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Die Erfindung betrifft ein Schloss für Abdeckungen wie beispielsweise Türen, Fenster, Tore, Kraftfahrzeugtüren, Kraftfahrzeugklappen oder dergleichen, mit einem Gesperre mit Drehfalle und Sperrklinke, ferner mit einem Schließbolzen, und mit einem Antrieb für die Drehfalle und/oder dem Schließbolzen. – Der Antrieb für die Drehfalle und/oder den Schließbolzen wird regelmäßig dazu genutzt, die Tür, das Fenster oder auch das Tor zuzuziehen. Grundsätzlich kann der Antrieb aber auch im Sinne einer Öffnung der fraglichen Tür, des Fensters, des Tors usw. eingesetzt werden. Bei dem Fenster, der Tür oder dem Tor handelt es sich überwiegend um ein Gebäudefenster, eine Gebäudetür oder ein Gebäudetor.
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Im Stand der Technik nach der
WO 2007/087677 A1 wird ein Schloss für Tore und Türen des eingangs beschriebenen Aufbaus erläutert, bei welchem ein Antrieb für die dortige Drehfalle vorgesehen ist.
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Daneben beschreibt die
DE 196 16 655 A1 eine Vorrichtung zum Öffnen und Schließen einer Tür oder Klappe, welche insbesondere aber nicht einschränkend bei der Heckklappe eines Kraftfahrzeuges zum Einsatz kommt respektive kommen kann. In diesem Fall ist ein Schließelement bzw. der Schließbolzen mit einem Stellglied ausgerüstet und zu diesem Zweck auf einem linear geführten Träger angeordnet. Auf diese Weise lässt sich die Klappe aus einer Öffnungsstellung in eine Vorraststellung bewegen.
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Beide beschriebenen Vorgehensweisen haben sich grundsätzlich bewährt. Allerdings tragen die bekannten Antriebe dem spezifischen Einsatzzweck nur unzureichend Rechnung. Tatsächlich erfordert beispielsweise das Öffnen oder das Schließen einer Tür, eines Fensters, eines Tors usw. in der Regel lediglich einen geringfügigen Stellweg, weil meistens der Übergang von der Hauptraststellung in die Vorraststellung oder umgekehrt ausreicht und die übrige Bewegung eines Türflügels, eines Fensterflügels, eines Torflügels etc. von einem Bediener ohnehin manuell vorgenommen wird. Die bisher eingesetzten elektromotorischen Antriebe sind unter Berücksichtigung einer zugehörigen Übersetzung grundsätzlich in der Lage, praktisch beliebig große Stellwege darstellen zu können, was aufgrund der vorstehenden Erläuterungen überhaupt nicht erforderlich ist. Zugleich wird für die beschriebene Öffnungs- und Schließbewegung eine große Kraft benötigt, die nur mit äußerst ausladenden Motoren und insbesondere Elektromotoren zur Verfügung gestellt werden kann. – Hier will die Erfindung insgesamt Abhilfe schaffen.
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Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein derartiges Schloss für Abdeckungen wie beispielsweise Türen, Fenster, Tore, Kraftfahrzeugtüren, Kraftfahrzeugklappen oder dergleichen so weiter zu entwickeln, dass eine optimale Anpassung an die Stellbewegung bei zugleich geringem Platzbedarf und unter Berücksichtigung eines preisgünstigen Aufbaus realisiert ist.
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Zur Lösung dieser technischen Problemstellung schlägt die Erfindung bei einem gattungsgemäßen Schloss vor, dass der Antrieb mit einem seine Form verändernden Aktor-Werkstoff ausgerüstet ist. Im Rahmen der Erfindung wird der Antrieb für die Drehfalle und/oder den Schließbolzen also von dem besagten Aktor-Werkstoff übernommen, welcher seine Form verändert respektive verändern kann.
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Bei dem fraglichen Aktor-Werkstoff handelt es sich vorteilhaft um einen Festkörper, dessen Kristallstruktur sich in Abhängigkeit äußerer Parameter ändert. Bei diesen äußeren Parametern mag es sich um die Temperatur, eine anliegende elektrische Spannung etc. handeln.
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In erstgenanntem Fall wird man üblicherweise auf einen als vorzugsweise metallische Formgedächtnislegierung ausgebildeten Aktor-Werkstoff zurückgreifen. Tatsächlich zeichnen sich solche Formgedächtnislegierungen dadurch aus, dass ihre Kristallstruktur in Abhängigkeit von der Temperatur eine Änderung erfährt. Es findet also bei dem fraglichen Aktor-Werkstoff eine Formumwandlung basierend auf einer temperaturabhängigen Gitterumwandlung statt.
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Dabei werden im Regelfall zwei verschiedene Kristallstrukturen des Aktor-Werkstoffes bzw. der fraglichen metallischen Formgedächtnislegierung beobachtet. So mag eine Kristallstruktur zur austenitischen Hochtemperaturphase gehören, während eine Niedertemperaturphase eine martensitische Kristallstruktur begründet. Je nach anliegender Temperatur nimmt der Aktor-Werkstoff also entweder die austenitische Kristallstruktor oder die martensitische Kristallstruktur im Beispielfall an. Hiermit einhergehend wird eine Verformung des Aktor-Werkstoffes beobachtet. Beispielsweise ist es denkbar, die Formgedächtnislegierung bzw. den Aktor-Werkstoff in Gestalt einer schraubenartigen oder wendelförmigen Feder zu formen. Je nach Temperatur dieser Feder ändert diese ihre Länge und kann dadurch Stellbewegungen vollführen.
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Mit Hilfe von metallischen Formgedächtnislegierungen lassen sich sehr große Kräfte ohne auffallende Ermüdung übertragen, wobei mehrere 100.000 Bewegungszyklen möglich sind. Außerdem zeichnen sich solche Aktor-Werkstoffe durch ein zugleich äußerst geringes Werkstoffvolumen aus. Sie sind deshalb für den Einbau bei beengten Platzverhältnissen prädistiniert und mit ihrer Hilfe lassen sich besonders kompakte Bauformen kostengünstig realisieren.
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Als Alternative zu der metallischen Formgedächtnislegierung kann also Aktor-Werkstoff grundsätzlich auch ein Piezoelement bzw. ein Piezokristallwerkstoff eingesetzt werden. Folgerichtig ist der Antrieb in diesem Fall als gleichsam Piezo-Aktor ausgelegt bzw. beinhaltet einen solchen als wesentliches Element. Demgegenüber korrespondiert die alternativ eingesetzte metallische Formgedächtnislegierung zu einem Formgedächtnis-Aktor. Selbstverständlich können beide Werkstoffe bzw. Aktor-Prinzipien bei Bedarf auch kombiniert werden im Sinne eines kombinierten Piezo-/Formgedächtnis-Aktors.
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Wie die metallische Formgedächtnislegierung so zeichnet sich auch der Piezokristallwerkstoff dadurch aus, dass in Abhängigkeit äußerer Parameter der zugehörige Festkörper seine Form verändert. Im Falle des Piezokristallwerkstoffes findet erneut eine Änderung der Kristallstruktur statt. Diese hängt weniger von der äußeren Temperatur als vielmehr von einer anliegenden elektrischen Spannung ab.
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Tatsächlich sorgen an einem zugehörigen Piezoelement angebrachte Elektroden und eine hieran anliegende Spannung dafür, dass das Piezoelement eine Ausdehnung in Dickenrichtung erfährt und sich in Querrichtung zusammenzieht. Dabei kann die Ausdehnung in Dickenrichtung als Stellbewegung – ähnlich der Längenänderung der metallischen Formgedächtnislegierung bzw. des Formgedächtnis-Aktors – genutzt werden. Diese Formänderung basiert auf dem sogenannten inversen Piezoeffekt, durch welchen innerhalb der Elementarzellen des Kristalls mikroskopische Dipole erzeugt werden, welche die beschriebene Verformung bewirken. Wie im Falle des Formgedächtnis-Aktors, so werden auch bei Piezo-Aktoren relativ geringe Stellwege beobachtet, lassen sich allerdings sehr große Kräfte ohne Ermüdung übertragen. Außerdem können kompakte Bauformen kostengünstig realisiert werden.
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Um die entweder vom Formgedächtnis-Aktor und/oder dem Piezo-Aktor erzeugten Stellbewegungen auf die Drehfalle und/oder den Schließbolzen übertragen zu können, arbeitet der solchermaßen realisierte Antrieb in der Regel über ein Getriebe auf die fragliche Drehfalle und/oder den Schließbolzen. Bei dem Getriebe mag es sich um ein solches handeln, welches die Linearbewegung des Aktor-Werkstoffes bei seiner Formänderung erneut in eine Linearbewegung mit größerem Stellweg oder eine Drehbewegung umwandelt. Üblicherweise arbeitet der Antrieb auf den Schließbolzen bzw. ist an den Schließbolzen angeschlossen. Dabei wird man meistens eine lineare Bewegung des Schließbolzens verfolgen. Zu diesem Zweck sorgt das optionale Getriebe dafür, dass die Linearbewegung des Aktor-Werkstoffes in eine Linearbewegung für den Schließbolzen mit größerem Stellweg bei Bedarf umgewandelt wird. Oftmals ist dies wegen der geringen erforderlichen Stellwege aber nicht erforderlich.
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Darüber hinaus kann der Antrieb die Drehfalle und/oder den Schließbolzen in einer oder mehreren Raumrichtungen beaufschlagen. Es ist aufgrund des geringen Bauvolumens des Antriebes auch möglich und denkbar, dass mehrere Antriebe realisiert sind, beispielsweise ein Antrieb für jede Raumrichtung (X-Richtung, Y-Richtung und Z-Richtung). Auf diese Weise lässt sich der Einbau des beschriebenen Schlosses in eine Tür, an einem Türrahmen etc. besonders einfach vollziehen. Denn komplizierte Maßnahmen zur Ausrichtung von Drehfalle und Schließbolzen zueinander können entfallen. Vielmehr sind der eine oder die mehreren Antriebe in der Lage, beispielsweise den Schließbolzen exakt gegenüber der Drehfalle ausrichten zu können.
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Meistens ist der Schließbolzen in oder an einem Türflügel und/oder einem Türrahmen angeordnet. Bei dem Türflügel kann es sich alternativ selbstverständlich auch um einen Fensterflügel, einen Torflügel etc. handeln. Ebenso mag der Türrahmen als Fensterrahmen, Torrahmen usw. ausgelegt sein. Wie der Schließbolzen so kann auch das Gesperre mit Drehfalle und Sperrklinke in oder an dem fraglichen Türflügel und/oder einem Türrahmen platziert werden. Das Gleiche gilt natürlich auch für einen Fensterflügel respektive einen Fensterrahmen etc..
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Für den Antrieb gilt, dass dieser ebenfalls in oder an dem Türflügel und/oder dem Türrahmen angebracht werden kann. Dabei erlaubt die besonders kompakte Ausgestaltung des Antriebes sogar eine Anbringung im Innern eines Profils zur Darstellung der Tür, des Türrahmens, des Fensterflügels, des Fensterrahmens etc.. So ist es denkbar den Antrieb und den Schließbolzen funktionell zusammenzufassen und gemeinsam in einem Rahmen anzuordnen.
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Schlussendlich hat es sich bewährt, wenn der Antrieb mit einer zugehörigen Feder ausgerüstet ist. Meistens wird die vom Antrieb bzw. dem Aktor-Werkstoff (bei anliegender Spannung und/oder Temperatur) aufgebrachte Kraft gegen die von der Feder aufgebaute Gegenkraft bei seiner Verstellung erzeugt. Das heißt, die fragliche Feder sorgt dafür, dass der Antrieb ohne Beaufschlagung eine bestimmte Stellung, die Ruhestellung, einnimmt. Für den Übergang in die Arbeitsstellung muss der Antrieb gegen die fragliche Feder arbeiten.
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Im Ergebnis wird ein Schloss für Abdeckungen, wie beispielsweise Türen, Fenster, Tore, Kraftfahrzeugtüren, Kraftfahrzeugklappen etc. zur Verfügung gestellt, welches durch einen besonders kompakten Aufbau und hohe Funktionssicherheit auch nach einer Vielzahl von Arbeitszyklen überzeugt. Dieser Umstand lässt sich primär auf den speziell realisierten Antrieb zurückführen. Denn der Antrieb ist mit einem seine Form verändernden Aktor-Werkstoff ausgerüstet. Mit Hilfe dieses Aktor-Werkstoffes lassen sich primär und wenigstens zwei Stellungen des Antriebes problemlos realisieren, nämlich die Ruhestellung und die Arbeitsstellung. Üblicherweise erfordert der Übergang von der Ruhestellung in die Arbeitsstellung (und zurück) einen Stellweg im Millimeterbereich. Zugleich ist eine hohe Kraft erforderlich, um den Stellweg zu absolvieren.
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Beide Anforderungen werden vorteilhaft mit dem Aktor-Werkstoff bzw. dem Formgedächtnis-Aktor und/oder dem Piezo-Aktor realisiert. Denn beide vorgenannten Aktoren lassen sich mit Strom beaufschlagen, so dass im Falle des Formgedächtnis-Aktors die Temperatur des stromdurchflossenen Aktor-Werkstoffes durch den Stromfluss ansteigt. Als Folge hiervon ändert der Formgedächtnis-Aktor seine innere Kristallstruktur und dementsprechend seine Form.
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Vergleichbar wird bei dem Piezo-Aktor vorgegangen. Denn eine dort anliegende Spannung führt ebenfalls zu einer Formänderung. Dabei kann in beiden Fällen mit Niederspannungen gearbeitet werden, beispielsweise mit einer Gleichspannung unterhalb von 30 V und insbesondere unterhalb von 20 V. Auf diese Weise ist der Einsatz des erfindungsgemäß realisierten Antriebes nicht nur für den Gebäudebereich prädestiniert, sondern auch in einem Kraftfahrzeug. In beiden Fallen sind außerdem Gesundheitsgefährdungen durch eine Hochspannung nicht zu befürchten. Das alles gelingt unter gleichzeitiger Berücksichtigung eines zugleich kostengünstigen Aufbaus, weil die eingesetzten Aktoren mittlerweile in großen Stückzahlen und dementsprechend preiswert zur Verfügung stehen. Hierin sind die wesentlichen Vorteile zu sehen.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert; es zeigen:
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1A und 1B das erfindungsgemäß realisierte Schloss in einer perspektivischen Ansicht und
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2A und 2B den Antrieb für den Schließbolzen schematisch In den Figuren ist ein Schloss für Abdeckungen 1 dargestellt. Bei diesen Abdeckungen 1 handelt es sich beispielsweise um eine Tür 1, ein Fenster, ein Tor oder ein vergleichbares beweg- und schließbares Gebäudeelement. Grundsätzlich kann das nachfolgend im Detail beschriebene Schloss aber auch bei Kraftfahrzeugtüren, Kraftfahrzeugklappen, Heckklappen etc. zum Einsatz kommen. Das ist jedoch nicht dargestellt.
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Zum grundsätzlichen Aufbau des Schlosses gehört ein Gesperre 2, 3 mit einer Drehfalle 2 und einer zugehörigen Sperrklinke 3, die lediglich in der 1 angedeutet sind. Darüber hinaus ist ein Schließbolzen 4 vorgesehen. Das Gesperre 2, 3 einerseits und der Schließbolzen 4 andererseits sind an für den Verschluss der Abdeckung 1 miteinander wechselwirkenden Gebäudeteilen bzw. Elementen angeordnet. Im Ausführungsbeispiel ist das Gesperre 2, 3 an der Abdeckung 1, vorliegend einem Türflügel 1 bzw. der Tür 1 angeordnet respektive befindet sich im Innern dieses Türflügels 1. Dagegen ist der Schließbolzen 4 an einem Rahmen 5 platziert, in welchem der Türflügel 1 drehbar gelagert ist.
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Wenn der Türflügel 1 geschlossen wird, so bewegt sich das Schloss bzw. sein Gesperre 2, 3 mit der Drehfalle 2 und der Sperrklinke 3 auf den demgegenüber am Rahmen bzw. Türrahmen 5 befestigten und ortsfesten Schließbolzen 4 zu. Der Schließbolzen 4 taucht in ein Einlaufmaul 6 der Drehfalle 2 ein und verschwenkt die Drehfalle 2 bei diesem Vorgang im Uhrzeigersinn respektive im Gegenuhrzeigersinn. Um diese Schließbewegung noch zu unterstützen und dafür zu sorgen, dass die Sperrklinke 3 sicher in eine Rast an der Drehfalle 2 einfällt, ist im Rahmen des Ausführungsbeispiels zusätzlich ein Antrieb 7 vorgesehen.
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Dieser Antrieb 7 arbeitet im Beispielfall auf den Schließbolzen 4, kann alternativ oder zusätzlich aber auch die Drehfalle 2 bei Bedarf verschwenken. Vorliegend dient der Antrieb 7 dafür, dass die Drehfalle 2 und mit ihr die Abdeckung bzw. der Türflügel 1 zugezogen werden und der Türflügel 1 an den Türrahmen 5 angelegt wird.
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Um dies zu erreichen, ist der Antrieb 7 erfindungsgemäß mit einem seine Form verändernden Aktor-Werkstoff 8 ausgerüstet. Das heißt, der Antrieb 7 beinhaltet den Aktor-Werkstoff 8 als wesentliches Element, um seine Stellbewegung darstellen zu können. Das erkennt man bei einer vergleichenden Betrachtung der 2A und 2B. Tatsächlich verfügt der Antrieb 7 im Ausführungsbeispiel über einen Formgedächtnis-Aktor 8 bzw. den seine Form verändernden Aktor-Werkstoff 8 auf Basis einer metallischen Formgedächtnislegierung. Im Beispielfall ist die Auslegung so getroffen, dass der Formgedächtnis-Aktor 8 als Draht oder Drahtelement 9 ausgelegt ist. Dieser Draht oder das Drahtelement 9 hat im dargestellten Beispielfall die Form einer wendelartigen Feder 9, wie dies in der 2A angedeutet ist. An die Feder 9 wird bei Bedarf eine elektrische Spannung angelegt.
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Die Feder 9 ist in einem Gehäuse 10 platziert und erstreckt sich einerseits von einem Boden 11 des Gehäuses 10 bis andererseits zu einem Abtriebselement 12. Das Abtriebselement 12 mag vorliegend T-förmig ausgestaltet sein. Mit einem T-Schenkel taucht das Abtriebselement 12 in eine im Gehäuse 10 ausgebildete Linearführung 13 ein. Innerhalb dieser Linearführung 13 ist die Feder 9 bzw. der Formgedächtnis-Aktor 8 angeordnet.
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Das Abtriebselement 12 stützt sich mit Hilfe einer Feder 14 gegenüber einem Anschlagrand 15 des Gehäuses 10 ab. Dieser Aufbau ist selbstverständlich nur beispielhaft und nicht einschränkend zu verstehen.
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Wird nun die Feder 9 bzw. der Formgedächtnis-Aktor 8 von einem Strom durchflossen, so führt dies dazu, dass der Formgedächtnis-Aktor 8 seine Form, konkret die Feder 9 ihre Länge verändert. Dabei ist die Auslegung im Beispielfall so getroffen, dass eine Erwärmung beim Übergang von der 2A zur 2B eine Verkürzung der Feder 9 bewirkt und hierzu eine Stellbewegung S korrespondiert. Diese Stellbewegung S kann auf den Schließbolzen 4 übertragen werden bzw. auf eine an das Abtriebselement 12 angeschlossene Trägerplatte 16 für den Schließbolzen 4. Als Folge hiervon vollführt der Schließbolzen 4 im Beispielfall nach den 2A und 2B eine Bewegung in Y-Richtung. Die Stellbewegung bzw. der Stellweg S wird gegen die Kraft der Feder 14 absolviert.
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Tatsächlich korrespondiert die Funktionsstellung nach 2A zu einer Ruhestellung ohne Bestromung. Das Abtriebselement 12 nimmt hierbei eine durch die Feder 14 hervorgerufene exponierte Stellung ein. Dagegen gehört die Funktionsstellung nach 2B dazu, dass die Feder 9 durch die beschriebene Bestromung eine Erwärmung erfährt. Als Folge hiervon zieht sich die Feder 9 um den Betrag S zusammen, und zwar gegen die Kraft der Feder 14. Daraus resultiert, dass auch der Schließbolzen 4 um den Betrag S beim Übergang von der 2A zur 2B in Y-Richtung (nach links im Ausführungsbeispiel) verstellt.
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Grundsätzlich kann mit Hilfe des beschriebenen Antriebes 7 der Schließbolzen 4 nicht nur in der dargestellten Y-Richtung eine Verstellung erfahren, sondern in sämtlichen drei Raumrichtungen, das heißt in der angedeuteten X-Richtung, in Y-Richtung und schließlich in Hochachsen- bzw. Z-Richtung. Dazu mögen für jede Richtung jeweils ein eigener Antrieb 7 realisiert werden. Es kann aber auch mit nur einem einzigen Antrieb 7 gearbeitet werden.
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Der im Beispielfall eingesetzte Formgedächtnis-Aktor 8 mag aus einer (metallischen) Formgedächtnislegierung aufgebaut sein. Hierbei können verschiedene Metalllegierungen, wie beispielsweise Nickel-Titan, Kupfer-Zink, Kupfer-Zink-Aluminium, Kupfer-Aluminium-Nickel, Eisen-Nickel oder sogar Formgedächtnispolymere zum Einsatz kommen. In jedem Fall sorgt ein äußerer Parameter, vorliegend die anliegende elektrische Spannung dafür, dass der Aktor-Werkstoff 8 seine Kristallstruktur in Abhängigkeit des äußeren Parameters (der elektrischen Spannung) und folglich seine Form ändert. Diese Formänderung wird über das Abtriebselement 12 direkt oder indirekt auf den Schließbolzen 4 übertragen.
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Die direkte Übertragung bedeutet, dass das Abtriebselement 12 unmittelbar an die Trägerplatte 16 für den Schließbolzen 4 angeschlossen ist und diese in der beschriebenen Art und Weise meistens in linearer Richtung verstellt. Eine indirekte Beaufschlagung sieht so aus, dass zwischen dem Antrieb 7 und dem Schließbolzen 4 im Beispielfall ein Getriebe 17 zwischengeschaltet ist oder sein kann. Das deuten die 2A und 2B an. Der Aufbau und die Arbeitsweise des Getriebes 17 ist grundsätzlich beliebig, solange die vom Abtriebselement 12 vollzogene Linearbewegung unter Berücksichtigung des Stellweges S in eine gleichgerichtete Linearbewegung beispielsweise mit vergrößertem Stellwegs umgewandelt wird. Selbstverständlich sind auch andere Auslegungen des Getriebes 17 denkbar.
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Anstelle des Formgedächtnis-Aktors 8 kann grundsätzlich auch ein Piezokristallwerkstoff bzw. ein Piezo-Aktor zum Einsatz kommen. Das ist allerdings nicht dargestellt. In diesem Fall wird man üblicherweise auf eine Piezokeramik zurückgreifen, wobei an dieser Stelle unter anderem Blei-Zirkonat-Titanat eingesetzt werden kann. Auch ein sogenannter Piezostapel aus mehreren in Sandwich-Bauweise übereinander geschichteten Piezokeramikschichten lässt sich an dieser Stelle realisieren. Wie im Falle des Formgedächtnis-Aktors 8 kann auch der Piezo-Aktor mit Hilfe einer elektrischen Spannung als äußerer Parameter zu einer Formänderung gebracht werden. Diese beruht auf dem inversen piezoelektrischen Effekt, wie dies einleitend bereits erläutert wurde.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2007/087677 A1 [0002]
- DE 19616655 A1 [0003]
