EP1711723A1 - Einspannung in der ein mechanisches element gehalten ist - Google Patents

Einspannung in der ein mechanisches element gehalten ist

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EP1711723A1
EP1711723A1 EP05714925A EP05714925A EP1711723A1 EP 1711723 A1 EP1711723 A1 EP 1711723A1 EP 05714925 A EP05714925 A EP 05714925A EP 05714925 A EP05714925 A EP 05714925A EP 1711723 A1 EP1711723 A1 EP 1711723A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
clamping
actuator
clamping according
bearing
mechanical
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP05714925A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas RÖDIG
Andreas SCHÖNECKER
Bent BRÜCKNER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Publication of EP1711723A1 publication Critical patent/EP1711723A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/005—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion using electro- or magnetostrictive actuation means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/02—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems
    • F16F15/04—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems using elastic means
    • F16F15/06—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems using elastic means with metal springs
    • F16F15/073—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems using elastic means with metal springs using only leaf springs

Definitions

  • the invention relates to a clamping in which a mechanical element is held.
  • the clamping can be designed as a fixed clamping or can be formed with at least two bearings, preferably with a fixed and a floating bearing.
  • the use of the solution according to the invention can preferably be used for mechanical elements which are exposed to dynamically changing loads and very preferably occur frequently changing dynamic loads which are not subject to strict rules.
  • a probe that functions as a mechanical element or, for example, a lever arm or part of a lever arm that is to be used for manipulating further elements, for example as part of an industrial robot.
  • a mechanical element is held in one clamping and at least one actuator is arranged on the clamping, with which forces and / or moments can be introduced into the element.
  • the at least one actuator can also be a part (e.g. a bearing) of the clamping.
  • the at least one actuator is arranged directly on the clamping. It can be arranged between two bearings or fixed clamps. There is the possibility that it is either arranged between the fixed bearing and the floating bearing or that the respective actuator directly forms a bearing of the clamping, preferably a floating bearing.
  • a variation of the forces or moments introduced can also be achieved by changing the distance of an actuator from the fixed clamping or a bearing of a clamping, which e.g. is possible by moving the actuator.
  • the actuators to be used according to the invention can also be used to react to dynamic forces or moments which act on the respective mechanical element, so that they can be partially or completely compensated for.
  • a suitable influence on the actuators can also be exerted by means of a suitable sensor system with corresponding electronic control, so that it is also possible to react to frequencies and amplitudes that change over time.
  • Such flat planar elements can be planar or at least partially curved.
  • the invention can accordingly be used on windows of buildings, as well as on windows of vehicles, in which an influence from the outside due to different wind or wind forces occurs, which leads to vibrations of such flat elements, which then not only additional mechanical stresses on the causes the respective tensions, but also increase the sound level, whereby sound waves are also transmitted through the frame as structure-borne sound.
  • the different materials can also cause frequency shifts that shift the vibrations into frequency ranges that are unfavorable for the environment.
  • the arrangement of the actuators according to the invention is favorable, since they can then be arranged outside the transparent visible surface and lines connected to the respective actuators can also be laid in a concealed arrangement, for example within a frame.
  • the actuators according to the invention can then be arranged at various points on an outer edge of such a plate-shaped element, that is to say following the fixed clamping or on fixed bearings, and can accordingly introduce their force or moment into such a mechanical element.
  • actuators can also be individually controlled and activated on a flat element at the different locations, in which case the forces or moments acting on such a flat element from the outside can then be taken into account.
  • rod-shaped elements such as lever arms or parts of lever arms can also be used in conjunction with the one according to the invention
  • Such lever arms can usually be moved in translation or rotated together with their clamping.
  • the alternating accelerations acting on the mechanical elements which are compensated by means of the actuators, can at least be considerably damped, so that when a speed of “0” is reached, such mechanical elements are either not damped at all or only very strongly via one after a very short period of time.
  • Actuators to be used according to the invention in particular if they are arranged between a fixed bearing and a floating bearing of a clamping, can be firmly connected to one another with the respective mechanical element.
  • the connection can be made materially, non-positively and / or positively. Suitable joining methods are, for example, gluing, this being possible over the entire surface of a suitable surface of the respective mechanical element.
  • actuators in a correspondingly dimensioned and designed surface contour, alone or in addition to a material connection.
  • Such a corresponding surface contour can further influence the respective introduction of force or torque into the respective mechanical element be taken, which also applies to the respective axis position and direction.
  • Piezo elements are particularly preferred for actuators to be used according to the invention, since forces and moments are applied with very small time constants and a very high frequency and these can be controlled electronically favorably, and very high forces and moments can also be achieved.
  • actuators the volume or shape of which can be changed in a targeted manner from the outside.
  • shape memory alloys are also suitable materials that can be used as an actuator or for partial elements of actuators.
  • the effect is exploited here that, at a so-called “jump temperature”, the shape changes from one state to a second state when such an actuator is exceeded or undershot, which can also be advantageous for certain applications.
  • shape memory alloys referred to as “nitinol”, in which nickel and titanium are the essential alloying elements, are known.
  • This alloy has a crack temperature of approx. 37 ° C, the respective transition temperature of such a shape memory alloy can also be changed within limits by means of the respective alloy composition, so that transition temperatures at approximately 20 ° C or even 25 ° C are also possible.
  • the invention can be particularly advantageously further developed in that at least one sensor is arranged on the element, the fixed bearing and / or the floating bearing, that is to say as far as possible in the region of the respective clamping.
  • an electronic control for example.
  • Such an electronic control can then control the actuator (s) so that the respective forces and moments to be exerted with the actuators can be influenced in a targeted manner. This applies both to the respective magnitude of the forces or moments per se, but also to their temporal behavior in the case of dynamically changing loads acting on mechanical elements, that is to say, for example, the respective frequency.
  • a changing acceleration of the respective movement can be detected with the aid of an acceleration sensor. Since the inertia of such mechanical elements is generally known, an actuator can be promptly activated when a detected changing acceleration of the movement, for example a braking process, so that one
  • Reverberation of the respective mechanical element can not be counteracted only when a target position of a moving mechanical element is reached, but countermeasures can be taken beforehand via activated actuators.
  • the driving speed determined in each case can also represent a control variable for activating actuators on such a windshield.
  • the actuators on such windscreens can also be controlled with the assistance of an acceleration sensor, so that changes in the driving speed of the respective vehicles can also be taken into account more quickly.
  • FIG. 1 shows in schematic form an example of a clamping with an actuator which is arranged between a fixed bearing and a floating bearing
  • Figure 2 shows an example in which an actuator forms a floating bearing for clamping a mechanical element
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of an example, in which an actuator is in turn arranged between a fixed bearing and a floating bearing of a clamping of a mechanical element.
  • An example of a solution according to the invention is to be illustrated in schematic form with FIG.
  • a mechanical element 1 which can be rod-shaped or plate-shaped, for example, is held in place by means of a fixed bearing 2 and a floating bearing 3, which are arranged at a distance from one another.
  • an actuator 4 is firmly connected to the mechanical element 1 on one surface, for example by adhesive bonding.
  • the actuator 4 is a piezoelectric element which, when the electrical voltage is correspondingly applied, can expand, as indicated by the arrows.
  • the respective linear expansion of the piezoelectric element is proportional to the respective electrical voltage.
  • a deformation also causes the distances between the fixed bearing 2 and the floating bearing 3 to change within limits, as a result of which a targeted influence on the forces and moments that can be absorbed by the fixed bearing 2 and floating bearing 3 can be achieved.
  • Such a deformation can influence the transition conditions based on the clamping by changing the curvature / inclination.
  • forces acting on the mechanical element 1 can be compensated for, or at least counteracted, so that the appropriate activation and activation of the actuator 4 influences the shape, position and vibration of a corresponding mechanical element Element 1 is possible.
  • FIG. 2 is intended to illustrate another alternative.
  • a fixed bearing 2 and a floating bearing 3 form the clamping of a mechanical element 1, the floating bearing 3 simultaneously representing the actuator 4.
  • This can in turn be a piezoelectric element, which changes its length due to the applied electrical voltage and, due to the change in length, a force, as indicated by the double arrow, on the mechanical element 1 parallel to a force which is schematically indicated by the arrow pointing vertically upwards and to the right indicated on a mechanical element 1 external force is exerted.
  • the transition conditions inclination / curvature
  • the transition conditions can be influenced starting from the clamping to the non-fixed area of the mechanical element 1.
  • Deformations of the mechanical element 1 can thus be compensated for by forces or moments acting on it from the outside by the coupling of forces in the area of the floating bearing 2 by the actuator 4. Ren or can at least be counteracted, so that a targeted influence on shape, position and vibration can be taken.
  • FIG. 3 again has an actuator 4, which is arranged between the fixed bearing 2 and the floating bearing 3 and acts on the mechanical element 1.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einspannung in der ein mechanisches Element gehalten ist. Diese kann als feste Einspannung ausgebildet oder mit mindestens zwei Lagern, bevorzugt mit einem Fest- (2) und einem Los­lager (3) gebildet sein. Gemäß der gestellten Aufgabe sollen auf das gehaltene mechanische Element wirkende Wechselbeanspruchungen einfach und sicher kompensiert werden können. Die erfindungsgemäße Einspannung ist dabei so ausgebildet, dass mindestens ein zur Einleitung von Kräften und/oder Momenten in das Element ge­eigneter Aktuator (4) an der Einspannung angeordnet ist oder einen Teil der Einspannung bildet.

Description

Einspannung in der ein mechanisches Element gehalten ist
Die Erfindung betrifft eine Einspannung in der ein mechanisches Element gehalten ist . Die Einspannung kann dabei als feste Einspannung ausgebildet oder mit mindestens zwei Lagern, bevorzugt mit einem Fest- und einem Loslager gebildet sein. Der Einsatz der erfindungsgemäßen Lösung kann bevorzugt bei mechanischen Elementen eingesetzt werden, die dynamisch wechselnden Belastungen ausgesetzt sind und ganz bevorzugt sich häufig verändernde dynamische Belastungen auftreten, die keinen strengen Regeln unterliegen.
So ist es häufig erwünscht, mechanische Elemente in Einspannungen zu halten, die statisch bestimmt sind und dafür jeweils eine Berechnung bezüglich der Festigkeiten vorgenommen werden kann.
Selbstverständlich bestehen auch Möglichkeiten, die erforderlichen Festigkeiten vorab bei auftretenden dynamischen Belastungen zu berechnen und einen entsprechenden Festigkeitsnachweis zu führen.
Insbesondere bei nichtstatischen Belastungen, die auf entsprechend eingespannte mechanische Elemente wirken, können mit herkömmlichen Lösungen aber viele Nachteile nicht beseitigt werden. So können in Folge von Wechselbeanspruchungen, die an solchen Elementen angreifen, Schwingungen anreget werden, die nicht nur die Festigkeit der jeweiligen Einspannung und den Elemente beeinträchtigen, sondern solche Schwingungen im Frequenzbereich von Infraschall, den hörbaren sowie auch im Ultraschallbereich auftreten können. Ins- besondere der hörbare Schallwellenbereich beeinträchtigt die jeweilige Anwendung erheblich und es sind demzufolge oft aufwendige Maßnahmen für eine erforderliche Schalldämmung vorzusehen.
Dieser Sachverhalt ist weiter bedeutsam, da solche Schallwellen über die feste Einspannung auch in Körperschall umgewandelt und dementsprechend auch an andere Orte weitergeleitet wird.
Die angesprochenen Probleme treten aber nicht nur im Schallwellenbereich auf, sondern Schwingungen an mechanischen Elementen werden auch bei deren Bewegung durch entsprechende beschleunigte Bewegungen der jeweiligen Elemente angeregt. Dies kann beispielsweise bei entsprechenden Positionierbewegungen mechanischer Elemente auftreten, bei denen diese gemeinsam mit der Einspannung linear bewegt oder in Rotationsbewegung versetzt werden, bis eine gewünschte Position erreicht worden ist und kurz vor Erreichen der jeweiligen Position, die Bewegung bis auf eine Geschwindig- keit von „0" abgebremst worden ist.
Infolge der Massenträgheit mechanischer Elemente tritt dann ebenfalls eine Schwingung am mechanischen Element auf, die in vielen Fällen erst abklingen muss, bevor beispielsweise eine exakte Messung mit
Hilfe eines Messtasters, der als mechanisches Element fungiert oder beispielsweise eines Hebelarmes oder eines Teils eines Hebelarmes, der für die Manipulation weiterer Elemente, beispielsweise als ein Teil ei- nes Industrieroboters genutzt werden soll.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung eine Möglichkeit vorzuschlagen, mit der auf in einer Einspannung gehaltene mechanische Elemente wirkende Wechselbean- spruchungen einfach und sicher kompensiert werden können. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungs- formen und Weiterbildungen der Erfindung können mit den in den untergeordneten Ansprüchen bezeichneten Merkmalen erreicht werden.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung ist ein mechanisches Element in einer Einspannung gehalten und an der Einspannung ist mindestens ein Aktuator angeordnet, mit dem Kräfte und/oder Momente in das Element eingeleitet werden können. Der mindestens eine Aktuator kann aber auch ein Teil (z.B. ein Lager) der Einspannung sein. Dabei ist der mindestens eine Aktuator unmittelbar an der Einspannung angeordnet. Er kann zwi- sehen zwei Lagern oder festen Einspannungen angeordnet sein. So besteht die Möglichkeit, dass er entweder zwischen dem Festlager und dem Loslager angeordnet ist oder der jeweilige Aktuator unmittelbar ein Lager der Einspannung, bevorzugt ein Loslager bildet.
Je nach Anordnung und Ausrichtung solcher Aktuatoren können entsprechend den auf die mechanischen Elemente wirkenden Kräften gezielt diesen entgegenwirkende Kräfte und Momente aufgebracht werden.
So besteht die Möglichkeit mit Aktuatoren eine Vorspannung mechanischer Elemente, mit gezielten auf diese ausgeübten Druck- oder Zugkräften, einzustellen.
So können beispielsweise Kräfte parallel bzw. orthogonal in Bezug zu vorgegebenen Achsen auf das jeweilige mechanische Element wirkend, aufgebracht werden.
Mit so auf das jeweilige mechanische Element wirkenden Kräften bzw. Momenten können gezielt Eigenspan- nungen im oder eine gewünschte Verformung des mechanischen Element (es) erreicht werden.
Eine Variation der eingeleiteten Kräfte oder Momente kann aber auch durch eine Veränderung des Abstandes eines Aktuators zur festen Einspannung oder einem Lager einer Einspannung erreicht werden, was z.B. durch eine Verschiebung des Aktuators möglich ist.
Neben den bereits erwähnten Vorspannkräften und/oder -momenten kann mittels den erfindungsgemäß einzusetzenden Aktuatoren auch auf dynamische Kräfte oder Momente, die auf das jeweilige mechanische Element wirken, reagiert werden, so dass diese teilweise oder auch ganz kompensiert werden können.
Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass entsprechend zeitversetzt oder mit einer geeigneten Phasenverschiebung den von außen auf die mecha- nischen Elemente wirkenden Kräfte „oder Momente" entgegengesetzt wirkende Kräfte bzw. Momente in die mechanischen Elemente im Bereich der Einspannung eingeleitet werden.
Dabei können nicht nur die jeweilige Amplituden, sondern auch die Frequenz und dementsprechend die Wellenlänge mit der dynamische Fremdbelastungen auf das jeweilige mechanische Element wirken, berücksichtigt werden. So besteht zumindest die Möglichkeit, mit Hilfe erfindungsgemäß einzusetzender Aktuatoren eine
Dämpfung, gegebenenfalls in Verbindung mit einer Federung oder gar eine Auslöschung zu erzielen.
Bei Schwingungen mit nahezu konstanter Frequenz, die durch von außen auf die mechanischen Elemente ausgeübten Kräften bzw. Momenten initiiert worden sind, können diese zumindest nahezu vollständig kompensiert werden, wenn mittels mindestens eines Aktuators eine entsprechende um IT verschobene Gegenschwingung in das jeweilige mechanische Element eingeleitet wird, so dass es bei entsprechender Amplitude und Energie der mittels der Aktuatoren in das mechanische Element eingeleiteten Schwingungen zu Auslöscheffekten kommt.
Mit einer geeigneten Erfassung der von außen in me- chanische Elemente eingeleiteten Schwingungen kann, z.B. über eine geeignete Sensorik mit entsprechender elektronischer Steuerung auch ein entsprechender Ein- fluss auf die Aktuatoren genommen werden, so dass auch auf sich zeitlich verändernde Frequenzen und Amplituden reagiert werden kann. .
Ein Beispiel hierfür sind eingespannte ebene flächige Elemente. Solche ebenen flächigen Elemente können planar oder auch zumindest bereichsweise gewölbt sein.
Die Erfindung kann dementsprechend an Fenstern von Gebäuden, wie auch an Scheiben von Fahrzeugen eingesetzt werden, bei denen ein Einfluss von außen durch unterschiedliche Wind- bzw. Fahrtwindkräfte auftritt, der zu Schwingungen solcher flächigen Elemente führt, was dann nicht nur zusätzlich mechanische Beanspruchungen an den jeweiligen Einspannungen hervorruft, sondern auch den Schallpegel erhöhen, wobei Schall- wellen auch über die Rahmen, als Körperschall übertragen werden.
Im letztgenannten Fall können durch die unterschiedlichen Werkstoffe auch Frequenzverschiebungen auftre- ten, die die Schwingungen in für die Umwelt ungünstige Frequenzbereiche verschieben. Insbesondere bei den erwähnten Fenstern oder Scheiben von Fahrzeugen ist die erfindungsgemäße Anordnung der Aktuatoren günstig, da diese dann außerhalb der transparenten Sichtfläche angeordnet werden können und auch an die jeweiligen Aktuatoren angeschlossene Leitungen in verdeckter Anordnung, beispielsweise innerhalb eines Rahmens verlegt werden können.
Bei solchen plattenfδrmigen Elementen, wie dies Fens- terScheiben oder Scheiben von Fahrzeugen sind, werden diese üblicherweise in einer radial umlaufenden Einspannung gehalten. Die erfindungsgemäßen Aktuatoren können dann an verschiedenen Stellen eines äußeren Randes eines solchen plattenförmigen Elementes, also im Anschluss an die feste Einspannung oder an Festlager angeordnet sein und dort entsprechend ihre Kraft- oder Momenteneinwirkung in ein solches mechanisches Element einleiten.
In einem solchen Fall können an einem flächigen Element an den unterschiedlichen Orten auch mehrere Aktuatoren jeweils einzeln angesteuert und aktiviert werden, wobei dann die jeweils von außen auf ein solches flächiges Element wirkenden Kräfte bzw. Momente berücksichtigt werden können.
In vielen Fällen kann es aber auch vorteilhaft sein, unterschiedliche Aktuatoren einzusetzen, mit denen beispielsweise Kräfte bzw. Momente mit verschiedenen Amplituden und/oder Wirkrichtungen in ein solches mechanisches Element eingeleitet werden können.
Neben solchen flächigen Elementen können aber auch stabförmige Elemente, wie Hebelarme oder Teile von Hebelarmen in Verbindung mit der er indungsgemäßen
Lösung, als eingespannte mechanische Elemente einge- setzt werden. Dies können z.B. die Arme von Industrierobotern oder Messtaster sein, wie dies im einleitenden Teil der Beschreibung erwähnt worden ist.
Solche Hebelarme können üblicherweise gemeinsam mit ihrer Einspannung translatorisch bewegt oder auch gedreht werden. Bei solchen Bewegungen können die auf die mechanischen Elemente wirkenden wechselnden Beschleunigungen, die mittels der Aktuatoren kompen- siert, zumindest jedoch erheblich gedämpft werden, so dass solche mechanischen Elemente bei Erreichen einer Geschwindigkeit von „0" entweder gar nicht oder nur sehr stark gedämpft über einen sehr kurzen Zeitraum nachschwingen .
Dadurch kann beispielsweise die für die Durchführung eines Arbeitsschrittes oder Prozessschrittes erforderliche Zeit verkürzt werden.
Erfindungsgemäß einzusetzende Aktuatoren, insbesondere dann, wenn sie zwischen einem Festlager und einem Loslager einer Einspannung angeordnet sind, können mit dem jeweiligen mechanischen Element fest miteinander verbunden werden. Dabei kann die Verbindung stoff-, kraft- und/oder formschlüssig erfolgen. Geeignete Fügeverfahren sind beispielsweise Kleben, wobei dies möglichst vollflächig auf einer geeigneten Oberfläche des jeweiligen mechanischen Elementes erfolgen kann. Es ist aber auch eine Aufnahme von Aktu- atoren in eine entsprechend dimensionierte und gestaltete Oberflächenkontur allein oder zusätzlich zu einer stoffschlüssigen Verbindung denkbar.
Über eine solche entsprechende Oberflächenkontur kann weiter Einfluss auf die jeweilige Kraft- bzw. Momenteneinleitung in das jeweilige mechanische Element genommen werden, was auch auf die jeweilige Achslage und Achsrichtung zutrifft.
Für erfindungsgemäß einzusetzende Aktuatoren sind insbesondere Piezoelemente zu bevorzugen, da mit sehr kleinen Zeitkonstanten und sehr hoher Frequenz Kräfte und Momente aufgebracht werden und diese elektronisch günstig gesteuert werden können, wobei auch sehr hohe Kräfte und Momente erreichbar sind.
An Aktuatoren können aber auch andere geeignete Werkstoffe eingesetzt werden, deren Volumen oder Form von außen gezielt verändert werden kann.
Dies trifft beispielsweise auf geeignete magneto- oder elektro-striktive Keramiken, elektro- oder magnetorheologische Flüssigkeiten zu, die elektrisch oder magnetisch in ihren Eigenschaften beeinflusst werden können, so dass dadurch eine gezielte Beein- flussung von auf mechanische Elemente wirkende Kräfte und Momente erreichbar ist.
Insbesondere für Anwendungsfälle, bei denen es nicht auf sehr kleine Reaktionszeiten ankommt, sind aber auch Formgedächtnislegierungen geeignete Werkstoffe, die als Aktuator oder für Teilelemente von Aktuatoren eingesetzt werden können. Hierbei wird der Effekt ausgenutzt, dass bei einer so genannten „Sprungtemperatur" die Form bei Über- oder Unterschreiten eines solchen Aktuators von einem Zustand in einen zweiten Zustand wechselt, was für bestimmte Anwendungen ebenfalls vorteilhaft sein kann.
So sind beispielsweise Formgedächtnislegierungen, als „Nitinol" bezeichnet, bei denen Nickel und Titan die wesentlichen Legierungselemente darstellen, bekannt. Diese Legierung weist eine Sprungtemperatur bei ca . 37 °C auf, wobei die jeweilige Sprungtemperatur einer solchen Formgedächtnislegierung mittels der jeweiligen Legierungszusammensetzung auch in Grenzen verän- dert werden kann, so dass auch Sprungtemperaturen bei etwa 20 °C oder auch 25 °C möglich sind.
Wie bereits kurz angedeutet, kann die Erfindung besonders vorteilhaft dadurch weiter gebildet sein, in dem zumindest ein Sensor am Element, dem Festlager und/oder dem Loslager, also möglichst im Bereich der jeweiligen Einspannung angeordnet ist. Über einen solchen Sensor können Wege, Kräfte, Drücke, Beschleunigungen und/oder Schwingungen, die auf das jeweilige mechanische Element wirken, detektiert und als Messsignale beispielsweise an eine elektronische Steuerung übermittelt werden. Eine solche elektronische Steuerung kann dann den bzw. die Aktuator (en) ansteuern, so dass gezielt Einfluss auf die jeweiligen auf mit den Aktuatoren aufzubringenden Kräfte und Momente genommen werden kann. Dies betrifft sowohl die jeweilige Größe der Kräfte bzw. Momente an sich, aber auch bei dynamisch wechselnden auf mechanische Elemente wirkenden Belastungen ihr jeweils zeitliches Verhal- ten, also beispielsweise auch die jeweilige Frequenz.
Bei extern bewegten mechanischen Elementen, die translatorisch bewegt oder gedreht werden, kann beispielsweise eine sich ändernde Beschleunigung der je- weiligen Bewegung mit Hilfe eines Beschleunigungssensors erfasst werden. Da in der Regel die Massenträgheit solcher mechanischer Elemente bekannt ist, kann bei einer erfassten sich ändernden Beschleunigung der Bewegung, beispielsweise einem Abbremsvorgang, ein Aktuator zeitnah aktiviert werden, so dass einem
Nachschwingen des jeweiligen mechanischen Elementes nicht erst bei Erreichen einer Soll-Position eines bewegten mechanischen Elementes entgegen gewirkt werden kann, sondern Gegenmaßnahmen über aktivierte Aktuatoren bereits vorher ergriffen werden können.
Bei Frontscheiben von Fahrzeugen kann aber auch die jeweils ermittelte Fahrgeschwindigkeit eine Steuergröße für eine Aktivierung von Aktuatoren an einer solchen Frontscheibe darstellen. Dabei kann die Steu- erung von Aktuatoren an solchen Frontscheiben auch mit Unterstützung eines Beschleunigungssensors vorgenommen werden, so dass sich auch Veränderungen der Fahrgeschwindigkeit der jeweiligen Fahrzeuge schneller berücksichtigen lassen.
Nachfolgend soll die Erfindung beispielhaft näher erläutert werden.
Dabei zeigen:
Figur 1 in schematischer Form ein Beispiel einer Einspannung mit einem Aktuator, der zwischen einem Festlager und einem Loslager angeordnet ist,
Figur 2 ein Beispiel, bei dem ein Aktuator ein Loslager für eine Einspannung eines mechanischen Elementes bildet und
Figur 3 eine schematische Darstellung, eines Beispieles, bei dem wiederum ein Aktuator zwischen einem Festlager und einem Loslager einer Einspannung eines mechanischen Ele- mentes angeordnet ist.. Mit Figur 1 soll in schematischer Form ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Lösung verdeutlicht werden.
Dabei ist ein mechanisches Element 1, das beispiels- weise Stab- oder auch plattenförmig sein kann, mittels eines Festlagers 2 und eines Loslager 3, die in einem Abstand zueinander angeordnet sind, eingespannt gehalten.
Zwischen dem Festlager 2 und dem Loslager 3 ist auf einer Oberfläche ein Aktuator 4 fest mit dem mechanischen Element 1, beispielsweise durch eine Verklebung stoffschlüssig verbunden.
Der Aktuator 4 ist bei diesem Beispiel ein piezoelektrisches Element, das sich bei entsprechend angelegter elektrischer Spannung, wie mit den Pfeilen angedeutet, ausdehnen kann. Die jeweilige Längenausdehnung des piezoelektrischen Elementes ist dabei pro- portional zur jeweiligen elektrischen Spannung.
Durch die Längenausdehnung/-Veränderungen können gezielt Momente in das mechanische Element 1 eingeleitet werden, die zu einer Vorspannung des mechanischen Elementes 1 und gegebenenfalls auch zu einer Deformation führen können.
Eine Deformation führt dabei auch dazu, dass sich die Abstände von Festlager 2 und Loslager 3 in Grenzen verändern, wodurch auch ein gezielter Einfluss auf die von Festlager 2 und Loslager 3 aufnehmbaren Kräfte und Momente erreicht werden kann. Durch eine solche Deformation können die Übergangsbedingungen ausgehend von der Einspannung durch veränderte Krüm- mung/Neigung beeinflusst werden. Dabei kann, wie mit dem vertikal nach oben ausgerichteten Pfeil angedeutet, auf das mechanische Element 1 wirkende Kräfte kompensiert, zumindest diesen jedoch entgegengewirkt werden, so dass durch entsprechende Ansteuerung und Aktivierung des Aktuators 4 eine Form-, Lage- und Schwingungsbeeinflussung für ein entsprechendes mechanisches Element 1 möglich ist.
Mit dem in Figur 2 gezeigten Beispiel soll eine ande- re Alternative verdeutlicht werden.
Auch hier bilden ein Festlager 2 und ein Loslager 3 die Einspannung eines mechanischen Elementes 1, wobei das Loslager 3 gleichzeitig den Aktuator 4 darstellt. Dieser kann wiederum ein piezoelektrisches Element sein, das durch angelegte elektrische Spannung seine Länge verändert und durch die Längenveränderung eine Kraft, wie mit dem Doppelpfeil angedeutet, auf das mechanische Element 1 parallel zu einer Kraft, die schematisch mit dem rechts und vertikal nach oben ausgerichteten Pfeil angedeutete auf ein mechanisches Element 1 von außen wirkende Kraft ausgeübt wird.
Eine Längenänderung des piezoelektrischen Elementes, als Aktuator 4, führt zu einer gezielten Krafteinleitung auf das mechanische Element 1 und demzufolge verändern sich die gesamten Kräfteverhältnisse des mechanischen Systems. Auch hier können die Übergangsbedingungen (Neigung/Krümmung) von der Einspannung ausgehend zum nicht fixierten Bereich des mechanischen Elementes 1 beeinflusst werden.
So lassen sich Verformungen des mechanischen Elementes 1 durch von außen auf dieses einwirkende Kräfte bzw. auch Momente durch die Krafteinkopplung im Bereich des Loslagers 2 durch den Aktuator 4 kompensie- ren bzw. kann diesem zumindest entgegengewirkt werden, so dass ein gezielter Form-, Lage- und Schwin- gungseinfluss genommen werden kann.
Das in Figur 3 gezeigte Beispiel weist wieder einen Aktuator 4 auf, der zwischen dem Festlager 2 und dem Loslager 3 angeordnet ist und am mechanischen Element 1 angreift, auf.
Im Gegensatz zum Beispiel nach Figur 1 kann durch eine Längenveränderung, wie mit dem Doppelpfeil am Aktuator 4 angedeutet, eine entsprechende Druckkraft und gegebenenfalls aber auch eine Zugkraft in Normal- kraftrichtung wirkend, aufgebracht werden, wobei in diesem Bereich auf das mechanische Element 1 über den Aktuator 4 ausgeübte Druckkräfte entgegengesetzt zu beispielsweise in vertikaler Richtung von unten nach oben auf ein mechanisches Element 1 wirkenden Kräften, wie mit dem rechts angeordneten Fall angedeutet, entgegengewirkt werden kann.
Selbstverständlich können bei allen in den Figuren 1 bis 3 gezeigten Beispielen auch sich zeitlich verändernde Kräfte und Momente über die Aktuatoren 4 aus- geübt werden, die entsprechende Wechselbeanspruchungen auf das mechanische Element berücksichtigen können.

Claims

Patentansprüche
1. Einspannung in der ein mechanisches Element gehalten ist, dabei an der Einspannung mindes- tens ein zur Einleitung von Kräften und/oder Momenten in das Element (1) geeigneter Aktuator (4) angeordnet ist oder einen Teil der Einspannung bildet .
2. Einspannung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspannung aus mindestens zwei Lagern gebildet ist.
3. Einspannung nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, dass die Einspannung aus einem Festlager (2) und einem Loslager (3) ge- bildet ist.
4. Einspannung nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (4) ein Lager der Einspannung bildet.
5. Einspannung nach Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (4) ein Loslager der Einspannung bildet .
6. Einspannung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (4) zwischen dem Festlager (2) und dem Los- lager (3) angeordnet ist und dort am Element (1) angreift .
7. Einspannung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspannung als feste Einspannung ausgebildet ist.
8. Einspannung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ele- ment (1) ein Hebelarm, ein Teil eines Hebelarmes oder als flächiges Element ausgebildet ist.
9. Einspannung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Aktuatoren (4) mit unterschiedlicher Wirkrichtung am Element (1) angreifen.
10. Einspannung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen Aktuator (4) und einer festen Einspannung oder einem festen Lager (2 oder 3) veränderbar ist .
11. Einspannung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Aktuator (4) als Piezoelement aus- gebildet ist.
12. Einspannung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am/an Ak- tuaror(en) (4) eine elektrostriktive oder magne- tostriktive Keramik, eine elektro- oder magne- torheologische Flüssigkeit vorhanden ist.
13. Einspannung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Aktuator (4) aus einer Formgedächtnislegierung besteht oder ein Teilelement aus einem Formge- dächtnislegierung vorhanden ist.
14. Einspannung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Aktuator (4) zwischen dem Festlager (2) und dem Loslager (3) stoff-, kraft- und/oder formschlüssig mit dem Element (1) verbunden ist.
15. Einspannung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Element (1) eine planar oder zumindest bereichsweise gewölbte Scheibe ist .
16. Einspannung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Aktuator (4) am äußeren Rand des Elementes (1) im An- schluss an ein Festlager (2) angeordnet ist.
17. Einspannung nach einem der vorhergehenden An- Sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Element (1) , dem Festlager (2) und/oder dem Loslager (3) mindestens ein Sensor angeordnet ist.
18. Einspannung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor ein Weg-, Kraft-, Druck-, Beschleunigungs- und/oder ein Schwingungssensor ist.
19. Einspannung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Aktuator (4) und/oder Sensor an ei- ne elektronische Steuerung angeschlossen sind.
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