NL1039961C2

NL1039961C2 - ACTUATOR.

Info

Publication number: NL1039961C2
Application number: NL1039961A
Authority: NL
Inventors: Bernard Jozef Reits
Original assignee: Bernard Jozef Reits
Priority date: 2012-11-14
Filing date: 2012-12-18
Publication date: 2014-05-15
Also published as: WO2014077675A1

Abstract

The invention relates to an actuator (1), comprising a gas tight chamber (8) provided with expansion means (2) and having highly reflecting inner walls. The chamber (8) is filled with a gas and with carbon fibres (6). Light generating means (10) are provided, the light of which may enter the chamber (8) via a window (9), for heating the carbon fibres (6) and therewith the gas in the chamber (8), for generating a force and/or a movement by expanding the expansion means (2).

Description

ActuatorActuator

De uitvinding heeft betrekking op een actuator, omvattende een verplaatsbaar orgaan en instelmiddelen voor het 5 verplaatsen van dit orgaan.The invention relates to an actuator, comprising a displaceable member and adjusting means for displacing this member.

Bij een bekende actuator worden de instelmiddelen doorgaans gevormd door een elektromagneet die een metalen orgaan al dan niet kan aantrekken. Het bezwaar van de bekende 10 actuator is dat hij zwaar en duur is en een beperkte levensduur heeft.In a known actuator, the adjusting means are usually formed by an electromagnet which may or may not attract a metal member. The drawback of the known actuator is that it is heavy and expensive and has a limited lifespan.

De actuator volgens de uitvinding komt aan deze bezwaren tegemoet en heeft als kenmerk, dat de instelmiddelen een 15 met een gas gevulde kamer omvatten en lichtmiddelen voor het verhitten van het gas in de kamer, alsmede een met de kamer in verbinding staand uitzetorgaan, zoals een balg, zuiger of membraan. Als het gas wordt verhit dan zal tenminste een deel van het uitzetorgaan gaan bewegen, welk 20 deel dan het feitelijke orgaan vormt.The actuator according to the invention obviates these drawbacks and is characterized in that the adjusting means comprise a gas-filled chamber and light means for heating the gas in the chamber, as well as an expansion member communicating with the chamber, such as a bellows, piston or membrane. When the gas is heated, at least a part of the expansion member will start to move, which part then forms the actual member.

Een gunstige uitvoeringsvorm heeft als kenmerk, dat de lichtmiddelen tenminste een led omvatten. Een led heeft voor de hand liggende voordelen zoals een lange levensduur 25 en een hoog rendement, maar een verder belangrijk voordeel is dat een led in een gedrukte schakeling kan worden opgenomen, zodat de actuator eenvoudig en goedkoop kan worden vervaardigd en desgewenst kan worden geïntegreerd in een elektrisch circuit.A favorable embodiment is characterized in that the lighting means comprise at least one LED. A LED has obvious advantages such as a long service life and a high efficiency, but a further important advantage is that a LED can be incorporated in a printed circuit, so that the actuator can be manufactured simply and cheaply and, if desired, integrated into an electrical circuit.

3030

Een verdere gunstige uitvoeringsvorm heeft als kenmerk, dat een binnenwand van de kamer is voorzien van reflectie-middelen, voor het reflecteren van door de tenminste een led uitgezonden licht. Het door de tenminste een led 35 uitgezonden licht zal dan vrijwel uitsluitend worden benut voor het verwarmen van het gas.A further favorable embodiment is characterized in that an inner wall of the chamber is provided with reflection means for reflecting light emitted by the at least one LED. The light emitted by the at least one LED 35 will then be used almost exclusively for heating the gas.

1039961 21039961 2

Een verdere gunstige uitvoeringsvorm heeft als kenmerk, dat de kamer absorptiemiddelen in de vorm van een vulling uit draden of vezels omvat, voor het absorberen van door de tenminste een led uitgezonden licht. Het is dan niet nodig 5 een gas te gebruiken dat de straling van de led absorbeert. In plaats daarvan kan bijvoorbeeld waterstof of helium worden gebruikt, waardoor een warmteoverdracht van de draden of vezels naar het gas wordt geoptimaliseerd.A further favorable embodiment is characterized in that the chamber comprises absorption means in the form of a filling of threads or fibers, for absorbing light emitted by the at least one LED. It is then not necessary to use a gas that absorbs the radiation from the LED. For example, hydrogen or helium may be used instead, thereby optimizing heat transfer from the wires or fibers to the gas.

10 Een verdere gunstige uitvoeringsvorm heeft als kenmerk, dat de absorptiemiddelen koolstofvezels omvatten. Koolstof-vezels hebben een dikte van ongeveer 5-10 micrometer, waardoor ze zeer snel warmte kunnen afstaan aan het omringende gas.A further favorable embodiment is characterized in that the absorbents comprise carbon fibers. Carbon fibers have a thickness of approximately 5-10 microns, which means they can release heat to the surrounding gas very quickly.

1515

Een verdere gunstige uitvoeringsvorm waarbij de productiekosten laag kunnen zijn heeft als kenmerk, dat de kamer naast de koolstofvezels althans in hoofdzaak met lucht is gevuld.A further favorable embodiment in which the production costs can be low is characterized in that the chamber next to the carbon fibers is at least substantially filled with air.

2020

Een verdere gunstige uitvoeringsvorm heeft als kenmerk, dat de kamer en/of het uitzetorgaan is voorzien van een opening via welke in de kamer aanwezige lucht kan wegstromen of omgevingslucht kan toestromen. Het voordeel is dat de 25 temperatuur en de luchtdruk van de omgevingslucht dan niet van invloed zijn op de positie van het orgaan. Daarbij kan de opening zodanig klein worden gekozen dat de werking van de actuator nagenoeg niet wordt beïnvloed.A further favorable embodiment is characterized in that the chamber and / or the expansion member is provided with an opening through which air present in the chamber can flow away or ambient air can flow in. The advantage is that the temperature and the air pressure of the ambient air then do not influence the position of the device. The aperture can thereby be chosen so small that the operation of the actuator is practically not affected.

30 Een verdere gunstige uitvoeringsvorm waarmee bij een geactiveerde actuator de druk in de balg eenvoudig kan worden vergroot heeft als kenmerk, dat het uitzetorgaan tenminste een balg omvat en dat de tenminste een balg is voorzien van een opvulorgaan.A further favorable embodiment with which the pressure in the bellows can simply be increased with an activated actuator has the feature that the expansion member comprises at least one bellows and that the at least one bellows is provided with a filling member.

3535

De uitvinding heeft tevens betrekking op een drager voor 3 een gedrukte elektrische schakeling, voorzien van een kamer zoals die in de voorgaande paragrafen is omschreven.The invention also relates to a carrier for a printed electrical circuit, provided with a chamber as described in the preceding paragraphs.

De uitvinding heeft tevens betrekking op een inrichting 5 voorzien van een actuator zoals die in de voorgaande paragrafen is omschreven.The invention also relates to a device 5 provided with an actuator as described in the preceding paragraphs.

De uitvinding zal nu nader worden toegelicht aan de hand van de volgende figuren, waarbij: 10The invention will now be further elucidated with reference to the following figures, wherein:

Fig. IA schematisch een mogelijke uitvoeringsvorm van een actuator volgens de uitvinding in niet-bekrachtigde toestand weergeeft;FIG. 1A schematically represents a possible embodiment of an actuator according to the invention in the non-energized state;

Fig. 1B schematisch deze uitvoeringsvorm in bekrachtigde 15 toestand weergeeft;FIG. 1B schematically represents this embodiment in an energized state;

Fig. 1C schematisch in dwarsdoorsnede een alternatieve uitvoeringsvorm van een actuator volgens de uitvinding weergeeft;FIG. 1C schematically represents an alternative embodiment of an actuator according to the invention in cross-section;

Fig. 1D schematisch in dwarsdoorsnede een verdere 20 alternatieve uitvoeringsvorm van een actuator volgens de uitvinding weergeeft;FIG. 1D schematically represents a further alternative embodiment of an actuator according to the invention in cross-section;

Fig. 2A schematisch een mogelijke uitvoeringsvorm van een actuator met een separate absorptiekamer weergeeft; 25 Fig. 2B schematisch in dwarsdoorsnede een uitvoeringsvorm met een separate absorptiekamer en een vullichaam weergeeft;FIG. 2A schematically represents a possible embodiment of an actuator with a separate absorption chamber; FIG. 2B schematically represents an embodiment with a separate absorption chamber and a filling body in cross-section;

Fig. 3A schematisch in doorsnede een absorptiekamer met twee daarop aangesloten balgen weergeeft; 30 Fig. 3B schematisch in doorsnede een absorptiekamer met een daarop aangesloten zuiger en een cilinder weergeeft;FIG. 3A schematically represents an absorption chamber with two bellows connected thereto in section; FIG. 3B schematically represents an absorption chamber with a piston and a cylinder connected thereto in cross section;

Fig. 3C schematisch een absorptiekamer met een daarop bevestigd membraan weergeeft.FIG. 3C schematically represents an absorption chamber with a membrane mounted thereon.

35 435 4

Fig. IA geeft schematisch een mogelijke uitvoeringsvorm van een actuator 1 volgens de uitvinding in niet-bekrachtigde toestand weer. Actuator 1 bestaat hier uit een metalen balg 2, aan het bovenste uiteinde afgesloten met een metalen 5 deksel 3 en aan het onderste uiteinde afgesloten met een bodemplaat 4 die bijvoorbeeld wordt gevormd door een printplaat waarop een led 5 is gemonteerd die via een op de printplaat aanwezige, verder niet getoonde gedrukte schakeling kan worden aangestuurd. De ruimte gevormd door 10 balg 2, deksel 3 en bodemplaat 4 is gevuld met een gas met een bekend absorptiespectrum, bijvoorbeeld kooldioxide. Led 5 is zodanig gekozen dat het uitgezonden licht door tenminste één spectraallijn of absorptieband van het absorptiespectrum wordt geabsorbeerd, bijvoorbeeld de 4,26 15 micron absorptieband. Verder zijn de binnenzijden van balg 2, deksel 3 en bodemplaat 4 bij voorkeur gepolijst, zodat ze de door led 5 uitgezonden straling vrijwel volledig reflecteren. Als led 5 wordt ingeschakeld dan wordt het door balg 2, deksel 3 en bodemplaat 4 omvatte volume gas 20 verhit en zet uit, waardoor actuator 1 langer wordt, zoals getoond in Fig. 1B. Het gedrag van actuator kan eenvoudig worden berekend uitgaande van het door led 5 uitgezonden vermogen, de soortelijke warmte van het gas, de wet van boyle-gay-lussac en de stijfheid van balg 2.FIG. 1A schematically shows a possible embodiment of an actuator 1 according to the invention in the non-energized state. Here, actuator 1 consists of a metal bellows 2, closed at the upper end with a metal cover 3 and closed at the lower end with a bottom plate 4 which is formed, for example, by a printed circuit board on which an LED 5 is mounted via a present, otherwise not shown, printed circuit can be controlled. The space formed by bellows 2, cover 3 and base plate 4 is filled with a gas with a known absorption spectrum, for example carbon dioxide. Led 5 is selected such that the emitted light is absorbed by at least one spectral line or absorption band of the absorption spectrum, for example the 4.26 micron absorption band. Furthermore, the inner sides of bellows 2, cover 3 and base plate 4 are preferably polished, so that they almost completely reflect the radiation emitted by LED 5. When LED 5 is switched on, the volume of gas 20 contained by bellows 2, cover 3 and base plate 4 is heated and expands, whereby actuator 1 becomes longer, as shown in FIG. 1B. The behavior of the actuator can be easily calculated on the basis of the power emitted by LED 5, the specific heat of the gas, the law of boyle-gay-lussac and the stiffness of bellows 2.

2525

Fig. 1C geeft schematisch in dwarsdoorsnede een alternatieve uitvoeringsvorm van een actuator volgens de uitvinding weer, waarbij balg 2 is gevuld met draden of vezels 6, bijvoorbeeld koolstofvezels, die door de straling 30 van led 5 worden verhit en hun warmte afdragen aan het omringende gas.FIG. 1C schematically shows an alternative embodiment of an actuator according to the invention in cross-section, in which bellows 2 is filled with wires or fibers 6, for example carbon fibers, which are heated by the radiation 30 from LED 5 and transfer their heat to the surrounding gas.

Fig. 1D geeft schematisch in dwarsdoorsnede een verdere alternatieve uitvoeringsvorm van een actuator volgens de 35 uitvinding weer, waarbij balg 2 aan de binnenzijde, is voorzien van een reflecterende laag 7, bijvoorbeeld 5 bestaande uit kunststof waarop een laagje metaal is aangebracht. Het is dan mogelijk om balg 2 bijvoorbeeld uit kunststof te vervaardigen, bijvoorbeeld met behulp van een 3-dimensionale printer, waarbij balg 2 direct op 5 bijvoorbeeld een drager voor een gedrukte elektrische schakeling kan worden gelijmd of geprint.FIG. 1D schematically shows a further alternative embodiment of an actuator according to the invention in cross-section, in which bellows 2 is provided on the inside with a reflective layer 7, for example 5 consisting of plastic on which a layer of metal is applied. It is then possible to manufacture bellows 2, for example, from plastic, for example with the aid of a 3-dimensional printer, wherein bellows 2 can be glued or printed directly onto, for example, a carrier for a printed electrical circuit.

Fig. 2A geeft schematisch een mogelijke uitvoeringsvorm van een actuator 1 voorzien van een separate absorptiekamer 8 10 weer. Absorptiekamer 8 is vervaardigd uit kunststof en is voorzien van een reflecterende laag 7 en een aantal led's 5 waarmee een vulling 6 uit draden of vezels kan worden verhit. Het in absorptiekamer 8 aanwezige gas wordt verhit, waarbij via een opening 9 gas in balg 2 stroomt, zodat de 15 lengte van balg 2 toeneemt.FIG. 2A schematically shows a possible embodiment of an actuator 1 provided with a separate absorption chamber 8. Absorption chamber 8 is made of plastic and is provided with a reflective layer 7 and a number of LEDs 5 with which a filling 6 from wires or fibers can be heated. The gas present in absorption chamber 8 is heated, gas flowing through an opening 9 into bellows 2, so that the length of bellows 2 increases.

Fig. 2B geeft schematisch in dwarsdoorsnede een verdere uitvoeringsvorm weer, waarbij een uit metaal vervaardigde absorptiekamer 8 op een bodemplaat 4 is gelijmd en waarbij 20 in balg 2 een vullichaam 10 is opgenomen dat op de bovenzijde van absorptiekamer 8 is gelijmd en dat is vervaardigd uit een kunststof schuim met een gesloten celstructuur. Bij het inschakelen van led's 5 zal het via opening 9 binnenstromende gas een grotere respons van balg 25 2 bewerkstelligen. Een belangrijk bijkomend voordeel is dat vullichaam 10 balg 2 beschermt, doordat het een zijwaartse steun biedt.FIG. 2B schematically shows a further embodiment in cross-section, in which an absorption chamber 8 made of metal is glued to a bottom plate 4 and in which bellows 2 accommodates a filling body 10 which is glued to the upper side of absorption chamber 8 and which is made of a plastic foam with a closed cell structure. When LEDs 5 are switched on, the gas entering via opening 9 will cause a greater response from bellows 2. An important additional advantage is that the filling body 10 protects bellows 2 in that it provides a lateral support.

Fig. 3A geeft schematisch in doorsnede een absorptiekamer 8 30 weer, met twee daarop aangesloten balgen 2a,2b. Bij het inschakelen van led's 5 zal het via een leiding 11 binnenstromende gas in beide balgen 2a,2b een respons bewerkstelligen, waarbij balgen 2a,2b bijvoorbeeld twee schoten van een slot in een deur drukken of twee helften 35 van een schijfrem bedienen. In de hier getoonde uitvoeringsvorm is absorptiekamer 8 voorzien van een kleine 6 opening 12, zodat de lengte van balgen 2a,2b niet wordt beïnvloed door de omgevingstemperatuur of de omgevingsdruk.FIG. 3A schematically represents an absorption chamber 8 in cross section, with two bellows 2a, 2b connected thereto. When LEDs 5 are switched on, the gas entering via a conduit 11 will cause a response in both bellows 2a, 2b, whereby bellows 2a, 2b press for instance two shots of a lock in a door or operate two halves 35 of a disc brake. In the embodiment shown here, absorption chamber 8 is provided with a small 6 opening 12, so that the length of bellows 2a, 2b is not influenced by the ambient temperature or the ambient pressure.

Fig. 3B geeft schematisch in doorsnede een absorptiekamer 8 5 met een daarop aangesloten zuiger 13 en een cilinder 14 weer. De afdichting van zuiger 13 is niet perfect, waardoor zuiger 13 zich in een rusttoestand in de weergegeven positie zal bevinden. Bij het inschakelen van led's 5 zal het via opening 9 binnenstromende gas zuiger 13 naar boven 10 drijven. Bij het uitschakelen van led's 5 zal zuiger 13 langzaam naar de rusttoestand terugkeren.FIG. 3B schematically represents an absorption chamber 8 with a piston 13 connected thereto and a cylinder 14 in cross section. The seal of piston 13 is not perfect, as a result of which piston 13 will be in a position of rest in the position shown. When LEDs 5 are switched on, the gas piston 13 entering via opening 9 will float upwards. When the LEDs 5 are switched off, the piston 13 will slowly return to the rest position.

Fig. 3C geeft schematisch een absorptiekamer 8 met een daarop gelast of gelijmd membraan 15 weer. Bij het 15 inschakelen van led's 5 zal membraan 15 bol gaan staan en een druk uitoefenen op een daarboven gemonteerd object, bijvoorbeeld een remblok. Die druk kan gehandhaafd worden door led's 5 periodiek kort in te schakelen om het warmteverlies via de wanden van absorptiekamer 8 en via 20 membraan 15 te compenseren.FIG. 3C schematically represents an absorption chamber 8 with a membrane 15 welded or glued thereon. When LEDs 5 are switched on, membrane 15 will bulge and exert a pressure on an object mounted above it, for example a brake block. That pressure can be maintained by periodically briefly switching on the LEDs 5 to compensate for the heat loss via the walls of absorption chamber 8 and via membrane 15.

103 9 9 6 1103 9 9 6 1

Claims

1. Actuator, comprising a displaceable member and adjusting means for displacing said member, characterized in that the adjusting means comprise a chamber filled with a gas and light means for heating the gas in the chamber, as well as a chamber with the chamber. expanded expansion joint, such as a bellows, piston or membrane.

Actuator according to claim 1, characterized in that the light means comprise at least one LED.

3. Actuator according to claim 2, characterized in that an inner wall of the chamber is provided with reflection means for reflecting light emitted by the at least one LED.

4. Actuator as claimed in claim 3, characterized in that the chamber comprises absorption means in the form of a filling of wires or fibers, for absorbing light emitted by the at least one LED.

5. Actuator according to claim 4, characterized in that the absorbers comprise carbon fibers. 25

Actuator according to one of the preceding claims, characterized in that the chamber is at least substantially filled with air.

7. Actuator as claimed in claim 6, characterized in that the chamber and / or the expansion element is provided with an opening through which air present in the chamber can flow away or ambient air can flow in.

8. Actuator according to one of the preceding claims, characterized in that the expansion member comprises at least one bellows and that the at least one bellows is provided with a filling member.

9. Carrier for a printed electrical circuit, provided with a chamber according to any one of the preceding claims.

Device provided with an actuator according to any one of claims 1 to. 8. 10 1039961