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WO2018108908A1 - Elektrisch steuerbare justagevorrichtung - Google Patents

Elektrisch steuerbare justagevorrichtung Download PDF

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WO2018108908A1
WO2018108908A1 PCT/EP2017/082422 EP2017082422W WO2018108908A1 WO 2018108908 A1 WO2018108908 A1 WO 2018108908A1 EP 2017082422 W EP2017082422 W EP 2017082422W WO 2018108908 A1 WO2018108908 A1 WO 2018108908A1
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WO
WIPO (PCT)
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actuator
actuator part
relative
stationary
movable
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/EP2017/082422
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Klaus Stoppel
Mustafa Kamil
Annemarie Holleczek
Joern Ostrinsky
Remigius Has
Annette Frederiksen
Timon BRUECKNER
Siegwart Bogatscher
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of WO2018108908A1 publication Critical patent/WO2018108908A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Q—ARRANGEMENT OF SIGNALLING OR LIGHTING DEVICES, THE MOUNTING OR SUPPORTING THEREOF OR CIRCUITS THEREFOR, FOR VEHICLES IN GENERAL
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    • B60Q1/02—Arrangement of optical signalling or lighting devices, the mounting or supporting thereof or circuits therefor the devices being primarily intended to illuminate the way ahead or to illuminate other areas of way or environments
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • F16M2200/04—Balancing means
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/62—Optical apparatus specially adapted for adjusting optical elements during the assembly of optical systems

Definitions

  • the invention relates to an electrically controllable device for adjusting the position and / or the orientation of a component relative to a
  • Adjustment devices are used in various technical applications, for example for adjusting the cone of a
  • Adjustment devices the position or spatial orientation of a corresponding component is set by moving or rotating the respective component relative to a reference structure.
  • Known and widely used adjustment tools are adjusting screws that cause a change in angle or path through a rotating thread.
  • manual adjustment require access to the component to be adjusted, which hampers the concealed installation of the respective component.
  • mechanical actuators are, for example, electric motors, such as stepper motors, hydraulic actuators, pneumatic actuators, piezo actuators bimetallic actuators, electroactive polymer actuators, internal combustion engines or electromechanical actuators in question.
  • electric motors such as stepper motors, hydraulic actuators, pneumatic actuators, piezo actuators bimetallic actuators, electroactive polymer actuators, internal combustion engines or electromechanical actuators in question.
  • the biggest disadvantage of using known actuators is the The fact that the actuators must be continuously supplied with energy in order to keep the adjusted angle or adjusted position.
  • a device for investing the position and / or orientation of a component relative to a reference structure which comprises an actuator device for moving the component relative to the reference structure and a stationary actuator part connected to the reference structure and one connected to the component comprises movable actuator part relative to the stationary actuator part.
  • Device further comprises a fixing device for fixing the position and / or the orientation of the movable actuator part relative to the stationary actuator part comprising a thermoplastic mass which at least partially surrounds the stationary actuator part and / or the component.
  • the thermoplastic material has a solid state at an operating temperature which prevents the relative movement of the movable actuator part relative to the stationary actuator part.
  • the thermoplastic compound has a liquid state at a higher adjustment temperature than the operating temperature, which permits a relative movement of the movable actuator part relative to the stationary actuator part.
  • the apparatus further comprises a heater for increasing the temperature of the thermoplastic mass from the operating temperature to the calibration temperature.
  • Actuator can achieve automation of the adjustment process.
  • the thermoplastic composition is used to fix the
  • thermoplastic mass is done, this is no permanent power supply necessary. Due to the curing of the thermoplastic mass, a drift of the set position or of the set angle of the component is furthermore prevented.
  • inventive solution can be produced very inexpensively, since no two mechanical components, such as Fine thread screws or motors are necessary.
  • Automation possibility of the adjustment process can also be a
  • the adjusting device is designed in the form of a rocker, in which the movable actuator part is rotatably mounted to the stationary actuator part.
  • Rocker-shaped actuator device allows easy adjustment of an adjustment angle.
  • the actuator device comprises at least one electromagnetic drive for moving the movable actuator part relative to the stationary actuator part.
  • electromagnetic drive provides a particularly easy to control
  • the force to be used for moving the component can be arbitrarily scaled by using two or more such electromagnetic drives.
  • the electromagnetic drive comprises an electromagnet arranged on the stationary actuator part and a permanent magnet arranged opposite the electromagnet on the movable actuator part.
  • the stationary actuator part is all formed in the form of a cylinder containing the thermoplastic mass.
  • the movable actuator part is designed in the form of a piston movably arranged in the cylinder.
  • the actuator device has an electromagnetic drive which has an electromagnet arranged in the cylinder and a piston arranged on the piston
  • the electromagnetic drive comprises at least one electrical coil which is simultaneously formed as a heating element of the heating device.
  • the equivalent use of an electric coil for the drive and for heating allows a reduction in the number of required components. This simplifies the structure and the production of the adjustment process ..
  • Adjusting temperature is provided to the operating temperature.
  • a cooling device By means of such a cooling device, the solidification of the thermoplastic composition can be accelerated after an adjustment process.
  • the targeted use of the cooling and heating device the temperature of the thermoplastic material can be adjusted very accurately. Overall, so can the
  • the cooling device is designed in the form of a Peltier element.
  • a Peltier element allows a very compact design.
  • the Peltier element serving as a cooling device is at the same time designed as a heating element of the heating device. Due to the combined cooling and heating device, the structure can be simplified.
  • Actuator device comprises at least one bimetallic actuator.
  • An advantage of the bimetallic actuator is its particularly simple construction. Furthermore, since the bimetallic actuator already reacts to the heat energy expended for heating the thermoplastic compound, such an actuator part can also be operated without external activation. As a result, the structure is particularly simple.
  • Direction includes. By means of such an actuator device, a two-dimensional adjustment movement can be realized.
  • Fig. 1 is a rocker-shaped adjustment device for adjusting a
  • FIG. 2 shows a rocker-shaped adjustment device comprising an external heating and cooling device in an initial position
  • FIG. 3 shows the rocker-shaped adjustment device from FIG. 2 after a deflection
  • Fig. 4 shows the extension of the rocker-shaped adjustment device for setting a tilt angle in two spatial directions;
  • Fig. 5 is a rocker-shaped adjustment device with a mechanical
  • Transfer device for converting the inclination movement in one
  • FIG. 6 shows a cylindrical adjustment device with a cylinder movably arranged piston for realizing a linear movement.
  • FIG. 7 shows an adjustment device with a piezoelectric actuator to realize a one-dimensional adjustment movement
  • FIG. 8 shows an expanded adjustment device with two piezoelectric actuators for realizing a two-dimensional adjustment movement.
  • FIG. 1 shows an adjusting device according to the invention for adjusting the angle of inclination of a component 200 relative to a reference structure 300.
  • the adjusting device 100 comprises a rocker-shaped actuator device 110, which has a movable actuator part 11 connected to the component 200 and a second one connected to the reference structure 300 Actuator 112 includes.
  • the two actuator parts 1 11, 1 12 are connected to each other via a rotatable joint, which is formed in the present example in the form of a rocker bearing 117.
  • Inclination angle ⁇ has the actuator 110 via two
  • Electromagnetic actuators 120, 130 which in each case one mounted on the stationary actuator part 1 12 electromagnets 121, 131 and a respective electromagnet opposite lying on the movable actuator part 1 11 mounted permanent magnets 125, 135 are formed.
  • the electromagnets 121, 131 each comprise an electrical coil 122, 132, which is supplied with electrical current via corresponding electrical connections 123, 133.
  • the electrical coils 122, 132 are each wound around a soft magnetic core 124, 134.
  • the two electric drives 120,130 In each case arranged on opposite sides of the rocker-shaped actuator 110.
  • the actuator device 110 is preferably embedded in a thermoplastic material which, depending on the temperature, has a solid or a liquid state.
  • the thermoplastic material is not shown in FIG. 1 for reasons of clarity.
  • thermoplastic mass 161 which may be in the form of a plastic, paraffin or another chemical material, surrounds the actuator device 110 hereinafter
  • Embodiment complete.
  • the thermoplastic mass 161 In the regular operating state, when the thermoplastic mass 161 thus has a solid state, the relative movement of the movable actuator part 1 11 relative to the stationary actuator part 1 12 is suppressed, thus achieving the fixation of the position and / or the spatial orientation of the device 200 relative to the reference structure 300 ,
  • the thermoplastic mass 161 is transferred by supplying heat energy into a liquid state, which allows a movement of the movable actuator part 11 relative to the stationary actuator part 12.
  • the adjustment of the position and / or orientation of the component 200 then takes place with the aid of the actuator 110, which in the present case comprises two electromagnetic actuators.
  • FIG. 3 shows the adjusting device 100 after an adjustment process in which the inclination of the movable actuator part 11 has been adjusted from the starting position shown in FIG. 2 to a desired angle of inclination ⁇ by means of the actuators 120, 130.
  • the adjustment device 100 For heating the thermoplastic compound 161 from the operating temperature Ti to the calibration temperature T2, the adjustment device 100 has a heating device 170, which comprises one or more heating elements 171.
  • the electric coils 122, 132 of the electromagnetic actuators 120, 130 can be used as heating elements of the heating device 170.
  • the heater 170 may also be separate via one or more
  • Heating elements 171 have, which a heating of the thermoplastic mass 161 independently of the electric coils 122, 132 of the actuator device 1 10 allow. This may be, for example, heating coils or
  • Act heating resistors which are preferably arranged in the immediate vicinity of the actuator 110.
  • Peltier elements which serve with suitable control as heating elements.
  • such a Peltier element can also be used to cool the thermoplastic mass 161 after the adjustment has been made. As a result, the adjustment process can be accelerated overall.
  • the cooling element 171 may also be separate from the heating element 171 of FIG.
  • Heating device 170 may be formed. Such an arrangement is shown by way of example in FIGS. 2 and 3.
  • FIG. 4 shows a further rocker-shaped actuator device 110 for adjusting the inclination of the movable actuator part 11 1 in two
  • the rocker-shaped actuator device 110 in the present embodiment a total of four electromagnetic actuators 120, 130, 140, 150, which are located in the corners of an imaginary square about the rocker bearing 1 17.
  • Actuator 11 11 can be achieved in any spatial direction of the horizontal plane. In principle, however, this can be achieved with any suitable arrangement of actuators.
  • FIG. 5 shows an adjustment device 100 with a rocker-shaped
  • Actuator 110 which a shows fundamental frequency 190 for converting the tilting movement of the actuator 110 in a linear
  • the mechanical conversion device 190 comprises, for example, a toothed wheel 191 which is mechanically connected to the movable actuator part 11 and a rack 192 which meshes with the toothed wheel 191.
  • a toothed wheel 191 which is mechanically connected to the movable actuator part 11
  • a rack 192 which meshes with the toothed wheel 191.
  • FIG. 6 shows an in
  • Actuator device 110 The movable piston forms in the present
  • Actuator Part 11 1 the cylinder forms the stationary actuator part 112 connected to the reference structure 300.
  • the cylinder forms the stationary actuator part 112 connected to the reference structure 300.
  • Piston 1 11 inside the cylinder 112 is an electromagnetic actuator 120, which comprises a cylinder 12 arranged in the electromagnet 121 and a piston 1 11 arranged on the permanent magnet 125.
  • the electromagnet 121 typically comprises an electric coil 122, which in the present example is wound around a soft-magnetic core 124.
  • the electromagnet 121 By supplying a suitable electric current via the terminals 123, the electromagnet 121 generates a current-dependent magnetic field, which exerts an attractive or repulsive force on the permanent magnet 121 on the piston 11 depending on the respective current direction.
  • the interior of the piston 112 is connected to the piston filled thermoplastic mass 161, which also surrounds the in the cylinder 1 12 in a supporting lower portion of the piston 1 1 1.
  • the thermoplastic mass 161 is at least partially liquefied in the interior of the cylinder 1 12 by supplying heat energy, so that a
  • Heating device in the form of one or more separate heating elements
  • electromagnetic actuators can in principle also other drive concepts for moving the device 200 relative to the
  • FIG. 7 shows by way of example an adjustment device 100 with an actuator device 1 10 having a bimetallic drive 180.
  • the bimetallic drive 180 in the present exemplary embodiment consists of two rod-shaped actuator parts 1 1 1, 1 12, which are made of different metals, each with different
  • Thermal expansion of the two actuator parts 1 1 1, 1 12 allows the bimetallic actuator 180 a temperature-dependent deflection of a arranged at a movable end of the bimetallic actuator 180 device 200 against a arranged at its stationary end reference structure 300.
  • the bimetallic actuator 180 has an electric heating coil 183 arranged around the two actuator parts 1 1 1, 1 12.
  • the electric heating coil 183 can also be used as a heating element 171 of a heating device 170 for heating the thermoplastic compound 161 as part of the adjustment process.
  • thermoplastic mass 161 and the bimetallic actuator 180 By adjusting suitable parameters, such as the heat capacities and thermal dissipations of the thermoplastic mass 161 and the bimetallic actuator 180, it is possible to achieve both the activation of the bimetallic actuator 180 and the melting of the thermoplastic mass 161 with only the heating coil 183 be performed. For example, in a first phase of the Adjustment process by strong heating by means of the heating coil 183, the thermoplastic material 161 are melted. In a subsequent second phase of the adjustment process, the
  • thermoplastic mass 161 slowly cools down again.
  • the temperature of the bimetallic drive 180 is held according to the desired deflection 101 until solidification of the thermoplastic mass 161.
  • the adjustment device may also have separate heating elements for heating the thermoplastic mass 161.
  • the use of one or more cooling elements analogous to the embodiment shown in Figures 2 and 3 is possible.
  • the bimetallic actuator 180 can also be made more complex, for example by using more than two actuator parts.
  • 8 shows a bimetallic actuator 180 formed from a total of four bimetal actuator parts 181, 182, 183, 184 as a function of the respective parameters of the individual actuator parts 181, 182, 183, 184, such as, for example
  • Heat capacities or the participation abilities can be a deflection in two by means of the bimetallic actuator part 180 shown in FIG.

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Abstract

Es wird eine Vorrichtung (100) zum Justieren der Position und/oder der räumlichen Ausrichtung eines Bauelements (200) relativ zu einer Referenzstruktur (300) beschrieben, umfassend: - eine Aktuatoreinrichtung (110) zum Bewegen des Bauelements (200) relativ zu der Referenzstruktur (300) umfassend einen mit dem Referenzstruktur (300) verbundenen ersten Aktuatorteil (111) und einen mit dem Bauelement (200) verbundenen und gegenüber dem ersten Aktuatorteil (111) beweglich ausgebildeten zweiten Aktuatorteil (112), - eine Fixiereinrichtung zum Arretieren der Position und/oder Ausrichtung des zweiten Aktuatorteils (112) relativ zu dem ersten Aktuatorteil (111) umfassend eine den zweiten Aktuatorteil (112) und/oder das Bauelement (200) wenigstens teilweise umgebende thermoplastische Masse (161), wobei die thermoplastische Masse (161) bei einer Betriebstemperatur (T1) einen festen Zustand besitzt, welcher die Relativbewegung des ersten Aktuatorteils (111) gegenüber dem zweiten Aktuatorteil (112) unterbindet, und wobei die thermoplastische Masse (161) bei einer gegenüber der einer Betriebstemperatur (T1) höheren Justagetemperatur (T2) einen flüssigen Zustand besitzt, welcher eine Relativbewegung des ersten Aktuatorteils (111) gegenüber dem zweiten Aktuatorteil (112) ermöglicht, und - eine Heizeinrichtung (170) mit wenigstens einem Heizelement (171) zum Erhöhen der Temperatur der thermoplastischen Masse (161) von der Betriebstemperatur (T1) auf die Justagetemperatur (T2).

Description

Beschreibung Titel
Elektrisch steuerbare Justagevorrichtung
Die Erfindung betrifft eine elektrisch steuerbare Vorrichtung zum Justieren der Position und/oder der Ausrichtung eines Bauelements relativ zu einer
Referenzstruktur.
Justagevorrichtungen kommen in verschiedenen technischen Anwendungen zum Einsatz, beispielsweise zum Einstellen des Leuchtkegels eines
Frontscheinwerfers in einem Fahrzeug. Bei solchen mechanischen
Justagevorrichtungen wird die Position bzw. räumliche Ausrichtung eines entsprechenden Bauelements durch Verschieben bzw. Drehen des jeweiligen Bauelements relativ zu einer Referenzstruktur eingestellt. Bekannte und weit verbreitete Hilfsmittel zur Justage sind Justierschrauben, die eine Winkel- oder Verfahrenswegänderung durch ein rotierendes Gewinde hervorrufen. Manuell Justierverfahren erfordern jedoch einen Zugang zu dem zu justierenden Bauteil, was den verdeckten Verbau des jeweiligen Bauteils erschwert. Ferner ist es bei manuellen Verfahren in der Regel erforderlich, dass die islamische von geschultem Personal durchgeführt wird, was im Falle eines Kraftfahrzeugs typischerweise mit einem Werkstattaufenthalt verbunden ist. Aus diesem Grund ist eine Automatisierung der Justage von Bauteilen wünschenswert. Eine solche Automatisierung ist nicht allein durch Justierschrauben realisierbar. Vielmehr bedarf es hierzu geeigneter mechanischer Aktuatoren, welche ein Verstellen des jeweiligen Bauteils ermöglichen. Als mechanische Aktuatoren kommen dabei beispielsweise Elektromotoren, wie zum Beispiel Schrittmotoren, Hydraulik- Aktoren, Pneumatik-Aktoren, Piezo-Aktoren Bimetall-Aktoren, elektroaktive Polymere-Aktoren, Verbrennungsmotoren oder elektromechanische Aktoren infrage. Der größte Nachteil bei der Verwendung bekannter Aktoren ist die Tatsache, dass den Aktoren kontinuierlich Energie zugeführt werden muss, um den justierten Winkel bzw. justierte Position zu halten.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung eine Möglichkeit zur Fixierung der durch eine automatische Justierung eingestellten Justierposition bzw. Justierwinkels bereitzustellen, welche keine kontinuierliche Energiezufuhr erfordert. Diese Aufgabe wird durch eine Justiervorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Gemäß der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Investieren der Position und/oder der Ausrichtung eines Bauelements relativ zu einer Referenzstruktur vorgesehen, welche eine Aktuatoreinrichtung zum Bewegen des Bauelements relativ zu der Referenzstruktur umfasst und einen mit der Referenzstruktur verbundenen ortsfesten Aktuatorteil und einen mit dem Bauelement verbundenen und gegenüber dem ortsfesten Aktuatorteil beweglichen Aktuatorteil umfasst. Die
Vorrichtung umfasst ferner eine Fixiereinrichtung zum Fixieren der Position und/oder der Ausrichtung des beweglichen Aktuatorteils relativ zu dem ortsfesten Aktuatorteil umfassend eine den ortsfesten Aktuatorteil und/oder das Bauelement wenigstens teilweise umgebende thermoplastische Masse. Die thermoplastische Masse besitzt dabei bei einer Betriebstemperatur einen festen Zustand, welcher die Relativbewegung des beweglichen Aktuatorteils gegenüber dem ortsfesten Aktuatorteil unterbindet. Hingegen besitzt die thermoplastische Masse bei einer gegenüber der Betriebstemperatur höheren Justagetemperatur einen flüssigen Zustand, welcher eine Relativbewegung des beweglichen Aktuatorteils gegenüber dem ortsfesten Aktuatorteil möglich. Die Vorrichtung umfasst ferner eine Heizeinrichtung zum Erhöhen der Temperatur der thermoplastischen Masse von der Betriebstemperatur auf die Justagetemperatur. Mithilfe der
Aktuatoreinrichtung lässt sich eine Automatisierung des Justagevorgangs erzielen. Dabei dient die thermoplastische Masse zur Fixierung des zu
justierenden Bauelements. Da die Fixierung durch Aushärten der
thermoplastischen Masse erfolgt, ist hierfür keine dauerhafte Energiezufuhr notwendig. Durch die Aushärtung der thermoplastischen Masse wird ferner eine Drift der eingestellten Position bzw. des eingestellten Winkels des Bauelements verhindert. Die Erfindungsgemäßelösung kann dabei sehr kostengünstig hergestellt werden, da keine zwei mechanischen Bauteile, wie zum Beispiel Feingewindeschrauben oder -motoren nötig sind. Durch die
Automatisierungsmöglichkeit des Justagevorgangs kann auch eine
Nachjustierung im laufenden Betrieb erfolgen. Durch eine solche Nachjustierung im laufenden Betrieb wird eine präzise und automatische von optischen
Bauelementen zueinander ermöglicht, welche sich in unterschiedlichen
Gehäusen befinden (2-Box Design). Da der Vorgang des Schmelzens und Widererstarrens der thermoplastischen Masse reversibel ist, kann eine
Nachjustage mehrmals durchgeführt werden, ohne dass dabei mechanische Abnutzungen zu befürchten sind. Durch die Automatisierung des
Justagevorgangs wird ferner auch der verdeckte Verbau des Bauelements ermöglicht. Die Justage kann dann im verbauten Zustand erfolgen.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Justagevorrichtung in Form einer Wippe ausgebildet ist, bei welcher der bewegliche Aktuatorteil drehbar zu dem ortsfesten Aktuatorteil gelagert ist. wippenförmige Aktuatoreinrichtung ermöglicht ein einfaches Einstellen eines Justagewinkels.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Aktuatoreinrichtung wenigstens einen elektromagnetischen Antrieb zum Bewegen des beweglichen Aktuatorteils relativ zu dem ortsfesten Aktuatorteil umfasst. Ein
elektromagnetischer Antrieb stellt einen besonders einfach steuerbaren
Aktuatorteil dar. Dabei kann die zum Bewegen des Bauelements aufzuwendende Kraft durch verwenden von zwei oder mehrerer solcher elektromagnetischer Antriebe beliebig skaliert werden.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass der elektromagnetische Antrieb einen auf dem ortsfesten Aktuatorteil angeordneten Elektromagneten und einen auf dem beweglichen Aktuatorteil dem Elektromagneten gegenüber liegend angeordneten Permanentmagneten umfasst. Ein solcher
elektromagnetischer Antrieb lässt sich sehr kostengünstig herstellen. Die Anordnung des Elektromagneten auf dem ortsfesten Aktuatorteil vereinfacht den Aufbau, da hierbei keine elektrischen Kontakte zu dem beweglichen Aktuatorteil benötigt werden. ln einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass der ortsfeste Aktuatorteil all in Form eines die thermoplastische Masse beinhaltenden Zylinders ausgebildet ist. Dabei ist der bewegliche Aktuatorteil in Form eines im dem Zylinder beweglich angeordneten Kolbens ausgebildet. Durch diesen Aufbau wird ein linearer Antrieb erzeugt, mit welchem sich beispielsweise eine lineare Verschiebung des Bauelements relativ zu der Referenzstruktur erzielen lässt. Der zylinderförmige Aufbau des linearen Antriebs dabei eine Integration der thermoplastischen Masse. Somit stellt dieser Aktuator ein kompaktes und gut handhabbares Bauteil dar, welches darüber hinaus besonders wartungsarm ist.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Aktuatoreinrichtung einen elektromagnetischen Antrieb aufweist, welcher einen im Zylinder angeordneten Elektromagneten und einen an dem Kolben angeordneten
Permanentmagneten umfasst. Die Anordnung des Elektromagneten an dem ortsfesten Aktuatorteil vereinfacht den Aufbau, da hierbei keine speziellen Anschlüsse zu dem in Form eines Kolbens ausgebildeten beweglichen
Aktuatorteil erforderlich sind.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass der elektromagnetische Antrieb wenigstens eine elektrische Spule umfasst, welche gleichzeitig als ein Heizelement der Heizeinrichtung ausgebildet ist. Die gleichwertige Verwendung einer elektrischen Spule für den Antrieb und für das Heizen ermöglicht eine Reduktion der Anzahl der benötigten Komponenten. Hierdurch vereinfacht sich der Aufbau sowie die Herstellung der Justagevorgangs..
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine Kühleinrichtung zum Senken der Temperatur der thermoplastischen Masse von der
Justagetemperatur auf die Betriebstemperatur vorgesehen ist. Mithilfe einer solchen Kühleinrichtung kann die Verfestigung der thermoplastischen Masse nach einem Justagevorgang beschleunigt werden. Durch den gezielten Einsatz der Kühl- und Heizeinrichtung kann die Temperatur der thermoplastischen Masse besonders genau eingestellt werden. Insgesamt lässt sich damit der
Justagevorgang optimieren. ln einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Kühleinrichtung in Form eines Peltier-Elements ausgebildet ist. Ein solches Peltier-Element erlaubt eine sehr kompakte Bauweise.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass das als Kühleinrichtung dienende Peltier-Element gleichzeitig als ein Heizelement der Heizeinrichtung ausgebildet ist. Durch die kombinierte Kühl- und Heizeinrichtung lässt sich der Aufbau vereinfachen.
In einer weiteren Ausführungsform von ist vorgesehen, dass die
Aktuatoreinrichtung wenigstens einen Bimetall-Aktuator umfasst. Ein Vorteil des Bimetall-Aktuators ist sein besonders einfacher Aufbau. Da der Bimetall-Aktuator ferner bereits auf die zum Heizen der thermoplastischen Masse aufgewendete Wärmeenergie reagiert, lässt sich ein solcher Aktuatorteil auch ohne eine externe Ansteuerung betreiben. Hierdurch wird der Aufbau besonders einfach.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Aktuatoreinrichtung einen ersten Bimetall-Aktuator zum Erzeugen einer ersten Auslenkbewegung in einer ersten Richtung und einen zweiten Bimetall-Aktuator zum Erzeugen einer Auslenkbewegung in einer zu der ersten Richtung orthogonalen zweiten
Richtung umfasst. Mithilfe einer solchen Aktuatoreinrichtung lässt sich eine zweidimensionale Justagebewegung realisieren.
Im Folgenden wird die Erfindung von Figuren näher beschrieben. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine wippenförmige Justagevorrichtung zum Justieren eines
Neigungswinkels eines Bauelements gegenüber einer Referenzstruktur;
Fig. 2 eine eine externe Heiz- und Kühleinrichtung umfassende wippenförmige Justagevorrichtung in einer Ausgangsstellung;
Fig. 3 die wippenförmige Justagevorrichtung aus Figur 2 nach einer Auslenkung;
Fig. 4 der Erweiterung der wippenförmigen Justagevorrichtung zum Einstellen eines Neigungswinkels in zwei Raumrichtungen; Fig. 5 eine wippenförmige Justagevorrichtung mit einer mechanischen
Umsetzeinrichtung zum Umsetzen der Neigungsbewegung in eine
Linearbewegung;
Fig. 6 eine zylinderförmige Justagevorrichtung mit einem Zylinder beweglich angeordneten Kolben zum Realisieren einer Linearbewegung;
Fig. 7 eine Justagevorrichtung mit einem piezoelektrischen Aktuator zu realisieren einer eindimensionalen Justagebewegung; und
Fig. 8 eine erweiterte Justagevorrichtung mit zwei piezoelektrischen Aktuatoren zum Realisieren einer zweidimensionalen Justagebewegung.
Die Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Justagevorrichtung zum justieren des Neigungswinkels eines Bauteils 200 relativ zu einer Referenzstruktur 300. Die Justagevorrichtung 100 umfasst dabei eine wippenförmige Aktuatoreinrichtung 1 10, welche einen mit dem Bauelement 200 verbundenen beweglichen Aktuatorteil 1 11 und einen mit der Referenzstruktur 300 verbundenen zweiten Aktuatorteil 112 umfasst. Die beiden Aktuatorteile 1 11 ,1 12 sind dabei über ein drehbares Gelenk miteinander verbunden, welches im vorliegenden Beispiel in Form eines Wippenlagers 117 ausgebildet ist. Zum Verstellen des
Neigungswinkels α verfügt die Aktuatoreinrichtung 110 über zwei
elektromagnetische Antriebe 120, 130, welche jeweils einen auf dem ortsfesten Aktuatorteil 1 12 montierten Elektromagneten 121 ,131 und einen den jeweiligen Elektromagneten gegenüber liegend auf dem beweglichen Aktuatorteil 1 11 montierten Permanentmagneten 125, 135 gebildet sind. Die Elektromagnete 121 ,131 umfassen dabei jeweils eine elektrische Spule 122,132, welche über entsprechende elektrische Anschlüsse 123,133 mit elektrischen Strom versorgt wird. Vorzugsweise sind die elektrische Spulen 122, 132 jeweils um einen weichmagnetischen Kern 124, 134 gewickelt. Die beiden elektrischen Antriebe 120,130. Dabei jeweils auf gegenüberliegenden Seiten der wippenförmigen Aktuatoreinrichtung 110 angeordnet. Je nach Richtung des den Spulen 122, 132 zugeführten elektrischen Stromes kann dabei jeweils eine anziehende oder abstoßende Kraft zwischen den jeweiligen Elektromagneten 121 , 131 und den jeweils zugeordneten Permanentmagneten 125, 135 gezeigt werden. Durch eine entsprechende Ansteuerung der beiden Elektromagnete 121 , 131 können somit auf der linken und der rechten Seite der wippenförmigen Anordnung
verschiedene anziehende bzw. Abstoßende Kräfte realisiert werden, was mit einer Quittung des beweglichen Aktuatorteils 11 1 gegen den zweiten Aktuatorteil eine zwölf einhergeht. Damit lässt sich eine automatische Verstellung des Neigungswinkels α des Bauelements 200 gegenüber der Referenzstruktur 300 während einer Justage erreichen. Um den eingestellten Neigungswinkel nach dem Justagevorgang zu fixieren, ist die Aktuatoreinrichtung 110 vorzugsweise in einem thermoplastischen Material eingebettet, welches je nach Temperatur einen festen oder einen flüssigen Zustand aufweist. Das thermoplastische Material ist aus Gründen der Übersichtlichkeit in Figur 1 nicht gezeigt.
Die Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung eine Justagevorrichtung 100 mit einer in einem thermoplastischen Material 161 eingebetteten wippenförmigen Aktuatoreinrichtung 1 10. Die thermoplastische Masse 161 , welche beispielsweise in Form eines Kunststoffs, Paraffins oder eines anderen chemischen Materials ausgebildet sein kann, umgibt die Aktuatoreinrichtung 1 10 im folgenden
Ausführungsbeispiel vollständig. Im regulären Betriebszustand, wenn die thermoplastische Masse 161 also einen festen Zustand aufweist, wird die Relativbewegung des beweglichen Aktuatorteils 1 11 gegenüber dem ortsfesten Aktuatorteil 1 12 unterbunden und somit die Fixierung der Position und/oder der räumliche Orientierung des Bauelements 200 gegenüber der Referenzstruktur 300 erreicht. Für die Justage wird die thermoplastische Masse 161 durch Zuführen von Wärmeenergie in einen flüssigen Zustand überführt, welcher eine Bewegung des beweglichen Aktuatorteils 1 11 relativ zum ortsfesten Aktuatorteil 1 12 ermöglicht. Die Justage der Position und/oder Ausrichtung des Bauelements 200 erfolgt dann mithilfe der Aktuatoreinrichtung 110, welche im vorliegenden Fall zwei elektromagnetische Aktuatoren umfasst.
Die Figur 3 zeigt die Justagevorrichtung 100 nach einem Justagevorgang, bei dem mithilfe der Aktuatoren 120,130 die Neigung des beweglichen Aktuatorteils 1 11 von der in der Figur 2 gezeigten Ausgangsposition auf einen gewünschten Neigungswinkel α eingestellt wurde. Zum Erhitzen der thermoplastischen Masse 161 von der Betriebstemperatur Ti auf die Justagetemperatur T2 verfügt die Justagevorrichtung 100 über eine Heizeinrichtung 170, welche eine oder mehrere Heizelemente 171 umfasst. Dabei können bereits die elektrischen Spulen 122, 132 der elektromagnetischen Aktuatoren 120, 130 als Heizelemente der Heizeinrichtung 170 verwendet werden. Durch eine geeignete Ansteuerung der elektromagnetischen Aktuatoren 120,130 kann mithilfe der elektrischen Spulen 122,132 ausreichend Wärme erzeugt werden, um die umgebende thermoplastische Masse 161 zur erhitzen, ohne dass es zu einer unerwünschten Relativbewegung des beweglichen Aktuatorteils 11 1 gegenüber dem ortsfesten Aktuatorteil 112 kommt.
Die Heizeinrichtung 170 kann auch über ein oder mehrere separate
Heizelemente 171 verfügen, welch eine ein erhitzen der thermoplastischen Masse 161 unabhängig von den Elektrospulen 122, 132 der Aktuatoreinrichtung 1 10 ermöglichen. Hierbei kann es sich beispielsweise um Heizspulen oder
Heizwiderstände handeln, welche vorzugsweise in unmittelbarer Nähe der Aktuatoreinrichtung 110 angeordnet sind. Ferner ist auch der Einsatz von Peltier- Elementen möglich, welche bei geeigneter Ansteuerung als Heizelemente dienen. Zusätzlich zum Heizen kann ein solches Peltier-Element auch zum Kühlen der thermoplastischen Masse 161 nach erfolgter Justage verwendet werden. Hierdurch lässt sich der Justagevorgang insgesamt beschleunigen. Alternativ zu einem zum Heizen und Kühlen verwendeten Peltier-Element kann das Kühlelement 171 auch separat von dem Heizelement 171 der
Heizeinrichtung 170 ausgebildet sein. Eine solche Anordnung ist beispielhaft in den Figuren 2 und 3 dargestellt.
Die Figur 4 zeigt eine weitere wippenförmige Aktuatoreinrichtung 110 zum Verstellen der Neigung des beweglichen Aktuatorteils 11 1 in zwei
Raumrichtungen ermöglicht. Dazu ist das bewegliche Aktuatorteil 1 11 in einem zentralen Bereich auf einem kegelförmigen Lager 1 17 des zweiten Aktuatorteils
1 12 gelagert. Grundsätzlich lässt sich jedoch die beliebige Art der Lagerung bzw. beweglichen Verbindung zwischen den beiden Aktuatorteilen 1 11 , 112 vorsehen.
Um eine zweidimensionale Neigungsverstellung zu ermöglichen, weist die wippenförmige Aktuatoreinrichtung 110 im vorliegenden Ausführungsbeispiel insgesamt vier elektromagnetische Aktuatoren 120, 130, 140, 150 auf, welche sich in den Eckpunkten eines gedachten Quadrates um das Wippenlager 1 17 befinden. Durch diese Anordnung kann eine Neigung des beweglichen
Aktuatorteils 11 1 in jede beliebige Raumrichtung der horizontalen Ebene erreicht werden. Grundsätzlich lässt sich dieses jedoch mit jeder geeigneten Anordnung von Aktuatoren erreichen.
Die Figur 5 zeigt eine Justagevorrichtung 100 mit einer wippenförmigen
Aktuatoreinrichtung 110, welche eine Umsatzeinrichtung 190 zum Umsetzen der Neigungsbewegung der Aktuatoreinrichtung 110 in eine lineare
Translationsbewegung umfasst. Die mechanische Umsatzeinrichtung 190 umfasst hierfür beispielsweise ein mit dem beweglichen Aktuatorteil 1 11 mechanisch verbundenes Zahnrad 191 sowie eine mit dem Zahnrad 191 in kämmender Verbindung stehende Zahnstange 192. Grundsätzlich sind jedoch auch andere mechanische Lösungen zum Umsetzen einer Kippbewegung in eine
Translationsbewegung möglich.
Alternativ zu einer wippenförmigen Gestaltung mit zusätzlicher
Umsatzeinrichtung kann die Aktuatoreinrichtung 1 10 auch ausgebildet sein, direkt eine Translationsbewegung auszuführen. Hierzu zeigt die Figur 6 eine in
Form eines Zylinders mit einem darin beweglichen Kolben ausgebildete
Aktuatoreinrichtung 110. Der bewegliche Kolben bildet im vorliegenden
Ausgangsfall den mit dem Bauelement 1 10 verbundenen beweglichen
Aktuatorteil 11 1. Entsprechend bildet der Zylinder den mit der Referenzstruktur 300 verbundenen ortsfesten Aktuatorteil 112. Zum linearen Bewegen des
Kolbens 1 11 innerhalb des Zylinders 112 dient ein elektromagnetischer Aktuator 120, welche einen im Zylinder 1 12 angeordneten Elektromagneten 121 sowie einem am Kolben 1 11 angeordneten Permanentmagneten 125 umfasst. Der Elektromagnet 121 umfasst dabei typischerweise eine Elektrospule 122, welche im vorliegenden Beispiel um einen weichmagnetischen Kern 124 gewickelt ist.
Durch Zuführen eines geeigneten elektrischen Stromes über die Anschlüsse 123 erzeugt der Elektromagnet 121 ein von der Stromstärke abhängiges Magnetfeld, welches abhängig von der jeweiligen Stromrichtung eine anziehende oder abstoßende Kraft auf den Permanentmagneten 121 am Kolben 1 11 ausübt. Wie die Figur 6 ferner zeigt, ist der Innenraum des Kolbens 112 mit der thermoplastischen Masse 161 gefüllt, welche auch den in den Zylinder 1 12 in einer tragenden unteren Abschnitt des Kolbens 1 1 1 umgibt. Hierdurch wird im normalen Betriebszustand, also wenn die thermoplastische Masse 161 bei einer relativ niedrigen Betriebstemperatur Ti einen festen Zustand aufweist, eine Fixierung des Kolbens 1 1 1 relativ zu den Zylinder 1 12 erreicht. Zur Justage wird die thermoplastische Masse 161 im Inneren des Zylinders 1 12 durch Zuführen von Wärmeenergie wenigstens teilweise verflüssigt, so dass eine
Translationsbewegung des Kolbens 1 1 1 mithilfe des Aktuators 120 ermöglicht wird. Als Heizeinrichtung 170 dient im vorliegenden Fall die elektrische Spule 122 des Elektromagneten 121. Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich die
Heizeinrichtung in Form eines oder mehrerer separater Heizelemente
auszuführen.
Neben elektromagnetischen Aktuatoren können grundsätzlich auch andere Antriebskonzepte zum Bewegen des Bauelements 200 gegenüber der
Referenzstruktur 300 vorgesehen sein. Die Figur 7 zeigt hierzu beispielhaft eine Justagevorrichtung 100 mit einer einen Bimetall-Antrieb 180 aufweisenden Aktuatoreinrichtung 1 10. Der Bimetall-Antrieb 180 besteht im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus zwei stabförmigen Aktuatorteilen 1 1 1 , 1 12, welche aus unterschiedlichen Metallen mit jeweils unterschiedlichen
Ausdehnungskoeffizienten gebildet sind. Aufgrund der unterschiedlichen
Wärmeausdehnung der beiden Aktuatorteile 1 1 1 , 1 12 erlaubt der Bimetall- Aktuator 180 eine von der Temperatur abhängige Auslenkung eines an einem beweglichen Ende des Bimetall-Antriebs 180 angeordneten Bauelements 200 gegenüber einer an seinem ortsfesten Ende angeordneten Referenzstruktur 300. Zum Einstellen der Temperatur weist der Bimetall-Aktuator 180 eine um die beiden Aktuatorteil 1 1 1 , 1 12 angeordnete elektrische Heizspule 183 auf. Die elektrische Heizspule 183 kann dabei auch als ein Heizelement 171 einer Heizeinrichtung 170 zum Heizen der thermoplastischen Masse 161 im Rahmen des Justagevorgangs verwendet werden. Durch Einstellen geeigneter Parameter, wie zum Beispiel der Wärmekapazitäten und der thermischen Dissipationen der thermoplastischen Masse 161 und des Bimetall-Aktuators 180 kann erreicht werden, dass sowohl die Aktivierung des Bimetall-Aktuators 180 als auch das Schmelzen der thermoplastischen Masse 161 mit lediglich der Heizspule 183 durchgeführt werden. Beispielsweise kann in einer ersten Phase des Justagevorgangs durch starkes Heizen mithilfe der Heizspule 183 die thermoplastische Masse 161 zum Schmelzen gebracht werden. In einer daran anschließenden zweiten Phase des Justagevorgangs kann die
Heizleistungsreitschule 183 reduziert werden, so dass die thermoplastische Masse 161 langsam wieder abkühlt. Dabei wird die Temperatur des Bimetall- Antriebs 180 entsprechend der gewünschten Auslenkung 101 bis zum Erstarren der thermoplastischen Masse 161 gehalten.
Alternativ hierzu kann die Justagevorrichtung jedoch auch über separate Heizelemente zum Heizen der thermoplastischen Masse 161 verfügen. Auch die Verwendung eines oder mehrerer Kühlelemente analog zu dem in den Figuren 2 und 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist möglich.
Grundsätzlich lässt sich der Bimetall-Aktuator 180 auch komplexer gestalten, beispielsweise durch Verwendung von mehr als zwei Aktuatorteilen. Hierzu zeigt die Figur 8 einen aus insgesamt vier Bimetall-Aktuatorteilen 181 , 182, 183, 184 gebildeten Bimetall-Aktuator 180. in Abhängigkeit von den jeweiligen Parametern der einzelnen Aktuatorteile 181 ,182, 183, 184, wie zum Beispiel deren
Wärmekapazitäten oder der Partizipationsfähigkeiten lässt sich mithilfe des in Figur 8 gezeigten Bimetall-Aktuatorteil 180 eine Auslenkung in zwei
Raumrichtungen erzielen. Die möglichen Auswirkungen sind mithilfe der Pfeile 101 ,102 angedeutet.
Obwohl die Erfindung vorwiegend anhand von konkreten Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, ist sie keineswegs darauf beschränkt. Der Fachmann wird somit die beschriebenen Merkmale geeignet abändern und miteinander kombinieren können, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen.

Claims

Vorrichtung (100) zum Justieren der Position und/oder der räumlichen Ausrichtung eines Bauelements (200) relativ zu einer Referenzstruktur (300) umfassend:
- eine Aktuatoreinrichtung (110) zum Bewegen des Bauelements (200) relativ zu der Referenzstruktur (300) umfassend einen mit der Referenzstruktur (300) verbundenen ortsfesten Aktuatorteil (11 1 ) und einen mit dem
Bauelement (200) verbundenen und gegenüber dem ortsfesten Aktuatorteil (1 11) beweglichen Aktuatorteil (112),
- eine Fixiereinrichtung (140) zum Arretieren der Position und/oder
Ausrichtung des beweglichen Aktuatorteils (112) relativ zu dem ortsfesten Aktuatorteil (112) umfassend eine den beweglichen Aktuatorteil (11 1 ) und/oder das Bauelement (200) wenigstens teilweise umgebende
thermoplastische Masse (141 ), wobei die thermoplastische Masse (141) bei einer Betriebstemperatur (ΤΊ) einen festen Zustand besitzt, welcher die Relativbewegung des beweglichen Aktuatorteils (1 1 1 ) gegenüber dem ortsfesten Aktuatorteil (1 12) unterbindet, und wobei die thermoplastische Masse (141) bei einer gegenüber der Betriebstemperatur (ΤΊ) höheren Justagetemperatur (T2) einen flüssigen Zustand besitzt, welcher eine Relativbewegung des beweglichen Aktuatorteils (11 1) gegenüber dem ortsfesten Aktuatorteil (112) ermöglicht, und
- eine Heizeinrichtung (170) mit wenigstens einem Heizelement (171) zum Erhöhen der Temperatur der thermoplastischen Masse (121) von der Betriebstemperatur (ΤΊ) auf die Justagetemperatur (T2).
Vorrichtung (100) nach Anspruch 1 ,
wobei die Aktuatoreinrichtung (110) in Form einer Wippe ausgebildet ist, bei welcher der bewegliche Aktuatorteil (1 11) drehbar zu dem ortsfesten Aktuatorteil (112) gelagert ist.
3. Vorrichtung (100) nach Anspruch 2,
wobei die Aktuatoreinnchtung (1 10) wenigstens einen elektromagnetischen Antrieb (120, 130) zum Bewegen des beweglichen Aktuatorteils (11 1) relativ zu dem ortsfesten Aktuatorteil (112) umfasst.
4. Vorrichtung (100) nach Anspruch 3,
wobei der elektromagnetische Antrieb (120, 130) einen auf dem ortsfesten Aktuatorteil (1 12) angeordneten Elektromagneten (121 , 131 ) und einen auf dem beweglichen Aktuatorteil (1 11) dem Elektromagneten (121 , 131 ) gegenüber liegend angeordneten Permanentmagneten (125, 135) umfasst.
5. Vorrichtung (100) nach Anspruch 1 ,
wobei der ortsfeste Aktuatorteil (1 12) in Form eines die thermoplatische Masse (141) beinhaltenden Zylinders ausgebildet ist, und wobei der bewegliche Aktuatorteil (11 1) in Form eines in dem Zylinder (112) beweglich angeordneten Kolbens ausgebildet ist.
6. Vorrichtung (100) nach Anspruch 5,
wobei die Aktuatoreinnchtung (110) einen elektromagnetischen Antrieb (120) aufweist, welcher einen im Zylinder (112) angeordneten Elektromagneten (122) und einen am Kolben (1 11 ) angeordneten Permanentmagneten (125) umfasst.
7. Vorrichtung (100) nach Anspruch 4 oder 6,
wobei der elektromagnetische Antrieb (120, 130) wenigstens eine elektrische Spule (123, 133, 183) umfasst, welche gleichzeitig als ein Heizelement (171) der Heizeinrichtung (170) ausgebildet ist.
8. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei ferner eine Kühleinrichtung (172) zum Senken der Temperatur der thermoplastischen Masse (121) von der Justagetemperatur (T2) auf die Betriebstemperatur (ΤΊ) vorgesehen ist.
9. Vorrichtung (100) nach Anspruch 8,
wobei die Kühleinrichtung (172) in Form eines Peltierelements ausgebildet ist.
10. Vorrichtung (100) nach Anspruch 9,
wobei das als Kühleinrichtung (172) dienende Peltierelement gleichzeitig auch als ein Heizelement (171) der Heizeinrichtung (170) ausgebildet ist.
1 1. Vorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Aktuatoreinrichtung (110) wenigstens einen Bimetall-Aktuator (181 , 182) umfasst.
12. Vorrichtung (100) nach Anspruch 11 ,
wobei die Aktuatoreinrichtung (1 10) einen ersten Bimetall-Aktuator (181) zum Erzeugen einer ersten Auslenkbewegung in einer ersten Richtung (101) und einen zweiten Bimetall- Aktuator (182) zum Erzeugen einer zweiten
Auslenkbewegung in einer zu der ersten Richtung (101) orthogonalen zweiten Richtung (102) umfasst.
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