DE2313240B2 - Auf Temperaturänderungen ansprechende Betätigungsvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Betätigungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine derartige Betätigungsvorrichtung ist in der DE-OS 2101115 beschrieben. Bei ihr ist das bei Temperaturänderungen eine Abmessung ändernde Antriebselement ein Draht aus einer Nickei/Titan-Legierung. Diese Legierung erfährt bei Temperaturerhöhung innerhalb des vorgesehenen Temperaturarbeitsbereiches eine martensitische Gefügeumwandlung, die sich makroskopisch in einer Verkürzung des Drahtes äußert Der Draht ist durch eine Federanordnung ständig unter Zugspannung gehalten, und wird die Temperatur vermindert, so wird durch diese Federanordnung der Draht wieder auf seine ursprüngliche Länge gebracht Um die Lage eines Abtriebsgliedes der Betätigungsvorrichtung konstant zu halten, wird seine Stellung mit einem Meßwertgeber ermittelt und als Istwert in einen Regelkreis gegeben. Derartige Betätigungsvorrichtungen eignen sich zum Beispiel zur Positionierung des Schreibstiftes eines Blattschreibers oder zur Betätigung eines Ventils.

Bei Erhöhung der Temperatur um einen vorgegebenen Betrag ändert sich die Länge des Antriebselementes innerhalb des Arbeitsbereiches unterschiedlich stark, da bei höherer Ausgangstemperatur, d. h. bei schon teilweise verkürztem Draht, auf den Draht eine erhöhte Rückstellkraft der Federanordnung einwirkt. Um bei der bekannten Betätigungsvorrichtung einen großen nutzbaren Arbeitshub zu erhalten, muß somit der das Antriebselement darstellende Draht lang sein.

Durch die vorliegende Erfindung soll daher eine Betätigungsvorrichtung der eingangs angegebenen Art geschaffen werden, bei der das Verhältnis von nutzbarem Arbeitshub zu Abmessungen des Antriebselementes verbessert ist.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch eine Betätigungsvorrichtung gemäß Anspruch 1.

Bei ihr wirkt auf das Antriebselement bei Temperaturerhöhung eine Rückstellkraft ein, die proportional zur schon erfolgten Verkürzung abnimmt.

Neben dem der Lösung der oben angegebenen Aufgabe entsprechenden Vorteil des günstigeren Verhältnisses von Arbeitshub zu Abmessungen des Antriebselementes — oder was gleichbedeutend ist, der Möglichkeit der Erzeugung eines gleichen Arbeitshubes unter Verwendung eines kleineren Antriebselementes — werden bei der erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung als weitere Vorteile erhalten ein schnelleres Ansprechen auf die Temperaturänderungen, eine Verminderung der auf das Antriebselement einwirkenden Federkraft und eine Verminderung des Arbeitsbereiches für die Betriebstemperatur.

so In der DE-PS 10 51095 ist ferner eine auf Temperaturänderungen ansprechende Betätigungsvorrichtung beschrieben, die nach Art eines Bimetallstreifens aufgebaut ist. Bei ihr bestehen jedoch die beiden verschiedenen Temperaturausdehnungskoeffizienten aufweisenden Bauelemente aus Gläsern mit verschiedenen Temperaturausdehnungskoeffizienten. Damit wird erreicht, daß die Heizwicklung in enger Nachbarschaft des Antriebselementes angebracht werden kann, ohne daß Isolationsprobleme auftreten, wie dies bei Bimetallstreifen der Fall ist

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.

Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 2 wird erreicht, daß die von der Federanordnung auf das Antriebselement ausgeübte Rückstellkraft im wesentlichen sinusförmig abnimmt. Man hat also eine betragsmäßig progressiv zunehmende negative Federkonstante.

Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 3 wird erreicht, daß der Bereich der sinusförmigen Federcharakteristik ausgewählt wird, in dem die Abnahme der Rückstellkraft am stärksten ausgeprägt ist. Dies ist der Bereich, in dem die Sinuskurve durch Null hindurchgeht

Als Federn der Federanordnung mit negativer Federkonstante können Zugfedern (vgl. Anspruch 4) oder Druckfedern (vgl. Anspruch 5) verwendet werden. Die Geometrie der Gesamtanordnung bleibt im wesentlichen dieselbe, nur muß die Druckfeder auf der anderen Seite des Hebels angeordnet werden wie die Zugfeder.

Vorzugsweise wird eine Druckfeder in Form einer Blattfeder verwendet (vgl. Anspruch 6), was zu einem besonders kompakten Aufbau der Betätigungsvorrichtung führt Im Hinblick auf den kompakten Aufbau der Betätigungsvorrichtung wird — vgl. Anspruch 7 — die Blattfeder als abgewinkelte Blattfeder ausgebildet.

Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 8 ist eine Beschädigung des'Antriebselementes verhindert, die durch Einwirken äußerer Kräfte am Abtriebsglied der Betätigungsvorrichtung auftreten könnte. Dies ist besonders wichtig bei Verwendung einer Federanordnung mit negativer Federkonstanten, die auch einer von außen einwirkenden Kraft keinen starken Widerstand entgegensetzen kann.

Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 9 wird errreicht, daß der Hub der Betätigungsvorrichtung zwangsweise begrenzt ist. Auch dies ist bei einer Betätigungsvorrichtung, die eine Federanordnung mit negativer Federkonstanten aufweist, von großer Bedeutung, da in der einen Endlage die Rückstellkraft sehr klein ist Insbesondere bei einer Betätigungsvorrichtung gemäß Anspruch 2 könnte auch die Rückstellkraft einmal ganz verlorengehen, wenn der Hebel über seinen Totpunkt hinwegbewegt wird.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt

F i g. 1 bis 3 schematische Darstellungen einer Betätigungsvorrichtung mit einer Federanordnung mit negativer Federkonstante in verschiedenen Stellungen,

Fig.4 eine vereinfachte schematische Darstellung einer Betätigungsvorrichtung mit einer Einrichtung zur Begrenzung von außen einwirkender Drahtbeanspruchung,

F i g. 5 eine graphische Darstellung der Änderung der Drahtbeanspruchung bei der Vorrichtung gem. F i g. 4 unter Anwendung einer Zugspannung mit positiver Federkonstante,

Fig.6 eine Fig.6 ähnelnde Darstellung, welche jedoch die Beanspruchungsvariation bei Anwendung einer Zugspannung mit negativer Federkonstante veranschaulicht,

F i g. 7 eine Aufsicht auf einen Schreibstift-Motor mit einer Federanordnung mit negativer Federkonstante,

Fig.8 und 9 vereinfachte schematische Darstellungen des Schreibstift-Motors gemäß F i g. 7 in zwei verschiedenen Stellungen,

F i g. 10 eine graphische Darstellung der Verhältnisse zwischen Drahtlängung und Temperatur und

F i g. 11 ein Schaltbild der elektrischen Anlage zur Regelung des im Draht fließenden Stroms.

In den F i g. 1 bis 3 ist in schematischen Umrissen eine Betätigungsvorrichtung dargestellt, die einen Draht aus einer Nickel/Titan-Legierung 20 aufweist, dessen eines Ende an einem Festpunkt 22 befestigt und dessen anderes Ende am bewegbaren bzw. freien Ende 23 eines Schwenkhebels 24 angebracht ist Dabei sind nicht dargestellte Einrichtungen vorgesehen, welche die Temperatur des Drahts über einen Betriebsbereich regeln, in welchem sich der Draht bei Temperaturerhöhung verkürzt und sich bei Temperaturabnahme entspannt Die Drahttemperatur kann beispielsweise dadurch geregelt werden, daß ein elektrischer Strom durch den Draht geleitet wird, wie diet in der DE-OS

ίο 21 01 115 beschrieben ist.

Wenn sich der Draht 20 verkürzt, verschwenkt er den Hebel 24 aus der Position gemäß F i g. 1 fortschreitend bis in die Position gemäß Fig.4 entgegen dem Uhrzeigersinn um seine Schwenkachse 26 herum.

Dieser Ausgangs- bzw. Abtriebsbewegung wird durch eine Federanordnung in Form einer Schrauben-Zugfeder 28 entgegengewirkt, die zwischen das obere Ende 23 des Hebels 24 und einen unterhalb der Höhe der Schwenkachse 26 liegenden festen Basispunkt 30 eingeschaltet ist Die Federkraft, die insgesamt über den dargestellten Bewegungsbereich im wessentlichen konstant ist, kann als aus zwei Komponenten bestehend betrachtet werden, von denen die eine längs des Hebels 24 zur Schwenkachse 26 verläuft und folglich keinen Einfluß auf die Schwenkbewegung hat, während die andere Komponente unter einem rechten Winkel zur Längsrichtung des Hebels gerichtet und daher bestrebt ist, der entgegen dem Uhrzeigersinn erfolgenden, durch die Verkürzung des Drahts bewirkten Bewegung des Hebels entgegenzuwirken.

Die Größe der rechtwinkeligen Federkraftkomponente ist dem Sinus des Winkels θ zwischen dem Hebel und der Federlinie proportional. Im Verlauf der Drahtverkürzung, und wenn sich der Winkel θ entsprechend verkleinert, nimmt diese Komponente der Federkraft somit entsprechend ab. Infolgedessen wirkt die Feder mit einer negativen Federkonstante, so daß die entgegenwirkende Federkraft bei zunehmender Drahtverkürzung abnimmt Wenn die Verkürzung bis zu dem in F i g. 3 dargestellten Punkt fortschreiten kann, gelangen die drei Punkte 23, 26 und 30 in eine Linie zueinander, so daß die der Verkürzung entgegenwirkende Federkraftkomponente auf Null abfällt.

Da die den Draht spannende Federkraft durch die im Draht-Material erzeugten, temperaturabhängigen Eigenkräfte überwunden werden muß, wird infolge der Verkleinerung der Federkraft durch Verwendung einer negativen Federkonstante die zur Abtriebsbewegung erforderliche Größe der Draht-Kraft entsprechend verringert Dies bietet wiederum die Möglichkeit, das für die gleiche Arbeitsleistung benötigte Lagerungsvolumen zu verkleinern. Von einem anderen Standpunkt aus gesehen kann aus der Verbesserung dps Gesamt-Arbeitswirkungsgrads dadurch Nutzen gezogen werden, daß eine Erhöhung der Ansprechgeschwindigkeit der Verschiebevorrichtung erzielt wird. Auf ähnliche Weise kann dabei der Betriebsbereich der Temperaturen und oder Beanspruchungen, denen der Draht ausgesetzt ist verkleinert werden, wodurch die Leistungszuverlässigkeit der Vorrichtung verbessert wird. Dies ist speziell bei einer Vorrichtung wichtig, die über viele Tausend oder sogar Millionen Arbeitszyklen hinweg betriebsfähig sein muß.
iii den meisten praktischen Anwendungsfällen einer Betätigungsvorrichtung wird die Ausgangsbewegung durch außerhalb der Vorrichtung angeordnete Anschläge begrenzt. Beim Anstoßen an den äußeren Anschlägen sollte die Drahtbelastung möglichst niedrig

gehalten werden. F i g. 4 veranschaulicht eine derartige Belastungs-Begrenzungseinrichtung für einen mit Verkürzung und Dehnung arbeitenden Drahtmotor mit einem durch eine Feder 52 straff gehaltenen Draht aus einer Nickel/Titan-Legierung 50. Ein Bewegungsglied 54 ist dabei bei 56 zur Ermöglichung einer Schwenkbewegung zwischen zwei mit 0% und 100% bezeichneten Punkten angelenkt. Das Bewegungsglied ist gelenkig mit einem Ausgangsglied in Form eines Zeigers 58 verbunden, der im Normalbetrieb durch eine Überlauffeder 60 gegenüber dem Glied 43 lagenfest gehalten wird. Wenn der Zeiger an den Anschlägen 62 oder 64 anstößt oder von Hand bewegt wird, verschwenkt er sich im Uhrzeigersinn oder entgegen dem Uhrzeigersinn um den einen oder anderen Kontaktpunkt mit dem Glied 54. Die Belastungsänderung im Draht wird dabei auf einen Bruchteil der Vorspannkraft der Kupplungsfeder 60 begrenzt.

Wenn die Zugfeder 52 eine positive Federkonstante besitzt, ändert sich die (mechanische) Spannung im Draht 50 bei der Bewegung des Ausgangsglieds von einem Anschlag zum anderen auf die in F i g. 5 gezeigte Weise. Während der Gesamtbewegung von 0% auf 100% des vollen Skalenbereichs erhöht sich diese Spannung linear, während sich die Feder 52 unter der durch die Verkürzung des Drahts bewirkten Zugkraft dehnt. Am linken Ende der graphischen Darstellung fällt die Spannung infolge der über die Kupplungsfeder 60 wirkenden, durch den Begrenzungs-Anschlag 62 erzeugten Gegenwirkkraft schnell unter der 0%-Position ab. Am rechten Ende erhöht sich die Spannung infolge der Kraft des Begrenzungs-Anschlags 64, der über die Feder 60 die Kraft der Feder 52 verstärkt, schnell über die 100%-Position hinaus. Der Gesamt-Spannungs- oder -Belastungsbereich, welchem der Draht 50 ausgesetzt ist, stellt folglich eine effektive Summierung der Federbelastungen oder -spannungen dar.

Durch Verwendung einer Feder 52 mit negativer Federkonstante kann der gesamte Arbeitsspannungsbereich des Drahts 50 auf die in F i g. 6 gezeigte Weise beträchtlich verkleinert werden.

Der Spannungsbereich kann beispielsweise ein Drittel des im Fall einer Feder mit positiver Konstante erforderlichen Bereiches betragen.

F i g. 7 ist eine detaillierte Darstellung einer Ausführungsform einer Betätigungs- bzw. Verschiebevorrichtung unter Verwendung einer Feder mit negativer Federkonstante zum Spannen eines temperaturabhängigen Drahtelements 70. In den Fig.8 und 9 ist die gleiche Vorrichtung zur Hervorhebung bestimmter Arbeitsmerkmale in etwas schematisierter Form in zwei verschiedenen Ausgangspositionen dargestellt, um die Bewegungen der verschiedenen verbindenden Bauteile zu verdeutlichen.

Ein Draht aus einer Nickel/Titan-Legierung 70 ist mit seinem linken Ende an einem Punkt 72 am Metall-Chassis bzw. -Rahmen der Vorrichtung befestigt. Das rechte Ende des Drahts ist mit dem freien Ende 74 eines Hebels 76 verbunden, der als Bewegungsglied dient und mit Hilfe von Quer-Biegestücken 78 schwenkbar mit dem Rahmen verbunden ist. Der elektrische Strom wird in den Draht über eine auf einem Toroidkern angeordnete Kopplungsspule 80 (Fig.7) eingeleitet. Der Draht 70 durchsetzt das Zentrum dieses Toroids und bildet in Verbindung mit dem Metall-Rahmen eine Schleife mit einer Windung, die transformatorisch induktiv an die Toroid-Spule angekoppelt ist. In der Toroid-Spule wird Wechselstrom mit regelbarem Energiegehalt erzeugt, so daß ein entsprechender Stromfluß im Draht erzeugt und dieser innerhalb des Betriebstemperaturbereichs auf einen zweckmäßigen, einstellbaren Temperaturwert erwärmt wird.

Bei der Erwärmung verkürzt sich der Draht 70, wobei der Hebel 76 um seinen Schwenkpunkt 78 herum entgegen dem Uhrzeigersinn verschwenkt wird. Dieser Schwenkbewegung wird durch einen Federmechanismus mit einer allgemein bei 82 angedeuteten, gekrümmten Blattfeder entgegengewirkt, die zwei quer zueinander verlaufende Abschnitte 84, 86 aufweist. Der diese beiden Abschnitte miteinander verbindende Federabschnitt wird durch eine Stütze bzw. einen Puffer 85 lagenfest gehalten.

Der erste Federabschnitt 84 ist an einem Punkt 88 fest am Rahmen angebracht, während das Ende des anderen Abschnitts 86 am freien Ende einer Kraftstrebe 90 angreift und eine Federdruckkraft längst der Kraftstrebe ausübt. Letztere überträgt die Federkraft über einen Biegestreifen an einem Verbindungspunkt 92 auf den Hebel 76. Diese Biegeverbindung ermöglicht eine Drehoder Schwenkbewegung des Hebels, während die Kraftstrebe in Kraftübertragungsverhältnis zu ihm bleibt.

Die Federdruckkraft wird durch die Kraftstrebe 90 unter einem kleinen Winkel zum Hebel 76 übertragen. Diese Federkraft enthält eine Komponente, welche der durch die Verkürzung des Drahts 70 hervorgerufenen Verdrehung des Hebels 76 entgegen dem Uhrzeigersinn entgegenwirkt. Die Größe dieser entgegenwirkenden Kraftkomponente ist dem kleinen Winkel zwischen der Strebe und dem Hebel proportional, so daß diese Gegenkraft in Abhängigkeit von der Größe der Verdrehung entgegen dem Uhrzeigersinn abnimmt, wenn sich der Hebel z. B. aus der Stellung gemäß F i g. 8 in die Position gemäß F i g. 9 bewegt. Dementsprechend entwickelt die Feder 82 effektiv eine negative Federkonstante gegenüber dem Hebel 76.

Ein bedeutsames Merkmal der Federanordnung gemäß F i g. 7 liegt in ihrer Kompaktheit Diese wird durch Verwendung einer Blattfeder erreicht, deren Abschnitte dicht neben den Hauptbauteilen des Schreibstiftmotors angeordnet sind. Genauer gesagt, erstreckt sich der eine Abschnitt 84 längs des Hebels 76, während sich der andere Abschnitt 86 quer dazu bis zum Feder-»Basispunkt« 89 erstreckt, an dem die Federkraft auf die Kraftstrebe 90 ausgeübt wird. Wenn der Hebel 76 entgegen dem Uhrzeigersinn in solchem Ausmaß verdreht wird, daß der Basispunkt 89 mit dem Federkraft-Angreifpunkt 92 und dem Hebel-Schwenkpunkt 78 in eine Linie zu liegen kommt, liegt ei-sichtlicherweise der Federkraft-Angreifpunkt 92 zwischen dem Schwenkpunkt und dem Basispunkt.
Die Bewegung des Hebels 76 ist an ein Ausgangsgestange aus Lenkern 96, 98 und 100 angekoppelt. Der Lenker 96 ist dabei an einen Punkt 102 am Hebel 75 angelenkt, während der Lenker 100 mit Hilfe vor Quer-Biegestellen 104 schwenkbar mit dem Rahmer verbunden ist. Die Übertragung der Bewegung des Hebels 76 auf das Ausgangsgestänge erfolgt über eine schwache Feder 106, die zwischen den Lenker % unc einen einstückig mit dem Hebel 76 ausgebildeter Querarm 108 eingefügt ist.

Der nicht dargestellte Schreibstift des Aufzeich nungsgeräts kann auf beliebige bekannte Weise mit derr Ausgangsgestänge verbunden sein, beispielsweise mittels eines Bolzens 110, der auf die Quer-Biegestellen 104 ausgerichtet und einstückig mit dem Lenker 10(

ausgebildet ist. Jede Bewegung des Ausgangsgestänges hat somit eine entsprechende Schwenkbewegung des Schreibstifts zur Folge. Falls der Schreibstift durch eine von außen einwirkende Kraft, z. B. infolge eines Fehlers der Bedienungsperson, um seine Schwenkachse herum verlagert wird, bewegt wich das Ausgangsgestänge zusammen mit dem Schreibstift, wobei die Feder 106 diese Bewegung auffängt, so daß die Übertragung dieser möglicherweise zu einer Beschädigung führenden Belastung auf den Draht 70 verhindert wird.

Die gesamte Vorrichtung ist so angeordnet, daß eine vollmaßstäbliche Ausgangsbewegung des Schreibstifts bei einer Verkürzungs-Dehnungs-Bewegung des Drahts 70 erreicht wird, die nur etwa 25% des maximal erreichbaren Werts beträgt. Gemäß F i g. 10 gewährleistet diese Beschränkung der erforderlichen Längenänderung des Drahts gleichbleibende, d. h. reproduzierbare Ergebnisse bei aufeinanderfolgenden Arbeitszyklen. Dies bedeutet, daß im Betrieb auf der kleinen Hystereseschleife 120 keine Gesamt-Längenänderung des Drahts auftritt. Würde dagegen die maximale Längenänderung ausgenutzt werden, so würde ein Kriechen, d. h. eine dauerhafte Längenänderung bzw. Längung des Drahts auftreten, wie dies auf der großen Hystereseschleife 122 angedeutet ist.

F i g. 11 zeigt die der Vorrichtung gemäß F i g. 7 zugeordnete elektronische Schaltung, bei der ein Eingangs-Kommandosignal von 0—10 V über den vollen Bereich an Eingangsklemmen 200, 202 angelegt wird, die zu einem RC-Filter aus Reihenwiderständen 204 (je 232 kn) und einem Nebenschluß-Kondensator 206 führen. Die Widerstände 204 dienen außerdem zusammen mit Widerständen 208, 210 (178 kn bzw. 274 n) als Spannungsteiler, um an einem Eingangspunkt 212 ein etwa ein Drittel der Größe des ursprünglichen Signals betragendes Signal zu erzeugen.

Die Eingangsklemme 202 ist über Widerstände 214, 216 (je 464 Kn) an Masse geschaltet. In der Praxis liegt die Eingangsklemme jedoch im wesentlichen auf Massepotential, so daß die Widerstände 214,216 keinen wesentlichen Einfluß auf die Größe des angelegten Signals haben.

Das am Eingangspunkt 212 der Schaltung anliegende Signal wird an die eine Eingangsklemme 218 eines Operationsverstärkers 220 angelegt, an dessen anderer Eingangsklemme 222 ein von einem Schreibstift-Potentiometer 224 geliefertes Stellung-Rückkopplungssignal anliegt. Dieses Potentiometer ist ein linearer 10 kn-Gleitkontakt-Spannungsteiler, dessen Schleifer durch den Hebel 76 (F i g. 7) als Ganzes angetrieben wird, und ist über einen Spannungsteiler aus einem Widerstand 226 (287 kn) sowie Widerständen 214 und 216 elektrisch mit dem Verstärker 220 verbunden. Das Gleitkontakt-Potentiometer kann räumlich unter dem Hebel 76 angeordnet sein, ist aber in F i g. 7 nicht dargestellt.

Wenn der Schreibstift nicht entsprechend dem Kommandosignal ausgerichtet ist, liegt am Verstärker 220 ein Gesamt-Eingangssignal an, welches einen entsprechenden Verstärker-Ausgangsstrom erzeugt. Dieser Strom wird zu einem RC-Kreis 230 geleitet, der einen Widerstand 232 (12,1 kn) und einen parallel zu einem anderen Widerstand 236 (3,48 kn) liegenden Kondensator 234 (0,012 m F) aufweist. Die Größe des Verstärkerstroms bestimmt die Impulswiederholungsfrequenz eines an den RC-Kreis 230 angeschlossenen Kippschwingungs- bzw. Relaxationsoszillators 240 und bestimmt dabei den durch den Draht 70 fließenden elektrischen Strom, (wie erwähnt, ist der Draht transformatorisch mit dem Oszillator bzw. der Kippschaltung gekoppelt).

Der Oszillator 240 enthält einen Transistor 242, dessen Basis über eine Transformatorwicklung 244 (2 Windungen) an den Kondensator 234 angeschlossen ist. Der Kollektor ist über eine zweite, parallel zu einem Kondensator 248 (1000 pF) liegende Transformatorwicklung 246 (12 Windungen) an die Plus-Speiseklemme angeschlossen. Der Emitter ist über einen kleinen

ίο Widerstand 250 (16,2 Ohm) mit der Minus-Speiseklemme verbunden.

Der Strom vom Verstärker 220 lädt den Kondensator 234 auf und erhöht dabei das Basispotential des Transistors 242 entsprechend, bis ein Stromfluß über den Transistor eingeleitet wird. Die resultierende Stromänderung in der Wicklung 246 induziert in der Wicklung 244 eine Spannung, welche die Spannung vom Kondensator 234 verstärkt, wodurch der Transistor schnell durchgeschaltet wird. Infolgedessen fließt ein vergleichsweise großer Stromimpuls über die Wicklung 246 und induziert einen entsprechenden Stromfluß über die Einwindung-Transformatorwicklung, die durch den Draht 70 und den Rückweg über den Metallrahmen des Motors gebildet wird.

Diese in der Wicklung 244 induzierte Spannung ist in eine solche Richtung gepolt, daß ein Gegenstromfluß in dem Kondensator 234, d. h. entgegen dem Strom vom Verstärker 220, hervorgerufen wird. Der Basisstrom des Transistors 242 wird daher nach einer vorbestimmten Zeitspanne auf einen Punkt verringert, an welchem der Transistor sperrt und der Stromimpuls im Draht 70 unterbrochen wird. Danach wiederholt sich der Arbeitszyklus, wenn sich der Kondensator 234 wieder vom Verstärker 220 her aufzuladen beginnt.

Die Schnelligkeit und das Maß, womit der Kondensator 234 aufgeladen wird, sind dem Stromfluß vom Verstärker 220 proportional, wodurch wiederum die Zeitdauer zwischen den Oszillatorimpulsen bestimmt wird. Infolgedessen wird die Periode der Ausgangsimpulse — entsprechend dem mittleren Quadratwurzel/Signal-Pegel im Draht 70 — durch die Abweichung zwischen der Ist- und der Sollstellung des Schreibstifts bestimmt.

Der Verstärkungsgrad des Verstärkers 220 ist ziemlich hoch, so daß kleine Abweichungen in der Schreibstiftposition eine Sättigung des Verstärker-Ausgangssignals in der einen oder anderen Richtung bewirken. Der Verstärker weist einen Gegenkopplungskreis 260 auf, der eine dynamische Kompensation für die Servoschleife gewährleistet. Die Zeitkonstante dieses Gegenkopplungskreises ist effektiv die gleiche wie die Erwärmungs- und Abkühl-Zeitkonstante des Nitinol-Drahts 70. Der dynamische System-Verstärkungsgrad, d.h. das Ansprechen auf plötzliche Änderungen, ist vergleichsweise niedrig, während der statische Verstärkungsgrad sehr hoch ist, so daß eine hohe Positionierbzw. Verschiebegenauigkeit gewährleistet wird.

Das Gleitkontakt-Potentiometer 224 wird von einem in integrierter Schaltungstechnik ausgeführten Spannungsregler herkömmlicher Bauart mit einer Gleichspannung von 8,125 V gespeist. Diese Speisespannung speist auch eine Spannungsteilerschaltung mit Widerständen 264, 266 (1,47 k_n bzw. 6,19 k_n) und einem Widerstand 210. Der Widerstand 210 liefert ein Vorspannungssignal, welches das Gleitkontakt-Potentiometer eine eine kurze Strecke, z, B. 5% des Bewegungswegs, vom Ende seines Wegs liegende Position einnehmen läßt, wenn das Kommando- bzw.

Sollsignal Null beträgt. Hierdurch werden alle Nichtlinearitäts-Probleme vermieden, die nahe des Endes des Hubs oder Wegs des Gleitkontakts auftreten könnten.

Die Verzweigung zwischen den Widerständen 264, 266 ist über eine Isolierdiode 268 an die Basis eines Transistors 270 angeschlossen. Falls die Spannung am Schleifer bzw. Abgriff des Gleitkontakt-Potentiometers 224 einen vorbestimmten Wert übersteigt und dadurch anzeigt, daß der Ausgangs-Hebel 76 eine vorbestimmte Grenzposition für die Verkürzung des Drahts 70 erreicht hat, schaltet der Transistor 270 durch, so daß der Widerstand 226 in Nebenschluß geschaltet wird. Dies bewirkt effektiv eine Erhöhung der an die Verstärker-Rückkopplungsklemme 222 angelegten Spannung, die bestrebt ist, daß Verstärker-Eingangssignal wieder abzugleichen. Wenn das Kommando- bzw. Sollsignal eine hinter dem vorgeschriebenen Grenzwert liegende Schreibstiftstellung verlangt und das Gleitkontakt-Potentiometer diesen Grenzwert erreicht, erzeugt mithin diese Schaltung automatisch effektiv ein künstliches Verstärker-Eingangssignal, welches anzeigt, daß der Schreibstift die Sollstellung erreicht hat, auch wenn er sich tatsächlich nicht über die voreingestellte Grenzposition hinausbewegt hat. Infolgedessen verhindert die Begrenzerschaltung, daß sich der Draht 70 über den für den Hebel 76 zulässigen Bewegungsweg hinaus bewegt.

Zusammenfassend wird mit der Erfindung somit eine Betätigungs- bzw. Verschiebevorrichtung zur Steuerung eines Glieds, wie eines Schreibstifts eines Kartenschreibers, geschaffen, bei welcher die Verschiebebewegung durch einen aus einem temperaturempfindlichen Material (z. B. einer Nickel/Titan-Legierung) bestehenden

ίο Draht hervorgebracht wird, der einer martensitischen Umwandlung unterliegt, durch welche er sich bei Erhöhung der Temperatur innerhalb eines vorbestimmten Temperaturbereichs zusammenzieht und beim Abkühlen innerhalb dieses Bereichs ausdehnt. Der Draht wird durch eine Feder mit negativer Federkonstante unter Spannung gehalten. Diese Feder bewirkt im Zusammenwirken mit selbst erzeugten Kräften und der Elastizität des Drahtmaterials Verkürzungs/Ausdehnungs-Längenänderungen des Drahts in Abhängigkeit von Änderungen seiner Temperatur. Eine elektrische Schaltung zur Regelung der Drahttemperatur weist eine Einrichtung auf, die induktiv einen frequenzmodulierten Impulsstrom durch den Draht hindurch erzeugt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Betätigungsvorrichtung mit einem Antriebselement, das bei Temperaturänderungen zumindest eine Abmessung ändert und mit einer an einem Rahmen der Vorrichtung abgestützten Federanordnung, die der temperaturbedingten Abmessungsänderung des Antriebselementes entgegenwirkt, d a durch gekennzeichnet, daß die Federanordnung (23 bis 30; 82, 90) eine negative Federkonstante hat

2. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Ende des Antriebselementes (20; 70) an dem Rahmen und das andere Ende des Antriebselementes an einem am Rahmen angelenkten Hebel (24; 76) angreift und daß bei voll gedehntem Antriebselement (20; 70) der Abstützpunkt (30; 85) einer Feder (28; 82) der Federanordnung am Rahmen, der Angriffspunkt (23; 92) der Feder am Hebel (24; 76) und der Lagerpunkt (26; 78) des Hebels ein Dreieck bilden.

3. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (Θ) zwischen der die Gelenkpunkte (23, 26; 74, 78) des Hebels verbindenden Geraden und der den Abstützpunkt (30; 85) der Feder (28; 82) und deren Angriffspunkt (23; 92) am Hebel (24; 76) verbindenden Geraden klein ist.

4. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (28) eine Zugfeder ist und der Befestigungspunkt (22) des Antriebselementes (20) am Rahmen bezüglich der Längsachse des Hebels (24) der Verbindungslinie zwischen den Angriffspunkten (23, 30) der Feder gegenüberliegt.

5. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (82) eine Druckfeder ist und der Befestigungspunkt (72) des Antriebselementes (70) am Rahmen bezüglich der Längsachse des Hebels (76) auf derselben Seite liegt wie die Verbindungslinie zwischen den Angriffspunkten (89,92) der Feder.

6. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (82) eine Blattfeder ist und über einen Stößel (90) auf den Hebel (76) arbeitet, der gelenkig mit der Blattfeder und dem Hebel verbunden ist.

7. Betätigungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Blattfeder gekrümmt ist und einen sich im wesentlichen parallel zum Hebel (76) erstreckenden Federabschnitt (84) und einen sich im wesentlichen senkrecht zum Hebel (76) erstreckenden zweiten Federabschnitt (86) aufweist, an welchem der Stößel (90) gelenkig angreift.

8. Betätigungsvorrichtung nach einem der An-Sprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Hebel (76) über eine Feder (106) mit einem Abtriebsteil (96 bis 100) verbunden ist.

9. Betätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch Anschläge zur Begrenzung des Arbeitshubes.