DE7917624U1 - Shape memory alloy connector - Google Patents
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Classifications
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- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16B—DEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
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- F16B2200/00—Constructional details of connections not covered for in other groups of this subclass
- F16B2200/77—Use of a shape-memory material
Description
Verbindungselement aus FormgedächtnislegierungShape memory alloy connector
Die Neuerung betrifft das kraftschlü-ssige Verbinden der Enden länglicher Einzelteile, insbesondere Glasfasern/ mit Verbindungselementen aus Formredächtnislegierung (im folgenden auch kurz als FG-Legierungen bezeichnet).The innovation concerns the frictional connection of the Ends of elongated individual parts, in particular glass fibers / with connecting elements made of shape memory alloy (hereinafter also referred to as FG alloys for short).
Formgedächtnislegierungen sind als Werkstoffklasse und in verschiedenen Zusammensetzungen bekannt (siehe z. B. US-PS 3'012'882 und 3'174'85I). Gemeinsam ist diesen Werkstoffen die Fähigkeit zu einer thermisch induzierbaren sprunghaften Formveränderung beim Uebergang vom martensitischen in denShape memory alloys are known as a class of materials and in various compositions (see e.g. US Pat 3,012,882 and 3,174,852). What these materials have in common the ability to undergo a thermally inducible sudden change in shape during the transition from the martensitic to the austenitischen Zustand; wird beispielsweise ein Körper aus FG-Legierung in austenitischem Zustand gebildet, dann durch Temperaturverminderung in den martensitischen Zustand gebracht und in diesem Zustand mechanisch verformt, so nimmt er beim Wiedererwärmen unter Rückbildung des austenitischenaustenitic condition; For example, if a body made of FG alloy in an austenitic state is formed, then by Temperature reduction brought into the martensitic state and mechanically deformed in this state, so increases he rewarmed with regression of the austenitic
an, die er vor der Verformung im martensitischen Zustand hatte.that it had before the deformation in the martensitic state.
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Allgemein kann eine FG-Legierung durch einen "kritischen Temperaturbereich" charakterisiert werden, in welchem der martensitische Zustand in den austenitischen Zustand übergeht, und umgekehrt; dieser Temperaturbereich (im folgen*- den als Martensit/Austenit-Umwandlungstemperatur oder als kritische Temperatur T. bezeichnet) ist der Bereich zwischen den Temperaturen (T), bei welchen der martensitische Gefügezustand der FG-Legierung stabil ist (M-), und den Temperaturen, bei welchen der austenitische Gefügezustand stabil ist (Af), d. h. (T) Mf < Tfe < (T) Af. In general, an FG alloy can be characterized by a "critical temperature range" in which the martensitic state changes to the austenitic state, and vice versa; this temperature range (hereinafter referred to as martensite / austenite transformation temperature or critical temperature T.) is the range between the temperatures (T) at which the martensitic structure of the FG alloy is stable (M-) and the Temperatures at which the austenitic structure is stable (A f ), ie (T) M f <T fe <(T) A f .
Wenn dieser Formgedächtniseffekt praktisch nur beim Uebergang (T) M- —> (T) A- und nicht in umgekehrter Richtung auftritt, wird er als "Einwegeffekt" bezeichnet? ist er mindestens teilweise thermisch reversibel, d. h. tritt erIf this shape memory effect practically only occurs at the transition (T) M- -> (T) A- and not the other way round, is it called a "one-way effect"? is he at least partially thermally reversible, d. H. he kicks
sowohl bei (T) Mf > (T) Af als auch bei (T) Af > (T) M-both at (T) M f > (T) A f and at (T) A f > (T) M-
auf, wird er als "Zweiwegeffekt" bezeichnet (siehe hierzu z. B. DE-OS 27 24 255 der Anmelderin).on, it is referred to as a "two-way effect" (see z. B. DE-OS 27 24 255 of the applicant).
Verbindungselemente aus verschiedenen FG-Legierungen in Form von Muffen oder muffenähnlichen Rohrgebilden sindFasteners made from various FG alloys in Form of sleeves or sleeve-like pipe structures are
z. B. aus der DE-OS 20 65 651 zur Verbindung von Rohren, z. B. Brennstoffleitungen, bekannt. Verbindungsmuffen aus FG-Legierungen sind ferner bereits von der Anmelderin auch für die vakuumdichte Metall/Keramik-Verbindung von Rohren und Stäben vorgeschlagen worden (CH-Patentanmeldung Nr.z. B. from DE-OS 20 65 651 for connecting pipes, for. B. fuel lines, known. Connecting sleeves FG alloys have also already been used by the applicant for the vacuum-tight metal / ceramic connection of pipes and rods have been proposed (CH patent application no.
8509/78).8509/78).
Bei den bekannten muffenförmigen Verbindungselementen dieser Art ist die Wandstärke der Muffe kleiner als oder höchstens etwa ebenso gross wie die lichte Weite der Muffenöffnung. Die für die Verbindung von Rohren oder Stäben mit Muffen aus FG-Legierung erforderliche RQckstellfähig-In the known sleeve-shaped connecting elements this Art, the wall thickness of the socket is less than or at most about as large as the clear width of the socket opening. The resilience required for the connection of pipes or rods with sleeves made of FG alloy.
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keit des Verbindungselementes wird dabei dadurch erzielt, dass die in austenitischem Zustand (z* B. bei normaler Umgebungstemperatur) gefertigte Muffe durch Abkühlung, z. B. mit flüssigem Stickstoff, auf M--Temperatur gekühlt und bei M -Temperatur durch Hindurchziehen eines Dornes so stark aufgeweitet wird, dass die Enden der miteinander zu verbindenden Rohre oder Stäbe in die Muffenöffnung eingeschoben werden können. Eine übermässige Dehnung muss dabei vermieden werden, da sonst die für eine feste Verbindung erforderliche Rückstellfähigkeit nicht mehr erreichbar ist.speed of the connecting element is achieved by that the socket manufactured in an austenitic state (e.g. at normal ambient temperature) by cooling, z. B. with liquid nitrogen, cooled to M - temperature and at M - temperature by pulling a mandrel through is widened so much that the ends of the pipes or rods to be connected into the socket opening can be inserted. Excessive stretching must be avoided, otherwise it would be necessary for a firm connection required resilience is no longer achievable.
Dabei ist das nachträgliche Aufweiten der Muffe fertigungstechnisch problematisch und die erzielbare Passungsgenauigkeit der Muffe beschränkt. Der beim nachfolgenden Wiedererwärmen der Muffe auf A.-Temperaturen erfolgenden Rückstellung f"Entspannung") des Verbindungselementes zum kraftschlüssigen Anliegen an die bei Mf-Temperaturen eingesetzten Einzelteile sind Grenzen dadurch gesetzt, dass bei den bisher bekannten FG-Legierungen Dehnungen im M_-Zustand von nur bis etwa 8 % (Bei Einwegeffekt) bzw. bis etwa 1,5 % (bei Zweiwegeffekt) beim Ueberschreiten von T und Erreichen des A,-Zustandes zurückgestellt werden. Deshalb ist eine relativ hohe Passungsgenauigkeit der Verbindungselemente, insbesondere was die Durchbrechungen betrifft, wünschbar.In this case, the subsequent expansion of the sleeve is problematic in terms of production engineering and the achievable accuracy of fit of the sleeve is limited. The resetting f "relaxation") of the connecting element for frictional contact with the individual parts used at M f temperatures during the subsequent reheating of the socket to A. by only up to about 8% (with one-way effect) or up to about 1.5% (with two-way effect) when T is exceeded and the A, state is reached. Therefore, a relatively high accuracy of fit of the connecting elements, in particular with regard to the perforations, is desirable.
Der bekannten Technik zur Verbindung von Einzelteilen mit muffenartig durchbrochenen Elementen aus FG-Legierung sind daher zunächst dadurch Grenzen gesetzt, dass praktisch nur Rohre bzw. Stäbe mit gewissen Mindestdurchmessern von einigen mm verbunden werden können. Nachteilig bei den bekannten muffenförmigen Verbindungselemen-The known technology for connecting individual parts with sleeve-like perforated elements made of FG alloy are therefore initially limited by the fact that practically only tubes or rods with a certain minimum diameter of a few mm can be connected. A disadvantage of the known sleeve-shaped connecting elements
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ten aus FG-Legierung ist ferner, dass praktisch ηατ die technisch unbefriedigende Aufweitung der Muffenöffnung mit Dornen oder dergleichen zur mechanischen Spannung (bei M -Temperatur) geeignet ist und dass ferner für jede Verbindung der Enden eines Rohr- und/oder Stab-Paares jeweils eine Muffe aus FG-Le£ierung benötigt wird.ten from FG alloy is also that practically ηατ the Technically unsatisfactory widening of the socket opening with thorns or the like for mechanical tension (at M temperature) is suitable and that furthermore for each connection of the ends of a pipe and / or rod pair in each case a socket made of FG lees is required.
Aufgabe der Erfindung ist eine neue Verbindungstechnik mit Formgedächtnislegierungen, mit welcher Technik sich auch praktisch beliebig dünne Einzelteile, z. B. Glasfasern, Drähte, Filamente und dergleichen, miteinander verbinden lassen, die Verbindung einer Mehrzahl von Einzelteilchen mit einem einzigen Verbindungselement erzielbar ist, die mechanische Spannung des Verbindungselementes nach verschiedenen, vergleichsweise einfacheren bzw. besser steuerbaren Methoden erreicht v/erden kann und auch eine verbesserte Passungsgenauigkeit ermöglicht wird.The object of the invention is a new connection technology with shape memory alloys, with which technology also practically any thin individual parts, e.g. B. glass fibers, wires, filaments and the like connect to each other let, the connection of a plurality of individual particles with a single connecting element can be achieved is, the mechanical tension of the connecting element according to different, comparatively simpler or better controllable methods can be achieved and an improved accuracy of fit is made possible.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass man bei einem Verfahren der oben beschriebenen Art als Verbindungselement einen beispielsweise platten- oder blechförmig ausgebildeten Körper aus Formgedächtnislegierung verwendet, der zwei annähernd parallele und praktisch senkrecht zur Längsachse der mindestens einen Durchbrechung verlaufende Aussenflachen besitzt, deren jeweils kleinste Abmessungen um ein Mehrfaches, d. h. mehr als das Doppelte grosser sind, als die lichte Weite (Durchmesser quer zur Axialrichtung) der mindestens einen Durchbrechung, und dass man den Körper zur mechanischen Spannung des Verbindungselementes im martensitisehen Zustand (M ) der Formgedächtnislegierung unter zweiachsiger Dehnung in der zu den Aussenf lachen parallelen Hauptoder Bezugsebene des Körpers verformt.The object is achieved according to the invention in that one in a method of the type described above as a connecting element for example a plate or Sheet-shaped body made of shape memory alloy used, the two approximately parallel and practical has outer surfaces running perpendicular to the longitudinal axis of the at least one opening, each of which has smallest dimensions by a multiple, d. H. are more than twice as large as the clear width (diameter transversely to the axial direction) of the at least one opening, and that the body is used for mechanical Tension of the connecting element in the martensitic state (M) of the shape memory alloy under biaxial expansion in the main or parallel to the outer surfaces Deformed reference plane of the body.
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Die Form der genannten Aussenflachen des Körpers kann regelmässig, z. B. rechteckig, polygonal, kreisförmig bzw. oval oder unregelmässig sein, solange die kleinste Abmessung dieser Aussenflachen um ein Mehrfaches grosser ist als der Durchbrechungsdurchmesser.The shape of the named outer surfaces of the body can regularly, e.g. B. rectangular, polygonal, circular or oval or irregular as long as the smallest dimension of these outer surfaces is several times larger is than the opening diameter.
Die "Dicke" des Verbindungselementes, d. h. der Abstand zwischen den genannten Aussenflachen des Körpers, ist an sich nicht besonders kritisch, solange eine entsprechende Verbindungslänge der Einzelteile gewährleistet ist und der Körper im Μ,-Zustand durch Verformen gespannt werden kann. In der Regel ist die Dicke des Verbindungselementes mindestens ebenso gross, wie und vorzugsweise grosser als der Durchmesser der Durchbrechung(en).The "thickness" of the connector; H. the distance between the named outer surfaces of the body is on are not particularly critical as long as a corresponding connection length of the individual parts is guaranteed and the body in the Μ, state can be strained by deforming. As a rule, the thickness of the connecting element is at least as great as and preferably larger than the diameter of the opening (s).
Ein solches Verbindungselement aus FG-Legierung kann im Mf-Zustand, d. h. unter T, der jeweils verwendeten Legierung, nach ganz unterschiedlichen Methoden gespannt werden, die eine in der zu den genannten Aussenflachen parallelen Ebene betrachtet zweiachsige Dehnung des Verbindungselementes erzeugen. Beispielsweise kann ein blech- oder plattenförmiges erfindungsgemässes Verbindungselement im Mf-Zustand durch Stauchen, Pressen (Krafteinwirkung praktisch senkrecht zu den Aussenflächen) oder durch Kreuzwalzen oder Streckziehen in zwei vorzugsweise zueinander normalen Richtungen (Kraftein-Wirkungen praktisch parallel zur Hauptebene) mechanisch gespannt werden. Im allgemeinen wird eine praktisch brauchbare Spannung bei zweiachsiger Dehnung von einigen Prozenten, d. h. 1-8 % Längenzunahme in jeder der beiden Achsen, erzielt. Such a connecting element made of FG alloy can be tensioned in the M f state, ie under T, of the alloy used in each case by very different methods which produce a biaxial expansion of the connecting element in the plane parallel to the aforementioned outer surfaces. For example, a sheet-metal or plate-shaped connecting element according to the invention in the M f state can be mechanically tensioned by upsetting, pressing (force action practically perpendicular to the outer surfaces) or by cross rolling or stretching in two directions, preferably normal to each other (force effects practically parallel to the main plane). In general, a practically useful stress is achieved with biaxial elongation of a few percent, ie 1-8% increase in length in each of the two axes .
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Die Durchbrechung(en) des erfindungsgemäss verwendeten Verbindungselementes ist (sind) zur Aufnahme der Enden der miteinander zu verbindenden Gebilde bzw. Gebildepaare, z. B. Glasfasern bzw. Glasfaserpaare, im mechanisch gespannten M -Zustand des Verbindungselementes und zur kraftschlüssigen Verbindung der Gebilde bzw. Gebildepaare im Af- (Gedächtnisform) Zustand des Verbindungselementes bestimmt und können entsprechend bemessen werden. Die Durchbrechung(en) kann bzw. können grundsätzlich sowohl im mechanisch gespannten.oder ungespannten M_-Zustand als auch im A_-Zustand des Verbindungseiementes gebildet werden.The opening (s) of the one used according to the invention Connecting element is (are) for receiving the ends the structures or pairs of structures to be connected, e.g. B. glass fibers or glass fiber pairs, in the mechanical tensioned M state of the connecting element and for the force-fit connection of the structures or pairs of structures in the Af- (memory form) state of the connecting element determined and can be dimensioned accordingly. The opening (s) can or can in principle both in the mechanically tensioned or untensioned M_ state and in the A_ state of the connecting element are formed.
Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform wird (werden) die Durchbrechung(en) des Verbindungselementes im martensitischen Zustand der FG-Legierung, und zwar nach dem Spannen, gebildet; dadurch kann eine unerwünschte nachträgliche Verzerrung von beispielsweise zylindrischen Durchbrechungen durch das mechanische Spannen vermieden werden. Dabei soll der M--Zustand der FG-Legierung erhalten bleiben, was durch, entsprechende Kühlung und/oder Wahl entsprechender Bearbeitungsverfahren, z. B. thermisches Bohren mit Laserstrahl, Erodieren, ECM-Verfahren und dergleichen, erzielt werden kann.According to a preferred embodiment, the opening (s) of the connecting element in the martensitic State of the FG alloy, namely after tensioning, formed; this can result in an undesirable subsequent Distortion of, for example, cylindrical openings due to mechanical tensioning is avoided will. The M - state of the FG alloy should be preserved remain what by, appropriate cooling and / or choice of appropriate processing methods, z. B. thermal Laser drilling, eroding, ECM processes and the like, can be achieved.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist insbesondere zur kraftschlüssigen Verbindung von Glasfasern mit typischen Dicken von 50-1000 Mikrometer oder mehr geeignet. Solche Glasfasern sind unter anderem für optische Leiter von Bedeutung und erfindungsgemässe Verbindungselemente können z. B. zur Verbindung der Enden eines Glasfaserpaares oder einer Vielzahl von Glasfaserpaaren verwendet werden. The method according to the invention is particularly suitable for the frictional connection of glass fibers with typical thicknesses of 50-1000 micrometers or more. Such glass fibers are important for optical conductors, among other things, and connecting elements according to the invention can, for. B. used to connect the ends of a fiber pair or a plurality of fiber pairs.
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Für die meisten Anwendungsfälle ist es zweckmässig, dass die T. -Temperatur, d. h. der Bereich zwischen (T) M_ und (T) A-, unter Raumtemperatur, vorzugsweise unter 0 C und meist unter -200C, liegt.For most applications it is useful that the T. temperature, ie the range between (T) M_ and (T) A-, is below room temperature, preferably below 0 C and mostly below -20 0 C.
Geeignete FG-Legierungen für das Verbindungselement können aus den Publikationen zum Stand der Technik der FG-Legierungen gewählt werden. Beispiele für spezielle Gruppen von FG-Legierungen sind Legierungen, die als Hauptkomponenten Ni/Ti oder Ni/Ti/Cu oder Cu/Al/Ni oder Cu/Zn/ Al enthalten. Die zuletzt genannte Gruppe ist für viele Zwecke bevorzugt.Suitable FG alloys for the connecting element can can be selected from the publications on the state of the art of FG alloys. Examples of special groups of FG alloys are alloys that have Ni / Ti or Ni / Ti / Cu or Cu / Al / Ni or Cu / Zn / Contain Al. The latter group is preferred for many purposes.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:The invention is explained with reference to the drawings. It demonstrate:
1 die halbschematische, perspektivische Darstellung eines Körpers aus FG-Legierung vor dem mechanischen
Cpannen,
Fig. 2 den Körper von Fig. 1 nach dem Spannen in martensitischem Zustand,1 the semi-schematic, perspective illustration of a body made of FG alloy before mechanical clamping,
FIG. 2 shows the body from FIG. 1 after clamping in the martensitic state,
Fig. 3 den Körper von Fig. 2 mit der Durchbrechung als Verbindungselementf 3 shows the body of FIG. 2 with the opening as a connecting element f
Fig. 4 das Verbindungselement von Fig. 3 mit in die Durchbrechung eingesetzten Glasfasern,4 shows the connecting element from FIG. 3 with glass fibers inserted into the opening,
Fig. 5 das Verbindungselement von Fig. 4 nach Rückstellung des Körpers aus FG-Legierung, Fig. 6 ein Körperpaar aus FG-Legierung mit je einem Faserende in jedem Körper des Paares, und Fig. 7 das Körperpaar von Fig. 6 in einer Halterungsmuffe.FIG. 5 shows the connecting element from FIG. 4 after restoring the body made of FG alloy, 6 shows a pair of bodies made of FG alloy with one fiber end in each body of the pair, and FIG 7 shows the pair of bodies from FIG. 6 in a retaining sleeve.
Der in Fig. 1 halbschematisch und vergrössert dargestellte platten- oder blockförmige Körper 10 besteht aus einer Formgedächtnislegierung, ζ. B. aus Cu/Al/Zn (T, -200C) The plate-shaped or block-shaped body 10, shown semi-schematically and enlarged in FIG. 1, consists of a shape memory alloy, ζ. B. made of Cu / Al / Zn (T, -20 0 C)
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Der bei Normaltemperatur in austenitischem Zustand vorliegende Körper 10 wird, z. B. durch Tauchen in flüssigen Stickstoff, auf eine (T) M_ z. B. von etwa -200 C abgekühlt und in diesem Zustand mechanisch verformt, ohne dass er die T, -Temperatur erreicht. Hierzu kann der Körper 10, gegebenenfalls unter Kühlung t durch eine in Richtung des Pfeiles 19, d. h. annähernd senkrecht zur Hauptebene des Körpers 10 wirkende Stauch- oder Presskraft, zur Bildung des in Fig. 2 dargestellten verformten Körpers 20 verformt, v/erden. Alternativ kann der Körper auch durch Kreuzwalzen oder Streckziehen bei (T) M zum Körper 20 verformt werden, in welchem Fall die eine Walzbzw. Streckziehrichtung dem Doppelpfeil 15, 16 und die andere Walz- bzw. Streckziehrichtung dem Doppelpfeil 17, 18 entspricht. Vorzugsweise schneiden sich die Richtungen der Doppelpfeile 15, 16 und 17, 18 annähernd in einem Xiinkel von 90 .The body 10 present at normal temperature in the austenitic state is, for. B. by immersing in liquid nitrogen, on a (T) M_ z. B. cooled from about -200 C and mechanically deformed in this state without it reaching the T, temperature. For this purpose, the body 10 can be deformed, v / grounded, optionally with cooling t by an upsetting or pressing force acting in the direction of the arrow 19, ie approximately perpendicular to the main plane of the body 10, to form the deformed body 20 shown in FIG. Alternatively, the body can also be deformed to form the body 20 by cross-rolling or stretch drawing at (T) M, in which case the one rolling or stretching. The stretching direction corresponds to the double arrow 15, 16 and the other rolling or stretching direction corresponds to the double arrow 17, 18. The directions of the double arrows 15, 16 and 17, 18 preferably intersect at an angle of 90 degrees.
Der Körper 20 wird dann bei (T) Mf, gegebenenfalls nach erneutem Eintauchen in flüssigen Stickstoff oder unter andauernder Kühlung und jedenfalls unter T., mit mindestens einer praktisch zylindrischen Durchbrechung 30 versehen, deren Längsachse annähernd senkrecht zur Hauptebene des Körpers 20 verläuft, vorzugsweise durcn thermisches Bohren, insbesondere mit Hilfe eines Laserstrahles.The body 20 is then f in (t) M, optionally after re-immersion in liquid nitrogen or under continuous cooling and in any case under T., provided with at least one substantially cylindrical opening 30 whose longitudinal axis runs approximately perpendicular to the main plane of the body 20, preferably by thermal drilling, in particular with the aid of a laser beam.
Der Durchmesser der Durchbrechung 30 entspricht einem Bruchteil der kleinsten Abmessung der Fläche 21, hier dem Abstand zwischen den Kanten 23, 24 des Körpers 20; insbesondere ist die kleinste Abmessung der Fläche 21 mehr als doppelt so gross und vorzugsweise mindestens fünfmal grosser, als der Durchmesser der Durchbrechung 30« In einem typischen Fall beträgt der Durchmesser der Durch** brechung 50-1000 Mikrometer. The diameter of the opening 30 corresponds to a fraction of the smallest dimension of the surface 21, here the distance between the edges 23, 24 of the body 20; In particular, the smallest dimension of the surface 21 is more than twice as large and preferably at least five times larger than the diameter of the opening 30. In a typical case, the diameter of the opening is 50-1000 micrometers.
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Weiterhin (Einwegeffekt) oder erneut (Zweiwegeffekt) in martensitischem Zustand des Körpers 20 werden in dessen Durchbrechung die Enden eines Glasfaserpaa.res 41, 42 eingeschoben. Der Aussendurchmesser der Glasfasern 41, 42 ist dabei um einige, z. B. 5, Mikrometer kleiner, als der Durchmesser der Durchbrechung 30 (bei (T) Mf), aber um einige Mikrometer grosser, als der Durchmesser der Durchbrechung bei (T) A-.Furthermore (one-way effect) or again (two-way effect) in the martensitic state of the body 20, the ends of a pair of glass fibers 41, 42 are pushed into its opening. The outside diameter of the glass fibers 41, 42 is by some, e.g. B. 5, micrometers smaller than the diameter of the opening 30 (at (T) M f ), but a few micrometers larger than the diameter of the opening at (T) A-.
Bei üeberschreiten von T^ in Richtung (T) Mf —> (T) Af des in Fig. 4 dargestellten Verbindungselementes 20 entsteht die Verbindung 50 der beiden Glasfasern 41, 42 im Verbindungselement 51, indem der Körper 20 wieder in die "Gedächtnisform", d. h. praktisch die Aussenkonfiguration des Körpers 10 von Fig. 1, zurückspringt und dadurch die Glasfasern 41, 42 kraftschlüssig im Körper 51 von Fig. 5 miteinander verbindet.When T ^ is exceeded in the direction (T) M f -> (T) A f of the connecting element 20 shown in FIG ", ie practically the outer configuration of the body 10 of FIG. 1, springs back and thereby connects the glass fibers 41, 42 to one another in a force-locking manner in the body 51 of FIG. 5.
Bei Verbindungselemente!! mit Zweiwegeffekt ist die entstehende Verbindung 50 durch erneutes Abkühlen unter T ,With fasteners !! with two-way effect, the resulting compound 50 is cooled again below T,
ICIC
d. h. bei (T) Mf, wieder lösbar, weil der Körper dann spontan in die gespannte Form 20 zurückspringt.ie at (T) M f , releasable again because the body then spontaneously jumps back into the tensioned shape 20.
Bei Verbindungen mit Einwegeffekt ist die entstehende Verbindung 50 durch Abkühlen unter T. nicht mehr lösbar.In the case of connections with a one-way effect, the resulting Compound 50 can no longer be released by cooling below T.
Anstelle einer einzigen Durchbrechung 30 kann der Körper 20 auch mit einer Mehrzahl solcher Durchbrechungen verse— hen werden. Ferner kann der in Fig. 2 dargestellte Körper 20 wieder auf (T) Af gebracht und in diesem Zustand mit einer oder mehreren Durchbrechung (en) versehen werden, wenn der Körper aus FG-Legierung mit Zweiwegeffekt besteht.Instead of a single opening 30, the body 20 can also be provided with a plurality of such openings. Furthermore, the body 20 shown in FIG. 2 can be brought back to (T) A f and provided in this state with one or more perforations if the body is made of FG alloy with a two-way effect.
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In diesem Fall muss aber der Durchbrechungsdurchmesser um einige Mikron kleiner sein, als der Aussendurchmesser der Glasfasern 41, 42 oder entsprechender anderer Einzelteile für die Verbindung 50. Der auf diese Weise bei (T) Af mit Durchbrechungen versehene Körper springt wegen des Zweiwegeffektes bei erneuter Abkühlung unter T, wieder in die gespannte Form 20 von Fig. 3 zurück und ist dann zur Aufnahme der zu verbindenden Einzelteile 41, 42 und deren kraftschlüssige Halterung befähigt, wenn er nach dem Einführen der Einzelteile 41, 42 wieder auf Temperaturen über T, anwärmen gelassen wird.In this case, however, the opening diameter must be a few microns smaller than the outer diameter of the glass fibers 41, 42 or corresponding other individual parts for the connection 50. The body provided with openings in this way at (T) A f jumps again because of the two-way effect Cooling below T, back into the clamped form 20 of FIG. 3 and is then capable of receiving the individual parts 41, 42 to be connected and their frictional holding when it warms up to temperatures above T after the individual parts 41, 42 have been inserted is left.
Sowohl bei Verbindungselementen mit Einwegeffekt als auch bei solchen mit Zweiwegeffekt kann die Durchbrechung bereits im Körper 10 vor dem Spannen, d. h. vor Bildung des Körpers 20, gebildet werden, z. B. durch übliches mechanisches Bohren bei (T) A_. In diesem Fall muss aber darauf geachtet v/erden, dass die Sollform der Durchbrechung bei (T) M durch die Verformung nicht wesentlich beeinträchtigt, z. B. nicht verzerrt oder verstaucht wird. Eine bei (T) A~ erzeugte Durchbrechung muss, wie oben erwähnt, um einige Mikrometer kleiner sein, als der Aussendurchmesser der zu verbindenden Einzelteile.Both in connection elements with a one-way effect and in those with a two-way effect, the opening can already be in the body 10 prior to tensioning, d. H. prior to formation of the body 20, e.g. B. by usual mechanical Drill at (T) A_. In this case, however, it must be ensured that the desired shape of the opening at (T) M not significantly affected by the deformation, z. B. is not distorted or sprained. A breakthrough produced at (T) A ~ must, as mentioned above, be a few micrometers smaller than the outer diameter of the individual parts to be connected.
Die in den Fig. 1-5 dargestellte quaderförmige Ausbildung des Körpers 10, 20, 51 ist, wie eingangs angedeutet, nicht kritisch und die Dicke des Körpers kann grosser oder kleiner als dargestellt sein. Ferner müssen die Oberflächen 11, 12 nicht völlig eben sein und können z. B. mit Rillen, Rippen, Noppen oder dergleichen versehen sein. Schliesslich kann die Innenwand der Durchbrechung(en) durch entsprechende Bearbeitungsmethoden auch mit Rillen bzw. Rippen versehen werden, um die Verbindungsfestigkeit zu erhöhen. The cuboid design of the body 10, 20, 51 shown in FIGS. 1-5 is not, as indicated at the beginning critical and the thickness of the body can be larger or smaller than shown. Furthermore, the surfaces must 11, 12 not be completely flat and can e.g. B. be provided with grooves, ribs, knobs or the like. In the end the inner wall of the opening (s) can also be made with grooves or ribs using appropriate machining methods be provided to increase the strength of the connection.
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In den Fig. 6 und 7 ist in halbschematischer Schnittdarstellung ein aus zwei kreisscheibenförmigen Haltekörpern 62, 62 bestehendes Paar dargestellt. In jedem der Körper 61, 62 aus FG-Legierung ist der Endbereich einer Glasfaser 63, 64 befestigt, und zwar analog wie im Zusammenhang mit den Fig. 1-5 beschrieben, jedoch mit der Abänderung, dass jeweils nur eine Glasfaser in die Oeffnung 30 (Fig. 3) des gespannten Haltekörpers eingeschoben und durch Entspannen der FG-Legierung im jeweils zugehörigen Haltekörper befestigt wird.In FIGS. 6 and 7, one of two holding bodies in the form of circular disks is shown in a semi-schematic sectional view 62, 62 existing pair shown. In each of the bodies 61, 62 made of FG alloy, the end region is a glass fiber 63, 64 attached, analogously as described in connection with Figs. 1-5, but with the modification, that only one glass fiber is pushed into the opening 30 (Fig. 3) of the tensioned holding body and through Relaxation of the FG alloy is attached in the respective associated holding body.
Die Endflächen 611, 621 der Haltekörper 61, 62 mit den darin befestigten Glasfasern 63, 64 werden dann oberhalb T. (d. h. bei A^-Temperatur) plan geschliffen und z. B. in der in Fig. 7 dargestellten Anordnung 70 zur Bildung einer planen Kontaktkoppelung der Fasern 63,- 64 zusammengefügt. Dabei können die Haltekörper 61, 62 aus FG-Legierung mit gleichen oder mit unterschiedlichen T. -Werten bestehen.The end faces 611, 621 of the holding body 61, 62 with the glass fibers 63, 64 fastened therein are then above T. (i.e. at A ^ temperature) ground flat and z. B. in the arrangement 70 shown in Fig. 7 for formation a planar contact coupling of the fibers 63, - 64 joined together. The holding bodies 61, 62 can be made of FG alloy exist with the same or different T. values.
In der Kopplungsanordnung 70 in Fig. 7 sind die beiden Körper 61, 62 mit einer aus der hohlzylindrischen Aussenhülse 71 und der kreisscheibenförmigen Innenverschraubung 72 bestehenden konventionellen Muffe verbunden, doch sindIn the coupling arrangement 70 in FIG. 7, the two bodies 61, 62 are provided with one from the hollow cylindrical outer sleeve 71 and the circular disc-shaped internal screw connection 72 existing conventional sleeve connected, but are
. auch andere Kopplungselemente einschliesslich solcher aus FG-Legierung, vorzugsweise mit einer anderen T. als diejenige der Körper 61, 62, geeignet. Es versteht sich, dass jeder der Körper 61, 62 jeweils auch die Enden mehrerer Fasern einseitig halten kann, so dass eine Anordnung 70 mit planen Kontaktflächen 612, 621 zur Verkopplung der Enden von zwei Fasergruppen verwendet werden kann.. also other coupling elements including those made of FG alloy, preferably with a different T. than that the body 61, 62 is suitable. It goes without saying that each of the bodies 61, 62 also has the ends of several Can hold fibers on one side, so that an arrangement 70 with flat contact surfaces 612, 621 for coupling the ends of two fiber groups can be used.
» · · »»II» Ι» β»· ·» »II» Ι »β
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Das erfindungsgemässö Verfahren wird anhand des folgenden Beispiels erläutert:The method according to the invention is explained using the following example:
Bs wurden guaderförmige Probestücke aus Formgedächtnislegierungen mit Abmessungen von 3 mm χ 5 mm χ 10 mm hergestellt, und zwar aus einer FG-Legierung mit 73,5 Gew.% Cu, 16,5 Gew.% Zn, 8 Gew.% Al und 2 Gew. % Ni (Legierung A, Mf = -60 C) sowie einer FG-Legierung mit 75 Gew.% Cu, 15 Gew.% Zn, 8 Gew.% Al und 2 Gew.% Ni (Legierung B, M. * +50 C). Die Probestücke wurden in martensitischem ZuFor example, rectangular specimens were produced from shape memory alloys with dimensions of 3 mm × 5 mm × 10 mm, namely from an FG alloy with 73.5% by weight Cu, 16.5% by weight Zn, 8% by weight Al and 2 % By weight Ni (alloy A, M f = -60 C) and an FG alloy with 75% by weight Cu, 15% by weight Zn, 8% by weight Al and 2% by weight Ni (alloy B, M. * +50 C). The specimens were in a martensitic to stand in einer Handpresse;in der Richtung ihrer grössten Abmessungen um etwa 5 % gestaucht, d. h. die Quaderhöhe mechanisch von 10 mm auf 0,5 mm reduziert. Die Probestükke der Legierung A wurden vorher in einem Alkohol-Kühlbad auf -10 C gekühlt und bei dieser Temperatur gestaucht,stood in a hand press; in the direction of its largest Dimensions compressed by about 5%, i.e. H. the cuboid height mechanically reduced from 10 mm to 0.5 mm. Alloy A specimens were previously placed in an alcohol cooling bath cooled to -10 C and compressed at this temperature, die Probestücke der Legierung B dagegen bei +200C gestaucht .the specimens of alloy B, however, is compressed at +20 0 C.
Dann wurde, weiterhin in martensitischem Zustand der Probestücke aus FG-Legierung, in jedes der Probestücke ein Loch von 0,85 mm Durchmesser gebohrt, und zwar annäherndThen, while keeping the martensitic state, the FG alloy specimens were inserted into each of the specimens Hole 0.85 mm in diameter drilled, approximate in der Mitte der Stirnfläche von 3 χ 5 mm und praktischin the middle of the face of 3 χ 5 mm and practical senkrecht zu dieser. Dann wurden, weiterhin in martensitischem Zustand der jeweiligen FG-Legierung, Stahldrähte, Kupferdrähte und Glasfasern (jeweils mit Durchmessern von 0,8 mm) in die Bohrungen eingeschoben und das jeweiligeperpendicular to this. Then, still in the martensitic state of the respective FG alloy, steel wires, Copper wires and glass fibers (each with a diameter of 0.8 mm) pushed into the holes and the respective Probestück mit eingeschobenem Draht bzw. mit eingeschobener Glasfaser über die ^-Temperatur hinaus erwärmt (Legierung A auf Raumtemperatur, Legierung B auf +1000C). Dabei springt jedes der Probestücke praktisch wieder in seine Form vor dem Stauchen zurück, wodurch sich die BohrungTest piece with inserted wire or with inserted glass fiber heated above the ^ temperature (alloy A to room temperature, alloy B to +100 0 C). Each of the test pieces practically jumps back into its shape before the upsetting, which causes the bore verengt und den eingeschobenen Draht bzw. die eingeschobene Glasfaser hält.narrows and holds the inserted wire or the inserted glass fiber.
I I ■ (I IC 1I I ■ (I IC 1
• it tem • it tem ( . t(. t
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Die so erhaltenen Verbindungen wurden zur Prüfung der |jThe compounds thus obtained were used to test the | j
Bindungsfestigkeit auf Zug belastet. Bei den Probestük- f ken aus Legierung B ist zum Herausziehen der Kupferdrahtstücke eine Zuglast von 3 kg, zum Herausziehen der Stahldrahtstücke eine solche von 5 kg erforderlich. Die Glas- ; fasern Hessen sich nicht herausziehen, sondern gingen ; vorher zu Bruch.Bond strength under tension. With the test pieces made of alloy B, a tensile load of 3 kg is required to pull out the copper wire pieces, and a tensile load of 5 kg to pull out the steel wire pieces. The glass; fibers did not pull themselves out, but went ; previously broken.
Bei den Probestücken aus Legierung A betrugen die zum .'In the case of the test pieces made of alloy A, the amounts to. '
Herausziehen der Drähte aus den Probestücken erforderlichen Zugbelastungen ein Mehrfaches (bis Fünffaches) der an den Probestücken aus der Legierung B gemessenen Werte; aber auch bei den Probestücken aus Legierung A riss die Glasfaser beim Versuch, sie aus der Verbindung zu ziehen. In beiden Fällen war somit die Zugfestigkeit der Verbindung aus Glasfaser und FG-Legierung grosser als die Zugfestigkeit des Glases.Pulling the wires out of the test pieces required tensile loads several times (up to five times) the values measured on the test pieces made of alloy B; but also with the test pieces made of alloy A crack the fiber when trying to unplug it. In both cases, the tensile strength was thus the Connection of glass fiber and FG alloy greater than the tensile strength of the glass.
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Bezugszeichenliste " - List of reference symbols "-
10 Körper aus FG-Legierung10 FG alloy body
11 obere Fläche von 1011 upper surface of 10
12 untere Fläche von 1012 lower surface of 10
15 Richtung der ersten Dehnungsachse15 Direction of the first elongation axis
16 Umkehrung von 1516 inversion of 15
17 Richtung der zweiten Dehnungsachse17 Direction of the second expansion axis
18 Umkehrung von 1718 reversal of 17
19 Richtung der Press- oder Stauchkraft19 Direction of pressing or upsetting force
20 Körper nach dem Verformen20 bodies after deforming
21 obere Fläche von 2021 upper surface of 20
23 Seitenkante von 2023 side edge of 20
24 " η ι»24 "η ι»
3 0 Durchbrechung3 0 breakthrough
41 Glasfaser41 fiberglass
42 Glasfaser42 fiberglass
50 Verbindung50 connection
51 Verbindungselement51 connecting element
61 erster Körper eines Körperpaares aus FG-Legierung 611 Kontaktfläche von 6161 first body of a body pair made of FG alloy 611 contact surface of 61
62 zweiter Körper des Körperpaares 621 Kontaktfläche von 6262 second body of the body pair 621 contact surface of 62
63 Glasfaser63 fiberglass
64 Glasfaser64 fiber
70 Verbindungselement mit Körperpaar70 connecting element with body pair
71 Muffenaussenhülse71 sleeve outer sleeve
7 2 Muffenverschraubung.7 2 Socket screw connection.
Claims (8)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CH382579 | 1979-04-24 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE7917624U1 true DE7917624U1 (en) | 1980-10-02 |
Family
ID=1325104
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE7917624U Expired DE7917624U1 (en) | 1979-04-24 | Shape memory alloy connector |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE7917624U1 (en) |
-
0
- DE DE7917624U patent/DE7917624U1/en not_active Expired
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