EP4544182A1

EP4544182A1 - Aktuatorsystem mit bremseinheit

Info

Publication number: EP4544182A1
Application number: EP23745060.6A
Authority: EP
Inventors: Miguel CALLEJAS; Paul KOPIETZ; Sebastian WEHRENFENNIG
Original assignee: Ingpuls Smart Shadings GmbH
Current assignee: Ingpuls Smart Shadings GmbH
Priority date: 2022-06-21
Filing date: 2023-06-19
Publication date: 2025-04-30
Also published as: WO2023246982A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Äktuatorsystem (1) umfassend ein erstes Stellelement (2.1, 2.2) und ein zweites Stellelement (3.1, 3.2), wobei die Stellelemente (2.1, 2.2, 3.1, 3.2) aus einer Formgedächtnislegierung hergestellt und zur Ausführung einer Längenkontraktion jeweils einzeln mit elektrischer Energie beaufschlagbar sind, wobei die Stellelemente (2.1, 2.2, 3.1, 3.2) jeweils ein fest gelagertes erstes Ende und ein translatorisch beweglich gelagertes zweites Ende aufweisen, weiter umfassend einen zwischen den zweiten Enden der Stellelemente (2.1, 2.2, 3.1, 3.2) angeordneten Läufer (4), wobei der Läufer (4) translatorisch in entgegengesetzte Stellrichtungen (S1, S2) verstellbar ist, indem die Stellelemente (2.1, 2.2, 3.1, 3.2) so angeordnet sind, dass bei deren Längenkontraktion auf den Läufer (4) wirkende Zugkräfte einander entgegengerichtet sind, wobei weiter zwischen den zweiten Enden der Stellelemente (2.1, 2.2, 3.1, 3.2) eine mit dem Läufer (4) entlang der Stellrichtungen (S1, S2) verfahrbare Bremseinheit (5, 6) umfasst ist und die Bremseinheit (5, 6) ausgebildet ist, eine Stellbewegung des Aktuatorsystems (1) bei einer Unterbrechung der elektrischen Energie in wenigstens einem der Stellelemente (2.1, 2.2, 3.1, 3.2) zu bremsen.

Description

Aktuatorsystem mit Bremseinheit

Die Erfindung betrifft ein Aktuatorsystem umfassend ein erstes Stellelement und ein zweites Stellelement, wobei die Stellelemente aus einer Formgedächtnislegierung hergestellt und zur Ausführung einer Längenkontraktion jeweils einzeln mit elektrischer Energie beaufschlagbar sind. Die Stellelemente weisen jeweils ein fest gelagertes erstes Ende und ein translatorisch beweglich gelagertes zweites Ende auf. Zwischen den beweglichen zweiten Enden der Stellelemente ist ein Läufer angeordnet, der translatorisch in entgegengesetzte Stellrichtungen verstellbar ist.

Es sind Aktuatorsysteme mit Stellelementen aus einer Formgedächtnislegierung (FGL) bekannt. Formgedächtnislegierungen sind in der Lage, ihre Form in Abhängigkeit von der Temperatur zu ändern. Bei einer Erwärmung auf eine Temperatur oberhalb einer Umwandlungstemperatur, beginnt eine Phasenumwandlung der Formgedächtnislegierung und diese geht aus einer besser verformbaren Kaltphase (Martensit) über in eine steifere Warmphase (Austenit). Ein längserstrecktes Stellelement aus einer Formgedächtnislegierung erfährt hierbei unter Aufbringung einer Zugkraft eine Längenkontraktion. Die aufgebrachte Zugkraft lässt sich in einem Aktuatorsystem als eine Stellkraft, die ausgeübte Längenkontraktion für eine Stellbewegung verwenden.

Die für die Form- beziehungsweise Phasenumwandlung des Stellelements erforderliche thermische Energie beziehungsweise Wärme kann durch elektrische Energie bereitgestellt werden. Das Stellelement wird hierfür mit elektrischem Strom beaufschlagt, wobei das Stellelement gemäß dem ersten Jouleschen Gesetz aufgrund seines inneren elektrischen Widerstands eine Temperaturzunahme erfährt. Die Temperaturzunahme korreliert hierbei mit der zugeführten elektrischen Energie. Bei Wegnahme des elektrischen Stromflusses kühlt sich das Stellelement in der Regel durch eine Wärmeabgabe an die Umgebung wieder ab, wobei das Stellelement ohne äußere Zugkräfte seine längenkontrahierte Form, die es bei der elektrischen Erwärmung oberhalb der Umwandlungstemperatur angenommen hat, beibehält.

Weiter sind Aktuatorsysteme der vorgenannten Art bekannt, bei denen an ein Stellelement aus einer Formgedächtnislegierung ein Rückstellelement, beispielsweise eine Rückstellfeder oder aber auch ein weiteres Stellelement aus einer Formgedächtnislegierung, angelegt ist. Das Rückstellelement bringt eine Rückstellkraft auf, die kleiner ist als die bei der Längenkontraktion aufgebrachte Zugkraft des Stellelements und die dazu führt, dass das Stellelement beim Abkühlen unterhalb der Umwandlungstemperatur wieder in seine ursprüngliche (längenrelaxierte) Form vor der Längenkontraktion zurückgebracht beziehungsweise zurückgezogen wird. Diese temperaturinduzierte Formänderung des Stellelements ist wiederholbar und kann insofern in Aktuatorsystemen für reversible Stellbewegungen verwendet werden. Die Verwendung eines weiteren Stellelements aus einer Formgedächtnislegierung als Rückstellelement in dem Aktuatorsystem ermöglicht zudem eine reziproke, das heißt in zwei einander entgegengesetzte Stellrichtungen ausführbare Stellbewegung. Die Stellelemente sind dabei jeweils wechselseitig beziehungsweise einzeln bestrombar und zueinander in Bezug auf die bei der Längenkontraktion erzeugten Zugkräfte entgegengerichtet angeordnet, wodurch wahlweise eine Stellbewegung in eine erste Stellrichtung oder in eine entgegengesetzte zweite Stellrichtung ausführbar ist.

Damit diese bekannten Aktuatorsysteme eine definierte Stellposition anfahren und halten können, muss das Stellelement zur Ausführung beziehungsweise Aufrechterhaltung seiner Längenkontraktion jedoch dauerhaft ausreichend elektrischer Strom beziehungsweise Wärme zugeführt werden. Bei einer Unterbrechung beziehungsweise Wegnahme des elektrischen Stroms kühlt sich das Stellelement durch die Wärmeübertragung mit der Umgebung rasch ab und wird von dem entgegenwirkenden weiteren Stellelement beziehungsweise Rückstellelement wieder in seine ursprüngliche, gestreckte Form zurückgezogen. Diese für das Anfahren und Verweilen bei einer definierten Stellposition erforderliche Dauerbestromung der Stellelemente führt jedoch neben einem vergrößerten Stromverbrauch zu einer hohen Beanspruchung und damit reduzierten Lebensdauer der Stellelemente.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Aktuatorsystem mit Stellelementen aus einer Formgedächtnislegierung anzugeben.

Zur Lösung der Aufgabe weist die Erfindung die Merkmale des Patentanspruchs 1 auf. Demzufolge ist der Läufer des erfindungsgemäßen Aktuatorsystems translatorisch in entgegengesetzte Stellrichtungen verstellbar, indem die Stellelemente so angeordnet sind, dass bei deren Längenkontraktion auf den Läufer wirkende Zugkräfte einander entgegengerichtet sind. Weiter umfasst das Aktuatorsystem eine zwischen den zweiten Enden der Stellelemente angeordnete und mit dem Läufer entlang der Stellrichtungen verfahrbare Bremseinheit die ausgebildet ist, eine Stellbewegung des Aktuatorsystems bei einer Unterbrechung der elektrischen Energie in wenigstens einem der Stellelemente zu bremsen beziehungsweise zu blockieren.

Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, dass das Aktuatorsystem innerhalb eines definierten Stellbereichs eine reziproke translatorische Stellbewegung in entgegengesetzte Stellrichtungen mit einer definierten Stellkraft (Zugkraft) und mit einem definierten Stellhub ausführen kann. Der Läufer kann insofern innerhalb des Stellbereichs beliebige Stellpositionen anfahren und an diesen Stellpositionen gehalten werden beziehungsweise verweilen. Vorteilhaft ist die Bremseinheit bei einer Stromunterbrechung beziehungsweise Stromwegnahme, zum Beispiel bei einem Stromausfall, selbstbremsend ausgebildet. Eine ungewollte Rückstellung des Läufers infolge einer Abkühlung des zuvor bestromten, längenkontrahierenden Stellelements ist dadurch verhindert. Es kann insofern eine definierte Stellposition des Läufers angefahren und gehalten werden, ohne dass hierfür eine Dauerbestromung des Stellelements erforderlich ist. Das erfindungsgemäße Aktuatorsystem arbeitet demzufolge energieeffizienter beziehungsweise stromsparender. Die Bremseinheit kann je nach Dimensionierung beziehungsweise Abstimmung ihrer Komponenten ähnlich einer Reibkupplung die Stellbewegung bremsen oder diese sogar vollständig blockieren.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Bremseinheit wenigstens einen verschwenkbaren Bremshebel auf, der aus einer Freigabestellung in eine Bremsstellung und zurück verbringbar ist und welcher in der Bremsstellung unter Aufbringung einer Bremskraft an eine Reibfläche angedrückt ist.

Die Reibfläche ist dabei vorzugsweise von einem Gehäuse bereitgestellt. In das Gehäuse können die weiteren Komponenten des Aktuatorsystems aufgenommen sein. Das Gehäuse kann als ein Bestandteil des erfindungsgemäßen Aktuatorsystems ausgebildet sein.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist die Bremseinheit zur Aufbringung der Bremskraft ein an dem Bremshebel anliegendes Kraftmittel, vorzugsweise eine Vorspannfeder, auf. Eine Vorspannfeder stellt ein besonders einfaches und kostengünstiges Kraftmittel mit einer definierten Federkennlinie dar, welches den Bremshebel selbstständig autonom, das heißt ohne ein externes Stellsignal oder Hilfsenergie in der Bremsstellung halten kann.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist die Bremseinheit wenigstens ein elektrisch leitendes Bremsstellelement aus einer Formgedächtnislegierung auf. Das Bremsstellelement ist zur Ausführung einer dem Kraftmittel entgegenwirkenden und den Bremshebel in die Freigabestellung verbringenden Längenkontraktion mit elektrischer Energie beaufschlagbar. Bei Bestromung führt das Bremsstellelement analog zu den Stellelementen eine Längenkontraktion unter Aufbringung einer Zugkraft durch, die größer ist als eine Druckkraft des Kraftmittels und ebendieser entgegenwirkt.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist die Bremseinheit zwei parallel angeordnete und zueinander elektrisch in Reihe geschaltete Bremsstellelemente auf. Diese Anordnung ermöglicht die Aufbringung einer großen Bremskraft auf geringem Raum, wodurch die Bremseinheit kompakt ausgeführt werden kann. Zudem können die Bremsstellelemente hierdurch auf einfache Weise als Stromleiter verwendet werden. Vorzugsweise weist die Bremseinheit zwei zangenförmig beziehungsweise gegenläufig synchron verschwenkbare Bremshebel auf. Bevorzugt ist dabei einem ersten Bremshebel ein erstes Bremsstellelement und einem zweiten Bremshebel ein zweites Bremsstellelement zugeordnet.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist das Bremsstellelement mit dem ersten Stellelement beziehungsweise mit dem zweiten Stellelement elektrisch kontaktiert. Demzufolge kann eine Freigabe der Stellbewegung beziehungsweise eine Aufhebung der Bremsfunktion der Bremseinheit unmittelbar über den elektrischen Betriebsstrom der Stellelemente erfolgen. Der Betriebsstrom der Stellelemente stellt demzufolge bei Bedarf sowohl ein Freigabesignal zum Aufheben der Bremswirkung als auch die hierfür benötigte elektrische Energie autonom bereit. Vorteilhaft kann dadurch auf zusätzliche elektrische Signalleitungen und Stromleitungen für die Bremseinheit verzichtet werden, wodurch der Aufbau und die Verstellbarkeit des Aktuatorsystems deutlich vereinfacht sind.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist dem Bremsstellelement ein Temperaturüberschreitungs-Grenzschalter zugeschaltet. Der Temperaturüberschreitungs-Grenzschalter ist ausgebildet, die Stromzufuhr für die Bremsstellelemente bei Überschreiten einer kritischen Grenztemperatur zu unterbrechen, sodass die Bremsstellelemente abkühlen können. Auf diese Weise sind die Bremsstellelemente vor einer kritischen Überhitzung geschützt.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist das Bremsstellelement gegen einen spezifischen elektrischen Widerstand beziehungsweise Resistor geschaltet. Vorzugsweise sind die Bremsstellelemente der Bremseinheit parallel gegen den Resistor geschaltet (Spannungsteilerschaltung). Die Bremsstellelemente können hierdurch mit einer von der ersten Versorgungsspannung der Stellelemente abweichenden, definierten zweiten Versorgungsspannung betrieben werden, wobei vorteilhaft auf eine komplizierte Logikschaltung oder dergleichen verzichtet werden kann.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind die zweiten Enden der Stellelemente über wenigstens ein Kraftübertragungsmittel, vorzugsweise ein Drahtseil, miteinander verbunden. Ein Drahtseil stellt eine einfache und kostengünstige Ausführungsform für das Kraftübertragungsmittel dar.

Vorzugsweise ist das wenigstens eine Kraftübertragungsmittel über Umlenkrollen umgelenkt. Der Kraftfluss zwischen dem ersten Stellelement und dem zweiten Stellelement und die Stellbewegung des Läufers können hierdurch auf eine einfache und variantenreiche Weise definiert geführt und umgelenkt werden, wobei definierte translatorische Stellbewegungen vorgegeben werden können, insbesondere lineare, aber auch bogenförmige beziehungsweise geschwungene Stellbewegungen.

Der Läufer ist dabei vorzugsweise an dem wenigstens einen Kraftübertragungsmittel beziehungsweise zwischen einem ersten Kraftübertragungsmittel und einem zweiten Kraftübertragungsmittel gehalten.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung umfasst das erfindungsgemäße Aktuatorsystem zwei Bremseinheiten, wobei dem ersten Stellelement eine erste Bremseinheit und dem zweiten Stellelement eine zweite Bremseinheit zugeordnet ist. Die Bremseinheiten sind bevorzugt gleichartig beziehungsweise gleichwirkend ausgebildet und über das wenigstens eine Kraftübertragungsmittel miteinander verbunden.

Vorzugsweise sind die Bremseinheiten miteinander elektrisch kontaktiert. Die Bremsstellelemente können dabei so mit den ersten Stellelementen und zweiten Stellelementen verschaltet sein derart, dass die Bremswirkung beider Bremseinheiten gleichzeitig einsetzt bei einem Wegfall beziehungsweise einer Unterbrechung des Stromflusses in den ersten Stellelementen oder in den zweiten Stellelementen oder in allen Stellelementen.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind die Stellelemente beziehungsweise das wenigstens eine Bremsstellelement aus einem längserstreckten Draht gebildet. Diese drahtförmige Ausführung ermöglicht eine besonders einfache und kostengünstige Fertigung der Stellelemente beziehungsweise des Bremsstellelements.

Vorzugsweise sind die Stellelemente aus einem spiralförmig gewundenen Draht gebildet. Die Stellelemente bilden hierbei eine Spiralfeder, sodass sich vorbestimmte Federkennlinien für die Stellelemente ausbilden lassen können. Zudem weisen die Stellelemente in der Form als spiralförmig gewundener Draht eine große Oberfläche zur Wärmeübertragung auf kleinem Raum auf. Die Stellelemente können hierdurch vorteilhaft mit einem reduzierten Querschnitt beziehungsweise Drahtdurchmesser ausgeführt werden, da weniger thermische Strahlung erforderlich ist als bei einem dicken Draht mit großem Drahtdurchmesser.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung umfasst das Aktuatorsystem jeweils zwei parallel angeordnete und zueinander elektrisch in Reihe geschaltete erste Stellelemente und zweite Stellelemente. Vorteilhaft kann durch diese Parallelanordnung der Stellelemente bei einem gleichem Stellhub eine vergrößerte Zugkraft aufgebracht werden, wodurch das Aktuatorsystem in Bezug auf eine Längserstreckungsrichtung mit einer kompakteren Baugröße ausgeführt werden kann. Weiter ermöglicht die Parallelanordnung der Stellelemente eine einfache elektrische Verschaltung mit der Bremseinheit, wobei eines der Stellelemente als Zuleiter, das andere als Ableiter für den elektrischen Strom dient.

Die Formgedächtnislegierung der Stellelemente beziehungsweise des wenigstens einen Bremsstellelements ist vorzugsweise eine Nickel-Titan-Legierung. Diese Formgedächtnislegierungen auf Basis der Legierungselemente Nickel und Titan weisen eine gute Korrosionsbeständigkeit sowie eine hohe Zugfestigkeit und Bruchdehnung auf. Die Legierungszusammensetzungen der Stellelemente sind insbesondere in Abhängigkeit an zu erwartende Umgebungs- beziehungsweise Einsatztemperaturen gewählt und können diesbezüglich auch als ternäre Formgedächtnislegierungen wie insbesondere NiTiCu, NiTiFe, NiTiHf, NiTiZr, NiTiNb, NiTiCr, NiTiV oder als höherlegierte, beispielsweise quarternäre Formgedächtnislegierungen ausgeführt sein.

Die genaue Zusammensetzung der Formgedächtnislegierung wird bevorzugt werkstofftechnisch auf die angedachte Umgebung beziehungsweise Verwendungssituation abgestimmt. Vorzugsweise ist die Legierungszusammensetzung so gewählt, dass die Umwandlungstemperatur der Formgedächtnislegierung höher ist als eine zu erwartende maximale Umgebungstemperatur. Somit ist eine ungewollte Längenkontraktion der Stellelemente bei einer hohen Umgebungstemperatur verhindert. Aus den weiteren Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung sind weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung zu entnehmen. Dort erwähnte Merkmale können jeweils einzeln für sich oder auch in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Die Zeichnungen dienen lediglich beispielhaft der Klarstellung der Erfindung und haben keinen einschränkenden Charakter.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Aktuatorsystem mit einem Läufer in einer Grund-/Mittelposition,

Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf das erfindungsgemäße Aktuatorsystem nach Fig. 1, wobei der Läufer aus der Grund-/Mittelposition entlang einer ersten Stellrichtung verfahren ist,

Fig. 3 eine schematische Draufsicht auf das erfindungsgemäße Aktuatorsystem nach Fig. 1, wobei der Läufer entlang der ersten Stellrichtung bis zu einem ersten Endposition verfahren ist,

Fig. 4 eine schematische Draufsicht auf das erfindungsgemäße Aktuatorsystem nach Fig. 1, wobei der Läufer entlang einer zweiten Stellrichtung bis zu einem zweiten Endposition verfahren ist,

Fig. 5 eine Draufsicht auf eine zweite Bremseinheit des erfindungsgemäßen Aktuatorsystems nach Fig. 1 mit Bremshebeln in einer Freigabestellung,

Fig. 6 eine Draufsicht auf die zweite Bremseinheit des erfindungsgemäßen Aktuatorsystems nach Fig. 1 mit dem Bremshebel in einer Bremsstellung,

Fig. 7 eine Draufsicht auf die zweite Bremseinheit des erfindungsgemäßen Aktuatorsystems nach Fig. 1 mit einem aktivierten Temperaturüberschreitungs-Grenzschalter und den Bremshebeln in der Bremsstellung, Fig. 8 eine Seitenansicht der zweiten Bremseinheit des erfindungsgemäßen Aktuatorsystems nach Fig. 1 mit den Bremshebeln in der Bremsstellung,

Fig. 9 eine perspektivische Rückansicht auf die zweite Bremseinheit des erfindungsgemäßen Aktuatorsystems nach Fig. 1 mit den Bremshebeln in der Bremsstellung und

Fig. 10 eine perspektivische Vorderansicht auf die zweite Bremseinheit des erfindungsgemäßen Aktuatorsystems nach Fig. 1 mit den Bremshebeln in der Bremsstellung.

Eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Aktuatorsystems 1 , welches zur Ausführung einer reziproken, linearen Stellbewegung in zueinander entgegengerichtete Stellrichtungen S1 , S2 ausgebildet ist, geben die nachfolgenden Fig. 1 bis Fig. 10 an.

Das Aktuatorsystem 1 umfasst zwei gleich lange und zueinander parallel angeordnete erste Stellelemente 2.1, 2.2 und zwei zueinander parallel angeordnete, gleich lange zweite Stellelemente 3.1, 3.2. Die ersten Stellelemente 2.1, 2.2 und zweiten Stellelemente 3.1 , 3.2 sind jeweils aus einer Formgedächtnislegierung (FGL) hergestellt, wodurch die Stellelemente 2.1, 2.2, 3.1 , 3.2 bei Erwärmung auf eine Temperatur oberhalb einer Umwandlungstemperatur der Formgedächtnislegierung eine Längenkontraktion ausführen. Diese Umwandlungstemperatur kann materialspezifisch variieren beziehungsweise vorgegeben werden. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die hierfür erforderliche thermische Energie beziehungsweise Wärme durch elektrische Energie bereitgestellt, das heißt die Stellelemente 2.1 , 2.2, 3.1 , 3.2 sind elektrisch leitend und elektrisch kontaktiert mit einer elektrischen Stromquelle, sodass sich die Stellelemente 2.1, 2.2, 3.1, 3.2 bei Beaufschlagung mit elektrischer Energie auf eine Temperatur oberhalb der Umwandlungstemperatur der Formgedächtnislegierung erwärmen lassen. Der Grad der Längenkontraktion der Stellelemente 2.1, 2.2, 3.1, 3.2 kann über die Zuführung an elektrischer Energie, welche gemäß dem ersten Jouleschen Gesetz mit der Temperaturzunahme korreliert, geregelt werden. Somit kann der Läufer 4 innerhalb des Stellbereich auf definierte Positionen verfahren werden. Die ersten Stellelemente 2.1, 2.2 und die zweiten Stellelemente 3.1, 3.2 sind zueinander entgegengerichtet angeordnet derart, dass Zugkräfte, welche bei einer Längenkontraktion der Stellelemente 2.1, 2.2, 3.1, 3.2 hervorgerufen werden, einander entgegengerichtet sind. Hierbei ist eine erste Zugkraft, welche von den ersten Stellelementen 2.1, 2.2 aufgebracht wird, entlang einer ersten Stellrichtung S1 orientiert. Eine zweite Zugkraft, welche von den zweiten Stellelementen 3.1, 3.2 aufgebracht wird, ist entlang einer entgegengesetzten zweiten Stellrichtung S2 orientiert.

Die Stellelemente 2.1, 2.2, 3.1, 3.2 sind jeweils als eine Spiralfeder beziehungsweise ein spiralförmig gewundener FGL-Draht ausgeführt. Hierdurch weisen die Stellelemente 2.1 , 2.2, 3.1, 3.2 auch bei einer Temperatur unterhalb der Umwandlungstemperatur der Formgedächtnislegierung eine Zugkraft auf, die jeweils kleiner ist als die Zugkraft bei ihrer Längenkontraktion im erwärmten Zustand.

Die ersten Stellelemente 2.1, 2.2 und die zweiten Stellelemente 3.1 , 3.2 sind an ihren äußeren ersten Enden jeweils fest eingespannt beziehungsweise durch ein Festlager 22, welches auch der Beaufschlagung mit elektrischem Strom dient, festgelegt. Gegenüberliegende zweite Enden der Stellelemente 2.1 , 2.2, 3.1 , 3.2 sind linear in die beiden Stellrichtungen S1 , S2 beweglich gelagert und mit einer Bremseinheit 5, 6 verbunden und elektrisch kontaktiert.

Den ersten Stellelementen 2.1, 2.2 ist dabei eine erste Bremseinheit 5 zugeordnet, den zweiten Stellelementen 3.1, 3.2 ist eine zweite, analog zu der ersten Bremseinheit 5 ausgebildete zweite Bremseinheit 6 zugeordnet.

Die Bremseinheiten 5, 6 sind ausgebildet, eine Stellbewegung des Aktuatorsystems 1 zu bremsen beziehungsweise zu blockieren, sobald das ihnen zugeordnete Stellelement 2.1, 2.2, 3.1, 3.2 stromlos ist. Die Bremsfunktion der Bremseinheiten 5, 6 ist aufgehoben und damit eine Stellbewegung freigegeben, sobald die ihnen zugeordneten Stellelemente 2.1 , 2.2, 3.1, 3.2 ausreichend bestromt sind.

Über zwei Drahtseile als Kraftübertragungsmittel 8.1 , 8.2 sind die Bremseinheiten 5, 6 miteinander verbunden, wobei zwischen den Kraftübertragungsmitteln 8.1, 8.2 ein in die entgegengesetzten Stellrichtungen S1, S2 jeweils linear verschiebbar gehaltener Läufer 4 gehalten ist. Der Läufer 4 bildet insofern ein bewegliches Element des erfindungsgemäßen Aktuatorsystems 1, ähnlich einem Schlitten einer Linearführung. An den Läufer 4 können insofern durch das erfindungsgemäße Aktuatorsystem 1 zu verstellende externe Bauelemente angebunden werden.

In Fig. 1 befindet sich der Läufer 4 beziehungsweise das erfindungsgemäße Aktuatorsystem 1 in einer Grundposition beziehungsweise Mittelposition. Der Läufer 4 weist hierbei einen gleichen Abstand jeweils zu den ersten Enden der ersten Stellelemente 2.1 , 2.2 und der zweiten Stellelemente 2.2 auf. Die ersten Stellelemente 2.1, 2.2 und die zweiten Stellelemente 3.1, 3.2 sind hier stromlos und weisen eine Temperatur unterhalb der Umwandlungstemperatur der Formgedächtnislegierung auf, sodass die Stellelemente 2.1, 2.2, 3.1, 3.2 eine längenrelaxierte Grundform aufweisen.

Fig. 2 zeigt das erfindungsgemäße Aktuatorsystem 1 mit dem Läufer 4 gegenüber der Grund- beziehungsweise Mittelposition figürlich nach links entlang der ersten Stellrichtung S1 verschoben. Diese Stellbewegung ist verursacht durch eine Längenkontraktion der beiden zweiten Stellelemente 3.1 , 3.2. Die zweiten Stellelemente 3.1 , 3.2 sind hierfür mit elektrischem Strom beaufschlagt worden und haben sich infolgedessen unter Aufbringung einer zweiten Zugkraft zusammengezogen beziehungsweise eine Längenkontraktion ausgeführt. Diese zweite Zugkraft der längenkontrahierten zweiten Stellelemente 3.1, 3.2 ist im erwärmten, länngenkontrahierten Zustand größer als im kalten, längenrelaxierten Zustand. Als Reaktion auf die Längenkontraktion der Stellelemente 3.1 , 3.2 sind die kraftschlüssig hiermit verbundenen, unbestromten ersten Stellelemente 2.1, 2.2 entsprechend gedehnt beziehungsweise auseinandergezogen worden.

In der Fig. 3 sind die beiden zweiten Stellelemente 3.1, 3.2 vollständig längenkontrahiert, das heißt maximal zusammengezogen, wodurch die ersten Stellelemente 2.1 , 2.2 gegenüber dem Zustand nach Fig. 2 dementsprechend noch weiter gedehnt beziehungsweise gestaucht und der Läufer 4 weiter zu der ersten Endposition beziehungsweise Anschlagsposition entlang der ersten Stellrichtung S1 verfahren ist.

Eine Stellbewegung des Läufers 4 entlang der ersten Stellrichtung S1 entgegengerichteten und figürlich nach rechts weisenden, zweiten Stellrichtung S2 ist in der Fig. 4 angegeben. Diese Stellbewegung erfolgt in umgekehrter Weise, indem die beiden ersten Stellelemente 2.1 , 2.2 mit elektrischer Energie beaufschlagt und auf eine Temperatur oberhalb der Umwandlungstemperatur der Formgedächtnislegierung erwärmt werden. Die ersten Stellelemente 2.1, 2.2 führen hierdurch unter Aufbringung einer ersten Zugkraft eine Längenkontraktion aus. Die zweiten Stellelemente 3.1 , 3.2 sind hierdurch dementsprechend gestreckt beziehungsweise auseinandergezogen worden und der Läufer 4 ist entlang der figürlich nach rechts weisenden zweiten Stellrichtung S2 bis zu einer zweiten Endposition beziehungsweise Anschlagsposition verfahren.

Die Kraftübertragungsmittel 8.1, 8.2 sind über jeweils paarweise angeordnete insgesamt vier Umlenkrollen 7.1, 7.2, 7.3, 7.4 geführt und um zweimal 180° umgelenkt, sodass das erfindungsgemäße Aktuatorsystem 1 eine S-förmige Gestalt aufweist. Die Endpositionen beziehungsweise Anschlagpositionen des Läufers 4 sind dabei zwischen den Umlenkrollen 7.1, 7.2, 7.3, 7.4 angeordnet, sodass der Läufer 4 eine rein lineare Stellbewegung ausführt. Die Bremseinheiten 5, 6 sind dabei stets auf gleicher Höhe zueinander angeordnet.

Eine detaillierte Draufsicht auf die zweite Bremseinheit 6 des erfindungsgemäßen Aktuatorsystems 1 geben jeweils die Fig. 5 bis Fig. 7 an. Die zweite Bremseinheit 6 ist hierbei repräsentativ für die beiden gleich ausgebildeten Bremseinheiten 5, 6 dargestellt.

Die zweite Bremseinheit 6 umfasst eine Grundplatte 9, mit einer ebenen beziehungsweise planen Plattenunterseite 21 und mit einem Gleitflügel 17. Die Grundplatte 9 dient als eine Art Rahmen beziehungsweise Chassis für die zweite Bremseinheit 6. Die plane Plattenunterseite 21 und der Gleitflügel 17 der Grundplatte 9 eine Verschiebung der zweiten Bremseinheit 6 entlang der Stellrichtungen S1 , S2 bei Aufnahme in einem figürlich nicht dargestellten Gehäuse, einer Führungsschiene oder dergleichen.

Die zweiten Stellelemente 3.1, 3.2 sind über schraubenförmige Verbindungsmittel 19.1, 19.2 an der Grundplatte 9 festgelegt und mit dieser elektrisch kontaktiert. Insofern kann elektrischer Strom von einem der beiden zweiten Stellelemente 3.1 , 3.2 in die zweite Bremseinheit 6 hinein, und über das andere der beiden zweiten Stellelemente 3.1 , 3.2 aus der zweiten Bremseinheit 6 hinaus fließen.

Die zweite Bremseinheit 6 weist zwei ebenfalls aus einer Formgedächtnislegierung hergestellte Bremsstellelemente 10.1, 10.2 auf, die jeweils zueinander parallel orientiert und als ein einfach längserstreckter Draht ausgebildet sind.

Die Bremsstellelemente 10.1, 10.2 sind elektrisch verschaltet mit den zweiten Stellelementen 3.1, 3.2. Vorteilhaft können insofern die Bremsstellelemente 10.1, 10.2 durch den elektrischen Strom, der auch durch die zweiten Stellelemente 3.1, 3.2 fließt, zur Ausführung einer Längenkontraktion aktiviert werden. Die zweite Bremseinheit 6 kann insofern ohne eine zusätzliche elektrische Signalleitung und ohne eine zusätzliche elektrische Stromversorgungsleitung betrieben werden.

Die Bremsstellelemente 10.1 , 10.2 sind parallel geschaltet gegen einen Resistor 14 beziehungsweise spezifischen, elektrischen Widerstand. Der Resistor 14 ist hierbei den Bremsstellelementen 10.1, 10.2 vorzugsweise parallel zugeschaltet, um die Bremsstellelemente 10.1, 10.2 mit einer geringeren Versorgungsspannung beaufschlagen zu können, als die zweiten Stellelemente 3.1, 3.2.

Die Bremsstellelemente 10.1 , 10.2 sind jeweils gleich lang und an einem ersten Ende fest eingespannt und an einem zweiten Ende mit einem der verschwenkbar gehaltenen Bremshebel 11.1, 11.2 verbunden. Die Bremshebel 11.1, 11.2 sind zangenförmig synchron verschwenkbar über eine Gelenkkabel 13 miteinander verbunden und jeweils über eine ihnen zugeordnete Vorspannfeder 12.1, 12.2 vorgespannt. Diese Vorspannung bewirkt, dass die Bremshebel 12.1, 12.2 bei einer Nichtaktivierung der zweiten Bremseinheit 6 gegen eine externe Reibfläche 15 mit einer Bremskraft angedrückt sind. Die zweite Bremseinheit 6 bremst beziehungsweise blockiert insofern in einem nicht aktivierten Zustand die Stellbewegung der zweiten Stellelemente 3.1, 3.2 entlang der Stellrichtungen S1, S2 selbständig beziehungsweise autonom.

Erst bei der Beaufschlagung mit elektrischem Strom, welcher durch die zweiten Stellelemente 3.1, 3.2 geführt wird, wird die Bremsfunktion der zweiten Bremseinheit 6 aufgelöst. Dies geschieht, indem die Bremsstellelemente 10.1, 10.2 auf eine Temperatur oberhalb der Umwandlungstemperatur der Formgedächtnislegierung durch Beaufschlagung mit elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom erhitzt werden. Die daran elektrisch angekoppelten Bremsstellelemente 10.1, 10.2 führen dann eine Längenkontraktion aus, welche dazu führt, dass die Bremshebel 11.1 , 11.2 aus der Bremsstellung (Fig. 6) in eine Freigabestellung (Fig. 5) verschwenkt werden, in welcher die Bremshebel 11.1, 11.2 zu den Reibflächen 15 beabstandet gehalten sind. Eine Stellbewegung der zweiten Bremseinheit 6 entlang der ersten Stellrichtung S1 oder zweiten Stellrichtung S2 ist insofern dann ungebremst möglich.

Die Reibfläche 15 wird bevorzugt durch ein Gehäuse, in welchem die weiteren Komponenten des erfindungsgemäßen Aktuatorsystems 1 aufgenommen sind, bereitgestellt. Das Gehäuse ist figürlich nicht dargestellt. Vorzugsweise sind auch die Festlager 22 für die Stellelemente 2.1, 2.2, 3.1, 3.2 als Bestandteil dieses Gehäuses ausgebildet. Die Verbindung der zweiten Bremseinheit 6 mit dem zweiten Kraftübertragungsmittel 8.2 erfolgt, indem eine Lasche des zweiten Kraftübertragungsmittels 8.2 umgelegt ist um eine Verbindungsöse 16 der zweiten Bremseinheit 6.

Die zweite Bremseinheit 6 sieht zum Schutz vor einer Überhitzung der Komponenten, insbesondere der Bremsstellelemente 10.1 , 10.2 einen Temperaturüberschreitungs- Grenzschalter 18 vor, welcher beim Überschreiten einer definierten kritischen Grenztemperatur eingreift. Das Eingreifen des Temperaturüberschreitungs- Grenzschalters 18 ist in Fig. 7 dargestellt und führt dazu, dass die Bremsstellelemente 10.1 , 10.2 rechtzeitig vor einer Überhitzung stromlos geschaltet werden und sich abkühlen und somit aus der längenkontrahierten Form in ihre ursprüngliche Form zurückkehren können.

Die Erfindung ist keinesfalls auf die figürlich dargestellte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Aktuatorsystems 1 beschränkt. Insbesondere sind die Komponenten des erfindungsgemäßen Aktuatorsystems 1 hinsichtlich ihrer Gestalt, Dimensionierung, Anzahl, Materialauswahl und Anordnung zueinander in weiten Grenzen frei wählbar.

Nach einer alternativen Ausführungsform weist das Aktuatorsystem 1 eine Mehrzahl an oder zwischen den Kraftübertragungsmitteln 8.1 , 8.2 gehaltenen Läufern 4 auf. Diese Ausführungsform kann beispielsweise dazu verwendet werden, eine Mehrzahl an Sonnenschutzlamellen, die jeweils an dem Läufer 4 befestigt sind, zu verstellen.

Gleiche Bauteile und Bauteilfunktionen sind durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet.

Claims

Patentansprüche

1. Aktuatorsystem (1) umfassend ein erstes Stellelement (2.1, 2.2) und ein zweites Stellelement (3.1 , 3.2), wobei die Stellelemente (2.1 , 2.2, 3.1 , 3.2) aus einer Formgedächtnislegierung hergestellt und zur Ausführung einer Längenkontraktion jeweils einzeln mit elektrischer Energie beaufschlagbar sind, wobei die Stellelemente (2.1, 2.2, 3.1, 3.2) jeweils ein fest gelagertes erstes Ende und ein translatorisch beweglich gelagertes zweites Ende aufweisen, weiter umfassend einen zwischen den zweiten Enden der Stellelemente (2.1, 2.2, 3.1, 3.2) angeordneten Läufer (4), wobei der Läufer (4) translatorisch in entgegengesetzte Stellrichtungen (S1, S2) verstellbar ist, indem die Stellelemente (2.1, 2.2, 3.1, 3.2) so angeordnet sind, dass bei deren Längenkontraktion auf den Läufer (4) wirkende Zugkräfte einander entgegengerichtet sind, wobei weiter zwischen den zweiten Enden der Stellelemente (2.1, 2.2, 3.1, 3.2) eine mit dem Läufer (4) entlang der Stellrichtungen (S1 , S2) verfahrbare Bremseinheit (5, 6) umfasst ist und die Bremseinheit (5, 6) ausgebildet ist, eine Stellbewegung des Aktuatorsystems (1) bei einer Unterbrechung der elektrischen Energie in wenigstens einem der Stellelemente (2.1, 2.2, 3.1, 3.2) zu bremsen.

2. Aktuatorsystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremseinheit (5, 6) wenigstens einen verschwenkbaren Bremshebel (11.1, 11.2) aufweist, wobei der Bremshebel (11.1, 11.2) aus einer Freigabestellung in eine Bremsstellung und zurück verbringbar ist und wobei der Bremshebel (11.1, 11.2) in der Bremsstellung unter Aufbringung einer Bremskraft an eine Reibfläche (15) angedrückt ist.

3. Aktuatorsystem (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Reibfläche (15) von einem Gehäuse bereitgestellt ist.

4. Aktuatorsystem (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremseinheit (5, 6) zur Aufbringung der Bremskraft ein an den Bremshebel (11.1,

11.2) anliegendes Kraftmittel, vorzugsweise eine Vorspannfeder (12.1, 12.2), aufweist. Aktuatorsystem (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremseinheit (5, 6) wenigstens ein elektrisch leitendes Bremsstellelement (10.1,

10.2) aus einer Formgedächtnislegierung aufweist, wobei das Bremsstellelement (10.1, 10.2) zur Ausführung einer dem Kraftmittel entgegenwirkenden und den Bremshebel (11.1, 11.2) in die Freigabestellung verbringenden Längenkontraktion mit elektrischer Energie beaufschlagbar ist. Aktuatorsystem (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Bremsstellelement (10.1, 10.2) mit dem ersten Stellelement (2.1, 2.2) und/oder zweiten Stellelement (3.1 , 3.2) elektrisch kontaktiert ist. Aktuatorsystem (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Bremsstellelement (10.1, 10.2) gegen einen spezifischen Resistor (14) geschaltet ist. Aktuatorsystem (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass dem Bremsstellelement (10.1 , 10.2) ein Temperaturüberschreitungs- Grenzschalter (18) zugeschaltet ist. Aktuatorsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Enden der Stellelemente (2.1, 2.2, 3.1, 3.2) über wenigstens ein Kraftübertragungsmittel (8.1, 8.2), vorzugsweise ein Drahtseil, miteinander verbunden sind. Aktuatorsystem (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Kraftübertragungsmittel (8.1, 8.2) über Umlenkrollen (7.1 , 7.2, 7.3, 7.4) umgelenkt ist. Aktuatorsystem (1) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Läufer (4) an dem wenigstens einen Kraftübertragungsmittel (8.1 , 8.2) und/oder zwischen einem ersten Kraftübertragungsmittel (8.1) und einem zweiten Kraftübertragungsmittel (8.2) gehalten ist. Aktuatorsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Bremseinheiten (5, 6) umfasst sind, wobei dem ersten Stellelement (2.1, 2.2) eine erste Bremseinheit (5) und dem zweiten Stellelement (3.1, 3.2) eine zweite Bremseinheit (6) zugeordnet ist. Aktuatorsystem (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremseinheiten (5, 6) miteinander elektrisch kontaktiert sind. Aktuatorsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellelemente (2.1 , 2.2, 3.1, 3.2) und/oder das wenigstens eine Bremssstellelement (10.1, 10.2) aus einem Draht und/oder die Stellelemente (2.1, 2.2, 3.1 , 3.2) aus einem spiralförmig gewundenen Draht gebildet sind. Aktuatorsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwei parallel angeordnete und zueinander elektrisch in Reihe geschaltete erste Stellelemente (2.1, 2.2) und zweite Stellelemente (3.1, 3.2) umfasst sind und/oder dass die Bremseinheit (5, 6) zwei zueinander parallel angeordnete und elektrisch in Reihe geschaltete Bremsstellelemente (10.1 , 10.2) aus einer Formgedächtnislegierung aufweist.