DE19802639A1

DE19802639A1 - Bewegungseinrichtung mit Formgedächtnisantrieb

Info

Publication number: DE19802639A1
Application number: DE1998102639
Authority: DE
Inventors: Juergen Dipl Ing Vollbarth; Joerg Gasmann
Original assignee: Technische Universitaet Dresden
Current assignee: Technische Universitaet Dresden
Priority date: 1998-01-24
Filing date: 1998-01-24
Publication date: 1999-07-29

Description

Die Erfindung betrifft eine Bewegungseinrichtung mit Formge dächtnisantrieb gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der DE 34 47 035 A1 ist eine Bewegungseinrichtung mit einem Heizelement und einem thermisch mit dem Heizelement gekoppelten, temperaturabhängig sein Gefüge und seine Form sprunghaft verändernder Formkörper mit Formgedächtnis bekannt, bei der das eine Ende des Formkörpers mit einem Gehäuse und das andere Ende mit dem Betätigungselement verbunden ist. Der Formkörper besteht aus einer Schraubenfeder im Inneren des Gehäuses, die sich axial zusammenzieht. Die Bewegungseinrichtung dient zur Betätigung von Schiebern, als Zündersicherung für Munition, Türöffner oder als Brandschutzeinrichtung zum Auslösen von Ventilen. Nachteilig ist die Ausbildung des Formkörpers mit Formgedächtnis als Schraubenfeder, deren Ausbildung im Querschnitt einen größeren Bauraum benötigt und diese bei größerem Stellweg verhältnismäßig geringe Stellkräfte erzeugt.

Aus der DE 37 31 146 A1 ist weiterhin eine Antriebseinheit für reversible Bewegungen mit Elementen aus einer Formgedächtnis legierung bekannt. Bei dieser Antriebseinheit wird ein zweiteiliges Element aus einer Formgedächtnislegierung wirksam, deren Teilelemente bezüglich ihrer Arbeitsrichtung gegensinnig ausgewählt und angeordnet sind. Die Teilelemente sind aus zumindest gleichartigem Material mit Einwegeffekt in einer Gestalt für große Wegänderungen endständig bewegungsbezogen festgelegt, und durch ein als Antriebskörper nutzbares Koppelglied verbunden. Die Teilelemente werden nacheinander auf ihre Arbeitstemperatur gebracht, um eine Bewegung am Koppelglied zu erzielen.

Nachteilig ist auch hier die Ausführung der Teilelemente in Form von Schraubenfedern. Außerdem bedingt das Abkühlverhalten des zuletzt aktivierten Teilelementes eine zeitverzögerte Bewegung des Koppelgliedes entgegen dem Richtungssinn der zuletzt ausgeführten Bewegung.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Bewegungseinrichtung mit Formgedächtnisantrieb anzugeben, die große Stellkräfte bei relativ großen Stellwegen ermöglicht und mit kleinem notwendigen Bauraum auskommt.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich im Zusammenhang mit den Unteransprüchen.

Wesentlich an der Erfindung ist, daß der Bauraum des Aktors um eine knick- und in Längsrichtung drucksteife aber biegsame Hülle verlängert wird, und in dieser Hülle das Formgedächtniselement, z. B. ein Draht, Seil o. dgl. von seinem Befestigungspunkt am Betätigungselement weitergeführt wird. Am freien Ende der Hülle stützt sich das Formgedächtniselement praktisch ab, so daß sich die wirksame Länge des Formgedächtniselementes um die Länge der Hülle vergrößert. Die Hülle benötigt nur wenig Bauraum und kann wegen ihrer Flexibilität den Einsatzbedingungen entsprechend auch gekrümmt verlegt werden.

In der Hülle ist das Formgedächtniselement vorteilhaft von einer Isolierschicht umgeben, wodurch eine elektrische Isolation und ein leichtes Gleiten des Formgedächtniselementes erreicht wird.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Bewegungseinrichtung durch den teilweise flexiblen Aufbau in beengten Bauräumen einsetzbar ist. Der Stellweg und die Stellkraft sind vergleichsweise groß und es sind durch die rein elektrische Ansteuerung keine Zusatzmedien erforderlich. Die Effektausbeute kann bei gleichen Stellbewegungen zum Erreichen einer höheren Lebensdauer verringert werden, wenn gleichzeitig die nutzbare Länge des Formgedächtniselementes vergrößert wird. Die Stellbewegung läßt sich als Aktorbewegung abgreifen, sofern das Formgedächtniselement durch eine Energie beaufschlagt wird. Die Bewegungseinrichtung läßt sich aber auch als Temperaturfühler einsetzen, wenn die Hülle mit dem Formgedächtniselement beispielsweise in ein Medium mit veränderlicher Temperatur eingetaucht wird, und die Reaktion infolge Temperaturänderung am Betätigungselement als Wegänderung abgegriffen wird.

Vorteilhaft besteht das Gehäuse aus zwei miteinander verschraubbaren Hülsenkörpern, in dem das Betätigungselement als Stößel gegen die Kraftwirkung einer Feder in Achsrichtung beweglich gelagert ist.

Das Gehäuse kann aber auch in Form einer Dose ausgebildet sein, in der das Betätigungselement als Scheibe drehbar um den Mittelpunkt gelagert ist. Damit ergeben sich Stellbewegungen, die am Radius kreisbogenförmig und am Mittelpunkt rotatorisch ist.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Bewegungseinrichtung mit axialer Stellbewegung,

Fig. 2 ein zu Fig. 1 gehöriges Detail,

Fig. 3 eine erfindungsgemäße Bewegungseinrichtung mit kreisbogenförmiger Stellbewegung,

Fig. 4 eine Darstellung für die teilweise Benutzung der Länge des Formgedächtniselementes.

Die Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Bewegungseinrichtung mit axialer Stellbewegung. Das Gehäuse 1a, 1b besteht aus einem
Hülsenkörper 1a, der mit einem Deckel 1b verschlossen ist. Im Hülsenkörper 1a befindet sich eine Bewegungseinrichtung 5, die als Stößel ausgebildet ist. Mit dem Stößel ist eine auf Druck beanspruchbare Feder 4 in den Hülsenkörper 1a eingebracht. In das untere Teil des Hülsenkörpers 1a ist eine knick- und in Längsrichtung drucksteife aber biegsame Hülle 2 eingelassen. Ein Formgedächtniselement 6 als Draht verläuft von einer Befestigung am Stößel durch die Hülle 2 und ist an deren freiem Ende befestigt. In den Hülsenkörper ist ferner ein Meßsystem 3 integriert.

Die Fig. 2 zeigt ein zur Fig. 1 gehöriges Detail, dessen dargestellter Bereich in der Fig. 1 besonders gekennzeichnet ist. Aus der Fig. 2 ist ersichtlich, daß das Formgedächtniselement 6 durch das Zentrum der Hülle 2 verläuft. Dem Aufbau der Hülle 2 entsprechend ist das Formgedächtniselement 6, von innen nach außen betrachtet, von einer Isolierschicht 7 umgeben, die wiederum von einem knick- und in Längsrichtung drucksteifen Kern 8 umgeben ist. Eine Außenschicht 9 ummantelt den Kern 8. Der Kern 8 ist eine aus Metall gefertigte Wendel, deren Windungen in axialer Erstreckung aufeinander liegen.

Die Bewegungseinrichtung wandelt die durch Erwärmung hervorgerufene Kontraktion des Formgedächtniselementes 6 in eine lineare Stellbewegung des Stößels um. Die Feder 4 spannt das Formgedächtniselement 6 zischen dem Stößel und dem freien Ende der Hülle 2 mittels des Hülsenkörpers 1a, in dem das andere Ende der Hülle 2 eingelassen ist, vor. Das Meßsystem 3, welches in den Hülsenkörper 1a integriert ist, erfaßt die Position des Stößels. Das Meßsystem 3 ist bei einfachen Anwendungen nicht unbedingt erforderlich, und wird dann vorgesehen, wenn die Position des Stößels erfaßt werden muß.

Der Aufbau entsprechend der Fig. 2 dient in seiner hauptsächlichen Funktion zur knick- und in Längsrichtung drucksteifen Abstützung des Formgedächtniselementes 6 zwischen seinen beiden Aufhängepunkten innerhalb und außerhalb des Gehäuses 1a, 1b. Damit wird auf einfache Weise die nutzbare Länge des Formgedächtniselementes 6 vergrößert. Die Isolierschicht 7 dient zur Potentialtrennung zwischen dem Formgedächtniselement 6 und dem Kern 8 sowie der Verringerung der Reibung zwischen den zuletzt genannten Teilen.

In der Fig. 3 ist eine weitere erfindungsgemäße Bewegungsein richtung dargestellt. Das Gehäuse 1a, 1b weist einen dosenförmigen Aufbau auf, in das ein Betätigungselement 5 in Form einer Scheibe eingesetzt ist. Mit dieser Bewegungseinrichtung läßt sich eine kreisbogenförmige bzw. rotatorische Stellbewegung erzeugen.

Die Fig. 4 zeigt eine Darstellung für die teilweise Ausnutzung der Länge des Formgedächtniselementes 6. Dazu weist das Formgedächtniselement 6 unterschiedliche Anschlußpunkte 10 auf, die durch Schalter den stromdurchflossenen Teil des Formgedächtniselementes 6 verkürzen bzw. verlängern. Somit verändert sich die wirksame Länge des Formgedächtniselementes 6 entsprechend.

Bezugszeichenliste

1

a Hülsenkörper

1

b Deckel

1

a,

1

b Gehäuse

2

Hülle

3

Meßsystem

4

Feder

5

Bewegungseinrichtung

6

Formgedächtniselement

7

Isolierschicht

8

Kern

9

Außenschicht

10

Anschlußpunkt

Claims

1. Bewegungseinrichtung mit Formgedächtnisantrieb, bestehend aus einem Gehäuse (1a, 1b), von dem ein eine Stellbewegung ausführendes Betätigungselement (5) gehalten wird, das entgegen der Kontraktionswirkung eines Formgedächtniselementes (6) von einem Federelement (4) vorgespannt wird, dadurch gekennzeichnet, daß

- in das Gehäuse (1a, 1b) eine biegsame, knick- und in Längsrichtung drucksteife Hülle (2) eingelassen ist,
- ein Formgedächtniselement (6) von dem einen Ende am Befestigungspunkt am Betätigungselement (5) durch die Hülle (2) geführt ist, und das andere Ende des Formgedächtniselementes (6) am freien Ende der Hülle (2) befestigt ist,
- so daß bei einer Kontraktion oder Dehnung des Formgedächtniselementes (6) durch Temperaturänderung eine Stellbewegung des Betätigungselementes (5) ausgelöst wird und dazu die Länge des Formgedächtniselementes (6) vom Befestigungspunkt am Betätigungselement (5) bis zum Befestigungspunkt am Ende der Hülle (2) ganz oder teilweise ausgenutzt wird.

2. Bewegungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle (2) einen gewendelten Kern (8) aufweist, wobei die Windungen in Achsrichtung aufeinander liegen und der Kern (8) von einer Außenschicht (9) umgeben ist.

3. Bewegungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Kern (8) und Formgedächtniselement (6) eine reibungsmindernde, elektrisch isolierende Schicht (7) vorgesehen ist.

4. Bewegungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht (7) mit dem Kern (8) verbunden ist.

5. Bewegungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse (1a, 1b) ein Meßsystem (3) zur Erkennung der Position des Betätigungselementes (5) vorgesehen ist.

6. Bewegungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1a, 1b) eine aus zwei miteinander verschraubbaren Teilen bestehende Hülse und das Betätigungselement (5) ein Stößel ist.

7. Bewegungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1a, 1b) dosenförmig ausgebildet ist und das Betätigungselement (5) die Form einer Scheibe aufweist.

8. Bewegungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß entlang des Formgedächtniselementes (6) mehrere Anschlußpunkte (10) vorgesehen sind.