DE102020130625A1 - Clamping device with shape memory alloy, sensor with such a clamping device and method for clamping a component - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung beschreibt eine Spannvorrichtung zum Einspannen und Halten eines Bauteils, mit mindestens einem beweglichen Spannelement zur Anlage an dem Bauteil, wobei das Spannelement mittels einer Antriebseinrichtung zwischen einer Spannstellung und einer Losstellung verfahrbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung ein Antriebselement aus einem Formgedächtnismaterial umfasst.The present invention describes a clamping device for clamping and holding a component, with at least one movable clamping element for contact with the component, wherein the clamping element can be moved between a clamping position and a loose position by means of a drive device, characterized in that the drive device is a drive element made of a shape memory material includes.
Description
Die Erfindung betrifft eine Spannvorrichtung zum Einspannen und Halten eines Bauteils gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Die Erfindung betrifft ferner einen Sensor mit einer solchen Spannvorrichtung gemäß Patentanspruch 10 und ein Verfahren zum Einspannen eines Bauteils gemäß Patentanspruch 11.The invention relates to a clamping device for clamping and holding a component according to the preamble of patent claim 1. The invention also relates to a sensor with such a clamping device according to
Aus dem Stand der Technik sind eine Vielzahl von Spannvorrichtungen zum Einspannen und Halten eines Bauteils bekannt.A large number of clamping devices for clamping and holding a component are known from the prior art.
Eine Art von Spannvorrichtung ist zum Beispiel ein Spannfutter oder auch genannt Bohrfutter, wobei das zu fixierende Bauteil zwischen mehreren verlagerbaren Spannbacken festgeklemmt ist. Eine solche Spannvorrichtung hat den Vorteil, dass die fixierten Bauteile sich zwischen den Spannbacken gut zentrieren lassen. Eine solche Spannbacken umfassende Spannvorrichtung wird üblicherweise zur Fixierung von rotierenden Bauteilen, beispielsweise bei Bohrmaschinen zum Einspannen eines Bohrers oder zum Einspannen einer Fräse verwendet.One type of clamping device is, for example, a chuck, also known as a drill chuck, in which the component to be fixed is clamped between a plurality of displaceable clamping jaws. Such a clamping device has the advantage that the fixed components can be well centered between the clamping jaws. Such a clamping device comprising clamping jaws is usually used to fix rotating components, for example in drilling machines for clamping a drill bit or for clamping a milling machine.
Bei einer weiteren bekannten Spannvorrichtung handelt es sich um einen Spanndorn. Ein Spanndorn wird in eine Aufnahme eines Werkstückes eingeführt und weist bewegliche Elemente auf, welche sich von innen gegen die Aufnahme des Werkstückes drücken.Another known clamping device is a mandrel. A mandrel is inserted into a workpiece holder and has movable elements which press against the workpiece holder from the inside.
Um das Bauteil in der Spannvorrichtung einzuspannen, sind die entsprechenden Spannmittel, wie die Spannbacken oder die einzelnen Elemente eines Spanndorns zwischen einer Spannstellung, in welcher das Bauteil eingespannt ist, und einer Losstellung, in welcher das Bauteil aus der Spannvorrichtung entnommen werden kann, verlagerbar. Der Antrieb der Spannmittel kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. Bekannt sind hierbei manuelle Antriebe, zum Beispiel über manuell festzuziehende Schrauben, sowie hydraulische und pneumatische Antriebe.In order to clamp the component in the clamping device, the corresponding clamping means, such as the clamping jaws or the individual elements of a mandrel, can be displaced between a clamping position in which the component is clamped and a release position in which the component can be removed from the clamping device. The clamping means can be driven in different ways. Manual drives are known here, for example via screws that are to be tightened manually, as well as hydraulic and pneumatic drives.
Die zugrundliegende Aufgabe der Erfindung ist es, eine Spannvorrichtung sowie einen Sensor mit einer solchen Spannvorrichtung und ein Verfahren zum Einspannen eines Bauteils zu Verfügung zu stellen, mittels welchen auf möglichst einfache Art und Weise hohe Spannkräfte erzeugt werden können.The underlying object of the invention is to provide a clamping device and a sensor with such a clamping device and a method for clamping a component, by means of which high clamping forces can be generated in the simplest possible way.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere praktische Ausführungsformen und Vorteile sind in Verbindung mit den abhängigen Ansprüchen beschrieben.The object is achieved according to the invention with the features of the independent claims. Further practical embodiments and advantages are described in connection with the dependent claims.
Eine erfindungsgemäße Spannvorrichtung zum Einspannen und Halten eines Bauteils umfasst mindestens ein bewegliches Spannelement zur Anlage an dem Bauteil. Das Spannelement ist mittels einer Antriebseinrichtung zwischen einer Spannstellung und einer Losstellung verfahrbar. Dabei entspricht die Spannstellung einer Stellung des mindestens einen Spannelementes, in welcher das Bauteil eingespannt und fixiert ist. In der Spannstellung der Spannvorrichtung kann das Bauteil bearbeitet werden oder das Bauteil kann selbst zur Bearbeitung eines Werkstückes verwendet werden. Die Losstellung erlaubt es, das Bauteil aus der Spannvorrichtung zu entnehmen.A clamping device according to the invention for clamping and holding a component comprises at least one movable clamping element for contact with the component. The clamping element can be moved between a clamping position and a release position by means of a drive device. The clamping position corresponds to a position of the at least one clamping element in which the component is clamped and fixed. In the clamping position of the clamping device, the component can be machined or the component itself can be used to machine a workpiece. The loose position allows the component to be removed from the clamping device.
Ein Bauteil kann dabei jeder Gegenstand sein, welcher durch Spannelemente greifbar ist und von diesen gehalten werden kann. Je nach Anordnung der Spannelemente, können mit der Spannvorrichtungen Bauelemente unterschiedlicher Geometrien (rund, zylindrisch, kantig) sowohl an einer Außenseite als auch innenseitig gehalten werden.A component can be any object that can be gripped by clamping elements and held by them. Depending on the arrangement of the clamping elements, the clamping devices can be used to hold components of different geometries (round, cylindrical, angular) both on the outside and on the inside.
Um das mindestens eine Spannelement zwischen der Spannstellung und der Losstellung zu verfahren, umfasst die Antriebseinrichtung ein Antriebselement aus einem Formgedächtnismaterial.In order to move the at least one clamping element between the clamped position and the released position, the drive device comprises a drive element made of a shape-memory material.
Ein Formgedächtnismaterial weist abhängig von der Temperatur oder eines magnetischen Feldes zwei unterschiedliche Strukturen auf, wobei die Umwandlung zwischen den beiden Strukturen mit einer Formänderung des Antriebselementes aus dem Formgedächtnismaterial einhergeht. Die Formänderung kann dann eine Bewegung eines damit gekoppelten Spannelementes bewirken.Depending on the temperature or a magnetic field, a shape-memory material has two different structures, with the conversion between the two structures being accompanied by a change in shape of the drive element made of the shape-memory material. The change in shape can then cause a movement of a tensioning element coupled thereto.
Bei der temperaturabhängigen Phasenumwandlung handelt es sich in der Regel um eine Umwandlung zwischen den Kristallstrukturen Martensit und Austenit. Die Kristallstruktur Austenit liegt dabei bei höheren Temperaturen vor und die Kristallstruktur Martensit bei niedrigeren Temperaturen. Die Kristallstrukturen bzw. Phasen können jeweils durch Temperaturänderung ineinander übergehen (Zweiwegeffekt). Dabei ist das Formgedächtnismaterial in der Lage, sich in eine zuvor - zum Beispiel durch starke Deformation - eingeprägte Gestalt zurück zu verformen. Die Phasenumwandlung ist reversibel.The temperature-dependent phase transformation is usually a transformation between the crystal structures of martensite and austenite. The austenite crystal structure is present at higher temperatures and the martensite crystal structure at lower temperatures. The crystal structures or phases can change into one another as a result of temperature changes (two-way effect). The shape-memory material is able to deform back into a shape that was previously impressed—for example, by severe deformation. The phase transformation is reversible.
Bei der durch ein Magnetfeld induzierten Veränderung handelt es sich in der Regel um eine Längenänderung. Das Material orientiert sich in der ferromagnetischen martensitischen Phase aufgrund der Beweglichkeit der Zwillingsgrenzen im Atomgitter neu. Da die martensitische Struktur tetragonal ist, hat eine solche mikroskopische Orientierungsänderung auch eine makroskopische Längenänderung einer solchen Probe zur Folge. Diese Umorientierung kann durch äußere Kräfte geschehen (einfaches Drücken auf eine Achse) oder aufgrund der anisotropen Permeabilität (richtungsabhängige magnetische Leitfähigkeit) durch ein äußeres Magnetfeld.The change induced by a magnetic field is usually a change in length. The material reorients itself in the ferromagnetic martensitic phase due to the mobility of the twin boundaries in the atomic lattice. Since the martensitic structure is tetragonal, such a microscopic change in orientation also results in a macroscopic change in length of such a sample. This reorientation can be caused by external forces (simple pressing on an axis) or due to anisotropic permeability (direction-dependent magnetic conductivity) through an external magnetic field.
Die als Formgedächtnislegierungen hauptsächlich verwendeten Werkstoffe sind metallische Legierungen wie NiTi (Nickel-Titan) und NiTiCu (Nickel-Titan-Kupfer) oder auch einkristalline Legierungen aus Nickel, Mangan und Gallium. Es können aber auch Formgedächtniskunststoffe, wie Formgedächtnispolymere verwendet werden.The materials mainly used as shape memory alloys are metallic alloys such as NiTi (nickel-titanium) and NiTiCu (nickel-titanium-copper) or single-crystal alloys of nickel, manganese and gallium. However, shape-memory plastics such as shape-memory polymers can also be used.
Insgesamt werden hier die vorteilhaften Eigenschaften eines Formgedächtnismaterials ausgenutzt, um mit dem Formgedächtnismaterial ein Spannelement anzutreiben. Bei einer Phasenumwandlung des Spannelementes kann sich die äußere Form des Antriebselement derart ändern, dass das Antriebselement einen Hub vollführt, der auf das Spannelement übertragen wird.Overall, the advantageous properties of a shape memory material are used here in order to drive a tensioning element with the shape memory material. During a phase transformation of the tensioning element, the outer shape of the drive element can change in such a way that the drive element performs a stroke that is transmitted to the tensioning element.
Durch die hohe Energiedichte des Formgedächtnismaterials bei einer Umwandlung zwischen den beiden Phasen, ist eine Realisierung von sehr hohen Spannkräften bei gleichzeitig niedrigem Gewicht des Antriebselementes möglich.Due to the high energy density of the shape-memory material during a conversion between the two phases, it is possible to realize very high clamping forces with a low weight of the drive element at the same time.
Wie schon vorstehend erwähnt, kann die Antriebseinrichtung mit dem Antriebselement aus einem Formgedächtnismaterial in Abhängigkeit der Temperatur betrieben werden. Dabei führt die Antriebseinrichtung in Abhängigkeit der Temperatur einen Hub aus und bewegt darüber das mindestens eine Spannmittel. Der Vorteil eines temperaturabhängigen Antriebs ist, dass der Spannprozess sehr gut automatisierbar ist, da die Temperatur über Temperaturmessgeräte, Heizungen und Kühlungen definiert und schnell einstellbar bzw. steuerbar ist.As already mentioned above, the drive device can be operated with the drive element made of a shape memory material as a function of the temperature. Depending on the temperature, the drive device performs a stroke and moves the at least one clamping device. The advantage of a temperature-dependent drive is that the clamping process can be automated very well, since the temperature is defined via temperature measuring devices, heating and cooling and can be set and controlled quickly.
Ebenso kann der Antrieb des Spannmittels auch durch die Anlegung eines äußeren magnetischen Feldes erfolgen. Das Formgedächtnismaterial übt dann in Abhängigkeit eines magnetischen Feldes einen Hub aus.The clamping device can also be driven by applying an external magnetic field. The shape-memory material then exerts a stroke as a function of a magnetic field.
Insbesondere ist das Antriebselement aus dem Formgedächtnismaterial als Feder, insbesondere als Schraubenfeder ausgebildet. Die Schraubenfeder ist in der ersten Phase des Formgedächtnismaterials gestaucht (gespannt) und in der zweiten Phase des Formgedächtnismaterials entspannt. Der Wechsel zwischen dem gespannten und dem entspannten Zustand der Feder bewirkt dann eine Verlagerung des Spannelementes.In particular, the drive element made of the shape memory material is designed as a spring, in particular as a helical spring. The coil spring is compressed (tightened) in the first phase of the shape memory material and relaxed in the second phase of the shape memory material. The change between the tensioned and the relaxed state of the spring then causes a displacement of the tensioning element.
Je nach Konstruktion der Spannvorrichtung befindet sich das Spannelement bei gestauchter oder bei entspannter Feder in der Losstellung. Entsprechende Beispiele sind im Folgenden auch in Zusammenhang mit den Figuren erläutert.Depending on the design of the tensioning device, the tensioning element is in the released position when the spring is compressed or when it is relaxed. Corresponding examples are also explained below in connection with the figures.
Es ist vorteilhaft, wenn sich das Spannelement bei einer ersten Temperatur in einer Spannstellung befindet und bei einer zweiten Temperatur in einer Losstellung, wobei die zweite Temperatur höher ist als die erste Temperatur. Insbesondere handelt es sich bei der ersten Temperatur um eine für das Einsatzgebiet des Bauteils übliche Umgebungstemperatur, in der Regel Raumtemperatur. Die zweite Temperatur ist höher als die erste Temperatur und wird im Einsatz des Bauteils nur durch externe Wärmezufuhr erreicht. Mit anderen Worten heißt das, dass während des Zeitraums, in welchem das Bauelement eingespannt ist und betrieben oder bearbeitet wird, keine Wärmezufuhr notwendig ist und die dort herrschenden Temperaturen auch nicht zu einer Aktivierung des Antriebselementes führen. Erst durch gezielte Wärmezufuhr wird eine Phasenumwandlung des Antriebselementes und damit ein Verfahren der Spannelemente in eine Losstellung bewirkt. Für Spannelemente, welche durch das Spannen und Entspannen einer Spiralfeder verfahren, bedeutet dies, dass diese jeweils nur unter ausreichender Temperatureinwirkung in die Losstellung verfahren. Der Betrieb einer solchen Spannvorrichtung erfolgt zum einen besonders energiesparend und ist zum anderen besonders sicher, da das Halten des Bauteils unabhängig von einer externen Wärmezufuhr ist.It is advantageous if the clamping element is in a clamped position at a first temperature and in a released position at a second temperature, the second temperature being higher than the first temperature. In particular, the first temperature is an ambient temperature that is usual for the area of use of the component, usually room temperature. The second temperature is higher than the first temperature and is only reached when the component is in use by the external supply of heat. In other words, this means that no heat supply is necessary during the period in which the component is clamped and operated or processed, and the temperatures prevailing there also do not lead to activation of the drive element. A phase transformation of the drive element and thus a movement of the clamping elements into a loose position is only brought about by the targeted supply of heat. For clamping elements, which move by tightening and relaxing a spiral spring, this means that they only move into the loose position under the influence of sufficient temperature. On the one hand, such a clamping device is operated in a particularly energy-saving manner and, on the other hand, it is particularly safe, since the component is held independently of an external supply of heat.
In einer praktischen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung handelt es sich bei dem mindestens einen beweglichen Spannelement um einen Spannbacken. Die Spannvorrichtung weist insbesondere mehrere Spannelemente in Form von Spannbacken auf, vorzugsweise drei oder mehr Spannbacken. Die Spannbacken dienen zur Anlage am Bauteil und weisen eine Anlagefläche mit einer an das Bauteil angepassten Geometrie auf. Bei Bauteilen mit einer kreisförmigen Außenkontur sind die Spannbacken kreisförmig um das Bauteil herum angeordnet und die Spannbacken weisen jeweils eine sich über einen Teil eines Kreisbogens erstreckende Anlagefläche auf. Es sind auch andere Außenkonturen von Bauteilen denkbar, wobei die Anzahl und Anordnung der Spannbacken und die Geometrie der Anlageflächen entsprechend angepasst sind.In a practical embodiment of a clamping device according to the invention, the at least one movable clamping element is a clamping jaw. In particular, the clamping device has a plurality of clamping elements in the form of clamping jaws, preferably three or more clamping jaws. The clamping jaws are used to rest on the component and have a contact surface with a geometry adapted to the component. In the case of components with a circular outer contour, the clamping jaws are arranged in a circle around the component and the clamping jaws each have a contact surface that extends over part of an arc of a circle. Other outer contours of components are also conceivable, with the number and arrangement of the clamping jaws and the geometry of the contact surfaces being adjusted accordingly.
Insbesondere ist der mindestens eine Spannbacken über das Antriebselement mit einem Widerlager verbunden. Durch den mit dem Antriebselement aus Formgedächtnismaterial induzierten Hub, wird dann eine Relativbewegung des Spannbackens gegenüber dem Widerlager realisiert.In particular, the at least one clamping jaw is connected to an abutment via the drive element. A relative movement of the clamping jaw with respect to the abutment is then realized by the stroke induced with the drive element made of shape memory material.
Vorzugsweise verbindet das Antriebselement das Widerlager und den Spannbacken direkt. Als Antriebselement dient insbesondere eine Feder, welche sich von einer der Anlagefläche gegenüberliegenden Rückseite des Spannbackens bis zum Widerlager erstreckt. Die Richtung der Spannkraft, die von dem Spannbacken auf das Werkstück ausgeübt wird, entspricht insbesondere der Richtung des Hubes des Antriebselementes.The drive element preferably connects the abutment and the clamping jaw directly. In particular, a spring is used as the drive element, which extends from a rear side of the clamping jaw opposite the contact surface to the abutment extends. The direction of the clamping force exerted by the clamping jaws on the workpiece corresponds in particular to the direction of the stroke of the drive element.
In einer besonders sicheren Ausführungsform sind die Federn derart angeordnet bzw. erfolgt die Phasenumwandlung derart, dass die Federn bei typischen Einsatztemperaturen des Bauteils entspannt sind und die Spannelemente gegen das Bauteil spannen und sich unter externem Wärmeeinfluss zusammenziehen und sich spannen, sodass die Spannelemente in die Losstellung verfahren.In a particularly safe embodiment, the springs are arranged in such a way or the phase transformation takes place in such a way that the springs are relaxed at typical operating temperatures of the component and tension the tensioning elements against the component and contract and tension under the influence of external heat, so that the tensioning elements move into the loose position proceedings.
In einer alternativen Ausführungsform handelt es sich bei dem Spannelement um eine geschlitzte Hülse. Die geschlitzte Hülse weist einen oder mehrere über den Umfang der Hülse verteilte Schlitze auf, welche ein gleichmäßiges Zusammendrücken der Hülse und entsprechend eine Verkleinerung des Durchmessers der Hülse ermöglichen. Die Hülse ist in einer Aufnahmevorrichtung angeordnet. Als Aufnahmevorrichtung wird dabei eine Vorrichtung bezeichnet, welche eine zylinderförmige Öffnung zur Aufnahme der Hülse aufweist. Die Hülse und die Aufnahmevorrichtung weisen jeweils zueinander korrespondierende keilförmige Geometrien auf, sodass die Hülse bei einer Bewegung in die Aufnahmevorrichtung hinein in radialer Richtung zusammengedrückt wird. Bei einer axialen Bewegung der Hülse gleiten die beiden keilförmigen Seitenflächen der Hülse und der Aufnahmevorrichtung aneinander ab, wodurch die Hülse zusammengepresst wird. Die keilförmigen Geometrien erstrecken sich insbesondere jeweils an einem Ende der Hülse bzw. der Aufnahmevorrichtung. Die Hülse weitet sich an einem Ende in radialer Richtung auf und die Öffnung der Aufnahmevorrichtung weitet sich ebenfalls keilförmig in radialer Richtung auf.In an alternative embodiment, the clamping element is a slotted sleeve. The slotted sleeve has one or more slots distributed over the circumference of the sleeve, which allow the sleeve to be compressed uniformly and the diameter of the sleeve to be correspondingly reduced. The sleeve is arranged in a receiving device. A receiving device is a device which has a cylindrical opening for receiving the sleeve. The sleeve and the receiving device each have wedge-shaped geometries that correspond to one another, so that the sleeve is compressed in the radial direction when it moves into the receiving device. When the sleeve moves axially, the two wedge-shaped side faces of the sleeve and the receiving device slide off one another, as a result of which the sleeve is pressed together. The wedge-shaped geometries each extend in particular at one end of the sleeve or the receiving device. The sleeve widens at one end in the radial direction and the opening of the receiving device also widens in a wedge shape in the radial direction.
Die Öffnung in der Hülse dient wiederrum zur Aufnahme des zu haltenden und zu fixierenden Bauteils. Das Bauteil liegt dann an einer Innenseite der Hülse an. Der zusammengedrückte Zustand der Hülse entspricht der Spannstellung, in welcher eine Spannkraft in radialer Richtung auf das Bauteil ausgeübt wird. In der Losstellung sind die Schlitze der Hülse nicht zusammengedrückt und das Bauteil kann aus der Hülse entnommen werden.The opening in the sleeve serves to accommodate the component to be held and fixed. The component then rests against an inside of the sleeve. The compressed state of the sleeve corresponds to the clamping position in which a clamping force is exerted on the component in the radial direction. In the loose position, the slots of the sleeve are not compressed and the component can be removed from the sleeve.
Insbesondere dient die Antriebseinheit mit dem mindestens einen Antriebselement dazu, die Hülse axial in der Aufnahme zu bewegen. Das Antriebselement ist insbesondere mit einem Ende an einem in der Öffnung der Aufnahme angeordneten Ende der Hülse angeordnet und stützt sich an einer Wand der Aufnahme, insbesondere dem Boden der Öffnung ab. Durch den axialen Hub des Antriebselementes wird ein Zusammendrücken der Hülse bewirkt und in eine radiale Spannkraft umgesetzt. Vorzugsweise handelt es sich bei dem mindestens einen Antriebselement um eine Feder.In particular, the drive unit with the at least one drive element serves to move the sleeve axially in the receptacle. The drive element is arranged in particular with one end on an end of the sleeve which is arranged in the opening of the receptacle and is supported on a wall of the receptacle, in particular on the bottom of the opening. The axial stroke of the drive element causes the sleeve to be compressed and converted into a radial clamping force. The at least one drive element is preferably a spring.
Für eine alternative, besonders sichere Ausführungsform sind die Federn vorzugsweise derart angeordnet bzw. erfolgt die Phasenumwandlung derart, dass die Federn bei typischen Einsatztemperaturen des Bauteils gespannt sind und die Hülse in die Öffnung der Aufnahmevorrichtung ziehen. Durch einen externen Wärmeeinfluss entspannen sich die Federn und die Hülse wird in axialer Richtung aus der Öffnung der Aufnahmevorrichtung in die Losstellung verfahren.For an alternative, particularly safe embodiment, the springs are preferably arranged in such a way, or the phase change takes place in such a way that the springs are tensioned at typical operating temperatures of the component and pull the sleeve into the opening of the receiving device. The springs relax as a result of an external heat influence and the sleeve is moved in the axial direction out of the opening of the receiving device into the loose position.
In einer alternativen Ausgestaltungsform kann das Antriebselement aus dem Formgedächtnismaterial als Draht, vorzugsweise als Spanndraht ausgebildet sein. Ein solcher Draht kann das Spannelement beispielsweise gegen die Kraft einer Feder, insbesondere einer als Schraubenfeder ausgebildeten Druckfeder von der Spannstellung in die Losstellung überführen und gemäß einer der o. g. Aktivierungsmethoden aktiviert werden.In an alternative embodiment, the drive element made of the shape-memory material can be designed as a wire, preferably as a tension wire. Such a wire can transfer the tensioning element from the tensioned position to the release position, for example against the force of a spring, in particular a compression spring designed as a helical spring, and according to one of the above-mentioned Activation methods are activated.
Das Spannelement kann dazu beispielsweise als Spanndorn oder Bolzen ausgebildet sein. Ein solcher Spanndorn oder -Bolzen kann beispielsweise eine Verriegelung eines Gehäuses realisieren, wobei die Verriegelung dann durch Aktivierung des Antriebselements gelöst werden kann.For this purpose, the tensioning element can be designed, for example, as a tensioning mandrel or a bolt. Such a mandrel or clamping bolt can, for example, lock a housing, in which case the locking can then be released by activating the drive element.
Die Erfindung betrifft auch einen Sensor mit einer wie vorstehend beschriebenen Spannvorrichtung. Bei dem Sensor handelt es sich insbesondere um einen Sensor zur Messung eines Füllstandes, eines Grenzstandes oder eines Druckes.The invention also relates to a sensor with a clamping device as described above. The sensor is in particular a sensor for measuring a fill level, a limit level or a pressure.
Eine Spannvorrichtung kann zum Beispiel als Prozessanschluss eingesetzt werden, der dazu dient, den Sensor an einem Behälter oder Rohr zu befestigen. Insbesondere werden hier Ausführungsformen von Spanneinrichtungen bevorzugt, welche unter Betriebstemperaturen des Sensors eine Spannstellung aufweisen und durch Wärmeeinwirkung in eine Losstellung zum Abnehmen des Sensors übergehen.For example, a fixture can be used as a process connection used to attach the sensor to a vessel or pipe. In particular, embodiments of clamping devices are preferred here which have a clamping position under the operating temperatures of the sensor and which, under the effect of heat, change into a loose position for removing the sensor.
Es ist auch denkbar, die Spannvorrichtung als Diebstahlschutz bzw. Manipulationsschutz einzusetzen. Alternativ kann die Spannvorrichtung als Deckelverschluss dienen, wobei der Deckel gegenüber einem Gehäuse des Sensors fixiert ist.It is also conceivable to use the tensioning device as protection against theft or manipulation. Alternatively, the tensioning device can serve as a cover closure, with the cover being fixed relative to a housing of the sensor.
Ferner ist es denkbar, mittels der Spannvorrichtung Leitungen, beispielsweise Kabel zu fixieren. Dementsprechend kann die Spannvorrichtung beispielsweise in Kabelverschraubungen und/oder Kabeldurchführungen eingesetzt werden.It is also conceivable to use the clamping device to fix lines, for example cables. Accordingly, the tensioning device can be used, for example, in cable glands and/or cable bushings.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Einspannen eines Bauteils. Dabei wird ein bewegliches Spannelement mittels einer Antriebseinrichtung zwischen einer Spannstellung und einer Losstellung verfahren, wobei die Antriebseinrichtung ein Antriebselement aus einem Formgedächtnismaterial umfasst. Durch die Phasenumwandlung des Antriebselementes aus dem Formgedächtnismaterial kann eine besonders effiziente Verlagerung des Spannelementes bewirkt werden. Furthermore, the invention relates to a method for clamping a component. In this case, a movable clamping element is moved between a clamping position and a release position by means of a drive device, the drive device comprising a drive element made of a shape-memory material. A particularly efficient displacement of the tensioning element can be brought about by the phase transformation of the drive element made of the shape-memory material.
Formgedächtnismaterialien weisen eine hohe Energiedichte auf, so dass große Hübe bzw. schwere Lasten auch bei kleinem Gewicht des Antriebselementes realisiert werden können.Shape memory materials have a high energy density, so that large strokes or heavy loads can be realized even with a low weight of the drive element.
Insbesondere wird aufgrund einer Temperaturänderung und/oder einer Magnetfeldänderung ein Verfahren des Spannelementes bewirkt. Die Temperatur oder auch ein Magnetfeld lassen sich kontrolliert einstellen und das Verfahren gut steuern.In particular, due to a change in temperature and/or a change in magnetic field, a movement of the tensioning element is effected. The temperature or a magnetic field can be set in a controlled manner and the process can be well controlled.
Weitere praktische Ausführungsformen und Vorteile sind in Verbindung mit den Figuren beschrieben. Es zeigen:
-
1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung in einer Losstellung in einer schematischen Darstellung in einer Draufsicht, -
2 die erste Ausführungsform der Spannvorrichtung aus1 in einer Spannstellung in einer schematischen Darstellung in einer Draufsicht, -
3a eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung in einer Losstellung in einer schematischen Darstellung in einem Querschnitt, -
3b die zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung in einer Losstellung in einer schematischen Darstellung in einem Querschnitt gemäß Linie IIIb-IIIb aus3a , -
4a die zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung in einer Spannstellung in einer schematischen Darstellung in einem Querschnitt, -
4b die zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Spannvorrichtung in einer Spannstellung in einer schematischen Darstellung in einem Querschnitt gemäß Linie IVb-IVb aus4a , und -
5 eine alternative Ausgestaltung einer Spannvorrichtung mit einem Spanndorn.
-
1 a first embodiment of a clamping device according to the invention in a loose position in a schematic representation in a plan view, -
2 the first embodiment of the clamping device1 in a clamping position in a schematic representation in a plan view, -
3a a second embodiment of a clamping device according to the invention in a loose position in a schematic representation in a cross section, -
3b the second embodiment of a clamping device according to the invention in a loose position in a schematic representation in a cross section according to line IIIb-IIIb3a , -
4a the second embodiment of a clamping device according to the invention in a clamping position in a schematic representation in a cross section, -
4b the second embodiment of a clamping device according to the invention in a clamping position in a schematic representation in a cross section according to line IVb-IVb4a , and -
5 an alternative embodiment of a clamping device with a mandrel.
In den
Die Spannvorrichtung 10 umfasst hier drei Spannelemente 12 in Form von Spannbacken 14, welche jeweils eine sich über einen Bogen erstreckende Anlagefläche 16 aufweisen. Die Spannbacken 14 dienen hier zum Halten und Fixieren eines Bauteils 18 mit einer kreisförmigen Außenkontur. Die Spannbacken 14 sind äquidistant zueinander kreisförmig um das Bauteil 18 herum angeordnet.The clamping
Bei dem Bauteil 18 könnte es sich zum Beispiel um einen Sensor mit einem zylinderförmigen Gehäuse handeln.The
An die Rückseite der Spannbacken 14 schließt sich jeweils eine Antriebseinrichtung 20 an, wobei die Antriebseinrichtung 20 hier jeweils ein Antriebselement 22 aus einem Formgedächtnismaterial umfasst. Das Antriebselement 22 ist hier als Spiralfeder 24 ausgebildet und erstreckt sich ausgehend von der Rückseite der jeweiligen Spannbacken 14 zu einem Widerlager 26.A
Wie bei einer Zusammenschau der
Die Verlagerung der Spannbacken 14 zwischen der Spannstellung und der Losstellung wird mittels der Antriebselemente 22 bewirkt. In der Losstellung
Das Spannen und Entspannen der Federn 24 aus dem Formgedächtnismaterial wird hier mittels einer Temperatureinwirkung bewirkt. In der Spannstellung (
In dieser Ausführungsform liegen die Richtung des Hubes des Antriebselementes 20 und die Richtung des von dem Spannelement 12 auf das Bauteil 18 ausgeübte Spannkraft auf einer Achse - hier in radialer Richtung.In this embodiment, the direction of the stroke of the
In Verbindung mit den
Für die zweite Ausführungsform einer Spanneinrichtung 10 dient als Spannelement 12 eine geschlitzte Hülse 30 mit über den Umfang der Hülse 30 verteilten Schlitzen 32 (vgl.
Die Hülse 30 ist in einer Öffnung 36 einer Aufnahmevorrichtung 38 angeordnet. Vorliegend weitet sich die Hülse 30 an einem Ende kegelstumpfartig auf und weist eine sich keilförmig nach außen erstreckende Seitenfläche 40 auf. Korrespondierend dazu weitet sich die Öffnung 36 in der Aufnahmevorrichtung 38 in radialer Richtung nach außen und weist eine keilförmige Innenfläche 42 auf.The
Bewegt sich nun die Hülse 30 in Axialrichtung gegenüber der Aufnahmevorrichtung 38 in die Öffnung 36 hinein, bewirken die korrespondierend zueinander ausgebildeten keilförmigen Seitenfläche 40 und Innenfläche 42, dass die Hülse 30 zusammengedrückt wird und sich die Schlitze 32 in der Hülse 30 verengen (vgl.
Eine entsprechende Spannstellung in den
Eine Verlagerung des Spannelementes 12 zwischen der Losstellung (
Durch ein Zusammenziehen der Federn 24 wird die Hülse 30 in die Öffnung 36 hineinbewegt und eine radiale Spannkraft wird auf das Bauteil 18 ausgeübt. Entsprechend bewegt sich die Hülse 30 bei einer Entspannung der Federn 24 aus der Aufnahmevorrichtung 38 heraus und die Hülse 30 entspannt sich wieder.The
Im Gegensatz zur ersten Ausführungsform ist es für die zweite Ausführungsform vorgesehen, dass die Entspannung der Federn 24 durch Wärmeeinfluss bewirkt wird (durch Pfeile 28 angedeutet). Das heißt auch hier wird die Losstellung unter Wärmeeinfluss erreicht und die Spannstellung liegt bei Umgebungstemperatur vor.In contrast to the first embodiment, it is provided for the second embodiment that the relaxation of the springs 24 is brought about by the influence of heat (indicated by arrows 28). This also means that the release position is reached under the influence of heat and the clamping position is at ambient temperature.
Bei dieser zweiten Ausführungsform wird der lineare Hub der Federn 24 durch das Zusammenwirken der Hülse 30 und der Aufnahmevorrichtung 38 in eine radiale Spannkraft umgesetzt.In this second embodiment, the linear stroke of the springs 24 is converted into a radial clamping force by the interaction of the
BezugszeichenlisteReference List
- 1010
- Spannvorrichtungclamping device
- 1212
- Spannelementclamping element
- 1414
- Spannbackenclamping jaws
- 1515
- Spanndornmandrel
- 1616
- Anlageflächecontact surface
- 1818
- Bauteilcomponent
- 2020
- Antriebseinrichtungdrive device
- 2222
- Antriebselementdrive element
- 2323
- Spanndrahttension wire
- 2424
- Schraubenfedercoil spring
- 2525
- Feder, Druckfederspring, compression spring
- 2626
- Widerlagerabutment
- 2828
- Pfeil (Wärme) arrow (heat)
- 3030
- Hülsesleeve
- 3232
- Schlitzslot
- 3434
- Öffnungopening
- 3636
- Öffnungopening
- 3838
- Aufnahmevorrichtungrecording device
- 4040
- Seitenflächeside face
- 4242
- InnenflächeInner surface
- 4444
- Bodenfloor
- 4646
- Ende der Hülseend of the sleeve
Claims (13)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102020130625.3A DE102020130625A1 (en) | 2020-11-19 | 2020-11-19 | Clamping device with shape memory alloy, sensor with such a clamping device and method for clamping a component |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102020130625.3A DE102020130625A1 (en) | 2020-11-19 | 2020-11-19 | Clamping device with shape memory alloy, sensor with such a clamping device and method for clamping a component |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102020130625A1 true DE102020130625A1 (en) | 2022-05-19 |
Family
ID=81345485
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102020130625.3A Pending DE102020130625A1 (en) | 2020-11-19 | 2020-11-19 | Clamping device with shape memory alloy, sensor with such a clamping device and method for clamping a component |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
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Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH03167448A (en) | 1989-11-28 | 1991-07-19 | Toki Sangyo Kk | Automatic rotor attaching and removing apparatus for rotary-type viscosimeter |
US5129753A (en) | 1990-11-13 | 1992-07-14 | Trw Inc. | Shape memory wire latch mechanism |
US6450725B1 (en) | 1998-09-24 | 2002-09-17 | Eads Deutschland Gmbh | Holding and releasing mechanism with a shape memory actuator |
EP1734266B1 (en) | 2004-04-07 | 2010-05-12 | HONDA MOTOR CO., Ltd. | Fastening device |
DE102010009027A1 (en) | 2010-02-24 | 2011-08-25 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V., 80686 | Motor vehicle with pivotally mounted vehicle door with frameless window pane |
DE102019206842A1 (en) | 2019-05-10 | 2020-05-07 | Audi Ag | Window pane arrangement for a vehicle door |
-
2020
- 2020-11-19 DE DE102020130625.3A patent/DE102020130625A1/en active Pending
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH03167448A (en) | 1989-11-28 | 1991-07-19 | Toki Sangyo Kk | Automatic rotor attaching and removing apparatus for rotary-type viscosimeter |
US5129753A (en) | 1990-11-13 | 1992-07-14 | Trw Inc. | Shape memory wire latch mechanism |
US6450725B1 (en) | 1998-09-24 | 2002-09-17 | Eads Deutschland Gmbh | Holding and releasing mechanism with a shape memory actuator |
EP1734266B1 (en) | 2004-04-07 | 2010-05-12 | HONDA MOTOR CO., Ltd. | Fastening device |
DE102010009027A1 (en) | 2010-02-24 | 2011-08-25 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V., 80686 | Motor vehicle with pivotally mounted vehicle door with frameless window pane |
DE102019206842A1 (en) | 2019-05-10 | 2020-05-07 | Audi Ag | Window pane arrangement for a vehicle door |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R163 | Identified publications notified |