DE102015108752A1 - Drive device and a method for operating a drive device - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung (1) mit mehreren in ihrer Länge und/oder Form veränderlichen Antriebselementen (3, 4), wobei die Antriebselemente (3, 4) zumindest abschnittsweise aus einem Formgedächtnismaterial gebildet sind. Erfindungsgemäß ist eine längenveränderliche Teleskopanordnung (2) mit mehreren teleskopartig ineinandergreifenden und relativ zueinander bewegbaren Teleskopgliedern (2.1 bis 2.3) vorgesehen, wobei die Teleskopglieder (2.1 bis 2.3) jeweils mit zumindest einem Antriebselement (3, 4) mechanisch gekoppelt sind, wobei die Antriebselemente (3, 4) unabhängig voneinander zur Erzeugung der relativen Bewegung der Teleskopglieder (2.1 bis 2.3) zueinander steuerbar sind, wobei sich die Längenveränderung der Teleskopanordnung (2) aus einer Summe der relativen Bewegungen der Teleskopglieder (2.1 bis 2.3) zueinander ergibt. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betrieb einer Antriebsvorrichtung (1).The invention relates to a drive device (1) with a plurality of variable in length and / or shape drive elements (3, 4), wherein the drive elements (3, 4) are at least partially formed of a shape memory material. According to the invention, a variable-length telescopic arrangement (2) is provided with a plurality of telescopically interlocking and relatively movable telescopic members (2.1 to 2.3), wherein the telescopic members (2.1 to 2.3) are each mechanically coupled to at least one drive element (3, 4), wherein the drive elements ( 3, 4) are independent of each other for generating the relative movement of the telescopic members (2.1 to 2.3) are mutually controllable, wherein the change in length of the telescopic assembly (2) from a sum of the relative movements of the telescopic members (2.1 to 2.3) results to each other. The invention further relates to a method for operating a drive device (1).
Description
Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. The invention relates to a drive device according to the preamble of
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betrieb einer Antriebsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 16. The invention further relates to a method for operating a drive device according to the preamble of claim 16.
Aus der
Weiterhin ist aus der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Antriebsvorrichtung und ein verbessertes Verfahren zum Betrieb einer Antriebsvorrichtung anzugeben. The invention is based on the object to provide a comparison with the prior art improved drive device and an improved method for operating a drive device.
Hinsichtlich der Antriebsvorrichtung wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale und des Verfahrens durch die im Anspruch 16 angegebenen Merkmale gelöst. With regard to the drive device, the object is achieved by the features specified in
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
Die Antriebsvorrichtung umfasst mehrere in ihrer Länge und/oder Form veränderliche Antriebselemente, wobei die Antriebselemente zumindest abschnittsweise aus einem Formgedächtnismaterial, beispielsweise einer Formgedächtnislegierung oder einem Formgedächtnispolymer, gebildet sind. The drive device comprises a plurality of variable in length and / or shape drive elements, wherein the drive elements are at least partially formed of a shape memory material, such as a shape memory alloy or a shape memory polymer.
Erfindungsgemäß umfasst die Antriebsvorrichtung eine längenveränderliche Teleskopanordnung mit mehreren teleskopartig ineinandergreifenden und relativ zueinander bewegbaren Teleskopgliedern, wobei die Teleskopglieder jeweils mit zumindest einem Antriebselement mechanisch gekoppelt sind. Die Antriebselemente sind unabhängig voneinander zur Erzeugung der relativen Bewegung der Teleskopglieder zueinander steuerbar, wobei sich die Längenveränderung der Teleskopanordnung aus einer Summe der relativen Bewegungen der Teleskopglieder zueinander ergibt. According to the invention, the drive device comprises a variable-length telescope arrangement with a plurality of telescopically interlocking and relatively movable telescopic members, wherein the telescopic members are each mechanically coupled to at least one drive element. The drive elements are independently controllable relative to each other for generating the relative movement of the telescopic members, wherein the change in length of the telescopic arrangement results from a sum of the relative movements of the telescopic members to each other.
Unter einer teleskopartigen Anordnung wird dabei vorliegend eine koaxiale, ineinander liegende Anordnung der Teleskopglieder verstanden, wobei die Teleskopglieder eine beliebige Querschnittsform aufweisen können. In the present case, a telescoping arrangement is understood as meaning a coaxial, nested arrangement of the telescopic members, it being possible for the telescopic members to have any cross-sectional shape.
Die Antriebsvorrichtung, welche beispielsweise zur Generierung von Stellbewegungen vorgesehen ist, zeichnet sich gegenüber herkömmlichen motorischen Antrieben, insbesondere elektromotorischen Antrieben, durch ein signifikant verringertes Gewicht bei gleichzeitig sehr geringem erforderlichen Bauraum aus. Gleichzeitig ist es mittels der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung möglich, den Antrieb zumindest nahezu geräuschlos durchzuführen. Gegenüber herkömmlichen Antriebsvorrichtungen mit aus Formgedächtnismaterialien gebildeten Antriebselementen sind insbesondere aufgrund der Verwendung der Teleskopanordnung besonders geringe Abmessungen der Antriebsvorrichtung möglich. Insbesondere wird durch die Teleskopanaordnung und die anspruchsgemäße Kopplung der Teleskopglieder mit den Antriebselementen eine Größe der Bewegung, insbesondere ein Stellweg der Antriebsvorrichtung ohne eine Vergrößerung von deren Bauraum signifikant erhöht. Alternativ kann bei Beibehaltung der Größe der zu erzeugenden Bewegung ein Bauraum der Antriebsvorrichtung signifikant verringert werden. Auch ist insbesondere aufgrund der unabhängig voneinander durchführbaren Steuerung der Antriebselemente in einfacher Weise eine gestufte Bewegung der Antriebsvorrichtung realisierbar. The drive device, which is provided, for example, for generating positioning movements, is distinguished from conventional motor drives, in particular electromotive drives, by a significantly reduced weight while at the same time requiring very little installation space. At the same time it is possible by means of the drive device according to the invention to perform the drive at least almost noiseless. Compared with conventional drive devices with drive elements formed from shape memory materials, particularly small dimensions of the drive device are possible, in particular due to the use of the telescopic arrangement. In particular, a size of the movement, in particular a travel of the drive device without an increase of their space is significantly increased by the Teleskopanaordnung and the claimed coupling of the telescopic members with the drive elements. Alternatively, while maintaining the size of the movement to be generated, a construction space of the drive device can be significantly reduced. Also, in particular due to the independently feasible control of the drive elements in a simple manner a stepped movement of the drive device can be realized.
Eine Weiterbildung der Antriebsvorrichtung sieht vor, dass die Teleskopglieder derart aufgebaut sind, dass sie sich über Anschläge gegeneinander abstützen. Damit ist sichergestellt, dass bei einer Aktivierung eines jeweiligen Teleskopgliedes und daraus folgend eines mit dem Teleskopglied gekoppelten Antriebselementes nicht aktivierte Antriebselemente nicht der Arbeitslast ausgesetzt werden, sondern die Arbeitslast über ein Gehäuse oder andere Strukturbauteile der Antriebsvorrichtung geleitet wird. A development of the drive device provides that the telescopic members are constructed such that they are supported by stops against each other. This ensures that when an activation of a respective telescopic member and, consequently, a drive element coupled to the telescopic member, unactivated drive elements are not exposed to the workload but the workload is conducted via a housing or other structural components of the drive device.
In einer möglichen Ausgestaltung der Antriebsvorrichtung weist zumindest eines der Antriebselemente mehrere aus dem Formgedächtnismaterial gebildete Abschnitte auf, wobei die Abschnitte unabhängig voneinander aktivierbar und in ihrer Länge und/oder Form veränderlich sind. Eine derartige Ausbildung des Formgedächtnismaterials ermöglicht in besonders vorteilhafter Weise, dass jeweils lediglich ein Antriebselement zur Bewegung von zumindest zwei der Teleskopglieder anstatt mehrerer seriell geschaltete Antriebselemente erforderlich sind. Hierdurch werden ein Kostenaufwand und Bauraumbedarf der Antriebsvorrichtung erheblich reduziert. In one possible embodiment of the drive device, at least one of the drive elements has a plurality of sections formed from the shape memory material, wherein the sections are independently activatable and variable in their length and / or shape. Such a design of the shape memory material allows in a particularly advantageous manner that only one drive element for moving at least two of the telescopic members instead of a plurality of serially connected drive elements are required. As a result, a cost and space requirements of the drive device can be significantly reduced.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Antriebsvorrichtung ist zumindest eines der Antriebselemente als Schraubenfeder ausgebildet. Mittels der aus dem Formgedächtnismaterial erzeugten Schraubenfeder ist in einfacher und kompakter Weise aufgrund einer einfachen Veränderung einer Federkennlinie durch entsprechende Ansteuerung des Formgedächtnismaterials je nach Anforderung eine definierte Kraft zur Erzeugung der Längenänderung der Teleskopanordnung erzeugbar. In a further possible embodiment of the drive device, at least one of the drive elements is designed as a helical spring. By means of the coil spring produced from the shape memory material is due to a simple change of a spring characteristic by appropriate control of the shape memory material as required a defined force for generating the change in length of the telescopic assembly generated.
Gemäß einer Weiterbildung der Antriebsvorrichtung umfasst die Teleskopanordnung zumindest ein in seiner Länge und/oder Form veränderliches Gegen-Antriebselement, wobei das Gegen-Antriebselement derart angeordnet und ausgebildet ist, dass mittels des Gegen-Antriebselements eine entgegengesetzt zur Längenänderung und/oder Formänderung zumindest eines der Antriebselemente wirkende Kraft erzeugbar ist. Dabei ist es mittels des Gegen-Antriebselements möglich, ein so genanntes Agonist-Antagonist-Prinzip zu realisieren und beispielsweise bei einer erforderlichen schnellen Verkürzung der Länge der Teleskopanordnung eine entsprechende Bewegung der Teleskopglieder entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung der Antriebselemente zu erzeugen. Weiterhin ist eine gezielte Aktivierung des zumindest einen Gegen-Antriebselements bei der Aktivierung oder im aktivierten Zustand des Antriebselements zur Erhöhung einer mechanischen Vorspannung zumindest eines der Antriebselemente und somit zur Steuerung von Umwandlungstemperaturen und/oder einer Dynamik des Formgedächtnismaterials des entsprechenden Antriebselements möglich. According to a further development of the drive device, the telescopic arrangement comprises at least one variable in length and / or shape counter-drive element, wherein the counter-drive element is arranged and designed such that by means of the counter-drive element opposite to the change in length and / or shape change at least one of Drive elements acting force can be generated. It is possible by means of the counter-drive element to realize a so-called agonist-antagonist principle and, for example, to generate a corresponding movement of the telescopic elements opposite to the direction of movement of the drive elements at a required rapid shortening of the length of the telescope arrangement. Furthermore, a targeted activation of the at least one counter-drive element during activation or in the activated state of the drive element to increase a mechanical bias of at least one of the drive elements and thus to control conversion temperatures and / or dynamics of the shape memory material of the corresponding drive element is possible.
Eine mögliche Weiterbildung der Antriebsvorrichtung sieht vor, dass das zumindest eine Gegen-Antriebselement zumindest abschnittsweise aus einem Formgedächtnismaterial gebildet ist. Dabei wird die Realisierung des Gegen-Antriebselements mit besonders geringem Bauraumbedarf durchgeführt, wobei mittels des Gegen-Antriebselements durchgeführte Bewegungen ebenfalls zumindest nahezu geräuschlos durchgeführt werden können. A possible development of the drive device provides that the at least one counter drive element is at least partially formed from a shape memory material. In this case, the realization of the counter-drive element is carried out with a particularly small space requirement, wherein carried out by means of the counter-drive element movements can also be performed at least almost noiseless.
In einer Ausgestaltung der Antriebsvorrichtung weist das Formgedächtnismaterial des zumindest einen Gegen-Antriebselements eine kleinere Querschnittsfläche als das Formgedächtnismaterial der Antriebselemente auf. Diese Ausbildung ermöglicht es aufgrund eines geringen Kraftpotenzials des Gegen-Antriebselements in einfacher Weise, eine Schädigung des Antriebselements zu vermeiden. In one embodiment of the drive device, the shape memory material of the at least one counter drive element has a smaller cross sectional area than the shape memory material of the drive elements. This design makes it possible, due to a low force potential of the counter-drive element in a simple manner to avoid damage to the drive element.
In einer weiteren Ausgestaltung der Antriebsvorrichtung ist das zumindest eine Gegen-Antriebselement als passives Rückstellelement insbesondere in Form einer Schraubenfeder ausgebildet, mittels welcher in einfacher Weise eine Gegenkraft zur Bewegung zumindest eines der Antriebselemente erzeugbar ist. Ist die Schraubenfeder gemäß einer möglichen Weiterbildung aus einem pseudoelastischen Formgedächtnismaterial gebildet, ist in einfacher Weise aufgrund einer einfachen Veränderung einer Federkennlinie in Form einer Verschiebung des so genannten austenitischen Spannungsplateaus durch entsprechende Ansteuerung des Formgedächtnismaterials je nach Anforderung eine definierte Erzeugung der Kraft möglich. Somit ist ein Widerstand, welcher dem zumindest einen Antriebselement entgegenwirkt, besonders einfach zum Zweck einer Verbesserung einer Dynamik oder zur Erhöhung von Umwandlungstemperaturen einfach einstellbar. In weiteren möglichen Ausgestaltungen ist das Rückstellelement alternativ als Zugdraht, Druckstab oder Biegeelement ausgebildet. In a further embodiment of the drive device, the at least one counter-drive element is designed as a passive return element, in particular in the form of a helical spring, by means of which in a simple manner, a counterforce to the movement of at least one of the drive elements can be generated. If the coil spring is formed according to a possible development of a pseudoelastic shape memory material, a defined generation of the force is easily possible due to a simple change of a spring characteristic in the form of a displacement of the so-called austenitic voltage plateau by appropriate control of the shape memory material as required. Thus, a resistance which opposes the at least one drive element is particularly easy to adjust for the purpose of improving dynamics or increasing transformation temperatures. In other possible embodiments, the return element is alternatively designed as a pull wire, push rod or bending element.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung wird das zumindest eine pseudoelastische, aus einem Formgedächtnismaterial gebildete Rückstellelement als Sensor zur Erfassung von Stellwegen oder Lasten durch ein Auslesen einer Änderung eines elektrischen Widerstandes bei der Verformung des Rückstellelements und damit einer spannungsinduzierten Phasenumwandlung verwendet. In a further possible embodiment, the at least one pseudoelastic restoring element formed from a shape memory material is used as a sensor for detecting travel ranges or loads by reading out a change in an electrical resistance during the deformation of the restoring element and thus a voltage-induced phase transformation.
Eine weitere mögliche Ausgestaltung sieht vor, dass eine Trägheit des Formgedächtnismaterials bei dessen Abkühlung genutzt wird, um aus energetischen Gründen bei einer Aktivierung des zweiten Teleskopgliedes, das erste wieder abzuschalten. Durch die träge Abkühlung und eine Umwandlungshysterese bleibt das erste Teleskopglied weiterhin aktiviert. Zudem lässt sich mit dieser Strategie eine verbesserte Dynamik erzielen, da am Ende der Stellbewegung das zumindest eine erste Teleskopglied sich bereits in der Abkühlung befindet. Another possible embodiment provides that an inertia of the shape memory material is used during its cooling, to turn off the first again for energetic reasons in an activation of the second telescopic member, the first. Due to the slow cooling and a conversion hysteresis, the first telescopic link remains activated. In addition, improved dynamics can be achieved with this strategy since, at the end of the adjusting movement, the at least one first telescopic link is already in cooling.
Eine mögliche Weiterbildung der Antriebsvorrichtung sieht vor, dass die Teleskopanordnung mit einem Getriebe gekoppelt ist, welches eine im Wesentlichen lineare Bewegung der Teleskopanordnung in eine Rotation umwandelt. Aufgrund der Verwendung des Getriebes zur Umwandlung der linearen Bewegung in die Rotation können bereits aus einer Längenänderung des Formgedächtnismaterials resultierende kleine Bewegungen der Antriebselemente und somit der Teleskopanordnung zur Erzeugung einer Drehbewegung oder eines Schwenkens eines mit dem Getriebe gekoppelten Elements, beispielsweise einer schwenkbaren Klappe, verwendet werden. A possible development of the drive device provides that the telescopic arrangement is coupled to a transmission which converts a substantially linear movement of the telescopic arrangement into a rotation. Due to the use of the gearbox to convert the linear motion into the rotation can already out a change in length of the shape memory material resulting small movements of the drive elements and thus the telescopic assembly for generating a rotational movement or pivoting of a coupled to the transmission element, such as a hinged flap, are used.
Um ein Halten von zumindest zwei Teleskopgliedern in einer vorgegebenen Position ohne das Erfordernis einer dauerhaften Anregung des Antriebselements zu realisieren, ist gemäß einer Weiterbildung der Antriebsvorrichtung ein zum Halten von zumindest zwei Teleskopgliedern in einer vorgegebenen relativen Position zueinander ausgebildeter Rastmechanismus vorgesehen. In order to realize a holding of at least two telescopic members in a predetermined position without the need for a permanent excitation of the drive element, according to a development of the drive device for holding at least two telescopic members in a predetermined relative position to each other formed detent mechanism is provided.
Eine mögliche Ausgestaltung der Antriebsvorrichtung sieht vor, dass der Rastmechanismus ein Antriebselement zur Betätigung des Rastmechanismus umfasst, wobei das Antriebselement zumindest abschnittsweise aus einem Formgedächtnismaterial gebildet ist. Hierbei ist lediglich eine kurzzeitig erzeugte Anregung des Antriebselements erforderlich, um den Rastmechanismus zu betätigen. Aufgrund des zumindest abschnittsweise aus einem Formgedächtnismaterial gebildeten Antriebselements zeichnet sich dieses auch durch besonders geringe Abmessungen und ein besonders geringes Gewicht aus, wobei die Betätigung des Rastmechanismus für den Nutzer nahezu geräuschlos ausführbar ist. A possible embodiment of the drive device provides that the latching mechanism comprises a drive element for actuating the latching mechanism, wherein the drive element is at least partially formed from a shape memory material. Here, only a momentarily generated excitation of the drive element is required to actuate the latching mechanism. Due to the at least partially formed from a shape memory material drive element, this is characterized by particularly small dimensions and a particularly low weight, the operation of the locking mechanism for the user is almost noiseless executable.
Ferner kann vorgesehen sein, dass der Rastmechanismus Bestandteil des Getriebes ist. Durch diese Kombination ist eine sehr bauraumsparende Ausbildung von Getriebe und Rastmechanismus möglich. Furthermore, it can be provided that the latching mechanism is part of the transmission. By this combination, a very space-saving design of transmission and locking mechanism is possible.
Eine Weiterbildung der Antriebsvorrichtung sieht vor, dass das Getriebe ein Schrittgetriebe ist. Derartige Schrittgetriebe zeichnen sich einerseits durch einen besonders geringen Bauraum aus und ermöglichen andererseits eine sehr exakte und in kleinen Schritten durchführbare Positionierung der Klappe in unterschiedlichen Positionen. Gleichzeitig kann mittels des Schrittgetriebes ein Halten der Klappe in vorgegebenen Positionen realisiert werden, so dass eine Verwendung eines zusätzlichen Rastmechanismus nicht zwingend erforderlich ist. A further development of the drive device provides that the transmission is a step transmission. Such stepping gear are characterized on the one hand by a particularly small space and on the other hand allow a very accurate and feasible in small steps positioning the flap in different positions. At the same time holding the flap in predetermined positions can be realized by means of the step gear, so that a use of an additional locking mechanism is not mandatory.
In einer Ausgestaltung der Antriebsvorrichtung ist eine zum Halten von zumindest zwei Teleskopgliedern in einer vorgegebenen relativen Position zueinander ausgebildete Bremse vorgesehen. Auch die Bremse ermöglicht ein Halten der Klappe in einer vorgegebenen Position ohne das Erfordernis einer dauerhaften Anregung des Antriebselements. Bei einem Lösen der Bremse ist dagegen die Bewegung der Teleskopglieder in einfacher Weise freigegeben. In one embodiment of the drive device, a brake designed to hold at least two telescopic members in a predetermined relative position to one another is provided. The brake also makes it possible to hold the flap in a predetermined position without the need for a permanent excitation of the drive element. When releasing the brake, however, the movement of the telescopic members is released in a simple manner.
Eine mögliche Weiterbildung der Antriebsvorrichtung sieht vor, dass die Bremse mittels eines zumindest abschnittsweise aus einem Formgedächtnismaterial gebildeten weiteren Antriebselements betätigbar ist. Hierbei ist lediglich eine kurzzeitig erzeugte Anregung des weiteren Antriebselements erforderlich, um die Bremse freizugeben. Aufgrund des zumindest abschnittsweise aus einem Formgedächtnismaterial gebildeten weiteren Antriebselements zeichnet sich dieses auch durch besonders geringe Abmessungen und ein besonders geringes Gewicht aus, wobei die Betätigung der Bremse für den Nutzer nahezu geräuschlos ausführbar ist. A possible development of the drive device provides that the brake can be actuated by means of a further drive element formed at least in sections from a shape memory material. Here, only a momentarily generated excitation of the further drive element is required to release the brake. Due to the at least partially formed from a shape memory material further drive element, this is characterized by particularly small dimensions and a particularly low weight, the operation of the brake for the user is almost noiseless executable.
Gemäß einer möglichen Ausgestaltung der Antriebsvorrichtung ist zumindest eine Positionsbestimmungseinheit zur Bestimmung einer vorgegebenen relativen Position von zumindest zwei Teleskopgliedern zueinander vorgesehen, wobei die Positionsbestimmungseinheit zumindest ein Widerstandsmessgerät zur Messung eines elektrischen Widerstands zumindest eines der Antriebselemente umfasst und derart ausgebildet ist, dass aus dem gemessenen Widerstand die relative Position ermittelbar ist. Diese Bestimmung der Schwenkposition ist besonders einfach und somit effizient und gleichzeitig sehr exakt durchführbar, wobei das Widerstandsmessgerät aufgrund seiner geringen Abmessungen sehr einfach in die Antriebsvorrichtung integrierbar ist. According to a possible embodiment of the drive device, at least one position determination unit is provided for determining a predetermined relative position of at least two telescope members to each other, wherein the position determination unit comprises at least one resistance measuring device for measuring an electrical resistance of at least one of the drive elements and is designed such that from the measured resistance relative position can be determined. This determination of the pivot position is particularly simple and thus efficient and at the same time very accurately feasible, the resistance meter is very easy to integrate into the drive device due to its small dimensions.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Antriebsvorrichtung ist zumindest eine Schutzvorrichtung zum Schutz vor einer mechanischen und/oder thermischen Überlastung der Antriebselemente vorgesehen, wobei die Schutzvorrichtung zumindest ein Widerstandsmessgerät zur Messung eines elektrischen Widerstands der Antriebselemente umfasst und derart ausgebildet ist, dass aus dem gemessenen Widerstand eine mechanische und/oder thermische Belastung des jeweiligen Antriebselements ermittelbar ist. Diese Bestimmung der Belastung ist besonders einfach und somit effizient und gleichzeitig sehr exakt durchführbar, wobei das Widerstandsmessgerät aufgrund seiner geringen Abmessungen sehr einfach in die Antriebsvorrichtung integrierbar ist. Somit ist mit geringem Aufwand ein zuverlässiger Überlastungsschutz der der Antriebselemente realisierbar. In a further possible embodiment of the drive device, at least one protective device is provided for protection against mechanical and / or thermal overloading of the drive elements, wherein the protective device comprises at least one resistance measuring device for measuring an electrical resistance of the drive elements and is designed such that from the measured resistance mechanical and / or thermal stress of the respective drive element can be determined. This determination of the load is particularly simple and thus efficient and at the same time very accurately feasible, the resistance meter is very easy to integrate into the drive device due to its small dimensions. Thus, with little effort, a reliable overload protection of the drive elements can be realized.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Antriebsvorrichtung ist zumindest eine Schutzvorrichtung zum Schutz vor einer mechanischen Überlastung der Antriebselemente vorgesehen, wobei die Schutzvorrichtung zumindest ein Federelement an der festen Lagerung des Formgedächtnisantriebes umfasst und derart ausgebildet ist, dass eine Federkraft über der Arbeitslast liegt und ein Abstand zwischen Federkraft und Arbeitslast einem entsprechenden Sicherheitsfaktor genügt. In a further possible embodiment of the drive device, at least one protective device is provided for protection against mechanical overloading of the drive elements, wherein the protective device comprises at least one spring element on the fixed bearing of the shape memory drive and is designed such that a spring force is above the workload and a distance between Spring force and workload satisfies a corresponding safety factor.
Zur Erzeugung der Bewegung des Formgedächtnismaterials sieht eine mögliche Weiterbildung der Antriebsvorrichtung vor, dass die Antriebselemente mit einer Vorrichtung zum Erwärmen des Formgedächtnismaterials gekoppelt sind, wobei die Vorrichtung mindestens ein Widerstandsheizelement oder ein induktives Heizelement umfasst. Das Widerstandsheizelement kann dabei durch das Formgedächtnisantriebselement selbst gebildet sein. To generate the movement of the shape memory material, a possible development of the drive device provides that the drive elements are coupled to a device for heating the shape memory material, wherein the device comprises at least one resistance heating element or an inductive heating element. The resistance heating element can be formed by the shape memory drive element itself.
Zur Erzeugung der Bewegung des Formgedächtnismaterials sieht eine mögliche Weiterbildung der Antriebsvorrichtung vor, dass die Antriebselemente mit einer Steuereinheit gekoppelt sind, wobei die Steuereinheit ausgebildet ist, die Antriebselemente, beispielsweise mittels der Vorrichtung zum Erwärmen des Formgedächtnismaterials, derart anzusteuern, dass mittels dieser eine magnetische, elektrische und/oder thermische Anregung des jeweiligen Formgedächtnismaterials erzeugbar ist. To generate the movement of the shape memory material, a possible development of the drive device provides that the drive elements are coupled to a control unit, wherein the control unit is designed to control the drive elements, for example by means of the device for heating the shape memory material such that by means of this a magnetic, electrical and / or thermal excitation of the respective shape memory material can be generated.
In dem Verfahren zum Betrieb einer Antriebsvorrichtung mit mehreren in ihrer Länge und/oder Form veränderlichen Antriebselementen, wobei die Antriebselemente zumindest abschnittsweise aus einem Formgedächtnismaterial gebildet sind, werden erfindungsgemäß mehrere teleskopartig ineinandergreifende, relativ zueinander bewegbare und mit unabhängig voneinander steuerbaren Antriebselementen mechanisch gekoppelte Teleskopglieder einer längenveränderlichen Teleskopanordnung relativ zueinander bewegt, wobei die Längenveränderung der Teleskopanordnung aus einer Summe der relativen Bewegungen der Teleskopglieder zueinander erzeugt wird. In the method for operating a drive device having a plurality of variable in length and / or shape drive elements, the drive elements are at least partially formed of a shape memory material, according to the invention a plurality of telescopically interlocking, relatively movable and independently controllable drive elements mechanically coupled telescopic members of variable length Telescope arrangement moves relative to each other, wherein the change in length of the telescopic assembly is generated from a sum of the relative movements of the telescopic members to each other.
Das Verfahren ermöglicht in Verbindung mit der Antriebsvorrichtung, welche beispielsweise zur Generierung von Stellbewegungen vorgesehen ist, gegenüber herkömmlichen motorischen Antrieben, insbesondere elektromotorischen Antrieben, in besonders einfacher, effizienter und präziser Weise eine zumindest nahezu geräuschlose Durchführung eines Antriebs. Auch ist insbesondere aufgrund der unabhängig voneinander durchführbaren Steuerung der Antriebselemente in einfacher Weise eine gestufte Bewegung der Antriebsvorrichtung realisierbar. The method allows in connection with the drive device, which is provided for example for generating positioning movements, compared to conventional motor drives, in particular electric motor drives, in a particularly simple, efficient and precise manner an at least almost noiseless implementation of a drive. Also, in particular due to the independently feasible control of the drive elements in a simple manner a stepped movement of the drive device can be realized.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert. Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to drawings.
Darin zeigen: Show:
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Corresponding parts are provided in all figures with the same reference numerals.
In den
Die Antriebsvorrichtung
Ein erstes Teleskopglied
Zur Befestigung der Teleskopanordnung
Zur relativen Bewegung der Teleskopglieder
Die Antriebselemente
Das Antriebselement
Das Antriebselement
Das Gegen-Antriebselement
In einem Zustand, in welchem die Teleskopanordnung
Zur Erzeugung einer Verkürzung der Teleskopanordnung
Hierbei ist das Antriebselement
Um eine Längenausdehnung der Teleskopanordnung
Auch das Antriebselement
Dabei sind die Antriebselemente
In einer möglichen Ausgestaltung der Antriebsvorrichtung
Um die von dem Gegen-Antriebselement
In nicht näher dargestellten Ausführungen der Antriebsvorrichtung
In weiteren nicht dargestellten Ausführungen der Antriebsvorrichtung
Zumindest eine der im Folgenden genannten Komponenten kann in nicht näher dargestellten Ausführungen der Antriebsvorrichtung
- – Zumindest ein
mit der Teleskopanordnung 2 gekoppeltes Getriebe, welches eine im Wesentlichen lineare Bewegung der Teleskopanordnung2 in eine Rotation umwandelt; - – zumindest einen mit zumindest einem Antriebselement
3 ,4 und/oder dem Gegen-Antriebselement 5 gekoppelten Umformer, welcher eine erzeugte Kraft in eine Bewegung und/oder eine Rotation und/oder eine Translation umwandelt; - – zumindest einen Rastmechanismus, ausgebildet zum Halten von zumindest zwei Teleskopgliedern
2.1 bis2.3 in einer vorgegebenen relativen Position zueinander ohne Ansteuerung derAntriebselemente 3 ,4 und/oder des Gegen-Antriebselements 5 , wobei der Rastmechanismus in einer möglichen Ausgestaltung ein Antriebselement zur Betätigung des Rastmechanismus umfasst, wobei das Antriebselement zumindest abschnittsweise aus einem Formgedächtnismaterial gebildet ist, wobei der Rastmechanismus in einer möglichen Ausgestaltung Bestandteil des beispielsweise als Schrittgetriebe ausgebildeten Getriebes ist; - – zumindest eine Bremse, ausgebildet zum Halten von zumindest zwei Teleskopgliedern
2.1 bis1.3 in einer vorgegebenen relativen Position zueinander ohne Ansteuerung derAntriebselemente 3 ,4 und/oder des Gegen-Antriebselements 5 , wobei die Bremse ein Antriebselement zur Betätigung der Bremse umfasst, wobei das Antriebselement zumindest abschnittsweise aus einem Formgedächtnismaterial gebildet ist; - – zumindest eine Positionsbestimmungseinheit zur Bestimmung einer vorgegebenen relativen Position von zumindest zwei Teleskopgliedern
2.1 bis2.3 zueinander, wobei die Positionsbestimmungseinheit zumindest ein Widerstandsmessgerät zur Messung eines elektrischen Widerstands zumindest eines derAntriebselemente 3 ,4 und/oder des Gegen-Antriebselements 5 umfasst und derart ausgebildet ist, dass aus dem gemessenen Widerstand die relative Position ermittelbar ist; - – zumindest eine Schutzvorrichtung zum Schutz vor einer mechanischen und/oder elektrischen Überlastung der
Antriebselemente 3 ,4 vorgesehen ist, wobei die Schutzvorrichtung zumindest ein Widerstandsmessgerät zur Messung eines elektrischen Widerstands derAntriebselemente 3 ,4 umfasst und derart ausgebildet ist, dass aus dem gemessenen Widerstand eine mechanische und/oder elektrische Belastung des jeweiligen Antriebselements3 ,4 ermittelbar ist.
- - At least one with the
telescope arrangement 2 coupled gear, which is a substantially linear movement of thetelescope assembly 2 converted into a rotation; - - At least one with at least one drive element
3 .4 and / or thecounter drive element 5 coupled transducer, which converts a generated force into a movement and / or a rotation and / or a translation; - - At least one locking mechanism, adapted for holding at least two telescopic members
2.1 to2.3 in a predetermined relative position to each other without driving the drive elements3 .4 and / or thecounter drive element 5 wherein the latching mechanism in one possible embodiment comprises a drive element for actuating the latching mechanism, wherein the drive element is at least partially formed of a shape memory material, wherein the latching mechanism in one possible embodiment is part of the example formed as a step transmission gear; - - At least one brake, adapted to hold at least two telescopic members
2.1 to1.3 in a predetermined relative position to each other without driving the drive elements3 .4 and / or thecounter drive element 5 wherein the brake comprises a drive element for actuating the brake, wherein the drive element is at least partially formed from a shape memory material; - - At least one position determining unit for determining a predetermined relative position of at least two telescopic members
2.1 to2.3 to each other, wherein the position determination unit at least one resistance measuring device for measuring an electrical resistance of at least one of the drive elements3 .4 and / or thecounter drive element 5 and is designed such that from the measured resistance, the relative position can be determined; - - At least one protection device to protect against mechanical and / or electrical overload of the drive elements
3 .4 is provided, wherein the protective device at least one resistance measuring device for measuring an electrical resistance of the drive elements3 .4 comprises and is designed such that from the measured resistance, a mechanical and / or electrical load of the respective drive element3 .4 can be determined.
An dem rohrförmigen Abschnitt
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1 1
- Antriebsvorrichtung driving device
- 2 2
- Teleskopanordnung telescopic arrangement
- 2.1 2.1
- Teleskopglied telescoping member
- 2.1.1 2.1.1
- Lager camp
- 2.2 2.2
- Teleskopglied telescoping member
- 2.2.1 2.2.1
- Lager camp
- 2.3 2.3
- Teleskopglied telescoping member
- 2.3.1 2.3.1
- unteres Ende lower end
- 2.3.2 2.3.2
- rohrförmiger Abschnitt tubular section
- 2.4 2.4
- Schutzelement protection element
- 3 3
- Antriebselement driving element
- 4 4
- Antriebselement driving element
- 5 5
- Gegen-Antriebselement Against drive member
- 6 6
- Befestigungselement fastener
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 60031687 T2 [0003] DE 60031687 T2 [0003]
- DE 19802639 A1 [0004] DE 19802639 A1 [0004]
Claims (16)
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---|---|---|---|
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Applications Claiming Priority (1)
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DE102015108752.9A DE102015108752A1 (en) | 2015-06-02 | 2015-06-02 | Drive device and a method for operating a drive device |
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