DE102017105531A1

DE102017105531A1 - Aktorvorrichtung und Verfahren zum Betrieb einer Aktorvorrichtung

Info

Publication number: DE102017105531A1
Application number: DE102017105531.2A
Authority: DE
Inventors: René Schnetzler; Thomas Schiepp; Harald Eckhardt
Original assignee: ETO Magnetic GmbH
Current assignee: ETO Magnetic GmbH
Priority date: 2017-03-15
Filing date: 2017-03-15
Publication date: 2018-09-20
Also published as: US20200303622A1; US11569436B2; WO2018167242A2; EP3596759A2; WO2018167242A3

Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Aktorvorrichtung mit zumindest einem Aktorelement (10a; 10b; 10d; 10e; 10f), welches zumindest teilweise aus einem magnetisch formveränderlichen Material besteht und welches zumindest dazu vorgesehen ist, mittels einer Kontraktion eine Bewegung zumindest eines Betätigungselements (12a; 12e; 12f) in wenigstens eine Bewegungsrichtung (14a) zu bewirken, und mit einer magnetischen Kontraktionseinheit (18a; 18b; 18c; 18g), welche dazu vorgesehen ist, zu einer Kontraktion des Aktorelements (10a; 10b; 10d; 10e; 10f) ein auf das Aktorelement (10a; 10b; 10d; 10e; 10f) einwirkendes Magnetfeld bereitzustellen.Es wird vorgeschlagen, dass Feldlinien (20a) des Magnetfelds im Bereich des Aktorelements (10a; 10b; 10d; 10e; 10f) zumindest im Wesentlichen parallel zur Bewegungsrichtung (14a) ausgerichtet sind.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Aktorvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und von einem Verfahren zum Betrieb einer Aktorvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 20.
Aus der DE 10 2005 038 891 A1 ist eine Aktoreinrichtung, insbesondere für eine Einspritzvorrichtung der Automobiltechnik, bekannt, welche ein Aktorelement aus einem magnetisch veränderlichen Material sowie eine Magneteinheit zur Beeinflussung des Aktorelements aufweist. In diesem Fall ist das Aktorelement jedoch aus einem Material ausgebildet, bei welchem ein parallel zur Bewegungsrichtung eines Betätigungselements ausgerichtetes Magnetfeld zu einer Dehnung des Aktorelements führt, während ein senkrecht zur Bewegungsrichtung ausgerichtetes Magnetfeld zu einer Kontraktion des Aktorelements führt. Eine derartige Ausgestaltung benötigt jedoch relativ hohe magnetische Schaltfelder und begrenzt eine maximale mittels des Aktorelements erreichbare Hubbewegung.
Die Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere darin, eine gattungsgemäße Vorrichtung mit verbesserten Eigenschaften hinsichtlich einer Effizienz bereitzustellen. Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 und 20 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.
Vorteile der Erfindung
Die Erfindung geht aus von einer Aktorvorrichtung mit zumindest einem Aktorelement, welches zumindest teilweise, vorzugsweise zu wenigstens einem Großteil und besonders bevorzugt vollständig, aus einem magnetisch formveränderlichen Material besteht, und welches zumindest dazu vorgesehen ist, mittels einer Kontraktion eine Bewegung zumindest eines, vorteilhaft genau eines, Betätigungselements in wenigstens eine Bewegungsrichtung zu bewirken, und mit einer magnetischen Kontraktionseinheit, welche dazu vorgesehen ist, zu einer, vorteilhaft wiederholten und magnetisch bewirkten, Kontraktion des Aktorelements ein auf das Aktorelement, insbesondere unmittelbar, einwirkendes Magnetfeld bereitzustellen.
Es wird vorgeschlagen, dass Feldlinien des Magnetfelds, welches insbesondere eine Kontraktion des Aktorelements bewirkt, im Bereich des Aktorelements zumindest im Wesentlichen parallel zur Bewegungsrichtung ausgerichtet sind. Durch diese Ausgestaltung kann eine Aktorvorrichtung mit verbesserten Eigenschaften hinsichtlich einer Effizienz, insbesondere einer Energieeffizienz, einer Leistungseffizienz, einer Bauraumeffizienz, einer Schalteffizienz und/oder einer Kosteneffizienz, bereitgestellt werden. Insbesondere kann dabei ein besonders geringes magnetisches Schaltfeld und gleichzeitig ein vorteilhaft großer Hub erreicht werden. Zudem kann vorteilhaft eine Schaltgeschwindigkeit erhöht werden. Ferner kann eine besonders kompakte Aktorvorrichtung bereitgestellt werden.
Unter einer „Aktorvorrichtung“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere zumindest ein Teil, insbesondere eine Unterbaugruppe, eines Aktors verstanden werden. Vorteilhaft ist die Aktorvorrichtung und/oder der Aktor zumindest zu einer Verwendung in einem Ventil, insbesondere einem Pneumatikventil und bevorzugt einem Inlineventil, und/oder einem Ventilsystem mit einem Ventilblock und mehreren in dem Ventilblock angeordneten Ventilen, insbesondere Pneumatikventilen und bevorzugt Inlineventilen, beispielsweise zur Verwendung in Sortieranlagen, insbesondere Saatgutsortieranlagen und/oder Reissortieranlagen, vorgesehen. Alternativ oder zusätzlich kann die Aktorvorrichtung und/oder der Aktor auch zu einer Verwendung in einer Fluidpumpe und/oder einem, insbesondere schnellschaltenden Schalter, wie beispielsweise einem Schutzschalter und/oder einem Umschalter, vorgesehen sein. Insbesondere kann die Aktorvorrichtung dabei auch das Betätigungselement, wie beispielsweise einen Stellkörper, einen Verschlusskörper, eine Ventilnadel und/oder einen Ventilstößel, und/oder ein, vorteilhaft als Außengehäuse ausgebildetes, Aktorgehäuse, insbesondere zumindest zur Aufnahme des Aktorelements, der Kontraktionseinheit und/oder des Betätigungselements, umfassen. Unter „vorgesehen“ soll insbesondere speziell ausgelegt und/oder ausgestattet verstanden werden. Darunter, dass ein Objekt zu einer bestimmten Funktion vorgesehen ist, soll insbesondere verstanden werden, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem Anwendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt. Unter dem Ausdruck „zu wenigstens einem Großteil“ sollen dabei insbesondere zumindest 55 %, vorteilhaft zumindest 65 %, vorzugsweise zumindest 75 %, besonders bevorzugt zumindest 85 % und besonders vorteilhaft zumindest 95 % verstanden werden.
Ferner soll unter einem „Aktorelement“ insbesondere ein, insbesondere mit dem Betätigungselement in Wirkverbindung stehendes, Element verstanden werden, das insbesondere dazu vorgesehen ist, einen externen Stimulus, wie beispielsweise ein elektrisches Signal, ein thermisches Signal, ein mechanisches Signal und/oder vorteilhaft zumindest ein magnetisches Signal, in eine Bewegung umzusetzen. Insbesondere ist das Aktorelement zumindest teilweise formveränderlich ausgebildet und insbesondere dazu vorgesehen, abhängig von dem externen Stimulus eine Form zu verändern. Vorzugsweise ist dabei ein Volumen des Aktorelements konstant. Im vorliegenden Fall ist das Aktorelement zumindest dazu vorgesehen, ein magnetisches Signal der Kontraktionseinheit in eine Kontraktionsbewegung umzusetzen und hierdurch insbesondere eine Bewegung des Betätigungselements in die Bewegungsrichtung zu bewirken, bevorzugt derart, dass sich das Betätigungselement in eine Öffnungsstellung bewegt. Darüber hinaus ist das Aktorelement vorteilhaft länglich ausgebildet und definiert dabei insbesondere eine Längserstreckungsrichtung. Vorzugsweise ist das Aktorelement dabei zu einer Kontraktion in die Längserstreckungsrichtung des Aktorelements vorgesehen. Bevorzugt ist die Längserstreckungsrichtung des Aktorelements zumindest im Wesentlichen parallel zur Bewegungsrichtung. Besonders vorteilhaft ist das Aktorelement dazu vorgesehen ist, mittels einer Kontraktion in die Längserstreckungsrichtung des Aktorelements eine Bewegung des Betätigungselements in die Bewegungsrichtung zu bewirken. Vorteilhaft kontaktiert das Aktorelement, insbesondere ein axiales Ende und/oder eine Stirnseite des Aktorelements, dazu das Betätigungselement mittelbar und/oder vorzugsweise unmittelbar. Ferner ist das Aktorelement besonders vorteilhaft einstückig ausgebildet. Unter einem „länglich ausgebildeten Objekt“ soll insbesondere ein Objekt verstanden werden, wobei ein kleinster, das Objekt gerade noch umschließender, insbesondere gedachter, Quader zumindest eine, insbesondere längste, Kante und/oder Seite aufweist, welche um zumindest 10 %, vorteilhaft um zumindest 25 % und besonders bevorzugt um zumindest 50 % größer als wenigstens eine andere, insbesondere zweitlängste, Kante und/oder Seite des Quaders ist. Unter einer „Längserstreckungsrichtung“ eines, insbesondere länglichen, Objekts soll insbesondere eine Richtung einer maximalen Erstreckung des Objekts verstanden werden. Ferner soll unter „zumindest im Wesentlichen parallel“ insbesondere eine Ausrichtung einer Richtung relativ zu einer Bezugsrichtung, insbesondere in einer Ebene, verstanden werden, wobei die Richtung gegenüber der Bezugsrichtung eine Abweichung insbesondere kleiner als 8°, vorteilhaft kleiner als 5° und besonders vorteilhaft kleiner als 2° aufweist. Unter „einstückig“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere zumindest stoffschlüssig verbunden und/oder miteinander ausgebildet verstanden werden. Der Stoffschluss kann beispielsweise durch einen Klebeprozess, einen Anspritzprozess, einen Schweißprozess, einen Lötprozess und/oder einen anderen Prozess hergestellt werden. Vorteilhaft soll unter einstückig jedoch aus einem Stück und/oder in einem Stück geformt verstanden werden. Des Weiteren soll unter einem „magnetisch formveränderlichen Material“ insbesondere ein Material verstanden werden, welches mittels eines, insbesondere äußeren, Magnetfelds beeinflussbar ist und vorteilhaft in zumindest einem Betriebszustand dazu vorgesehen ist, zumindest abhängig von dem Magnetfeld eine Materialeigenschaft und/oder eine Form zu verändern.
Ferner soll unter einer „Kontraktionseinheit“ insbesondere eine, vorteilhaft das Aktorelement zumindest teilweise und vorzugsweise zu wenigstens einem Großteil umgreifende, magnetische Einheit, vorteilhaft Spuleneinheit, insbesondere mit zumindest einem Magnetelement, verstanden werden, welche dazu vorgesehen ist, in zumindest einem Betriebszustand ein, insbesondere auf das Aktorelement einwirkendes, Magnetfeld bereitzustellen und/oder zu erzeugen und hierdurch insbesondere eine Verformung, insbesondere zumindest eine Kontraktion, des Aktorelements zu beeinflussen und/oder zu bewirken. Darunter, dass ein Objekt ein weiteres Objekt „beeinflusst“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass das weitere Objekt bei einer Abwesenheit und/oder Inaktivität des Objekts einen anderen Zustand, eine andere Form und/oder eine andere Lage aufweist und/oder annimmt als bei einer Anwesenheit und/oder Aktivität des Objekts. Vorzugsweise ist die Kontraktionseinheit dazu vorgesehen, eine Kontraktion des Aktorelements in die Längserstreckungsrichtung des Aktorelements zu bewirken. Vorteilhaft ist die Kontraktionseinheit dazu vorgesehen, zu einer Kontraktion des Aktorelements in die Längserstreckungsrichtung des Aktorelements ein auf das Aktorelement einwirkendes Magnetfeld bereitzustellen, dessen Feldlinien zumindest im Wesentlichen parallel zur Längserstreckungsrichtung des Aktorelements ausgerichtet sind. Besonders bevorzugt ist die Kontraktionseinheit dazu vorgesehen, insbesondere mittels des Magnetfelds, in zumindest einem Anwendungszustand eine Kontraktion des Aktorelements zu bewirken und hierdurch eine Bewegung des Betätigungselements in die Bewegungsrichtung, bevorzugt die Öffnungsstellung, zu erzeugen. Darüber hinaus ist die Kontraktionseinheit vorteilhaft zu wenigstens einem Großteil in einem Nahbereich des Aktorelements angeordnet. Unter einem „Nahbereich“ soll insbesondere ein räumlicher Bereich verstanden werden, welcher aus Punkten gebildet ist, die weniger als ein Drittel, vorzugsweise weniger als ein Viertel, bevorzugt weniger als ein Sechstel und besonders bevorzugt weniger als ein Zehntel einer minimalen Längserstreckung des Aktorelements von einem Referenzpunkt und/oder einem Referenzbauteil, insbesondere dem Aktorelement, entfernt sind und/oder die jeweils einen Abstand von höchstens 20 mm, vorzugsweise von höchstens 10 mm und besonders bevorzugt von höchstens 5 mm von einem Referenzpunkt und/oder einem Referenzbauteil, insbesondere dem Aktorelement, aufweisen. Ferner soll unter einer „Spuleneinheit“ insbesondere eine Einheit mit zumindest einer Spule und/oder einer Verschaltung mehrerer Spulen verstanden werden. Darüber hinaus soll unter „einem Bereich eines Objekts“ insbesondere ein Volumen eines kleinsten gedachten Quaders verstanden werden, welcher das Objekt gerade noch vollständig umschließt.
Vorzugsweise ist das Aktorelement zumindest dazu vorgesehen, eine Zugkraft auf das Betätigungselement zu übertragen, wodurch insbesondere eine vorteilhafte Schaltwirkung erreicht werden kann. Insbesondere ist das Aktorelement dabei zumindest dazu vorgesehen, mittels einer Kontraktion eine Zugbewegung des Betätigungselements in die Bewegungsrichtung zu bewirken. Insbesondere ist das Aktorelement, vorteilhaft ein dem Betätigungselement zugewandtes erstes axiales Ende und/oder eine dem Betätigungselement zugewandte erste Stirnseite des Aktorelements, dazu mit dem Betätigungselement verbunden, insbesondere mittelbar und/oder unmittelbar und vorzugsweise bewegungsfest. Zudem ist das Aktorelement, vorteilhaft ein dem Betätigungselement gegenüberliegendes zweites axiales Ende und/oder eine dem Betätigungselement gegenüberliegende zweite Stirnseite des Aktorelements, unbeweglich und/oder fest angeordnet, insbesondere relativ zu dem Aktorgehäuse, und vorteilhaft an dem Aktorgehäuse fixiert. Unter dem Ausdruck „bewegungsfest“ soll dabei insbesondere verstanden werden, dass eine Bewegung des Aktorelements zu einer gleichzeitigen und vorteilhaft gleichförmigen Bewegung des Betätigungselements führt. Alternativ oder zusätzlich könnte das Aktorelement jedoch auch dazu vorgesehen sein, eine Druckkraft auf das Betätigungselement zu übertragen.
Das magnetisch formveränderliche Material könnte beispielsweise einem magnetostriktiven Material entsprechen. Vorteilhaft ist das magnetisch formveränderliche Material jedoch ein magnetisch wirksames und/oder aktives Formgedächtnismaterial, insbesondere ein magnetisches Formgedächtnismaterial, und besonders bevorzugt eine magnetische Formgedächtnislegierung (auch bekannt als MSM-Material = Magnetic Shape Memory). Bevorzugt enthält das magnetisch formveränderliche Material dabei Nickel, Mangan und Gallium. Hierdurch kann insbesondere eine besonders einfache Verformung mit einer vorteilhaft großen Bewegungsstrecke realisiert werden.
Ferner wird vorgeschlagen, dass das magnetisch formveränderliche Material einkristallin ausgebildet ist. Hierdurch kann insbesondere eine mechanische Belastbarkeit des Materials erhöht und/oder eine vorteilhaft große Hubwirkung erreicht werden.
Ein besonders geringes magnetisches Schaltfeld und/oder ein vorteilhaft großer Hub kann insbesondere erreicht werden, wenn das magnetisch formveränderliche Material eine tetragonale Kristallstruktur mit den Gitterkonstanten a, b = a und c aufweist, wobei c/a < 1 gilt, und das magnetisch formveränderliche Material eine magnetische Anisotropie aufweist, wobei die magnetische Permeabilität in Richtung der c-Achse höher ist als entlang der a-Achse und der b-Achse. Insbesondere ist das magnetisch formveränderliche Material dabei entlang der, insbesondere kurzen, c-Achse leichter magnetisierbar. Zudem dreht sich in diesem Fall insbesondere die c-Achse bei Anlegen eines Magnetfelds in Richtung der Feldlinien des Magnetfelds, was insbesondere bei dem durch die Kontraktionseinheit bewirkten Magnetfeld zu einer Kontraktion und/oder Verkürzung des Aktorelements führt.
Vorzugsweise bewirkt das Magnetfeld, insbesondere der Kontraktionseinheit, eine Längenänderung des Aktorelement in der Bewegungsrichtung von mindestens 2 %, vorzugsweise von mindestens 5 % und besonders bevorzugt von mindestens 7 %, wodurch ein besonders vorteilhaftes Schaltverhalten mit klar definierten Betriebsstellungen erreicht werden kann. Insbesondere kann eine Längserstreckung des Aktorelements zwischen einer Grundform und einer, insbesondere kleinstmöglichen, Kontraktionsform in diesem Fall um zumindest 3 %, vorzugsweise um zumindest 5 % und besonders bevorzugt um zumindest 7 % variieren.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass das Aktorelement starr mit dem Betätigungselement verbunden ist, insbesondere stoffschlüssig, bevorzugt mittels einer Schweißverbindung und/oder einer Klebeverbindung, oder kraft- und/oder formschlüssig, bevorzugt mittels einer Klemmverbindung. Hierdurch kann insbesondere eine vorteilhafte Verbindung zwischen dem Aktorelement und dem Betätigungselement geschaffen werden.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Kontraktionseinheit zur Bereitstellung des Magnetfelds wenigstens ein, vorteilhaft genau ein, als Luftspule ausgebildetes Magnetelement umfasst. Vorzugsweise umgreift das Magnetelement das Aktorelement dabei zumindest teilweise und vorzugsweise zu wenigstens einem Großteil. Insbesondere kann die Kontraktionseinheit dabei auch als Luftspule ausgebildet sein. In diesem Zusammenhang soll unter einer „Luftspule“ insbesondere ein induktives Bauteil, insbesondere eine Spule, verstanden werden, welche frei von einem magnetischen Kern ist. Hierdurch kann insbesondere eine Induktivität der Kontraktionseinheit reduziert werden, wodurch insbesondere eine besonders schnellschaltende Aktorvorrichtung bereitgestellt werden kann.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Kontraktionseinheit zur Bereitstellung des Magnetfelds wenigstens ein, vorteilhaft genau ein, als Bandspule ausgebildetes Magnetelement umfasst. Vorzugsweise umgreift das Magnetelement das Aktorelement dabei zumindest teilweise und vorzugsweise zu wenigstens einem Großteil. Insbesondere kann die Kontraktionseinheit dabei auch als Bandspule ausgebildet sein. In diesem Zusammenhang soll unter einer „Bandspule“ insbesondere ein induktives Bauteil, insbesondere eine Spule, verstanden werden, welche insbesondere aus zumindest einem elektrischen Leiter, vorzugsweise mit einem länglich ausgebildeten und insbesondere rechteckigen Querschnitt, besteht und insbesondere zumindest eine Windung und vorteilhaft eine Mehrzahl von Windungen aufweist. Besonders bevorzugt besteht die Bandspule dabei zu wenigstens einem Großteil aus einem gewickelten Blech und/oder mehreren gewickelten Blechen. Hierdurch kann insbesondere ein vorteilhaft gleichförmiges Magnetfeld bereitgestellt werden.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Kontraktionseinheit zur Bereitstellung des Magnetfelds wenigstens ein, vorteilhaft genau ein, aus gestapelten und vorzugsweise gefügten Spannscheiben bestehendes Magnetelement umfasst. Die Spannscheiben können dabei vorteilhaft geschlitzt ausgebildet und besonders vorteilhaft einstückig miteinander verbunden sein. Vorzugsweise umgreift das Magnetelement das Aktorelement dabei zumindest teilweise und vorzugsweise zu wenigstens einem Großteil. Insbesondere kann die Kontraktionseinheit dabei auch aus gestapelten und vorzugsweise gefügten Spannscheiben ausgebildet sein. Hierdurch kann insbesondere ein Magnetelement mit vorteilhaft federnden und/oder rückstellenden Eigenschaften bereitgestellt werden.
Alternativ oder zusätzlich wird vorgeschlagen, dass die Kontraktionseinheit zur Bereitstellung des Magnetfelds wenigstens ein, vorteilhaft genau ein, als Spiralspule ausgebildetes Magnetelement und/oder wenigstens ein, vorteilhaft genau ein, als Permanentmagnet ausgebildetes Magnetelement umfasst, welches insbesondere beweglich relativ zu dem Aktorelement gelagert sein kann. Hierdurch kann insbesondere eine vorteilhafte Flexibilität erreicht werden. Zudem kann insbesondere ein vorhandener und/oder benötigter Bauraum optimal ausgenutzt werden.
Weist die Kontraktionseinheit eine Induktivität von höchstens 10 mH, vorzugsweise von höchstens 100 µH und besonders bevorzugt von höchstens 100 nH, auf, kann insbesondere eine Schaltzeit der Aktorvorrichtung vorteilhaft reduziert werden.
Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass die Kontraktionseinheit, zumindest einen Flusskonzentrator aufweist, welcher dazu vorgesehen ist, das auf das Aktorelement einwirkende Magnetfeld, insbesondere der Kontraktionseinheit, zu erhöhen. Hierdurch kann insbesondere ein auf das Aktorelement einwirkendes Magnetfeld erhöht werden, wodurch vorteilhaft eine Induktivität und/oder Impedanz der Kontraktionseinheit reduziert werden kann.
Vorteilhaft ist der Flusskonzentrator in einem axialen Endbereich des Aktorelements, insbesondere einem Nahbereich eines axialen Endes des Aktorelements, angeordnet, wodurch insbesondere eine Wirkweise des Flusskonzentrators optimiert werden kann. Vorteilhaft ist der Flusskonzentrator dabei in einem Nahbereich des ersten axialen Endes des Aktorelements und/oder der ersten Stirnseite des Aktorelements und besonders bevorzugt zumindest teilweise zwischen dem Aktorelement und dem Betätigungselement angeordnet. Besonders vorteilhaft kann die Kontraktionseinheit auch zumindest zwei, insbesondere separate, Flusskonzentratoren aufweisen, welche vorteilhaft in gegenüberliegenden axialen Endbereichen des Aktorelements angeordnet sind.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Aktorvorrichtung eine Dehnungseinheit aufweist, welche zu einer, insbesondere mittelbaren und/oder unmittelbaren und bevorzugt wiederholten, Dehnung des Aktorelements, insbesondere in eine einer Kontraktionsbewegung des Aktorelements entgegengesetzte Richtung und vorzugsweise in Längserstreckungsrichtung des Aktorelements, vorgesehen ist. Unter einer „Dehnungseinheit“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine, vorteilhaft das Aktorelement zumindest teilweise und vorzugsweise zu wenigstens einem Großteil umgreifende, mechanische und/oder magnetische Einheit, insbesondere mit zumindest einem Dehnungselement, verstanden werden, welche dazu vorgesehen ist, in zumindest einem Betriebszustand eine Verformung, insbesondere zumindest eine Dehnung, des Aktorelements zu beeinflussen und/oder zu bewirken. Insbesondere ist die Dehnungseinheit zu einer Vorspannung und/oder Rückstellung des Aktorelements vorgesehen. Vorzugsweise ist die Dehnungseinheit dazu vorgesehen, eine Dehnung des Aktorelements in die Längserstreckungsrichtung des Aktorelements zu bewirken. Besonders bevorzugt ist die Dehnungseinheit dazu vorgesehen, in zumindest einem Anwendungszustand eine Dehnung des Aktorelements und/oder eine Bewegung des Betätigungselements in eine der Bewegungsrichtung entgegengerichtete weitere Bewegungsrichtung, bevorzugt eine Schließstellung, zu bewirken. Vorteilhaft ist die Dehnungseinheit und/oder das Aktorelement dabei zumindest dazu vorgesehen, eine Druckkraft auf das Betätigungselement zu übertragen, bevorzugt derart, dass sich das Betätigungselement in die weitere Bewegungsrichtung bewegt und/oder in der Schließstellung gehalten ist. Insbesondere ist eine von der Dehnungseinheit auf das Aktorelement und/oder das Betätigungselement ausgeübte Kraft geringer als eine von der Kontraktionseinheit auf das Aktorelement ausgeübte Kraft, sodass eine Betätigung und/oder eine Aktivität der Kontraktionseinheit zu einer Bewegung des Betätigungselements in die Bewegungsrichtung führt. Zudem ist die Dehnungseinheit vorteilhaft zu wenigstens einem Großteil in einem Nahbereich des Aktorelements angeordnet. Darüber hinaus kann die Dehnungseinheit bevorzugt zumindest teilweise einstückig mit der Kontraktionseinheit ausgebildet sein. Darunter, dass ein Objekt mit einem weiteren Objekt „zumindest teilweise einstückig ausgebildet“ ist soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass die Objekte zumindest ein gemeinsames Bauteil aufweisen und/oder zumindest ein Bauteil des Objekts und/oder das Objekt einstückig mit zumindest einem Bauteil des weiteren Objekts und/oder dem weiteren Objekt verbunden und/oder ausgebildet ist. Bevorzugt sind jedoch sämtliche Bauteile des Objekts einstückig mit zumindest einem Bauteil des weiteren Objekts ausgebildet. Hierdurch kann insbesondere eine wiederholt und/oder wiederhohlbar schaltende Aktorvorrichtung bereitgestellt werden.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Dehnungseinheit wenigstens ein, vorteilhaft genau ein, als elastisches Element ausgebildetes Dehnungselement, insbesondere ein Federelement und vorzugsweise eine Druckfeder und/oder eine Spiralfeder, umfasst, welches insbesondere eine Wirkverbindung mit dem Betätigungselement aufweist. Das Dehnungselement könnte dabei beispielsweise mit dem Aktorelement verbunden sein und insbesondere eine direkte Dehnung des Aktorelements bewirken. Besonders bevorzugt ist die Dehnungseinheit in diesem Fall jedoch dazu vorgesehen, in zumindest einem Anwendungszustand eine Bewegung des Betätigungselements in die weitere Bewegungsrichtung, bevorzugt die Schließstellung, zu bewirken und hierdurch eine Dehnung des, insbesondere mit dem Betätigungselement bewegungsfest verbundenen, Aktorelements zu bewirken. Vorteilhaft kontaktiert das Dehnungselement das Betätigungselement dazu unmittelbar und bewirkt insbesondere eine Bewegung des Betätigungselements in die weitere Bewegungsrichtung, insbesondere die Schließstellung. Hierdurch kann insbesondere eine besonders schnellschaltende Aktorvorrichtung bereitgestellt werden. Zudem kann im Fall einer einstückigen Ausbildung der Kontraktionseinheit mit der Dehnungseinheit eine nahezu bauraumneutrale Aktorvorrichtung erreicht werden.
Alternativ oder zusätzlich wird vorgeschlagen, dass die Dehnungseinheit wenigstens ein, vorteilhaft genau ein, als Permanentmagnet ausgebildetes Dehnungselement umfasst, welches insbesondere eine Wirkverbindung mit dem Aktorelement aufweist. Insbesondere ist das Dehnungselement in diesem Fall dazu vorgesehen, zu einer Dehnung des Aktorelements ein auf das Aktorelement einwirkendes weiteres Magnetfeld bereitzustellen, dessen Feldlinien zumindest im Wesentlichen senkrecht zur Bewegungsrichtung des Betätigungselements und/oder zur Längserstreckungsrichtung des Aktorelements ausgerichtet sind. Besonders bevorzugt ist die Dehnungseinheit in diesem Fall dazu vorgesehen, in zumindest einem Anwendungszustand, mittels des weiteren Magnetfelds, eine Dehnung des Aktorelements zu bewirken und hierdurch eine Bewegung des Betätigungselements in die weitere Bewegungsrichtung, bevorzugt die Schließstellung, zu erzeugen. In diesem Fall ist das Aktorelement somit zumindest dazu vorgesehen, ein magnetisches Signal der Dehnungseinheit in eine Dehnungsbewegung umzusetzen und hierdurch insbesondere eine Bewegung des Betätigungselements in die weitere Bewegungsrichtung zu bewirken, vorzugsweise derart, dass sich das Betätigungselement in die Schließstellung bewegt. In diesem Zusammenhang soll der Ausdruck „zumindest im Wesentlichen senkrecht“ insbesondere eine Ausrichtung einer Richtung relativ zu einer Bezugsrichtung definieren, wobei die Richtung und die Bezugsrichtung, insbesondere in einer Ebene betrachtet, einen Winkel insbesondere zwischen 82° und 98°, vorteilhaft zwischen 85° und 95° und besonders bevorzugt zwischen 88° und 92° einschließen. Hierdurch kann insbesondere eine vorteilhaft robuste Aktorvorrichtung bereitgestellt werden, wobei eine Standzeit und/oder eine Dauerfestigkeit vorteilhaft erhöht werden können.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Aktorvorrichtung eine Detektionseinheit aufweist, welche dazu vorgesehen ist, wenigstens eine mit der Bewegung des Betätigungselements korrelierte Betätigungskenngröße zu detektieren, wodurch insbesondere eine vorteilhafte Detektion und/oder Erfassung eines Schaltvorgangs erreicht werden kann. Die Detektionseinheit könnte zur Detektion der Betätigungskenngröße beispielsweise zumindest einen als Kamera, insbesondere CCD-Kamera, ausgebildeten Sensor, zumindest einen als Beschleunigungssensor ausgebildeten Sensor und/oder zumindest einen als Magnetfeldsensor ausgebildeten Sensor, wie beispielsweise einen auf dem anisotropen magnetoresistiven Effekt basierenden Sensor, insbesondere einen AMR-Sensor, einen auf dem Riesenmagnetowiderstandseffekt basierenden Sensor, insbesondere einen GMR-Sensor, und/oder einen Hallsensor, aufweisen. Eine vorteilhaft kostengünstige und/oder bauraumoptimierte Detektion kann jedoch insbesondere erreicht werden, wenn die Detektionseinheit zur Detektion der Betätigungskenngröße zumindest einen als Sensorspule ausgebildeten Sensor aufweist. Unter einer „Betätigungskenngröße“ soll insbesondere eine Kenngröße verstanden werden, welche insbesondere mit der Bewegung des Betätigungselements und vorteilhaft einer Verformung des Aktorelements korreliert ist. Vorzugsweise kann die Detektionseinheit und/oder eine weitere Einheit, vorteilhaft der Aktorvorrichtung, wenigstens anhand der Betätigungskenngröße auf eine Bewegung des Betätigungselements schließen und/oder eine Bewegung des Betätigungselements ermitteln. Vorteilhaft ist die Detektionseinheit dabei dazu vorgesehen, eine Verformung des Aktorelements, insbesondere direkt und/oder indirekt, zu erfassen. Die Betätigungskenngröße könnte beispielsweise einer Lage, insbesondere, einer relativen und/oder einer absoluten Position, des Betätigungselements entsprechen. Vorzugsweise wird jedoch vorgeschlagen, dass die Betätigungskenngröße eine aufgrund einer Verformung des Aktorelements bewirkte Induktionsspannung und/oder ein aufgrund einer Verformung des Aktorelements bewirkter Induktionsstrom ist, wodurch insbesondere eine vorteilhaft einfache und/oder kostengünstige Detektionseinheit bereitgestellt werden kann.
Ferner betrifft die Erfindung ein Ventilsystem mit einem Ventilblock und mehreren in dem Ventilblock, insbesondere in Ausnehmungen des Ventilblocks, angeordneten und vorteilhaft parallel zueinander ausgerichteten Ventilen, insbesondere Pneumatikventilen und vorzugsweise Inlineventilen, welche jeweils zumindest einen Aktor mit der zuvor genannten Aktorvorrichtung aufweisen, wobei die Ventile, insbesondere benachbarte Ventile, einen minimalen Abstand, insbesondere ein Rastermaß, von höchstens 10 mm, vorzugsweise von höchstens 8,5 mm und besonders bevorzugt von höchstens 7 mm, aufweisen. Hierdurch kann insbesondere eine Effizienz, insbesondere eine Energieeffizienz, eine Leistungseffizienz, eine Bauraumeffizienz, eine Schalteffizienz und/oder eine Kosteneffizienz, verbessert werden. Insbesondere kann dabei ein besonders geringes magnetisches Schaltfeld und gleichzeitig ein vorteilhaft großer Hub erreicht werden. Zudem kann vorteilhaft eine Schaltgeschwindigkeit erhöht werden. Ferner kann ein Ventilsystem mit einem vorteilhaft geringen Rastermaß bereitgestellt werden, wodurch insbesondere ein Einsatz in Sortieranlagen ermöglicht und eine verbesserte Sortierfunktion erreicht werden können.
Zudem geht die Erfindung aus von einem Verfahren zum Betrieb einer Aktorvorrichtung, welche zumindest ein Aktorelement aufweist, welches zumindest teilweise, vorzugsweise zu wenigstens einem Großteil und besonders bevorzugt vollständig, aus einem magnetisch formveränderlichen Material besteht, wobei das Aktorelement mittels eines auf das Aktorelement, insbesondere unmittelbar, einwirkenden Magnetfelds kontrahiert wird und mittels der Kontraktion des Aktorelements eine Bewegung zumindest eines, vorteilhaft genau eines, Betätigungselements in wenigstens eine Bewegungsrichtung bewirkt wird.
Es wird vorgeschlagen, dass Feldlinien des Magnetfelds, welches insbesondere eine Kontraktion des Aktorelements bewirkt, im Bereich des Aktorelements zumindest im Wesentlichen parallel zur Bewegungsrichtung ausgerichtet werden. Hierdurch kann insbesondere eine Effizienz, insbesondere eine Energieeffizienz, eine Leistungseffizienz, eine Bauraumeffizienz, eine Schalteffizienz und/oder eine Kosteneffizienz, verbessert werden. Insbesondere kann dabei ein besonders geringes magnetisches Schaltfeld und gleichzeitig ein vorteilhaft großer Hub erreicht werden. Zudem kann vorteilhaft eine Schaltgeschwindigkeit erhöht werden. Ferner kann eine besonders kompakte Aktorvorrichtung bereitgestellt werden.
Die Aktorvorrichtung und das Verfahren zum Betrieb der Aktorvorrichtung sollen hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere können die Aktorvorrichtung und das Verfahren zum Betrieb der Aktorvorrichtung zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten abweichende Anzahl aufweisen.
Figurenliste
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigen:

1 ein Aktor mit einer Aktorvorrichtung in einer schematischen Seitenansicht,
2 der Aktor mit der Aktorvorrichtung in einem Betriebszustand,
3 ein Aktorelement der Aktorvorrichtung und eine Kontraktionseinheit der Aktorvorrichtung in einer Detaildarstellung,
4 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Aktorvorrichtung mit einem Aktorelement und einer Kontraktionseinheit,
5 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Aktorvorrichtung mit einer Kontraktionseinheit, welche ein aus gestapelten Spannscheiben bestehendes Magnetelement umfasst,
6a-b eine der Spannscheiben des Magnetelements aus 5,
7 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Aktorvorrichtung mit einem Aktorelement und einer Dehnungseinheit,
8 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Aktorvorrichtung mit einem Aktorelement und einer Dehnungseinheit,
9 ein Ventil mit einer weiteren Aktorvorrichtung in einer schematischen Seitenansicht,
10 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Ventils mit einer weiteren Aktorvorrichtung in einer Frontalansicht und
11 ein Ventilsystem mit mehreren Aktorvorrichtungen in einer schematischen Ansicht.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Die 1 und 2 zeigen einen beispielhaften Aktor 40a mit einer Aktorvorrichtung in einer schematischen Ansicht.
Die Aktorvorrichtung umfasst ein Aktorgehäuse 48a. Das Aktorgehäuse 48a ist als Außengehäuse ausgebildet. Das Aktorgehäuse 48a ist im vorliegenden Fall beispielhaft zylinderförmig, insbesondere kreiszylinderförmig, ausgebildet. Das Aktorgehäuse 48a ist zumindest im Wesentlichen geschlossen ausgebildet. Das Aktorgehäuse 48a ist als Aufnahmeeinheit ausgebildet und insbesondere dazu vorgesehen, zumindest einen Großteil der für einen Betrieb des Aktors 40a benötigten Bauteile aufzunehmen und/oder zu lagern.
Im vorliegenden Fall ist das Aktorgehäuse 48a zumindest zweiteilig ausgebildet. Das Aktorgehäuse 48a weist dabei zumindest zwei, insbesondere getrennte und mittels einer Pressverbindung miteinander verbindbare, Gehäuseteile 50a, 52a auf. Ein erstes Gehäuseteil 50a der Gehäuseteile 50a, 52a ist dabei als Grundelement ausgebildet. Das erste Gehäuseteil 50a definiert eine erste Deckseite des, insbesondere zylinderförmigen, Aktorgehäuses 48a zu wenigstens einem Großteil. Ein zweites Gehäuseteil 52a der Gehäuseteile 50a, 52a ist als Abdeckelement ausgebildet. Das zweite Gehäuseteil 52a definiert eine zweite Deckseite und eine Mantelfläche des, insbesondere zylinderförmigen, Aktorgehäuses 48a. Zudem definiert das zweite Gehäuseteil 52a die erste Deckseite des, insbesondere zylinderförmigen, Aktorgehäuses 48a zumindest teilweise. Alternativ ist denkbar, ein Aktorgehäuse quaderförmig und/oder würfelförmig auszubilden. Zudem könnte ein Aktorgehäuse auch einstückig ausgebildet sein. Darüber hinaus ist prinzipiell denkbar, auf ein Aktorgehäuse zu verzichten.
Das Aktorgehäuse 48a weist ferner wenigstens eine Durchtrittsöffnung 54a auf. Die Durchtrittsöffnung 54a ist dabei auf einer dem ersten Gehäuseteil 50a gegenüberliegenden Seite und/oder im Bereich der zweiten Deckseite des, insbesondere zylinderförmigen, Aktorgehäuses 48a angeordnet. Die Durchtrittsöffnung 54a ist in einem zentralen Bereich der zweiten Deckseite des Aktorgehäuses 48a angeordnet.
Darüber hinaus umfasst die Aktorvorrichtung zumindest ein Betätigungselement 12a. Im vorliegenden Fall umfasst die Aktorvorrichtung genau ein Betätigungselement 12a. Das Betätigungselement 12a ist als Stellkörper ausgebildet. Das Betätigungselement 12a ist zumindest teilweise innerhalb des Aktorgehäuses 48a angeordnet. Das Betätigungselement 12a ist zentral innerhalb des Aktorgehäuses 48a angeordnet. Das Betätigungselement 12a ist der Durchtrittsöffnung 54a zugeordnet. Das Betätigungselement 12a ist durch die Durchtrittsöffnung 54a zumindest teilweise aus dem Aktorgehäuse 48a hinausgeführt. Ein aus dem Aktorgehäuse 48a hinausgeführter Abschnitt des Betätigungselements 12a definiert einen Stellabschnitt des Betätigungselements 12a. Das Betätigungselement 12a ist dabei beweglich relativ zu dem Aktorgehäuse 48a gelagert. Das Betätigungselement 12a ist in eine Bewegungsrichtung 14a und in eine der Bewegungsrichtung 14a entgegengesetzte weitere Bewegungsrichtung 16a beweglich. Die Bewegungsrichtung 14a ist dabei geradlinig von der Durchtrittsöffnung 54a in Richtung des ersten Gehäuseteils 50a gerichtet, während die weitere Bewegungsrichtung 16a geradlinig von dem ersten Gehäuseteil 50a in Richtung der Durchtrittsöffnung 54a gerichtet ist. Alternativ könnte eine Aktorvorrichtung jedoch auch eine andere Anzahl an Betätigungselementen aufweisen, wie beispielsweise zumindest zwei Betätigungselemente. Zudem könnte ein Betätigungselement auch als Verschlusskörper, Ventilnadel oder Ventilstößel oder dergleichen ausgebildet sein.
Des Weiteren weist die Aktorvorrichtung zumindest ein Aktorelement 10a auf. Im vorliegenden Fall umfasst die Aktorvorrichtung genau ein Aktorelement 10a. Grundsätzlich könnte eine Aktorvorrichtung jedoch auch eine andere Anzahl an Aktorelementen aufweisen, wie beispielsweise zumindest zwei Aktorelemente und/oder zumindest drei Aktorelemente.
Das Aktorelement 10a ist vollständig innerhalb des Aktorgehäuses 48a angeordnet. Das Aktorelement 10a ist zentral innerhalb des Aktorgehäuses 48a angeordnet. Das Aktorelement 10a ist einstückig ausgebildet. Das Aktorelement 10a ist als Vollkörper ausgebildet. Das Aktorelement 10a ist zumindest im Wesentlichen streifenförmig und/oder quaderförmig ausgebildet. Das Aktorelement 10a ist länglich ausgebildet und weist eine, insbesondere in den 1 und 2 vertikal angeordnete, Längserstreckung auf. Die Längserstreckung des Aktorelements 10a definiert dabei eine Längserstreckungsrichtung des Aktorelements 10a. In einem Betriebszustand ist das Aktorelement 10a derart angeordnet, dass die Längserstreckungsrichtung des Aktorelements 10a parallel zu der Bewegungsrichtung 14a und der weiteren Bewegungsrichtung 16a ausgerichtet ist.
Darüber hinaus ist das Aktorelement 10a formveränderlich ausgebildet. Das Aktorelement 10a besteht aus einem magnetisch formveränderlichen Material. Das Aktorelement 10a besteht aus einem magnetisch formveränderlichen Formgedächtnismaterial. Im vorliegenden Fall besteht das Aktorelement 10a aus einer magnetischen Formgedächtnislegierung. Die magnetische Formgedächtnislegierung enthält Nickel, Mangan und Gallium. Das Aktorelement 10a besteht aus einer Nickel-Mangan-Gallium Legierung. Das magnetisch formveränderliche Material ist einkristallin ausgebildet. Somit ist das Aktorelement 10a im vorliegenden Fall als Einkristall ausgebildet.
Ferner liegt das magnetisch formveränderliche Material in einer für den MSM-Effekt relevanten martensitischen Phase in einer tetragonalen Kristallstruktur vor. Dabei weist das magnetisch formveränderliche Material die Gitterkonstanten a, b = a und c auf, wobei c/a < 1 gilt. Zudem weist das magnetisch formveränderliche Material eine magnetische Anisotropie auf, wobei die c-Achse eine höhere magnetische Permeabilität als die a-Achse und die b-Achse aufweist, wodurch das magnetisch formveränderliche Material und/oder das Aktorelement 10a entlang der, insbesondere kurzen, c-Achse leichter magnetisierbar ist. Bei Anlegen eines Magnetfelds dreht sich die c-Achse in Richtung der Feldlinien des Magnetfelds, was insbesondere zu einer Kontraktion und/oder Verkürzung des Aktorelements 10a in Richtung der Feldlinien führt. Im vorliegenden Fall bewirkt ein derartiges Magnetfeld eine Längenänderung des Aktorelements 10a in der Längserstreckungsrichtung des Aktorelements 10a von mindestens 3 %. Alternativ könnte ein Aktorelement jedoch auch aus einer Nickel-Mangan-Gallium-haltigen Legierung, einer Eisen-Palladium-Legierung und/oder einer Eisen-Palladium-haltigen Legierung bestehen. Zudem könnte ein Aktorelement auch als Schaum, als Polykristall und/oder als Kompositstruktur ausgebildet sein, wobei in letzterem Fall Nickel-, Mangan- und Gallium-Bestandteile in einer Matrix eingebettet sein können. Ferner könnte ein Aktorelement prinzipiell auch aus einem magnetostriktiven Material bestehen.
Bei dem verwendeten magnetisch formveränderlichen Formgedächtnismaterial handelt es sich um ein magnetisch aktives Material. Dieses Material weist die Eigenschaft auf, dass als Reaktion auf ein angelegtes Magnetfeld mit einer definierten minimalen Feldstärke und einer definierten Richtung eine Verformung und/oder Formveränderung, im vorliegenden Fall in zumindest einem Betriebszustand insbesondere eine Kontraktionsbewegung in Längserstreckungsrichtung des Aktorelements 10a, stattfindet. Nach einer Reduktion und/oder einem Deaktivieren des Magnetfelds findet jedoch nicht automatisch eine Bewegung zurück in die Grundform und/oder Ausgangsform statt. Vielmehr verbleibt das Aktorelement 10a auch nach der Reduktion und/oder dem Deaktivieren des Magnetfelds in der aktuellen, insbesondere gedehnten und/oder kontrahierten, Form, insbesondere zumindest in einem Zustand, in welchem keine, von einer reinen Schwerkraft und/oder einem Umgebungsdruck verschiedene, externer Stimulus auf das Aktorelement 10a wirkt.
Darüber hinaus weist das magnetisch formveränderliche Formgedächtnismaterial die Eigenschaft auf, dass als Reaktion auf eine mechanische Kraft mit einer definierten minimalen Stärke und einer definierten Richtung eine, insbesondere mechanische, Verformung und/oder Formveränderung stattfindet. Zu einer Verformung und/oder Formveränderung des Aktorelements 10a muss dabei eine innere Kraft des Aktorelements 10a, im vorliegenden Fall insbesondere bedingt durch eine relativ hohe Hysterese eines verwendeten Werkstoffs, überwunden werden. Auch in diesem Fall findet nach einer Reduktion und/oder einer Unterbrechung der mechanischen Kraft und/oder einer mechanischen Beanspruchung nicht automatisch eine Bewegung zurück in eine Grundform und/oder Ausgangsform statt. Das Aktorelement 10a würde somit auch in diesem Fall, insbesondere ohne rückstellenden externen Stimulus, nach der Reduktion und/oder der Unterbrechung der mechanischen Kraft und/oder der mechanischen Beanspruchung in der aktuellen Form verbleiben.
Im vorliegenden Fall ist das Aktorelement 10a somit zumindest mittels eines Magnetfelds und/oder einer mechanischen Kraft beinflussbar und insbesondere verformbar.
Das Aktorelement 10a ist ferner dem Betätigungselement 12a zugeordnet. Das Aktorelement 10a weist eine Wirkverbindung mit dem Betätigungselement 12a auf. Das Aktorelement 10a ist dabei auf einer dem Stellabschnitt des Betätigungselements 12a gegenüberliegenden Seite des Betätigungselements 12a angeordnet. Das Aktorelement 10a und das Betätigungselements 12a sind unmittelbar hintereinander angeordnet. Im vorliegenden Fall lagert das Aktorelement 10a das Betätigungselement 12a beweglich in die Bewegungsrichtung 14a und die weitere Bewegungsrichtung 16a.
Dazu kontaktiert das Aktorelement 10a das Betätigungselement 12a unmittelbar. Im vorliegenden Fall kontaktiert ein, insbesondere dem Betätigungselement 12a zugewandtes, erstes axiales Ende des Aktorelements 10a das Betätigungselement 12a, insbesondere die dem Stellabschnitt gegenüberliegende Seite des Betätigungselements 12a. Das erste axiale Ende des Aktorelements 10a definiert ein bewegliches Ende des Aktorelements 10a. Das Aktorelement 10a ist ferner mit dem Betätigungselement 12a bewegungsfest und insbesondere starr verbunden, wodurch das Aktorelement 10a eine Zugkraft auf das Betätigungselement 12a übertragen kann.
Zudem kontaktiert das Aktorelement 10a das Aktorgehäuse 48a unmittelbar. Im vorliegenden Fall kontaktiert ein, insbesondere dem ersten axialen Ende gegenüberliegendes, zweites axiales Ende des Aktorelements 10a das erste Gehäuseteil 50a. Das zweite axiale Ende des Aktorelements 10a ist dabei fest relativ zu dem Aktorgehäuse 48a angeordnet und definiert ein unbewegliches Ende des Aktorelements 10a. Im vorliegenden Fall ist das zweite axiale Ende des Aktorelements 10a an dem ersten Gehäuseteil 50a fixiert, beispielsweise mittels einer Klemmverbindung und/oder einer Schweißverbindung.
Eine maximale Bewegungsstrecke des Aktorelements 10a und/oder des Betätigungselements 12a entlang der Bewegungsrichtung 14a und der weiteren Bewegungsrichtung 16a entspricht im vorliegenden Fall zumindest 3 % einer maximalen Längserstreckung des Aktorelements 10a. Zudem entspricht eine maximale Bewegungsstrecke des Aktorelements 10a und/oder des Betätigungselements 12a entlang der Bewegungsrichtung 14a und der weiteren Bewegungsrichtung 16a höchstens 20 % einer maximalen Längserstreckung des Aktorelements 10a. Alternativ ist denkbar, ein Aktorelement mittels einer anderen Verbindungsmethode mit einem Aktorgehäuse und/oder mit einem Betätigungselement zu verbinden, wie beispielsweise mittels einer Klebeverbindung oder dergleichen. Zudem könnte ein Aktorelement prinzipiell auch mittelbar mit einem Betätigungselement und/oder einem Aktorgehäuse verbunden sein. Weiterhin ist denkbar auf eine Verbindung zwischen einem Aktorelement und einem Betätigungselement zu verzichten. In diesem Fall könnte ein Aktorelement ein Betätigungselement lediglich kontaktieren, beispielsweise zur Übertragung von Druckkräften.
Im vorliegenden Fall ist das Aktorelement 10a dazu vorgesehen, mittels einer Kontraktion in die Längserstreckungsrichtung des Aktorelements 10a und insbesondere einer hierdurch auf das Betätigungselement 12a übertragenen Zugkraft, eine Bewegung des Betätigungselements 12a in die Bewegungsrichtung 14a zu bewirken.
Dazu umfasst die Aktorvorrichtung eine magnetische Kontraktionseinheit 18a. Die Kontraktionseinheit 18a ist innerhalb des Aktorgehäuses 48a angeordnet. Die Kontraktionseinheit 18a ist in einem Nahbereich des Aktorelements 10a angeordnet. Die Kontraktionseinheit 18a umgreift das Aktorelement 10a vollständig. Die Kontraktionseinheit 18a ist unbeweglich relativ zu dem Aktorelement 10a. Die Kontraktionseinheit 18a ist aktiv ansteuerbar und weist eine Wirkverbindung mit einer Versorgungselektronik (nicht dargestellt) der Aktorvorrichtung auf. Die Kontraktionseinheit 18a ist dazu vorgesehen, ein auf das Aktorelement 10a einwirkendes Magnetfeld bereitzustellen. Die Kontraktionseinheit 18a ist dazu vorgesehen, eine Verformung des Aktorelements 10a, insbesondere mittels des Magnetfelds, zu beeinflussen. Im vorliegenden Fall ist die Kontraktionseinheit 18a dazu vorgesehen, mittels des Magnetfelds eine Kontraktion des Aktorelements 10a zu bewirken und hierdurch eine Bewegung des Betätigungselements 12a in die Bewegungsrichtung 14a zu erzeugen. Dabei ist die Kontraktionseinheit 18a dazu vorgesehen, ein Magnetfeld bereitzustellen, dessen Feldlinien 20a im Bereich des Aktorelements 10a zumindest im Wesentlichen parallel zur Bewegungsrichtung 14a ausgerichtet sind (vgl. auch 3).
Dazu umfasst die Kontraktionseinheit 18a zumindest ein Magnetelement 22a. Im vorliegenden Fall umfasst die Kontraktionseinheit 18a genau ein Magnetelement 22a. Das Magnetelement 22a ist als Spuleneinheit ausgebildet. Das Magnetelement 22a ist als einzelne Spule ausgebildet. Das Magnetelement 22a weist eine Spulenachse auf, welche parallel zu der Längserstreckungsrichtung des Aktorelements 10a ausgerichtet ist. Das Magnetelement 22a weist eine Mehrzahl von Windungen, im vorliegenden Fall insbesondere zwischen 5 und 25 Windungen, auf. Das Magnetelement 22a ist als Luftspule ausgebildet und somit frei von einem magnetischen Kern. Das Magnetelement 22a ist im vorliegenden Fall ferner als Bandspule ausgebildet (vgl. insbesondere 3). Das Magnetelement 22a besteht dabei aus einem einzelnen gewickelten Blech. In einem Betriebszustand, in welchem das Magnetelement 22a bestromt wird, erzeugt das Magnetelement 22a das Magnetfeld, dessen Feldlinien 20a im Bereich des Aktorelements 10a zumindest im Wesentlichen parallel zur Bewegungsrichtung 14a ausgerichtet sind, wodurch das Aktorelement 10a kontrahiert wird (vgl. 2). Alternativ könnte eine Kontraktionseinheit mehrere Magnetelemente aufweisen. Zudem ist denkbar, ein Magnetelement als Spiralspule oder dergleichen auszubilden. Ferner ist denkbar, eine Kontraktionseinheit und/oder wenigstens ein Magnetelement außerhalb eines Aktorgehäuses anzuordnen.
Insbesondere zur Realisierung einer wiederholt und/oder wiederhohlbar schaltenden Aktorvorrichtung, umfasst die Aktorvorrichtung ferner eine Dehnungseinheit 32a. Die Dehnungseinheit 32a ist im vorliegenden Fall als mechanische Dehnungseinheit ausgebildet. Die Dehnungseinheit 32a ist passiv ausgebildet und insbesondere frei von einer aktiven Ansteuermöglichkeit. Die Dehnungseinheit 32a ist innerhalb des Aktorgehäuses 48a angeordnet. Die Dehnungseinheit 32a ist in einem Nahbereich des Aktorelements 10a angeordnet. Die Dehnungseinheit 32a umgreift das Aktorelement 10a vollständig. Die Dehnungseinheit 32a ist zwischen dem Aktorelement 10a und der Kontraktionseinheit 18a angeordnet. Die Dehnungseinheit 32a ist dabei konzentrisch zu der Kontraktionseinheit 18a angeordnet. Die Dehnungseinheit 32a ist zu einer Dehnung des Aktorelements 10a vorgesehen. Im vorliegenden Fall ist die Dehnungseinheit 32a zu einer Vorspannung des Aktorelements 10a, insbesondere zeitlich vor einer Kontraktion des Aktorelements 10a durch die Kontraktionseinheit 18a, und/oder zu einer Rückstellung des Aktorelements 10a, insbesondere zeitlich nach einer Kontraktion des Aktorelements 10a durch die Kontraktionseinheit 18a, vorgesehen. Die Dehnungseinheit 32a ist im vorliegenden Fall dazu vorgesehen, eine Dehnung des Aktorelements 10a in Längserstreckungsrichtung des Aktorelements 10a zu bewirken.
Dazu umfasst die Dehnungseinheit 32a zumindest ein Dehnungselement 34a. Im vorliegenden Fall umfasst die Dehnungseinheit 32a genau ein Dehnungselement 34a. Das Dehnungselement 34a ist als elastisches Element ausgebildet. Das Dehnungselement 34a ist als Federelement, im vorliegenden Fall insbesondere als Spiralfeder und/oder Druckfeder, ausgebildet. Das Dehnungselement 34a weist eine zentrale Achse auf, welche parallel zu der Längserstreckungsrichtung des Aktorelements 10a ausgerichtet ist.
Das Dehnungselement 34a weist ferner eine Wirkverbindung mit dem Betätigungselement 12a auf. Im vorliegenden Fall kontaktiert ein erstes axiales Ende des Dehnungselements 34a das Betätigungselement 12a, insbesondere die dem Stellabschnitt gegenüberliegende Seite des Betätigungselements 12a. Ferner kontaktiert ein, insbesondere dem ersten axialen Ende des Dehnungselements 34a gegenüberliegendes, zweites axiales Ende des Dehnungselements 34a das Aktorgehäuse 48a, insbesondere das erste Gehäuseteil 50a. Das Dehnungselement 34a ist dabei zwischen dem Betätigungselement 12a und dem Aktorgehäuse 48a eingespannt.
Das Dehnungselement 34a ist dazu vorgesehen, eine Druckkraft auf das Betätigungselement 12a zu übertragen. Im vorliegenden Fall ist das Dehnungselement 34a dazu vorgesehen, eine Druckkraft derart auf das Betätigungselement 12a zu übertragen, dass sich das Betätigungselement 12a in die weitere Bewegungsrichtung 16a bewegt, insbesondere zeitlich nach einer Kontraktion des Aktorelements 10a durch die Kontraktionseinheit 18a. Das Dehnungselement 34a ist somit dazu vorgesehen, in zumindest einem Anwendungszustand eine Bewegung des Betätigungselements 12a in die weitere Bewegungsrichtung 16a zu bewirken und hierdurch eine, insbesondere mechanische, Dehnung des, insbesondere mit dem Betätigungselement 12a bewegungsfest verbundenen, Aktorelements 10a zu bewirken. Eine von dem Dehnungselement 34a auf das Betätigungselement 12a ausgeübte Kraft ist dabei geringer als eine von der Kontraktionseinheit 18a auf das Aktorelement 10a ausgeübte Kraft, sodass eine Betätigung und/oder eine Aktivität der Kontraktionseinheit 18a zu einer Bewegung des Betätigungselements 12a in die Bewegungsrichtung 14a führt. Alternativ könnte eine Dehnungseinheit jedoch auch magnetisch ausgebildet sein. Zudem ist denkbar, eine mechanisch-magnetische Dehnungseinheit zu verwenden. Ferner ist denkbar, eine Dehnungseinheit und eine Kontraktionseinheit zumindest teilweise einstückig miteinander auszubilden, wodurch insbesondere eine Bauraumeffizienz weiter verbessert werden kann. Zudem könnte eine Dehnungseinheit auch mehrere Dehnungselemente aufweisen. Darüber hinaus könnte wenigstens ein Dehnungselement auch als beliebiges von einem Federelement abweichendes elastisches Element ausgebildet sein, wie beispielsweise als Silikonelement und/oder Gummielement.
Ferner umfasst die Aktorvorrichtung im vorliegenden Fall eine Detektionseinheit 38a. Die Detektionseinheit 38a ist dazu vorgesehen, wenigstens eine mit der Bewegung des Betätigungselements 12a korrelierte Betätigungskenngröße zu detektieren. Im vorliegenden Fall ist die Detektionseinheit 38a dazu vorgesehen, eine Verformung des Aktorelements 10a indirekt zu erfassen.
Dazu umfasst die Detektionseinheit 38a zumindest einen Sensor 56a. Im vorliegenden Fall umfasst die Detektionseinheit 38a genau einen Sensor 56a. Der Sensor 56a ist in einem Nahbereich des Aktorelements 10a angeordnet. Der Sensor 56a ist innerhalb des Aktorgehäuses 48a angeordnet. Der Sensor 56a ist zumindest teilweise einstückig mit der Kontraktionseinheit 18a ausgebildet. Der Sensor 56a ist im vorliegenden Fall mit dem Magnetelement 22a identisch. Der Sensor 56a ist zur Detektion der Betätigungskenngröße vorgesehen. Die Betätigungskenngröße ist im vorliegenden Fall eine aufgrund einer Verformung des Aktorelements 10a bewirkte Induktionsspannung und/oder ein aufgrund einer Verformung des Aktorelements 10a bewirkter Induktionsstrom.
Die Detektionseinheit 38a ist dazu vorgesehen, ein, insbesondere mittels des Sensors 56a detektiertes, Signal an eine Auswerteeinheit (nicht dargestellt) der Aktorvorrichtung zu übertragen. Die Auswerteeinheit ist dazu vorgesehen, abhängig von dem von der Detektionseinheit 38a bereitgestellten Signal eine Bewegung des Betätigungselements 12a zu ermitteln. Alternativ ist denkbar, auf eine Detektionseinheit und/oder eine Auswerteeinheit vollständig zu verzichten. Zudem könnte ein Sensor auch außerhalb eines Aktorgehäuses angeordnet werden. Ferner könnte eine Detektionseinheit auch mehrere Sensoren umfassen, wodurch insbesondere eine vorteilhaft exakte Detektion einer Bewegung eines Betätigungselements erreicht werden kann.
In den 4 bis 11 sind weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung gezeigt. Die nachfolgenden Beschreibungen und die Zeichnungen beschränken sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zwischen den Ausführungsbeispielen, wobei bezüglich gleich bezeichneter Bauteile, insbesondere in Bezug auf Bauteile mit gleichen Bezugszeichen, grundsätzlich auch auf die Zeichnungen und/oder die Beschreibung der anderen Ausführungsbeispiele, insbesondere der 1 bis 3, verwiesen werden kann. Zur Unterscheidung der Ausführungsbeispiele ist der Buchstabe a den Bezugszeichen des Ausführungsbeispiels in den 1 bis 3 nachgestellt. In den Ausführungsbeispielen der 4 bis 11 ist der Buchstabe a durch die Buchstaben b bis h ersetzt.
4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dem Ausführungsbeispiel der 4 ist der Buchstabe b nachgestellt. Das weitere Ausführungsbeispiel der 4 unterscheidet sich von dem vorherigen Ausführungsbeispiel zumindest im Wesentlichen durch eine Ausgestaltung einer Kontraktionseinheit 18b.
Im vorliegenden Fall umfasst die Kontraktionseinheit 18b zur Bereitstellung eines Magnetfelds zur Kontraktion eines Aktorelements 10b ein als Spiralfeder ausgebildetes Magnetelement 24b.
Zudem umfasst die Kontraktionseinheit 18b zumindest einen Flusskonzentrator 28b, 30b. Im vorliegenden Fall umfasst die Kontraktionseinheit 18b zwei Flusskonzentratoren 28b, 30b. Die Flusskonzentratoren 28b, 30b bestehen aus Eisen. Die Flusskonzentratoren 28b, 30b sind bezüglich des Aktorelements 10b unmittelbar gegenüberliegend angeordnet. Die Flusskonzentratoren 28b, 30b sind in gegenüberliegenden axialen Endbereichen des Aktorelements 10b angeordnet. Die Flusskonzentratoren 28b, 30b bilden dabei keinen komplett geschlossenen Magnetkreis aus.
Ein erster Flusskonzentrator 28b der Flusskonzentratoren 28b, 30b ist in einem Nahbereich eines ersten axialen Endes des Aktorelements 10b angeordnet. Der erste Flusskonzentrator 28b ist dabei zwischen dem Aktorelement 10b und einem Betätigungselement (nicht dargestellt) angeordnet. Der erste Flusskonzentrator 28b ist im vorliegenden Fall einstückig mit dem Betätigungselement ausgebildet. Zudem ist der erste Flusskonzentrator 28b bewegungsfest mit dem Aktorelement 10b verbunden.
Ein zweiter Flusskonzentrator 30b der Flusskonzentratoren 28b, 30b ist in einem Nahbereich eines zweiten axialen Endes des Aktorelements 10b angeordnet. Der zweite Flusskonzentrator 30b ist dabei zwischen dem Aktorelement 10b und einem Aktorgehäuse (nicht dargestellt) angeordnet.
Die Flusskonzentratoren 28b, 30b sind dazu vorgesehen, ein auf das Aktorelement 10b einwirkendes Magnetfeld des Magnetelements 24b zu erhöhen. Alternativ ist denkbar, auf zumindest einen der Flusskonzentratoren zu verzichten. Zudem könnte eine Kontraktionseinheit auch eine andere Anzahl an Flusskonzentratoren aufweisen, wie beispielsweise zumindest vier, zumindest sechs und/oder zumindest acht Flusskonzentratoren. Zudem ist denkbar, Flusskonzentratoren aus einem von Eisen abweichenden Material auszubilden. Darüber hinaus ist denkbar, auf Flusskonzentratoren vollständig zu verzichten.
In den 5 bis 6b ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Dem Ausführungsbeispiel der 5 bis 6b ist der Buchstabe c nachgestellt. Das weitere Ausführungsbeispiel der 5 bis 6b unterscheidet sich von den vorherigen Ausführungsbeispielen zumindest im Wesentlichen durch eine Ausgestaltung einer Kontraktionseinheit 18c.
Im vorliegenden Fall umfasst die Kontraktionseinheit 18c zur Bereitstellung eines Magnetfelds zur Kontraktion eines Aktorelements (nicht dargestellt) ein aus gestapelten und gefügten Spannscheiben 58c bestehendes Magnetelement 26c. Das Magnetelement 26c umfasst dabei beispielhaft drei Spannscheiben 58c. Die Spannscheiben 58c sind einstückig miteinander verbunden. Dazu ist jede der Spannscheiben 58c geschlitzt und aufgebogen ausgeführt (vgl. 6a und 6b). Das Magnetelement 26c ist hierdurch als elastisches Element ausgebildet und weist federnde und/oder rückstellende Eigenschaften auf. Alternativ könnte ein Magnetelement in diesem Fall jedoch auch eine beliebige andere Anzahl an Spannscheiben aufweisen, wie beispielsweise zumindest fünf und/oder zumindest acht Spannscheiben.
Darüber hinaus ist die Kontraktionseinheit 18c in diesem Fall zumindest teilweise einstückig mit einer Dehnungseinheit 32c ausgebildet. Im vorliegenden Fall ist das Magnetelement 26c mit einem Dehnungselement 34c der Dehnungseinheit 32c identisch.
7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dem Ausführungsbeispiel der 7 ist der Buchstabe d nachgestellt. Das weitere Ausführungsbeispiel der 7 unterscheidet sich von den vorherigen Ausführungsbeispielen zumindest im Wesentlichen durch eine Ausgestaltung einer Dehnungseinheit 32d.
Die Dehnungseinheit 32d ist im vorliegenden Fall als mechanische Dehnungseinheit ausgebildet und umfasst zwei Dehnungselemente 34d, 35d. Die Dehnungselemente 34d, 35d sind separat voneinander ausgebildet. Die Dehnungselemente 34d, 35d sind in einer Richtung senkrecht zu einer Längserstreckungsrichtung eines Aktorelements 10d auf unterschiedlichen Seite des Aktorelements 10d angeordnet. Die Dehnungselemente 34d, 35d sind identisch zueinander ausgebildet. Die Dehnungselemente 34d, 35d sind als elastische Elemente ausgebildet. Die Dehnungselemente 34d, 35d sind als Federelemente, im vorliegenden Fall insbesondere als Blattfeder und/oder Federblech, ausgebildet.
Die Dehnungselemente 34d, 35d weisen ferner eine Wirkverbindung mit dem Aktorelement 10d auf. Im vorliegenden Fall kontaktieren die Dehnungselemente 34d, 35d das Aktorelement 10d, insbesondere gegenüberliegende Längsseiten des Aktorelements 10d.
Die Dehnungselemente 34d, 35d sind dazu vorgesehen, eine Kraft auf das Aktorelement 10d auszuüben und hierdurch eine Druckkraft auf ein Betätigungselement (nicht dargestellt) zu übertragen. Im vorliegenden Fall sind die Dehnungselemente 34d, 35d dazu vorgesehen, eine Kraft derart auf das Aktorelement 10d zu übertragen, dass sich das Betätigungselement in eine weitere Bewegungsrichtung 16d bewegt, insbesondere zeitlich nach einer Kontraktion des Aktorelements 10d durch eine Kontraktionseinheit (nicht dargestellt). Die Dehnungselemente 34d, 35d sind somit dazu vorgesehen, in zumindest einem Anwendungszustand eine, insbesondere mechanische, Dehnung des, insbesondere mit dem Betätigungselement bewegungsfest verbundenen, Aktorelements 10d zu bewirken und hierdurch eine Bewegung des Betätigungselements in die weitere Bewegungsrichtung 16d zu erzeugen.
8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dem Ausführungsbeispiel der 8 ist der Buchstabe e nachgestellt. Das weitere Ausführungsbeispiel der 8 unterscheidet sich von den vorherigen Ausführungsbeispielen zumindest im Wesentlichen durch eine Ausgestaltung einer Dehnungseinheit 32e.
Die Dehnungseinheit 32e ist in diesem Fall als magnetische Dehnungseinheit ausgebildet. Die Dehnungseinheit 32e ist passiv ausgebildet und insbesondere frei von einer aktiven Ansteuermöglichkeit. Die Dehnungseinheit 32e ist zu einer Dehnung eines Aktorelements 10e vorgesehen.
Die Dehnungseinheit 32e ist dazu vorgesehen, ein auf das Aktorelement 10e einwirkendes weiteres Magnetfeld bereitzustellen. Die Dehnungseinheit 32e ist dazu vorgesehen, eine Verformung des Aktorelements 10e, insbesondere mittels des weiteren Magnetfelds, zu beeinflussen. Im vorliegenden Fall ist die Dehnungseinheit 32e dazu vorgesehen, mittels des weiteren Magnetfelds eine Dehnung und/oder Rückstellung des Aktorelements 10e zu bewirken und hierdurch eine Bewegung eines Betätigungselements 12e in eine weitere Bewegungsrichtung 16e zu erzeugen. Dabei ist die Dehnungseinheit 32e dazu vorgesehen, ein Magnetfeld bereitzustellen, wobei Feldlinien 60e des Magnetfelds im Bereich des Aktorelements 10e zumindest im Wesentlichen senkrecht zur weiteren Bewegungsrichtung 16e und/oder zur Längserstreckungsrichtung des Aktorelements 10e ausgerichtet sind.
Dazu umfasst die Dehnungseinheit 32e ein als Permanentmagnet ausgebildetes Dehnungselement 36e. Das Dehnungselement 36e weist eine Wirkverbindung mit dem Aktorelement 10e auf. Das Dehnungselement 36e besteht dabei aus einem Permanentmagnetwerkstoff, vorzugsweise einem hartmagnetischen Werkstoff, welcher insbesondere eine Koerzitivfeldstärke von zumindest 1 kA/m und vorteilhaft zumindest 50 kA/m aufweist. Das Dehnungselement 36e ist im vorliegenden Fall als Seltenerdmagnet ausgebildet und besteht insbesondere aus Samarium-Cobalt. Alternativ könnte ein Dehnungselement in diesem Fall jedoch auch zumindest teilweise, vorzugsweise zu wenigstens einem Großteil und besonders bevorzugt vollständig aus Neodym-Eisen-Bor, einer Neodym-Eisen-Bor-Legierung und/oder einer Samarium-Cobalt-Legierung bestehen.
Das Dehnungselement 36e ist dazu vorgesehen, eine Kraft auf das Aktorelement 10e auszuüben und hierdurch eine Druckkraft auf das Betätigungselement 12e zu übertragen. Im vorliegenden Fall ist das Dehnungselement 36e dazu vorgesehen, eine magnetische Kraft derart auf das Aktorelement 10e zu übertragen, dass sich das Betätigungselement 12e in die weitere Bewegungsrichtung 16e bewegt, insbesondere zeitlich nach einer Kontraktion des Aktorelements 10e durch eine Kontraktionseinheit (nicht dargestellt). Das Dehnungselement 36e ist somit dazu vorgesehen, in zumindest einem Anwendungszustand eine, insbesondere magnetische, Dehnung des, insbesondere mit dem Betätigungselement 12e bewegungsfest verbundenen, Aktorelements 10e zu bewirken und hierdurch eine Bewegung des Betätigungselements 12e in die weitere Bewegungsrichtung 16e zu erzeugen.
In 9 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Dem Ausführungsbeispiel der 9 ist der Buchstabe f nachgestellt. Das weitere Ausführungsbeispiel der 9 zeigt ein Anwendungsbeispiel eines Aktors entsprechend der vorherigen Ausführungsbeispiele.
9 zeigt ein beispielhaft als Inlineventil ausgebildetes Ventil 42f. Das Ventil 42f ist als Fluidventil, im vorliegenden Fall insbesondere als Pneumatikventil, ausgebildet. Das Ventil 42f ist steuerbar ausgebildet. Das Ventil 42f ist dabei als Schnellschaltventil ausgebildet.
Das Ventil 42f umfasst einen Aktor 40f mit einer erfindungsgemäßen Aktorvorrichtung. Der Aktor 40f entspricht dabei im Wesentlichen einem Aktor der vorhergehenden Ausführungsbeispiele.
In diesem Fall ist ein Aktorgehäuse 48f jedoch als Fluidgehäuse ausgebildet und weist eine Einlassöffnung 62f zu einer Einleitung eines, im vorliegenden Fall insbesondere gasförmigen, Fluidstroms und eine Auslassöffnung 64f zu einer Ausleitung des Fluidstroms auf.
Zudem ist ein insbesondere mit einem Aktorelement 10f bewegungsfest verbundenes, Betätigungselement 12f als Ventilnadel ausgebildet.
In 10 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Dem Ausführungsbeispiel der 10 ist der Buchstabe g nachgestellt. Das weitere Ausführungsbeispiel der 10 zeigt ein weiteres Anwendungsbeispiel eines Aktors entsprechend der vorherigen Ausführungsbeispiele.
10 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiels eines Ventils 42g, welches einen Aktor 40g mit einer erfindungsgemäßen Aktorvorrichtung umfasst, in einer Frontalansicht.
In diesem Fall ist ein Magnetelement 22g einer Kontraktionseinheit 18g derart innerhalb eines Aktorgehäuses 48g angeordnet, dass das Magnetelement 22g eine Innenseite des Aktorgehäuses 48g kontaktiert. Dabei erfolgt eine Stromversorgung des Magnetelements 22g mittels einer Versorgungselektronik (nicht dargestellt) der Aktorvorrichtung unmittelbar über das Aktorgehäuse 48g, sodass auf einen zusätzlichen Versorgungskontakt verzichtet und ein Kontaktierungsaufwand vorteilhaft reduziert werden kann.
In 11 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Dem Ausführungsbeispiel der 11 ist der Buchstabe h nachgestellt. Das weitere Ausführungsbeispiel der 11 zeigt ein weiteres Anwendungsbeispiel mehrerer Aktoren entsprechend der vorherigen Ausführungsbeispiele.
11 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Ventilsystems 44h in einer schematischen Frontalansicht. Das Ventilsystem 44h kann beispielsweise zur Verwendung in Sortieranlagen, insbesondere Reissortieranlagen, vorgesehen sein.
Das Ventilsystem 44h weist einen Ventilblock 46h auf. Der Ventilblock 46h weist eine Vielzahl von identisch ausgebildeten und gleichmäßig über den Ventilblock 46h verteilten Ausnehmungen 66h auf.
Zudem umfasst das Ventilsystem 44h eine Vielzahl von Ventilen 42h. Die Ventile 42h entsprechen im Wesentlichen den in den 9 und 10 dargestellten Ventilen 42f, 42g. Jedes der Ventile 42h umfasst somit einen Aktor mit einer erfindungsgemäßen Aktorvorrichtung. Die Ventile 42h sind als Pneumatikventile ausgebildet. Die Ventile 42h sind als Inlineventile ausgebildet. Die Ventile 42h sind dabei in dem Ventilblock 46h, insbesondere in den Ausnehmungen 66h des Ventilblocks 46h, angeordnet. Im vorliegenden Fall ist in jeder der Ausnehmungen 66h eines der Ventile 42h angeordnet.
Die Ventile 42h sind dabei derart in dem Ventilblock 46h angeordnet, dass unmittelbar benachbarte Ventile 42h einen minimalen Abstand von höchstens 10 mm und vorteilhaft von höchstens 7 mm aufweisen. Hierdurch kann ein Ventilsystem 44h mit einem vorteilhaft geringen Rastermaß von höchstens 10 mm bereitgestellt werden, wodurch insbesondere eine verbesserte Sortierfunktion erreicht werden kann.
Zudem ist durch die Gestaltung des Ventilblocks 46h ein Zusammenführen von Einlassöffnungen und/oder Versorgungskontakten möglich. So kann beispielsweise ein zentraler Zulauf geschaffen werden und/oder durch Zusammenführen eines elektrischen Pols, beispielsweise durch eine Ausgestaltung gemäß 10, eine Anzahl an elektrischen Kontaktstellen und somit ein Kontaktierungsaufwand deutlich reduziert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102005038891 A1 [0002]

Claims

Aktorvorrichtung mit zumindest einem Aktorelement (10a; 10b; 10d; 10e; 10f), welches zumindest teilweise aus einem magnetisch formveränderlichen Material besteht und welches zumindest dazu vorgesehen ist, mittels einer Kontraktion eine Bewegung zumindest eines Betätigungselements (12a; 12e; 12f) in wenigstens eine Bewegungsrichtung (14a) zu bewirken, und mit einer magnetischen Kontraktionseinheit (18a; 18b; 18c; 18g), welche dazu vorgesehen ist, zu einer Kontraktion des Aktorelements (10a; 10b; 10d; 10e; 10f) ein auf das Aktorelement (10a; 10b; 10d; 10e; 10f) einwirkendes Magnetfeld bereitzustellen, dadurch gekennzeichnet, dass Feldlinien (20a) des Magnetfelds im Bereich des Aktorelements (10a; 10b; 10d; 10e; 10f) zumindest im Wesentlichen parallel zur Bewegungsrichtung (14a) ausgerichtet sind.
Aktorvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Aktorelement (10a; 10b; 10d; 10e; 10f) zumindest dazu vorgesehen ist, eine Zugkraft auf das Betätigungselement (12a; 12e; 12f) zu übertragen.
Aktorvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetisch formveränderliche Material eine magnetische Formgedächtnislegierung ist, insbesondere eine magnetische Formgedächtnislegierung, die Nickel, Mangan und Gallium enthält.
Aktorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetisch formveränderliche Material einkristallin ausgebildet ist.
Aktorvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetisch formveränderliche Material eine tetragonale Kristallstruktur mit den Gitterkonstanten a, b = a und c aufweist, wobei c/a < 1 gilt, und das magnetisch formveränderliche Material eine magnetische Anisotropie aufweist, wobei die magnetische Permeabilität in Richtung der c-Achse höher ist als entlang der a-Achse und der b-Achse.
Aktorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetfeld eine Längenänderung des Aktorelements (10a; 10b; 10d; 10e; 10f) in der Bewegungsrichtung (14a) von mindestens 2 % bewirkt.
Aktorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch das Betätigungselement (12a; 12e; 12f), mit welchem das Aktorelement (10a; 10b; 10d; 10e; 10f) starr verbunden ist.
Aktorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontraktionseinheit (18a; 18b; 18c; 18g) zur Bereitstellung des Magnetfelds wenigstens ein als Luftspule ausgebildetes Magnetelement (22a; 24b; 26c; 22g) umfasst.
Aktorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontraktionseinheit (18a; 18g) zur Bereitstellung des Magnetfelds wenigstens ein als Bandspule ausgebildetes Magnetelement (22a; 22g) umfasst.
Aktorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontraktionseinheit (18c) zur Bereitstellung des Magnetfelds wenigstens ein aus gestapelten Spannscheiben (58c) bestehendes Magnetelement (24c) umfasst.
Aktorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontraktionseinheit (18b) zumindest einen Flusskonzentrator (28b, 30b) aufweist, welcher dazu vorgesehen ist, das auf das Aktorelement (10b) einwirkende Magnetfeld zu erhöhen.
Aktorvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Flusskonzentrator (28b, 30b) in einem axialen Endbereich des Aktorelements (10b) angeordnet ist.
Aktorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Dehnungseinheit (32a; 32c; 32d; 32e), welche zu einer Dehnung des Aktorelements (10a; 10b; 10d; 10e; 10f) vorgesehen ist.
Aktorvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Dehnungseinheit (32a; 32c; 32d) wenigstens ein als elastisches Element ausgebildetes Dehnungselement (34a; 34c; 34d, 35d), insbesondere ein Federelement, umfasst.
Aktorvorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Dehnungseinheit (32e) wenigstens ein als Permanentmagnet ausgebildetes Dehnungselement (36e) umfasst.
Aktorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Detektionseinheit (38a), welche dazu vorgesehen ist, wenigstens eine mit der Bewegung des Betätigungselements (12a; 12e; 12f) korrelierte Betätigungskenngröße zu detektieren, wobei die Betätigungskenngröße eine aufgrund einer Verformung des Aktorelements (10a; 10b; 10d; 10e; 10f) bewirkte Induktionsspannung und/oder ein aufgrund einer Verformung des Aktorelements (10a; 10b; 10d; 10e; 10f) bewirkter Induktionsstrom ist.
Aktor (40a; 40f; 40g) mit zumindest einer Aktorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Ventil (42f; 42g; 42h), insbesondere Pneumatikventil, mit zumindest einem Aktor (40f; 40g) nach Anspruch 17.
Ventilsystem (44h) mit einem Ventilblock (46h) und mehreren in dem Ventilblock (46h) angeordneten Ventilen (42h) nach Anspruch 18, wobei die Ventile (42h) einen minimalen Abstand, insbesondere ein Rastermaß, von höchstens 10 mm, bevorzugt von höchstens 7 mm, aufweisen.
Verfahren zum Betrieb einer Aktorvorrichtung, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 16, welche zumindest ein Aktorelement (10a; 10b; 10d; 10e; 10f) aufweist, welches zumindest teilweise aus einem magnetisch formveränderlichen Material besteht, wobei das Aktorelement (10a; 10b; 10d; 10e; 10f) mittels eines auf das Aktorelement (10a; 10b; 10d; 10e; 10f) einwirkenden Magnetfelds kontrahiert wird und mittels der Kontraktion des Aktorelements (10a; 10b; 10d; 10e; 10f) eine Bewegung zumindest eines Betätigungselements (12a; 12e; 12f) in wenigstens eine Bewegungsrichtung (14a) bewirkt wird, dadurch gekennzeichnet, dass Feldlinien (20a) des Magnetfelds im Bereich des Aktorelements (10a; 10b; 10d; 10e; 10f) zumindest im Wesentlichen parallel zur Bewegungsrichtung (14a) ausgerichtet werden.