DE19816953A1

DE19816953A1 - Anordnung zum Erzeugen von Schwenkbewegungen

Info

Publication number: DE19816953A1
Application number: DE1998116953
Authority: DE
Inventors: Juergen Vollbarth; Joerg Gasmann
Original assignee: Technische Universitaet Dresden
Current assignee: Technische Universitaet Dresden
Priority date: 1998-04-17
Filing date: 1998-04-17
Publication date: 1999-10-21

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Erzeugen von Schwenkbewegungen an Abtriebselementen (3), bestehend aus einem Grundkörper (1), der an einer offenen Endfläche ein flexibles, folienartiges Element (2) aufweist, bei der in einem bestimmten Winkel zum Element (2) wenigstens ein Abtriebselement (3) angeordnet ist, so daß bei Einleiten einer Kraft F auf das Element (2) dieses abweichend von der Ausgangslage verformt wird und damit das (die) Abtriebselement(e) (3) geschwenkt wird (werden), und das Rückstellen durch Abstellen der Kraft F durch die Elastizität des Elementes (2) oder dem zusätzlichen Aufbringen einer der Kraft F entgegengesetzten Rückstellkraft erfolgt, wobei die Schwenkbewegungen direkt oder über weitere Übertragungsglieder als Abtriebsbewegung genutzt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Erzeugen von Schwenkbewegungen und kann selbst eine Baugruppe wie Greifer, Kupplungen oder Schalter bilden, Teil dieser Baugruppen sein, oder als Antrieb dieser Baugruppen dienen.

Aus der Literatur zu mechanischen Getrieben des Maschinenbaus und der Feinwerktechnik z. B.:

- W. Krause: Konstruktionselemente der Feinwerktechnik; Carl Hanser Verlag München-Wien;
- S. Hesse: Greifer-Praxis; Vogel Buchverlag;
- Taschenbuch Maschinenbau; Verlag Technik Berlin;
- J. Vollmer: Getriebetechnik (Leitfaden). 3. Auflage Verlag Technik Berlin

sind eine Reihe von Getrieben bekannt, welche Schwenkbewegungen ermöglichen. Diese Getriebe zeichnen sich im Allgemeinen durch den Zusammenbau von separaten Konstruktionselementen wie Hebel, Gelenken etc. aus. Als nachteilig bei derartigen Mechanismen erweist sich, daß bei einem hohen Miniaturisierungsgrad der Fertigungsaufwand für solche Getriebe stark ansteigt. Weiterhin weisen die bekannten Anordnungen oft eine Vielzahl von Einzelteilen auf.

Aus der DE 44 06 771 A1 ist ein Greifer für Industrieroboter bekannt. Der Greifer besteht aus zwei beweglichen Fingern, wobei die Bewegung der Finger durch Elemente aus Formgedächtnislegierungen hervorgerufen wird. Nachteilig ist die Gestaltung der Greiffinger als Einzelelemente, deren Befestigung und Lagerung sowie das Fehlen der Kopplung zwischen den einzelnen Greiffingern zum Erreichen des Gleichlaufes.

Weitere Greifer mit Antrieben aus Formgedächtniselementen sind aus J. Hesselbach, R. Pitschellis: Greifer für die Mikromontage bekannt.

In Feinwerkelemente/Führungen/Federelemente. VDI/VDE Richtlinie 2252, Blatt 9 wird die Gestaltung und Dimensionierung von Festkörpergelenken und Spannbandlagern beschrieben. Diese werden jedoch als separate Konstruktionselemente betrachtet und eignen sich nicht für Anwendungen im Sinne der Erfindung.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Anordnung anzugeben, mit der eine Schwenkbewegung auf mehrere Abtriebselemente erzeugt werden kann, die mit kleinem notwendigen Bauraum und möglichst wenigen Bauteilen auskommt und dabei den Gleichlauf der einzelnen Abtriebselemente gewährleistet.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich im Zusammenhang mit den Unteransprüchen.

Wesentlich an der Erfindung ist, daß durch die Verwendung eines flexiblen, folienähnlichen Elementes die Integration aller Mechanismenelemente in einen Funktionskörper möglich ist und sich dieser somit gut für den Einsatz in Mikromechanismen eignet.

Die mit der Anordnung erzeugte Schwenkbewegung läßt sich auf verschiedene Weise zum Beispiel in Greifern, Schaltern oder Kupplungen nutzen und eignet sich besonders in Kombination mit Miniaturantrieben wie zum Beispiel Formgedächtnisantrieben, Mikromotoren oder chemomechanischen Aktoren.

Vorteilhaft ist die Ausbildung von Grundkörper, flexiblem, folienartigem Element und Abtriebselementen als eine stoffliche Einheit.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung als Greifer in Miniaturform ergibt sich aus Unteranspruch 3. Der Grundkörper, das flexible Element und die Abtriebselemente sind zu einer Einheit zusammengefaßt. Drei Abtriebselemente sind so auf dem flexiblen Element angeordnet, daß sie bei Durchbiegung desselben eine Greifbewegung ausführen. Als Antrieb kann hierbei ein Formgedächtniselement mit entsprechender Aufhängung (Unteranspruch 4) dienen, welches aus einer Formgedächtnislegierung besteht und bei einer Temperaturänderung eine Formänderung erfährt. Das Formgedächtniselement ist mit dem flexiblem Element so verbunden, daß dieses bei Verkürzung des Formgedächtniselementes verformt wird und sich die als Greifbacken gestalteten Abtriebselemente zum Zentrum hin Neigen, womit das Greifen von Teilen ermöglicht wird.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen.

Von Vorteil bei der Erfindung ist, daß durch die Verwendung des flexiblen, folienähnlichen Elementes als Träger der Abtriebselemente, als Verbindungsglied zwischen dem Grundkörper und den Abtriebselementen sowie als Bewegungsumformer und Kraftübertrager ein hoher Grad an Funktionenintegration erreicht wird, wodurch eine starke Miniaturisierung und die oft notwendige Zwangsführung der Abtriebselemente bei Minimierung der Bauteilanzahl auf einfache Art realisiert werden kann. Weiterhin gewährleistet die Erfindung bei symmetrischer Anordnung der Abtriebselemente und dem flexiblen, folienähnlichen Element zum Grundkörper den Gleichlauf der Abtriebselemente.

Die Erfindung wird nachstehend an mehreren Ausführungsbeispielen erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1a eine Darstellung zur Veranschaulichung der Funktionsweise der Erfindung,

Fig. 1b eine Darstellung wie in Fig. 1a mit durchgebogenem flexiblen, folienartigem Element,

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Anordnung mit Grundkörper und drei Abtriebselementen,

Fig. 3 eine erfindungsgemäße Anordnung bei der der Grundkörper in einer Aufnahme eingesetzt ist in Frontansicht,

Fig. 4 eine zu Fig. 3 gehörige Schnittdarstellung.

Fig. 1a und 1b dienen zur Veranschaulichung der Funktionsweise der Erfindung und stellen zugleich eine stark vereinfachte Greifmechanik dar. Ein hohler Grundkörper 1 weist an einer seiner offenen Endflächen ein flexibles, folienartiges Element 2 auf. Auf dem flexiblem, folienartigen Element sind zwei Abtriebselemente 3 angebracht.

Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung mit Grundkörper 1 und drei Abtriebselementen 3 dessen Ausführung eine Greifmechanik darstellt. Als flexibles, folienähnliches Element 2 dient die Deckschicht des zylinderförmigen Grundkörpers 1. Auf dem flexiblen, folienähnlichen Element 2 sind als Abtriebselemente 3 drei Greiffinger vorgesehen. Die Funktionselemente Grundkörper 1, flexibles, folienähnliches Element 2, Abtriebselemente 3 in Fig. 1b stehen miteinander in stofflichem Zusammenhang.

Übt man eine Kraft auf die zentrisch angeordnete Bohrung a im flexiblen, folienähnlichen Element 2 aus, so treten koaxiale Verformungen des flexiblen, folienähnlichen Element 2 um die Bohrung a auf. Aufgrund dieser Verformungen bewegen sich Enden der Abtriebselemente 3 zum Zentrum der Anordnung hin.

Fig. 3 und Fig. 4 zeigen die erfindungsgemäße Anordnung in einem Miniaturgreifer. Antriebselement ist ein drahtförmiges Formgedächtniselement 5, welches sich bei Temperatur erhöhung verkürzt. Das Formgedächtniselement 5 ist mittels Verbindungselementen 6 und einem Justageelement 7 zwischen der Aufnahme 4 und dem flexiblen, folienähnlichen Element 2 so eingespannt, daß sich letzteres beim Verkürzen des Formgedächtniselementes 5 durchbiegt und sich die als Greiffinger genutzten Abtriebselemente 3 zum Zentrum der Anordnung hin neigen und so ein Objekt greifen können. Als Unterstützung des Rückstellens des Formgedächtniselementes 5 ist eine Feder 8 vorgesehen, welche über ein Druckstück 9 die Rückstellkraft für das Formgedächtniselement 5 zwischen dem Justageelement 7 und dem flexiblen, folienähnlichen Element 2 erzeugt. Alle Bauteile sind in einer Aufnahme 4 montiert. Mit dem Justageelement 7 kann die über die Feder 8 erzeugte Kraft eingestellt werden. Eine Kappe 10 verschließt die Aufnahme 4.

Bezugszeichenliste

1

Grundkörper

2

flexibles, folienähnliches Element

3

Abtriebselemente

4

Aufnahme

5

Formgedächtniselement

6

Verbindungselement

7

Justageelement

8

Feder

9

Druckstück

10

Kappe
a Bohrung
b Materialschwächung
c Ausbruch

Claims

1. Anordnung zum Erzeugen von Schwenkbewegungen an Abtriebselementen (3), bestehend aus einem Grundkörper (1), der an einer offenen Endfläche ein flexibles, folienartiges Element (2) aufweist, bei der in einem bestimmten Winkel zum Element (2) wenigstens ein Abtriebselement (3) angeordnet ist, so daß bei Einleiten einer Kraft F auf das Element (2) dieses abweichend von der Ausgangslage verformt wird und damit das (die) Abtriebselement(e) (3) geschwenkt wird (werden), und das Rückstellen durch Abstellen der Kraft F durch die Elastizität des Elementes (2) oder dem zusätzlichen Aufbringen einer der Kraft F entgegengesetzten Rückstellkraft erfolgt, wobei die Schwenkbewegung direkt oder über weitere Übertragungsglieder als Abtriebsbewegung genutzt wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, bei der der Grundkörper (1), das flexible, folienartige Element (2) und das (die) Abtriebselement(e) (3) eine stoffliche Einheit bilden.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das flexible, folienähnliche Element (2) und der Grundkörper (1) durch Bohrungen (b) und Ausbrüche (c) hinsichtlich ihrer Funktionseigenschaften beeinflußt werden können.

4. Anordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (1) in einer Aufnahme (4) befestigt ist und im Mittelpunkt des flexiblen, folienartigen Elementes ein Formgedächtniselement (5) als Antrieb mittels eines Verbindungselementes (6) angebunden ist, wobei das andere Ende des Formgedächtniselementes (5) mit der Aufnahme (4) verbunden ist.

5. Anordnung nach Anspruch 4, bei der das Verbindungselement (6) in der Bohrung (a) des flexiblen, folienartigen Elementes (2) eingesetzt ist.

6. Anordnung nach Anspruch 4, bei der das Formgedächtniselement (5) ein Formgedächtnisdraht ist, dessen eines Ende mittels Verbindungselement (6) am flexiblen, folienähnlichen Element (2) befestigt ist und dessen anderes Ende über ein Verbindungselement (6) und ein Justageelement (7) mit der Aufnahme (4) verbunden ist.

7. Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückbiegen des flexiblen, folienähnlichen Elementes (2) durch eine Feder (8) unterstützt wird, welche über ein Druckstück (9) eine Federkraft zwischen dem Justageelement (7) und dem flexiblen, folienartigen Element erzeugt.

8. Anordnung nach Anspruch 4, 5 oder 6, bei der der Hub des Druckstückes (9) durch einen Anschlag begrenzt ist.

9. Anordnung nach Anspruch 4, 5 oder 6, bei der die Verbindung des Formgedächtniselementes (5) mit den Verbindungselementen (6) durch Klemmen hergestellt wird.

10. Anordnung nach Anspruch 4, 5 oder 6, bei der die Aufnahme (4) durch eine Kappe (10) verschlossen sein kann.

11. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtriebselemente (3) durch Schwächung (b) des Materials biegsam gestaltet sind.