DE112021003926T5

DE112021003926T5 - Aktormechanismus

Info

Publication number: DE112021003926T5
Application number: DE112021003926.1T
Authority: DE
Inventors: Fahri Bugra Camlica
Original assignee: Tusas Turk Havacilik Ve Uzay Sanayii AS
Current assignee: Tusas Turk Havacilik Ve Uzay Sanayii AS
Priority date: 2020-07-23
Filing date: 2021-04-15
Publication date: 2023-06-15
Also published as: TR202011726A1; US20230309408A1; WO2022019852A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Körper (2), wenigstens einen Aktor (3), der aus einem elektroaktiven Polymermaterial hergestellt ist, das bei Zufuhr elektrischer Energie seine Form verändert, wodurch der Körper (2) bewegt wird, wenigstens zwei Verstärkungshalter (4), die es erlauben, dass der Aktor (3) seine Form ändert, wobei jeder Verstärkungshalter (4) den Aktor (3) von einer andere Seite festhält und die einander gegenüberliegend an dem Körper (2) positioniert sind, wenigstens eine Rückhalteklammer (5), die den Aktor (3) an wenigstens einer seiner Seiten festhält.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Aktormechanismus, der die Effektivität von Elastomer-Aktoren verbessert, die anstelle von elektrischen/pneumatischen/hydraulischen Aktoren verwendet werden.
Elektrische Energie wird mittels von Aktoren in mechanische Energie umgewandelt, die aus Elastomermaterialien hergestellt sind, die strukturell Viskosität und Elastizität besitzen. Aus Elastomermaterialien hergestellte Aktoren, wie sie in künstlichen Muskeln, in der Robotik, in der allgemeinen Automation, in der Automation von Land-, See und Luftfahrzeugen verwendet werden, können anstelle von elektrischen / pneumatischen / hydraulischen Aktoren eingesetzt werden, die viel Raum in Anspruch nehmen und strukturell schwierig zu integrieren sind. Das Elastomermaterial in der dielektrischen Struktur ist mit einem leitfähigen Material beschichtet, daran wird Spannung angelegt und das elastische Material wird dadurch in die Lage versetzt, sich durch Kompression zu verformen. Elastomer-Aktoren, die gedehnt werden, um ihre Größe zu erhöhen, ziehen sich zusammen, wenn sie ohne elektrische Aktivierung sind und nehmen wieder ihren vorhergehenden Zustand ein. Aus diesem Grund sind sie in den Systemen, in denen sie verwendet werden, in gespannter Form befestigt, d.h. nicht in der entspannten, zurückgezogenen Form, und stellen sicher, dass das System, mit dem sie verbunden sind, sich durch ihre Verformung bewegt. Während der Verformung des Elastomer-Aktors verursachen interne Kräfte des Materials eine Verschlechterung der geometrischen Eigenschaften des Elastomer-Aktors.
Das Patentdokument EP 2 913 859 Al, das zum Stand der Technik gehört, beschreibt eine Mehrzahl von längsverlaufenden Stützelementen mit diskreten Endverdickungen, die kugel- oder tropfenförmig sind, und eine Mehrzahl von Wälzelementen, die als Stützelemente wirken. Die Stützelemente rollen ab und stellen sich durch die Ausdehnung des Elastomer-Aktors ein.
Ein nach der vorliegenden Erfindung entwickelter Aktormechanismus kann leicht in ein System, in dem er angewendet werden soll, integriert werden, da seine Größe leicht darauf abgestimmt werden kann. Mit unterschiedlichen Gestaltungen der verwendeten Rückhalteträger werden Mechanismen erhalten, die für verschiedene technologische Felder von der Medizin bis hin zur Luft- und Raumfahrt geeignet sind. Indem die Elastomerfolie ihren theoretischen Randpositionen angenähert wird, wird die Genauigkeit der mathematischen Berechnungen verbessert und ein Mechanismus mit effizienterer Ausgabe erhalten, indem Faltenbildung und Materialverformung verhindert werden.
Der Aktormechanismus, der zur Lösung der Aufgabe der Erfindung realisiert und im Patentanspruch 1 und den davon abhängigen Patentansprüchen definiert ist, wird gebildet, indem der Aktor, der flexibel und isolierend ist, an einem Körper mit seinen beiden gegenüberliegenden Seiten mittels Verstärkungshaltern eingespannt wird. Gemäß den Anforderungen kann der verwendete Aktor in größerer Anzahl in übereinander angeordneter Form oder in Seite an Seite angeordneter Form eingespannt und durch die Verstärkungshalter gespannt gehalten werden. Wenn dem Aktor, der aus einem elektroaktiven Polymermaterial hergestellt ist, elektrische Energie zugeleitet wird, wird die von der Verformung des Aktors abhängige Bewegung mittels der Verstärkungshalter, die die Verformung nicht begrenzen, auf den Körper übertragen. Während der Aktor seine Form verändert, ist der Aktor durch Rückhalteklammern eingeklemmt, um zu verhindern, dass seine geometrische Form verzerrt wird und nicht die mathematischen Berechnungen erfüllt, und um eine Verschlechterung der Ausgabeeffektivität zu vermeiden.
Der Aktormechanismus der Erfindung weist Rückhalteträger auf, die an den einander gegenüber platzierten Verstärkungshaltern befestigt sind, und hat eine erste Position, in der der Aktor und der Rückhalteträger unter Spannung in gegenseitiger Formübereinstimmung sind, indem durch die Rückhalteklammern an dem Aktor gezogen wird und die Rückhalteklammern lösbar an dem Rückhalteträger befestigt sind. Wenn der Aktor nicht mit Energie versorgt wird, ist der Rückhalteträger in der ersten Position in der Form kompatibel mit dem Aktor. Wenn der Aktor durch Energie aktiviert wird, verändert sich seine Form und der mit den Verstärkungshaltern verbundene Rückhalteträger geht aus der ersten Position in eine zweite Position über, um diese Formveränderung nahezu vollständig zu begrenzen.
In einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der Aktormechanismus einen Rückhalteträger, der sich zwischen den gegenüber zueinander positionierten Verstärkungshaltern befinden, wobei jeder Rückhalteträger den Aktor von einer anderen Seite hält und zwischen den Verstärkungshaltern verläuft, wobei das eine Ende des Rückhalteträgers mit einem Verstärkungshalter und dessen anderes Ende mit dem anderen Verstärkungshalter verbunden ist. Es wird darauf abgezielt, durch Verwendung der Rückhalteträger die geometrische Form des Aktors zu erhalten, und wenn der Aktor aktiviert wird, die Effizienz der erhaltenen Ausgabe zu erhöhen, indem seine Formveränderung begrenzt wird.
In einer Ausführungsform umfasst der Aktormechanismus eine Rückhalteklammer, die in der Lage ist, die Seite des Aktors, die nahe an dem Rückhalteträger liegt, einzuklemmen, daran zu ziehen und unter Spannung an dem Rückhalteträger gehalten zu werden, gleitfähig in dem Rückhalteträger gelagert zu sein und mit der Verformung des Aktors in den Rückhalteträger zu gleiten. Durch Verwendung der Rückhalteklammern kann der Aktor an dem Rückhalteträger gespannt gehalten werden, ohne permanent verformt zu werden.
In einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der Aktormechanismus Rückhalteklammern, die es ermöglichen, dass die nahe dem Rückhalteträger befindliche Seite des Aktors in gleichmäßigen Abständen zwischen ihnen von ihnen eingeklemmt wird. Wenn der Rückhalteträger sich aus der ersten Position in die zweite Position oder aus der zweiten Position in die erste Position bewegt, bleibt der Abstand zwischen den Rückhalteklammern näherungsweise gleich, wobei die Rückhalteklammern in den Rückhalteträger gleiten, während der Aktor seine Form verändert. Wenn es also unternommen wird, die Formveränderung mit den an dem Aktor ziehenden Rückhalteklammern zu begrenzen, d.h. wenn er in die zweite Position übergeht, wird Zugkraft in gleichen Abständen auf den Aktor ausgeübt, um zu verhindern, dass der Aktor sich verformt, Falten bildet und irreversibel knickt.
In einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der Aktormechanismus einen bogenförmigen und flexiblen Rückhalteträger mit einer konkaven oder konvexen Form, an dem der Aktor aufgehängt ist, wobei eine von dessen Seiten mit einem der gegenüberliegend positionierten Verstärkungshalter und dessen andere Seite mit dem anderen Verstärkungshalter verbunden ist. Die nahe an dem Rückhalteträger befindliche Seite des Aktors wird mithilfe der Rückhalteklammern an dem bogenförmigen Rückhalteträger in der ersten Position in Übereinstimmung mit der geometrischen Form des Rückhalteträgers dadurch gespannt. Während der Zeit, in der der Aktor komprimiert und verlängert ausgedehnt ist, wenn er aktiviert ist, sind die Verstärkungshalter voneinander weg bewegt und die bogenförmige Rückhalteträgerstruktur an den Verstärkungshaltern verformt sich und bewegt sich in die zweite Position, in der sie nahezu gerade wird. Auf diese Weise sind die Rückhalteklammern in der Lage, in dem Rückhalteträger zu gleiten und Kraft auf den Aktor auszuüben, und der Aktor wird näherungsweise gerade in Formübereinstimmung mit dem Rückhalteträger. Wenn der Aktor nicht durch Energie aktiviert ist, bewegt sich der Rückhalteträger aus der zweiten Position, in der er näherungsweise in gerader Form ist, in die erste Position, in der er konkav oder konvex ist. Der Rückhalteträger kann aus irgendwelchen dehnbaren Materialien hergestellt sein, wie etwa Schaumstoff, thermoplastische oder duroplastische Kunststoffe, Verbundwerkstoff oder Kork.
In einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der Aktormechanismus einen teleskopischen Rückhalteträger, der an den Verstärkungshaltern befestigt ist, die zusammen den Aktor aufgespannt halten, und der sich teleskopartig verlängert, wenn die Verstärkungshalter sich voneinander weg bewegen, wenn der Aktor durch Energiezufuhr aktiviert wird. Wenn der Aktor nicht durch elektrische Energiezufuhr aktiviert ist, wird die Seite des Aktors, die nahe an dem Rückhalteträger liegt, nahezu in gerade Form gespannt in Übereinstimmung mit dem teleskopischen Rückhalteträger. Während der Ausdehnung des teleskopischen Rückhalteträgers ist er in der Lage, den mit dem teleskopischen Rückhalteträger verbundenen Aktor mit gleitenden Rückhalteklammern zu ziehen, um so sicherzustellen, dass der Aktor, der sonst zu Formveränderungen neigt, in Übereinstimmung mit dem Rückhalteträger nahezu gerade bleibt, der während der Längenausdehnung in die zweite Position übergeht. In dem Fall, dass der Aktor nicht durch Energiezufuhr aktiviert wird, geht der Rückhalteträger aus der zweiten Position, die er durch teleskopartige Ausdehnung einnimmt, in die erste Position, in der er einen teleskopisch zurückgezogenen Zustand einnimmt.
In einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der Aktormechanismus einen gleitenden Rückhalteträger, der mit den beiden gegenüberliegenden Verstärkungshaltern verbunden ist, die den Aktor halten, wobei der Aktor, wenn er nicht durch Energiezufuhr aktiviert ist, näherungsweise gerade gezogen ist, so dass seine Form in Übereinstimmung mit dem Rückhalteträger ist, der seine erste Position einnimmt und der in Bezug auf den Verstärkungshalter, mit dem er verbunden ist, gleiten kann, so dass jede Faltenbildung verursacht durch den inneren Krafteffekt des Aktors vermieden wird, wenn der Aktor sich in der Länge ausdehnt; die Rückhalteträger bleiben näherungsweise gerade und nehmen daher ihre zweite Position an. Wenn der Aktor nicht durch Energiezufuhr aktiviert ist, geht der Rückhalteträger aus der zweiten Position, in die er durch Gleiten gekommen ist, durch Gleiten in die erste Position über.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist der Rückhalteträger aus einer Formgedächtnislegierung hergestellt und ist dazu in der Lage, bei Zufuhr von elektrischer Energie oder bei Zufuhr von Wärmeenergie durch die Steuereinheit zu dem Rückhalteträger aus der ersten Position in die zweite Position oder von der zweiten Position in die erste Position überzugehen.
In einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der Aktormechanismus Rückhalteklammern, die es ermöglichen, die Seite des Aktors, die sich nahe an dem Rückhalteträger befindet, fest gespannt entlang ihrer Länge zu halten, und die gleitfähig an dem Rückhalteträger angebracht sind und die in Übereinstimmung mit dem Rückhalteträger ihre Form ändern, indem sie während des Übergangs des Rückhalteträgers aus der ersten Position in die zweite Position oder aus der zweiten Position in die erste Position gespannt werden.
In einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der Aktormechanismus eine Rückhalteklammer, die aus einem elastischen Material hergestellt ist, damit sie sich an Formveränderungen anpassen kann.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Rückhalteklammern des Aktormechanismus in gezahnter Weise hergestellt, so dass die Reibungskraft erhöht ist, wenn die Rückhalteklammern den Aktor einklemmen.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst der Aktormechanismus einen Aktor, Elastomerfolie, die sich flexibel verformen kann, und leitfähige Schichten, die an beiden Oberflächen der Elastomerfolie leitfähig sind und die sich in Übereinstimmung mit der Verformung der Elastomerfolie verformen können. Leitfähige Schichten können üblicherweise in Pulverform oder in der Form von dünnen Metallschichten vorliegenden. Wenn durch die Steuereinheit ein Potential an die leitfähigen Schichten angelegt wird, bewirken positive und negative leitfähige Schichten die Erzeugung eines elektrischen Feldes und ermöglichen es, dass die dielektrische Elastomerfolie zwischen den leitfähigen Schichten eingeklemmt wird. Die Dicke der eingeklemmten Elastomerfolie nimmt ab, während ihre Länge zunimmt. Dadurch ist der Aktor in der Lage, seine Form zu ändern, und der Körper wird dadurch mittels der Verstärkungshalter bewegt.
In einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der Aktormechanismus leitfähige Schichten mit leitfähigen Eigenschaften, die aus Silikon/Graphit, kohlenstoffhaltigen leitfähigen Schmiermittel, Schmiermittel auf Kohlenstoffbasis oder Silberschmiermittel gebildet sind, das beide Oberflächen der Elastomerfolie bedeckt und sich in Übereinstimmung mit der Elastomerfolie verformen kann, während die Elastomerfolie dadurch komprimiert werden kann.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst der Aktormechanismus einen Aktor, der die Bewegung einer Steuerfläche an einem Luftfahrzeug bewirkt, damit ein Körper an dem Luftfahrzeug bewegt wird. Daher wird die mechanische Energie der Steuerfläche durch eine Struktur mit geringem Gewicht geliefert.
Der zur Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung realisierte Aktormechanismus ist in den zugehörigen Zeichnungen gezeigt, in denen:

1 eine Aufsicht auf einen Aktor ist, der zwischen Verstärkungshaltern eingespannt ist,
2 eine Aufsicht auf den durch elektrische Energiezufuhr aktivierten Aktor ist,
3 eine Aufsicht auf den Aktormechanismus ist, wenn ein konvex bogenförmiger Rückhalteträger in der ersten Position ist,
4 eine Aufsicht auf den Aktormechanismus ist, wenn ein konkav bogenförmiger Rückhalteträger in der ersten Position ist,
5 eine Aufsicht auf den Aktormechanismus ist, wenn der bogenförmige Rückhalteträger in der zweiten Position ist,
6 eine Querschnittsansicht im Schnitt A-A aus 5 ist,
7 eine Aufsicht auf den Aktormechanismus ist, wenn ein teleskopischer Rückhalteträger in der ersten Position ist,
8 eine Aufsicht auf den Aktormechanismus ist, wenn der teleskopische Rückhalteträger in der zweiten Position ist,
9 eine Aufsicht auf den Aktormechanismus ist, wenn ein gleitender Rückhalteträger in der ersten Position ist,
10 eine Aufsicht auf den Aktormechanismus ist, wenn der gleitende Rückhalteträger in der zweiten Position ist,
11 eine perspektivische Ansicht einer Rückhalteklammer ist,
12 eine perspektivische Illustration eines Rückhalteträgers ist, und
13 eine perspektivische Ansicht eines Körpers ist.

Allen in den Figuren illustrierten Teilen ist individuell ein Bezugszeichen zugeordnet, und die entsprechenden Bezeichnungen zu diesen Bezugszeichen sind unten aufgelistet:

1: Aktormechanismus
2: Körper
3: Aktor
4: Verstärkungshalter
5: Rückhalteträgerklammer
6: Rückhalteträger
601: Bogenförmiger Rückhalteträger
602: Teleskopischer Rückhalteträger
603: Gleitender Rückhalteträger
7: Elastomerfolie
8: Leitfähige Schicht
9: Steuerfläche
(K): Steuereinheit

Der Aktormechanismus 1 umfasst einen Körper 2, wenigstens einen Aktor 3, der aus elektroaktivem Polymermaterial hergestellt ist, das durch elektrische Energie seine Form ändert, wodurch der Körper 2 bewegt wird, wenigstens zwei Verstärkungshalter 4, die es dem Aktor 3 erlauben, seine Form zu ändern, wobei jeder Verstärkungshalter den Aktor 3 auf einer anderen Seite festhält und diese beide an dem Körper 2 positioniert sind, und wenigstens eine Rückhalteträgerklammer 5, die den Aktor 3 an wenigstens einer Seite davon festhält (1, 2) .
Der Aktormechanismus 1 umfasst wenigstens einen Rückhalteträger 6, der lösbar mit den beiden Verstärkungshaltern 4 verbunden ist, an dem die Rückhalteträgerklammern 5, die den Aktor 3 halten, lösbar angebracht sind und der eine erste Position I hat, in der er den Aktor 3 in einer mit der Form kompatiblen Weise gespannt hält, wenn der Aktor 3 nicht durch Energiezufuhr aktiviert ist, und wenigstens einen Rückhalteträger 6, der eine zweite Position II hat, in der er eine nahezu vollständige Einschränkung der Formänderung des Aktors 3 bewirkt, wenn er aus der ersten Position (I) gekommen ist, wenn der Aktor 3 nicht durch Energieversorgung aktiviert ist. (3, 4, 5, 7, 8, 9, 10).
Der Aktor 3 wird in einen gedehnten Zustand gebracht, indem er an seinen beiden gegenüberliegenden Rändern mittels der an dem Körper 2 angebrachten Verstärkungshalter 4 eingeklemmt wird. Der Aktor 3 wird an seinen gegenüberliegenden Rändern mittels der Verstärkungshalter 4 gedehnt gehalten, wobei wenigstens zwei Verstärkungshalter vorhanden sein müssen. Der Spannvorgang, auf den hierin Bezug genommen wird, ist das Einklemmen des Aktors 3 durch die Verstärkungshalter 4 in einem gespannten Zustand, so dass nahezu keine Wellenbildung oder Schrumpfung an dem Aktor bleibt. Ein von der Steuereinheit K an den Aktor 3 angelegtes Potential erzeugt ein elektrisches Feld, und der Aktor 3 verändert unter dem Effekt des erzeugten elektrischen Feldes seine Form. Die Formveränderung des Aktors 3 bedeutet, dass er komprimiert und dadurch dünner wird und dass sich dadurch seine Länge vergrößert. Die Formveränderung des Aktors 3 wird durch die an dem Körper 2 befindlichen Verstärkungshalter 4 nicht eingeschränkt, und die von dem Aktor 3 durch seine Formveränderung erzeugte mechanische Energie wird über die Verstärkungshalter 4 auf den Körper übertragen. Der Aktor 3 wird festgehalten, indem er durch eine oder mehrere Rückhalteträgerklammern 5 in gleichen oder unterschiedlichen Abständen eingeklemmt ist.
Die Rückhalteklammern 5, die den Aktor 3 durch Einklemmen festhalten, ermöglichen es, dass der Aktor 3 mit dem Rückhalteträger 6 verbunden ist mit und von diesem Zugkräfte darauf ausgeübt werden. Die geometrische Form des Rückhalteträgers 6 kann gerade, konkav oder konvex sein, und wenn der Aktor 3 durch den Rückhalteträger 6 mittels der Rückhalteklammern 5 gespannt wird, ist die hierdurch bereitgestellte Spannung in Übereinstimmung mit der Form des Rückhalteträgers 6. Mit anderen Worten ist die Seite des Aktors 3, die nahe an dem Rückhalteträger liegt, in der Form in Übereinstimmung mit der Geometrie des Rückhalteträgers 6 in der ersten Position I, in der dem Aktormechanismus 1 keine elektrische Energie zugeführt wird und der Aktor 3 wird von seinen gegenüberliegenden Rändern mittels der Verstärkungshalter 4 gespannt und ist durch die Rückhalteklammern 5 mit dem Rückhalteträger 6 verbunden. Wenn dem Aktormechanismus 1 durch die Steuereinheit K elektrische Energie zugeführt wird, wird die Seite des komprimierten und in der Längsausdehnung vergrößerten Aktors 3, die sonst dazu neigt, nach innen zurückgezogen zu werden, und die mit dem Rückhalteträger 6 durch die Rückhalteklammern 5 fixiert ist, in ihrer Bewegungsfreiheit nahezu blockiert, wenn der Rückhalteträger 6 in die zweite Position II kommt, und die Effizienz der Ausgabe des Aktormechanismus 1 ist dadurch erhöht.
In einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der Aktormechanismus 1 einen Rückhalteträger 6, der zwischen zwei gegenüberliegend positionierten Verstärkungshaltern 4 verläuft, wobei ein Ende des Rückhalteträgers mit einem Verstärkungshalter 4 verbunden ist und dessen anderes Ende mit dem anderen Verstärkungshalter 4 verbunden ist. Der Rückhalteträger 6 verläuft zwischen den gegenüberliegend positionierten Verstärkungshaltern 4 und ermöglicht es, die Verformung des Aktors 3 zu begrenzen.
In einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der Aktormechanismus 1 eine Rückhalteklammer 5, die sich zwischen dem Aktor 3 und dem Rückhalteträger 6 befindet und die die nahe dem Rückhalteträger 6 liegende Seite des Aktors 3 durch Einklemmen festhält, wobei der Aktor 3 als Funktion der zugeführten elektrischen Energie seine Form ändert. Damit die Verformung des Aktors 3, wenn er mit Energie versorgt wird oder nicht mit Energie versorgt wird, in Übereinstimmung mit der Form des Rückhalteträges 6 stattfindet, wird der Aktor 3 mit den Rückhalteklammern 5 gehalten, und die Rückhalteklammern 5 sind gleitfähig in dem Rückhalteträger 6 gelagert. Dadurch, dass die Rückhalteklammern 5 in dem Rückhalteträger 6 gleiten, ist es möglich, negative Situationen wie etwa Faltenbildung oder Knicken des Aktors 3 zu vermeiden. (12).
In einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der Aktormechanismus 1 mehr als eine Rückhalteklammer 5, die den Aktor 3 in regelmäßigen Abständen durch Einklemmen festhalten und die, wenn der Aktor 3 seine Form verändert, ermöglichen, dass die Abstände zwischen ihnen gleich bleiben, indem sie in dem Rückhalteträger 6 gleiten. Es ist sichergestellt, dass der Aktor 3 nicht permanent verformt wird, wenn wenigstens zwei diskrete Rückhalteklammern 5 den Aktor 3 in gleichen Abständen zwischen ihnen durch Einklemmen festhalten.
In einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der Aktormechanismus 1 einen flexiblen bogenförmigen Rückhalteträger 601, der eine konkave oder konvexe Form hat und näherungsweise gerade wird, wenn der Aktor 3 durch Energieversorgung aktiviert wird. Wenn die Form des Rückhalteträgers 6 konkav ist, wird die Seite des Aktors 3, die dem bogenförmigen Rückhalteträger 601 nahe ist, durch die Rückhalteklammern 5 festgehalten und gezogen und in der Form des konkaven bogenförmigen Rückhalteträgers 601 gespannt, so dass der bogenförmige Rückhalteträger 601 in die erste Position I gebracht ist. Wenn die Form des Rückhalteträgers 601 konkav ist, ist wiederum die Seite des Aktors 3, die nahe an dem bogenförmigen Rückhalteträger 601 liegt, durch die Rückhalteklammern 5 mit dem bogenförmigen Rückhalteträger 601 verbunden und in der Form des konvexen bogenförmigen Rückhalteträgers 601 gespannt gehalten, so dass der bogenförmige Rückhalteträger 601 in die erste Position I gebracht ist. Der bogenförmige Rückhalteträger 601 mit einer konkaven oder konvexen Form ist mit den Verstärkungshaltern 4 verbunden, die den Aktor 3 an gegenüberliegenden Seiten davon einklemmen. Mit der Längsausdehnung des Aktors 3 wird der bogenförmige Rückhalteträger 601 näherungsweise gerade gebogen, wenn die Verstärkungshalter 4 sich voneinander weg bewegt haben, d.h. der Rückhalteträger geht in die zweite Position II über. Auf diese Weise wird die durch den bogenförmigen Rückhalteträger 601 gespannte Seite des Aktors 3 mittels der Rückhalteklammern 5 nahezu gerade, die sich zusammen mit dem bogenförmigen Rückhalteträger 601 bewegen. Wenn dem Aktor 3 keine elektrische Energie zugeführt wird, geht der bogenförmige Rückhalteträger 601 aus der zweiten Position II, in der er eine nahezu gerade Form hat, in die erste Position I über, in der er konkav oder konvex ist. ( 3, 4, 5).
In einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der Aktormechanismus 1 einen Teleskop-Rückhalteträger 602, der sich teleskopmäßig ausdehnt, wenn der Aktor 3 mit Energie versorgt wird. In der Gestaltung mit dem teleskopischen Rückhalteträger 602, der sich teleskopmäßig ausdehnt, da er an den Verstärkungshaltern 4 befestigt ist, die sich voneinander weg bewegen, wenn die Länge des Aktors 3 sich vergrößert, ist sichergestellt, dass der Aktor 3, der in der ersten Position I des bogenförmigen Rückhalteträgers 602 mittels der Rückhalteklammern 5 in eine nahezu gerade Seitenform zu dem teleskopischen Rückhalteträger 602 hin gespannt wird, näherungsweise gerade bleibt, wenn durch die Steuereinheit K ein Potential angelegt wird oder nicht. In dem Fall, dass der Aktor 3 von der Steuereinheit K nicht mit Energie versorgt wird, geht der teleskopische Rückhalteträger 602 aus der zweiten Position II, die er durch teleskopische Ausdehnung eingenommen hat, in die erste Position I über, die er durch teleskopisches Einziehen einnimmt. (7, 8).
In einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der Aktormechanismus 1 einen gleitenden Rückhalteträger 603 der an dem Punkt, wo er mit den Verstärkungshaltern 4 verbunden ist gleitet, wenn der Aktor 3 mit Energie versorgt wird. Der Aktor 3 ist mit dem gleitenden Rückhalteträger 603 mittels der Rückhalteklammern 5 verbunden. Der mit den Verstärkungshaltern 4 verbundene gleitende Rückhalteträger 603 gleitet weg von dem Verbindungspunkt, an dem er mit den Verstärkungshaltern 4 verbunden ist, die sich während der Längenausdehnung des Aktors 3 voneinander weg bewegen, und daher bleibt die Seite des Aktors 3, die nahe an dem gleitenden Rückhalteträger 603 liegt, nahezu gerade, was in Formübereinstimmung mit dem gleitenden Rückhalteträger 603 ist. Wenn der Aktor 3 nicht mit Energie versorgt wird, geht der Rückhalteträger 603 von der zweiten Position II, in die er in gleitender Weise gekommen ist, in die erste Position I über, in die er in gleitender Weise kommt. (9, 10).
In einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der Aktormechanismus 1 einen Rückhalteträger 6, der aus einer Formgedächtnislegierung hergestellt ist. Der aus einer Formgedächtnislegierung hergestellte Rückhalteträger 6 wird von der Steuereinheit K aktiviert und geht von der ersten Position I in die zweite Position II und von der zweiten Position II in die erste Position I über.
In einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der Aktormechanismus 1 eine Rückhalteklammer 5, die sich zwischen dem Aktor 3 und dem Rückhalteträger 6 befindet, die die nahe dem Rückhalteträger 6 befindliche Seite des Aktors 3 durch Einklemmen festhält, die eine flexible Struktur hat und die gleitfähig in dem Rückhalteträger 6 gelagert ist. Wenn die Rückhalteklammer 5 gleitfähig in dem Rückhalteträger 6 ist, ist die Rückhalteklammer in der Lage, in Übereinstimmung mit der Formänderung des Aktors 3, wenn der mit Energie versorgt wird, sich zu dehnen und sich in Formübereinstimmung mit dem Aktor 3, wenn er nicht mit Energie versorgt wird, zusammenzuziehen, wie auch den Aktor 3 an der Seite, die nahe des Rückhalteträgers 6 liegt, entlang seiner Länge durch Einklemmen festzuhalten, wobei der Rückhalteträger 6 den Aktor 3 in der ersten Position I kontinuierlich dehnt, und wenn der Rückhalteträger 6 in der zweiten Position II ist, hält er den Aktor 3 kontinuierlich, so dass die Verengung der Oberfläche des Aktors 3 begrenzt ist. (11).
In einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der Aktormechanismus 1 eine Rückhalteklammer 5, die mit elastischem Material hergestellt ist.
In einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der Aktormechanismus 1 eine Rückhalteklammer 5, bei der die den Aktor 3 haltende Oberfläche gezahnt ist, so dass die Rückhaltekraft erhöht ist. Die Verwendung einer gezahnten Rückhalteklammer 5 ermöglicht es, die Reibungskraft zu erhöhen, um ein Wegrutschen des Aktors 3 zu verhindern. (11).
In einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der Aktormechanismus 1 einen Aktor 3, der wenigstens eine Elastomerfolie 7 mit dielektrischer Struktur und wenigstens zwei leitfähige Schichten 8 aufweist, mit denen die Elastomerfolie 7 beschichtet ist und die es ermöglichen, dass die Elastomerfolie 7 unter dem Einfluss des elektrischen Feldes, das durch Anlegen einer Spannung durch eine Steuereinheit K erzeugt wird, ihre Form verändert. Die in der Struktur des Aktors 3 vorgesehene Elastomerfolie 7 kann sich dehnen und hat isolierende Eigenschaften, wenn ein elektrisches Feld daran angelegt wird, wobei die Elastomerfolie 7 übereinander geschichtet oder Seite an Seite nebeneinander platziert werden kann. Die leitfähigen Schichten 8, die in Form eines dünnen Metallfilms oder in Form von Pulver/Öl auf die Oberflächen der Elastomerfolie 7 aufgebracht sind, um so in Kontakt mit den Oberflächen zu bleiben, können ihre Form in Übereinstimmung mit der Formänderung der Elastomerfolie 7 verändern. Auf diese Weise ist ein ununterbrochener Betrieb des Aktormechanismus 1 sichergestellt, ohne Verlust an Leitfähigkeitseigenschaften. Wenn durch die Steuereinheit K Spannung an die leitfähigen Schichten 8 angelegt wird, werden die leitfähigen Schichten 8 positiv bzw. negativ aufgeladen und bewirken die Erzeugung eines elektrischen Feldes dazwischen. Der Aktor 3 erzeugt mechanische Energie, wenn die Elastomerfolie 7 zusammengedrückt wird, so dass ihre Dicke abnimmt und ihre Länge zunimmt, wobei sich die leitfähigen Schichten 8 unter dem Einfluss des elektrischen Feldes aneinander annähern. (6).
In einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der Aktormechanismus 1 eine leitfähige Schicht 9, die wenigstens eines von Silikon/Graphit, kohlenstoffhaltiges leitfähiges Schmiermittel, Schmiermittel auf Kohlenstoffbasis oder Silberschmiermittelmaterial sein kann, das seine Form zusammen mit der Elastomerfolie 7 verändern kann, wenn die Elastomerfolie 7 ihre Form ändert, dabei aber immer noch ihre Leitfähigkeitseigenschaft beibehält. Wenn durch die Steuereinheit K Spannung angelegt wird, komprimieren die leitfähigen Schichten 8 die Elastomerfolie 7 und können die leitfähigen Schichten in dergleichen Weise wie die Elastomerfolie 7 verformt werden. Wenn die leitfähigen Schichten 8 durch Energiezufuhr aktiviert sind oder nicht, können sie ihre Form in Übereinstimmung mit der Elastomerfolie 7 verändern. Daher bleiben die leitfähigen Schichten 8 in Kontakt mit den Oberflächen der Elastomerfolie 7, ohne ihre Leitfähigkeitseigenschaften zu verlieren.
In einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der Aktormechanismus 1 wenigstens eine an einem Körper 2 eines Luftfahrzeugs angeordnete Steuerfläche 9, die durch Ausführen einer relativen Bewegung in Bezug auf den Körper 2, wenn der Aktor 3 seine Form ändert, die Steuerung der Luftströmung ermöglicht. Wenn der Aktor 3 durch Energieversorgung durch die Steuereinheit K aktiviert wird und seine Form ändert, ist er so in der Lage, die Steuerfläche 9 zu bewegen, und diese Bewegung ermöglicht die Steuerung der Flugrichtung des Luftfahrzeugs und die Steuerung seiner Lage in Bezug auf die Erde. (13).
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2913859 [0003]

Claims

Aktormechanismus (1) mit einem Körper (2), wenigstens einem Aktor (3), der aus einem elektroaktiven Polymermaterial hergestellt ist, das durch Zufuhr elektrischer Energie seine Form verändert, wodurch der Körper (2) angetrieben wird, wenigstens zwei Verstärkungshaltern (4), die es erlauben, dass der Aktor (3) seine Form verändert, wobei jeder Verstärkungshalter (4) den Aktor (3) von einer unterschiedlichen Seite hält und wobei sie einander gegenüberliegend an dem Körper (2) angeordnet sind, wenigstens einer Rückhalteklammer (5), die den Aktor (3) an wenigstens einer seiner Seiten festhält, gekennzeichnet durch wenigstens einen Rückhalteträger (6), der mit den beiden gegenüberliegenden Verstärkungshaltern (4) verbunden ist und mit dem die Rückhalteklammern (5), die das Festhalten des Aktors (3) ermöglichen, lösbar verbunden sind und der eine erste Position (I), in der er den Aktor (3) in übereinstimmender Form zu sich selbst dehnt, wenn der Aktor (3) nicht durch Energieversorgung aktiviert ist, und einen Rückhalteträger (6), der eine zweite Position (II) hat, in der er aus der ersten Position (I) kommend eine nahezu vollständige Begrenzung der Verformung des Aktors (3), wenn der Aktor (3) durch Energiezufuhr aktiviert wird, bewirkt.
Aktormechanismus (1) wie in Anspruch 1 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückhalteträger (6), der sich zwischen den gegenüberliegend positionierten Verstärkungshaltern (4) erstreckt, mit einem seiner Enden mit einem der Verstärkungshalter (4) verbunden ist und mit seinem anderen Ende mit dem anderen Verstärkungshalter (4) verbunden ist.
Aktormechanismus (1) wie in Anspruch 1 oder Anspruch 2 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückhalteklammer (5), die sich zwischen dem Aktor (3) und dem Rückhalteträger (6) befindet, die Seite des Aktors (3), die nahe an dem Rückhalteträger (6) liegt, durch Einklemmen festhält, gleitfähig in dem Rückhalteträger (6) gelagert ist und in dem Rückhalteträger (6), während der Aktor (3) als Funktion der Zufuhr elektrischer Energie seine Form verändert, gleitet.
Aktormechanismus (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mehr als eine Rückhalteklammer (5), die den Aktor (3) durch Einklemmen in gleichen Abständen festhalten und die, wenn der Aktor (3) seine Form verändert, es ermöglichen, dass der Abstand zwischen ihnen gleich bleibt, indem sie in dem Rückhalteträger (6) gleiten.
Aktormechanismus (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen flexiblen bogenförmigen Rückhalteträger (601), der eine konkave oder konvexe Form hat und näherungsweise gerade wird, wenn der Aktor (3) mit Energie versorgt wird.
Aktormechanismus (1) nach Ansprüchen 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen Teleskop-Rückhalteträger (602) der sich teleskopisch ausdehnt, wenn der Aktor (3) mit Energie versorgt wird.
Aktormechanismus (1) nach Ansprüchen 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen gleitenden Rückhalteträger (603), der an dem Punkt, wo er mit den Verstärkungshaltern (4) verbunden ist, gleitet, wenn der Aktor (3) mit Energie versorgt wird.
Aktormechanismus (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückhalteträger (6) aus einer Formgedächtnislegierung hergestellt ist.
Aktormechanismus (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückhalteklammer (5), die zwischen dem Aktor (3) und dem Rückhalteträger (6) angeordnet ist, den Aktor (3) an der Seite in der Nähe des Rückhalteträgers (6) entlang der Länge der Seite durch Einklemmen festhält und eine flexible Struktur hat und gleitfähig in dem Rückhalteträger (6) gelagert ist.
Aktormechanismus (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückhalteklammer (5) aus einem elastischen Material hergestellt ist.
Aktormechanismus (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die den Aktor (3) festhaltende Oberfläche der Rückhalteklammer (5) gezahnt ist, um die Festhaltekraft zu erhöhen.
Aktormechanismus (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (3) wenigstens eine Elastomerfolie (7) mit dielektrischer Struktur und wenigstens zwei leitfähige Schichten (8) aufweist, mit denen die Elastomerfolie (7) beschichtet ist und die es ermöglichen, dass die Elastomerfolie (7) unter dem Einfluss des elektrischen Feldeffekts, der durch eine von einer Steuereinheit K angelegte Spannung bewirkt wird, ihre Form ändert.
Aktormechanismus (1) wie in Anspruch 12 beansprucht, dadurch gekennzeichnet, dass die leitfähige Schicht (8), die wenigstens eines von Silikon/Graphit, kohlenstoffhaltiges leitfähiges Schmiermittel, Schmiermittel auf Kohlenstoffbasis oder Silberschmiermaterial sein kann, das unter Beibehaltung seiner Leitfähigkeitseigenschaften seine Form zusammen mit der Elastomerfolie (7) verändern kann, wenn die Elastomerfolie (7) ihre Form verändert.
Aktormechanismus (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens eine Steuerfläche (9), die an einem Körper (2) eines Luftfahrzeuges angeordnet ist und die die Steuerung der Luftströmung durch Ausführen einer relativen Bewegung in Bezug auf den Körper (2) ermöglicht, wenn der Aktor (3) seine Form verändert.