ersten Ende abgewandtes Ende des Langloches 33 einen zweiten Endanschlag 46 bereit. Der erste Endanschlag 45 und der zweite Endanschlag 46 begrenzen die maximale Schwenkbewegung des Schwenkelementes 14. Hierbei definiert der erste Endanschlag 45 eine erste Endstellung und der zweite Endanschlag 46 eine zweite Endstellung für das Schwenkelement 14 bzw. die Wandlermechanik 11, 18, 19.
-
4a zeigt einen Ausschnitt des Wandlers 10 gemäß 1 in der ersten Endstellung. In der ersten Endstellung wird der mit dem Formgedächtnisaktor 12 verbundene Kniehebel 27.1 mittels der Treibeinrichtung 34 in die erste Endstellung des Schwenkelementes 14 getrieben bzw. gehalten.
-
4b bis 4e zeigen den Ausschnitt gemäß 4a in verschiedenen Zwischenstellungen. Hiernach wird das Schwenkelement 14 ausgehend von der ersten Endstellung gemäß 4a in Richtung einer zweiten Endstellung gemäß 4f verschwenkt. Den Formgedächtnisaktoren 12, 13 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel jeweils eine Aktivierungseinrichtung 40, 41 zugeordnet. Im Einzelnen ist die Aktivierungseinrichtung 40 mit dem Formgedächtnisaktor 12 und die Aktivierungseinrichtung 41 mit dem Formgedächtnisaktor 13 verbunden. Die Aktivierungseinrichtungen 40, 41 sind zum elektrischen Aktivieren bzw. zum Einleiten eines elektrischen Stroms in den Formgedächtnisaktor 12, 13 ausgebildet. Alternativ kann eine einzige Aktivierungseinrichtung 40 oder 41 vorgesehen sein, die zum wahlweisen elektrischen Aktivieren des Formgedächtnisaktors 12 oder 13 ausgebildet ist.
-
Aufgrund einer elektrischen Aktivierung des Formgedächtnisaktors 12 wird der Formgedächtnisaktor 12 in Richtung eines Pfeils 42 kontrahiert, wodurch die erste Wandlermechanik 18 derart betätigt wird, dass das Schwenkelement 14 ausgehend von der ersten Endstellung gemäß 4a entsprechend den 4b bis 4e in Richtung einer zweiten Endstellung gemäß 4f verschwenkt wird.
-
4f zeigt den Ausschnitt gemäß 4a bis 4e in der zweiten Endstellung. In der zweiten Endstellung sind die Formgedächtnisaktoren 12, 13 elektrisch deaktiviert. Der mit dem Formgedächtnisaktor 13 verbundene Kniehebel 27.2 wird mittels der Treibeinrichtung 34 in die zweite Endstellung zusammen mit dem Schwenkelement 14 gedrängt bzw. gehalten.
-
Nachfolgend wird die Funktionsweise des Wandlers 10 gemäß den 1 bis 4f näher erläutert:
Bei diesem Ausführungsbeispiel weist der Wandler 10 eine Hebelmechanik auf, die hier als ein Kniehebel 27 ausgebildet ist. Der Wandler 10 kann beispielsweise als ein elektrisch aktivierbares Scharniergelenk eingesetzt werden. Hierbei ergibt sich ein Bewegungsablauf gemäß den 4a bis 4f, in dem der Formgedächtnisaktor 12 mittels der Aktivierungseinrichtung 40 elektrisch aktiviert wird. Hierdurch wird eine Kontraktion des zuvor mittels des Dehnelementes 25 pseudoplastisch gedehnten Formgedächtnisaktors 12 eingeleitet. Diese Kontraktion führt aufgrund einer ortsfesten Befestigung des ersten Endes 16 des Formgedächtnisaktors 12 an dem Montageelement 15 zu einer Kraft bzw. translatorischen Bewegung in Richtung des Pfeils 42.
-
Der mit dem Formgedächtnisaktor 12 verbundene Kniehebel 27.1 weist den ersten Hebelarm 29.1 und den zweiten Hebelarm 31.1 auf, die mittels des Kniegelenkes 26.1 miteinander verbunden sind. Hierbei ist der erste Hebelarm 29.1 mittels des Drehlagers 30.1 mit dem Montageelement 15 verbunden und somit ortsfest gelagert. Der zweite Hebelarm 31.1 ist dem Rotationslager 37 zugewandt angeordnet und kann gemäß 4a bis 4e mit seinem Drehlager 32.1 an das Rotationslager 37 anstoßen und ist in dem Langloch 33 verschiebbar geführt.
-
Im Wesentlichen spiegelsymmetrisch hierzu ist der mit dem Formgedächtnisaktor 13 verbundene Kniehebel 27.2 ausgebildet. Der Kniehebel 27.2 weist den ersten Hebelarm 29.2 und den zweiten Hebelarm 31.2 auf, die mittels des Kniegelenkes 26.2 miteinander verbunden sind. Hierbei ist der erste Hebelarm 29.2 mittels des Drehlagers 30.2 mit dem Montageelement 15 verbunden und ortsfest gelagert. Der zweite Hebelarm 31.2 ist dem Rotationslager 37 zugewandt angeordnet und kann gemäß 4f mit seinem Drehlager 32.2 an das Rotationslager 37 anstoßen und ist in dem Langloch 33 verschiebbar geführt.
-
Aufgrund einer Kontraktion des Formgedächtnisaktors 12 wird der Winkel zwischen dem ersten Hebelarm 29.1 und dem zweiten Hebelarm 31.1 des mit dem Formgedächtnisaktors 12 verbundenen Kniehebels 27.1 immer größer. Hierbei bewegt sich das Drehlager 32 entlang des Langlochs 33 in Richtung von dem Drehlager 30.1 weg. Dadurch wird das Rotationslager 37 entlang des Langlochs 33 in eine Richtung von dem Drehlager 30.1 in Richtung des Drehlagers 30.2 gedrückt, siehe 4a bis 4f.
-
Hierbei ist das Rotationslager 37 sowohl in dem Langloch 33 des Montageelementes 15 als auch in der Längsführung 39 des Schwenkelementes 14 verschiebbar geführt. Dies hat zur Folge, dass sich das Schwenkelement 14, dessen feste Schwenkachse 28 ortsfest an dem Montageelement 15 gelagert ist, eine Drehbewegung – bei diesem Ausführungsbeispiel gegen den Uhrzeigersinn – durchführt, sobald das Rotationslager 37 mittels des Kniehebels 27.1 in Richtung des Kniehebels 27.2 bewegt wird.
-
Hierbei wird die Kraft, mit der das Rotationslager 37 bewegt wird, zum einen verwendet, um das Schwenkelement 14 zu rotieren und zum anderen gemäß den 4a bis 4c, um das Federelement 38 der Treibeinrichtung 34 zunächst zu stauchen.
-
Bei dem Federelement 38 handelt es sich um eine sogenannte Übertotpunktfeder. Das Federelement 38 wird aufgrund einer Bewegung des Rotationslagers 37 aus der ersten Endstellung gemäß 4a in Richtung des Kniehebels 27.2 gemäß den 4b und 4c gestaucht. Sobald das Rotationslager 37 die Mitte des Langlochs 33 erreicht hat, ist das Federelement 38 maximal gestaucht. Befindet sich das Rotationslager 37 in der dem ersten Endanschlag 45 zugewandten Hälfte des Langlochs 33, so erzeugt das Federelement 38 ein Drehmoment auf das Schwenkelement 14 in Richtung der ersten Endstellung bzw. des ersten Endanschlages 45. Sobald das Rotationslager 38 die mittlere Stellung in dem Langloch 33 erreicht hat, erzeugt das Federelement 38 kein Drehmoment auf das Schwenkelement 14 mehr, da die Wirkungslinie des Federelementes 38 bzw. der Federkraft genau durch die Schwenkachse 28 des Schwenkelementes 14 verläuft.
-
Kontrahiert der Formgedächtnisaktor 12 nun gemäß den 4d und 4e weiter, so bewegt sich das Drehlager 32.1 des Kniehebels 27.1 weiter in Richtung des Kniehebels 27.2. Hierdurch wird das Rotationslager 37 in die dem zweiten Endanschlag 46 zugewandten Hälfte des Langlochs 33 gedrückt und das Schwenkelement 14 in Richtung der zweiten Endstellung bzw. des zweiten Endanschlages 46 verschwenkt. Hierbei unterstütz das Federelement 38 diese Schwenkbewegung, da die Wirkungslinie ihrer Kraft nunmehr unterhalb der Schwenkachse 28 des Schwenkelementes 14 verläuft und sie damit ebenfalls ein Drehmoment am Schwenkelement 14 in Richtung der zweiten Endstellung bzw. des zweiten Endanschlages 46 erzeugt. Dieses Moment kann ab einem bestimmten Punkt so groß sein, dass das Federelement 38 das Rotationslager 37 von alleine und ohne weitere Kraftunterstützung durch den Formgedächtnisaktor 12 in Richtung der zweiten Endstellung bewegt, bis das Rotationslager 37 bzw. das Schwenkelement 14 seine zweite Endlage bzw. den zweiten Endanschlag 46 erreicht hat.
-
Das als Übertotpunktfeder ausgebildete Federelement 38 ermöglicht gemäß diesem Ausführungsbeispiel demnach die Realisierung eines Kippsprungwerkes. In einem derartigen Kippsprungwerk können die Totlagen federnder Mechanismen für das Auslösen der Anordnung ausgenutzt werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist gleichzeitig die Funktion eines Kippspannwerkes realisiert, da die erste und zweite Endlage des Schwenkelementes 14 ohne zusätzliche Haltesicherungen auskommen. Hierbei wird bei einem Richtungswechsel die Kraft des Federelementes 38 ausgenutzt. Hierdurch sind die erste Endlage und die zweite Endlage hinreichend stabil bzw. sicher haltbar bzw. ausbildbar.
-
Das Dehnelement 25 dient als Rückstellung für den Formgedächtnisaktor 12 bzw. 13, damit die zuvor beschriebene Bewegung wiederholbar ist. Sobald der Formgedächtnisaktor 12 bzw. 13 nach der elektrischen Aktivierung mittels der Aktivierungseinrichtung 40 bzw. 41 wieder seine Ausgangstemperatur, insbesondere Umgebungstemperatur, erreicht hat, kann die Bewegung des zugehörigen Kniehebels 27 wie zuvor beschrieben, wiederholt werden.
-
Die Bewegung des Kniehebels 27.2 in die entgegengesetzte Richtung zum Bewegen des Schwenkelementes 14 von der zweiten Endstellung in Richtung der ersten Endstellung erfolgt durch den Kniehebel 27.2 in gleicher Weise und lediglich spiegelsymmetrisch zu der beschriebenen Funktionsweise des Kniehebels 27.1 ausgehend von der zweiten Endstellung in 4f über die Zwischenstellungen 4, 4d, 4c, 4b bis zur ersten Endstellung gemäß 4a. Insoweit gilt die vorangegangene Beschreibung der Funktionsweise des Kniehebels 27.1 für den Kniehebel 27.2 in analoger Weise.
-
Bei dem Kniehebel 27 handelt es sich um einen Hebelmechanismus unter Anwendung des Hebelgesetzes, bei dem durch einen langen Hebel bzw. Hebelarm 29, 31 bei nur einem geringen Hubweg eine große Druckkraft erzeugt wird. Diese Wirkungsweise kann auch als Kraftmultiplikator bezeichnet werden. Der Kniehebel 27 ist geeignet, sehr große Kräfte zu erzeugen. Dies hat bei diesem Ausführungsbeispiel den Vorteil, dass selbst durch eine sehr kompakte Formgedächtnisaktorik bereits große Kräfte bzw. Drehmomente zur Bewegung des Schwenkelementes 14 bereitgestellt werden können.
-
5 zeigt eine perspektivische Seitenansicht eines zweiten erfindungsgemäßen Wandlers 50 in einer ersten Endstellung. Der Wandler 50 weist eine Wandlermechanik 51 zum Umwandeln einer Translationsbewegung eines Antriebselementes 52 in eine Schwenk- bzw. Rotationsbewegung eines Schwenkelementes 53. Zusätzlich zu dem Antriebselement 52 kann ein hier nicht näher dargestelltes zweites Antriebselement vorgesehen sein, wie dies in den nachfolgenden Figuren noch näher erläutert wird. Das Schwenkelement 53 ist hier als eine Spindel 53 ausgebildet. Drehfest mit der Spindel 53 kann ein hier nicht näher dargestelltes weiteres Schwenkelement verbunden sein.
-
Das Antriebselement 52 ist als ein Formgedächtnisaktor, bei diesem Ausführungsbeispiel als ein Formgedächtnisaktordraht, ausgebildet. Die Spindel 53 ist um ihre Längsachse rotierbar an einem Montageelement 54 gelagert. Abgesehen von der Rotierbarkeit der Spindel 53 ist diese ortsfest an dem Montageelement 54 angeordnet. Die Spindel 53 wirkt mit einem Gewindeelement 55 zusammen. Das Gewindeelement 55 ist bei diesem Ausführungsbeispiel als eine Mutter 55 ausgebildet. Die Spindel 53 und die Mutter 55 bilden eine Spindel-Gewinde-Einrichtung 56 bzw. Spindel-Mutter-Einrichtung 56. Die Mutter 55 ist in Axialrichtung der Spindel 53 verschiebbar an dem Montageelement 54 geführt. Somit führt eine Verschiebung der Mutter 55 zu einer Rotation der Spindel 53.
-
Der Formgedächtnisaktor 52 wirkt mit einem Mitnehmer 57 zusammen. Der Mitnehmer 57 ist in Axialrichtung der Spindel 53 verschiebbar gelagert. Hierbei ist der Formgedächtnisaktor 52 an dem Mitnehmer 57 umgelenkt. Die beiden Enden des Formgedächtnisaktors 52 sind an einem von dem Mitnehmer 57 abgewandten Bereich des Montageelementes 54 ortsfest befestigt. Hierbei erstrecken sich zwei Stränge des Formgedächtnisaktors 57 mindestens quer und/oder parallel zur Längsachse der Spindel 53. Bei diesem Ausführungsbeispiel erstrecken sich die Stränge des Formgedächtnisaktors 52 im Wesentlichen V-förmig. Dem Formgedächtnisaktor 52 ist eine Aktivierungseinrichtung 58 zugeordnet, mit der eine Kontraktion des zuvor pseudoplastisch gedehnten Formgedächtnisaktors 52 elektrisch aktivierbar ist. Mittels der Aktivierungseinrichtung 58 ist ein elektrischer Strom in den Formgedächtnisaktor 52 einleitbar.
-
Die Mutter 55 ist mit einem in Längsrichtung der Spindel 53 verschiebbar geführten Schlitten 59 verbunden. Gemäß dieser Darstellung schlägt der Schlitten 59 mit einem vom dem Mitnehmer 57 abgewandten Ende an einem ersten Endanschlag 60 an. In der ersten Endstellung ist ein dem Mitnehmern 57 zugewandtes Ende des Schlittens 59 von dem Mitnehmer 57 beabstandet.
-
6 zeigt den Wandler 50 in einer zweiten Endstellung. Hierbei ist der Formgedächtnisaktor 52 für eine bessere Übersichtlichkeit weg gelassen. In der zweiten Endstellung schlägt ein dem ersten Mitnehmer 57 zugewandtes Ende des Schlittens 59 an einen zweiten Endanschlag 61 an. Ein Doppelpfeil 62 verdeutlicht die möglichen einander entgegen gesetzten Rotationsrichtungen der Spindel 53 um ihre Längsachse.
-
Der Schlitten 59 weist zwei sich in Längsrichtung der Spindel 53 erstreckende Nuten 63, 64 auf. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Nuten 63, 64 als Langlöcher ausgebildet. Die Nuten 63, 64 wirken mit Führungsstiften 65, 66 zusammen, die ortsfest mit dem Montageelement 54 verbundenen sind.
-
7 zeigt eine Draufsicht auf den Wandler 50 gemäß 5 in einer Zwischenstellung. Hierbei ist für eine bessere Übersichtlichkeit die Spindel 53 weg gelassen. Zudem ist hier zusätzlich zu dem ersten Antriebselement 52 ein zweites Antriebselement 67 dargestellt. Das zweite Antriebselement 67 ist ebenfalls als ein Formgedächtnisaktor, bei diesem Ausführungsbeispiel als ein Formgedächtnisaktordraht, ausgebildet. Funktion und Aufbau des Formgedächtnisaktors 67 entspricht im Wesentlichen dem des Formgedächtnisaktors 52. Insoweit wird auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen. Allerdings ist der Formgedächtnisaktor 67 spiegelsymmetrisch zu dem Formgedächtnisaktor 52 an dem Montageelement 54 angeordnet.
-
Die beiden Enden des Formgedächtnisaktors 67 sind ortsfest an dem Montageelement 54 im Bereich des Mitnehmers 57 angeordnet. Des Weiteren ist der Formgedächtnisaktor 67 an einem Mitnehmer 68 umgelenkt. Für eine elektrische Aktivierung des Formgedächtnisaktors 67 ist eine Aktivierungseinrichtung 69 vorgesehen. Die Aktivierungseinrichtung 69 ist bei diesem Ausführungsbeispiel an einem von der Aktivierungseinrichtung 58 abgewandten Ende des Montageelementes 54 angeordnet. Alternativ zu den Aktivierungseinrichtungen 58, 69 kann nur eine einzige Aktivierungseinrichtung vorgesehen sein, mit der wahlweise der Formgedächtnisaktor 52 oder der Formgedächtnisaktor 67 elektrisch aktivierbar ist.
-
8 zeigt eine schematische Explosionsdarstellung des Wandlers 50 gemäß 5 bis 7 mit einem ersten Formgedächtnisaktor 52 und einem zweiten Formgedächtnisaktor 67. Der Mitnehmer 57 wirkt mit einem Dehnelement 70 und der Mitnehmer 68 mit einem Dehnelement 71 zusammen. Die Dehnelemente 70, 71 sind bei diesem Ausführungsbeispiel als Druckfedern ausgebildet. Des Weiteren ist das Dehnelement 70 zwischen dem Mitnehmer 57 und einem ortsfesten Gegenlager 72 bzw. das Dehnelement zwischen dem Mitnehmer 68 und einem ortsfesten Gegenlager 73 angeordnet. Die Gegenlager 72. 73 sind dem Montageelement 54 zugeordnet.
-
9 zeigt einen Ausschnitt des Wandlers 50 gemäß 8. Hierbei ist die Spindel 53 unmittelbar vor dem Einführen in die Mutter 55 dargestellt. Zum Einführen der Spindel 53 in die Mutter 55 wird die Spindel 53 gemäß Pfeil 74 in die Mutter 55 eingeführt, wobei eine Rotation der Spindel 53 um deren Längsachse erfolgt.
-
10 zeigt eine schematische Schnittdarstellung des Wandlers 50 gemäß 5 und 6. Der Schlitten 59 ist innerhalb einer Führungsbahn 77 des Montageelementes 54 in Axialrichtung der Spindel 53 translatorisch geführt. Die Führungsbahn 77 ist bei diesem Ausführungsbeispiel mehrteilig ausgebildet.
-
11 zeigt eine perspektivische Seitenansicht des Wandlers 50 gemäß 5 bis 10 mit einem weiteren Schwenkelement 75. Das weitere Schwenkelement 75 ist drehfest mit der Spindel 53 verbunden. Aufgrund der Rotierbarkeit der Spindel 53 lässt sich das weitere Schwenkelement 75 von einer hier gestrichelt dargestellten ersten Endstellung gemäß dem Pfeil 76 in eine zweite Endstellung verschwenken. Bei einer Umkehrung der Rotation der Spindel 53 lässt sich das Schwenkelement 75 aus der zweiten Endstellung in Richtung der ersten Endstellung verschwenken.
-
Nachfolgend wird der Aufbau und die Funktionsweise des Wandlers 50 anhand der 5 bis 11 näher erläutert:
Mittels des Wandlers 50 lässt sich eine translatorischen Kontraktionsbewegung des Formgedächtnisaktors 52 bwz. 67 in eine rotatorische Drehbewegung der Spindel 53 und damit in eine Schwenkbewegung des weiteren Schwenkelementes 75 umwandeln. Der Formgedächtnisaktor 52 ist mittels des Dehnelementes 70 pseudoplastisch vordehnbar. Analog hierzu ist der Formgedächtnisaktor 67 mittels des Dehnelementes 71 ebenfalls pseudoplastisch vordehnbar. Der Formgedächtnisaktor 52 ist in einem von dem Mitnehmer 57 abgewandten Bereich des Montageelementes 54 ortsfest befestigt oder geklemmt. Spiegelsymmetrisch hierzu ist der Formgedächtnisaktor 67 in einem von dem Mitnehmer 68 abgewandten Bereich des Montageelementes 54 ortsfest befestigt oder geklemmt.
-
Wird beispielsweise der zuvor gedehnte Formgedächtnisaktor 52 mittels der Aktivierungseinrichtung 58 elektrisch aktiviert, so kontrahiert der Formgedächtnisaktor 52 und bewegt dabei den Mitnehmer 57 in Richtung des Mitnehmers 68 bzw. in Richtung der Mutter 55. Die Mitnehmer 57, 68 sind in dem Montageelement 54 in Längsrichtung der Spindel 53 translatorisch gelagert. Somit können die Mitnehmer 57, 68 im Wesentlichen nur eine Bewegung in oder entgegen der Kontraktionsrichtung des Formgedächtnisaktors 52, 67 ausführen.
-
Befindet sich beispielsweise der Schlitten 59 gemäß 5 in der ersten Endlage, kommt der Mitnehmer 68 an dem Schlitten 59 zur Anlage und nimmt diesen bei einer Kontraktion des Formgedächtnisaktors 67 mit. Hierdurch wird der Schlitten 59 in den Nuten 63, 64 translatorisch in Längsrichtung der Spindel 53 verschoben. An dem Schlitten 59 ist die Mutter 55 befestigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Schlitten 59 und die Mutter 55 einteilig aus einem Profilblech ausgebildet. Die Mutter 55 weist eine Innenseite auf, deren Kontur zum Zusammenwirken mit der Außenkontur der Spindel 53 entsprechend ausgebildet ist.
-
In der Mutter 55 ist die Spindel 53 um ihre Längsachse drehbar gelagert an dem Montageelement 54 befestigt. Hierbei ist eine axiale Verschiebbarkeit der Spindel 53 verhindert. Da der Schlitten 59 und die Mutter 55 verdrehsicher gelagert sind, führt eine translatorische Bewegung des Schlittens 59 und damit der Mutter 55 zu einer Rotationsbewegung der Spindel 53. Die Steigung der Spindel 53 kann derart gewählt sein, dass die Reibung zwischen der Spindel 53 und der Mutter 55 möglichst klein ist, so dass keine Selbsthemmung der Spindel 53 auftritt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Mutter 55 aus einem Profilblech ausgebildet.
-
Sobald der Formgedächtnisaktor 67 seinen maximalen Verschiebeweg bzw. Hub ausgeführt hat, ist der Schlitten 59 in der zweiten Endlage gemäß 6 angekommen. Somit hat die Spindel 53 und ein damit verbundenes weiteres Schwenkelement 75 die maximale Drehbewegung durchgeführt.
-
Ein Drehmoment und/oder ein Drehwinkel sind unter anderem abhängig vom Querschnitt der Formgedächtnisaktoren 52, 67, von der Steigung der Spindel 53 und/oder von den auftretenden Reibungsverlusten. Hat der Schlitten 59 seine zweite Endlage gemäß 6 erreicht, liegt der Mitnehmer 57 an dem Schlitten 59 an.
-
Nachdem der Formgedächtnisaktor 67 wieder abgekühlt und mittels des Dehnelementes 71 wieder in seine gestreckte Ausgangsposition zurückgekehrt ist, kann der Schlitten 59 mittels des Formgedächtnisaktors 52 und des Mitnehmers 57 in die entgegengesetzte Richtung verschoben werden. Hierbei erfolgt die Verschiebung von der zweiten Endstellung in Richtung der ersten Endstellung in analoger Weise und spiegelsymmetrisch zu der zuvor beschrieben Verschiebung von der ersten Endstellung in die zweite Endstellung. Somit kann ein Verschwenken der Spindel 53 bzw. des weiteren Schwenkelementes 75 von der zweiten Endstellung in die erste Endstellung durchgeführt werden. Hierzu wird der Formgedächtnisaktor 52 mittels der Aktivierungseinrichtung 58 elektrisch aktiviert, wodurch sich der Formgedächtnisaktor 52 zusammen zieht. Hierdurch wird der Mitnehmer 57 translatorisch in Axialrichtung der Spindel 53 sowie in Richtung zu dem Mitnehmer 68 hin bewegt. Dabei nimmt der Mitnehmer 57 den Schlitten 59 sowie die Mutter 55 mit, wodurch eine Drehbewegung der Spindel 53 bzw. des Schwenkelementes 75 von der zweiten Endstellung in Richtung der ersten Endstellung einsetzt.
-
12 zeigt eine schematische Seitenansicht eines dritten erfindungsgemäßen Wandlers 80 in einer Endstellung. Der Wandler 80 hat eine Wandlermechanik 81. Mittels der Wandlermechanik 81 ist eine Translationsbewegung eines Antriebselementes 82 in eine Schwenkbewegung eines Schwenkelementes 83 umwandelbar. Das Antriebselement 82 ist ein Formgedächtnisaktor, bei diesem Ausführungsbeispiel als ein Formgedächtnisaktordraht ausgebildet. Ein erstes Ende 84 des Formgedächtnisaktors 82 ist ortsfest positioniert. Ein von dem ersten Ende 84 abgewandtes zweites Ende 85 des Formgedächtnisaktors 82 ist mit einer schräg zu einer Translationsbewegungskomponente ausgerichteten und mittels des Formgedächtnisaktors 82 in Richtung der Translationsbewegungskomponente bewegbaren Führung 86 befestigt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Führung 86 als eine schräg und/oder quer zur Längsachse des Formgedächtnisaktors 82 ausgerichtete Kante bzw. Ebene ausgebildet. Hier ist die Führung 86 beispielhaft als Bestandteil eines Mitnehmers 87 ausgebildet.
-
Die Wandlermechanik 81 weist eine Kulisse 88 auf, wobei die Kulisse 88 bei diesem Ausführungsbeispiel als ein Langloch ausgebildet ist. Die Kulisse 88 ist quer, bei diesem Beispiel rechtwinkelig, zur Translationsbewegung des Formgedächtnisaktors 82 bzw. des Mitnehmers 87 ausgerichtet. Innerhalb der Kulisse 88 ist ein entlang der Kulisse 88 verschiebbar geführtes Übertragungsmittel 89 angeordnet. Hier ist das Übertragungsmittel 89 beispielhaft als eine Rolle ausgebildet. Das Übertragungsmittel 89 wirkt mit einer Schwenkführung 90 des Schwenkelementes 82 zusammen. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Schwenkführung 90 als ein Langloch in dem Schwenkelement 83 ausgebildet. Hierbei ist die Längsachse der Schwenkführung 90 quer zur Längsachse der Kulisse 88 ausgerichtet. Das Übertragungsmittel 89 und die Schwenkführung 90 sind exzentrisch zu einer Schwenkachse 91 des Schwenkelementes 83 angeordnet.
-
In der hier dargestellten Position des Schwenkelementes 83 und des Mitnehmers 87 ist der Formgedächtnisaktor 82 pseudoelastisch vorgedehnt. Bei einer elektrischen Aktivierung des Formgedächtnisaktors 82 mittels einer Aktivierungseinrichtung 92 erfolgt eine Kontraktion des Formgedächtnisaktors 82. Hierdurch werden der Mitnehmer 87 und die Führung 86 translatorisch in Richtung des Übertragungsmittels 89 gemäß Pfeil 93 bewegt. Dabei wird das Übertragungsmittel 89 entlang der Führung 86 und innerhalb der Kulisse 88 sowie der Schwenkführung 90 geführt. Aufgrund des Zusammenwirkens mit der Schwenkführung 90 erfolgt dabei zugleich ein Verschwenken des Schwenkelementes 83 um die Schwenkachse 91 in Richtung des Pfeils 94.
-
Des Weiteren weist der Wandler 80 eine Treibeinrichtung 95 auf. Die Treibeinrichtung 95 weist bei dieser Ausführungsform eine Übertotpunktfeder auf. Hier ist die Übertotpunktfeder als eine Zugfeder ausgebildet. Ein erstes Ende 96 der Treibeinrichtung 95 bzw. der Übertotpunktfeder ist ortsfest befestigt. Ein von dem ersten Ende 96 abgewandtes zweites Ende 97 der Treibeinrichtung 95 bzw. der Übertotpunktfeder ist exzentrisch zu der Schwenkachse 91 an dem Schwenkelement 83 befestigt.
-
13 zeigt eine schematische Seitenansicht eines vierten erfindungsgemäßen Wandlers 98 in einer Endstellung. Aufbau und Funktionsweise des Wandlers 98 entsprechen in einigen Teilen dem Wandler 80. Insoweit wird hinsichtlich gleicher Bezugszeichen auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen.
-
Bei dem Wandler 98 ist ein Antriebselement 99 vorgesehen, das als ein Formgedächtnisaktor 99, hier als ein Formgedächtnisaktordraht, ausgebildet ist. Ein erstes Ende 100 des Formgedächtnisaktors 99 ist ortsfest angeordnet. Ein von dem ersten Ende 100 abgewandtes, hier nicht näher dargestelltes zweites Ende des Formgedächtnisaktors 99 ist an einer Führung 101 eines Mitnehmers 102 befestigt. Hierbei ist die Führung 101 bzw. der Mitnehmer 102 spiegelsymmetrisch zu der Führung 86 bzw. dem Mitnehmer 87 gemäß 12 ausgebildet. Die Führung 101 ist schräg zu einer Translationsbewegungskomponente des Formgedächtnisaktors 99 ausgerichtet. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Führung 101 als eine schräg und/oder quer zur Längsachse des Formgedächtnisaktors 99 ausgerichtete Kante bzw. Ebene ausgebildet. Hier ist die Führung 101 beispielhaft als Bestandteil eines Mitnehmers 102 ausgebildet.
-
Bei einer elektrischen Aktivierung der Formgedächtnisaktors 99 mit der Aktivierungseinrichtung 92 erfolgt aufgrund einer Kontraktion des Formgedächtnisaktors 99 eine translatorische Bewegung des Mitnehmers 102 und der Führung 101 in Richtung des Pfeils 93. Hierdurch wird das Übertragungsmittel 89 entlang der Führung 101 und der Kulisse 88 verschoben, wodurch aufgrund des Zusammenwirkens mit der Schwenkführung 90 das Schwenkelement 83 gemäß dem Pfeil 103 um die Schwenkachse 91 verschwenkt wird.
-
14 zeigt eine schematische Seitenansicht eines weiteren erfindungsgemäßen Wandlers 104 in einer ersten Endstellung. Bei dem Wandler 104 handelt es sich um eine Kombination der Wandler 80 und 98 gemäß den 12 und 13. Bezüglich der entsprechend gleichen Bezugszeichen wird auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen.
-
Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Mitnehmer 87, 102 aufeinander bzw. übereinander liegend angeordnet. Die Mitnehmer 87, 102 sind mittels einer Führungseinrichtung 105 translatorisch bewegbar an einem Montageelement 106 befestigt.
-
15 zeigt eine schematische Seitenansicht des weiteren Wandlers 104 gemäß 14 in einer zweiten Endstellung. Hierbei bilden die voneinander abgewandten Ende der Kulisse 88 einen ersten Endanschlag und einen zweiten Endanschlag.
-
Nachfolgend wird der Aufbau und die Funktionsweise des Wandlers 104 anhand der 12 bis 15 näher erläutert:
Bei dem Wandler 104 sind zwei keilartige Mitnehmer 87, 102 durch die Kraft jeweils eines Formgedächtnisaktors 82 bzw. 99 translatorisch bewegbar. Die zumindest zu einer Translationsbewegungskomponente der Formgedächtnisaktoren 82, 99 schräg bzw. quer ausgerichtete Führung 86 oder 101 liegt abhängig von der jeweiligen Stellung des Schwenkelementes 83 bzw. des Übertragungsmittels 89 an dem Übertragungsmittel 89 an. Das Übertragungsmittel 89 ist in der Kulisse 88 geführt und daher nur quer bzw. rechtwinkelig zur Translationsbewegung der Fomrgedächtnisaktoren 82, 99 bewegbar. Hierbei liegt das Übertragungsmittel 89 nicht nur an der Führung 86 oder 101 und in der Kulisse 88 an, sondern zugleich auch exzentrisch mittels der Schwenkführung 90 an dem Schwenkelement 83. Hierbei sind das Übertragungsmittel 89 und die Schwenkachse 91 voneinander beabstandet.
-
Aufgrund einer Bewegung des Mitnehmers 87 im Sinne der 12 in Richtung des Pfeils 93 erfolgt eine Schwenkbewegung des Schwenkelementes 83 in Richtung der Pfeils 94. Mittels des Mitnehmers 102 und der im Vergleich mit der Führung 86 gespiegelten Führung 101 kann bei einer Bewegung des Mitnehmers 102 in Richtung des Pfeils 93 gemäß der 13 eine Verschwenkung des Schwenkelementes 83 gemäß dem Pfeil 103 erfolgen.
-
Mittels der asymmetrischen Treibeinrichtung 95 bzw. einer asymmetrisch angeordneten Übertotpunktfeder der Treibeinrichtung 95 kann das Schwenkelement 83 in der ersten Endstellung und der zweiten Endstellung sicher gehalten werden. Hierbei erzeugt die Treibeinrichtung 95 in der ersten Endstellung bei der Darstellung gemäß 13 ein Drehmoment im Uhrzeigersinn und in der zweiten Endstellung gemäß 15 ein Drehmoment gegen den Uhrzeigersinn. Das zweite Ende 97 der Treibeinrichtung 95 ist derart exzentrisch oder asymmetrisch zu der Schwenkachse 91 an dem Schwenkelement 83 angeordnet, dass das Schwenkelement 83 annähernd gewichtslos gemacht oder gelagert werden kann, so dass die Formgedächtnisaktorik nur noch ein geringes Differenzmoment aufbringen muss, um die jeweils gewünschte Schwenkbewegung zu verursachen. Dies ermöglicht eine weitere Miniaturisierung der Formgedächtnisaktorik.
-
Befindet sich das Übertragungsmittel 89 in der dem ersten Endanschlag für die erste Endstellung gemäß 14 zugewandten Hälfte der Kulisse 88, so erzeugt die Treibeinrichtung 95 ein Drehmoment auf das Schwenkelement 83 in Richtung der ersten Endstellung bzw. des ersten Endanschlages. Sobald das Übertragungsmittel 89 eine mittlere Stellung in der Kulisse 88 erreicht hat, erzeugt die Treibeinrichtung 95 kein Drehmoment auf das Schwenkelement 83 mehr, da die Wirkungslinie der Treibeinrichtung 95 bzw. der Federkraft genau durch die Schwenkachse 91 des Schwenkelementes 83 verläuft. Befindet sich das Übertragungsmittel 89 in dem zweiten Endanschlag für die zweite Endstellung gemäß 15 zugewandten Hälfte der Kulisse 88, so erzeugt die Treibeinrichtung 95 ein Drehmoment auf das Schwenkelement 83 in Richtung der zweiten Endstellung bzw. des zweiten Endanschlages.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- Wandler
- 11
- Wandlermechanik
- 12
- Antriebselement (Formgedächtnisaktor)
- 13
- Antriebselement (Formgedächtnisaktor)
- 14
- Schwenkelement
- 15
- Montagelement
- 16
- Erstes Ende
- 17
- Erstes Ende
- 18
- Erste Wandlermechanik
- 19
- Zweite Wandlermechanik
- 20
- Zweites Ende
- 21
- Zweites Ende
- 22
- Mitnehmer
- 23
- Führungskulisse
- 24
- Führungsstift
- 25
- Dehnelement
- 26
- Kniegelenk
- 27
- Kniehebel
- 28
- Schwenkachse
- 29
- Erster Hebelarm
- 30
- Drehlager
- 31
- Zweiter Hebelarm
- 32
- Drehlager
- 33
- Langloch
- 34
- Treibeinrichtung
- 35
- Führungselement
- 36
- Weiterer Führungsstift
- 37
- Rotationslager
- 38
- Federelement
- 39
- Längsführung
- 40
- Aktivierungseinrichtung
- 41
- Aktivierungseinrichtung
- 42
- Pfeil
- 43
- Gegenlager
- 44
- Schlitz
- 45
- Erster Endanschlag
- 46
- Zweiter Endanschlag
- 50
- Wandler
- 51
- Wandlermechanik
- 52
- Antriebselement (Formgedächtnisaktor)
- 53
- Schwenkelement (Spindel)
- 54
- Montageelement
- 55
- Gewindeelement (Mutter)
- 56
- Spindel-Gewinde-Einrichtung
- 57
- Mitnehmer
- 58
- Aktivierungseinrichtung
- 59
- Schlitten
- 60
- Erster Endanschlag
- 61
- Zweiter Endanschlag
- 62
- Doppelpfeil
- 63
- Nut
- 64
- Nut
- 65
- Führungsstift
- 66
- Führungsstift
- 67
- Antriebselement (Formgedächtnisaktor)
- 68
- Mitnehmer
- 69
- Aktivierungseinrichtung
- 70
- Dehnelement
- 71
- Dehnelement
- 72
- Gegenlager
- 73
- Gegenlager
- 74
- Pfeil
- 75
- weiteres Schwenkelement
- 76
- Pfeil
- 77
- Führungsbahn
- 80
- Wandler
- 81
- Wandlermechanik
- 82
- Antriebselement (Formgedächtnisaktor)
- 83
- Schwenkelement
- 84
- Erstes Ende
- 85
- Zweites Ende
- 86
- Führung
- 87
- Mitnehmer
- 88
- Kulisse
- 89
- Übertragungsmittel
- 90
- Schwenkführung
- 91
- Schwenkachse
- 92
- Aktivierungseinrichtung
- 93
- Pfeil
- 94
- Pfeil
- 95
- Treibeinrichtung
- 96
- erstes Ende
- 97
- zweites Ende
- 98
- Wandler
- 99
- Antriebselement (Formgedächtnisaktor)
- 100
- Erstes Endes
- 101
- Führung
- 102
- Mitnehmer
- 103
- Pfeil
- 104
- Wandler
- 105
- Führungseinrichtung
- 106
- Montageelement
