-
Die Erfindung betrifft ein Sicherungselement bestehend aus einem Sicherungsbauteil aus einem biegbaren Material.
-
Solche Sicherungselemente kommen zumeist in Form von Sicherungsringen oder Sicherungsklammern zum Einsatz und dienen dazu, ein Bauteil an einem anderen festzulegen. Beispiele hierfür sind Stehlagergehäuse, Radlagermodule, bandagierte Lager wie beispielsweise bei einer Funkkettenrolle, oder Lager, die eine Glasfaserummantelung aufweisen. Bei diesen exemplarischen Einsatzzwecken dient das Sicherungselement beispielsweise dazu, Wälzlager in oder an einem es umgebenden Bauteil wie einer Bandage oder dergleichen zu fixieren.
-
Ein solches Sicherungselement besteht aus einem Sicherungsbauteil aus einem biegbaren Material, üblicherweise einem Metall. So kann das Sicherungsbauteil entsprechend deformiert werden, um es beispielsweise etwas aufzubiegen und in eine an einem Außenumfang eines Bauteils ausgebildete Nut einzusetzen, oder um es zusammenzubiegen, um es in eine an einem Innenumfang ausgebildete Nut eines Bauteils einzusetzen.
-
In manchen Anwendungsfällen befindet sich das Sicherungselement jedoch an verdeckten oder schwer oder im Extremfall überhaupt nicht mehr zugänglichen Positionen bzw. ist an solchen einzusetzen, was dazu führt, dass eine Montage mit großem Aufwand verbunden ist, wie auch die Demontage, die mitunter gar nicht mehr möglich ist.
-
Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, ein Sicherungselement anzugeben, das demgegenüber verbessert ist und auch in schwer oder unzugänglichen Positionen betätigt werden kann.
-
Zur Lösung dieses Problems ist bei einem Sicherungselement der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass es wenigstens einen Abschnitt aus einer Formgedächtnislegierung aufweist, der seine Form in Abhängigkeit der Temperatur zum Verbiegen des Sicherungsbauteils ändert.
-
Erfindungsgemäß ist das Sicherungsbauteil mit einem Abschnitt aus einer Formgedächtnislegierung ausgerüstet. Eine solche Formgedächtnislegierung, häufig auch SMA genannt (SMA = Shape Memory Alloy) ist eine Metalllegierung, die unterschiedliche Gitterstrukturen einnehmen kann, womit eine Formwandlung einhergeht. Diese Formwandlung basiert also auf einer temperaturabhängigen Gitterumwandlung und damit einer Überführung einer Kristallstruktur in eine andere. Dieser Effekt wird bei dem erfindungsgemäßen Sicherungselement nun genutzt. Am Sicherungsbauteil ist ein entsprechender Abschnitt aus einer solchen Formgedächtnislegierung vorgesehen, der einen Zweiweg-Effekt zeigt. Dieser Zweiweg-Effekt ermöglicht eine thermisch gesteuerte, reversible Formänderung, das heißt, dass bei einer Temperaturerhöhung eine Umwandlung von einer ersten in eine zweite Form stattfindet, und bei einer erneuten Temperaturerniedrigung eine Rückwandlung in die erste Form einsetzt. Beim erfindungsgemäßen Sicherungselement wird dies dergestalt genutzt, dass durch Erhöhung der Temperatur und der daraus folgenden Formänderung des Abschnitts das Sicherungsbauteil gezielt verbogen wird, um seine Form zu ändern.
-
Ist das Sicherungsbauteil beispielsweise als Sicherungsring ausgebildet, so kann durch Erwärmung des Abschnitts und der daraus resultierenden Formänderung der Sicherungsring beispielsweise gezielt zusammengebogen werden, mithin also im Durchmesser verkleinert werden, so dass er aus einer an einem Innenumfang eines Bauteils ausgebildeten Radialnut genommen werden kann. Alternativ kann im umgekehrten Fall der Sicherungsring auch gezielt aufgebogen werden, um ihn aus einer an einem Außenumfang eines Bauteils vorgesehenen Radialnut nehmen zu können.
-
Ist das Sicherungselement an einer schwer oder nicht mehr zugänglichen Position verbaut, so kann also durch eine gezielte Erwärmung des Sicherungselements respektive des Abschnitts, gegebenenfalls verbunden mit einer entsprechenden Erwärmung eines oder beider benachbarter Bauteile, falls das Sicherungselement als solches nicht unmittelbar mit einem Heizmittel zugänglich ist, das Sicherungselement gezielt in seiner Form verändert werden, um es zu montieren oder demontieren.
-
Der Abschnitt selbst ist bevorzugt als Draht ausgeführt, der mit dem Sicherungsbauteil verbunden ist, wobei nur ein Draht vorgesehen sein kann. Alternativ kann der Abschnitt aber auch aus mehreren, vorzugsweise parallel laufenden Drähten bestehen. Mit einem solchen Draht, der thermisch induziert seine Form in Längsrichtung ändert, sich mithin also verkürzt, können sehr hohe Kräfte auf das Sicherungsbauteil ausgeübt werden, so dass dieses ohne weiteres entsprechend deformiert werden kann. Werden mehrere Drähte z. B. parallel angeordnet, so kann die aufgebrachte Kraft entsprechend potenziert werden.
-
Der oder die Drähte sind bevorzugt im Bereich zweier freier Enden des Sicherungsbauteils, diese verbindend angeordnet. Dabei kann der oder können die Drähte sich unmittelbar von einem Ende zum benachbarten anderen Ende erstrecken. Sie können also beispielsweise den Abstand, den im Falle eines Sicherungsrings die beiden Ringenden zueinander aufweisen, unmittelbar überbrücken. Im Falle einer thermisch induzierten Formänderung, also einer Längenänderung, werden über den oder die Drähte die beiden Enden gegeneinander bewegt, mithin also der Ringdurchmesser reduziert. Alternativ kann der oder können die Drähte auch von einem Ende entlang des Sicherungsbauteils zum anderen Ende desselben laufen, das heißt, dass der oder die Drähte entsprechend am Sicherungsbauteil geführt angeordnet sind. Kommt es in diesem Fall zu einer thermisch bedingten Formänderung, also einer Verkürzung des oder der Drähte, so werden zwangsläufig die beiden Enden aufgebogen, mithin also der Ringdurchmesser vergrößert. Das Sicherungsbauteil weist hierzu eine an ihm entlang laufende Führung, an der der oder die Drähte anliegen und entlanglaufen, auf, wobei eine solche Führung als kantenartige Erhöhung oder als nutartige Vertiefung ausgeführt sein kann. An dieser Führung ist der oder sind die Drähte folglich abgestützt, so dass eine thermisch induzierte Verkürzung zwangsläufig zu einem Aufbiegen führt.
-
Während bei diesen beschriebenen Erfindungsausgestaltungen der oder die Drähte mit ihren Enden beidseits an den Enden des Sicherungsbauteils angeordnet sind, ist es gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung denkbar, dass der oder die Drähte am einen Ende des Sicherungsbauteils angeordnet sind und mit einem Zugelement, das an einem Mitnehmerabschnitt, der einerseits am anderen Ende des Sicherungsbauteils und andererseits in einem mittleren Bereich des Sicherungsbauteils befestigt ist, verbunden ist oder sind. Bei dieser Ausgestaltung ist also ein Zugelement und ein Mitnehmerabschnitt zwischengeschaltet, die verstärkend also den Verbiegevorgang unterstützend wirkend.
-
Wie beschrieben ist das Sicherungsbauteil bevorzugt als Sicherungsring ausgeführt, an dessen beiden Enden der oder die Drähte befestigt sind. Alternativ kann das Sicherungsbauteil auch als Sicherungsklammer mit einem Ringabschnitt und daran anschließenden klammerartigen Hebelarmen ausgeführt sein, wobei der oder die Drähte im Bereich der Hebelarmenden angeordnet sind.
-
Die Befestigung des oder der Drähte kann durch stoffschlüssige Verfahren erfolgen, das heißt, dass der oder die Drähte beispielsweise festgelötet oder festgeschweißt werden. Sofern den Belastungen standhaltend, sind auch Klebeverbindungen denkbar.
-
Zum Betätigen des Sicherungselements ist es wie beschrieben erforderlich, es respektive den Abschnitt, also den oder die Drähte zu erwärmen. Dies kann, sofern in irgendeiner Weise zugänglich, beispielsweise durch Bestromen erfolgen, das heißt, dass der Sicherungsring respektive der Abschnitt mit zwei Elektroden, beispielsweise Prüfspitzen, kontaktiert wird, so dass ein Stromfluss über den oder die Drähte gegeben ist und es zu einer aus dem Materialwiderstand resultierenden Erwärmung kommt. Alternativ ist es denkbar, die Temperatur beispielsweise über einen Lötkolben, mit dem an dem oder den Drähten angegriffen wird, zu erwärmen. Das heißt, dass eine punktuelle Erwärmung erfolgt. Alternativ hierzu ist es, insbesondere in dem Fall, dass das Sicherungselement nicht zugänglich ist, möglich, die Bauteilkombination zu erwärmen, indem die verbundenen Bauteile als Ganzes erwärmt werden, beispielsweise indem sie in ein Ölbad, einen Klimaschrank oder einen Ofen gelegt werden. Diese quasi globale Erwärmung führt zwangsläufig auch zu einer Erwärmung des Abschnitts, also des oder der Drähte. Selbst eine Erwärmung mit offener Flamme wäre denkbar.
-
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:
-
1 eine Prinzipdarstellung eines Sicherungselements einer ersten Ausführungsform im nicht erwärmten Zustand in Form eines Sicherungsrings,
-
2 das Sicherungselement aus 1 in erwärmtem Zustand in Form eines Sicherungsrings,
-
3 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sicherungselements in Form eines Sicherungsrings,
-
4 eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sicherungselements in Form eines Sicherungsrings,
-
5 eine vierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sicherungselements in Form eines Sicherungsrings,
-
6 eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Sicherungselements einer fünften Ausführungsform in Form einer Sicherungsklammer,
-
7 eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Sicherungselements in Form einer sechsten Ausführungsform als Sicherungsklammer,
-
8 eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Sicherungselements in Form einer Sicherungsklammer gemäß einer siebten Ausführungsform, und
-
9 ein Montagebeispiel eines erfindungsgemäßen Sicherungselements, beispielsweise aus 1.
-
1 zeigt ein erfindungsgemäßes Sicherungselement 1, bestehend aus einem Sicherungsbauteil 2, hier in Form eines Sicherungsrings 3, an dessen Enden ein Abschnitt 4 in Form eines Drahtes 5 aus einer Formgedächtnislegierung befestigt ist. Der Draht 5 erstreckt sich unmittelbar vom einen Ende 6 zum anderen Ende 7 des Sicherungsrings 3, er ist zwischen den beiden Enden 6, 7 entsprechend gespannt. Der Draht 5 ist beispielsweise durch Anlöten, Anschweißen, Ankleben, Einklemmen oder Verknoten fest und letztlich untrennbar mit dem Sicherungsring 3 verbunden. Der Draht 5 kann aus einer beliebigen Formgedächtnislegierung bestehen, solange diese eine hinreichende Formänderung vollzieht, mithin also der Stellweg, den der Draht im Falle einer Temperaturerhöhung vollzieht, hinreichend groß ist. Im Rahmen der Materialwahl ist natürlich auch auf den Einsatzbereich des Sicherungselements 1 zu achten, das heißt, dass sichergestellt ist, dass die normale Einsatz- oder Betriebstemperatur stets deutlich niedriger ist als die Umwandlungstemperatur der Formgedächtnislegierung.
-
Um das Sicherungselement 1 montieren oder demontieren zu können ist es erforderlich, es in seiner Form zu ändern. Dies geschieht erfindungsgemäß über den Abschnitt 4 respektive den Draht 5. Dieser ist hier zu erwärmen, siehe exemplarisch 2, wo zwei Prüfspitzen 8, 9 den Draht 5 kontaktieren und einen Strom über den Draht 5 führen. Er erwärmt sich aus dem Stromfluss resultierend. Mit Erreichen der Umwandlungstemperatur kommt es zu einer Gitterumwandlung, der Draht 5 wechselt von einer ersten, bei niedrigerer Temperatur gegebenen Form in eine zweite, bei höherer Temperatur gegebene Form. Im konkreten Beispiel verkürzt er sich, was dazu führt, dass die beiden Enden 6, 7 des Sicherungsrings 3 zueinander gezogen werden. Dies resultiert in einer Verkleinerung des Durchmessers des Sicherungsrings 2. Im Ausgangszustand war der Durchmesser d1 gegeben, im deformierten Zustand ist der Durchmesser d2 gegeben. In diesem Zustand kann der Sicherungsring ohne weiteres in eine an einem Innenumfang eines zu verbindenden Bauteils gegebene Radialnut eingesetzt oder auch diese entnommen werden.
-
Kühlt der Draht 5 ab, so nimmt er wiederum die erste, in 1 gezeigte Form ein, das heißt, dass sich der Durchmesser des Sicherungsrings 2 wieder vergrößert. Der Draht 5 besteht aus einer Zwei-Wege-Formgedächtnislegierung.
-
3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Sicherungselements 1, umfassend ein Sicherungsbauteil 2, das hier ebenfalls als Sicherungsring 3 ausgeführt ist. Hier ist ebenfalls ein Abschnitt 4 bestehend aus zwei Drähten 5 aus einer Formgedächtnislegierung mit einem Zwei-Wege-Effekt vorgesehen, die wiederum zwischen den Enden 6, 7, die hier geometrisch etwas anders ausgeführt sind als beim Beispiel gemäß 1, verspannt sind. Auch hier werden bei einer Erwärmung der Drähte 5 die beiden Enden 6, 7 aufeinander zugezogen, so dass sich der Außendurchmesser des Sicherungsrings 3 reduziert.
-
4 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sicherungselements 1, umfassend ein Sicherungsbauteil 2 in Form eines Sicherungsrings 3, bei dem ebenfalls ein Abschnitt 4 bestehend aus einem Draht 5 aus einer Zwei-Wege-Formgedächtnislegierung vorgesehen ist. Dieser Draht 5 verläuft jedoch entlang des Sicherungsrings 3, der hierzu eine entsprechende, über eine Erhebung 8 ausgebildete, umlaufende Kante aufweist, das heißt, dass der Draht 5 an dieser Erhebung 8 respektive der Kante anliegt. Mit seinen beiden Enden ist er wiederum an den Enden 6, 7 des Sicherungsrings 3 befestigt.
-
Wird bei diesem Ausführungsbeispiel der Draht 5 erwärmt und verkürzt er sich, so kommt es dazu, dass die beiden Enden 6, 7 voneinander weggezogen respektive gebogen werden, das heißt, dass der Durchmesser des Sicherungsrings 3 vergrößert wird, resultierend aus dem sich zusammenziehenden, verkürzenden Draht 5. Diese Ausgestaltung wird gewählt, wenn das Sicherungselement 1 auf ein Bauteil aufgesetzt wird, das an seiner Außenseite eine Radialnut, in die der Sicherungsring 3 eingreifen soll, aufweist. Auch hier kann zur Erwärmung eine Stromzufuhr genutzt werden, oder andere Wärmequellen wie ein Ölbad etc.
-
Eine alternative Ausführung zu der gemäß 4 ist in 5 gezeigt. Das dortige Sicherungselement 1 weist wiederum ein Sicherungsbauteil 2 in Form eines Sicherungsrings 3 auf. An dem Sicherungsring 3 ist exemplarisch eine an seiner Außenseite verlaufende Nut 10 ausgebildet, in der ein Draht 5 aus einer Zwei-Wege-Formgedächtnislegierung aufgenommen ist. Der Draht 5 ist wiederum an den beiden Enden 6, 7 des Sicherungsrings 3 befestigt. Im Falle der Erwärmung verkürzt sich auch hier der über den Rücken des Sicherungsrings 3 geführte Draht 5, so dass der Sicherungsring 3 aufgebogen wird, mithin sich also seinen Durchmesser wieder vergrößert. Kühlt der Draht 5 anschließend wieder ab, so längt sich der Draht 5 wieder, der Sicherungsring 3 nimmt wiederum seine einen kleineren Durchmesser aufweisende Form ein.
-
6 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sicherungselements 1 in Form eines Sicherungsbauteils 2 hier in Form einer Klammer 11, umfassend einen Ringabschnitt 12, sowie zwei daran anschließende klammerartige Hebelarme 13, 14. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist wiederum ein Abschnitt 4 in Form eines aus einer Zwei-Wege-Formgedächtnislegierung bestehenden Drahtes 5 vorgesehen, der am Ende der beiden Hebelarme 13, 14 befestigt ist. Wird der Draht 5 erwärmt, so verkürzt er sich, was dazu führt, dass die beiden Hebelarme 13, 14 aufeinander zugezogen werden. Dies resultiert darin, dass der Ringabschnitt 12 aufgebogen wird, das heißt, dass sich sein Außen- und Innendurchmesser etwas vergrößert. Ein solches Sicherungselement wird beispielsweise auf ein Bauteil mit einer radial außen liegenden Nut aufgesetzt. Im aufgebogenen Zustand kann nun der Ringabschnitt 4 ohne weiteres in den Bereich der Radialnut geschoben respektive aus dieser genommen werden. Kühlt der Draht 5 ab, so nimmt das Sicherungselement 1 wieder seine Ausgangsform ein.
-
7 zeigt eine mit 6 vergleichbare Ausführungsform eines Sicherungsbauteils 1, wobei hier der Abschnitt 4 aus mehreren separaten Drähten 5, die an den Hebelarmen 13, 14 angeordnet sind, besteht. Die zum Aufbiegen über den Abschnitt 4 erzeugte Kraft kann aufgrund der mehreren Drähte 5 potenziert werden.
-
8 zeigt eine Ausführungsform wiederum eines als Klammer 11 ausgeführten Sicherungselements 1, bei dem am Ringabschnitt 12 und am Hebelarm 14 ein Mitnehmerabschnitt 15 in Form eines Metalldrahtes oder dergleichen angeordnet ist. An ihm ist ein Zugelement 16 angeordnet. Der Abschnitt 4, wiederum bestehend aus einem Draht 5 aus einer Zwei-Wege-Formgedächtnislegierung, ist bei dieser Ausgestaltung mit einem Ende am Hebelarm 13 und mit dem anderen Ende am Zugelement 16 befestigt. Verkürzt sich nun der Draht 5 temperaturbedingt, so wird das Zugelement 16 und der Hebelarm 13 aufeinander zugezogen. Damit einhergeht auch ein Aufbiegen des Ringabschnitts 12, wobei diese Aufbiegebewegung über das Zugelement 16 und den Mitnehmerabschnitt 15 verstärkt wird, quasi nach Art eines Seilzuges.
-
9 zeigt schließlich ein Montagebeispiel eines erfindungsgemäßen Sicherungselements 1, beispielsweise gemäß 4 oder 5. Gezeigt ist eine Lageranordnung 17, umfassend ein Wälzlager 18 mit einem Innenring 19 und einem Außenring 20. Am Außenring 20 ist eine radial nach außen hin offene Nut 21 vorgesehen. Auf dem Außenring 20 ist eine Bandage 22, die an ihrem Innenumfang eine radial nach innen offene Nut 23 aufweist. Zur Fixierung der Bandage 22 am Außenring 20 dient das Sicherungselement 1. Ersichtlich wäre in der Montagestellung das Sicherungselement 1 als solches nicht zugänglich, das heißt, dass mit üblichen mechanischen Mitteln nicht am Sicherungselement 1 angegriffen werden könnte. Wird nun die gesamte Anordnung oder nur das Sicherungselement 1 entsprechend erwärmt, und zwar über die Umwandlungstemperatur des Drahtes 5 aus der Formgedächtnislegierung, so kommt es dazu, dass sich der Sicherungsring im Durchmesser etwas erweitert und weitestgehend in der Radialnut 23 aufgenommen ist. Sein Durchmesser erweitert sich also, bedingt durch die Formwandlung des Drahtes. Die Lageranordnung 17 kann dann aus der Bandage 22 ausgepresst werden. Nach Abkühlen zieht sich das Sicherungselement 1 wieder zusammen und liegt wieder fest am Außenring 20 in der Nut 21.
-
9 stellt lediglich ein Ausführungsbeispiel dar. Beliebige andere Anwendungsfälle sind denkbar. Sofern im jeweiligen Anwendungsfall eine einmalige, nicht reversible Verformung des Sicherungselements z. B. für den Fall der Demontage ausreichend ist, kann natürlich bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen – die nicht beschränkend sind – auch Draht aus einer Ein-Weg-Formgedächtnislegierung, die sich beim Abkühlen nicht mehr zurückstellt, verwendet werden.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Sicherungselement
- 2
- Sicherungsbauteil
- 3
- Sicherungsring
- 4
- Abschnitt
- 5
- Draht
- 6, 7
- Enden
- 8, 9
- Prüfspitzen
- 10
- Nut
- 11
- Klammer
- 12
- Ringabschnitt
- 13,
- 14 Hebelarme
- 15
- Mitnehmerabschnitt
- 16
- Zugelement
- 17
- Lageranordnung
- 18
- Wälzlager
- 19
- Innenring
- 20
- Außenring
- 21
- Nut
- 22
- Bandage
- 23
- Radialnut
