DE10301798A1 - Stelltrieb - Google Patents

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Timo Goebel
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Bayerische Motoren Werke AG
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Bayerische Motoren Werke AG
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    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E05LOCKS; KEYS; WINDOW OR DOOR FITTINGS; SAFES
    • E05BLOCKS; ACCESSORIES THEREFOR; HANDCUFFS
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    • E05B47/0001Operating or controlling locks or other fastening devices by electric or magnetic means with electric actuators; Constructional features thereof
    • E05B47/0009Operating or controlling locks or other fastening devices by electric or magnetic means with electric actuators; Constructional features thereof with thermo-electric actuators, e.g. heated bimetals
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
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    • E05BLOCKS; ACCESSORIES THEREFOR; HANDCUFFS
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03GSPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G7/00Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for
    • F03G7/06Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for using expansion or contraction of bodies due to heating, cooling, moistening, drying or the like
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stelltrieb, wie er beispielsweise als Linearantrieb bei Türverriegelungsvorrichtungen, Lüftungsklappenansteuerungen oder auch zur Ansteuerung von Ventileinrichtungen Anwendung finden kann. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stelltrieb zu schaffen, dessen Stellglied auf zuverlässige Weise aus einer ersten Stellgliedposition in eine zweite Stellgliedposition bringbar ist und bei welchem das Stellglied in der jeweiligen Wirkposition sicher und unter einem allenfalls geringen Leistungsbezug verweilen kann. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Stelltrieb mit einer Gehäuseeinrichtung, einem Stellglied, das relativ zu der Gehäuseeinrichtung bewegbar ist, und einer Aktuatoreinrichtung zur selektiven Aufbringung einer zwischen dem Stellglied und der Gehäuseeinrichtung wirksamen Stellkraft, wobei unter Wirkung der selektiv aufgebrachten Stellkraft das Stellglied aus einer ersten Stellung in eine zweite Stellung verlagerbar ist, wobei sich dieser Stelltrieb auszeichnet durch eine Arretiereinrichtung zur Festlegung des Stellgliedes in einer durch Aktivierung der Aktuatoreinrichtung bestimmten Position. Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, einen Stelltrieb zu schaffen, bei welchem die Aktuatoreinrichtung nur für den Umschaltvorgang aktiviert werden muss und ansonsten das Stellglied ohne weiteren Leistungsbezug zuverlässig in der eingestellten Wirkposition verweilen kann.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Stelltrieb, wie er beispielsweise als Linearantrieb bei Türverriegelungsvorrichtungen, Luftklappenansteuerungen oder auch zur Ansteuerung von Ventileinrichtungen Anwendung finden kann.
  • Es sind Stelltriebe bekannt, bei welchen die zur Verlagerung eines Stellgliedes erforderliche Stellkraft über Spulenanordnungen auf elektromagnetischem Wege aufgebracht wird. Bei derartigen, elektromagnetisch arbeitenden Stelltrieben ist üblicherweise eine Spulenanordnung vorgesehen, durch die ein mit dem Stellglied gekoppeltes Ankerelement entsprechend der Ansteuerung der Spuleneinrichtung bewegbar ist. Bei diesen Stelltrieben besteht das Problem, dass diese im Hinblick auf den erforderlichen Anker, sowie die zur Generierung des Magnetfeldes erforderliche Spule in der Herstellung relativ teuer ist und ein hohes Eigengewicht aufweist. Alternativ zu diesen elektromagnetischen Stelltrieben finden im Kraftfahrzeugbereich auch druckmittelbetätigte Stelltriebe Anwendung. Letztere zeichnen sich durch eine günstige Kraft-/Geschwindigkeitscharakteristik aus. Die Führung der Druckmittelleitungen (auch Unterdruckleitungen) sowie die Bereitstellung der erforderlichen Ventileinrichtungen erweist sich jedoch unter fertigungs- und montagetechnischen Gesichtspunkten als kostenträchtig.
  • Aus der US Patentschrift US 6,326,707 B1 ist ein, auch als SMA-Aktuator bezeichneter Stelltrieb bekannt, bei welchem die zur Verlagerung eines Stellgliedes erforderliche Stellkraft durch ein SMA-Element aufgebracht wird. Die Buchstabenfolge SMA steht hierbei als Abkürzung für Shape Memory Alloy (Formerinnerungslegierung), zum Beispiel eine Nickel-Titan Legierung, auch bekannt als Nitinol. Durch einen, aus diesem Material gebildeten Draht ist es möglich, bei Erwärmung desselben auf eine vorbestimmte Grenztemperatur eine Verkürzung des Drahtes um etwa 8% herbeizuführen und hierbei vergleichsweise große Zugkräfte zu erzeugen. Die Aufheizung des Drahtes kann insbesondere erfolgen indem diese als Ohmscher-Widerstand mit Spannung beaufschlagt wird. In der genannten US 6,326,707 B1 ist insbesondere eine Teleskopanordnung beschrieben, bei welcher teleskopartig angeordnete Druck-Elemente miteinander durch SMA-Drähte gekoppelt sind, so dass durch Verkürzung der SMA-Drähte die einzelnen Druck-Elemente gegeneinander verschoben werden und sich damit insgesamt eine Längung der Teleskopanordnung ergibt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stelltrieb zu schaffen, dessen Stellglied auf zuverlässige Weise aus einer ersten Stellgliedposition in eine zweite Stellgliedposition verlagerbar ist und bei welchem das Stellglied in der jeweiligen Wirkposition sicher und unter einem allenfalls geringen Leistungsbezug verweilen kann.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Stelltrieb mit den in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
  • Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, einen Stelltrieb zu schaffen, bei welchem die Aktuatoreinrichtung lediglich kurzfristig für den Umschaltvorgang aktiviert werden muss und ansonsten das Stellglied ohne weiteren Leistungsbezug zuverlässig in der eingestellten Wirkposition verweilen kann.
  • Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält die Aktuatoreinrichtung ein SMA-Element. Hierdurch wird es möglich, die jeweils gewünschte Stellbewegung durch einen kräftigen, bewegungssteifen Antrieb herbeizuführen. Das in der Aktuatoreinrichtung vorgesehene SMA-Element ist vorzugsweise durch einen Draht- oder flachen Bandmaterialabschnitt gebildet. Das SMA-Element besteht vorzugsweise aus einer Shape-Memory-Legierung insbesondere einer Nickel-Titan-Legierung. Die Ansteuerung des SMA-Elements erfolgt vorzugsweise indem dieses als Ohmscher Widerstand selektiv mit Spannung beaufschlagt wird.
  • Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Arretiereinrichtung als Rastmechanismus ausgebildet. Der Rastmechanismus ist vorzugsweise in einen Rastzustand bringbar, in welchem dieser einen Rücklauf des Stellgliedes sperrt. Hierdurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, das Stellglied durch selektiv ausgelöste Kontraktion des SMA-Elements in eine Wirkposition zu verlagern, in welcher, oder in deren Nähe das Stellglied durch den Rastmechanismus sperrbar ist. Der Rastmechanismus ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass dieser im Rahmen einer vorangehenden Rücklaufbewegung des Stellgliedes in einen Sperrzustand tritt, in welchem dieser eine Rücklaufbewegung sperrt, wobei vorzugsweise durch nachfolgendes erneutes Aktivieren des Aktuators der Sperrzustand aufgehoben wird und ein Freigabezustand erzeugt wird, der einen Rücklauf des Stellgliedes gestattet.
  • Der Stelltrieb ist vorzugsweise als Linearstelltrieb ausgebildet. Durch einen derartigen Stelltrieb wird es beispielsweise möglich, Luft- oder Lüftungsklappen, Kühlsystemhähne oder Türverriegelungsorgane anzusteuern. Es ist möglich, den Stelltrieb mit einer Getriebeeinrichtung auszustatten zur Umsetzung einer seitens des Stellgliedes ausgeübten Linearbewegung in eine Schwenkbewegung.
  • Gemäß einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stelltriebes ist es auch möglich, das Stellglied derart auszubilden und anzuordnen, dass dieses eine Stellbewegung in Form einer Schwenkbewegung ausübt. Die Stellvorrichtung kann dann als Schwenkstelltrieb Anwendung finden und z.B. unmittelbar in Scharniereinrichtungen integriert werden.
  • Der Schwenkstelltrieb kann derart ausgebildet sein, dass dieser Schwenkbewegungen über einen Winkelbereich von mehr als 360° ermöglicht. Es ist möglich, diese Schwenkbewegung des Stellgliedes mittels einer Getriebeeinrichtung, z.B. in Form einer Gewindeeinrichtung, in eine Linearbewegung umzuwandeln. Die Gewindeeinrichtung kann derart ausgebildet sein, dass diese im wesentlichen selbsthemmend ist.
  • Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Gehäuse aus einem elektrisch nicht leitfähigen Material, insbesondere einem mechanisch und thermisch hoch belastbaren Kunststoffmaterial gefertigt.
  • Die SMA-Aktuatoreinrichtung kann als SMA-Teleskopstruktur ausgebildet sein, wobei die SMA-Organe vorzugsweise durch SMA-Drähte gebildet sind. Die SMA-Organe können unmittelbar mit den zu verlagernden Strukturteilen der Teleskopstruktur gekoppelt sein. Alternativ hierzu ist es auch möglich, die SMA-Organe über Hebel- oder Umlenkeinrichtungen in einen Mechanismus einzubinden, der auf Grundlage der selektiv veranlassbaren Verkürzung der SMA-Organe die gewünschte Stellbewegung bereitstellt.
  • Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Federeinrichtung vorgesehen, die das Stellglied in eine der SMA-Kontraktionsrichtung entgegengesetzte Rücklaufbewegungsrichtung vorbelastet. Dadurch wird es auf vorteilhafte Weise möglich, zur entsprechenden Verlagerung des Stellgliedes die SMA-Organe nur kurzfristig zu aktivieren, so dass hierdurch der Sperrzustand des Rastmechanismus aufgehoben wird und das Stellglied unter Wirkung der Federeinrichtung verlagert wird.
  • Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist in die Gehäuseeinrichtung eine zweite SMA-Einrichtung integriert. Diese zweite SMA-Einrichtung kann beispielsweise dazu dienen, den Verriegelungszustand der Arretiereinrichtung zu ändern, beispielsweise aufzuheben. Alternativ hierzu oder auch in Kombination mit dieser Maßnahme ist es möglich, die zweite SMA-Einrichtung zur Aufbringung einer Stellkraft zu verwenden, die der seitens der ersten SMA-Einrichtung aufgebrachten Stellkraft entgegen gerichtet ist.
  • Das SMA-Element ist vorzugsweise aus einem Drahtnmaterial gefertigt. Dieses Drahtmaterial weist vorzugsweise ein im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt auf. Das SMA-Element kann zumindest abschnittsweise in einem flexiblen, jedoch vorzugsweise drucksteifen Gehäuseabschnitt, insbesondere in einer flexiblen Tülle z.B. in der Art einer Bowdenzug-Tülle angeordnet sein.
  • Es ist möglich, das zur Ausbildung des SMA-Elementes vorgesehene Material derart zu konfektionieren, dass der Formänderungseffekt nur in Verbindung mit einer bestimmten Heizcharakteristik, insbesondere nur bei einer bestimmten Spannungsbeaufschlagung eintritt. Hierdurch wird eine erhöhte Funktionssicherheit und insbesondere eine geringere Manipulierbarkeit des Stelltriebes erreicht.
  • Es ist auch möglich, das SMA-Element durch ein Wärmeträgermedium beispielsweise durch Motorkühl- oder Schmiermittel oder auch durch Bremsflüssigkeiten zu erwärmen. Insbesondere im Zusammenhang mit der Erfassung des thermischen Zustandes von Bremsorganen, insbesondere Scheiben, Belägen, Zangen wird es möglich, durch den erfindungsgemäßen Stelltrieb einen Kühlluftstrom zu steuern, so dass beispielsweise eine ausgeprägte Kühlluftanströmung erst erfolgt, wenn diese im Hinblich auf den thermischen Zustand der Bremsorgane erforderlich ist.
  • Es ist möglich, in dem erfindungsgemäßen Stelltrieb mehrere SMA-Elemente vorzusehen, wobei durch gesteuerte Ansteuerung derselben unterschiedliche Hub- oder Zugbewegungen des Stellgliedes einstellbar sind. Es ist auch möglich, bestimmte Abschnitte des SMA-Elementes selektiv zu erwärmen, insbesondere abschnittsweise mit Spannung zu beaufschlagen. Hierdurch wird es möglich durch Auswahl der wirksam aufgeheizten Abschnitte des SMA-Elementes definierte Ausschläge herbeizuführen.
  • Es ist auch möglich, die Verrastungseinrichtung derart auszubilden, dass diese im Zusammenhang mit einer sukzessiven Betätigung bzw. Aufheizung des SMA-Elementes eine Verlagerung des Stellelementes in der Art einer Kletterbewegung gestattet.
  • Im Bereich des erfindungsgemäßen Stelltriebes sind vorzugsweise Maßnahmen getroffen, die eine unzulässige Belastung des Stellgliedes, insbesondere des SMA-Elementes verhindern. Derartige Massnahmen können insbesondere in Form von Rutschkupplungen oder Federeinrichtungen getroffen sein. Es ist möglich, derartige Fehlgebrauchs-Sicherungen unmittelbar in den erfindungsgemäßen Stelltrieb zu integrieren, so dass dieser auch bei Stellkraftüberschreitung keinen Schaden erleidet.
  • Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Stelltrieb derart ausgebildet, dass aus diesem Informationen zu dessen Schalt- oder Stellzustand ableitbar sind. Diese Informationen können insbesondere durch Endpositionssensoren bereitgestellt werden. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Stelltrieb jedoch derart ausgebildet, dass dessen Hub- oder Stellzustand, d.h. die Auslenkung des Stellgliedes relativ zum Gehäuse über die Spannungsversorgungsleitungen des SMA-Elementes erfassbar ist. Die Signalgenerierung kann insbesondere auf Grundlage induktiver, ohmscher, optischer oder kapazitiver Wechselwirkungseffekte erfolgen. Es ist möglich, in den erfimdungsgemäßen Stelltrieb eine Busseinrichtung zu integrieren, so dass die Ansteuerung des SMA-Elementes und/oder die Ausgabe hubzustandsindikativer Signale über ein Busssystem erfolgen kann.
  • Der erfindungsgemäße Stelltrieb wird gemäß einem besonderen Aspekt der vorliegenden Erfindung für die Steuerung aerodynamisch relevanter Strömungssteuerorgane oder Stömungsführungsorgane insbesondere im Staudruck- oder Unterbodenbereich sowie zur Steuerung der Bremsenbelüftung eingesetzt.
  • Das SMA-Element kann derart mit Spannungsversorgungsleitungen gekoppelt werden, dass das SMA-Element über einen Anschlussabschnitt in den elektrischen Heizkreis einkoppelbar ist. Vorzugsweise ist das SMA-Element mehradrig ausgebildet und im Bereich eines Endabschnittes überbrückt.
  • Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung. Es zeigen:
  • 1a eine vereinfachte Axialschnittansicht einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stelltriebs mit einer nach dem Kugelschreiber-Prinzip arbeitenden Arretiereinrichtung,
  • 1b eine Skizze zur Erläuterung einer SMA-Antriebseinrichtung, wie sie beispielsweise bei dem Stelltrieb nach 1 Anwendung finden kann,
  • 1c eine Detail-Skizze zur Erläuterung einer bevorzugten Ausführungsform eines Sperrgliedes wie es zur Verriegelung des Stellgliedes bei dem Stelltrieb nach 1 Anwendung finden kann,
  • 2 eine Schnittansicht durch eine SMA-Aktuatoreinrichtung mit teleskopartig ineinander gefügten und durch SMA-Wandabschnitte miteinander gekoppelten Rohr- bzw. Stabelementen;
  • 3 eine vereinfachter Darstellung zur Erläuterung einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform des Stelltriebes mit einer abschnittsweise flexiblen Gehäuseinrichtung.
  • In 1a ist ein Stelltrieb gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gezeigt, der eine Gehäuseeinrichtung 1 und ein darin bewegbar aufgenommenes Stellglied 2 aufweist. Das Stellglied 2 ist in einer Ausnehmung der Gehäuseeinrichtung 1 linear verschiebbar geführt. Zur Aufbringung einer das Stellglied 1 relativ zu der Gehäuseeinrichtung 1 verlagernden Stellkraft ist eine, in dieser Abbildung nicht näher dargestellte SMA-Aktuatoreinrichtung (siehe z.B. 1b) sowie eine Rückstellfeder 3 vorgesehen. Über die hier nicht näher dargestellte SMA-Aktuatoreinrichtung ist es möglich, das Stellglied 2 in Richtung des Pfeils P1 in die Gehäuseeinrichtung 1 entgegen der durch die Federeinrichtung 3 aufgebrachten Rückstellkraft, einzuziehen. In einer vorgegebenen Einziehungsstellung des Stellgliedes 2 wechselt eine in die Gehäuseeinrichtung 1 integrierte Arretiereinrichtung 4 in einen Verriegelungszustand, der bei der hier konstruktiv gezeigten Variante nach einer geringen Rücklaufbewegung des Stellgliedes 2 entgegen der Richtung P 1 eine weitere Rücklaufbewegung des Stellgliedes 1 verhindert.
  • Die Arretiereinrichtung 4 umfasst bei diesem Ausführungsbeispiel eine federelastisch vorgespannte Verriegelungszunge 5 sowie Raststrukturen, die hier unmittelbar in das Stellglied 2 eingeformt sind.
  • Die hier gezeigte Arretiereinrichtung 4 ist derart ausgebildet, dass diese nach einer Einzugsbewegung des Stellgliedes 2 in die Gehäuseeinrichtung 1 kugelschreiberschaltmechanismusartig einen Rücklauf des Stellgliedes 2 verhindert. Erst nach erneutem Aktivieren der SMA-Aktuatoreinrichtung wechselt die Arretiereinrichtung 4 in einen Schaltzustand, der einen Rücklauf des Stellgliedes 2 unter Wirkung der Rückstellfeder 3 gestattet.
  • Die Ansteuerung der SMA-Aktuatoreinrichtung erfolgt über Anschlussorgane 6 einer in die Gehäuseeinrichtung 1 integrierten Steckverbindereinrichtung. An diese Steckverbindereinrichtung ist in abdichtender Weise ein aus einem Elastomer-Material gefertigter Anschlussstecker 7 andockbar. Aus dem Anschlussstecker 7 sind die hier nur andeutungsweise dargestellten elektrischen Leitungsdrähte 8, 9 herausgeführt.
  • Über die genannten Leitungsdrähte 8, 9 ist es möglich, die SMA-Strukturen der Aktuatoreinrichtung in der Art eines Ohmschen Widerstandes durch selektive Spannungsbeaufschlagung aufzuheizen. Durch Aufheizung der SMA-Organe kann eine Verkürzung derselben herbeigeführt werden und hierdurch die gewünschte Stellbewegung bereitgestellt werden.
  • In 1 b ist eine SMA-Aktuatoreinrichtung gezeigt, bei welcher ein aus einem Drahtmaterial gefertigtes SMA-Element 10 über eine erste gehäuseseitig gelagerte Rollenanordnung 11 und über eine zweite, ebenfalls gehäuseseitig gelagerte Rollenanordnung 12 geführt ist. Ein Endabschnitt des derart mehrfach gewunden um die beiden Rolleneinrichtungen 11, 12 geführten SMA-Elements 10 ist in der Gehäuseeinrichtung 1 an einer Fixierstelle 14 fixiert. Der zweite Endabschnitt des SMA-Elements ist mit dem Stellglied 2 an einer zweiten Fixierstelle 15 gekoppelt. Das SMA-Element ist bei dieser Ausführungsform zweiadrig ausgebildet und im Bereich der Fixierstelle 15 überbrückt. Durch Anlegen einer Spannung an die beiden Adern des SMA-Elements 10 im Bereich der Fixierstelle 14 über die an die Fixierstelle 14 herangeführten Leitungsdrähte 8', 9' wird es möglich, das SMA-Element 10 in der Art eines Ohmschen Widerstandes selektiv aufzuheizen. Durch Aufheizung des SMA-Elements 10 auf eine vorgegebene Grenztemperatur verkürzt sich dieses entsprechend den Materialeigenschaften des verwendeten SMA-Materials z.B. um etwa 8%. Die Verkürzung des SMA-Elements um etwa 8% ermöglicht bei sechs um die Rolleneinrichtungen 11, 12 herumgeführten SMA-Elementwicklungen eine Stellbewegung, die etwa 40% des Abstands der gezeigten Rollenanordnungen 11, 12 entspricht. Durch die derart getroffene Anordnung wird es möglich, das Stellglied 2 derart weit in die Gehäuseeinrichtung 1 einzuziehen, dass die zur Arretierung des Stellglieds 2 vorgesehene Arretiereinrichtung (vergleiche 1a) einen Sperrzustand einnimmt und das Stellglied 2 entgegen der durch die Federeinrichtung 3 aufgebrachte Rückstellkraft in der Gehäuseeinrichtung 1 sichert. Durch erneutes, jedoch nur kurzzeitiges Aktivieren des SMA-Elements ist es möglich, diesen Sperrzustand aufzuheben und das Stellglied 2 aus der Gehäuseeinrichtung 1 unter der Wirkung der Rückstellfeder herauszufahren.
  • In 1 c ist eine Verriegelungszunge 17 gezeigt, die Teil der in 1a dargestellten Arretiereinrichtung 4 bildet. Die Rastzunge 17 ist an einem Armelement 18 elastisch nachgiebig gelagert und derart ausgebildet, dass diese in eine Bahnstruktur 19 eintauchen kann, die an einer Außenfläche des Stellglieds 2 ausgebildet ist. Im Zusammenspiel mit dieser Bahnstruktur wird es durch diese Rastzunge 17 möglich, das Stellglied 2 nach Einziehen desselben in die Gehäuseeinrichtung 1 in der Gehäuseeinrichtung 1 zu verriegeln, wobei durch nochmaliges Aktivieren der zur Verursachung der Einzugsbewegung vorgesehenen SMA-Aktuatoreinrichtung dieser Verriegelungszustand wieder aufgehoben werden kann und das Stellglied 2 z.B. unter Wirkung der durch die Rückstellfeder 3 aufgebrachten Federkraft wieder aus der Gehäuseeinrichtung 1 herausgeführt werden kann.
  • In 3 ist eine alternative Ausführungsform einer SMA-Aktuatoreinrichtung dargestellt, die hier mehrere, teleskopartig ineinander gefügte Rohrelemente 21, 22, 23, 24 sowie das Stellglied 2 umfasst, das zentral in die koaxial ineinander gefügten Rohrelemente 21, 22, 23, eingefügt ist. Die Rohrelemente 21, 22, 23, 24 sowie das Stellglied 2 sind über SMA-Drahtabschnitte 25, 26, 27, 28 miteinander gekoppelt. Durch selektive Verkürzung dieser SMA-Elemente 2528 wird es möglich, die Rohrelemente und das Stellglied 22 zueinander zu versetzen, wobei sich aus der Summe der Relatiwersätzte benachbarter Rohrelemente die gewünschte Stellbewegung ergibt.
  • In 3 ist eine weitere erfindungsgemäße Ausfühurngsform eines Stelltriebes gezeigt, der eine Gehäuseeinrichtung 1 und ein darin bewegbar aufgenommenes Stellglied 2 aufweist. Das Stellglied 2 ist in einer Ausnehmung der Gehäuseeinrichtung 1 linear verschiebbar geführt.
  • Zur Aufbringung einer das Stellglied 2 relativ zu der Gehäuseeinrichtung 1 verlagernden Stellkraft ist bei dieser Ausführungsform SMA-Aktuatoreinrichtung vorgesehen, die zumindest abschnittsweise in einem flexiblen Gehäuseabschnitt 30 aufgenommen ist. Der Gehäuseabschnitt 30 ist in der Art einer Bowdenzugtülle ausgebildet und ist damit beim Einbau des Stelltriebes flexibel in einen ggf. mehrfach gewunden ausgebildeten Hohlraum z.B. Strebenraum einführbar.
  • In dem flexiblen Leitungsabschnitt ist ein SMA-Element aufgenommen das aus einem flexiblen SMA-Drahtmaterial besteht. Das SMA-Material ist in der Art eines Ohmschen Widerstandes in einen Schaltkreis eingebunden und selektiv erhitzbar. Durch temporäres Erhitzen des SMA-Elementes ist es bei diesem Ausführungsbeispiel möglich, das Stellgleid 2 entgegen der Rückstellkraft einer hier nicht näher gezeigten Federeinrichtung in Richtung des Pfeiles P1 in die Gehäuseeinrichtung einzuziehen.
  • In einer vorgegebenen Einziehungsstellung des Stellgliedes 2 wechselt eine in die Gehäuseeinrichtung 1 integrierte Arretiereinrichtung in einen Verriegelungszustand, der nach einer geringen Rücklaufbewegung des Stellgliedes 2 entgegen der Richtung des Pfeiles P1 eine weitere Rücklaufbewegung des Stellgliedes 2 verhindert.
  • Im Bereich der Gehäuseeinrichtung ist eine Sensoreinrichtung vorgesehen, über welceh hinsichtlich der Position des Stellgliedes 2 Indikative Signale generierbar sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist es möglich, die Position des Stellgliedes 2 über induktive Wechselwirkungseffekte zu erfassen, wobei diese Wechselwirkungseffekte über die Spannungsversorgungsleitungen 8, 9 erfassbar sind. Hierzu ist im Bereich der Gehäuseeinrichtung 1 eine Wicklung vorgesehen, wobei sich die Induktivität derselben in Abhängigkeit vom Eintauchzustand des Stellgliedes 2 verändert. Alternativ hierzu ist es auch möglich, Widerstandsmesseinrichtungen vorzusehen, so dass ein positionsindikatives Signal auf Grundlage einer Widerstandsmessung gewonnen werden kann.
  • Der hier dargestellte Stelltrieb ist mit einer Rutschkupplung versehen, durch welche eine Beschädigung der SMA-Aktuatoreinrichtung durch unzulässige, am Stellglied angreifende Betätigungskräfte verhindert werden kann. Die Rutschkupplung ist derart ausgebildet, dass der Regelbetriebseingriffszustand durch nachfolgende Betätigung des Stelltriebes wiederherstellbar ist.
  • Obgleich die vorliegende Erfindung vorangehend in Verbindung mit einem Linear-Stelltrieb beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht auf derartige Ausführungsformen beschränkt. Beispielsweise ist es auch möglich, den Stelltrieb als Schwenk-Stelltrieb auszugestalten, so dass durch selektive Ansteuerung des SMA-Elements ein rotatorisch bewegbares Stellglied in die gewünschte Schaltstellung geschwenkt werden kann.

Claims (21)

  1. Stelltrieb mit einer Gehäuseeinrichtung, einem Stellglied das relativ zu der Gehäuseeinrichtung bewegbar ist und einer Aktuatoreinrichtung zur selektiven Aufbringung einer zwischen dem Stellglied und der Gehäuseeinrichtung wirksamen Stellkraft, wobei unter Wirkung der selektiv aufgebrachten Stellkraft das Stellglied aus einer ersten Stellung in eine zweite Stellung verlagerbar ist, gekennzeichnet durch eine Arretiereinrichtung zur Festlegung des Stellgliedes im Bereich einer bei Aktivierung der Aktuatoreinrichtung eingenommenen Stellung.
  2. Stelltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatoreinrichtung ein SMA-Element enthält.
  3. Stelltrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Arretiereinrichtung als Rastmechanismus ausgebildet ist.
  4. Stelltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Rastmechanismus in einen Rastzustand bringbar ist, in welchem dieser einen Rücklauf des Stellgliedes sperrt.
  5. Stelltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Rastmechanismus derart ausgebildet ist, dass dieser im Rahmen einer vorangehenden Rücklaufbewegung des Stellgliedes in einen Sperrzustand tritt, in welchem dieser eine Rücklaufbewegung sperrt und durch nachfolgendes erneutes Aktivieren der Aktuatoreinrichtung aus diesem Sperrzustand in einen Freigabezustand wechselt, in welchem ein Rücklauf des Stellgliedes ermöglicht ist.
  6. Stelltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Rastmechanismus derart ausgebildet ist, dass der Rastzustand durch erneutes Aktivieren der Aktuatoreinrichtung aufhebbar ist.
  7. Stelltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellvorrichtung als Linearastellrieb ausgebildet ist.
  8. Stelltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Getriebeeinrichtung vorgesehen ist, zur Umsetzung der Linearbewegung in eine Schwenkbewegung.
  9. Stelltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellvorrichtung als Schwenkstelltrieb ausgebildet ist.
  10. Stelltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, Dass eine Getriebeeinrichtung vorgesehen ist, zur Umwandlung der selektiv ausgelösten Schwenkbewegung in eine Linearbewegung.
  11. Stelltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse aus einem elektrisch nicht leitfähigen Material gefertigt ist
  12. Stelltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatoreinrichtung eine SMA-Teleskopstruktur umfasst.
  13. Stelltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die SMA-Organe durch SMA-Drähte gebildet sind.
  14. Stelltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, Dass die SMA-Organe mit Hebel- und/oder Umlenkeinrichtungen zusammenwirken.
  15. Stelltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Federeinrichtung vorgesehen ist, welche die SMA-Einrichtung in einen gelängten Zustand vorbelastet.
  16. Stelltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Federeinrichtung vorgesehen ist, die das Stellglied in eine Rücklaufbewegungsrichtung vorbelastet.
  17. Stelltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite SMA-Einrichtung vorgesehen ist
  18. Stelltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Verriegelungszustand der Verriegelungseinrichtung mittels der zweiten SMA Einrichtung änderbar ist.
  19. Stelltrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Arretiereinrichtung in die Gehäuseeinrichtung integriert ist.
  20. Stelltrieb nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatoreinrichtung einen flexiblen Gehäuseabschnitt umfasst.
  21. Stelltrieb nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass in diesen eine Positionserfassungseinrichtung integriert ist, zur Ausgabe eines positions- oder stellzustandsindikativen Signales.
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