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DE60111095T2 - Bündel aus Drähten aus Formgedächtnismaterial und Stellantriebe - Google Patents

Bündel aus Drähten aus Formgedächtnismaterial und Stellantriebe Download PDF

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DE60111095T2
DE60111095T2 DE60111095T DE60111095T DE60111095T2 DE 60111095 T2 DE60111095 T2 DE 60111095T2 DE 60111095 T DE60111095 T DE 60111095T DE 60111095 T DE60111095 T DE 60111095T DE 60111095 T2 DE60111095 T2 DE 60111095T2
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shape memory
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memory alloy
bundle
wires
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Nancy M. Rey
Robert M. Rukus
Robin Mihekun Miller
John L. Kettle
Thomas G. Tillman
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Original Assignee
United Technologies Corp
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Publication date
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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Mechanismus mit gegenläufiger Bewegung, der eine Mehrzahl von Aktuatoren aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen aufweist, die von dem Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen antriebsmäßig bewegt werden.
  • Herkömmliche Legierungsmaterialien mit Formerinnerungsvermögen zeigen einen Formerinnerungseffekt und haben einen Ausgangszustand oder eine Ausgangsformm sowie einen verformten Zustand oder eine verformte Form. Das Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen kann in seinem niedrige Temperatur aufweisenden, martensitischen Zustand aus der ursprünglichen Form verformt werden. Sobald die Legierung mit Formerinnerungsvermögen über ihre Phasenübergangstemperatur für den Übergang in ihren austenitischen Zustand erwärmt wird, versucht die Legierung mit Formerinnerungsvermögen in ihre ursprüngliche Form oder Ausgangsform zurückzukehren. Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen wird typischerweise aus Nickel-Titan-(NiTi-)Legierung hergestellt, die mit Kupfer (Cu) und/oder verschiedenen anderen Elementen modifiziert sein kann. Eine vorteilhafte Eigenschaft der Legierung mit Formerinnerungsvermögen besteht somit darin, dass sich das Material bei Erwärmung zurückstellt bzw. in seine ursprüngliche Form zurückkehrt und dadurch eine Kraftabgabe erzeugt wird.
  • Derzeit wird Legierung mit Formerinnerungsvermögen in vielen verschiedenen Industrien in erster Linie für Anwendungen mit einmaliger Betätigung und/oder in einer passiven Kapazität verwendet. In der Automobilindustrie wird Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen in wärmeempfindlichen Steuerventilen angeordnet, die passiv arbeiten, wenn die Umgebungstemperatur ansteigt. Einmalige Anwendungen oder Anwendungen mit niedrigem Zyklus für Legierungsmaterialien mit Formerinnerungsvermögen bestehen auch in der medizinischen Industrie für Knochenplatten, künstliche Gelenke sowie bei Zahnanwendungen. Legierungsmaterialien mit Formerinnerungsvermögen werden auch in Duschventilen mit Anti-Verbrühfunktion verwendet. Superelastische Formen von Legierungsmaterialien mit Formerinnerungsvermögen werden derzeit bei Gestellen für Brillen sowie Antennen für Mobiltelefone verwendet. Obwohl Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen häufig verwendet wird, besteht der größte Teil der derzeitigen kommerziellen Verwendung von Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen in der passiven oder einmaligen Verwendung.
  • Die US-A-5 003 779 offenbart einen Generator mit einem rohrförmigen Zahnradmechanismus, der aus Legierung mit Formerinnerungsvermögen hergestellt ist. Gemäß der Erfindung wird ein Mechanismus mit gegenläufiger Bewegung geschaffen, wie er in Anspruch 1 beansprucht ist.
  • Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können die Aktuatoren aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen einzelne Drähte aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen aufweisen, die in Form eines Bündels aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen ausgebildet sind.
  • Die Drähte aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen, die die Bündel aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen bilden, können zu Strängen, Seilen, Feldern oder anderen Formgebungen konfiguriert werden.
  • Ein Vorteil der Bündel aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen, wie diese bei bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden, besteht darin, dass die Bündel aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen unter normalen Ermüdungssituationen oder Überlastungssituationen nicht zu einem Versagen mit katastrophalen Folgen führen. Da die Bündel aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen eine Vielzahl von Drähten mit kleinerem Durchmesser beinhalten, wird bei einem Ausfall von einem oder mehreren Drähten ein solcher Ausfall während einer visuellen, elektrischen oder andersartigen zerstörungsfreien Überprüfung sichtbar. Wenn ein Defekt bei einem oder mehreren Drähten festgestellt wird, kann somit eine Reparatur oder ein Austauschen des gesamten Bündels aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen ins Auge gefasst werden, um einen anschließenden Schaden mit katastrophalen Folgen zum vermeiden.
  • Ein weiterer Vorteil des Bündels aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen besteht in der Flexibilität. Das Bündel aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen kann um Ecken oder beliebige Konfigurationen gebogen werden, ohne dass es zu schädigenden Dehnungsbelastungen kommt. Die Flexibilität der Bündel aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen eliminiert ferner die Notwendigkeit von mehreren Segmenten des Legierungsmaterials mit Formerinnerungsvermögen.
  • Ein weiterer wesentlicher Vorteil besteht darin, dass die flexiblen Bündel aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen zu mechanischen Abschlüssen geformt werden können, die großen Kräften standhalten können.
  • Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden lediglich an Hand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die Begleitzeichnungen beschrieben; darin zeigen:
  • 1 eine schematische Perspektivansicht eines Bündels aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen, das durch eine Mehrzahl von Drähten aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen zu einem Seil geformt ist, und zwar zur Verwendung bei einem Mechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 2A bis D schematische Darstellungen von Querschnitten von verschiedenen Konfigurationen des Bündels aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen gemäß 1;
  • 3 eine schematische Darstellung eines Querschnitts eines Strangs des Bündels aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen gemäß 2;
  • 4 eine fragmentarische, schematische Perspektivansicht einer Mehrzahl von Strängen aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen gemäß 3, die ein Feld bilden;
  • 5 eine fragmentarische Darstellung eines Mehrzahl von Drähten aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen, die zu dem Strang der 3 verdrillt werden, und zwar mit abgebundenen Enden sowie vor einem Wärmebehandlungsvorgang;
  • 6 eine Perspektivansicht einer Wärmebehandlungsvorrichtung für das Bündel aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen gemäß 1;
  • 7 eine fragmentarische Darstellung der Mehrzahl der Drähte aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen gemäß 5, die zu dem Strang verdrillt sind, und zwar nach dem Wärmebehandlungsvorgang;
  • 8A bis 8F schematische Darstellungen von verschiedenen Abschlüssen des Bündels aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen gemäß 1; und
  • 9 eine schematische Darstellung eines Mechanismus mit gegenläufiger Bewegung, der von einer Mehrzahl von Bündeln aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen gemäß 1 betätigt wird.
  • Unter Bezugnahme auf 1 beinhaltet ein Bündel 10 aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen eine Mehrzahl von Einzeldrähten 12, die zu mehreren Strängen 14 geformt sind. Jeder Strang 14 weist einen zentralen Draht 16 auf. Die Mehrzahl der Stränge 14 bildet dann ein Seil 18. Jedes Seil 18 beinhaltet einen Kern 20, der ebenfalls aus einer Mehrzahl von Drähten 12 gebildet ist. Jeder Draht 12 weist ein erstes Drahtende 24 und ein zweites Drahtende 26 auf, die dem ersten Bündelende 28 bzw. dem zweiten Bündelende 30 entsprechen.
  • Unter Bezugnahme auf die 2 bis 4 sind die Bündel 10 aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen unabhängig von der speziellen Strang-, Seil- oder Feld-Konfiguration aus einer Mehrzahl blanker Drähte 12 aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen gebildet. Bei den Drähten 12 aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen kann es sich entweder um reine Nickel-Titan-(NiTi-)Legierung oder Nickel-Titan-Legierung, modifiziert mit verschiedenen anderen Elementen (wie z. B. Kupfer (Cu)) oder weiteres Material handeln, das einen Formerinnerungseffekt aufweist. Die spezielle Zusammensetzung des Legierungsmaterials mit Formerinnerungsvermögen kann variieren, um die für die jeweilige Anwendung erforderlichen Eigenschaften zu optimieren. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel stammten die blanken Drähte aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen von dem Hersteller Raychem Corporation, Menlo Park, Kalifornien. Es gibt jedoch verschiedene andere Unternehmen, die Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen herstellen.
  • Wie in der herkömmlichen Drahseiltechnik allgemein bekannt ist, können die Drahtseile 18 mit verschiedenen Konfigurationen und Querschnitten gefertigt werden. Die Seile 18 aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen können ebenfalls mit verschiedenen Querschnittsgeometrien hergestellt werden, wie dies in den 2A bis D gezeigt ist, und sie können mit oder ohne den Kern 20 gebildet sein. Bei der bevorzugten Konstruktion wird das Bündel 10 aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen durch die Mehrzahl von Drähten 12 aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen gebildet, die zu dem Strang 14 gebündelt werden, wobei jeder Strang 14 insgesamt neunzehn Drähte 12 aufweist, wie dies in 3 gezeigt ist. Die neunzehn Drähte 12 sind derart angeordnet, dass ein zentraler Draht 16 im Zentrum angeordnet ist, sechs umgebende Drähte 12 eine zweite Reihe bilden und zwölf Drähte 12 die äußere Reihe bilden. Zusätzlich dazu kann das Bündel 10 aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen auch in Form eines Feldes 32 von Strängen 14 ausgebildet werden, wie dies in 4 gezeigt ist. Die Durchmesser der Drähte aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen in jedem Strang 14 und/oder Seil 18 können zur Schaffung verbesserter Verschachtelungseigenschaften variieren.
  • Zum Fertigen des Bündels 10 aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen wird zuerst eine Mehrzahl blanker Drähte 12 aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen, die erste und zweite Enden 24, 26 aufweisen, zu Strängen 14 und dann zu Seilen 18 geformt. Beim Formen der einzelnen blanken Drähte 12 aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen zu Strängen 14 und dann zu Seilen 18 werden das erste und das zweite Ende 28, 30 jedes Strangs 14 und jedes Seils 18 mittels Abbindeeinrichtungen 34 abgebunden, um die Seilform zu erhalten und ein Aufdrehen zu verhindern, wie dies in der Drahtseiltechnik bekannt ist und in 5 dargestellt ist. Obwohl zum Bilden des Seils 18 herkömmliche Drahtseiltechniken verwendet werden, werden bei der bevorzugten Konstruktion keine Gleitmittel oder Öle bei Seilen 18 aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen verwendet, um die Verunreinigung von Wärmebehandlungsöfen zu minimieren. Darüber hinaus werden Kunststoffführungen (nicht gezeigt) anstatt herkömmlicher Metallführungen zur Minimierung der Erwärmung des Legierungsmaterials mit Formerinnerungsvermögen während des Gleitmittel-freien Seilbildungsvorgangs verwendet.
  • Anschließend an die Bildung des Bündels 10 aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen muss das Bündel unter Spannung gesetzt und straft gehalten werden, um ein Aufdrehen und eine relative Rotation der Drähte 12 in dem Strang 14 und/oder der Stränge 14 in dem Seil 18 während des anschließenden Vorgangs zu verhindern. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird das Bündel 10 aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen in eine Wärmebehandlungsvorrichtung 36 gesetzt, wie dies in 6 dargestellt ist. Die Wärmebehandlungsvorrichtung 36 beinhaltet Seitenteile 38, zwischen denen eine Mehrzahl von Stäben 40 angeordnet ist. Obwohl bei einer bevorzugten Konstruktion die Geometrie der Wärmebehandlungsvorrichtung 36 der gewünschten Ausgangskonfiguration des Bündels aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen nachempfunden ist, kann die Wärmebehandlungsvorrichtung 36 eine beliebige andere Geometrie aufweisen, oder es können herkömmliche Wärmebehandlungseinrichtungen verwendet werden. Die Wärmebehandlungsvorrichtung 36 mit einer Geometrie, die im Wesentlichen mit der gewünschten Ausgangskonfiguration des Bündels aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen identisch ist, ergibt jedoch ein effizienteres Bündel aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen. Aus diesem Grund ist es von Vorteil, die gewünschten Biegungen und Formgebungen der Ausgangsform des Bündels aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsver mögen in die Wärmebehandlungsvorrichtung 36 zu integrieren. Nach der Platzierung des Bündels 10 aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen in der Wärmebehandlungsvorrichtung 36 wird das Bündel 10 unter Spannung gesetzt, wobei die Enden 28, 30 des Bündels 10 aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen an den Stäben 40 der Vorrichtung 36 befestigt werden, um eine relative Rotationsbewegung der einzelnen Drähte 12 aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen in dem Strang 14 und/oder den Strängen 14 in dem Seil 18 zu verhindern sowie sicherzustellen, dass sich das Seil 18 aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen während des Wärmebehandlungsvorgangs nicht aufdreht, um auf diese Weise einen Ausgangszustand des Bündels 10 aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen in Form eines festen Seils, wie es in 7 gezeigt ist, mit den gewünschten Biegungen bzw. Krümmungen herzustellen. Das Bündel 10 aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen wird dann in Übereinstimmung mit dem angemessenen Wärmebehandlungsverfahren für Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen wärmebehandelt.
  • Nach Abschluss der Wärmebehandlung des Bündels 10 wird das Bündel 10 aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen einer zyklischen Beanspruchung unterzogen, um das anfängliche Kriechen in dem Bündel zu eliminieren, wobei das Bündel aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen abwechselnd verformt und dann erwärmt wird, um seine Ausgangsform wiederherzustellen. Obwohl bei einigen Anwendungen der zyklische Beanspruchungsvorgang möglicherweise nicht erforderlich ist, ist es bevorzugt, das Bündel aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen einer zyklischen Beanspruchung zu unterziehen, um ein zuverlässigeres Leistungsvermögen zu erzielen. Der zyklische Beanspruchungsvorgang für das Bündel 10 ist im Wesentlichen ähnlich dem Vorgang, der für einzelne Drähte aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen oder für Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen verwendet wird.
  • Unter Bezugnahme auf 8 können die Enden 28, 30 des Bündels 10 aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen in Form von verschiedenen Seilabschlüssen 42 ausgebildet werden, und zwar ähnlich wie bei traditionellen Drahtseilen.
  • Nachdem das Bündel 10 aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen gebildet, wärmebehandelt und in manchen Fällen einer zyklischen Beanspruchung unterzogen worden ist, weist das Bündel 10 aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen eine ursprüngliche Formgebung oder einen Ausgangszustand eines Seils oder eines anderen Bündeltyps auf. Das Bündel aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen kann dann in seinem niedrige Temperatur aufweisenden, martensitischen Zustand verformt werden. Wenn das Bündel aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen über seine Phasenübergangstemperatur hinaus in seinen austenitischen Zustand erwärmt wird, versucht das Bündel 10 aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen in seinen unbelasteten, bei niedriger Temperatur vorhandenen Zustand zurückzukehren, und zwar unter beträchtlicher Kraftausübung, die zum Verrichten nützlicher Arbeit verwendet wird. Die Phasenübergangstemperatur für das Bündel aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen, ist im Wesentlichen die gleiche wie die Phasenübergangstemperatur für jeden einzelnen Draht aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen. Das Arbeitsausmaß, das das Bündel aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen ausführt, hängt von der speziellen Anzahl der einzelnen Drähte ab, die das Bündel aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen bilden. Wenn z. B. jeder einzelne Draht eine Kraft X abgibt und das Bündel aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen neunzehn Drähte enthält, beträgt die Gesamtausgangsleistung von dem Bündel aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen ca. 19X oder ca. das Neunzehnfache der Kraftabgabe eines einzelnen Drahts aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen. Auf diese Weise können verschiedene Konfigurationen von Bündeln aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen gebildet werden, um einen gewünschten Kraftbetrag zu erhalten.
  • Zum Bewerkstelligen des Übergangs von der martensitischen in die austenitische Phase können die Bündel aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen durch viele alternative Vorrichtungen und Verfahrensweisen erwärmt werden. Zum Beispiel können die Bündel aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen mittels heißer Luft oder heißen Wassers, Leitungs-, Konvektions- oder Strahlungswärme, elektrisch und/oder durch andere Mittel erwärmt werden. Bei der bevorzugten Anordnung wird jedoch eine Spannung über das Bündel aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen aufgebracht, um das Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen zu erwärmen und den Übergang der Bündel aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen aus der martensitischen Phase in die austenitische Phase zu veranlassen. Die Leistungsmenge, die auf das Bündel aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen zum Erreichen der Phasenübergangstemperatur aufzubringen ist, hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie z. B. davon, wie rasch das Bündel aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen betätigt werden muss, der Gesamtgröße des Bündels aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen sowie der Basistemperatur des Bündels aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen. Zusätzlich dazu kann das Bündel aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen aktiv gekühlt werden, um den Phasenübergangsvorgang von der austenitischen Phase in die martensitische Phase zu beschleunigen.
  • Unter Bezugnahme auf 18 beinhaltet ein Mechanismus 100 mit gegenläufiger Bewegung, der die vorliegende Erfindung verkörpert, ein Ausgangselement oder Zahnrad 102, das um einen zentralen Drehpunkt 103 drehbar ist und eine Mehrzahl von Zähnen 104 aufweist, wobei jeder Zahn 104 eine Zahnoberfläche 106, eine Spitze 108 und einen Fuß bzw. eine Wurzel 110 aufweist. Der Mechanismus 100 mit gegenläufiger Bewegung beinhaltet ferner einen Kontaktpunktrahmen 112, der an beiden Seiten des Zahnrads 102 angeordnet ist und der an einem ersten Kontaktpunkt 116 und einem zweiten Kontaktpunkt 118 angebracht ist. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei den Kontaktpunkten 116, 118 um Lager. Jeder Kontaktpunk 116, 118 steht in Eingriff mit der Zahnoberfläche 106 des benachbarten Zahns 108 des Zahnrads 102. Der Rahmen 112 ist an dem zentralen Drehpunkt 103 oder einer beliebigen anderen Konstruktion (nicht gezeigt) festgelegt. Ein erster Aktuator 122 aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen und ein zweiter Aktuator 124 aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen sind auf entgegenge setzten Seiten des zentralen Drehpunkts 103 angeordnet und an dem Rahmen 112 befestigt. jeder Aktuator 122, 124 aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen weist einen Ausgangszustand und einen verformten Zustand auf. Weiterhin beinhaltet der Mechanismus 100 auch ein Vorspannelement 125.
  • Im Betrieb werden der erste und der zweite Aktuator 122, 124 aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen des Mechanismus 100 mit gegenläufiger Bewegung abwechselnd erwärmt und potenziell gekühlt. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei dem Ausgangszustand jedes Aktuators 122, 124 aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen um einen erweiterten Zustand, während es sich bei dem verformten Zustand jedes Aktuators um einen komprimierten Zustand handelt. Wenn der erste Aktuator 122 aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen erwärmt wird, dehnt sich dieser, wodurch das erste Lager 116 nach oben in Richtung auf die Spitze 108 des entsprechenden Zahns 104 gedrückt wird, bis es schließlich die Spitze 108 des Zahns 104 verlässt. Während der erste Aktuator 122 aus Legierunysmaterial mit Formerinnerungsvermögen gedehnt wird, wird der zweite Aktuator 124 aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen zusammengedrückt, wodurch das zweite Lager 118 in Richtung auf den Fuß 110 des entsprechenden Zahns 104 gedrückt wird und dadurch das Zahnrad 102 rotationsmäßig bewegt wird, wie dies durch den Pfeil 126 angedeutet ist. Anschließend daran wird der zweite Aktuator 124 aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen erwärmt. Beim Erwärmen dehnt sich der zweite Aktuator 124 aus, so dass das zweite Lager 118 nach oben in Richtung auf die Spitze 108 des entsprechenden Zahns 104 gedrückt wird und dieses schließlich die Spitze 108 des Zahns 104 verlässt. Während der zweite Aktuator 124 aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen gedehnt wird, wird der erste Aktuator 122 aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen zusammengezogen, so dass das erste Lager 116 in Richtung auf den Fuß 110 des nachfolgenden Zahns 104 gedrückt wird und dadurch die Rotationsbewegung des Zahnrads 104 fortgesetzt wird, wie dies durch den Pfeil 126 dargestellt ist.
  • Der Mechanismus 100 mit zwei Aktuatoren 122, 124 aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen führt somit zu einer stufenartigen kontinuierlichen Bewegung des Zahnrads 102. Darüber hinaus kann die Zahnradbewegung umgekehrt werden, indem die Feder 125 in der entgegengesetzten Richtung vorgespannt wird. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei dem Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen bestehenden Aktuatoren 122, 124 um Bündel 10 aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen, wie diese vorstehend beschrieben worden sind. Bei den Aktuatoren 122, 124 aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen kann es sich jedoch auch um Rohre oder Stäbe handeln. Ferner kann die Ausgangsform der Aktuatoren aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen entweder eine gedehnte oder eine kontrahierte Form sein. Zusätzlich dazu werden bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die Aktuatoren 122, 124 aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen erwärmt, um von einem verformten Zustand in ihren Ausgangszustand zurückzukehren. Die Aktuatoren 122, 124 aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen können jedoch auch gekühlt werden, um den Betätigungszyklus zu beschleunigen.
  • Ein Vorteil der Bündel 10 aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen, wie diese bei bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung verwendet werden, besteht darin, dass Bündel aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen unter normalen Ermüdungssituationen oder Überlastungssituationen zu keinem Defekt mit katastrophalen Folgen führen. Da die Bündel aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen viele Drähte mit kleinerem Durchmesser beinhalten, wird bei einem Defekt von einem oder mehreren Drähten ein solcher Defekt während einer visuellen, elektrischen oder andersartigen zerstörungsfreien Inspektion erkennbar. Wenn ein Defekt bei einem oder mehreren Drähten festgestellt wird, kann somit eine Reparatur oder ein Austauschen des gesamten Bündels aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen vorgenommen werden, um einen anschließenden Defekt mit katastrophalen Folgen zu vermeiden.
  • Ein weiterer Vorteil des Bündels aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen besteht in dessen Flexibilität. Das Bündel 10 aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen kann um Ecken oder beliebige andere Konfigurationen gebogen werden, ohne dass schädigende Dehnungsbelastungen entstehen. Die Flexibilität der Bündel aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen eliminiert ferner die Notwendigkeit von mehreren Segmenten des Legierungsmaterials mit Formerinnerungsvermögen.
  • Ein weiterer wesentlicher Vorteil besteht darin, dass die flexiblen Bündel aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen in Form von mechanischen Abschlüssen ausgebildet werden können, die hohen Kräften standhalten können.
  • Die vorliegende Erfindung ist zwar unter Bezugnahme auf ein spezielles Ausführungsbeispiel von dieser dargestellt und beschrieben worden, jedoch versteht es sich für Fachleute, dass verschiedene Modifikationen der vorliegenden Erfindung im Umfang der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können. Zum Beispiel kann der Kern 20 des Seils 18 aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen oder ein zentraler Draht 16 der Stränge 14 auch aus einem anderen Material als dem Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen hergestellt werden. Obwohl ferner bestimmte Ausführungsformen eine spezielle Ausgangsform und eine spezielle verformte Formgebung beschreiben, sind die Ausgangsformgebung und die verformte Formgebung gegeneinander austauschbar. Ferner kann der Draht aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen entweder einen runden Querschnitt oder eine beliebige andere Querschnittsform aufweisen. Auch kann der Aktuator aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen ein starres Element aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen aufweisen.

Claims (5)

  1. Mechanismus (100) mit gegenläufiger Bewegung, aufweisend: ein Ausgangselement (102) mit einer Mehrzahl von Zähnen (104), wobei jeder Zahn (104) eine Zahnoberfläche (106) aufweist; einen Rahmen (112) mit einem ersten Kontaktpunkt (116) und einem zweiten Kontaktpunkt (118), wobei jeder Kontaktpunk dazu ausgebildet ist, mit einem entsprechenden Zahn (104) der Mehrzahl von Zähnen des Ausgangselements (102) in Eingriff zu treten; und eine Mehrzahl von Aktuatoren (122, 124) aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen, die an dem Rahmen (112) befestigt sind und miteinander zusammenarbeiten, um abwechselnd einen Übergang von dem martensitischen Zustand in den austenitischen Zustand auszuführen, um das Ausgangselement (102) zu betätigen, indem der erste und der zweite Kontaktpunkt (116, 118) sequenzmäßig mit der Zahnoberfläche (106) der Mehrzahl von Zähnen (104) des Ausgangselements (102) in Eingriff gebracht werden.
  2. Mechanismus (100) mit gegenläufiger Bewegung nach Anspruch 1, weiterhin mit einem Vorspannelement (125), das zum Vorspannen des Mechanismus an dem Rahmen befestigt ist.
  3. Mechanismus (100) mit gegenläufiger Bewegung nach Anspruch 1 oder 2, wobei es sich bei dem ersten und dem zweiten Kontaktpunkt (116, 118) um Lager handelt.
  4. Mechanismus (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei es sich bei dem Aktuator (122, 124) aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen um ein Bündel (10) aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen handelt, das eine Mehrzahl einzelner Drähte (12) aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen aufweist.
  5. Mechanismus (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei es sich bei dem Aktuator (122, 124) aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen um ein starres Element aus Legierungsmaterial mit Formerinnerungsvermögen handelt.
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