DE102016104775A1

DE102016104775A1 - Modulares Aktorsystem, das eine Formgedächtnislegierung verwendet

Info

Publication number: DE102016104775A1
Application number: DE102016104775.9A
Authority: DE
Inventors: Romeo Wieczorek
Original assignee: SMR Patents SARL
Current assignee: SMR Patents SARL
Priority date: 2016-03-15
Filing date: 2016-03-15
Publication date: 2017-09-21
Also published as: US20170268489A1; US10316829B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein modulares Aktuatorsystem (1, 1', 1''), das umfasst: zumindest zwei Wellenelemente (5, 5'), die parallel zueinander angeordnet sind und sich in einer ersten Richtung erstrecken, zumindest zwei Flügelelemente (2, 2', 2'', 2'''), die auf unterschiedlichen horizontalen Niveaus (11a, 11b) im Wesentlichen rechtwinklig zu der ersten Richtung an jedem Wellenelement (5, 5') angebracht sind, wobei alle Flügelelemente (2'', 2'''), die an einem der Wellenelemente (5') angebracht sind, fest daran befestigt sind, wohingegen zumindest eines der Flügelelemente (2, 2'), die an einem anderen Wellenelement (5) angebracht sind, sich um die Achse dieses anderen Wellenelements (5) herum drehen kann, und zumindest drei SMA-Drähte (8, 8', 8''), um die Flügelelemente (2, 2', 2'', 2''') miteinander und mit einer festen Position (9) zu verbinden, wobei einem der SMA-Drähte (8, 8', 8'') zugeführte Energie zu einer Drehung aller Flügelelemente (2, 2', 2'', 2''') führt.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft ein modulares Aktuatorsystem, das eine Formgedächtnislegierung verwendet, ein Verfahren zum Bedienen des modularen Aktuatorsystems und eine Rückblickvorrichtung für ein Fahrzeug, vorzugsweise ein Kraftfahrzeug, das ein solches modulares Aktuatorsystem aufweist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Aktuatorsysteme, die eine Formgedächtnislegierung – shape memory alloy, SMA – verwenden und die auch als Motoren oder SMA-Motoren bezeichnet werden können, finden in verschiedenen Branchen Anwendung, etwa in der Automobilindustrie. Eine gängige Anwendung ist beispielsweise die Anwendung als elektromechanischer Aktuator, der sich rasch und lautlos bewegen kann. Diese Aktuatorsysteme nutzen den Gedächtniseffekt von SMA-Material, das wechselweise von einer aktivierten in eine deaktivierte Form, und zurück, überführt werden kann. Beispielsweise kann ein Draht, der SMA-Material umfasst und der üblicherweise als SMA-Draht bezeichnet wird, dazu gebracht werden, sich zu verkürzen oder sich in der Länge auszudehnen, indem eine mit dem SMA-Draht verbundene Wärmequelle oder Energiequelle entsprechend angelegt oder entfernt wird. Bei den im Stand der Technik beschriebenen Aktuatorsystemen ist zumindest ein SMA-Draht mit mechanischen Elementen zum Erzeugen einer Dreh- oder Linearbewegung verbunden, um eine dem Aktuatorsystem zugeordnete Komponente anzutreiben. Beispielsweise beschreibt die US 7,017,345 B2 eine SMA-Aktuatoranordnung, bei der ein SMA-Element verwendet wird, um eine Abtriebswelle in Bewegung zu versetzen.
Obwohl einige im Stand der Technik bekannte Aktuatoren sehr leistungsstark sind, können diese Aktuatoren jedoch nur über eine sehr begrenzte Entfernung arbeiten. Außerdem verwenden leistungsstarke Aktuatoren üblicherweise SMA-Drähte mit recht großen Durchmessern, die lange brauchen, um abzukühlen, wenn sie deaktiviert werden, so dass die SMA-Drähte lange brauchen, um wieder ihre ursprünglichen Längen anzunehmen.
Daher zielt die Erfindung darauf ab, ein verbessertes Aktuatorsystem bereitzustellen, das leistungsstark ist, größere Betätigungsentfernungen ermöglicht, in einer modularen Form auf die Erfordernisse unterschiedlicher Anwendungen zugeschnitten werden kann und kompakt ausgeführt ist, so dass es für Anwendungen verwendet werden kann, wo nur begrenzter Einbauraum zur Verfügung steht.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung stellt ein modulares Aktuatorsystem bereit, umfassend: zumindest zwei Wellenelemente, die parallel zueinander angeordnet sind und sich in einer ersten Richtung erstrecken, zumindest zwei Flügelelemente, die auf unterschiedlichen horizontalen Niveaus im Wesentlichen rechtwinklig zu der ersten Richtung an jedem Wellenelement angebracht sind, wobei alle Flügelelemente, die an einem der Wellenelemente angebracht sind, fest daran befestigt sind, wohingegen zumindest eines der Flügelelemente, die an einem anderen Wellenelement angebracht sind, sich um die Achse dieses anderen Wellenelements herum drehen kann, und zumindest drei Formgedächtnislegierungs(SMA)-Drähte, um die Flügelelemente miteinander und mit einer festen Position zu verbinden, wobei wenn einem der SMA-Drähte Energie zugeführt wird, dies zu einer Drehung aller Flügelelemente führt.
In einem Beispiel ist zumindest das zweite Wellenelement derart angeordnet, um um seine vertikale Achse herum drehbar zu sein; das erste Flügelelement einer ersten Art von Flügelelementen derart angeordnet, um zumindest zwei SMA-Drähte zu halten und an einer Welle angebracht zu sein, wobei das erste Flügelelement auf dem ersten horizontalen Niveau drehbar an dem ersten Wellenelement angebracht ist und einen ersten Endabschnitt des ersten SMA-Drahts und einen zweiten Endabschnitt des zweiten SMA-Drahts hält, wobei vorzugsweise der zweite Endabschnitt des ersten SMA-Drahts bezogen auf das erste Wellenelement an einer festen Position gehalten wird; das zweite Flügelelement der ersten Art von Flügelelementen oder einer zweiten Art von Flügelelementen derart angeordnet ist, um zumindest einen SMA-Draht zu halten und an einer Welle angebracht zu sein, wobei das zweite Flügelelement auf dem zweiten horizontalen Niveau an dem ersten Wellenelement angebracht ist und einen ersten Endabschnitt des dritten SMA-Drahts hält; das dritte Flügelelement der zweiten Art von Flügelelementen oder der ersten Art von Flügelelementen auf dem ersten horizontalen Niveau nichtdrehbar an dem zweiten Wellenelement angebracht ist und einen zweiten Endabschnitt des zweiten SMA-Drahts hält; das vierte Flügelelement der ersten Art oder zweiten Art von Flügelelementen, wobei das vierte Flügelelement auf dem zweiten horizontalen Niveau nichtdrehbar an dem zweiten Wellenelement angebracht ist und einen zweiten Endabschnitt des dritten SMA-Drahts hält.
Das zumindest erste und zweite Wellenelement könnten beide im Wesentlichen röhrenförmig sein und könnten auf einer Grundplatte angebracht sein, wobei zumindest das zweite Wellenelement so angebracht sein könnte, dass es sich um seine vertikale Achse herum drehen kann. Beispielsweise könnte die Achse mittels eines Stifts oder durch jedes andere geeignete Haltemittel auf der Grundplatte gehalten werden. Die Achsen beider Wellenelemente könnten dieselbe Höhe aufweisen oder könnten unterschiedliche Höhen aufweisen. Die Achsen sind im Wesentlichen so ausgerichtet, dass zumindest ein Ende der Achsen in einer gemeinsamen horizontalen Ebene angeordnet ist, und wobei die Achsen sich in derselben Richtung erstrecken.
Die erste Art von Flügelelementen, die derart angeordnet ist, um zumindest zwei SMA-Drähte zu halten und an einer Welle angebracht zu sein, könnte beispielsweise eine flügelartige oder flossenartige Struktur aufweisend eine um das Wellenelement herum anzuordnende Öffnung sein. Alternativ könnte die erste Art von Flügelelement auch einen U-förmigen Abschnitt umfassen, so dass es zumindest einen Teil des Wellenelements aufnehmen kann. Die erste Art von Flügelelement könnte auch zwei Befestigungspunkte zum Halten jeweils eines SMA-Drahts umfassen. Die zwei Befestigungspunkte könnten radial um 180° oder 270° voneinander getrennt sein und könnten sich in einem gewissen Abstand vom Umfang der Welle, an der es angebracht sein könnte, beabstandet befinden. Der Abstand könnte im Bereich von 1 mm bis 10 cm von dem Umfang des Wellenelements liegen. Außerdem könnten beide Befestigungspunkte gleich oder nicht gleich von dem Wellenelement beabstandet sein.
Die zweite Art von Flügelelementen, die derart angeordnet ist, um zumindest einen SMA-Draht zu halten und an einer Welle angebracht zu sein, könnte im Wesentlichen zu der ersten Art von Flügelelementen identisch sein, könnte aber nur einen Befestigungspunkt zum Halten nur eines SMA-Drahts umfassen. Die zweite Art von Flügelelement könnte beispielsweise eine flügelartige oder flossenartige Struktur aufweisen und könnte eine um das Wellenelement herum anzuordnende Öffnung aufweisen. Die zweite Art von Flügelelement könnte auch einen U-förmigen Abschnitt umfassen, so dass sie zumindest einen Teil des Wellenelements aufnehmen kann. Der Befestigungspunkt zum Halten eines SMA-Drahts kann sich in einem gewissen Abstand vom Umfang der Welle, an der es angebracht sein könnte, beabstandet befinden. Der Abstand könnte im Bereich von 1 mm bis 10 cm von dem Umfang des Wellenelements liegen.
Das modulare Aktuatorsystem umfasst ein erstes Flügelelement einer ersten Art von Flügelelementen, das auf einem ersten horizontalen Niveau drehbar an dem ersten Wellenelement angebracht ist und das einen ersten Endabschnitt eines ersten SMA-Drahts und einen zweiten Endabschnitt eines zweiten SMA-Drahts hält. Hier kann der Begriff „erstes horizontales Niveau” verwendet werden, um eine Anbringungsposition am unteren Teil des Wellenelements zu bezeichnen, die sich nahe dem Boden des modularen Aktuatorsystems befindet. Der Begriff „drehbar angebracht” kann verwendet werden, um zu definieren, dass das erste Flügelelement an einer festen Position entlang der Länge des ersten Wellenelements angebracht ist, aber bezogen auf das erste Wellenelement gedreht werden kann. Beispielsweise könnte das erste Flügelelement in oder an einer Nut oder einem Vorsprung angebracht sein, die/der entlang des Umfangs um das Wellenelement herum verlaufen könnte. In einem Beispiel kann der Begriff „drehbar angebracht” auch verwendet werden, um eine Anbringungsposition zu bezeichnen, bei der das erste Flügelelement an einer festen Position entlang der Länge des ersten Wellenelements angebracht ist, sich aber bezogen auf die Anbringungsposition nicht drehen kann. In diesem Beispiel könnte ein Abschnitt des Wellenelements, an dem sich die Anbringungsposition befindet, drehungsbezogen von dem übrigen Wellenelement abgekoppelt sein, so dass der Abschnitt und das erste Flügelelement dazu gebracht werden können, sich bezogen auf den Rest des Wellenelements gemeinsam zu drehen.
Das erste Flügelelement hält einen ersten Endabschnitt eines ersten SMA-Drahts. Vorzugsweise wird ein zweiter Endabschnitt des ersten SMA-Drahts bezogen auf das erste Wellenelement an einer festen Position gehalten. Beispielsweise könnten der zweite Endabschnitt des ersten SMA-Drahts und das erste Wellenelement beide auf derselben Grundplatte angebracht sein. Wenn der erste SMA-Draht mittels einer Spannung, die an den SMA-Draht angelegt werden könnte, betätigt wird, kann der erste SMA-Draht sich verkürzen und der erste SMA-Draht, der an dem ersten Flügelelement befestigt ist, kann eine Drehung des ersten Flügelelements bezogen auf das erste Wellenelement bewirken. Die Spannung könnte an die entsprechenden Enden der SMA-Drähte angelegt werden. Das erste Flügelelement hält auch einen ersten Endabschnitt eines zweiten SMA-Drahts. Der zweite Endabschnitt des zweiten SMA-Drahts wird durch ein drittes Flügelelement der ersten oder der zweiten Art von Flügelelementen gehalten, und wobei das dritte Flügelelement nichtdrehbar an dem zweiten Wellenelement angebracht ist. Hier kann der Begriff „nichtdrehbar” verwendet werden, um zu definieren, dass das dritte Flügelelement an einer festen Position entlang der Länge des zweiten Wellenelements angebracht ist, sich aber bezogen auf das zweite Wellenelement nicht drehen kann. Beispielsweise könnte das Wellenelement entlang seiner Länge einen oder mehrere Antriebsstifte umfassen, die durch Vorsprünge realisiert sein könnten, die dazu geeignet sind, mit einer entsprechenden Geometrie an den Flügelelementen zum nichtdrehbaren Anbringen der entsprechenden Flügelelemente in Eingriff zu stehen. Das dritte Flügelelement ist, wie das erste Flügelelement, auch auf dem ersten horizontalen Niveau angebracht, so dass der zweite SMA-Draht im Wesentlichen horizontal zwischen dem ersten Wellenelement und dem zweiten Wellenelement verlaufen kann. Wenn an den ersten und zweiten SMA-Draht eine Spannung angelegt wird, kann der erste SMA-Draht eine Drehung des ersten Flügelelements um die erste Welle herum bewirken, die ihrerseits eine Drehung des dritten Flügelelements zusammen mit dem zweiten Wellenelement, an dem es nichtdrehbar angebracht ist, bewirkt. Die Verringerung der Länge des zweiten SMA-Drahts verstärkt die Drehung des dritten Flügelelements und des zweiten Wellenelements noch weiter.
Das vierte Flügelelement ist auf einem zweiten horizontalen Niveau nichtdrehbar an dem zweiten Wellenelement angebracht. Hier kann der Begriff „zweites horizontales Niveau” verwendet werden, um eine Position zu bezeichnen, die sich oberhalb des „ersten horizontalen Niveaus” befindet. Wie oben beschrieben, hält das vierte Flügelelement einen zweiten Endabschnitt eines dritten SMA-Drahts, wo der erste Endabschnitt des dritten SMA-Drahts durch das zweite Flügelelement gehalten wird, das auf dem zweiten horizontalen Niveau an dem ersten Wellenelement angeordnet ist.
In einem Beispiel sind die Flügelelemente derart angeordnet, um den ersten und zweiten Endabschnitt in vorgegebenen Abständen von dem ersten und/oder zweiten Wellenelement beabstandet zu halten, und vorzugsweise sind das erste und dritte Flügelelement und das zweite und vierte Flügelelement im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet.
In einem Beispiel ist das erste Wellenelement derart angeordnet, um um seine vertikale Achse herum drehbar zu sein, und das zweite Flügelelement ist auf dem zweiten horizontalen Niveau nichtdrehbar an dem ersten Wellenelement angebracht oder alternativ ist in einem anderen Beispiel das erste Wellenelement derart angeordnet, um um seine vertikale Achse herum nicht drehbar zu sein, und das zweite Flügelelement ist auf dem zweiten horizontalen Niveau drehbar an dem ersten Wellenelement angebracht.
Daher kann, wenn an den ersten, zweiten und dritten SMA-Draht gleichzeitig eine Spannung angelegt wird, eine Betätigungsentfernung erreicht werden, die im Wesentlichen der Summe der drei differentiellen Längen des ersten, zweiten und dritten SMA-Drahts entspricht.
Vorteilhafterweise wird durch Verwenden einer Ausgestaltung, bei der Flügelelemente, wie oben beschrieben, nichtdrehbar und drehbar um das erste und zweite Wellenelement herum angeordnet sind, ein leistungsstarkes System bereitgestellt, das größere Betätigungsentfernungen ermöglicht und dabei kompakt ausgeführt ist.
In einem Beispiel ist das erste Wellenelement derart angeordnet, um um seine horizontale Achse herum drehbar zu sein, und das zweite Flügelelement ist auf dem zweiten horizontalen Niveau nichtdrehbar an dem ersten Wellenelement angebracht, und das modulare Aktuatorsystem umfasst weiterhin: ein fünftes Flügelelement der ersten oder zweiten Art von Flügelelementen, wobei das fünfte Flügelelement auf einem dritten horizontalen Niveau nichtdrehbar an dem ersten Wellenelement angebracht ist und einen ersten Endabschnitt eines vierten SMA-Drahts hält; und ein sechstes Flügelelement der ersten oder zweiten Art von Flügelelementen, wobei das sechste Flügelelement auf dem dritten horizontalen Niveau drehbar an dem zweiten Wellenelement angebracht ist und einen zweiten Endabschnitt des vierten SMA-Drahts hält.
Vorteilhafterweise können Flügelelemente auf einem dritten horizontalen Niveau zum Erhöhen der Effizienz des modularen Aktuatorsystems verwendet werden.
In einem Beispiel ist zum Schaffen eines linearen Abtriebs ein Abtriebselement, vorzugsweise ein SMA-Draht, mit einem letzten Flügelelement auf einem letzten horizontalen Niveau des Aktuatorsystems verbunden und/oder wobei die Drehbewegung des letzten Flügelelements auf dem letzten horizontalen Niveau des Aktuatorsystems zum Schaffen eines drehenden Abtriebs verwendet wird. Wenn ein erfindungsgemäßes modulares Aktuatorsystem verwendet wird, könnte das letzte Flügelelement beispielsweise das zweite Flügelelement auf dem zweiten horizontalen Niveau sein. Beispielsweise könnte ein in einem Bowdenzug angeordneter SMA-Draht an dem zweiten Flügelelement befestigt sein. Der SMA-Draht könnte auch derart angeordnet sein, um abhängig vom Betätigungszustand des Aktuatorsystems einen Stift hin und her zu schieben.
In einem Beispiel ist zumindest ein Flügelelement der ersten Art von Flügelelementen dazu ausgestaltet, die zumindest zwei SMA-Drähte mit einer Winkelposition von 180° oder 270° voneinander beabstandet zu halten. Die Drähte könnten von dem Wellenelement in einem Abstand beabstandet gehalten werden, der im Bereich von 1 mm bis 10 cm vom Umfang des Wellenelements liegen könnte. Zum Erhöhen der Effizienz des Aktuatorsystems können die zumindest zwei SMA-Drähte auch einander gegenüber, d. h. bei 180°, oder in einem Winkel von 270° gehalten werden.
In einem Beispiel ist das zumindest eine Flügelelement der zweiten Art von Flügelelement dazu ausgestaltet, um die Mitte des Wellenelements herum an einer Welle angebracht zu sein, wobei das Flügelelement derart angebracht ist, um eine Hebelwirkung von 1:1 oder 1:2 oder 1:3 oder 1:4 zu erzeugen. Beispielsweise kann das zumindest eine Flügelelement außermittig angebracht sein, um unterschiedliche Hebelwirkungsverhältnisse zu erreichen. Vorteilhafterweise kann durch Verwenden von Flügelelementen mit unterschiedlichen Hebelwirkungsverhältnissen abhängig von der vorgesehenen Anwendung des Aktuatorsystems das Verhältnis von Energie und Betätigungsentfernung variiert werden.
In einem Beispiel umfasst zumindest ein Flügelelement der ersten Art von Flügelelementen und/oder der zweiten Art von Flügelelementen leitfähiges Material. Das Aktuatorsystem könnte beispielsweise selbst eine Energiequelle umfassen oder könnte zum Aktivieren der SMA-Drähte mit einer externen Energiequelle verbunden sein. Wenn in den Flügelelementen vorteilhafterweise leitfähiges Material verwendet wird, können SMA-Drähte, die sich auf einem horizontalen Niveau befinden, durch ein Flügelelement in Reihe verbunden sein.
In einem Beispiel ist zumindest einer der SMA-Drähte ein dualer SMA-Draht, der zumindest einen SMA-Draht oder zwei getrennte SMA-Drähte umfasst, und das Aktuatorsystem umfasst zumindest einen beweglich aufgehängten Zylinder, der an zumindest einem Befestigungspunkt eines Flügelelements der ersten und/oder zweiten Art befestigt ist, wobei der beweglich aufgehängte Zylinder zwei Durchgangslöcher für jeweils einen der zwei getrennten SMA-Drähte umfasst. Vorteilhafterweise können durch Verwenden eines dualen SMA-Drahts zwei Drähte mit einem dünneren Durchmesser verwendet werden, verglichen mit dem einen SMA-Draht, der andernfalls verwendet würde. Ein Verwenden dünner Drähte hat den Vorteil, dass dünne Drähte in einem kurzen Zeitraum abkühlen.
In einem Beispiel (i) wird zum Schaffen des dualen SMA-Drahts der einzige SMA-Draht durch die Durchgangslöcher geführt oder (ii) werden die zumindest zwei getrennten SMA-Drähte jeweils getrennt durch ein Durchgangsloch geführt, wobei die Enden zum Befestigen der zumindest zwei getrennten SMA-Drähte mit einem Anschlag, vorzugsweise einem Crimpkontakt, versehen sind oder wobei die Enden mit Federn, vorzugsweise mittels zumindest einer Druckfeder, in den Durchgangslöchern angebracht sind. Vorteilhafterweise kann durch Anbringen der Enden des SMA-Drahts mit Federn gewährleistet werden, dass die Drähte gleich stark an dem Flügelelement ziehen.
In einem Beispiel umfasst das Aktuatorsystem zumindest ein elastisches Element, vorzugsweise eine Feder, zum Überführen des Systems in eine Anfangsposition. Beispielsweise kann/können zum Zurückführen des Systems in eine Anfangsposition eine oder mehrere Federn an verschiedenen Stellen des Aktuatorsystems verwendet werden. Der Begriff „Anfangsposition” kann verwendet werden, um eine Position der Flügelelemente zu bezeichnen, die eingenommen wird, bevor die SMA-Drähte aktiviert werden.
In einem Beispiel ist das elastische Element dazu ausgestaltet, zumindest ein drehbar angebrachtes Flügelelement der ersten und/oder der zweiten Art von Flügelelementen vorzuspannen und/oder wobei das elastische Element dazu ausgestaltet ist, den ersten SMA-Draht vorzuspannen und/oder wobei das elastische Element dazu ausgestaltet ist, einen linearen Abtrieb vorzuspannen.
In einem Beispiel ist das zumindest eine elastische Element dazu ausgestaltet, eine Vorspannkraft auszuüben, nachdem das System eine Endposition erreicht hat, wobei das System vorzugsweise ein Anschlagelement zum Bestimmen der Endposition umfasst. Vorteilhafterweise kann die Vorspannkraft von dem System abgekoppelt sein, während das System sich in seine Endposition bewegt, so dass das System leistungsstärker gemacht werden kann.
Die Erfindung stellt auch eine Rückblickanzeigevorrichtung für ein Fahrzeug, vorzugsweise für ein Kraftfahrzeug, bereit, die zumindest ein erfindungsgemäßes modulares Aktuatorsystem umfasst. In einem Beispiel umfasst die Rückblickanzeigevorrichtung weiterhin zumindest ein Spiegelelement und/oder zumindest eine Kamera.
Die Erfindung stellt auch ein Verfahren zum Bedienen eines modularen Aktuatorsystems bereit, das folgende Schritte umfasst: Drehen eines ersten Flügelelements einer ersten Art von Flügelelementen, das derart angeordnet ist, um zumindest zwei Formgedächtnislegierungs(SMA)-Drähte zu halten und um an einer Welle angebracht zu sein, auf einem ersten horizontalen Niveau um ein erstes Wellenelement herum, wobei das erste Flügelelement einen ersten Endabschnitt eines ersten SMA-Drahts und einen zweiten Endabschnitt eines zweiten SMA-Drahts hält, wobei vorzugsweise der zweite Endabschnitt des ersten SMA-Drahts bezogen auf das erste Wellenelement an einer festen Position gehalten wird; Drehen eines zweiten Flügelelements der ersten Art von Flügelelementen oder einer zweiten Art von Flügelelementen, das derart angeordnet ist, um zumindest einen SMA-Draht zu halten und um an einer Welle angebracht zu sein, auf einem zweiten horizontalen Niveau um das erste Wellenelement herum, wobei das zweite Flügelelement auf einem zweiten horizontalen Niveau an dem ersten Wellenelement angebracht ist und einen ersten Endabschnitt eines dritten SMA-Drahts hält; Drehen des zweiten Wellenelements und eines dritten Flügelelements der zweiten Art von Flügelelementen oder der ersten von Flügelelementen, wobei das dritte Flügelelement nicht drehbar an dem zweiten Wellenelement angebracht ist, wobei das dritte Flügelelement einen zweiten Endabschnitt des zweiten SMA-Drahts hält; und Drehen des zweiten Wellenelements und eines vierten Flügelelements der ersten Art oder zweiten Art von Flügelelementen, wobei das vierte Flügelelement auf dem zweiten horizontalen Niveau nichtdrehbar an dem zweiten Wellenelement angebracht ist und einen zweiten Endabschnitt des dritten SMA-Drahts hält.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die folgenden schematischen Zeichnungen zeigen Aspekte der Erfindung zum Verbessern des Verständnisses der Erfindung in Verbindung mit einigen beispielhaften Darstellungen. Es zeigt/zeigen:
1a–1e schematische Ansichten von Flügelelementen einer ersten und einer zweiten Art von Flügelelementen gemäß Ausführungsformen der Erfindung, bei denen zwei Befestigungspunkte radial um unterschiedliche Winkel voneinander getrennt sind und wobei die Flügelelemente derart anbringbar sind, unterschiedliche Hebelwirkungseffekte zu erzeugen;
2a, 2b schematische Ansichten von Flügelelementen einer ersten und einer zweiten Art von Flügelelementen gemäß Ausführungsformen der Erfindung mit Befestigungspunkten, die zum Verbinden mehrerer SMA-Drähte geeignet sind;
3 eine schematische Ansicht von Wellenelementen gemäß Ausführungsformen der Erfindung;
4a–4c schematische Ansichten modularer Aktuatorsysteme gemäß Ausführungsformen der Erfindung;
5 eine schematische Ansicht eines modularen Aktuatorsystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
6a, 6b eine schematische Draufsicht und eine schematische Seitenansicht eines modularen Aktuatorsystems mit zwei horizontalen Niveaus;
7a, 7b schematische Ansichten von zwei modularen Aktuatorsystemen mit einer verringerten Betätigungskraft und einer vergrößerten Betätigungsentfernung;
8 eine schematische Ansicht eines modularen Aktuatorsystems mit einer erhöhten Betätigungskraft und einer verkleinerten Betätigungsentfernung;
9a–9h schematische Ansichten beweglich aufgehängter Zylinder gemäß Ausführungsformen der Erfindung;
10 eine schematische Ansicht eines modularen Aktuatorsystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung mit Flügelelementen der ersten Art von Flügelelementen mit Befestigungspunkten, die voneinander mit einer Winkelposition von 270° beabstandet sind;
11a–11c schematische Ansichten eines modularen Aktuatorsystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung mit zwei horizontalen Niveaus;
12a–12d schematische Ansichten eines modularen Aktuatorsystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung mit drei horizontalen Niveaus;
13a–13c schematische Ansichten des Strompfads auf einem horizontalen Niveau eines modularen Aktuatorsystems gemäß Ausführungsformen der Erfindung;
14 eine schematische Ansicht eines zumindest ein elastisches Element umfassenden Aktuatorsystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und
15 eine schematische Ansicht eines zumindest ein elastisches Element umfassenden Flügelelements gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die 1a–1e zeigen schematische Ansichten von Flügelelementen 2 gemäß Ausführungsformen der Erfindung, bei denen zwei Befestigungspunkte 3, 3' radial um unterschiedliche Winkel voneinander getrennt sind und wobei die Flügelelemente 2 derart anbringbar sind, um unterschiedliche Hebelwirkungseffekte zu erzeugen. Die in den 1a–1e gezeigten Flügelelemente 2 umfassen zwei Befestigungspunkte 3, 3' zum Halten eines beweglich aufgehängten Zylinders 4, 4' an jedem Befestigungspunkt 3, 3'.
In 1a sind die zwei Befestigungspunkte 3, 3' radial um 180° voneinander getrennt und befinden sich in einem gewissen Abstand vom Umfang des Wellenelements 5, an dem das Flügelelement 2 angebracht sein kann, beabstandet. Dem Fachmann wäre klar, dass der Abstand vom Umfang des Wellenelements 5 variabel sein könnte.
1b zeigt eine schematische Ansicht eines Flügelelements 2 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, bei der die zwei Befestigungspunkte 3, 3' radial um 135° voneinander getrennt sind. Das gezeigte Flügelelement 2 könnte das in 1a gezeigte Flügelelement 2 sein, aber die zwei Befestigungspunkte 3, 3' sind radial um 135° voneinander getrennt. Dem Fachmann wäre auch klar, dass die Befestigungspunkte 3, 3' um jede andere Winkelposition voneinander getrennt sein könnten.
In 1c ist eine schematische Ansicht eines Flügelelements 2 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gezeigt, bei der die zwei Befestigungspunkte 3, 3' radial um 180° voneinander getrennt sind und bei der das Flügelelement 2 derart anbringbar ist, um unterschiedliche Hebelwirkungseffekte zu erzeugen. Das gezeigte Flügelelement 2 könnte im Wesentlichen dem in 1a gezeigten Flügelelement 2 entsprechen. In 1c ist jedoch mittels Markierungslinien gezeigt, dass das Flügelelement 2 durch außermittiges Anordnen des Flügelelements 2 an dem Wellenelement 5 derart an dem Wellenelement 5 angebracht sein könnte, um unterschiedliche Hebelwirkungseffekte, z. B. 1:2 oder 1:3 oder 1:4, zu erzeugen.
1d zeigt das Flügelelement von 1b, das derart an dem Wellenelement 5 anbringbar ist, um unterschiedliche Hebelwirkungseffekte, z. B. 1:2 oder 1:3, zu erzeugen.
In 1e ist gezeigt, dass ein Flügelelement 2 das zwei Befestigungspunkten 3, 3' aufweist, die radial um 90° oder 270° getrennt sind, an dem Wellenelement 5 angebracht sein könnte, um einen Hebelwirkungseffekt von 1:4 zu erzielen. Dem Fachmann wäre jedoch klar, dass die zwei Befestigungspunkte 3, 3' auch derart angebracht sein könnten, um andere Hebelwirkungseffekte zu erzielen als die in den Figuren dargestellten, und dass die zwei Befestigungspunkte 3, 3' radial um unterschiedliche Winkel, die von den in den Figuren gezeigten abweichen, voneinander beabstandet sein könnten.
In den 2a, 2b sind schematische Ansichten von Flügelelementen 2, 2' einer ersten und einer zweiten Art von Flügelelementen 2, 2' gemäß Ausführungsformen der Erfindung gezeigt. In 2a ist ein Flügelelement 2 der ersten Art von Flügelelementen gezeigt, das an jedem Befestigungspunkt 3, 3' zwei Öffnungen zum Verbinden von zwei SMA-Drähten (nicht gezeigt) mit dem Flügelelement 2 umfasst. Dem Fachmann wäre jedoch klar, dass die zwei Befestigungspunkte 3, 3' auch dazu ausgestaltet sein könnten, jeweils einen beweglich aufgehängten Zylinder 4, 4' zu halten, wobei jeder beweglich aufgehängte Zylinder 4, 4' dazu ausgestaltet sein kann, zumindest zwei SMA-Drähte zu halten. In 2b ist ein Flügelelement 2' der zweiten Art von Flügelelementen gezeigt, bei dem das Flügelelement 2' nur einen Endabschnitt mit einem Befestigungspunkt 3 umfasst. In dem gezeigten Beispiel ist der Befestigungspunkt 3 zum Verbinden von zwei SMA-Drähten mit dem Flügelelement 2 geeignet. Dem Fachmann wäre jedoch klar, dass der Befestigungspunkte 3 in dem gezeigten Beispiel auch dazu ausgestaltet sein könnte, einen beweglich aufgehängten Zylinder 4 zu halten, der dazu ausgestaltet ist, zumindest zwei SMA-Drähte zu halten.
3 zeigt Wellenelemente 5a–5h gemäß Ausführungsformen der Erfindung. Jedes der gezeigten Wellenelemente 5a–5h könnte modular entsprechend als erstes oder als zweites Wellenelement verwendet werden. In 3 ist gezeigt, dass die Wellenelemente 5a–5h eine im Wesentlichen längs verlaufende und zylindrische Form aufweisen können. Die Wellenelemente 5a–5h könnten auch unterschiedliche Längen aufweisen, so dass zwei oder mehr Flügelelemente 2 auf unterschiedlichen horizontalen Niveaus 11a–11c auf die Wellenelemente 5a–5h gestapelt sein können. Wie in 3 gezeigt, umfassen die unterschiedlichen Arten von Wellenelementen 5a–5h entlang ihrer entsprechenden Längen Anbringungspositionen 6a–6n, 7a–7n für ein oder mehrere Flügelelemente 2. In dem gezeigten Beispiel sind zwei Arten von Anbringungspositionen 6a–6n, 7a–7n gezeigt. Das Flügelelement 2, das beispielsweise auf dem ersten Niveau 11a des Wellenelements 5d angeordnet sein könnte, wäre drehbar an dem Wellenelement 5d angebracht, d. h. so, dass das Flügelelement 2 sich zumindest teilweise um das Wellenelement 5d herum drehen kann. Das Flügelelement 2, das auf dem dritten Niveau 11c des Wellenelements 5h angeordnet sein könnte, wäre auch drehbar an dem Wellenelement 5h angebracht. Daher könnte der obere Teil des Wellenelements 5h drehungsbezogen vom unteren Teil des Wellenelements 5h abgekoppelt sein, was durch eine horizontale Linie zwischen dem zweiten horizontalen Niveau 11b und dem dritten horizontalen Niveau 11c angezeigt ist. Im Gegensatz dazu wäre das Flügelelement 2, das beispielsweise auf dem ersten horizontalen Niveau 1I des Wellenelements 5c angeordnet sein könnte, nichtdrehbar an dem Wellenelement 5c angebracht. In dem gezeigten Beispiel könnte das Flügelelement 2 in oder an einem Vorsprung 6a an dem Wellenelement 5c angebracht sein, so dass das Flügelelement 2 sich nicht frei um das Wellenelement 5d herum drehen kann. Die verschiedenen in der Figur gezeigten Achsen können kombiniert sein, um unterschiedliche Aktuatorsysteme 1 auszubilden, die ein bis drei horizontale Niveaus 11a–11c und ein bis sechs Wellenelemente 2 umfassen.
Die 4a, 4b, 4c zeigen schematische Ansichten modularer Aktuatorsysteme 1, 1', 1'' gemäß Ausführungsformen der Erfindung. In 4a ist ein modulares Aktuatorsystem 1 gezeigt, bei dem die Flügelelemente 2, 2' auf einem ersten horizontalen Niveau angeordnet sind. Auf dem ersten horizontalen Niveau beginnt an einer festen Position 9 ein erster SMA-Draht 8, wo der erste SMA-Draht 8 mit einer Energieversorgung verbunden sein könnte. Das gegenüberliegende Ende des ersten SMA-Drahts 8 ist dann mit einem Befestigungspunkt 3 an einem ersten Flügelelement 2 verbunden. Wie in 4a gezeigt, ist das Flügelelement 2 eines der ersten Art von Flügelelementen mit zwei Befestigungspunkten 3, 3', die radial um 180° voneinander getrennt sind und bezogen auf das Wellenelement 5, an dem das erste Flügelelement 2 angeordnet ist, in einem gewissen Abstand gehalten werden. Ein zweiter SMA-Draht 8' ist von einem zweiten Befestigungspunkt 3' des ersten Flügelelements 2 aus mit einem ersten Befestigungspunkt 3 an dem zweiten Flügelelement 2' einer zweiten Art von Flügelelementen mit nur einem Befestigungspunkt 3 verbunden. Dem Fachmann wäre jedoch klar, dass stattdessen ein Flügelelement 2' einer ersten Art von Flügelelementen verwendet werden könnte. In dem gezeigten Beispiel können die Flügelelemente 2, 2' auch drehbar oder nichtdrehbar an den entsprechenden Wellenelementen 5, 5' angebracht sein. Die 4b und 4c zeigen das Aktuatorsystem 1 von 4a, wobei jedoch zwei Flügelelemente 2, 2' der ersten Art von Flügelelementen an den Wellenelementen 5, 5' angebaut sind. Die 4b und 4c zeigen auch, dass ein dritter SMA-Draht 8'' als linearer Abtrieb des Aktuatorsystems 1', 1'' verwendet werden kann. In 4b ist gezeigt, dass der dritte SMA-Draht 8'' in einem Bowdenzug 10 angeordnet ist. Es könnte jedoch auch nur ein einziger SMA-Draht 8'' als linearer Abtrieb des Aktuatorsystems 1'' verwendet werden, wie in 4c gezeigt. Dem Fachmann wäre auch klar, dass das auf dem letzten horizontalen Niveau des Aktuatorsystems 1, 1', 1'' angeordnete Flügelelement 2' als drehender Abtrieb verwendet werden könnte, bei dem die addierte Länge aller Betätigungsentfernungen im Wesentlichen der Drehbewegung des letzten Flügelelements 2' entspricht.
5 zeigt eine schematische Ansicht eines modularen Aktuatorsystems 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das gezeigte modulare Aktuatorsystem 1 könnte das modulare Aktuatorsystem 1 von 4b sein. Die Buchstaben a, b, c und S werden in der Figur verwendet, um die Länge des entsprechenden ersten, zweiten und dritten SMA-Drahts 8, 8', 8'' zu bezeichnen. Der Buchstabe S wird verwendet, um die mit dem System 1 erreichbare Betätigungsentfernung zu bezeichnen. Wie bereits oben beschrieben, kann, wenn an den ersten, zweiten und dritten SMA-Draht 8, 8', 8'' eine Spannung angelegt wird, eine Betätigungsentfernung S erreicht werden, die im Wesentlichen der Summe der drei differentiellen Längen des ersten, zweiten und dritten SMA-Drahts 8, 8', 8'' entspricht, so dass S ≈ a·3% + b·3% + c·3%. Dem Fachmann wäre klar, dass im Stand der Technik bekannte SMA-Drähte dazu gebracht werden können, sich um ungefähr 3% ihrer Längen zu verkürzen und/oder auszudehnen, so dass sie 50.000 bis 100.000 Zyklen standhalten können.
Die 6a, 6b zeigen eine schematische Draufsicht und eine schematische Seitenansicht eines modularen Aktuatorsystems 1 mit zwei horizontalen Niveaus 11a, 11b. In 6a ist eine Draufsicht auf das modulare Aktuatorsystems 1 mit zwei horizontalen Niveaus 11a, 11b gezeigt. Hier sind Flügelelemente 2 und 2' an einem ersten Wellenelement 5 angebracht und Flügelelemente 2'' und 2''' sind an einem zweiten Wellenelement 5' angebracht. In 6a sind die Flügelelemente 2, 2', 2'', 2''' einer besseren Veranschaulichung halber gegenüber ihren entsprechenden Achsen 5, 5' leicht versetzt gezeigt. In 6b ist das System von 6a von der Seite gezeigt. Das erste und zweite Wellenelement 5, 5' sind derart angeordnet, um um ihre entsprechende horizontale Achse herum drehbar zu sein, und sind im Wesentlichen horizontal miteinander ausgerichtet, wie in den 6a und 6b gezeigt. Die Figuren zeigen auch, dass ein erstes Flügelelement 2 einer ersten Art von Flügelelementen auf dem ersten Niveau 11a an dem ersten Wellenelement 5 angeordnet ist. In der gezeigten Ausführungsform ist das erste Flügelelement 2 drehbar an dem ersten Wellenelement 5 angebracht und hält einen ersten Endabschnitt eines ersten SMA-Drahts 8 und einen zweiten Endabschnitt eines zweiten SMA-Drahts 8'. Wie in den 6a und 6b gezeigt, wird der zweite Endabschnitt des ersten SMA-Drahts 8 bezogen auf das erste Wellenelement 5 an einer festen Position 9 gehalten. Ein zweites Flügelelement 2' einer zweiten Art von Flügelelementen, das derart angeordnet ist, um zumindest ein SMA zu halten, ist auf einem zweiten horizontalen Niveau 11b nichtdrehbar an dem ersten Wellenelement 5 angebracht und hält einen ersten Endabschnitt eines dritten SMA-Drahts 8''. Ein drittes Flügelelement 2'' der zweiten Art von Flügelelementen ist auf dem ersten horizontalen Niveau 11a nichtdrehbar an dem zweiten Wellenelement 5' angebracht und hält einen zweiten Endabschnitt des zweiten SMA-Drahts 8'. Ein viertes Flügelelement 2''' der zweiten Art von Flügelelementen ist auf dem zweiten horizontalen Niveau 11b drehbar oder nichtdrehbar an dem zweiten Wellenelement 5' angebracht und hält einen zweiten Endabschnitt des dritten SMA-Drahts 8''. Durch Verwenden einer Ausgestaltung, bei der die Flügelelemente 2, 2', 2'', 2''' nichtdrehbar und drehbar um das erste und zweite Wellenelement 5, 5' herum angeordnet sind, wie oben unter Bezugnahme auf die 6a und 6b gezeigt und beschrieben, wird ein leistungsstarkes System bereitgestellt, das größere Betätigungsentfernungen ermöglicht und dabei kompakt ausgeführt ist.
Die 7a, 7b zeigen zwei modulare Aktuatorsysteme 1, 1' mit einer verringerten Betätigungskraft und einer vergrößerten Betätigungsentfernung. Die Aktuatorsysteme 1, 1' könnten dem in 5 gezeigten Aktuatorsystem 1 ähnlich sein, aber SMA-Drähte 8, 8', 8'' mit unterschiedlichen Durchmessern umfassen und Flügelelemente 2, 2' umfassen, die unterschiedliche Hebelwirkungen aufweisen. Bei dem in 7a gezeigten modularen Aktuatorsystem 1 sind die Durchmesser der SMA-Drähte 8, 8', 8'' wie folgt: a = 2·b und b = c. Das erste Flügelelement 5 erzeugt eine Hebelwirkung von 1:4, wohingegen das zweite Flügelelement 2' eine Hebelwirkung von 1:1 erzeugt. Folglich entspricht die Betätigungsentfernung S, die unter Verwendung des in 7a gezeigten Systems erreicht werden kann, im Wesentlichen S ≈ a·3% + 4·b·3% + c·3%. Die Betätigungsentfernung kann durch Verwenden eines modularen Aktuatorsystems 1', wie in 7b gezeigt, weiter vergrößert werden. Bei dem in 7b gezeigten modularen Aktuatorsystem 1 sind die Durchmesser der SMA-Drähte 8, 8', 8'' wie folgt: a = 2·b und c = 0,5·b. Das erste Flügelelement 5 erzeugt eine Hebelwirkung von 1:4, wohingegen das zweite Flügelelement 2' eine Hebelwirkung von 4:1 erzeugt. Folglich entspricht die Betätigungsentfernung S, die unter Verwendung des in 7b gezeigten Systems erreicht werden kann, im Wesentlichen S ≈ a·3% + 4·b·3% + c·3%.
8 zeigt eine schematische Ansicht eines modularen Aktuatorsystems 1 mit einer erhöhten Betätigungskraft und einer verkleinerten Betätigungsentfernung. Das Aktuatorsysteme 1 könnte im Wesentlichen dem in 5 gezeigten Aktuatorsystem 1 ähnlich sein, aber es umfasst Flügelelemente 2, 2', die unterschiedliche Hebelwirkungen aufweisen. Bei dem in 8 gezeigten modularen Aktuatorsystem 1 könnten die Durchmesser der SMA-Drähte 8, 8', 8'' im Wesentlichen alle gleich sein: a = b = c. Das erste Flügelelement 2 erzeugt eine Hebelwirkung von 4:1, wohingegen das zweite Flügelelement 2' eine Hebelwirkung von 1:4 erzeugt. Folglich entspricht die Betätigungsentfernung S, die unter Verwendung des in 8 gezeigten Systems erreicht werden kann, im Wesentlichen S ≈ a·3% / 4 + b·3% / 4 + c·3%.
Die 9a–9e zeigen schematische Ansichten beweglich aufgehängter Zylinder 4 gemäß Ausführungsformen der Erfindung. 9a zeigt einen beweglich aufgehängten Zylinder 4, der zwei Durchgangslöcher zum Halten zumindest eines Endes von zwei SMA-Drähten 8, 8' umfasst. Vorteilhafterweise können durch Befestigen von zwei SMA-Drähten 8, 8' an einem beweglich aufgehängten Zylinder 4 zwei SMA-Drähte 8, 8' mit einem dünneren Durchmesser verwendet werden, d. h. verglichen mit dem einen SMA-Draht 8, der andernfalls verwendet würde.
Wie bereits oben beschrieben, könnte zumindest ein Befestigungspunkt 3 zumindest eines Flügelelements 2 dazu ausgestaltet sein, zumindest einen beweglich aufgehängten Zylinder 4 so zu halten, dass der beweglich aufgehängte Zylinder 4 drehbar an dem Befestigungspunkt 3 gehalten wird. 9b zeigt, dass der beweglich aufgehängte Zylinder 4 in einem gewissen Abstand von der Achse des Wellenelements 5, an dem er angebracht ist, entfernt gehalten wird. Die 9c–9e zeigen verschiedene Möglichkeiten zum Verbinden eines dualen SMA-Drahts 8 mit einem beweglich aufgehängten Zylinder 4. In 9c ist gezeigt, dass ein SMA-Draht 8 vorwärts und rückwärts durch die Durchgangslöcher geführt sein könnte, 9d zeigt, dass an den Enden des SMA-Drahts 8 ein Crimpkontakt vorgesehen sein könnte, und 9e zeigt, dass die Enden des SMW-Drahts 8 mit Federn in den Durchgangslöchern angebracht sein könnten. Beispielsweise mittels Druckfedern. Dem Fachmann wäre klar, dass die in den 9d und 9e gezeigten Zylinder 4 aus leitfähigem Material gefertigt sein könnten, so dass die Enden der SMA-Drähte 8 elektrisch miteinander verbunden sein könnten. Die 9f–9h zeigen Detailansichten der unterschiedlichen Weisen des Verbindens eines SMA-Drahts 8 mit einem beweglich aufgehängten Zylinder 4, wie in den 9c–9e gezeigt.
Dem Fachmann wäre auch klar, dass die in den 9a–9e gezeigten Verbindungsmittel auch direkt in einem Befestigungspunkt 3 realisiert sein könnten, d. h. ohne Verwenden beweglich aufgehängter Zylinder 4.
10 zeigt eine schematische Ansicht eines modularen Aktuatorsystems 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung mit Flügelelementen 2, 2' der ersten Art von Flügelelementen mit Befestigungspunkten 3, die voneinander mit einer Winkelposition von 270° beabstandet sind. Dem Fachmann wäre klar, das durch Verwenden von zwei wie oben beschrieben geformten Flügelelementen 2, 2' auf demselben Niveau größere Drehwinkel erreicht werden können.
Die 11a–11c zeigen schematische Ansichten eines modularen Aktuatorsystems 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. 11a zeigt eine Seitenansicht des modularen Aktuatorsystems 1 mit zwei horizontalen Niveaus 11a, 11b. In dem gezeigten Beispiel sind Flügelelemente 2 und 2' an einem ersten Wellenelement 5d angebracht, das dem in 3 gezeigten Wellenelement 5d entspricht. Weiterhin sind Flügelelemente 2'' und 2''' an einem zweiten Wellenelement 5c angebracht, das dem in 3 gezeigten Wellenelement 5c entspricht.
Ein erstes Flügelelement 2 einer ersten Art von Flügelelementen ist auf dem ersten Niveau 11a an dem ersten Wellenelement 5d angeordnet. In der gezeigten Ausführungsform ist das erste Flügelelement 2 drehbar an dem ersten Wellenelement 5d angebracht und hält einen ersten Endabschnitt eines ersten SMA-Drahts 8 und einen zweiten Endabschnitt eines zweiten SMA-Drahts 8', wie am besten in 11b gezeigt, in der eine Draufsicht auf das erste Niveau 11a gezeigt ist. Der zweite Endabschnitt des ersten SMA-Drahts 8 wird bezogen auf das erste Wellenelement 5d an einer festen Position 9 gehalten. Ein drittes Flügelelement 2'' der zweiten Art von Flügelelementen ist auf dem ersten horizontalen Niveau 11a nichtdrehbar an dem zweiten Wellenelement 5c angebracht und hält einen zweiten Endabschnitt des zweiten SMA-Drahts 8'.
Wenn die SMA-Drähte 8, 8', 8'' aktiviert werden, verringern die SMA-Drähte 8, 8', 8'' ihre entsprechenden Längen und bewirken, dass das erste Flügelelement 2 auf dem ersten Niveau 11a sich um das erste Wellenelement 5d herum dreht, und bewirken, dass das zweite Wellenelement 5c sich über das dritte Flügelelement 2', das nichtdrehbar an dem zweiten Wellenelement 5c angebracht ist, dreht. Da das vierte Flügelelement 2''' auch nichtdrehbar auf einem zweiten horizontalen Niveau 11b an dem zweiten Wellenelement 5c angebracht ist, dreht sich das vierte Flügelelement 2''' synchron mit dem dritten Flügelelement 2''. Wie am besten in 11c gezeigt, in der eine Draufsicht auf das zweite Niveau 11b gezeigt ist, hält das zweite Flügelelement 2', das entweder drehbar oder nichtdrehbar auf dem zweiten horizontalen Niveau 11b an dem ersten Wellenelement 5d angebracht ist, einen ersten Endabschnitt eines dritten SMA-Drahts 8'', wo das zweite Ende des dritten SMA-Drahts 8'' mit dem vierten Flügelelement 2''' verbunden ist. Wenn alle SMA-Drähte 8, 8', 8'' gleichzeitig aktiviert werden, addiert sich die differentielle Länge des dritten SMA-Drahts 8'' zur gesamten Betätigungsentfernung S, wie in den vorhergehenden Ausführungsformen beschrieben. Das zweite Flügelelement 2' könnte dann als linear oder nicht linearer Abtrieb verwendet werden, wie in den vorhergehenden Ausführungsformen beschrieben.
Die 12a–12d zeigen schematische Ansichten eines modularen Aktuatorsystems 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, die drei horizontale Niveaus 11a–11c umfasst. In 12a ist eine Seitenansicht des modularen Aktuatorsystems 1 gezeigt, wo die 12b bis 12d Draufsichten auf das erste, zweite und dritte horizontale Niveau 11a, 11b, 11b, 11c sind. In dem gezeigten Beispiel entspricht das erste Wellenelement 5g dem Wellenelement 5g von 3 und das zweite Wellenelement 5h entspricht dem Wellenelement 5h von 3.
Das Aktuatorsystem 1 könnte das gleiche Funktionsprinzip aufweisen wie das oben beschriebene Aktuatorsystem 1 mit zwei horizontalen Niveaus 11a, 11b. Durch Hinzufügen eines dritten Niveaus 11c kann jedoch die Betätigungsentfernung weiter vergrößert werden. Daher wird zum Aufbauen eines Aktuatorsystems 1 mit drei Niveaus das zweite Flügelelement 2' nichtdrehbar an dem ersten Wellenelement 5g angebracht; da das erste Flügelelement 2 drehbar an dem ersten Wellenelement 5g angebracht ist, kann das Wellenelement 5g über das zweite Flügelelement 2', d. h. über ein Verkürzen des an dem zweiten Flügelelement 2' befestigten dritten SMA-Drahts 8'', gedreht werden. Wie in den 12a und 12d gezeigt, ist ein fünftes Flügelelement 2'''' nichtdrehbar an dem ersten Wellenelement 5g angebracht, so dass das fünfte Flügelelement 2'''' sich synchron mit dem zweiten Flügelelement 2' dreht. Wie in den 12a und 12d gezeigt, ist das fünfte Flügelelement 2'''' über einen vierten SMA-Draht 8''' auch mit einem sechsten Flügelelement 2''''' verbunden, das drehbar an dem zweiten Wellenelement 5h befestigt ist, so dass es sich frei um das zweite Wellenelement 5g herum drehen kann. Das sechste Flügelelement 2''''' könnte dann als linearer oder nicht linearer Abtrieb verwendet werden, wie in den vorhergehenden Ausführungsformen beschrieben.
In den 13a–13c sind schematische Ansichten des Strompfads auf einem horizontalen Niveau des modularen Aktuatorsystems 1, 1' gemäß Ausführungsformen der Erfindung gezeigt. In 13a ist der Strompfad durch ein Flügelelement 2 gezeigt, das leitfähiges Material umfasst. Das Aktuatorsystem 1 könnte beispielsweise selbst eine Energiequelle umfassen oder könnte zum Aktivieren der SMA-Drähte 8, 8' mit einer externen Energiequelle verbunden sein. Wie in 13a gezeigt, können die SMA-Drähte 8, 8', die sich auf einem horizontalen Niveau befinden, durch ein Flügelelement 2 aufgrund des in dem Flügelelement 2 verwendeten leitfähigen Materials in Reihe geschaltet sein. In 13b ist eine Ausführungsform gezeigt, in der duale SMA-Drähte 8, 8' verwendet werden, die zumindest einen SMA-Draht oder zwei getrennte SMA-Drähte umfassen. Die dualen Drähte 8, 8' können direkt mit den Befestigungspunkten 3, 3' der Flügelelemente 2, 2' verbunden sein oder könnten über beweglich aufgehängte Zylinder 4, 4' mit den Befestigungspunkten 3, 3' verbunden sein, wie in den 9a–9h gezeigt. In der in 13b gezeigten Ausführungsform umfasst das Flügelelement 2 kein leitfähiges Material. Daher werden zum Aktivieren der entsprechenden SMA-Drähte 8, 8' ein Plus- und ein Minusanschlusspunkt einer Energieversorgung (nicht gezeigt) mit den entsprechenden Enden der SMA-Drähte 8, 8' verbunden. In 13c wird eine Detailansicht des in 13b gezeigten Flügelelements 2 bereitgestellt.
14 zeigt eine schematische Ansicht eines zumindest ein elastisches Element 12 umfassenden modularen Aktuatorsystems 1 gemäß Ausführungsformen der Erfindung. In 14 ist ein modulares Aktuatorsystem 1 gezeigt, das eine Feder als elastisches Element 12 zum Rückführen des Systems in eine Anfangsposition des Aktuatorsystems 1 umfasst. In der gezeigten Ausführungsform spannt das elastische Element 12 den als linearen Abtrieb des Aktuatorsystems 1 verwendeten SMA-Draht 8'' vor. In der gezeigten Ausführungsform wird der SMA-Draht 8'' durch die Kraft des elastischen Elements 12 zurückgezogen, wenn das modulare Aktuatorsystem 1 deaktiviert wird. Außerdem ist in 14 ein Anschlagelement 13 zum Bestimmen der Endposition des linearen Abtriebs gezeigt. Durch Verwenden eines Anschlagelements 13 kann die Vorspannkraft von dem Aktuatorsystem 1 entkoppelt sein, während das System, d. h. der lineare Abtrieb, sich in seine Endposition bewegt, so dass das System leistungsstärker gemacht werden kann.
15 zeigt ein Beispiel eines Flügelelements 2, bei dem das elastische Element 12 sich um das Wellenelement 5 herum befindet, mit dem das Flügelelement 2 verbunden sein kann. In dem Aktuatorsystem 1 können eines oder mehrere dieser ein elastisches Element 12 umfassenden Flügelelemente 2 zum Rückführen des Systems in eine Anfangsposition verwendet werden. Dem Fachmann wäre auch klar, dass die oben genannten Konzepte zum Vorspannen des Systems miteinander kombiniert und mit zusätzlichen Konzepten zum Rückführen des Systems in eine Anfangsposition ergänzt werden können. Beispielsweise könnten duale SMA-Drähte 8, 8', wie in 13b gezeigt, zum Rückführen des Systems in eine Anfangsposition verwendet werden, wo jeder duale SMA-Draht 8, 8' zwei getrennte SMA-Drähte 8, 8' mit entgegengesetzten Kontraktionsrichtungen verwenden könnte.
Bezugszeichenliste

1, 1', 1'': modulares Aktuatorsystem
2, 2'–2'''': Flügelelement
3, 3': Befestigungspunkt
4, 4': beweglich aufgehängter Zylinder
5, 5', 5a–h: Wellenelement
6a–6n: erste Art Anbringungsposition
7a–7n: zweite Art Anbringungsposition
8, 8'–8'''': SMA-Draht
9: feste Position
10: Bowdenzug
11a–11c: erstes, zweites und drittes horizontales Niveau
12: elastisches Element
13: Anschlagelement
a, b, c: Länge des ersten, zweiten und dritten SMA-Drahts
S: Betätigungsentfernung
F_Aktuator: Betätigungskraft

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 7017345 B2 [0002]

Claims

Modulares Aktuatorsystem (1, 1', 1''), umfassend: zumindest zwei Wellenelemente (5, 5'), die parallel zueinander angeordnet sind und sich in einer ersten Richtung erstrecken, zumindest zwei Flügelelemente (2, 2', 2'', 2'''), die auf unterschiedlichen horizontalen Niveaus (11a, 11b) im Wesentlichen rechtwinklig zu der ersten Richtung an jedem Wellenelement (5, 5') angebracht sind, wobei alle Flügelelemente (2'', 2'''), die an einem (5') der Wellenelemente (5, 5') angebracht sind, fest daran befestigt sind, wohingegen zumindest eines der Flügelelemente (2, 2'), die an einem anderen Wellenelement (5) angebracht sind, sich um die Achse dieses anderen Wellenelements (5) herum drehen kann, und zumindest drei Formgedächtnislegierungs(SMA)-Drähte (8, 8', 8''), um die Flügelelemente (2, 2', 2'', 2''') miteinander und mit einer festen Position (9) zu verbinden, wobei wenn einem der SMA-Drähte (8, 8', 8'') Energie zugeführt wird, dies zu einer Drehung aller Flügelelemente (2, 2', 2'', 2''') führt.
Modulares Aktuatorsystem (1, 1', 1'') nach Anspruch 1, wobei: zumindest das zweite Wellenelement (5') derart angeordnet ist, um um seine vertikale Achse herum drehbar zu sein; das erste Flügelelement (2) einer ersten Art von Flügelelementen derart angeordnet ist, um zumindest zwei SMA-Drähte (8, 8') zu halten und an einer Welle angebracht zu sein, wobei das erste Flügelelement (2) auf dem ersten horizontalen Niveau (11a) drehbar an dem ersten Wellenelement (5) angebracht ist und einen ersten Endabschnitt des ersten SMA-Drahts (8) und einen zweiten Endabschnitt des zweiten SMA-Drahts (8') hält, wobei vorzugsweise der zweite Endabschnitt des ersten SMA-Drahts (8) bezogen auf das erste Wellenelement (5) an einer festen Position gehalten wird; das zweite Flügelelement (2') der ersten Art von Flügelelementen oder einer zweiten Art von Flügelelementen derart angeordnet ist, um zumindest einen SMA-Draht (8'') zu halten und an einer Welle angebracht zu sein, wobei das zweite Flügelelement (2') auf dem zweiten horizontalen Niveau (11b) an dem ersten Wellenelement (5) angebracht ist und einen ersten Endabschnitt des dritten SMA-Drahts (8'') hält; das dritte Flügelelement (2'') der zweiten Art von Flügelelementen oder der ersten Art von Flügelelementen auf dem ersten horizontalen Niveau (11a) nichtdrehbar an dem zweiten Wellenelement (5') angebracht ist und einen zweiten Endabschnitt des zweiten SMA-Drahts (8') hält; das vierte Flügelelement (2''') der ersten Art oder zweiten Art von Flügelelementen, wobei das vierte Flügelelement (2''') auf dem zweiten horizontalen Niveau (11b) nichtdrehbar an dem zweiten Wellenelement (5') angebracht ist und einen zweiten Endabschnitt des dritten SMA-Drahts (8'') hält.
Modulares Aktuatorsystem (1, 1', 1'') nach Anspruch 2, wobei: die Flügelelemente (2, 2', 2'', 2''') derart angeordnet sind, um den ersten und zweiten Endabschnitt in vorgegebenen Abständen von dem ersten und/oder zweiten Wellenelement (5, 5') beabstandet zu halten, und vorzugsweise das erste (2) und dritte Flügelelement (2'') und das zweite (2') und vierte (2''') Flügelelement im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet sind.
Modulares Aktuatorsystem (1, 1', 1'') nach Anspruch 2, wobei (i) das erste Wellenelement (5) derart angeordnet ist, um um seine vertikale Achse herum drehbar zu sein, und das zweite Flügelelement (2') auf dem zweiten horizontalen Niveau (11b) nichtdrehbar an dem ersten Wellenelement (5) angebracht ist oder (ii) das erste Wellenelement (5) derart angeordnet ist, um um seine vertikale Achse herum nicht drehbar zu sein, und das zweite Flügelelement (2') auf dem zweiten horizontalen Niveau (11b) drehbar an dem ersten Wellenelement (5) angebracht ist.
Modulares Aktuatorsystem (1, 1', 1'') nach Anspruch 2, wobei das erste Wellenelement (5) derart angeordnet ist, um um seine horizontale Achse herum drehbar zu sein, und das zweite Flügelelement (2') auf dem zweiten horizontalen Niveau (11b) nichtdrehbar an dem ersten Wellenelement (5) angebracht ist und das modulare Aktuatorsystem (1, 1', 1'') weiterhin umfasst: ein fünftes Flügelelement (2'''') der ersten oder zweiten Art von Flügelelementen, wobei das fünfte Flügelelement (2'''') auf einem dritten horizontalen Niveau (11a) nichtdrehbar an dem ersten Wellenelement (5) angebracht ist und einen ersten Endabschnitt eines vierten SMA-Drahts (8''') hält; und ein sechstes Flügelelement (2''''') der ersten oder zweiten Art von Flügelelementen, wobei das sechste Flügelelement (2''''') auf dem dritten horizontalen Niveau (11c) drehbar an dem zweiten Wellenelement (5') angebracht ist und einen zweiten Endabschnitt des vierten SMA-Drahts (8''') hält.
Modulares Aktuatorsystem (1, 1', 1'') nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zum Schaffen eines linearen Abtriebs ein Abtriebselement, vorzugsweise ein SMA-Draht (8), mit einem letzten Flügelelement (2', 2'''') auf einem letzten horizontalen Niveau (11b, 11c) des Aktuatorsystems (1, 1', 1'') verbunden ist und/oder wobei die Drehbewegung des letzten Flügelelements (2', 2'''') auf dem letzten horizontalen Niveau (11b, 11c) des Aktuatorsystems (1, 1', 1'') zum Schaffen eines drehenden Abtriebs verwendet wird.
Modulares Aktuatorsystem (1, 1', 1'') nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zumindest ein Flügelelement (2, 2'–2''''') der ersten Art von Flügelelementen dazu ausgestaltet ist, die zumindest zwei SMA-Drähte (8, 8') voneinander beabstandet bei einer Winkelposition von 180° oder 270° zu halten.
Modulares Aktuatorsystem (1, 1', 1'') nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zumindest ein Flügelelement (2, 2'–2''''') der ersten Art von Flügelelementen dazu ausgestaltet ist, derart an einer Welle angebracht zu sein, um einen Hebelwirkungseffekt von: (i) 1:1 oder (ii) 1:2 oder (iii) 1:3 oder (iv) 1:4 zu erzielen.
Modulares Aktuatorsystem (1, 1', 1'') nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zumindest ein Flügelelement (2, 2'–2''''') der ersten Art von Flügelelementen und/oder der zweiten Art von Flügelelementen leitfähiges Material umfasst.
Modulares Aktuatorsystem (1, 1', 1'') nach den Ansprüchen 1 bis 8, wobei zumindest einer der SMA-Drähte (8, 8'–8''') ein dualer SMA-Draht (8, 8') ist, der zumindest einen einzigen SMA-Draht (8) oder zwei getrennte SMA-Drähte (8, 8') umfasst, und das Aktuatorsystem (1, 1', 1'') umfasst: zumindest einen beweglich aufgehängten Zylinder (4, 4'), der an zumindest einem Befestigungspunkt (3, 3') eines Flügelelements (2, 2'–2''''') der ersten und/oder der zweiten Art von Flügelelementen befestigt ist, wobei der zumindest eine beweglich aufgehängte Zylinder (4, 4') zumindest zwei Durchgangslöcher für jeweils einen der zwei getrennten SMA-Drähte (8, 8') umfasst.
Modulares Aktuatorsystem (1, 1', 1'') nach Anspruch 10, wobei (i) zum Schaffen des dualen SMA-Drahts (8, 8') der einzige SMA-Draht (8) durch die Durchgangslöcher geführt wird oder (ii) die zumindest zwei getrennten SMA-Drähte (8, 8') jeweils getrennt durch ein Durchgangsloch geführt werden, wobei die Enden mit einem Anschlag, vorzugsweise einem Crimpkontakt, zum Befestigen der zumindest zwei getrennten SMA-Drähte (8, 8') versehen sind, oder wobei die Enden mit Federn, vorzugsweise mittels zumindest einer Druckfeder, in den Durchgangslöchern angebracht sind.
Modulares Aktuatorsystem (1, 1', 1'') nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend zumindest ein elastisches Element (12), vorzugsweise eine Feder, zum Überführen des modularen Aktuatorsystems (1, 1', 1'') in eine Anfangsposition.
Modulares Aktuatorsystem (1, 1', 1'') nach Anspruch 12, wobei das elastische Element (12) dazu ausgestaltet ist, zumindest ein drehbar angebrachtes Flügelelement (2, 2'–2''''') der ersten und/oder der zweiten Art von Flügelelementen vorzuspannen, und/oder wobei das elastische Element (12) dazu ausgestaltet ist, den ersten SMA-Draht (8) vorzuspannen, und/oder wobei das elastische Element (12) dazu ausgestaltet ist, einen linearen Abtrieb vorzuspannen.
Modulares Aktuatorsystem (1, 1', 1'') nach Anspruch 12 oder 13, wobei das zumindest eine elastische Element (12) dazu ausgestaltet ist, eine Vorspannkraft auszuüben, nachdem das System (1, 1', 1'') eine Endposition erreicht hat, wobei das System (1, 1', 1'') vorzugsweise ein Anschlagelement (13) zum Bestimmen der Endposition umfasst.
Rückblickanzeigevorrichtung für ein Fahrzeug, vorzugsweise für ein Kraftfahrzeug, die zumindest ein modulares Aktuatorsystem (1, 1', 1'') nach einem der Ansprüche 1 bis 14 umfasst.
Rückblickanzeigevorrichtung nach Anspruch 15, die weiterhin zumindest ein Spiegelelement und/oder zumindest eine Kamera umfasst.
Verfahren zum Bedienen eines modularen Aktuatorsystems (1, 1', 1''), das folgende Schritte umfasst: Drehen eines ersten Flügelelements (2) einer ersten Art von Flügelelementen, das derart angeordnet ist, um zumindest zwei Formgedächtnislegierungs(SMA)-Drähte (2, 2') zu halten und um an einer Welle angebracht zu sein, auf einem ersten horizontalen Niveau (11a) um ein erstes Wellenelement (5) herum, wobei das erste Flügelelement (2) einen ersten Endabschnitt eines ersten SMA-Drahts (2) und einen zweiten Endabschnitt eines zweiten SMA-Drahts (2') hält, wobei vorzugsweise der zweite Endabschnitt des ersten SMA-Drahts (2) bezogen auf das erste Wellenelement (5) an einer festen Position gehalten wird; Drehen eines zweiten Flügelelements (2') der ersten Art von Flügelelementen oder einer zweiten Art von Flügelelementen, das derart angeordnet ist, um zumindest einen SMA-Draht (8'') zu halten und um an einer Welle angebracht zu sein, auf einem zweiten horizontalen Niveau (11b) um das erste Wellenelement (5) herum, wobei das zweite Flügelelement (2') auf einem zweiten horizontalen Niveau (11b) an dem ersten Wellenelement (5) angebracht ist und einen ersten Endabschnitt eines dritten SMA-Drahts (8'') hält; Drehen des zweiten Wellenelements (5') und eines dritten Flügelelements (2'') der zweiten Art von Flügelelementen oder der ersten von Flügelelementen, wobei das dritte Flügelelement (2'') nichtdrehbar an dem zweiten Wellenelement (5') angebracht ist, wobei das dritte Flügelelement (2'') einen zweiten Endabschnitt des zweiten SMA-Drahts (8') hält; und Drehen des zweiten Wellenelements (5') und eines vierten Flügelelements (2''') der ersten Art oder zweiten Art von Flügelelementen, wobei das vierte Flügelelement (2''') auf dem zweiten horizontalen Niveau (11b) nichtdrehbar an dem zweiten Wellenelement (5') angebracht ist und einen zweiten Endabschnitt des dritten SMA-Drahts (8'') hält.