DE102015113244A1 - Actuator arrangement with magnetic shape memory alloy - Google Patents

Actuator arrangement with magnetic shape memory alloy Download PDF

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DE102015113244A1 DE102015113244.3A DE102015113244A DE102015113244A1 DE 102015113244 A1 DE102015113244 A1 DE 102015113244A1 DE 102015113244 A DE102015113244 A DE 102015113244A DE 102015113244 A1 DE102015113244 A1 DE 102015113244A1
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Dr. Neubert Holger
Fabian Ehle
Johannes Ziske
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Aktoranordnung, die ein Stellelement aus einem magnetischen Formgedächtnismaterial, einen ansteuerbaren Elektromagneten mit mindestens einem ferromagnetischen Flussleitelement und mindestens einer auf dem Flussleitelement angeordneten Erregerspule umfasst, wobei das Stellelement in einem Luftspalt des Flussleitelements so angeordnet ist, dass ein durch Ansteuern des Elektromagneten erzeugtes magnetisches Feld das Stellelement durchdringt und eine Längenänderung des Stellelements bewirkt, wobei die Aktoranordnung ein Messmittel aufweist, das eine messbares elektrisches Signal erzeugt, dessen Betrag sich abhängig von der Dehnung des magnetischen Formgedächtnismaterials und dem in den Elektromagneten eingeprägten Strom ändert.The invention relates to an actuator arrangement, which comprises an actuating element of a magnetic shape memory material, a controllable electromagnet with at least one ferromagnetic flux collector and at least one arranged on the flux collector excitation coil, wherein the actuating element is arranged in an air gap of the flux guide so that a by driving the electromagnet generated magnetic field penetrates the actuator and causes a change in length of the actuating element, wherein the actuator assembly comprises a measuring means which generates a measurable electrical signal whose amount varies depending on the elongation of the magnetic shape memory material and impressed in the electromagnet current.

Description

Die Erfindung betrifft einen kraftgeregelten Aktor mit magnetischer Formgedächtnislegierung und dessen Verwendung. The invention relates to a force-controlled actuator with magnetic shape memory alloy and its use.

Magnetische Formgedächtnislegierungen sind eine relativ neue Klasse von Festkörperaktoren. Sie ändern in verhältnismäßig geringen äußeren Magnetfeldern (< 1 T) ihre Form. Diese Formänderung ergibt sich aus der Bewegung von Zwillingsgrenzen innerhalb einer martensitischen Phase, was zu einer Dehnung des Einkristalls führt. Nähere Ausführen dazu sind in EP 0 997 953 A1 oder in der zugehörigen Veröffentlichung ( Ullakko, K.; et al. Appl. Phys. Lett., 69, 1996, 1966–1968 ) zu finden. Besonders große und langzeitstabile magnetfeldinduzierte Dehnungen werden in Ni2MnGa-Legierungen beobachtet. Aktuelle Legierungen weisen Dehnungen von 6 % bei Druckspannungen bis ca. 2,0 MPa auf. Daraus ergeben sich Energiedichten größer 100 kJ/m3. Maximale Betriebsfrequenzen liegen im einstelligen kHz-Bereich und Zyklenfestigkeiten von > 108 Zyklen sind gemessen worden. Aufgrund dieser vorteilhaften Eigenschaften leitet sich die aktorische Nutzung dieser Legierungen ab. Die dafür am häufigsten genutzte Grundstruktur ist eine quaderförmige Probe, die parallel zu den kürzesten Kanten mit einem äußeren Magnetfeld B beaufschlagt wird. Dies bewirkt eine Bewegung der Zwillingsgrenzen, sodass sich das Element entlang der längsten Kanten dehnt und bei angeschlossener Last Arbeit verrichtet. Die Rückstellung des Elements erfolgt durch eine Kraft bzw. Druckspannung σ entgegen der Ausdehnungsrichtung. Magnetic shape memory alloys are a relatively new class of solid state actuators. They change their shape in relatively small external magnetic fields (<1 T). This change in shape results from the movement of twin boundaries within a martensitic phase, resulting in an elongation of the single crystal. Closer to do this are in EP 0 997 953 A1 or in the associated publication ( Ullakko, K .; et al. Appl. Phys. Lett., 69, 1996, 1966-1968 ) to find. Particularly large and long-term stable magnetic-field-induced strains are observed in Ni 2 MnGa alloys. Current alloys have strains of 6% at compressive stresses up to approx. 2.0 MPa. This results in energy densities greater than 100 kJ / m 3 . Maximum operating frequencies are in the single-digit kHz range and cycle strengths of> 10 8 cycles have been measured. Due to these advantageous properties, the Aktorische use of these alloys derived. The basic structure most frequently used for this purpose is a cuboidal sample which is subjected to an external magnetic field B parallel to the shortest edges. This causes the twin boundaries to move so that the element stretches along the longest edges and does work while the load is attached. The provision of the element is carried out by a force or compressive stress σ opposite to the direction of expansion.

Unter den elektrisch angetriebenen Greifern dominieren solche mit rotatorischen elektromagnetischen oder elektrodynamischen Antrieben. Ohne zusätzliche Rückstellelemente sind in der offenen Steuerkette keine stabilen Positionen anfahrbar. Ein beliebig langsames, das Greifobjekt schonende Anfahren einer bestimmten Greifposition ist somit nur durch zusätzliche Übersetzungs- und Koppelgetrieben und/oder Rotations-Translations-Umformer möglich. Diese Elemente verringern einerseits den Gesamtwirkungsgrad, erzeugen andererseits zusätzlichen Bauraum und bewegte Masse. Ist die Greifkraft zu steuern, oder zu regeln oder eine Greifobjekterkennung nötig, ist dies über die Begrenzung des Motorstroms nur ungenau möglich bzw. sind zusätzliche Sensoren nötig. Diese sind häufig nicht in den Antrieb integriert, sodass auch hierbei zusätzliche Bauteile und somit Bauraum und Masse anfallen. Among the electrically driven grippers, those with rotary electromagnetic or electrodynamic drives dominate. Without additional restoring elements, stable positions can not be approached in the open timing chain. An arbitrarily slow, the gripping object gently approaching a certain gripping position is thus possible only by additional translation and coupling gears and / or rotation-translation converter. On the one hand, these elements reduce the overall efficiency, but on the other hand generate additional space and moving mass. If the gripping force is to be controlled, or regulated, or a gripping object detection is necessary, this is only imprecisely possible by limiting the motor current or additional sensors are necessary. These are often not integrated into the drive, so that here also additional components and thus space and mass incurred.

Während Greifer mit thermischen Formgedächtnislegierungen (SMA) Stand der Technik sind, werden in wissenschaftlichen Veröffentlichungen und Schutzrechten kaum Greifer mit Aktoren aus magnetischen Formgedächtnislegierungen (MSM) beschrieben. In WO 99/045631 A1 und WO 97/003472 A1 ist der Einsatz von MSM-Aktoren im Bereich der Automatisierung und der Manipulatoren lediglich erwähnt. Ein Prototyp ist in J. Guldbakke, et. al. ACTUATOR 2008, pp. 880–882 veröffentlicht. Bisher nicht beschrieben ist die gleichzeitige Ausnutzung des magnetischen Formgedächtnismaterials für aktorische und sensorische Aufgaben in der Greiftechnik. While grippers with thermal shape memory alloys (SMA) are state of the art, hardly any grippers with actuators made of magnetic shape memory alloys (MSM) are described in scientific publications and industrial property rights. In WO 99/045631 A1 and WO 97/003472 A1 is the use of MSM actuators in the field of automation and manipulators only mentioned. A prototype is in J. Guldbakke, et. al. ACTUATOR 2008, pp. 880-882 released. Not described so far is the simultaneous utilization of the magnetic shape memory material for actuator and sensory tasks in the gripping technique.

Die rein sensorische Nutzung von magnetischen Formgedächtnislegierungen ist unter anderem in:

  • WO 2003/078922 A1
  • WO 2013/079794 A1
  • US 2013/091954 A1
  • DE 10 2010 032 690 A1
beschrieben. Hierbei wird jedoch kein konkreter Zusammenhang zur Aktorik und insbesondere nicht zur Greiftechnik hergestellt. Damit sind auch die Möglichkeiten der integrierten Greifobjekterkennung, Greifkraftregelung usw. bisher nicht erfasst. The purely sensory use of magnetic shape memory alloys is, inter alia, in:
  • WO 2003/078922 A1
  • WO 2013/079794 A1
  • US 2013/091954 A1
  • DE 10 2010 032 690 A1
described. Here, however, no concrete connection is made to the actuators and in particular not to the gripping technique. Thus, the possibilities of integrated Greifobjekterkennung, gripping force control, etc. are not yet recorded.

Nachteile der bisherigen Lösungen im Hinblick auf die Aktorik:

  • • keine von der Greiferposition unabhängige Greifkraft bei bestimmtem Ansteuerstrom,
  • • Kraftgradient über dem Weg verhindert quasistatische (langsame) Zustellung der Greiforgane,
  • • keine stabile Position an jeder Hubposition ohne Rückstellelement,
  • • stromlos keine oder nur sehr geringe hysteresebedingte Haltekräfte,
Disadvantages of the previous solutions with regard to the actuators:
  • • no gripping force independent of the gripper position for a certain drive current,
  • • force gradient over the way prevents quasi-static (slow) delivery of the gripping organs,
  • • no stable position at every stroke position without reset element,
  • No current or only very little hysteresis-related holding forces,

Nachteile der bisherigen Lösungen im Hinblick auf die integrierte Sensorik:

  • • keine intrinsische Greifobjekterkennung, Weg- oder Kraftmessung
Disadvantages of the previous solutions with regard to the integrated sensors:
  • • no intrinsic grasping object recognition, displacement or force measurement

Aufgabe der Erfindung ist es, einen miniaturisierten, funktionsintegrierten Antrieb für Greifer zu entwickeln. The object of the invention is to develop a miniaturized, function-integrated drive for grippers.

Die Erfindung beschreibt einen Antrieb mit einem Bauelement aus einer magnetischen Formgedächtnislegierung zur vorzugsweisen, aber nicht ausschließlichen Anwendung in Greifern oder anderen mechanischen Endeffektoren in der Handhabungsautomatisierung. Neben dem Aufbringen von Greifkraft und Greifweg wird das magnetische Formgedächtnismaterial ausgenutzt, um eine integrierte Greifkraftsteuerung in offener oder geschlossener Steuerkette sowie eine integrierte Positionsmessung der Greifeffektoren zu realisieren. The invention describes a drive with a magnetic shape memory alloy component for preferential but not exclusive use in grippers or other mechanical end effectors in handling automation. In addition to the application of gripping force and gripping path, the magnetic shape memory material is utilized in order to realize an integrated gripping force control in open or closed control chain as well as an integrated position measurement of the gripping effectors.

Aus eigenen Messungen und einer Vielzahl an Veröffentlichungen ist bekannt, dass magnetische Formgedächtnislegierungen über den Großteil ihres nutzbaren Hubs eine nahezu lineare Kraft-Weg-Kennlinie aufweisen. Dies erlaubt eine einfache Steuerung der Greifkraft in Abhängigkeit von dem eingeprägten Strom. Weiterhin ist die Blockierkraft im feldfreien Zustand, die sich aus Probenquerschnitt und der sog. Zwillingsspannung (twinning stress) σTw ergibt, nahezu wegunabhängig. Das Vorhandensein eben dieser inneren Materialspannung ermöglicht weiterhin, dass eine stabile Position an nahezu jeder Hubposition realisierbar ist. Dadurch wird ein beliebig langsames Anfahren einer Position erst möglich. From own measurements and a variety of publications it is known that magnetic shape memory alloys over the majority of their usable stroke, a nearly linear force Have path characteristic. This allows easy control of the gripping force as a function of the impressed current. Furthermore, the blocking force in the field-free state, which results from the sample cross-section and the so-called twinning stress σ Tw , is almost path-independent. The presence of just this inner material tension further allows a stable position at almost any stroke position can be realized. This makes an arbitrarily slow approach to a position possible.

Die Polarisierung der Martensitvarianten verhält sich, solange die Legierung magnetisch nicht gesättigt ist, etwa proportional zur Dehnung des Elements. Da sich die Polarisierung senkrecht zur eingeprägten, aktorisch genutzten Erregerflussdichte komplementär ändert, diese Richtung aber vektoriell nur mit einem geringen Feld beaufschlagt wird, ergibt sich eine weitere Möglichkeit, intrinsisch die Position zu ermitteln. The polarization of the martensite variants behaves as long as the alloy is not magnetically saturated, approximately proportional to the elongation of the element. Since the polarization changes in a complementary manner perpendicular to the impressed, field-used exciter flux density, but this direction is vectorially only applied with a small field, there is another possibility of determining the position intrinsically.

Über die Kenntnis des eingeprägten Stroms und ein Rechenmodell lässt sich indirekt die Greifkraft bestimmen und somit – bei geschlossener Steuerkette – auch regeln. Die zugrundeliegenden Zusammenhänge sind schematisch in 7 dargestellt:
Bei adäquater Gestaltung des Magnetkreises erzeugt der Erregerstrom im magnetischen Formgedächtniswerkstoff ein hinreichend homogenes Magnetfeld, dessen Feldstärke in der Probe überall nahezu gleich ist. Die resultierende Polarisierung in der Probe ist werkstoffspezifisch sowohl vom Dehnungszustand als auch von der Feldstärke abhängig.
The knowledge of the impressed current and a mathematical model indirectly determine the gripping force and thus - with the control chain closed - also regulate. The underlying relationships are schematic in 7 shown:
With adequate design of the magnetic circuit, the exciter current in the magnetic shape memory material generates a sufficiently homogeneous magnetic field whose field strength in the sample is almost identical everywhere. The resulting polarization in the sample is material-specific depending on both the strain state and the field strength.

Bei Kenntnis dieses Zusammenhangs in einem Rechenmodell kann aus Erregerstrom und gemessener magnetischer Flussdichte oder Polarisierung auf die Dehnung geschlossen werden. Polarisierung und Flussdichte sind wiederum über magnetische Feldkonstante und Feldstärke, die aus dem Strom bekannt ist, miteinander verknüpft. If this relationship is known in a mathematical model, the excitation current and the measured magnetic flux density or polarization can be used to deduce the strain. Polarization and flux density are in turn linked by magnetic field constant and field strength, which is known from the current.

Mit derart bestimmter Dehnung und Flussdichte sowie dem Vorzeichen der zeitlichen Flussdichteänderung kann auf der Basis der werkstoffspezifischen Hysterese zwischen Flussdichte, mechanischer Spannung und Dehnung auf die mechanische Spannung und damit die Kraft am Abtrieb des magnetischen Formgedächtniselements geschlossen werden. With such a certain elongation and flux density and the sign of the temporal flux density change can be concluded on the basis of the material-specific hysteresis between flux density, mechanical stress and strain on the mechanical stress and thus the force at the output of the magnetic shape memory element.

Zur Messung der magnetischen Flussdichte können aus dem Stand der Technik bekannte Messverfahren ausgenutzt werden, beispielsweise:

  • 1. Messung der magnetischen Flussdichte des Luftspaltstreufeldes im oder neben dem Luftspalt durch
  • a. einen magnetischen Sensor (beispielsweise auf dem Hall-Effekt basierende Sensoren, wie vorgeschlagen für einen Drucksensor in DE 10 2010 032 690 A1 oder auf anderen magnetoresistiven Effekten wie z.B. dem GMR-, AMR- oder TMR-Effekt beruhende Magnetfeldsensoren),
  • b. eine oder mehrere Messspulen im Magnetkreis, wobei
  • i. eine Erregerspule des Elektromagneten gleichzeitig zur Messung genutzt wird, oder/und
  • ii. eine oder mehrere zusätzliche Messspulen im Magnetkreis ein ferromagnetisches Flussleitstück umschließend, vorzugsweise in unmittelbarer Nähe des Arbeitsluftspalts des Magnetkreises angeordnet sind, oder/und
  • iii. eine oder mehrere zusätzliche Messspulen das MSM-Element umschließend, vorzugsweise in eine Probeführung integriert sind (wie in US 2013/091954 A1 für einen Sensor vorgeschlagen)
To measure the magnetic flux density, measuring methods known from the prior art can be used, for example:
  • 1. Measurement of the magnetic flux density of the air gap stray field in or adjacent to the air gap
  • a. a magnetic sensor (for example, sensors based on the Hall effect, as proposed for a pressure sensor in FIG DE 10 2010 032 690 A1 or magnetic field sensors based on other magnetoresistive effects such as the GMR, AMR or TMR effect),
  • b. one or more measuring coils in the magnetic circuit, wherein
  • i. an exciter coil of the electromagnet is used simultaneously for the measurement, and / or
  • II. one or more additional measuring coils in the magnetic circuit surrounding a ferromagnetic flux guide, preferably arranged in the immediate vicinity of the working air gap of the magnetic circuit, and / or
  • iii. one or more additional measuring coils surrounding the MSM element, preferably integrated in a test guide (as in US 2013/091954 A1 suggested for a sensor)

Mit Messspulen können nur magnetische Flussänderungen erfasst werden. Zum Fluss durch die Spule und damit zur Flussdichte kommt man durch Zeitintegration der in der Spule indizierten Spannung. Im Fall b.i ist diese induzierte Spannung der den Spulenstrom treibenden Spannung überlagert (entgegengerichtet). In den Fällen b.ii und b.iii wird sie in unabhängigen Messspulen erzeugt. In allen Fällen ist die Zeitintegration erforderlich. With measuring coils only magnetic flux changes can be detected. The flow through the coil and thus the flux density is achieved by time integration of the voltage indicated in the coil. In case b.i, this induced voltage is superimposed on the voltage driving the coil current (opposite direction). In cases b.ii and b.iii it is generated in independent measuring coils. In all cases, time integration is required.

Alternativ kann die Messung folgendermaßen erfolgen:

  • 2. Messung der Induktivität durch
  • a. Messung der Resonanzfrequenz eines Schwingkreises, verstimmt durch die Reluktanzänderung des MSM-Elements,
  • b. Auswertung der elektrischen Zeitkonstante des Magnetkreises, beeinflusst durch die Reluktanzänderung des MSM-Elements (Konzept überprüft in WO2003078922 )
Alternatively, the measurement can be made as follows:
  • 2. Measurement of inductance by
  • a. Measurement of the resonance frequency of a resonant circuit, detuned by the reluctance change of the MSM element,
  • b. Evaluation of the electrical time constant of the magnetic circuit, influenced by the reluctance change of the MSM element (concept checked in WO2003078922 )

Bei der Messung der Änderung der Resonanzfrequenz eines Schwingkreises wird eine Messspule des Schwingkreises wie in den obigen Beispielen angeordnet wird. Der Schwingkreis kann beispielsweise aus der Erregerspule selbst oder einer zweiten, um das Stellelement gelegten oder gewickelten Spule sowie einem mit dieser Spule parallel oder seriell verschalteten Kondensator bekannter und konstanter Kapazität bestehen. Der Schwingkreis ist Teil einer Messschaltung zur Bestimmung der Resonanzfrequenz des Schwingkreises. When measuring the change of the resonance frequency of a resonant circuit, a measuring coil of the resonant circuit is arranged as in the above examples. The resonant circuit can for example consist of the excitation coil itself or a second coil placed or wound around the control element and a capacitor of known and constant capacitance connected in parallel or in series with this coil. The resonant circuit is part of a measuring circuit for determining the resonant frequency of the resonant circuit.

Die Zeitkonstante des Magnetkreises ist definiert als τ = L/R. The time constant of the magnetic circuit is defined as τ = L / R.

Aus dem zeitlichen Verlauf des Stromanstiegs di/dt über der angelegten treibenden Spannung u(t) kann auf die Induktivität geschlossen werden. Bei bekanntem Spulenwiderstand R kann die differentielle Induktivität Ldiff aus di/dt bestimmt werden: Ldiff = (u – R·i)/(di/dt) From the time course of the current increase di / dt on the applied driving voltage u (t) can be concluded that the inductance become. If the coil resistance R is known, the differential inductance L diff can be determined from di / dt: L diff = (u-R * i) / (di / dt)

Die Induktivität L ergibt sich aus Ldiff: L = ∫(Ldiff(i)di)/i The inductance L results from L diff : L = ∫ (L diff (i) di) / i

Aus der Induktivität kann auf die Polarisierung der MSM-Probe geschlossen werden, wenn die anderen Elemente im induktivitätsbestimmenden Magnetkreis bekannt sind. From the inductance can be concluded that the polarization of the MSM sample, if the other elements in the inductance-determining magnetic circuit are known.

Die Rückstellung des Elements erfolgt bevorzugt durch einen zuschaltbaren Antrieb, der beispielsweise als elektromagnetischer (wie beispielsweise in DE 10 2012 108 568 A1 beschrieben), elektrodynamischer oder antagonistisch angeordneter magnetischer Formgedächtnisantrieb ausgeführt sein kann. Die Rückstellung kann auch durch ein permanent wirksames elastisches Element, z. B. eine Feder, erfolgen. Die Rückstellung findet dann unmittelbar statt, wenn der Erregerstrom einen bestimmten Schwellenwert unterschreitet. The provision of the element is preferably carried out by a switchable drive, for example, as electromagnetic (such as in DE 10 2012 108 568 A1 described), electrodynamically or antagonistically arranged magnetic shape memory drive can be executed. The provision can also by a permanently effective elastic element, for. As a spring done. The reset takes place immediately when the excitation current falls below a certain threshold.

Erfindungsgemäß wird daher bei einer Aktoranordnung, die ein Stellelement aus einem magnetischen Formgedächtnismaterial sowie einen ansteuerbaren Elektromagneten mit mindestens einem ferromagnetischen Flussleitelement und mindestens einer auf dem Flussleitelement angeordneten Erregerspule umfasst, wobei das Stellelement in einem Luftspalt des Flussleitelements so angeordnet ist, dass ein durch Ansteuern des Elektromagneten erzeugtes magnetisches Feld das Stellelement durchdringt und eine Längenänderung des Stellelements bewirkt, vorgeschlagen, dass die Aktoranordnung ein Messmittel aufweist, das ein messbares elektrisches Signal erzeugt, dessen Betrag sich abhängig von der Dehnung des magnetischen Formgedächtnismaterials und dem in den Elektromagneten eingeprägten Strom ändert. According to the invention is therefore in an actuator assembly comprising an actuating element of a magnetic shape memory material and a controllable electromagnet with at least one ferromagnetic flux collector and at least one arranged on the flux collector exciter, wherein the actuator is arranged in an air gap of the flux guide so that a by driving the Electromagnet-generated magnetic field penetrates the actuator and causes a change in length of the actuator, proposed that the actuator assembly comprises a measuring means which generates a measurable electrical signal, the amount of which varies depending on the elongation of the magnetic shape memory material and impressed in the electromagnet current.

Dabei sollen die Begriffe „ansteuerbar“ und „Ansteuern“ bedeuten, dass die von dem Elektromagneten erzeugte magnetische Feldstärke kontinuierlich einstellbar ist. Dies wird durch Variation des in eine Erregerspule des Elektromagneten eingespeisten Stroms erreicht. Ein messbares elektrisches Signal kann beispielsweise eine elektrische Spannung sein, aber auch eine elektrische Stromstärke oder ein digital codiertes Signal. Im Fall einer Spannung oder einer Stromstärke kann deren zeitliche Änderung ausgewertet werden, um die Dehnung sowie die mechanische Spannung des Stellelements zu ermitteln. Im Fall eines digital codierten Signals kann der codierte Wert direkt hierfür genutzt werden. The terms "controllable" and "driving" mean that the magnetic field strength generated by the electromagnet is continuously adjustable. This is achieved by varying the current fed into an excitation coil of the electromagnet. A measurable electrical signal may be, for example, an electrical voltage, but also an electrical current or a digitally coded signal. In the case of a voltage or a current strength, their temporal change can be evaluated in order to determine the elongation and the mechanical stress of the actuating element. In the case of a digitally coded signal, the coded value can be used directly for this purpose.

In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Betrag des elektrischen Signals sich in Abhängigkeit von der durch die Dehnung des magnetischen Formgedächtnismaterials hervorgerufenen Änderung der Reluktanz oder/und der Polarisierung des Stellelements ändert. In one embodiment, it is provided that the amount of the electrical signal changes in dependence on the change in the reluctance or / and the polarization of the actuating element caused by the elongation of the magnetic shape memory material.

Dabei kann vorgesehen sein, dass ein Messmittel unmittelbar am oder im Luftspalt des Flussleitelements angeordnet ist. It can be provided that a measuring means is arranged directly on or in the air gap of the flux guide.

Das Messmittel kann mindestens eine Messspule oder/und mindestens einen magnetischen Sensor umfassen. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Messspule eine Erregerspule des Elektromagneten ist, d.h. der zeitliche Verlauf der in der Erregerspule induzierten Spannung wird bei dieser Ausgestaltung gleichzeitig zur Ermittlung der Dehnung und der mechanischen Spannung im Stellelement genutzt. Alternativ oder zusätzlich kann mindestens eine Messspule zusätzlich zu einer Erregerspule des Elektromagneten vorgesehen sein. The measuring means may comprise at least one measuring coil and / or at least one magnetic sensor. For example, it may be provided that the measuring coil is an exciting coil of the electromagnet, i. The temporal course of the induced voltage in the excitation coil is used in this embodiment simultaneously to determine the strain and the mechanical stress in the actuator. Alternatively or additionally, at least one measuring coil may be provided in addition to an exciter coil of the electromagnet.

Eine Messspule kann beispielsweise auf einem Flussleitelement des Elektromagneten so angeordnet sein, dass sie mindestens einen Abschnitt des Flussleitelements umschließt. In diesem Fall verläuft die Spulenachse parallel zur Richtung des magnetischen Flusses. Dabei kann eine solche Messspule vorteilhaft in unmittelbarer Nähe zum Luftspalt des Magnetkreises angeordnet sein. A measuring coil can be arranged, for example, on a flux conducting element of the electromagnet so that it surrounds at least a portion of the flux conducting element. In this case, the coil axis is parallel to the direction of the magnetic flux. In this case, such a measuring coil can advantageously be arranged in the immediate vicinity of the air gap of the magnetic circuit.

Eine Messspule kann jedoch auch im Luftspalt angeordnet sein und dabei mindestens einen Abschnitt des Stellelements umschließen. Bei dieser Ausgestaltung verläuft die Spulenachse senkrecht zur Richtung des magnetischen Flusses. In einer Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass die Messspule an oder in einem mindestens einen Abschnitt des Stellelements umschließenden Führungselement angeordnet ist. Beispielsweise kann das Stellelement in einer Hülse angeordnet sein, die das Stellelement führt, und eine Messspule in diese Hülse integriert sein. However, a measuring coil can also be arranged in the air gap and thereby enclose at least a portion of the actuating element. In this embodiment, the coil axis is perpendicular to the direction of the magnetic flux. In a development, provision may be made for the measuring coil to be arranged on or in a guide element enclosing at least one section of the adjusting element. For example, the adjusting element can be arranged in a sleeve, which guides the adjusting element, and a measuring coil can be integrated into this sleeve.

Um die vorgeschlagene Aktoranordnung in einer geschlossenen Steuerkette betreiben zu können, ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen, dass das Messmittel elektrisch mit einer Regeleinrichtung verbunden ist. Dadurch wird es möglich, mit Hilfe des messbaren elektrischen Signals, das bei einer Verformung des magnetischen Formgedächtnismaterials erzeugt wird und somit erfasst und ausgewertet werden kann, den Aktor kraftgeregelt zu betreiben. Die Dehnung sowie die in dem Formgedächtnismaterial herrschende mechanische Spannung – und damit die Aktorkraft – können, wie oben ausführlich beschrieben, ohne zusätzliche Sensorik ermittelt und zur Steuerung und Regelung des Aktors genutzt werden. In order to operate the proposed actuator arrangement in a closed control chain, it is provided according to a further embodiment that the measuring means is electrically connected to a control device. This makes it possible, with the aid of the measurable electrical signal, which is generated in a deformation of the magnetic shape memory material and thus can be detected and evaluated to operate the actuator force-controlled. The strain as well as the mechanical stress prevailing in the shape memory material-and thus the actuator force-can, as described above in detail, be determined without additional sensors and used to control and regulate the actuator.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorgeschlagenen Aktoranordnung kann weiterhin ein ansteuerbares, zur Umkehrung der Längenänderung des Stellelements ausgebildetes Rückstellmittel vorgesehen sein. Der Begriff „ansteuerbar“ bedeutet auch hier, dass nicht nur zwei Schaltzustände vorgesehen sind, sondern die von dem Rückstellmittel erzeugte Rückstellkraft kontinuierlich einstellbar ist. Das Rückstellmittel kann beispielsweise ein permanent wirksames elastisches Element, z. B. eine Feder, ein elektromagnetischer oder elektrodynamischer Antrieb oder ein dem Stellelement entgegenwirkend angeordneter magnetischer Formgedächtnisantrieb sein. Dieser kann in analoger Weise wie der Aktor selbst in offener oder geschlossener Steuerkette betrieben werden. According to a further embodiment of the proposed actuator arrangement, a controllable restoring means designed to reverse the change in length of the adjusting element can furthermore be provided. The term "controllable" here also means that not only two switching states are provided, but the restoring force generated by the return means is continuously adjustable. The return means may, for example, a permanently effective elastic element, for. Example, a spring, an electromagnetic or electrodynamic drive or a control element counteracting the arranged magnetic shape memory drive. This can be operated in an analogous manner as the actuator itself in open or closed control chain.

Die vorgeschlagene Aktoranordnung kann vorteilhaft in einem Greifwerkzeug, einem Stanzwerkzeug, einem Schneidwerkzeug, einem Spannwerkzeug oder einem Klemmwerkzeug verwendet werden. The proposed actuator arrangement can be advantageously used in a gripping tool, a punching tool, a cutting tool, a clamping tool or a clamping tool.

Zum Betrieb der Aktoranordnung in einer geschlossenen Kette wird ein Regelungsverfahren vorgeschlagen, bei dem die Regelgröße ein messbares elektrisches Signal ist, dessen Betrag sich abhängig von einer Dehnung des Formgedächtnismaterials des Stellelements und einer in die Erregerspule eingespeisten Stromstärke ändert. To operate the actuator assembly in a closed chain, a control method is proposed in which the controlled variable is a measurable electrical signal whose magnitude changes depending on an elongation of the shape memory material of the control element and a current injected into the field coil.

Dabei kann die Stellgröße eine in die Erregerspule eingespeiste Stromstärke sein, mit der der Elektromagnet angesteuert wird. In this case, the manipulated variable may be a current intensity fed into the exciter coil, with which the electromagnet is driven.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Regelgröße von einer Erregerspule des Elektromagneten oder/und von einem magnetischen Sensor oder/und einer zusätzlichen Messspule abgegriffen wird. Furthermore, it can be provided that the controlled variable is picked up by an exciter coil of the electromagnet and / or by a magnetic sensor and / or an additional measuring coil.

Neu gegenüber bisher bekannten Lösungen ist,

  • • dass eine magnetische Formgedächtnislegierung in Form einer Sensor-Aktor-Kombination vorzugsweise für Greifer eingesetzt wird und dabei intrinsisch Aktorkraft und Position magnetisch aus dem System selbst bestimmt werden,
  • • dass die wegunabhängige aktorische Kraft des Elements ausgenutzt wird, und
  • • dass die Aktorkraft einfach gesteuert oder durch Auswertung der o.g. Messgrößen geregelt werden kann.
New compared to previously known solutions,
  • That a magnetic shape memory alloy in the form of a sensor-actuator combination is preferably used for grippers and thereby intrinsically actuator force and position are determined magnetically from the system itself,
  • • that the path-independent actuator force of the element is exploited, and
  • • That the actuator force can be easily controlled or controlled by evaluating the above-mentioned variables.

Der Kern der Erfindung liegt in der aktorischen Ausnutzung der Kraft-Weg-Kennlinie zur Greifkraftsteuerung oder Greifkraftregelung bei gleichzeitiger sensorischer Ausnutzung der dehnungsabhängigen Magnetisierungsänderung einer magnetischen Formgedächtnislegierung. The core of the invention lies in the actuator utilization of the force-displacement characteristic curve for gripping force control or gripping force control with simultaneous sensory utilization of the strain-dependent magnetization change of a magnetic shape memory alloy.

Wesentliche Vorteile sind:

  • • die Möglichkeit eines gesteuerten Betriebs,
  • • der Wegfall von zusätzlicher Sensorik im geregelten Betrieb,
  • • stabile Position an jeder Hubposition realisierbar, abhängig vom Arbeitspunkt,
  • • Hub kann beliebig langsam durchfahren werden,
  • • die nahezu wegunabhängige Greifkraft,
  • • eine intrinsische Greifobjekterkennung.
Key benefits include:
  • The possibility of controlled operation,
  • • the omission of additional sensors in controlled operation,
  • • stable position can be realized at any stroke position, depending on the operating point,
  • • stroke can be traversed as slowly as you like,
  • • the almost path-independent gripping force,
  • • an intrinsic grasping object recognition.

Zusätzliche Vorteile sind:

  • • geringer tribologischer Verschleiß des Elements, dadurch geeignet für saubere Umgebungen,
  • • hohe Lebensdauer von MSM Aktoren (mehrere 100 Mio. Zyklen in Literatur berichtet),
  • • kleinere Masse und geringerer Bauraum als bei vergleichbaren motorisierten Antrieben.
Additional benefits include:
  • • low tribological wear of the element, making it suitable for clean environments,
  • • high lifetime of MSM actuators (several 100 million cycles reported in literature),
  • • smaller mass and smaller installation space than comparable motorized drives.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. The invention will be explained in more detail with reference to embodiments and accompanying drawings.

1 zeigt gemessene Spannungs-Dehnungs-Verläufe σ(ε) bei konstant eingeprägter Flussdichte B einer MSM-Probe. Es ist ersichtlich, dass sich über einen weiten Bewegungsbereich eine nahezu von der Ausdehnung unabhängige Kraft am Abtrieb ergibt. Somit ist ersichtlich, dass mit MSM-Elementen unabhängig vom Weg eine nahezu konstante Greifkraft realisiert werden kann, die bspw. in der offenen Steuerkette ausgenutzt wird. 1 shows measured stress-strain curves σ (ε) at constant impressed flux density B of an MSM sample. It can be seen that, over a wide range of motion, a force almost independent of the expansion results at the output. Thus, it can be seen that with MSM elements regardless of the way a nearly constant gripping force can be realized, which is exploited, for example, in the open timing chain.

2 stellt eine gemessene Gegenspannung σ(ε, B=) beim mechanischen Rückstellen der Probe ohne Erregungsflussdichte dar. Hieraus ist ersichtlich, dass die Blockierkraft nahezu wegunabhängig ist. 2 represents a measured counter-stress σ (ε, B =) during the mechanical resetting of the sample without excitation flux density. From this it can be seen that the blocking force is almost path-independent.

3 zeigt, dass bei konstanter Vorspannung σ und Einprägung verschiedener Flussdichten B die Dehnung ε an jedem Punkt gehalten wird und somit diese auch in Abhängigkeit von der eingeprägten Flussdichte, die proportional zum Strom ist, beliebig langsam angefahren werden kann. 3 shows that at constant bias σ and impressing different flow densities B, the strain ε is kept at each point and thus this can be approached as slow as desired depending on the impressed flux density, which is proportional to the current.

Ein beispielhafter Verlauf der Ausdehnung ε über eingeprägter Flussdichte B und Druckspannung σ innerhalb der Hysteresegrenzflächen während eines Greifzyklus ist in 4 dargestellt. Der Ablauf eines solchen Zyklus ist dabei wie folgt:

  • (1) Kraftfreier Start des Greifvorgangs bei feldfreiem MSM-Element.
  • (2) Die Dehnung des MSM-Elements, und damit der Bewegungsvorgang des Aktors, setzt bei Überschreiten der erforderlichen Flussdichte ein.
  • (3) Der Greifer ist am Greifobjekt zugestellt, die Greifspannung steigt sprunghaft an (d. h. unterschiedlich große Greifobjekte werden mit nahezu gleicher Kraft gegriffen).
  • (4) Die Greifkraft wird über die Flussdichte, d.h. durch Variation des in die Erregerspule des Magnetkreises eingespeisten Stroms, gesteuert.
  • (5) Bei Reduktion der Flussdichte auf Null erfolgt ein Abfallen der mechanischen Spannung im MSM-Element auf das Niveau der Zwillingsspannung, zur vollständigen Rückstellung des MSM-Elements in den unverformten Zustand ist eine zusätzlich aufgebrachte Rückstellkraft erforderlich.
An exemplary course of the expansion ε over impressed flux density B and compressive stress σ within the hysteresis boundary surfaces during a gripping cycle is shown in FIG 4 shown. The sequence of such a cycle is as follows:
  • (1) Force-free start of gripping process with field-free MSM element.
  • (2) The expansion of the MSM element, and thus the movement of the actuator, begins when the required flux density is exceeded.
  • (3) The gripper is delivered to the gripping object, the gripping tension increases abruptly (ie differently sized gripping objects are gripped with almost the same force).
  • (4) The gripping force is controlled by the flux density, that is, by varying the current supplied to the exciting coil of the magnetic circuit.
  • (5) When the flux density is reduced to zero, the mechanical stress in the MSM element falls to the level of the twin stress; for the complete recovery of the MSM element in the undeformed state, an additionally applied restoring force is required.

Die Änderung der Polarisation in Abhängigkeit von der Dehnung und der eingeprägten Flussdichte ist schematisch in 5 dargestellt (Quelle: Ziske, Johannes, et al. IEEE Transactions on Magnetics, 51.1 (2015): 1–8 .). Hierbei wird ersichtlich, dass die Änderung der Position und die Permeabilität der Legierung für kleine Feldstärken nahezu linear abhängig sind. Über diesen Zusammenhang kann direkt die Position und über hinterlegte Modelle und Kenntnis des eingeprägten Stroms die Kraft bestimmt werden. The change in polarization as a function of the strain and the impressed flux density is shown schematically in FIG 5 represented (source: Ziske, Johannes, et al. IEEE Transactions on Magnetics, 51.1 (2015): 1-8 .). It can be seen that the change in position and the permeability of the alloy for small field strengths are almost linearly dependent. By means of this connection, the position can be determined directly, and via stored models and knowledge of the impressed current, the force can be determined.

Mögliche Anordnungen von Element und Sensorik innerhalb eines Magnetkreises sind in 6 dargestellt. Das Stellelement 3, das aus einer MSM-Legierung besteht, ist in einem Magnetkreis angeordnet, der durch ein Flussleitelement 2 sowie eine darauf angeordnete Erregerspule 1 gebildet ist. Possible arrangements of element and sensor within a magnetic circuit are in 6 shown. The actuator 3 , which consists of an MSM alloy, is arranged in a magnetic circuit, which by a flux guide 2 and an exciting coil disposed thereon 1 is formed.

Die Veränderung der Reluktanz des Stellelements 3 aufgrund der eintretenden Dehnung kann durch eine zusätzliche Messspule 4 erfasst werden, die einen Abschnitt des Flussleitelements 2 umschließt und unmittelbar neben dem Luftspalt angeordnet ist. Die Spulenachse ist dabei parallel zum magnetischen Fluss ausgerichtet. Somit kann bei Kenntnis des in die Erregerspule 1 eingespeisten Stroms auf Kraft und Weg des Stellelements 3 geschlossen werden. Hierbei begrenzt allerdings die magnetische Sättigung des Materials den Messbereich. The change in the reluctance of the actuator 3 Due to the occurring strain can be achieved by an additional measuring coil 4 to be detected, which is a section of the flux collector 2 encloses and is arranged immediately adjacent to the air gap. The coil axis is aligned parallel to the magnetic flux. Thus, with knowledge of the excitation coil 1 fed current to force and path of the actuator 3 getting closed. However, the magnetic saturation of the material limits the measuring range.

Die magnetischen Eigenschaften in der Richtung senkrecht zur Ausdehnung des Stellelements 3 verändern sich komlementär. Jedoch erfahren diese Zwillingsvarianten vektoriell nur einen geringen Teil des aktorisch genutzten Erregerfelds, sodass hier insbesondere durch Kleinsignalmessungen die oben erwähnte Abhängigkeit zwischen Permeabilität und Dehnung ausgenutzt werden kann. The magnetic properties in the direction perpendicular to the extension of the actuator 3 change in a complementary way. However, these twin variants vectorially only undergo a small part of the field of excitation used in the field, so that the above-mentioned dependence between permeability and elongation can be exploited here, in particular by means of small-signal measurements.

Daher ist die Messung der zur Erregerflussdichte senkrecht stehenden Permeabilität mit Hilfe einer Messspule 5 zu bevorzugen, wie in dem Ausführungsbeispiel der 6b dargestellt. Die Messspule 5 umschließt einen Abschnitt des Stellelements 3, so dass die Spulenachse senkrecht zum magnetischen Fluss ausgerichtet ist. Therefore, the measurement of the perpendicular to the exciter flux density permeability by means of a measuring coil 5 to be preferred, as in the embodiment of 6b shown. The measuring coil 5 encloses a portion of the actuator 3 in that the coil axis is oriented perpendicular to the magnetic flux.

Eine vorteilhafte Weiterbildung dieses Prinzips ist in 6c dargestellt. Eine kompakte Messspule 6 ist, um die Reibung zwischen Messspule 6 und Stellelement 3 zu reduzieren, in ein Führungselement 7 integriert, das hier beispielhaft in Form einer das Stellelement 3 umschließenden Hülse ausgeführt ist. An advantageous development of this principle is in 6c shown. A compact measuring coil 6 is to the friction between measuring coil 6 and actuator 3 to reduce, in a guide element 7 integrated, this example in the form of a control element 3 enclosing sleeve is executed.

Eine weitere Möglichkeit stellt die Messung der Luftspaltinduktion mit Hilfe eines magnetischen Sensors 9 dar, der in einem in 6d dargestellten Ausführungsbeispiel unterhalb des Stellelements 3 angeordnet ist. Another possibility is the measurement of the air gap induction by means of a magnetic sensor 9 that is in an in 6d illustrated embodiment below the actuating element 3 is arranged.

In einem in 6d dargestellten Ausführungsbeispiel ist der magnetischen Sensor 9 neben dem Stellelement 3 aus magnetischem Formgedächtnismaterial angeordnet. In an in 6d illustrated embodiment, the magnetic sensor 9 next to the actuator 3 arranged from magnetic shape memory material.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1
Erregerspule excitation coil
2 2
Flussleitelement flux collector
3 3
Stellelement actuator
4 4
Messspule measuring coil
5 5
Messspule (um MSM-Element gewickelt) Measuring coil (wound around MSM element)
6 6
Messspule (in Probenhülse integriert) Measuring coil (integrated in sample sleeve)
7 7
Führungselement guide element
8 8th
Streufeldlinien Stray field lines
9 9
magnetischer Sensor magnetic sensor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 0997953 A1 [0002] EP 0997953 A1 [0002]
  • WO 99/045631 A1 [0004] WO 99/045631 A1 [0004]
  • WO 97/003472 A1 [0004] WO 97/003472 A1 [0004]
  • WO 2003/078922 A1 [0005] WO 2003/078922 A1 [0005]
  • WO 2013/079794 A1 [0005] WO 2013/079794 A1 [0005]
  • US 2013/091954 A1 [0005, 0015] US 2013/091954 A1 [0005, 0015]
  • DE 102010032690 A1 [0005, 0015] DE 102010032690 A1 [0005, 0015]
  • WO 2003078922 [0017] WO 2003078922 [0017]
  • DE 102012108568 A1 [0023] DE 102012108568 A1 [0023]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • Ullakko, K.; et al. Appl. Phys. Lett., 69, 1996, 1966–1968 [0002] Ullakko, K .; et al. Appl. Phys. Lett., 69, 1996, 1966-1968 [0002]
  • J. Guldbakke, et. al. ACTUATOR 2008, pp. 880–882 [0004] J. Guldbakke, et. al. ACTUATOR 2008, pp. 880-882 [0004]
  • Ziske, Johannes, et al. IEEE Transactions on Magnetics, 51.1 (2015): 1–8 [0046] Ziske, Johannes, et al. IEEE Transactions on Magnetics, 51.1 (2015): 1-8 [0046]

Claims (15)

Aktoranordnung, umfassend ein Stellelement aus einem magnetischen Formgedächtnismaterial, einen ansteuerbaren Elektromagneten mit mindestens einem ferromagnetischen Flussleitelement und mindestens einer auf dem Flussleitelement angeordneten Erregerspule, wobei das Stellelement in einem Luftspalt des Flussleitelements so angeordnet ist, dass ein durch Ansteuern des Elektromagneten erzeugtes magnetisches Feld das Stellelement durchdringt und eine Längenänderung des Stellelements bewirkt, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktoranordnung ein Messmittel aufweist, das eine messbares elektrisches Signal erzeugt, dessen Betrag sich abhängig von der Dehnung des magnetischen Formgedächtnismaterials und einer in die Erregerspule eingespeisten Stromstärke ändert. Actuator assembly comprising an actuator of a magnetic shape memory material, a controllable electromagnet with at least one ferromagnetic flux collector and at least one arranged on the flux guide excitation coil, wherein the actuating element is arranged in an air gap of the flux guide so that a magnetic field generated by driving the electromagnet, the actuator penetrates and causes a change in length of the actuating element, characterized in that the actuator assembly comprises a measuring means which generates a measurable electrical signal whose amount varies depending on the elongation of the magnetic shape memory material and a current injected into the exciting coil. Aktoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrag des elektrischen Signals sich in Abhängigkeit von der durch die Dehnung des magnetischen Formgedächtnismaterials hervorgerufenen Änderung der Reluktanz oder/und der magnetischen Polarisierung des Stellelements ändert. Actuator assembly according to claim 1, characterized in that the amount of the electrical signal changes in dependence on the caused by the elongation of the magnetic shape memory material change in the reluctance and / or the magnetic polarization of the actuating element. Aktoranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Messmittel unmittelbar am oder im Luftspalt des Flussleitelements angeordnet ist. Actuator arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the measuring means is arranged directly on or in the air gap of the flux guide. Aktoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Messmittel mindestens eine Messspule oder/und mindestens einen magnetischen Sensor umfasst. Actuator arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that the measuring means comprises at least one measuring coil and / or at least one magnetic sensor. Aktoranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Messspule eine Erregerspule des Elektromagneten ist. Actuator arrangement according to claim 4, characterized in that at least one measuring coil is an excitation coil of the electromagnet. Aktoranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Messspule zusätzlich zu einer Erregerspule des Elektromagneten vorgesehen ist. Actuator arrangement according to claim 4, characterized in that at least one measuring coil is provided in addition to an excitation coil of the electromagnet. Aktoranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Messspule mindestens einen Abschnitt des Stellelements umschließt. Actuator arrangement according to claim 4, characterized in that at least one measuring coil encloses at least a portion of the actuating element. Aktoranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Messspule an oder in einem, mindestens einen Abschnitt des Stellelements umschließenden Führungselement angeordnet ist. Actuator arrangement according to claim 7, characterized in that the measuring coil is arranged on or in a, at least a portion of the adjusting element enclosing guide element. Aktoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Messmittel elektrisch mit einer Regeleinrichtung verbunden ist. Actuator arrangement according to one of claims 1 to 8, characterized in that the measuring means is electrically connected to a control device. Aktoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin ein ansteuerbares, zur Umkehrung der Längenänderung des Stellelements ausgebildetes Rückstellmittel vorgesehen ist. Actuator arrangement according to one of claims 1 to 9, characterized in that further comprises a controllable, designed to reverse the change in length of the actuating element return means is provided. Aktoranordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückstellmittel ein permanent wirksames elastisches Element, ein elektromagnetischer oder elektrodynamischer Antrieb oder ein dem Stellelement entgegenwirkend angeordneter magnetischer Formgedächtnisantrieb ist. Actuator arrangement according to claim 10, characterized in that the return means is a permanently active elastic element, an electromagnetic or electrodynamic drive or a counteracting the actuating element arranged magnetic shape memory drive. Verwendung einer Aktoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 in einem Greifwerkzeug, einem Stanzwerkzeug, einem Schneidwerkzeug, einem Spannwerkzeug oder einem Klemmwerkzeug. Use of an actuator arrangement according to one of claims 1 to 11 in a gripping tool, a punching tool, a cutting tool, a clamping tool or a clamping tool. Regelungsverfahren für einen Aktor mit einem Stellelement aus einem magnetischen Formgedächtnismaterial und einem Elektromagneten, bei dem die Regelgröße ein messbares elektrisches Signal ist, dessen Betrag sich abhängig von einer Dehnung des Formgedächtnismaterials des Stellelements und einer in die Erregerspule eingespeisten Stromstärke ändert.  A control method for an actuator comprising a magnetic shape memory material actuator and an electromagnet, wherein the controlled variable is a measurable electrical signal whose magnitude varies depending on an elongation of the shape memory material of the actuator and a current injected into the field coil. Regelungsverfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellgröße eine in die Erregerspule eingespeiste Stromstärke ist, mit der der Elektromagnet angesteuert wird. Control method according to claim 12, characterized in that the manipulated variable is fed into the excitation coil current, with which the electromagnet is driven. Regelungsverfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelgröße von einer Erregerspule des Elektromagneten oder/und von einem magnetischen Sensor oder/und einer zusätzlichen Messspule abgegriffen wird. Control method according to claim 12 or 13, characterized in that the controlled variable is tapped by an exciter coil of the electromagnet and / or by a magnetic sensor and / or an additional measuring coil.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017105531A1 (en) * 2017-03-15 2018-09-20 Eto Magnetic Gmbh Actuator device and method for operating an actuator device
DE102017217945A1 (en) * 2017-10-09 2019-04-11 Universität Stuttgart Control device for a magnetic circuit

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102208485B1 (en) * 2020-10-28 2021-01-27 주식회사 서연이화 Operation apparatus for vehicle and method of controlling this

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1997003472A1 (en) 1995-07-11 1997-01-30 Kari Martti Ullakko A method for producing motion and force by controlling the twin structure orientation of a material and its uses
WO1999045631A2 (en) 1998-03-03 1999-09-10 Adaptamat, Adaptive Materials Technology Oy Actuators and apparatus
WO2003078922A1 (en) 2002-03-15 2003-09-25 Adaptive Materials Technology-Adaptamat Oy Method and apparatus for sensing
DE102010032690A1 (en) 2010-07-29 2012-02-02 Eto Magnetic Gmbh Pressure sensor for measurement of gases or gas concentrations, comprises membranous deformation element closing medium to be measured, and has detection unit for detecting pressure-induced deformation
US20130091954A1 (en) 2011-10-14 2013-04-18 Boise State University Sensor device
WO2013079794A2 (en) 2011-11-29 2013-06-06 Adaptive Materials Technology - Adaptamat Oy A method for sensing and controlling the strain induced in a magnetic shape memory alloy element and a magnetic shape memory alloy actuator and sensor
DE102012108568A1 (en) 2012-09-13 2014-03-13 Eto Magnetic Gmbh Actuator device used as stable valve for hydraulic valve applications in motor car technology, has permanent magnet unit that produces axial magnetic repulsive force between permanent magnet and coil units for expansion of plunger unit

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7246489B2 (en) * 2003-02-26 2007-07-24 Mide Technology Corporation Position control actuator system
US7293836B2 (en) * 2005-09-07 2007-11-13 Gm Global Technology Operations, Inc. Seat assemblies including a seat stroking device and methods of use

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1997003472A1 (en) 1995-07-11 1997-01-30 Kari Martti Ullakko A method for producing motion and force by controlling the twin structure orientation of a material and its uses
EP0997953A1 (en) 1995-07-11 2000-05-03 Kari Martti Ullakko An actuator for producing motion and force by controlling the twin structure orientation of an actuator material
WO1999045631A2 (en) 1998-03-03 1999-09-10 Adaptamat, Adaptive Materials Technology Oy Actuators and apparatus
WO2003078922A1 (en) 2002-03-15 2003-09-25 Adaptive Materials Technology-Adaptamat Oy Method and apparatus for sensing
DE102010032690A1 (en) 2010-07-29 2012-02-02 Eto Magnetic Gmbh Pressure sensor for measurement of gases or gas concentrations, comprises membranous deformation element closing medium to be measured, and has detection unit for detecting pressure-induced deformation
US20130091954A1 (en) 2011-10-14 2013-04-18 Boise State University Sensor device
WO2013079794A2 (en) 2011-11-29 2013-06-06 Adaptive Materials Technology - Adaptamat Oy A method for sensing and controlling the strain induced in a magnetic shape memory alloy element and a magnetic shape memory alloy actuator and sensor
DE102012108568A1 (en) 2012-09-13 2014-03-13 Eto Magnetic Gmbh Actuator device used as stable valve for hydraulic valve applications in motor car technology, has permanent magnet unit that produces axial magnetic repulsive force between permanent magnet and coil units for expansion of plunger unit

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
J. Guldbakke, et. al. ACTUATOR 2008, pp. 880-882
Ullakko, K.; et al. Appl. Phys. Lett., 69, 1996, 1966-1968
Ziske, Johannes, et al. IEEE Transactions on Magnetics, 51.1 (2015): 1-8

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017105531A1 (en) * 2017-03-15 2018-09-20 Eto Magnetic Gmbh Actuator device and method for operating an actuator device
US11569436B2 (en) 2017-03-15 2023-01-31 Eto Magnetic Gmbh Actuator device and method for operating an actuator device
DE102017217945A1 (en) * 2017-10-09 2019-04-11 Universität Stuttgart Control device for a magnetic circuit
DE102017217945B4 (en) 2017-10-09 2019-10-17 Universität Stuttgart Actuator with a magnetic circuit and method for controlling the magnetic resistance of a magnetic circuit

Also Published As

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WO2016023922A8 (en) 2016-04-14

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