DE19842923A1

DE19842923A1 - Mechanismus zum Erzeugen von Stellbewegungen

Info

Publication number: DE19842923A1
Application number: DE19842923A
Authority: DE
Inventors: Juergen Vollbarth; Joerg Gasmann
Original assignee: Technische Universitaet Dresden
Current assignee: Technische Universitaet Dresden
Priority date: 1998-09-18
Filing date: 1998-09-18
Publication date: 2000-03-23

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Mechanismus zum Erzeugen von Stellbewegung, bestehend aus Grundkörper 1 als Gehäuse und Lagerelement, Hebelmechanismus 2, Formgedächtniselement(en) 3, Befestigungselementen 4, Abtriebselement 5, Feder 6 sowie einem Kühlanschluß 7 zum Umsetzen der Formänderung des (der) Formgedächtniselemente(s) 3 in eine Stellbewegung, wobei das (die) Formgedächtniselement(e) 3 mittels Verbindungselementen 4 mit dem Hebelmechanismus 2 verbunden ist (sind) und die vom (von den) Formgedächtniselement(en) 3 erzeugte Kraft und Bewegung auf das Abtriebselement 5 überträgt und so Stellbewegung erzeugt. Das Rückstellen des Mechanismus kann wahlweise durch die Feder 6 erfolgen oder aber durch zusätzliche, antagonistisch arbeitende Formgedächtniselemente.

Description

Die Erfindung betrifft einen Mechanismus zum Erzeugen von Stellbewegungen und kann als Antrieb von Baugruppen wie Greifern, Schaltern oder Ventilen dienen oder Teil dieser Baugruppen sein.

Es sind verschiedene Anwendungen von Formgedächtniselementen zum betätigen von Mechanismen bekannt.

Die DE 34 32 134 A1 beschreibt eine Vorrichtung zum Schwenken eines Stellhebels, die DE 34 47 035 A1 ein Kraftelement mit integriertem Formelement und auch die DE 94 05 745 U1 gibt einen Überstromauslöser mit Formgedächtniselement an. Diese Anwendungen beschreiben jeweils die Verwendung eines einzelnen Formgedächtniselementes zur Kraft oder Bewegungserzeugung.

Weiterhin kann man in der einschlägigen Literatur des Maschinenbaus die verschiedensten Anwendungen von Kniehebeln finden. Die Ausführungen beschränken sich jedoch in der Regel auf eine Analyse der technischen Eigenschaften des Hebelsystems oder beziehen sich auf spezielle Anwendungen die nicht dem Sinne der Erfindung entsprechen. Siehe z. B.:

- Taschenbuch Maschinenbau, Verlag Technik Berlin
- J. Vollmer: Getriebetechnik (Leitfaden). Verlag Technik Berlin
- S. Hesse: Greifer-Praxis; Vogel Buchverlag.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen miniaturisierten Mechanismus mit Formgedächtnisantrieb zum Erzeugen von Stellbewegungen anzugeben, welcher bei erforderlichen großen Stellwegen und -kräften die dann notwendigen langen Formgedächtniselemente auf kleinstem Bauraum aufnehmen kann.

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

Wesentlich an der Erfindung ist, das daß für die geforderte Arbeit des Mechanismus notwendige in der Regel lange Formgedächtniselement auf kleinstem Raum untergebracht werden kann indem das lange Formgedächtniselement in einzelne Segmente zerlegt bzw. gefaltet wird und diese Segmente im Sinne einer Parallelschaltung der durch die Segmente erzeugten Kraft angeordnet werden. Der Hebelmechanismus dient dann der Korrektur des durch die Segmentierung veränderten Verhältnisses zwischen der Kraft und dem möglichen Weg des Formgedächtniselementes.

Die mit dem Mechanismus erzeugte Stellbewegung eignet sich in besonderer Weise zum Antrieb von miniaturisierten Mechanismen. Das Volumen des vorgestellten Mechanismus beträgt nur ca. 2 cm.

Ein weiterer wesentlicher Teil des Mechanismus ist ein sogenannter Grundkörper, welcher als Aufnahme aller weiteren verwendeten Teile dient, für deren sicheren Zusammenhalt sorgt und an der Kraftübertragung indirekt als Gestell beteiligt ist. Der Grundkörper kann vorteilhaft aus mehren Teilen zusammengesetzt sein, um die Montage des Mechanismus zu vereinfachen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen.

Von Vorteil bei der Erfindung ist, daß durch das Segmentieren des Formgedächtnisdrahtes der Einbau eines großen aktorisch aktiven Volumens auf extrem kleinem Raum möglich ist und somit ein großes volumenbezogenes Arbeitsvermögen erreicht wird. Weiterhin gewährleistet die Verwendung des als Kniehebel ausgelegten Hebelmechanismus, daß die Segmente aus Formgedächtnismaterial die erzeugte Kraft und Bewegung ohne Reibungsverluste auf den Mechanismus übertragen.

Die mit dem Mechanismus erzeugte Stellbewegung läßt sich auf unterschiedliche Weise nutzen, als Antriebsbewegung für Schalter, Greifer, Kupplungen, Ventilen und ähnlichem.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine Darstellung zur Veranschaulichung der Funktionsweise anhand eines Getriebeschemas mit nicht aktivem Formgedächtniselement,

Fig. 2 eine Darstellung zur Veranschaulichung der Funktionsweise anhand eines Getriebeschemas mit aktivem Formgedächtniselement,

Fig. 3 einen erfindungsgemäßen Mechanismus mit geteiltem Grundkörper, wobei eine Hälfte des Grundkörpers zu besseren Veranschaulichung nicht dargestellt ist.

Fig. 1 und 2 dienen zur Veranschaulichung der Funktionsweise der Erfindung und stellen das Getriebeschema dar. Der Hebelmechanismus 2 ist vereinfacht dargestellt, der Grundkörper 1 nur als Gestell angedeutet. An Gelenk a des Hebelmechanismus 2 ist ein Abtriebselement 5 angeordnet, das im Grundkörper 1 geführt ist. In Fig. 2 ist die durch die Längenänderung Δl des Formgedächtniselementes 3 herbeigeführte Wegänderung Δz des Abtriebselementes 5 dargestellt.

Fig. 3 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung mit einem Formgedächtnisdraht als Formgedächtniselement 3 welcher in vier Segmente gefaltet ist. Die Segmente sind mittels Verbindungselementen 4 auf dem Hebelmechanismus 2 befestigt. Der Hebelmechanismus 2 ist so in den geteilten Grundkörper 1 eingelegt, daß beide Enden des Hebelmechanismus 2 sowohl im Grundkörper 1 in x-Richtung verschiebbar als auch um die y-Achse drehbar sind. Das Gelenk a ist durch Abschwächung des Materials erzeugt. In den geteilten Grundkörper 1 ist ein Kühlanschluß 7 oberhalb des Formgedächtniselementes 3 eingesetzt. Eine Feder 6 zum Rückstellen des Mechanismus ist zwischen einem Anschlag am Abtriebselement 5 und dem Grundkörper 1 eingespannt.

Aktiviert man das Formgedächtniselement 3, was vorzugsweise direkt durch Beheizen mit elektrischem Strom geschieht aber auch indirekt durch Erwärmung durch das umgebende Medium erfolgen kann, so daß eine Verkürzung der Segmente durch den Formgedächtniseffekt des Formgedächtniselementes 3 entsteht, bewegen sich die beiden als linear verschiebbare Drehgelenke ausgebildeten Enden des Hebelmechanismus 2 aufeinander zu. Indem die Enden des Hebelmechanismus 2 auf dem Grundkörper aufliegen, muß sich das Gelenk a des Hebelmechanismus 2 bei der so erzeugten Änderung der Dreiecksverhältnisse in z-Richtung bewegen. Auf das im Gehäuse 1 geführte und durch die Feder 6 vorgespannte Abtriebselement 5, wird die Bewegung des Gelenkes a direkt übertragen und kann als Stellbewegung abgegriffen werden. Wenn das Formgedächtniselement 3 nicht aktiv ist und somit keine Kraft erzeugt, bewirkt die durch die Feder 6 erzeugte Kraft zwischen dem Gehäuse 1 und den Abtriebsglied 5, daß das Gelenk a des Hebelmechanismus 2 zurückgedrückt wird, somit diesen wieder spreizt und die Segmente des Formgedächtniselementes 3 in den Ausgangszustand zurückversetzt.

Bezugszeichenliste

1

Grundkörper

2

Hebelmechanismus

3

Formgedächtniselement

4

Verbindungselemente

5

Abtriebselement

6

Feder

7

Kühlanschluß
a Gelenk

Claims

1. Mechanismus zum Erzeugen von Stellbewegungen an einem Abtriebselement (5), bestehend aus einem Grundkörper (1), in dem ein Hebelmechanismus (2) so angeordnet ist, das zwischen den Endpunkten des Hebelmechanismus (2) und dem Grundkörper (I) Gelenke entstehen, wobei zumindest das eine der Gelenke sowohl eine Rotation als auch eine Translation und zumindest das andere der Gelenke eine Rotation erlaubt, zwischen den Endpunkten des Hebelmechanismus (2) ein Formgedächtniselement (3) mittels Verbindungselementen (4) so angeordnet ist, das bei Verkürzung des Formgedächtniselementes (3) der Hebelmechanismus (2) bewegt und dessen Gelenk (a) ausgelenkt wird, wodurch das Abtriebselement (5) bewegt wird und so eine Stellbewegung erzeugt.

2. Mechanismus nach Anspruch 1, bei dem zwischen dem Grundkörper (1) und einem Anschlag am Abtriebselement (5) oder/und zwischen dem Grundkörper (1) und dem Hebelmechanismus (2) eine Feder so angeordnet ist, daß diese das Abtriebselement (5) und den Hebelmechanismus (2) bei nicht aktivem Formgedächtniselement (3) in seine Ausgangslage zurückstellt und so das Formgedächtniselement (3) dehnt.

3. Mechanismus nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Hebelmechanismus (2) der kinematischen Struktur eines Kniehebels entspricht, wobei das Gelenk (a) als Festkörpergelenk durch Schwächung des Materials ausgeführt ist.

4. Mechanismus nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei dem das Formgedächtniselement (3) ein Formgedächtnisdraht ist, welcher mäanderförmig gefaltet ist und an jeder Faltstelle sowie an den Endpunkten mittels Verbindungselementen (5) auf dem Hebelmechanismus (2) befestigt ist.

5. Mechanismus nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, bei dem der Grundkörper (1) zum Zweck der besseren Montage geteilt ausgeführt ist.

6. Mechanismus nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, bei dem im Grundkörper (1) ein Kühlanschluß (7) vorgesehen ist.