WO2012013180A2 - Aktuator mit formgedächtnislegierung - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to an actuator, with the heat energy in
  • the actuator includes a
  • Shape memory alloy can be moved to an end position.
  • a shape memory alloy is a material that is found in
  • Shape memory alloy changed so that it changes the shape by leaps and bounds.
  • the sudden change in shape thus caused causes the movement of the control element from the initial position into the
  • Shape memory element restored. From the document DE 3820877 AI is an actuator for
  • Document is known inter alia, a plurality of a
  • an actuator comprising a shape memory alloy, which is a heat actuable switch.
  • a cooling plate is used for cooling.
  • an actuator comprises an actuating element, which from an initial position to an end position by means of a
  • Shape memory alloy includes. Through the movement in the
  • a contact between the shape memory alloy and a heat sink is made, Alternatively or additionally, the current flow is stopped or at least reduced by the movement in the end position by means of a switching element, with the
  • Shape memory alloy is heated. By making contact with a heat sink in the end position, the shape memory alloy can be rapidly cooled after reaching the end position. By cooling, a rapid movement of the actuating element can be brought into its initial position or at least made possible. By interrupted in the end position of the heating current for the shape memory alloy, in particular by short circuit or at least reduced, the
  • Shape memory alloy from overheating and thus the actuator protected from damage.
  • an actuator can be quickly moved from a starting position to an end position and without much time delay then back, so as to actuate, for example, another component mechanically.
  • Such a constructed actuator can be built very compact.
  • the drive device comprises a wire, which consists of the
  • the wire contracts in one embodiment of the invention and thereby pulls the actuator from its initial position towards the end position.
  • the wire attaches to the heat sink, Preferably, the wire contacted then more than 50% of the
  • Heatsink more preferably more than 70%, and based on the total length of the wire, so as to be able to cool particularly well.
  • the cooled wire is stretched back to its initial length and brought into the starting position.
  • the drive device may not necessarily comprise a wire.
  • the drive device may for example also be a rod or comprise a rod.
  • a wire can be more flexibly adapted to existing geometries or incorporated into technically advantageous geometries due to its flexibility compared to a rod.
  • Comparable means contracts by heating or shortened to move an actuator from a starting position to an end position,
  • a biased in the starting position spring may be present, which presses the actuating element in the direction of the end position.
  • the still cool and thus not stretched wire holds the actuator initially in its end position, If the wire is heated, it expands. The actuator then moves by spring force into the end position,
  • Shape memory alloy can be generated a large force. It must then be provided so no major spring force acting permanently on the Sfellelement and this would then permanently burden with high force.
  • the wire terminates with an adjacent surface of the heat sink in the initial position
  • the two wire ends are laterally adjacent to a particular rod-shaped or
  • Adjusting element or the rod in the initial position includes an acute angle greater than 45 °. This angle is special
  • the wire is also connected to the arranged between the two fixed ends actuator and leads for this purpose in a convenient
  • Embodiment through a bore or lateral recess of the actuating element.
  • a particularly large stroke movement of the actuating element can be achieved without the actuator threatening to tilt, since then the wire can be hooked particularly quickly and easily into the recess.
  • each end of the wire is secured to a heat sink made of an electrically conductive material, particularly a metal such as brass.
  • a voltage is applied to the two heat sinks.
  • a current now flows through the wire.
  • the wire is heated and deforms Exceeding the material-dependent activation temperature.
  • the actuating element is moved in the direction of the end position or at least makes such a movement possible.
  • An electrical connecting element made of electrically conductive material is provided on the actuating element
  • the electrical connection element contacted the two heat sinks, so that then a current can flow through the electrical connection element to the other heat sink, the previously flowing through the wire current is reduced accordingly or even negligible.
  • the electrical connection element therefore causes a short circuit when the current flowing through the wire becomes at least negligibly small.
  • the two heat sinks are therefore also part of the
  • the actuator comprises a spring which
  • Shape memory alloy returns to its original shape by cooling
  • Locking device of a motor vehicle body In a
  • the actuator is part of a device for unlocking a lock, so for example in the manner known from the document DE 102004 040566 AI.
  • the actuator is incorporated in an electrical component carrier, such as in the known from the document DE 10320441 B3 Component carrier, Such a component carrier is in particular part of a door closure, in particular for a motor vehicle or for a building.
  • the shape memory alloy is preferably selected such that the activation temperature is between 100 ° C and 150 ° C, in particular when the actuator is in a motor vehicle
  • the actuator is preferably constructed so that the length of a wire consisting of the shape memory alloy through
  • a diameter of the wire of 0.1 to 1 mm, preferably from 0.2 to 0.4 mm has proved to be useful.
  • the actuator is used in particular in a lock or a
  • Closing device used, the lock or the locking device may be part of a motor vehicle or building.
  • Fig.2 Actuator in the end position
  • Figure 1 outlines an actuator 1 with a rod-shaped
  • Control element 2 which is mounted longitudinally displaceable through bores in the housing 3.
  • the actuator 1 comprises as a drive means a wire 4, which consists of a shape memory alloy.
  • the two ends 5 and 6 of the wire 4 are attached to two heat sinks 7 and 8.
  • the ends 5 and 6 of the wire 4 can be clamped by means of screws 9 and 10, for example.
  • the wire 4 is in
  • the guide member 11 is preferably made of a relatively soft material such as plastic and is attached to the actuator 2.
  • the wire 4 passes through a lateral recess in the control element 2 and can therefore be inserted particularly easily and quickly into the recess. The wire is in the recess, the wire is held by this recess.
  • the wire 4 is thereby mechanically tensioned and held in its intended position, From the housing 3 lead electrical contacts 14 and 15 of the heat sink 7 and 8 out and in opposite directions. When a voltage is applied to the electrical contacts, an electric current flows through the wire 4.
  • the wire 4 in itself constitutes an electrical resistance and heats up due to the electrical current flowing through it.
  • Connecting element 12 is now pressed against the two contact tips 17 and 18 of the heat sink 7 and 8.
  • the wire 4 is predominantly on the two heat sinks 7 and 8 and contacted in this sense, the two heatsink.
  • Heat can rather be accelerated out of the wire due to the corresponding contact in the heatsink. If the current flow is interrupted, the wire cools quickly and assumes its original shape. The spring 13 then presses the actuator 2 in his starting position back. The actuator is therefore mainly used when a short mechanical pulse is to be generated.
  • the housing 3 is 59 mm wide and 19 mm high in the illustrated embodiment.
  • the case depth is 8.1 mm.
  • the weight of the actuator shown was without the metal
  • the weight of the actuator was 6g.
  • an actuator with a weight of less than 20g can be easily manufactured.
  • the actuator can therefore be built very compact.
  • the contacts 14 and 15 do not need to be led laterally out of the housing 3 as shown. Instead, for example, they may extend up out of the housing 3.
  • the actuator shown in Figures 1 and 2 succeeds with the specified housing dimension by shortening the wire 4 by 4.8%, a stroke of the actuator of 4 mm. Since the actuator 2 leads out of two sides of the housing, the actuator can be designed for stroke or train.
  • the diameter of the wire 4 can be adapted to the desired situation. With a thicker wire, a higher lifting or pulling force can be generated. A thinner wire cools faster and therefore allows greater dynamics.
  • the actuator could be moved by switching the current from the starting position to the end position.
  • FIG. 4 shows an improved embodiment comprising a spring 20.
  • the spring 20 is between the electrical
  • Connecting element 12 and the guide member 11 is arranged.
  • connection element 12 is slidably mounted and can therefore be moved along the control element 2. Shortened the wire due to the passing of the
  • the electrical connection element 12 is resiliently pressed against contact tips 17 and 18. An abrupt loading of the wire 4 on reaching the end position is so
  • the electrical connection element 12 is preferably fixedly connected to the control element 2 when the guide element 11 is slidably disposed along the control element 2. In this way it is avoided that a shortening of the wire 4 can be stopped abruptly due to heating by a hard stop ,
  • the spring force of the spring 20, which is arranged between the electrical connection element 12 and the guide element 11, is preferably greater than the spring force of the spring 13, with the cold wire 4 is pressed into its initial position, the spring 13 presses against the fixedly arranged electrical connection element 12 and moves after a sufficient cooling of the wire 4 the
  • Shape change the arm 21 moves.
  • the displacement of the arm 21 causes a displacement of the actuating element. If the actuator by heating the wire in the direction of the housing side
  • Short circuit then flows the current, for example, from the electrical outer contact 14 to the electrical outer contact 15 no longer through the shape memory alloy consisting of the existing wire 4, but via the electrically conductive arm 21 in the electrically conductive actuator 2 in and from here on the short
  • the wire 4 has a resistor 24. If the switch 26 is closed and the resistance 25 of this parallel electrical line is much smaller than the resistance 24 of the wire 4, the current flow through the wire 4 is almost completely interrupted, but a current flows only under the condition that the switch 27 has previously been closed, which represents the activation of an actuator, LIST OF REFERENCE NUMBERS

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Aktuator, mit dem Wärmeenergie in mechanische Arbeit umgewandelt wird. Es ist Aufgabe der Erfindung, einen funktionstüchtigen Aktuator auf Basis einer Formgedächtnislegierung zu schaffen, Zur Lösung der Aufgabe umfasst ein Aktuator ein Stellelement, das von einer Ausgangsstellung in eine Endstellung mit Hilfe einer Antriebseinrichtung bewegt werden kann, die eine Formgedächtnislegierung umfasst. Durch die Bewegung in die Endstellung wird ein Kontakt zwischen der Formgedächtnislegierung und einem Kühlkörper hergestellt. Alternativ oder ergänzend wird durch die Bewegung in die Endstellung mittels eines Schaltelements der Stromfluss gestoppt oder zumindest reduziert, mit dem die Formgedächtnislegierung erwärmt wird.

Description

Aktuator mit Formgedächtnislegierung
Die Erfindung betrifft einen Aktuator, mit dem Wärmeenergie in
mechanische Arbeit mit Hilfe einer Formgedächtnislegierung
umgewandelt wird, der insbesondere für Schlösser oder
Schließeinrichtungen verwendet wird. Der Aktuator umfasst ein
Stellelement, welches von einer Ausgangsstellung mit Hilfe der
Formgedächtnislegierung in eine Endstellung bewegt werden kann. Eine Formgedächtnislegierung ist ein Material, welches sich bei
Überschreiten einer materialabhängigen Aktivierungstemperatur sprungartig verformt. Es wird daher die Temperatur der
Formgedächtnislegierung so verändert, dass diese sprunghaft die Form verändert, Die so herbeigeführte sprunghafte Formveränderung bewirkt die Bewegung des Stellelements von der Ausgangsstellung in die
Endstellung. Soll das Stellelement wieder in die Ausgangsstellung bewegt werden, so wird die Ausgangstemperatur des
Formgedächtniselements wieder hergestellt. Aus der Druckschrift DE 3820877 AI geht ein Aktuator zur
Fernbetätigung von Schlössern und Schließeinrichtungen hervor, bei dem zum Beispiel ein Auslösehebel durch eine dort Memory-Legierung genannte Formgedächtnislegierung bewegt wird. Aus dieser
Druckschrift ist unter anderem bekannt, eine Mehrzahl aus einer
Memory-Legierung bestehende Drähte so miteinander durch eine
Umlenkung zu verbinden, dass die wirksame Drahtlänge vergrößert wird.
Aus der Druckschrift DE 29914843 Ul geht ein Aktuator umfassend eine Formgedächfnislegierung hervor, der ein durch Wärme betätigbarer Schalter ist. Zur Abkühlung wird ein Kühlblech eingesetzt.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen funktionstüchtigen, vorzugsweise in Schlössern von (Kraft-)fahrzeugen und Gebäuden einsetzbaren Aktuator auf Basis einer Formgedächtnislegierung (Shape Memory Alloy) zu schaffen.
Zur Lösung der Aufgabe umfasst ein Aktuator ein Stellelement, das von einer Ausgangsstellung in eine Endstellung mit Hilfe einer
Antriebseinrichtung bewegt werden kann, die eine
Formgedächtnislegierung umfasst. Durch die Bewegung in die
Endstellung wird ein Kontakt zwischen der Formgedächtnislegierung und einem Kühlkörper hergestellt, Alternativ oder ergänzend wird durch die Bewegung in die Endstellung mittels eines Schaltelements der Stromfluss gestoppt oder zumindest reduziert, mit dem die
Formgedächtnislegierung erwärmt wird. Indem in der Endstellung ein Kontakt zu einem Kühlkörper hergestellt wird, kann die Formgedächtnislegierung nach Erreichen der Endstetlung schnell abgekühlt werden. Durch das Abkühlen kann eine schnelle Bewegung des Stellelements in seine Ausgangsstellung bewirkt oder zumindest ermöglicht werden. Indem in der Endstellung der Heizstrom für die Formgedächtnislegierung insbesondere durch Kurzschluss unterbrochen oder zumindest reduziert wird, wird die
Formgedächtnislegierung vor Überhitzen und damit der Aktuator vor einer Beschädigung geschützt. Mit einem solchen Aktuator kann ein Stellelement rasch von einer Ausgangsstellung in eine Endstellung und ohne große Zeitverzögerung anschließend zurück bewegt werden, um so beispielsweise ein weiteres Bauteil mechanisch zu betätigen. Ein derart konstruierter Aktuator kann besonders kompakt gebaut sein.
In der Ausgangsstellung kann zwischen der Formgedächtnislegierung und dem Kühlkörper bereits ein erster Kontakt bestehen. Der
Kontaktbereich vergrößert sich in diesem Fall, wenn das Stellelement in die Endstellung bewegt wird, Hat das Stellelement die Endstellung erreicht, so hat sich die Kontaktfläche zwischen der Formgedächtnislegierung und dem Kühlkörper dann um ein Vielfaches vergrößert.
In einer besonders einfachen Ausführungsform der Erfindung umfasst die Antriebseinrichtung einen Draht, der aus der
Formgedächtnislegierung besteht, Wird der Draht beheizt, so zieht sich dieser in einer Ausführungsform der Erfindung zusammen und zieht dadurch das Stellelement von seiner Ausgangsstellung in Richtung Endstellung. In der Endstellung legt sich der Draht an den Kühlkörper an, Bevorzugt kontaktiert der Draht dann zu mehr als 50% den
Kühlkörper, besonders bevorzugt zu mehr als 70% und zwar bezogen auf die Gesamtlänge des Drahts, um so besonders gut kühlen zu können. Insbesondere mit Hilfe einer Feder wird der erkaltete Draht wieder auf seine Anfangslänge gedehnt und in die Ausgangsstellung gebracht.
Die Antriebseinrichtung muss nicht zwingend einen Draht umfassen, Die Antriebseinrichtung kann beispielsweise auch eine Stange sein oder eine Stange umfassen, Ein Draht lässt sich jedoch aufgrund seiner Biegsamkeit im Vergleich zu einer Stange flexibler an vorhandene Geometrien anpassen bzw. in technisch vorteilhafte Geometrien eingebaut werden.
Es ist nicht zwingend erforderlich, dass sich der Draht oder ein
vergleichbares Mittel durch Erwärmen zusammenzieht bzw. verkürzt, um ein Stellelement von einer Ausgangsstellung in eine Endstellung zu bewegen, So kann eine in der Ausgangsstellung vorgespannte Feder vorhanden sein, die das Stellelement in Richtung Endstellung drückt. Der noch kühle und damit nicht gedehnte Draht hält das Stellelement zunächst in seiner Endstellung, Wird der Draht erwärmt, so dehnt sich dieser aus. Das Stellelement bewegt sich dann durch Federkraft in die Endstellung hinein,
Es ist allerdings vorteilhaft, dass das Stellelement durch das
vorgenannte Verkürzen eines Drahts oder eines vergleichbaren Mittels in die Endstellung gezogen wird, da mit Hilfe der
Formgedächtnislegierung eine große Kraft erzeugt werden kann. Es muss dann also keine große Federkraft bereitgestellt werden, die dauerhaft auf das Sfellelement einwirken und dieses dann mit hoher Kraft dauerhaft belasten würde.
In einer Ausführungsform schließt der Draht mit einer benachbarten Oberfläche des Kühlkörpers in der Ausgangsstellung einen spitzen
Winkel ein. Wird das Stellelement in seine Endstellung bewegt, so verkleinert sich dieser Winkel, bis schließlich der Draht an der
Oberfläche des Kühlkörpers anliegt und kein Winkel größer als 0° mehr vorhanden ist.
In einer Ausführungsform der Erfindung sind die beiden Drahtenden seitlich neben einem insbesondere stangenförmigen oder
stangenartigem Stellelement so befestigt, dass der Draht mit dem
Stellelement bzw. der Stange in der Ausgangsstellung einen spitzen Winkel größer als 45° einschließt. Dieser Winkel liegt besonders
bevorzugt zwischen 60° und 80°. Der Draht ist darüber hinaus mit dem zwischen den beiden befestigten Enden angeordneten Stellelement verbunden und führt zu diesem Zweck in einer zweckmäßigen
Ausführungsform durch eine Bohrung oder seitliche Ausnehmung des Stellelements hindurch. Mit dieser Ausführungsform lässt sich eine besonders große Hubbewegung des Stellelements erreichen, ohne dass das Stellelement zu verkanten droht, da dann der Draht besonders schnell und einfach in die Ausnehmung eingehängt werden kann.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist ein jedes Ende des Drahtes an einem Kühlkörper befestigt, der aus einem elektrisch leitfähigen Material und zwar insbesondere aus einem Metall wie beispielsweise Messing besteht, Um den Draht zu erwärmen, wird eine Spannung an die beiden Kühlkörper angelegt. In der Ausgangsstellung fließt nun ein Strom durch den Draht. Der Draht wird so erwärmt und verformt sich bei Überschreiten der materialabhängigen Aktivierungstemperatur. Durch die Verformung wird das Stellelement in Richtung Endstellung bewegt oder eine solche Bewegung zumindest ermöglicht, An dem Stellelement ist ein elektrisches Verbindungselement aus elektrisch leitfähigem
Material befestigt, der gegen die beiden Kühlkörper bewegt wird, wenn das Stellelement in Richtung Endstellung bewegt wird, In der
Endstellung kontaktiert das elektrisches Verbindungselement schließlich die beiden Kühlkörper, so dass dann ein Strom über das elektrische Verbindungselement zum anderen Kühlkörper fließen kann, Der zuvor durch den Draht fließende Strom wird entsprechend reduziert oder sogar vernachlässigbar klein. Das elektrische Verbindungselement verursacht also einen Kurzschluss, wenn der durch den Draht fließende Strom zumindest vernachlässigbar klein wird. In dieser Ausführungsform der Erfindung sind die beiden Kühlkörper also zugleich Teil des
Schaltelements, was eine technisch besonders einfache, kompakte Bauweise erlaubt.
In einer Ausführungsform umfasst der Aktuator eine Feder, die
zumindest in der Endstellung vorgespannt ist. Diese Feder bewegt das Stellelement zurück in seine Ausgangsstellung, wenn die
Formgedächtnislegierung durch Abkühlen in ihre ursprüngliche Form zurückkehrt,
Mit dem Aktuator wird in einer Ausführungsform der Erfindung ein
Bauelement verschoben und zwar insbesondere ein Bauelement einer Schließvorrichtung bevorzugt für ein Kraftfahrzeug oder für ein
Gebäude, so zum Beispiel das aus der Druckschrift DE 102008012439 AI bekannte verschiebbare Verbindungselement einer
Schließvorrichtung einer Kraftfahrzeugkarosserie. In einer
Ausführungsform ist der Aktuator Teil einer Vorrichtung zur Entriegelung eines Schlosses, so zum Beispiel in der aus der Druckschrift DE 102004 040566 AI bekannten Weise. In einer Ausführungsform der Erfindung ist der Aktuator in einem Elektrokomponententräger eingebaut, so zum Beispiel in dem aus der Druckschrift DE 10320441 B3 bekannten Komponententräger, Ein solcher Komponententräger ist insbesondere Teil eines Türverschlusses insbesondere für ein Kraftfahrzeug oder für ein Gebäude. Die Formgedächtnislegierung wird bevorzugt so ausgewählt, dass die Aktivierungstemperatur zwischen 100°C und 150°C liegt und zwar insbesondere dann, wenn der Aktuator in einem Kraftfahrzeug
eingesetzt wird. Es ist zweckmäßig, eine Aktivierungstemperatur von weniger als 150°C vorzusehen, da eine solche Temperatur regelmäßig niedrig genug ist, um verwendete Materialien wie zum Beispiel
Kunststoffe nicht zu beschädigen.
Der Aktuator wird bevorzugt so konstruiert, dass sich die Länge eines aus der Formgedächtnislegierung bestehenden Drahtes durch
Erwärmen bzw. Abkühlen nebst Passieren der Aktivierungstemperatur um 3% bis 6% verändert, Einerseits ist eine solche Längenveränderung ausreichend, um einen praxisrelevanten Hub des Stellelements erzeugen zu können. Andererseits wird so eine übermäßige
Veränderung der Form des Drahtes vermieden, was übermäßige, zerstörerische Belastungen zur Folge haben könnten.
Ein Durchmesser des Drahtes von 0,1 bis 1 mm, bevorzugt von 0,2 bis 0,4 mm hat sich als zweckmäßig erwiesen. Der Aktuator wird insbesondere in einem Schloss oder einer
Schließeinrichtung eingesetzt, Das Schloss oder die Schließeinrichtung kann Teil eines Kraftfahrzeugs oder Gebäudes sein.
Es zeigen
Flg. 1: Aktuator in der Ausgangsstellung
Fig.2: Aktuator in der Endstellung
Fig.3: Drahtführung durch Stellelement Fig.4: verbesserte Ausführungsform
Fig.5: weitere Ausführungsform
Fig.: 6: Schaltprinzip
Figur 1 skizziert einen Aktuator 1 mit einem stangenförmigen
Stellelement 2, das durch Bohrungen im Gehäuse 3 längsverschiebbar gelagert wird. Der Aktuator 1 umfasst als Antriebseinrichtung einen Draht 4, der aus einer Formgedächtnislegierung besteht. Die beiden Enden 5 und 6 des Drahtes 4 sind an zwei Kühlkörpern 7 und 8 befestigt. Die Enden 5 und 6 des Drahtes 4 können zum Beispiel mit Hilfe von Schrauben 9 und 10 klemmend gehalten sein. Der Draht 4 wird im
Bereich des Stellelements 2 durch ein Führungselement 11 bogenförmig gehalten und geführt, um so Knickstellen im Draht 4 zu vermeiden, die den Draht 4 beschädigen könnten. Das Führungselement 11 besteht vorzugsweise aus einem relativ weichen Material wie Kunststoff und ist an dem Stellelement 2 befestigt. Der Draht 4 führt durch eine seitliche Ausnehmung im Stellelement 2 hindurch und kann daher besonders leicht und schnell in die Ausnehmung eingelegt werden. Befindet sich der Draht in der Ausnehmung, so wird der Draht von dieser Ausnehmung gehalten .
An das Führungselement grenzt ein als elektrisches Verbindungselement dienender metallischer Stab oder Stift 12 an, der in eine Rille des
Führungselements hineinreichen kann, um die Lage des elektrischen Verbindungselements 12 zu stabilisieren. Eine um das Stellelement 2 herum führende Feder 13 stützt sich im vorgespannten Zustand
einerseits gegen das Gehäuse 3 und andererseits gegen das elektrische Verbindungselement 12 ab, Aufgrund der Vorspannung drückt die Feder 13 das Stellelement 2 in seine Ausgangsstellung hinein. Der Draht 4 wird dadurch mechanisch gespannt und in seiner vorgesehenen Lage gehalten , Aus dem Gehäuse 3 führen elektrische Kontakte 14 und 15 der Kühlkörper 7 und 8 heraus und zwar in entgegengesetzte Richtungen. Wird eine Spannung an die elektrischen Kontakte angelegt, so fließt ein elektrischer Strom durch den Draht 4 hindurch. Der Draht 4 stellt an sich einen elektrischen Widerstand dar und erwärmt sich aufgrund des durch ihn hindurch fließenden elektrischen Stroms. Durch die
Erwärmung zieht sich der Draht 4 zusammen, wodurch das Stellelement 2 in Richtung des Pfeils 16 und damit in Richtung Endstellung bewegt wird.
In der Ausgangsstellung schließt der Draht 4 mit dem Stellelement 2 einen Winkel ein, der insbesondere zwischen 60 und 80° liegt, Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Winkel = 70°, Durch einen solchen Winkel wird erreicht, dass der mit einer Verkürzung des Drahts einhergehende Hub des Stellelements 2 deutlich größer ist als die Verkürzung,
Die Endstellung wird in der Figur 2 gezeigt. Das elektrische
Verbindungselement 12 wird nun gegen die beiden Kontaktspitzen 17 und 18 der Kühlkörper 7 und 8 gedrückt. Außerdem liegt der Draht 4 überwiegend an den beiden Kühlkörpern 7 und 8 an und kontaktiert in diesem Sinne die beiden Kühlkörper.
Ein Strom, der durch an die beiden Kontakte 14 und 15 angelegte Spannung erzeugt wird, fließt nun aufgrund der sehr viel größeren
Querschnitte praktisch vollständig durch die beiden Kühlkörper 7 und 8 sowie durch das elektrische Verbindungselement 12 hindurch und nicht mehr durch den Draht 4. Der Draht wird dann durch den eingeleiteten Kurzschluss nicht mehr erwärmt und kann daher nicht überhitzen.
Wärme kann vielmehr aus dem Draht aufgrund des entsprechenden Kontaktes beschleunigt in die Kühlkörper abgeleitet werden. Wird der Stromfluss unterbrochen, so kühlt der Draht rasch aus und nimmt seine ursprünglich Form an. Die Feder 13 drückt dann den Stellelement 2 in seine Ausgangsstellung zurück. Der Aktuator wird daher vor allem eingesetzt, wenn ein kurzer mechanischer Impuls erzeugt werden soll.
Das Gehäuse 3 ist in der dargestellten Ausführungsform 59 mm breit und 19 mm hoch. Die Gehäusetiefe beträgt 8,1 mm. Das Gewicht des gezeigten Aktuators betrug ohne das aus Metall bestehende
Stellelement lediglich 10 g. Das Gewicht des Stellelements betrug 6g. Mit Hilfe der Erfindung kann also problemlos ein Aktuator mit einem Gewicht von weniger als 20g hergestellt werden. Der Aktuator kann daher sehr kompakt gebaut sein. Die Kontakte 14 und 15 müssen nicht wie gezeigt seitlich aus dem Gehäuse 3 heraus geführt werden. Statt dessen können diese zum Beispiel auch nach oben aus dem Gehäuse 3 heraus reichen. Mit dem in den Figuren 1 und 2 gezeigten Aktuator gelingt mit der angegebenen Gehäusedimension durch Verkürzung des Drahtes 4 um 4,8% eine Hubbewegung des Stellelements von 4 mm. Da das Stellelement 2 aus zwei Seiten des Gehäuses heraus führt, kann der Aktuator für Hub oder Zug ausgelegt werden. Der Durchmesser des Drahtes 4 kann an die gewünschte Situation angepasst werden. Mit einem dickeren Draht kann eine höhere Hub- oder Zugkraft erzeugt werden. Ein dünnerer Draht kühlt schneller ab und ermöglicht daher eine höhere Dynamik.
Es hat sich gezeigt, dass bei einer Spannung von 12 V und einem Strom von 3A die Endstellung des Stellelements für mehrere Sekunden aufrecht erhalten werden kann, ohne dass dieses„flattert". Um ein Verstellen des Stellelements zu bewirken, musste eine Spannung von wenigstens 5V bei einem Strom von wenigstens 1A angelegt werden. Nach Abschalten des Stroms genügte eine Abkühlzeit von einer
Sekunde, um das Stellelement in seine Ausgangsstellung zurückspringen zu lassen. Innerhalb von einer Sekunde konnte das Stellelement durch Anschalten des Strom von der Ausgangsstellung in die Endstellung bewegt werden. In der Figur 3 wird eine Führung des Drahts 4 durch eine seitliche
Ausnehmung 19 in dem Stellelement 2 verdeutlicht.
In der Figur 4 wird eine verbesserte Ausführungsform gezeigt, die eine Feder 20 umfasst. Die Feder 20 ist zwischen dem elektrischen
Verbindungselement 12 und dem Führungselement 11 angeordnet.
Beispielsweise ist das elektrische Verbindungselement 12 gleitend gelagert und kann daher entlang des Stellelements 2 verschoben werden. Verkürzt sich der Draht aufgrund des Überschreitens der
Aktivierungstemperatur, so wird das elektrische Verbindungselement 12 federnd gegen Kontaktspitzen 17 und 18 gedrückt. Ein schlagartige Belastung des Drahtes 4 bei Erreichen der Endstellung wird so
vermieden, was die Lebensdauer des Drahts 4 verlängert. Das elektrische Verbindungselement 12 ist aber bevorzugt fest mit dem Stellelement 2 verbunden, wenn das Führungselement 11 entlang des Stellelements 2 verschiebbar angeordnet ist, Auch auf dieses Weise wird vermieden, dass eine Verkürzung des Drahts 4 aufgrund einer Erwärmung durch einen harten Anschlag schlagartig gestoppt werden kann. Die Federkraft der Feder 20, die zwischen dem elektrischen Verbindungselement 12 und dem Führungselement 11 angeordnet, ist vorzugsweise größer als die Federkraft der Feder 13, mit der der kalte Draht 4 in seine Ausgangsstellung gedrückt wird, Die Feder 13 drückt gegen das fest angeordnete elektrische Verbindungselement 12 und bewegt nach einem hinreichenden Abkühlen des Drahts 4 das
Stellelement 2 und damit auch den Draht 4 in seine Ausgangsstellung zurück, Wenn die Federkraft der Feder 20 die Federkraft der Feder 13 übersteigt, ist so gewährleistet, dass die Feder 20 in der
Ausgangsstellung nicht derart stark zusammengedrückt wird, dass diese nicht vorbeschriebene den Draht 4 schonende Wirkung entfalten kann. Ist das Führungselement 11 relativ zum Stellelement 2 verschiebbar angeordnet, so wird die Position des Führungselements 11 in der
Ausgangsstellung durch geeignete Wahl der Federkräfte so eingestellt, dass der Draht 4 nicht in Bewegungsrichtung (Richtung Endstellung) auf dem Stellelement 2 aufliegt. Auch in der Endstellung liegt der Draht bevorzugt dann nicht in vorgenannter Weise an. Der Draht 4 legt sich dann ggfs. nachgiebig an zumindest einen Kühlkörper in der
Endstellung an. Beschädigungen des Drahtes werden so verbessert vermieden.
Merkmale der Ausführungsbeispiele, die in den Ansprüchen noch nicht genannt sind, müssen nicht zwingend miteinander kombiniert werden, Diese können also einzeln mit dem anspruchsgemäßen Aktuator kombiniert werden.
In der Figur 5 wird eine Ausführungsform gezeigt, bei der aus einer Formgedächtnislegierung bestehender Draht zunächst durch
Formveränderung den Arm 21 verschiebt. Die Verschiebung des Arms 21 bewirkt eine Verschiebung des Stellelements. Wird das Stellelement durch Erwärmen des Drahts in Richtung des gehäuseseitig
angebrachten elektrischen Leiters 22 verschoben, so kontaktiert dieser in der Endstellung den elektrischen Leiter 23, der am Stellelement 2 angebracht ist. Aufgrund des so herbeigeführten elektrischen
Kurzschlusses fließt dann der Strom zum Beispiel vom elektrischen äußeren Kontakt 14 zum elektrischen äußeren Kontakt 15 nicht länger durch den aus der Formgedächtnislegierung bestehenden Draht 4 hindurch, sondern über den elektrisch leitenden Arm 21 in das elektrisch leitende Stellelement 2 hinein und von hier aus über die kurz
geschlossenen elektrischen Leiter 22 und 23 zum äußeren Kontakt 15. Ein weiteres Erwärmen des Drahtes 4 wird damit unterbrochen,
In der Figur 6 wird das Schaltprinzip verdeutlicht, Der Draht 4 weist einen Widerstand 24 auf. Wird der Schalter 26 geschlossen und ist der Widerstand 25 dieser parallelen elektrischen Leitung sehr viel kleiner als der Widerstand 24 des Drahts 4, so wird der Stromfluss durch den Draht 4 praktisch vollständig unterbrochen, Ein Strom fließt allerdings nur unter der Vorraussetzng, dass auch der Schalter 27 zuvor geschlossen worden ist, der das Aktivieren eines Aktuators repräsentiert, Bezugszeichenliste
1 : Aktuator
2: Stellelement
3: Gehäuse
4: Draht
5: Drahtende
6: Drahtende
7: Kühlkörper
8: Kühlkörper
9: Schraube
10: Schraube
11 : Führungselement
12: metalischer Stab
13: Feder
14: Kontakt
15: Kontakt
16: Pfeil
17: Kontaktspitze
18: Kontaktspitze
19: Ausnehmung
20: Feder
21 : Arm
22: elektrischer Leiter
23: elektrischer Leiter
24: elektrischer Widerstand
25: elektrischer Widerstand
26: elektrischer Schalter
27: elektrischer Schalter

Claims

Ansprüche
1. Aktuator (1) mit einem Stellelement (2) und einer aus einer
Formgedächtnislegierung gebildeten Antriebseinrichtung (4) für ein Bewegen des Stellelements (2) von einer Ausgangsstellung in eine Endstellung, gekennzeichnet durch einen Kühlkörper (7, 8), den die Formgedächtnislegierung durch Bewegen des Stellelements (2) in die Endstellung kontaktiert und / oder ein Schaltelement (12, 17, 18), welches durch Bewegen des Stellelements (2) in die
Endstellung so betätigt wird, dass ein für das Heizen der
Formgedächtnislegierung fließender elektrischer Strom reduziert oder abgeschaltet wird.
2. Aktuator nach Anspruch 1, bei dem die Antriebseinrichtung ein
Draht (4) ist oder umfasst, der sich durch Heizen insbesondere verkürzt.
3. Aktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Antriebseinrichtung (4) mit einer angrenzenden Oberfläche eines Kühlkörpers (7, 8) in der Ausgangsstellung einen spitzen Winkel einschließt, der in der Endsteüung zumindest verkleinert ist und in der Endstellung bevorzugt 0° beträgt.
4. Aktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die beiden Enden (5, 6) eines als Antriebseinrichtung dienenden Drahts (4) so befestigt sind, dass der Draht (4) mit dem Steüelement in der Ausgangsstellung einen spitzen Winkel größer als 45°, bevorzugt größer als 60° einschließt.
5. Aktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die beiden Enden (5, 6) eines als Antriebseinrichtung dienenden Drahts (4) an je einem Kühlkörper (7, 8) aus elektrisch leitendem Material befestigt sind, wobei die beiden Kühlkörper /7, 8) in der
Endstellung über ein elektrisches Verbindungselement (12) elektrisch miteinander verbunden sind.
Aktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer Feder (13), die durch Federkraft das Stellelement (2) in seine
Ausgangsstellung zu drücken vermag.
Aktuator nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer Feder (20) die zwischen einem am Stellelement (2) angebrachtem Schaltelement (12) und einem am Stellelement (2) angebrachtem Führungselement (11) angeordnet ist.
Aktuator nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem das Schaltelement (12) fest an dem Steüelement und das
Führungselement (11) verschiebbar an dem Stellelement
angeordnet ist.
Aktuator nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Federkraft der Feder 20 größer ist als die Federkraft einer Feder (13), die zwischen dem Aktuatorgehäuse (3) und dem am Stellelement (2) angebrachtem Schaltelement (12) angeordnet ist,
Aktuator nach einem der drei vorhergehenden Ansprüche, bei dem zwischen dem Stellelement (2) und dem Draht (4) in Richtung Endstellung ein Abstand vorhanden ist.
Verwendung eines Aktuators (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche in einem Kraftfahrzeug und/ oder in einer
Schließvorrichtung,
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