DE102015111894A1

DE102015111894A1 - Aktuator mit Formgedächtnisantrieb

Info

Publication number: DE102015111894A1
Application number: DE102015111894.7A
Authority: DE
Inventors: Martin Paul Nowak; Andrea Gentile
Original assignee: Halla Visteon Climate Control Corp
Current assignee: Hanon Systems Corp
Priority date: 2015-07-22
Filing date: 2015-07-22
Publication date: 2017-01-26
Also published as: KR20170011965A

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Aktuator (1) mit Formgedächtnisantrieb, umfassend eine um eine Rotationsachse drehbare Antriebswelle (2) und zwei spiralförmige, einander entgegengesetzt gewickelte Drehfedern (3, 4), die mit der Antriebswelle (2) in Wirkverbindung stehen, wobei mindestens eine der Drehfedern (3, 4) aus einem Formgedächtnismaterial besteht, das in der Lage ist, durch Erwärmung eine programmierte Form anzunehmen. Formgedächtnisantriebe sind aufgrund ihrer hohen Energiedichte kleiner und/oder leichter als elektromagnetische Antriebe. Ihre Anwendung ist mit einer wesentlich geringeren Geräuschemission verbunden. Aufgrund des Betriebesmit Gleichstrom ist eine gute elektromagnetische Verträglichkeit gegeben. Formgedächtnisantriebe enthalten typischerweise deutlich weniger Teile als ein elektromagnetischer Aktuator. Dies kompensiert überraschenderweise auch den Nachteil eines relativ teuren Formgedächtnismaterials, so dass erfindungsgemäße Formgedächtnisantriebe auch insgesamt kostengünstiger herstellbar sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Aktuator mit Formgedächtnisantrieb, insbesondere für die Anwendung in Heiz-Klimageräten von Kraftfahrzeugen.
Aktuatoren an Heiz-Klimageräten sind elektromagnetische Antriebe, die oft als Schritt- oder Gleichstrommotoren ausgeführt sind. Elektromagnetische Aktuatoren sind recht komplexe Bauteile und mithin relativ schwer, teuer und erzeugen bauartbedingt hörbare Geräusche.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, Antriebe bereitzustellen, die im Vergleich zu den bisher bekannten elektromagnetischen Aktuatoren kleiner und/oder leichter sind und eine geringere Geräuschemission verursachen.
Die Aufgabe wird durch einen Aktuator mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Gemäß der Erfindung umfasst der Aktuator eine um eine Rotationsachse drehbare Antriebswelle und zwei spiralförmige, einander entgegengesetzt gewickelte Drehfedern, die mit der Antriebswelle in Wirkverbindung stehen. Erfindungsgemäß besteht mindestens eine der Drehfedern aus einem Formgedächtnismaterial, das in der Lage ist, vorzugsweise durch Erwärmung, eine programmierte Form anzunehmen.
Nach der Konzeption der Erfindung werden Formgedächtnislegierungen anstelle eines elektromagnetischen Antriebs und somit leichtere und kleinere Antriebe verwendet. Zur Erzeugung der Rotation an der Antriebswelle werden zwei gegenläufig gewickelte Drehfedern verwendet. Das heißt, eine Drehfeder dient zur Erzeugung der Hindrehung und die jeweils andere Drehfeder zur Erzeugung der Rückdrehung. Mindestens eine dieser Federn ist aus einem Formgedächtnismaterial hergestellt. Dies betrifft somit entweder nur eine der Drehfedern oder beide. Durch Erwärmung, zum Beispiel durch Bestromen, vorzugsweise mit Gleichstrom, nimmt das Formgedächtnismaterial eine programmierte Form ein. Eine Rückstellung kann über eine konventionelle Feder ohne Formgedächtnismaterial oder ebenfalls durch ein Formgedächtniselement erfolgen.
Formgedächtnisantriebe sind aufgrund ihrer hohen Energiedichte kleiner und/oder leichter als elektromagnetische Antriebe. Ihre Anwendung ist mit einer wesentlich geringeren Geräuschemission verbunden als bei Anwendung von elektromagnetischen Antrieben. Aufgrund des Betriebes mit Gleichstrom ist eine gute elektromagnetische Verträglichkeit gegeben.
Formgedächtnisantriebe enthalten typischerweise deutlich weniger Teile als ein elektromagnetischer Aktuator. Dies kompensiert überraschenderweise auch den Nachteil eines relativ teuren Formgedächtnismaterials, so dass erfindungsgemäße Formgedächtnisantriebe auch insgesamt kostengünstiger herstellbar sind.
Vorzugsweise sind die Drehfedern konzentrisch, das heißt als Anordnung einer äußeren Drehfeder und einer inneren Drehfeder, einander entgegengesetzt um die Antriebswelle gewickelt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Wirkverbindung der Drehfedern mit der Antriebswelle realisiert, indem die Drehfedern jeweils mit einem radial orientierten Endschenkel in eine hiermit korrespondierende, senkrecht zur Rotationsachse orientierte Aufnahme in der Antriebswelle eingeführt sind. Besonders bevorzugt ist dabei eine Ausführungsform, bei der die Aufnahme in der Antriebswelle entlang einer Spiegelsymmetrieachse der Antriebswelle über den gesamten Durchmesser der Antriebswelle verläuft und zwei gegenüberliegende Eingänge für die Endschenkel beider Drehfedern bereitstellt, wobei sich die Endschenkel der beiden Drehfedern in der Aufnahme gegenüberliegen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Aufnahme als eine mit den Endschenkeln korrespondierende Aufnahmenut ausgebildet.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile von Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:
1: eine perspektivische Darstellung eines Aktuators mit Antriebswelle und zwei entgegengesetzt gewickelten, konzentrischen Drehfedern,
2A: eine Draufsicht auf den Aktuator,
2B: eine Seiten-Schnittansicht des Aktuators entlang einer Symmetrieachse durch eine Aufnahmenut der Antriebswelle, und
2C: eine Seiten-Schnittansicht des Aktuators entlang einer Symmetrieachse quer zur Aufnahmenut der Antriebswelle.
Die 1 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für einen erfindungsgemäßen Aktuator 1 mit Formgedächtnisantrieb. Dieser Aktuator umfasst eine um eine Rotationsachse drehbare Antriebswelle 2. Um diese Antriebswelle 2 sind zwei spiralförmige, konzentrische Drehfedern 3, 4 einander entgegengesetzt gewickelt. Das heißt, eine äußere Drehfeder 3, ist, ausgehend von einem Endschenkel 5, in eine erste Wickelrichtung 6 und eine innere Drehfeder 4 ist, ausgehend von einem Endschenkel 7, in die entgegengesetzte, zweite Wickelrichtung 8 gewickelt. Die Endschenkel 5, 7 der Drehfedern 3, 4 sind jeweils radial orientiert und sind jeweils in eine korrespondierende senkrecht zur Rotationsachse der Antriebswelle 2 orientierte Aufnahme 9 in der Antriebswelle 2 eingeführt. Damit stehen die Drehfedern 3, 4 mit der Antriebswelle 2 über die Endschenkel 5, 7 in Wirkverbindung. Die Drehfedern 3, 4 sind auf einer Trägerplatte 10, die senkrecht zur Antriebswelle 2 positioniert ist und durch die die Antriebswelle 2 verläuft, befestigt.
Wie sowohl die 1 als auch die 2A, 2B und 2C zeigen, ist die Aufnahme 9 in der Antriebswelle 2 als eine entlang einer Spiegelsymmetrieachse der Antriebswelle über den gesamten Durchmesser der Antriebswelle 9 verlaufende Aufnahmenut 9 ausgebildet. Diese Aufnahmenut stellt somit in der Antriebswelle 2 zwei gegenüberliegende Eingänge 9a, 9b für die Aufnahme der Endschenkel 5, 7 beider Drehfedern 3, 4 bereit. Dabei liegen sich auch die Endschenkel 5, 7 der beiden Drehfedern 3, 4, die in die einander gegenüberliegenden Eingänge 9a, 9b eingeführt sind, in der Aufnahmenut 9 gegenüber.
Die zwei gegenläufig gewickelten Drehfedern 3, 4 werden zur Erzeugung der Rotation an der Antriebswelle 2 verwendet, eine zum Erzeugen einer Hin- und eine zum Erzeugen einer Rückdrehung. Mindestens eine der Drehfedern 3, 4, das heißt entweder die äußere Drehfeder 3 oder die innere Drehfeder 4 oder beide, ist/sind aus einem Formgedächtnismaterial hergestellt. Durch Erwärmung, zum Beispiel durch Bestromen, nimmt das Formgedächtnismaterial eine programmierte Form an. Die Rückstellung kann über eine konventionelle Feder ohne Formgedächtnismaterial oder ebenfalls durch ein Formgedächtniselement erfolgen.
Bezugszeichenliste

1: Aktuator
2: Antriebswelle
3: (äußere) Drehfeder,
4: (innere) Drehfeder
5: Endschenkel (der äußeren Drehfeder)
6: Wickelrichtung (der äußeren Drehfeder)
7: Endschenkel (der inneren Drehfeder)
8: Wickelrichtung (der inneren Drehfeder)
9: Aufnahme, Aufnahmenut
9a: Eingang (in der Antriebswelle für die Aufnahme des Endschenkels der äußeren Drehfeder 3)
9b: Eingang (in der Antriebswelle für die Aufnahme des Endschenkels der inneren Drehfeder 4)
10: Trägerplatte

Claims

Aktuator (1) mit Formgedächtnisantrieb, umfassend eine um eine Rotationsachse drehbare Antriebswelle (2) und zwei spiralförmige, einander entgegengesetzt gewickelte Drehfedern (3, 4), die mit der Antriebswelle (2) in Wirkverbindung stehen, wobei mindestens eine der Drehfedern (3, 4) aus einem Formgedächtnismaterial besteht.
Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehfedern (3, 4) konzentrisch als Anordnung einer äußeren Drehfeder (3) und einer inneren Drehfeder (4) einander entgegengesetzt um die Antriebswelle (2) gewickelt sind.
Aktuator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirkverbindung der Drehfedern (3, 4) mit der Antriebswelle (2) realisiert ist, indem die Drehfedern (3, 4) jeweils mit einem radial orientierten Endschenkel (5, 7) in eine hiermit korrespondierende, senkrecht zur Rotationsachse orientierte Aufnahme (9) in der Antriebswelle (2) eingeführt sind.
Aktuator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme (9) in der Antriebswelle (2) entlang einer Spiegelsymmetrieachse der Antriebswelle (2) über den gesamten Durchmesser der Antriebswelle (2) verläuft und zwei gegenüberliegende Eingänge (9a, 9b) für die Endschenkel (5, 7) beider Drehfedern (3, 4) bereitstellt, wobei sich die Endschenkel (5, 7) der beiden Drehfedern (3, 4) in der Aufnahme (9) gegenüberliegen.
Aktuator nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme (9) eine mit den Endschenkeln (5, 7) korrespondierende Aufnahmenut (9) ist.
Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Formgedächtnismaterial in der Lage ist, durch Erwärmen eine programmierte Form anzunehmen.
Aktuator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Formgedächtnismaterial in der Lage ist, durch Bestromen eine programmierte Form anzunehmen.
Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rückstellung aus der programmierten Form des Formgedächtnismaterials über eine konventionelle Drehfeder (3, 4) ohne Formgedächtnismaterial erfolgen kann.
Aktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rückstellung aus der programmierten Form des Formgedächtnismaterials über eine Drehfeder (3, 4) aus Formgedächtnismaterial erfolgen kann.