DE102022210729A1 - Arrangement for contacting a shape memory alloy element and locking device with such an arrangement - Google Patents
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Abstract
Es wird eine Anordnung zur Kontaktierung eines Formgedächtnislegierungs-Elements offenbart, wobei das Formgedächtnislegierungs-Element zwischen einer ersten Formgebung einer Ausgefahren-Position und einer zweiten Formgebung einer Eingefahren-Position entlang einer Kraftrichtung überführbar ist, wobei die Anordnung ein erstes Kontaktplättchen, ein zweites Kontaktplättchen, ein erstes strukturgebendes Element und ein zweites strukturgebendes Element umfasst, wobei das Formgedächtnislegierungs-Element in Kraftrichtung zwischen dem ersten Kontaktplättchen und dem zweiten Kontaktplättchen in mechanischem Kontakt angeordnet ist und diese zwischen dem ersten strukturgebenden Element und dem zweiten strukturgebenden Element.An arrangement for contacting a shape memory alloy element is disclosed, wherein the shape memory alloy element can be transferred between a first shape of an extended position and a second shape of a retracted position along a force direction, wherein the arrangement comprises a first contact plate, a second contact plate, a first structure-giving element and a second structure-giving element, wherein the shape memory alloy element is arranged in mechanical contact between the first contact plate and the second contact plate in the force direction and these between the first structure-giving element and the second structure-giving element.
Description
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Kontaktierung eines Formgedächtnislegierungs-Elements sowie eine Verriegelungsvorrichtung mit solch einer Anordnung.The invention relates to an arrangement for contacting a shape memory alloy element and a locking device with such an arrangement.
Konstruktive Lösungen auf Basis von Formgedächtnislegierungen können vielfältige Funktionen übernehmen. Es gibt mehrere Möglichkeiten, ein Formgedächtnislegierungs-Element thermisch zu aktivieren.Constructive solutions based on shape memory alloys can take on a variety of functions. There are several ways to thermally activate a shape memory alloy element.
Da Formgedächtnislegierungs-Elemente typischerweise elektrisch leitfähig sind, wird aus Gründen der einfachen Steuer- und Regelbarkeit häufig die Möglichkeit der Bestromung genutzt. Dies bedeutet, dass ein definierter Stromfluss über einer bestimmten Spannung über dem Formgedächtnislegierungs-Element eingestellt wird. Die in diesem Arbeitspunkt entstehende Wärme wird für die Aktivierung des Formgedächtnislegierungs-Elements genutzt.Since shape memory alloy elements are typically electrically conductive, the option of applying current is often used for reasons of easy control and regulation. This means that a defined current flow is set above a certain voltage across the shape memory alloy element. The heat generated at this operating point is used to activate the shape memory alloy element.
Eine besondere Herausforderung ergibt sich in der Anordnung und Kontaktierung des aktiven Formgedächtnislegierungs-Elements. Dies stellt vielfältige technische Probleme dar:
- - Formgedächtnislegierungen bestehen aus Bestandteilen wie beispielsweise Nickel und Titan, bei denen gängige Löt- und Schweiß-Verfahren nicht anwendbar sind;
- - der für die Kontaktierung nötige Platzbedarf ist häufig nicht verfügbar und;
- - eine Kontaktierung beeinflusst die Kraftabgabe-Eigenschaften des Formgedächtnislegierungs-Elements negativ oder führt zu zusätzlichen Verlusten in Folge von Reibung.
- - Shape memory alloys consist of components such as nickel and titanium, for which common soldering and welding processes cannot be used;
- - the space required for contacting is often not available and;
- - contact negatively influences the force delivery properties of the shape memory alloy element or leads to additional losses due to friction.
Insbesondere bei mechanischen Verriegelungen, die in hoher Stückzahl produziert werden sollen, werden hohe Anforderungen an die Wirtschaftlichkeit gelegt. Dies bedeutet, dass sowohl Fertigung, Montage und Betrieb eines derartigen Systems wirtschaftlich sein müssen.Particularly for mechanical locking systems that are to be produced in large quantities, high demands are placed on cost-effectiveness. This means that the production, assembly and operation of such a system must be economical.
Bisher werden Formgedächtnislegierungs-Elemente typischerweise durch aufwendige Crimp- oder Klemmverfahren kontaktiert, welche zeit- und kostenintensiv sind.To date, shape memory alloy elements have typically been contacted using complex crimping or clamping processes, which are time-consuming and costly.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Anordnung zur Kontaktierung eines Formgedächtnislegierungs-Elements zur Verfügung zu stellen, die die oben beschriebenen Nachteile überwindet.It is therefore an object of the invention to provide an arrangement for contacting a shape memory alloy element which overcomes the disadvantages described above.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Anordnung zur Kontaktierung eines Formgedächtnislegierungs-Elements gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Anordnung sind in den Unteransprüche 2 bis 4 angegeben. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß ebenfalls durch die Verriegelungsvorrichtung gemäß Patentanspruch 5 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Verriegelungsvorrichtung sind in den Unteransprüchen 6 bis 8 angegeben.This object is achieved according to the invention by the arrangement for contacting a shape memory alloy element according to claim 1. Advantageous embodiments of the arrangement according to the invention are specified in subclaims 2 to 4. The object is also achieved according to the invention by the locking device according to claim 5. Advantageous embodiments of the locking device according to the invention are specified in subclaims 6 to 8.
Die Anordnung zur Kontaktierung eines Formgedächtnislegierungs-Elements gemäß Patentanspruch 1, wobei das Formgedächtnislegierungs-Element zwischen einer ersten Formgebung einer Ausgefahren-Position und einer zweiten Formgebung einer Eingefahren-Position entlang einer Kraftrichtung überführbar ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung ein erstes Kontaktplättchen, ein zweites Kontaktplättchen, ein erstes strukturgebendes Element und ein zweites strukturgebendes Element umfasst, wobei das Formgedächtnislegierungs-Element in Kraftrichtung zwischen dem ersten Kontaktplättchen und dem zweiten Kontaktplättchen in mechanischem Kontakt angeordnet ist und diese zwischen dem ersten strukturgebenden Element und dem zweiten strukturgebenden Element.The arrangement for contacting a shape memory alloy element according to claim 1, wherein the shape memory alloy element can be transferred between a first shape of an extended position and a second shape of a retracted position along a force direction, is characterized in that the arrangement comprises a first contact plate, a second contact plate, a first structure-giving element and a second structure-giving element, wherein the shape memory alloy element is arranged in mechanical contact between the first contact plate and the second contact plate in the force direction and these between the first structure-giving element and the second structure-giving element.
Vorteilhaft hierbei ist, dass die Kontaktierung des Formgedächtnislegierungs-Elements nicht per Crimp- oder Klemmverbindung, sondern über die Kontaktplättchen erfolgt. Durch Anordnung in Kraftrichtung ist eine sichere Kontaktierung während des gesamten Betriebs gewährleistet. Weitere Vorteile sind ein einfacher Aufbau durch wenige Teile, eine einfache Fertigung von Kontaktplättchen bezüglich ihrer Geometrie, die Anwendung einer Standardverbindungstechnologie zur Kontaktierung der elektrischen Anschlüsse auf den Kontaktplättchen, eine Kontaktierung ohne negativen Einfluss auf die Abgabekraft des Formgedächtnislegierungs-Elements, eine rein elektrische Ansteuerung, eine Ermöglichung von sehr hohen Schaltzyklen, dies verschleißfrei, eine einfache Montage und eine geringe Baugröße und somit eine einfache Integration in bestehende Zubehöre.The advantage here is that the shape memory alloy element is not contacted by a crimp or clamp connection, but via the contact plates. The arrangement in the direction of force ensures secure contact throughout the entire operation. Other advantages include a simple structure with few parts, simple production of contact plates in terms of their geometry, the use of a standard connection technology for contacting the electrical connections on the contact plates, contacting without negatively affecting the output force of the shape memory alloy element, purely electrical control, the possibility of very high switching cycles without wear, simple assembly and a small size and thus easy integration into existing accessories.
In einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung ist das Formgedächtnislegierungs-Element mechanisch vorgespannt zwischen dem ersten Kontaktplättchen und dem zweiten Kontaktplättchen angeordnet.In one embodiment of the arrangement according to the invention, the shape memory alloy element is arranged in a mechanically prestressed manner between the first contact plate and the second contact plate.
In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung sind das erste Kontaktplättchen und/oder das zweite Kontaktplättchen aus leitendem Material gefertigt.In a further embodiment of the arrangement according to the invention, the first contact plate and/or the second contact plate are made of conductive material.
In einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung sind Anschlussleitungen an den beiden Kontaktplättchen befestigt durch Standardverbindungsmethoden wie Löten, Schweißen, Klemmen oder Schrauben.In one embodiment of the arrangement according to the invention, connecting lines are attached to the two contact plates by standard Connection methods such as soldering, welding, clamping or screwing.
Die Verriegelungsvorrichtung gemäß Patentanspruch 5 umfasst eine erfindungsgemäße Anordnung, ein bewegliches Element und ein Gehäuse, wobei eines der strukturgebenden Elemente am beweglichen Element befestigt ist und das andere strukturgebenden Elemente am Gehäuse oder Teil des Gehäuses ist, so dass das Formgedächtnislegierungs-Element in der ersten Formgebung der Ausgefahren-Position das bewegliche Element zumindest teilweise aus dem Gehäuse heraustreten lässt und in der zweiten Formgebung der Eingefahren-Position das bewegliche Element im Gehäuse eingefahren ist.The locking device according to claim 5 comprises an arrangement according to the invention, a movable element and a housing, wherein one of the structural elements is fastened to the movable element and the other structural element is on the housing or part of the housing, so that the shape memory alloy element in the first shape of the extended position allows the movable element to at least partially emerge from the housing and in the second shape of the retracted position the movable element is retracted in the housing.
In einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verriegelungsvorrichtung umfasst diese eine Elektronik und Anschlussleitungen zur Ansteuerung des Formgedächtnislegierungs-Elements.In one embodiment of the locking device according to the invention, it comprises electronics and connecting lines for controlling the shape memory alloy element.
In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verriegelungsvorrichtung umfasst diese eine Rückstellfeder, die entlang der Kraftrichtung des Formgedächtnislegierungs-Elements wirkt und das bewegliche Element in Richtung der Eingefahren-Position drückt.In a further embodiment of the locking device according to the invention, it comprises a return spring which acts along the direction of force of the shape memory alloy element and presses the movable element in the direction of the retracted position.
In eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verriegelungsvorrichtung ist die Rückstellfeder als Druckfeder ausgebildet.In one embodiment of the locking device according to the invention, the return spring is designed as a compression spring.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung, sowie die Art und Weise wie sie erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsformen, die im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert werden.The above-described properties, features and advantages of this invention, as well as the manner in which they are achieved, will become clearer and more clearly understood in connection with the following description of the embodiments, which are explained in more detail in connection with the figures.
Dabei zeigen:
-
1 Anordnung zur Kontaktierung eines Formgedächtnislegierungs-Elements; -
2 Verriegelungsvorrichtung mit einer Anordnung zum Kontaktieren eines Formgedächtnislegierungs-Elements; und -
3A und3B Verriegelungsvorrichtung in der Eingefahren-Position und der Ausgefahren-Position.
-
1 Arrangement for contacting a shape memory alloy element; -
2 Locking device with an arrangement for contacting a shape memory alloy element; and -
3A and3B Locking device in the retracted position and the extended position.
In
Die erfindungsgemäße Anordnung 100 umfasst ein erstes Kontaktplättchen 120, ein zweites Kontaktplättchen 130, ein erstes strukturgebendes Element 110 und ein zweites strukturgebendes Element 140. Das Formgedächtnislegierungs-Element 500 ist in Kraftrichtung zwischen dem ersten Kontaktplättchen 120 und dem zweiten Kontaktplättchen 130 in mechanischem Kontakt angeordnet, die wiederum zwischen dem ersten strukturgebenden Element 110 und dem zweiten strukturgebenden Element 140.The
Insgesamt ergibt sich, dass das erste strukturgebende Element 110 das erste Kontaktplättchen 120 in Kraftrichtung hält, dann sich das Formgedächtnislegierungs-Element 500 zwischen erstem Kontaktplättchen 120 und zweitem Kontaktplättchen 130 in mechanischem Kontakt erstreckt und dieses zweite Kontaktplättchen 130 durch das zweite strukturgebende Element 140 gehalten wird.Overall, it follows that the first
Das Formgedächtnislegierungs-Element 500 ist mechanisch vorgespannt zwischen dem ersten Kontaktplättchen 120 und dem zweiten Kontaktplättchen 130. Dadurch wird zumindest eine minimale Kontaktkraft zwischen dem Formgedächtnislegierungs-Element 500 und dem ersten Kontaktplättchen 120 und dem zweiten Kontaktplättchen 130 aufrechterhalten. Anders ausgedrückt bedeutet dies, dass in der Eingefahren-Position des Formgedächtnislegierungs-Elements 500 immer noch eine Mindestkontaktkraft zwischen dem Formgedächtnislegierungs-Element 500 und dem ersten Kontaktplättchen 120 und dem zweiten Kontaktplättchen 130 aufgebracht wird.The shape
Das erste Kontaktplättchen 120 und/oder das zweite Kontaktplättchen 130 sind aus leitendem Material gefertigt. An diesen Kontaktplättchen 120; 130 können Anschlussleitungen 125; 135 angebracht sein. Diese Anschlussleitungen 125; 135 können durch Standardverbindungsmethoden wie Löten, Schweißen, Klemmen oder Schrauben an den Kontaktplättchen 120; 130 befestigt sein. In der Darstellung der
In
Eines der strukturgebenden Elemente 110 ist am beweglichen Element 700 befestigt und das andere strukturgebende Element 140 am Gehäuse 710 oder ist sogar Teil des Gehäuses 710. Das Formgedächtnislegierungs-Element 500 lässt in der ersten Formgebung der Ausgefahren-Position das bewegliche Element 700 zumindest teilweise aus dem Gehäuse 710 heraustreten und in der zweiten Formgebung der Eingefahren-Position ist das bewegliche Element 700 im Gehäuse 710 eingefahren. In der Darstellung der
Die Verriegelungsvorrichtung 1000 umfasst des Weiteren eine Elektronik 600 und Anschlussleitungen 125; 135 zur Ansteuerung des Formgedächtnislegierungs-Elements 500. Des Weiteren ist eine Rückstellfeder 510 in der Verriegelungsvorrichtung 1000 vorgesehen, die entlang der Kraftrichtung des Formgedächtnislegierungs-Elements 500 wirkt und das bewegliche Element 700 in Richtung der Eingefahren-Position drückt. Diese Rückstellfeder 510 arbeitet somit gegen die Kraft des Formgedächtnislegierungs-Elements 500. Bei entsprechender Bestromung des Formgedächtnislegierungs-Elements 500 wird die Kraft der Rückstellfeder 510 überwunden und das Formgedächtnislegierungs-Elements 500 in die erste Formgebung der Ausgefahren-Position bewegt. Die Rückstellfeder 510 kann als Druckfeder ausgebildet sein.The
Die
Das Formgedächtnislegierungs-Element 500 wird zwischen zwei strukturgebenden Elementen 110; 140 eingespannt. Zwischen den zwei strukturgebenden Elementen 110; 140 und dem Formgedächtnislegierungs-Element 500 sind jeweils ein erstes Kontaktplättchen 120 und ein zweites Kontaktplättchen 130 angeordnet. Durch die Anordnung in Kraftrichtung und Vorspannung des Formgedächtnislegierungs-Elements 500 ist eine sichere Kontaktierung während des gesamten Betriebs gewährleistet. Die Kontaktplättchen 120; 130 bestehen aus einem leitenden Material, so dass aufgrund dieser Materialeigenschaften sehr leicht elektrische Verbindungen angebracht werden können. Hierbei kann wieder auf Standardverbindungsmethoden wie Löten, Schweißen, Klemmen oder Schrauben zurückgegriffen werden.The shape
Die erfindungsgemäße Verriegelungsvorrichtung 1000 kann ein Formgedächtnislegierungs-Element 500 in Form einer Druckfeder sein, welche bei Aktivierung sich längt, und einer Rückstellfeder 510 gebildet werden, wodurch eine mechanische Verriegelung inklusive Kontaktierung und Ansteuerung gegeben ist.The
Bei Nichtaktivierung befindet sich das Formgedächtnislegierungs-Element 500 in der zweiten Formgebung der Eingefahren-Position und das bewegliche Element 700 ist im Gehäuse 710 eingefahren. Die Rückstellfeder 510 drückt das bewegliche Element 700 in der Darstellung der
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