DE19738296A1 - Mechanismus zur Erzeugung von Stellbewegungen - Google Patents
Mechanismus zur Erzeugung von StellbewegungenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Mechanismus zur Erzeugung von
Stellbewegungen, der selbst Baugruppen wie Greifer, Kupplungen
oder elektrische/mechanische Schaltwerke bilden kann, Teil dieser
Baugruppen ist oder als Antrieb dieser Baugruppen dienen kann.
Aus Krause W.: Konstruktions-Elemente der Feinwerktechnik, Carl
Hanser Verlag München-Wien, S. 521-532 ist eine Anzahl
unterschiedlicher Schaltwerke bekannt, die eine sprunghafte
Stellbewegung ausführen.
Weiterhin sind Formgedächtnisaktoren in Form von Formgedächtnis
drähten oder Federn sind. Diese führen unter Temperatureinfluß
eine allmähliche Stellbewegung aus.
Ferner ist aus der DE 44 06 771 A1 beispielsweise ein Greifer für
einen Industrieroboterarm bekannt. Der Greifer besteht aus zwei
beweglichen Fingern, wobei die Bewegung der Finger durch die
Formänderung von Teilen, die aus Form-Gedächtnis-Legierung
bestehen, hervorgerufen wird. Die Kraftwirkung der Form-
Gedächtnis-Legierung erfolgt auf Gelenke des Fingers oder die
Finger selbst, so daß bei Erwärmung und anschließender Abkühlung
eine Greifbewegung ausgeführt werden kann. Nachteilig ist, daß
die Greifkraft auch infolge Abkühlung durch Verfahrbewegungen des
Greifers verloren gehen kann.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen vielseitig
verwendbaren, stark miniaturisierbaren Mechanismus anzugeben, der
die allmähliche Bewegung eines Formgedächtniselementes in eine
schnelle und definierte Sprungbewegung umsetzt. Die erzeugte
Stellbewegung soll für verschiedene Anwendungen nutzbar sein.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit den im Anspruch 1 genannten
Merkmalen gelöst. Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind
Gegenstand von Unteransprüchen.
Wesentlich an der Erfindung ist, daß die allmähliche Bewegung
eines Formgedächtniselementes auf ein Sprungwerk einwirkt, und
diese Bewegung von dem Sprungwerk in definierte Getriebezustände
umgesetzt wird. Die Anzahl der definierten Getriebezustände ist
dabei beliebig und von der Ausbildung des Sprungwerkes abhängig.
Prinzipiell ist hierzu jedes Sprungwerk einsetzbar. Das
Formgedächtniselement ist bei der beschriebenen Erfindung ein
Bauteil, das aus einer Formgedächtnislegierung besteht, die bei
Temperaturänderung eine Formänderung erfährt. Das sind
beispielsweise Formgedächtnisdrähte oder Formgedächtnisfedern.
Ein weiteres wesentliches Teil des Mechanismus ist ein
sogenannter Grundkörper, mit dem das Sprungwerk direkt oder
indirekt verbunden ist. Das Formgedächtniselement ist einerseits
mit dem Sprungwerk direkt oder indirekt und andererseits mit dem
Grundkörper direkt oder indirekt verbunden. Unter einer
indirekten Verbindung wird hier eine Verbindung über
Koppelelemente verstanden. Somit sind die beiden
unterschiedlichen Bewegungen von Sprungwerk und
Formgedächtnisaktor gekoppelt.
Die mit dem Mechanismus erzeugte Stellbewegung läßt sich auf
unterschiedliche Weise nutzen; als Schalter, Greifer, Kupplung
direkt oder als Antrieb derartiger Baugruppen.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung als Greifer in Miniaturform
ergibt sich aus Anspruch 2. Als krafterzeugendes Element im
Sprungwerk ist eine Omegafeder vorgesehen, die einerseits durch
einen kippbaren Hebel und anderseits durch einen weiteren Hebel
mit dem Grundkörper verbunden ist. Der kippbare Hebel ist durch
ein Festkörpergelenk mit dem Grundkörper verbunden. Ebenso der
weitere Hebel. Zwischen dem weiteren Hebel und dem Grundkörper
ist ein Formgedächtniselement in Form eines Formgedächtnisdrahtes
vorgesehen.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung ergibt sich aus Anspruch 6. Die
bewegliche Greifbacke und die feste Greifbacke sind in Form
elektrischer Kontakte ausgeführt. Der Grundkörper und der weitere
Hebel weisen potentialgetrennte Anschlüsse auf. Damit bildet der
Mechanismus einen temperaturabhängigen elektrischen Schalter.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung als Kupplung ergibt sich aus
Anspruch 7. Als Sprungwerk ist eine Tellerfeder vorgesehen, die
in ihrer Mittenachse über einen vorgespannten Formgedächtnisdraht
mit dem Grundkörper verbunden ist. Die Tellerfeder ist in
radialer Entfernung zur Mittenachse auf einer ringförmigen
Erhebung des Grundkörpers abgestützt. Der Grundkörper bildet eine
An- oder Abtriebswelle, zu der eine entkuppelte weitere An- oder
Abtriebswelle achsparallel gelagert ist. Die Übertragung des
Drehmomentes von der einen zur anderen Welle erfolgt durch das in
seiner Auslenkung verstellbare Sprungwerk, in diesem Fall durch
die Tellerfeder.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung ergibt sich aus Anspruch
9. Der Mechanismus dient hier als Antrieb eines Ventils, indem
das auslenkbare Sprungwerk mit einem Ventilstößel zur Übertragung
der Stellbewegung verbunden ist.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den übrigen
Unteransprüchen.
Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die allmähliche
Formänderung des Formgedächtniselementes in eine schnelle und
definierte Sprungbewegung des Mechanismus sowie definierte
Zustände des Sprungwerkes umgesetzt werden kann.
Die Erfindung wird nachstehend an mehreren Ausführungsbeispielen
näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen
Mechanismus in Form eines Miniaturgreifers
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen
Mechanismus zum Betreiben einer Kupplung
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen
Mechanismus als Antrieb eines Ventils.
Der erfindungsgemäße Mechanismus stellt in der Fig. 1 einen
Miniaturgreifer dar. Der Miniaturgreifer besteht aus einem
Grundkörper 1, mit dem ein beweglicher Hebel b mittels eines
Festkörpergelenkes e verbunden ist. In der Ansicht bildet das
untere Ende des Hebels b (bewegliche Greifbacke b') mit dem
Grundkörper 1 als feste Greifbacke c den eigentlichen Greifer.
Das obere Ende des Hebels b, die Omegafeder 3, der Hebel a sowie
die Festkörpergelenke d, e bilden das Sprungwerk S. Die Omegafeder
3 ist ihrerseits durch den Hebel a, der um das Festkörpergelenk
d kippbar ist, mit dem Grundkörper 1 verbunden. Für das Erzeugen
der Kippbewegung des Hebels a ist ein Formgedächtnisdraht 2
vorgesehen, der an einem Ende durch Befestigungselement 4 am
Hebel a und am anderen Ende am Grundkörper 1 durch ein weiteres
Befestigungselement 4 angebracht ist. Für die Bewegungsbegrenzung
des Hebels b sind die beiden Anschläge 6 vorgesehen. Mittels der
Stellschraube 7 und der Feder 8 läßt sich der Hebel a vorspannen.
Beim Erhitzen des Formgedächtnisdrahtes 2 verkürzt sich dieser
und bewirkt so das Kippen des Hebels a um das Festkörpergelenk d.
Dadurch verschiebt sich die Kraftwirkungslinie der Omegafeder 3
und bei Überschreiten einer kritischen Auslenkung erfolgt die
Auslösung des Sprungwerkes S, so daß die bewegliche Greifbacke b'
um das Gelenk e dreht und sich der Greifer schließt. Der Anschlag
6 begrenzt die Bewegung der beweglichen Greifbacke b' und damit
die Verschiebung der Kraftwirkungslinie, so daß bei Abschalten
des Formgedächtniselementes 2 ein selbsttätiges Rückstellen durch
die Feder 8 erfolgt.
Der in der Fig. 1 dargestellte Miniaturgreifer kann in dieser
Ausführung sehr leicht zu einem elektrischen Schalter mit
Formgedächtnisantrieb modifiziert werden. Dazu sind lediglich die
bewegliche Greifbacke b' und die feste Greifbacke c als
Schaltkontakte auszuführen. Der Kontakt wird dann
temperaturabhängig geschlossen und geöffnet.
Der erfindungsgemäße Mechanismus dient in der Fig. 2a und 2b zum
Betreiben einer Kupplung. In Fig. 2a befindet sich die Kupplung
im Grundzustand und in Fig. 2b im eingeschalteten Zustand. Das
Formgedächtniselement 2 ist mittels des Befestigungselementes 4
zwischen Sprungwerk S und Grundkörper 1 gespannt. Das Sprungwerk
S ist in der Art einer Tellerfeder 3' ausgeführt und besitzt zwei
stabile Zustände; einen Zustand (gemäß Fig. 2a) der ohne äußere
Einwirkung eingenommen wird und einen Zustand (gemäß Fig. 2b),
der bei Krafteinwirkung des Formgedächtniselementes 2 eingenommen
wird.
Durch Verkürzung des Formgedächtniselementes 2 wird die
Tellerfeder 3' vom Zustand a) in Zustand b) versetzt. Die
Tellerfeder 3' kann bei Entspannung des Formgedächtniselementes
2 von selbst oder durch Einwirkung einer zusätzlichen Kraft
(zusätzliche Feder, nicht dargestellt) in den Zustand a)
zurückkehren. In beiden Zuständen liegt die Tellerfeder 3' am
Grundkörper 1 an. In Zustand b) liegt die Tellerfeder 3'
zusätzlich an der Abtriebswelle 9 an, und erzeugt durch ihre
innere Spannung eine Kraft zwischen dem Grundkörper 1 als
Antriebswelle und der Abtriebswelle 9, indem die Tellerfeder 3'
auf den Reibbelag 10 drückt oder Formschluß mit einer
Perforierung im Reibbelag 10 herstellt. Im Zustand b) kann somit
ein Moment vom Grundkörper 1 als Antriebswelle über die
Tellerfeder 3' und den Reibbelag 10 bzw. Perforation 10 auf die
Abtriebswelle 9 übertragen werden. Die Teile 1 und 9 können in
ihrer Funktion von An- und Abtrieb getauscht werden.
Der erfindungsgemäße Mechanismus dient in der Fig. 3 als Antrieb
eines Ventils. Das Formgedächtniselement 2 ist mit dem Sprungwerk
S, hier in Form einer Blattfeder 3'', verbunden. An der
Blattfeder 3'' ist ein Ventilstößel 12 angelenkt. Die allmähliche
Bewegung des Formgedächtniselementes 2 infolge Verkürzung führt
zu einer sprunghaften Bewegung des Sprungwerkes S, die zum Öffnen
eines Ventils genutzt wird. Der Ventilstößel 12 bewegt den
Ventilkegel 13f und das zu schaltende Medium kann den
Ventilkörper 14 vom Zulauf 15 zum Ablauf 16 durchfließen. Im
unbeheizten Zustand dehnt der durch die Feder 8 vorgespannte
Ventilstößel 12 über das Sprungwerk S das Formgedächtniselement
2, das Sprungwerk S springt in seine Ausgangsstellung zurück und
schließt das Ventil schlagartig.
1
Grundkörper
2
Formgedächtniselement
3
Omegafeder
3
' Tellerfeder
3
'' Blattfeder
4
Befestigungselement
5
Scheibe
6
Anschlag
7
Stellschraube
8
Feder
9
Abtriebswelle
10
Reibbelag
11
Lager
12
Ventilstößel
13
Ventilkegel
14
Ventilkörper
15
Zulauf
16
Ablauf
a Hebel
b Hebel
b' bewegliche Greifbacke
c feste Greifbacke
d Festkörpergelenk
e Festkörpergelenk
S Sprungwerk
a Hebel
b Hebel
b' bewegliche Greifbacke
c feste Greifbacke
d Festkörpergelenk
e Festkörpergelenk
S Sprungwerk
Claims (10)
1. Mechanismus zur Erzeugung von Stellbewegungen, bestehend aus
Formgedächtniselement (2), Sprungwerk (S) und Grundkörper (1)
als gemeinsamer Stütz- oder Aufhängepunkt, sowie weiteren
Elementen zur Umsetzung der Bewegung des Sprungwerkes (S) in
eine Stellbewegung, wobei das Sprungwerk (S) zusätzlich durch
das Formgedächtniselement (2) mit dem Grundkörper (1) direkt
oder indirekt in Verbindung steht, das Sprungwerk (3) durch
das Formgedächtniselement (2) in seiner Auslenkung gegenüber
dem Grundkörper (1) verstellbar ist, und mittels der
Auslenkung des Sprungwerkes (S) die Stellbewegung erzeugt
wird.
2. Mechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im
Sprungwerk (S; 3, a, b) eine Omegafeder (3) vorgesehen ist, die
einerseits mit dem Hebel (b) und andererseits mit dem Hebel
(a) verbunden ist, der Hebel (b) mittels Festkörpergelenk (e)
und der Hebel (a) mittels Festkörpergelenk (d) mit dem
Grundkörper (1) verbunden sind, wobei der Hebel (b) mit
seinem - in Ansicht gesehen - unteren Ende eine bewegliche
Greifbacke (b'), der Grundkörper (1) eine feste Greifbacke
(c), bildet, und zwischen Hebel (a) und dem Grundkörper (1)
das Formgedächtniselement (2) zur Auslenkung des Sprungwerkes
(S; 3, a, b) vorgesehen ist.
3. Mechanismus nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das
Formgedächtniselement (2) ein Formgedächtnisdraht ist, der an
einem Ende mittels Befestigungselement (4) mit dem Hebel (a)
und am anderen Ende mittels Befestigungselement (4) mit dem
Grundkörper (1) verbunden ist.
4. Mechanismus nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,
daß an einem oder beiden Enden des Hebels (b) ein Anschlag
(6) vorgesehen ist.
5. Mechanismus nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß zwischen dem Hebel (a) und dem
Grundkörper (1) eine Feder (8) vorgesehen ist, deren
Federkraft verstellbar ist.
6. Mechanismus nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
bewegliche Greifbacke (b') und die feste Greifbacke (c) in
Form elektrischer Kontakte ausgeführt sind und der
Grundkörper (1) und der Hebel (b) potentialgetrennte
Anschlüsse aufweisen.
7. Mechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als
Sprungwerk (S) eine Tellerfeder (3') vorgesehen ist, die in
ihrer Mittenachse über einen vorgespannten
Formgedächtnisdraht (2) mit dem Grundkörper (1) verbunden
ist, die Tellerfeder (3') in radialer Entfernung zur
Mittenachse auf einer ringförmigen Erhebung des Grundkörpers
(1) abgestützt ist, wobei der Grundkörper (1) eine An- oder
Abtriebswelle bildet, zu der eine entkuppelte weitere An-
oder Abtriebswelle achsparallel gelagert ist, und die
Momentübertragung von der einen zur anderen Welle durch das
in seiner Auslenkung verstellbare Sprungwerk (S) erfolgt.
8. Mechanismus nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die
Tellerfeder (3') nach der Verstellung durch den
Formgedächtnisdraht (2) mit ihrem Rand auf einer Reibfläche
(7) oder Perforierung (7) an der weiteren An- oder
Abtriebswelle (9) unter Kraft aufliegt, wodurch die
Drehmomentübertragung zwischen erster und zweiter Welle
erfolgt.
9. Mechanismus nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als
Sprungwerk (S) eine Blattfeder (3'') vorgesehen ist, die
beidseitig an einem Grundkörper (1) aufgehängt ist, die
Auslenkung der Blattfeder (3'') gegenüber dem Grundkörper (1)
durch einen einerseits mit dem Grundkörper (1) und
andererseits mit der Blattfeder (3'') verbundenen
Formgedächtnisdraht (2) verstellbar ist, wobei die Blattfeder
(3'') mit einem Ventilstößel (12) verbunden ist, und der
Ventilstößel (12) durch die Auslenkung der Blattfeder (3'')
betätigt wird.
10. Mechanismus nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das
Sprungwerk (S) entgegen der Kraftwirkung des
Formgedächtnisdrahtes (2) durch eine Feder (8) vorgespannt
ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19738296A DE19738296A1 (de) | 1997-09-02 | 1997-09-02 | Mechanismus zur Erzeugung von Stellbewegungen |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19738296A DE19738296A1 (de) | 1997-09-02 | 1997-09-02 | Mechanismus zur Erzeugung von Stellbewegungen |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19738296A1 true DE19738296A1 (de) | 1999-03-04 |
Family
ID=7840943
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19738296A Withdrawn DE19738296A1 (de) | 1997-09-02 | 1997-09-02 | Mechanismus zur Erzeugung von Stellbewegungen |
Country Status (1)
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