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Technisches Gebiet
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Die Erfindung bezieht sich auf Ratschen, die durch aktive Materialien betätigbar sind, und insbesondere auf eine Ratschenvorrichtung sowie eine Aktuatoranordnung.
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Hintergrund der Erfindung
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Aus der
DE 43 29 163 A1 ist eine piezoelektrische Antriebseinheit bekannt geworden, die bei ihrem Betrieb eine Folge linearer Relativbewegungsschritte zwischen einem langgestreckten Antriebsgegenstück und der Antriebseinheit liefert. Die Antriebseinheit umfasst ein piezoelektrisches Antriebselement sowie zwei im Wechsel zu aktivierende Klemmeinrichtungen zur Schaffung von Klemmeingriff mit dem Antriebsgegenstück. Jede der Klemmeinrichtungen weist mindestens einen Klemmkörper mit einer Klemmfläche und einen piezoelektrischen Klemmbetätiger auf. Zum Umsetzen der Betätigungsbewegung des Klemmbetätigers in die Klemmbewegung des Klemmkörpers ist eine Schrägfläche vorgesehen.
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Ferner ist aus der
DE 199 20 436 A 1 ein Piezo-Schrittschaltwerk bekannt geworden. Das Schrittschaltwerk besteht aus einem bewegten Teil, einem festen Teil und mehreren Piezoaktoren, welche zu mindestens zwei Aktorgruppen zusammengefasst sind. Die Piezoaktoren prägen dem bewegten Teil mittels Eingriffstücken über eine Verzahnung eine Längs- oder Umfangsverschiebung ein. Das In- und Außereingriffbringen der Verzahnung wird durch die primär zur Entwicklung des Vorschubs vorgesehenen Aktorgruppen selbst bewerkstelligt. Durch eine Überschneidung von intermittierenden Vorschubbewegungen wird eine kontinuierliche Vorschubbewegung ermöglicht.
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Außerdem beschreibt die
DE 10 2004 011 054 A1 eine ratschenartige Verstellvorrichtung zum ratschenden Verschieben eines Verstellkörpers gegenüber einem ortsfesten Basiselement mittels eines länglichen Betätigungselements. Das Betätigungselement ist entlang beidseitig des Betätigungselements an dem Verstellkörper angebrachten Linearverzahnungen verschiebbar und in die erste als An- und Anbtriebsverzahnung wirkende Linearverzahnung mittels erster Ratschenelemente einrastbar. Die Verstellvorrichtung umfasst weiterhin mindestens zwei an dem ortsfesten Basiselement schwenkbar gelagerte zweite Ratschenelemente, die zum Sperren einer Verschiebebewegung des Verstellkörpers gegenüber dem ortsfesten Basiselement in die zweite als Sperr- und Bremsverzahnung wirkende Linearverzahnung einrastbar sind.
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Aktive Materialien umfassen solche Zusammensetzungen, die in Ansprechen auf ein Aktivierungssignal, das, abhängig von den verschiedenen Arten von aktiven Materialien, ein elektrisches, magnetisches, thermisches oder dergleichen Feld sein kann, eine Änderung der Steifigkeitseigenschaften, der Form und/oder der Abmessungen zeigen. Formgedächtnismaterialien, eine Klasse von aktiven Materialien, besitzen die Fähigkeit, in Ansprechen auf einen äußeren Reiz (d. h. ein Aktivierungssignal) eine pseudoplastische Dehnung umzukehren und in eine vorbestimmte Form zurückzukehren. Demgemäß kann eine Verformung des Formgedächtnismaterials gegenüber der vorbestimmten ursprünglichen Form ein vorübergehender Zustand sein.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ratschenvorrichtung sowie eine Aktuatoranordnung anzugeben, die unter Verwendung der Ratschenanordnung betrieben werden kann, wobei die Ratschenanordnung hinsichtlich des Betriebes durch aktive Materialien optimiert ist.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird durch eine Ratschenvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Die Ratschenanordnung sieht eine schrittweise Verschiebung zwischen der Zahnstange und den Elementen als ein Ergebnis einer relativen Bewegung der Elemente vor und ermöglicht dadurch eine große Verschiebung zwischen der Zahnstange und den Elementen infolge einer Betätigung durch ein aktives Material.
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Die Ratschenanordnung ist als ein Rückstellmechanismus für einen federbasierten Aktuator verwendbar. Demgemäß wird ferner eine Aktuatoranordnung vorgesehen, die die Merkmale des Anspruchs 8 aufweist.
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Die obigen Merkmale und Vorteile und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der besten Arten zur Ausführung der Erfindung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen einfach verständlich.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 ist eine schematische perspektivische Darstellung einer federbasierten Aktuatoranordnung mit einem Ausfahrelement in einer zurückgezogenen Position;
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2 ist eine schematische perspektivische Darstellung des Ausfahrelements der Aktuatoranordnung von 1;
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3 ist eine schematische perspektivische Darstellung des Ausfahrelements, das mit einer ersten Arretierung in der zurückgezogenen Position in Eingriff steht;
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4 ist eine schematische perspektivische Darstellung des Ausfahrelements, das von der ersten Arretierung ausgerückt ist;
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5 ist eine schematische perspektivische Darstellung eines Basiselements der Aktuatoranordnung von 1 in einer ersten Position und mit einer zweiten Arretierung in Eingriff stehend;
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6 ist eine weitere schematische perspektivische Darstellung des Basiselements, das mit der zweiten Arretierung in Eingriff steht;
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7 ist eine schematische perspektivische Darstellung eines Ratschenrückstellmechanismus der Aktuatoranordnung von 1, wobei der Ratschenrückstellmechanismus ein Ratschenelement, obere Klinken, die mit dem Ratschenelement funktionell verbunden sind, und untere Klinken, die mit dem Basiselement funktionell verbunden sind, umfasst;
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8 ist eine schematische perspektivische Darstellung eines Abschnitts des Ratschenrückstellmechanismus von 7;
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9 ist eine schematische perspektivische Darstellung eines Abschnitts des Ratschenrückstellmechanismus von 7;
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10 ist eine schematische perspektivische Darstellung eines Abschnitts des Ratschenrückstellmechanismus von 7
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11 ist eine schematische Seitenansicht eines Abschnitts einer Zahnstange und eines Abschnitts einer Klinke, die repräsentativ für die Zahnstange und Klinken des Ratschenrückstellmechanismus von 7 sind;
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12 ist eine schematische perspektivische Darstellung des Ausfahrelements in einer ausgefahrenen Position;
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13 ist eine weitere schematische perspektivische Darstellung des Ausfahrelements in der ausgefahrenen Position;
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14 ist eine schematische perspektivische Darstellung des Ausfahrelements in der zurückgezogenen Position und des Basiselements in einer zweiten Position;
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15 ist eine schematische Seitenansicht des Ratschenrückstellmechanismus von 7 mit einem Ratschenelement in einer ersten Position in Bezug auf das Basiselement;
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16 ist eine schematische Seitenansicht des Ratschenrückstellmechanismus von 7, wobei sich das Ratschenelement in eine zweite Position in Bezug auf das Basiselement bewegt und die unteren Klinken in Bezug auf eine Zahnstange ratschen;
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17 ist eine schematische Seitenansicht des Ratschenrückstellmechanismus von 7, wobei sich das Ratschenelement aus der zweiten Position von 16 in die erste Position bewegt, wobei die oberen Klinken in Bezug auf die Zahnstange ratschen;
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18 ist eine schematische Seitenansicht des Ratschenrückstellmechanismus von 7, wobei die Zahnstange infolge der in den 16 und 17 abgebildeten Bewegungen aus ihrer in 15 gezeigten Position bewegt ist;
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19 ist eine schematische Seitenansicht des Ratschenrückstellmechanismus von 7, wobei sich eine Zahnstange in einer ersten Position in Bezug auf das Basiselement befindet;
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20 ist eine schematische Seitenansicht des Ratschenrückstellmechanismus von 7, wobei die oberen Klinken aus der Zahnstange ausgerückt sind;
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21 ist eine schematische Seitenansicht des Ratschenrückstellmechanismus von 7, wobei sich das Ratschenelement in eine zweite Position in Bezug auf das Basiselement bewegt, während die oberen Klinken aus der Zahnstange ausgerückt sind;
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22 ist eine schematische Seitenansicht des Ratschenrückstellmechanismus von 7, wobei sich das Ratschenelement in der zweiten Position in Bezug auf das Basiselement befindet, wobei die oberen Klinken mit der Zahnstange in Eingriff stehen;
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23 ist eine schematische Seitenansicht des Ratschenrückstellmechanismus von 7, wobei sich das Ratschenelement in der zweiten Position in Bezug auf das Basiselement befindet und die unteren Klinken aus der Zahnstange ausgerückt sind;
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24 ist eine schematische Seitenansicht des Ratschenrückstellmechanismus von 7, wobei sich das Ratschenelement aus der zweiten Position in die erste Position bewegt, wobei die unteren Klinken aus der Zahnstange ausgerückt sind; und
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25 ist eine schematische Seitenansicht des Ratschenrückstellmechanismus von 7, wobei die Zahnstange infolge der in den 20–24 abgebildeten Bewegungen aus ihrer in 19 gezeigten Position bewegt ist.
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Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Unter Bezugnahme auf 1 ist eine Betätigungsvorrichtung 10 schematisch abgebildet. Die Aktuatoranordnung 10 kann verwendet werden, um einen Gegenstand selektiv zu verschieben (heben, senken, drehen etc.). In einer beispielhaften Ausführungsform wird die Aktuatoranordnung 10 verwendet, um ein Kraftfahrzeug-Karosserieblech wie z. B. eine Motorhaube selektiv zu bewegen. Die Vorrichtung 10 besteht aus einer Vielzahl von Untersystemen, nämlich einem Hub-Untersystem 14, einem Freigabe-Untersystem 18, einem Absenk-Untersystem 22 und einem Rückstell-Untersystem 26.
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Unter Bezugnahme auf die 1 und 2 umfasst das Hub-Untersystem 14 eine obere Platte 30 und eine untere Platte 34, die durch vier Stützsäulen 38 starr miteinander verbunden sind. Die Stützsäulen 38 sind in einem Abstand voneinander beabstandet und stehen im Wesentlichen parallel zueinander. Eine Basisplatte 42 ist zwischen der oberen Platte 30 und der unteren Platte 34 angeordnet. Die obere Platte 30, die Stützsäulen 38 und die untere Platte 34 definieren ein Ausfahrelement 36, wobei die obere Platte 30 ein Ende des Ausfahrelements 36 definiert und die untere Platte 34 ein weiteres Ende des Ausfahrelements 36 definiert. Die Basisplatte 42 definiert auch vier Öffnungen 46, jede der Stützsäulen 38 erstreckt sich durch eine entsprechende der Öffnungen 46, sodass die Basisplatte 42 selektiv die Säulen 38 entlang verschiebbar ist und die Säulen 38 und die Basisplatte 42 daher relativ zueinander translatorisch bewegbar sind. Eine Energiespeichervorrichtung, und zwar eine Feder 50, umgibt die Säulen 38; ein Ende der Feder 50 steht mit der oberen Platte 30 in Kontakt und das andere Ende der Feder 50 steht mit der Basisplatte 42 in Kontakt. Einem Fachmann werden viele Arten von Federkonfigurationen bekannt sein, die innerhalb des Umfangs der beanspruchten Erfindung verwendet werden können, wie z. B. Gasfedern, Schraubenfedern etc. Die Basisplatte 42 umfasst vorzugsweise zylindrische Abschnitte 48, die zumindest teilweise die Löcher 46 definieren, um die Platte 42 während einer translatorischen Bewegung die Säulen 38 entlang zu stabilisieren.
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Unter Bezugnahme auf die 1, 3 und 4 umfasst das Freigabe-Untersystem 18 eine Grundplatte 54 mit einem daran befestigten Arretierungsblock 58. Der Arretierungsblock 58 definiert ein Loch 62, das in der Richtung der unteren Platte 34 offen ist. Der Arretierungsblock 58 und die Grundplatte 54 wirken zusammen, um einen Schlitz 66 zu definieren. Eine Arretierungsplatte 70 ist verschiebbar innerhalb des Schlitzes 66 für eine Bewegung zwischen einer arretierten Position und einer nicht arretierten Position angeordnet. Das Hub-Untersystem 14, das die untere Platte 34 umfasst, ist selektiv in Bezug auf die Grundplatte 54 und den Arretierungsblock 58 bewegbar, sodass eine Arretierungssäule 74, die an der unteren Platte 34 befestigt ist, in das Loch 62 hinein und aus diesem heraus bewegbar ist. Wenn sich die Arretierungsplatte 70 in der arretierten Position befindet (und sich die Säule 74 innerhalb des Loches 62 befindet), steht die Arretierungsplatte 70 mit einem Schlitz 78 an der Arretierungssäule 74 in Eingriff, um die Arretierungssäule 74 innerhalb des Loches 62 festzuhalten und dadurch die untere Platte 34 mit dem Arretierungsblock 58 zu verbinden, wie in den 1 und 3 gezeigt. Wenn die Arretierungsplatte 70 von der arretierten Position in die nicht arretierte Position bewegt wird, rückt die Arretierungsplatte 70 von der Säule 74 aus, um die Bewegung der Säule 74 und der unteren Platte 34 von dem Arretierungsblock 58 weg zuzulassen, wie in 4 gezeigt.
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Das Freigabe-Untersystem 18 umfasst auch zwei Trennstangen 78A, 78B, die an entgegengesetzten Seiten der Grundplatte 54 befestigt sind. Die Trennstangen 78A, 78B definieren zumindest teilweise einen Rahmen. Die Stange 78A trägt zwei Schraub-Klemmverbindungen 82A, 82B. Das Freigabe-Untersystem 18 umfasst auch zwei elektrisch isolierte Lager 86A, 86B benachbart zu der Grundplatte 54. Die Lager 86A, 86B sind drehbar durch Lagerträger 90A, 90B getragen, die an der Grundplatte 54 befestigt sind. Das Freigabe-Untersystem 18 umfasst auch zwei flexible Formgedächtnislegierungs(SMA)-Elemente 94A, 94B. Das Element 94A ist an der Trennstange 78 durch die Klemmverbindung 82A befestigt, steht mit dem Lager 86A in Eingriff und ist durch eine Band-Klemmverbindung 98A an der Arretierungsplatte 70 befestigt. Es sollte angemerkt werden, dass die in der Aktuatoranordnung 10 verwendeten Lager elektrisch isoliert sind. Die SMA-Elementehalterungen (z. B. Band-Klemmverbindungen und Schraub-Klemmverbindungen) sind ebenfalls elektrisch isoliert.
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Das Freigabe-Untersystem 18 umfasst auch zwei Federn, von denen in den Fig. nur eine bei 102 gezeigt ist, welche die Arretierungsplatte 70 in der arretierten Position vorspannen. Im Spezielleren ist die Feder 102 an einem Ende mit der Stange 78B und an dem anderen Ende mit einem flexiblen Element 106A funktionell verbunden. Das Element 106A, das durch ein Lager 110A geführt ist, ist an der Arretierungsplatte 70 befestigt. Ebenso ist die andere Feder (nicht gezeigt) an einem Ende mit der Stange 78B und an dem anderen Ende mit einem flexiblen Element 106B funktionell verbunden. Das Element 106B, das durch ein Lager 110B geführt ist, ist an der Arretierungsplatte 70 befestigt. Die Elemente 106A, 106B sind elektrisch isolierend und können z. B. aus Kevlar bestehen. Jedes Lager 110A, 110B ist drehbar zwischen der Stange 78A und einem entsprechenden von den Lagerträgern 112A, 112B getragen. Die Federn 102 spannen die Arretierungsplatte 70 in ihrer arretierten Position vor.
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Eine Formgedächtnislegierung ist gekennzeichnet durch einen kalten Zustand, d. h., wenn die Temperatur der Legierung unter ihrer Temperatur Mf, bei der die Martensitbildung beendet ist, liegt. Eine Formgedächtnislegierung ist auch gekennzeichnet durch einen heißen Zustand, d. h. wenn die Temperatur der Legierung über ihrer Temperatur Af, bei der die Austenitbildung beendet ist, liegt. Ein durch die Legierung gebildetes Element kann durch eine vorbestimmte Form gekennzeichnet sein. Wenn das Element aus seiner vorbestimmten Form im kalten Zustand pseudoplastisch verformt wird, kann die Dehnung durch Erwärmen des Elements über seine Temperatur Af, bei der die Austenitbildung beendet ist, umgekehrt werden, d. h., ein Erwärmen des Elements über seine Af wird bewirken, dass das Element in seine vorbestimmte Form zurückkehrt. Auch ein Elastizitätsmodul und eine Fließgrenze einer SMA sind im kalten Zustand deutlich niedriger als im heißen Zustand. Wie der Fachmann weiß, ist eine pseudoplastische Dehnung einer plastischen Dehnung insofern ähnlich, als die Dehnung bestehen bleibt, auch wenn die Spannung, die die Dehnung verursachte, entfernt wird. Im Gegensatz zu der plastischen Dehnung ist die pseudoplastische Dehnung jedoch reversibel, wenn das Element in seinen heißen Zustand erwärmt wird.
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Die Elemente 94A, 94B sind gekennzeichnet durch eine vorbestimmte Länge (Form) und sind derart ausgebildet, dass sie durch eine Zugdehnung gekennzeichnet sind, wenn sich die Arretierungsplatte 70 in ihrer arretierten Position befindet, und daher länger sind als ihre vorbestimmte Länge. Wenn die Elemente 94A, 94B in den heißen Zustand erwärmt werden, nimmt ihre Länge auf ihre vorbestimmte Länge ab, wodurch bewirkt wird, dass sich die Arretierungsplatte 70 in ihre nicht arretierte Position bewegt, und eine elastische Zugdehnung in den Federn 102 induziert wird. Wenn die Elemente 94A, 94B in den kalten Zustand abkühlen, sind der Modul und die Fließgrenze der Elemente 94A, 94B ausreichend niedrig, sodass die durch die Federn 102 ausgeübte Kraft ausreicht, um die Elemente 94A, 94B zu verformen und die Arretierungsplatte 70 in ihre arretierte Position zurückzubringen.
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Unter Bezugnahme auf die 1, 5 und 6 ist das untere Untersystem 22 schematisch abgebildet. Ein kreisringförmiges Element 114 verbindet die Trennstangen 78A, 78B funktionell, um der Aktuatoranordnung 10 strukturelle Steifigkeit zu verleihen. Das kreisringförmige Element 114 ist gekennzeichnet durch eine innere Fläche 118, die einen zylindrischen Raum 122 definiert. Die innere Fläche 118 ist durch einen Wulst 124 gekennzeichnet. Die innere Fläche 118 umgibt die Stützsäulen 38 und der zylindrische Raum 122 unter dem Wulst 124 ist ausreichend dimensioniert, um zuzulassen, dass die Basisplatte 42 in den zylindrischen Raum 122 eintritt. Der Wulst 124 ist geeignet positioniert, um eine Aufwärtsbewegung der Basisplatte 42 durch den Raum 122 infolge einer physikalischen Teilebeeinflussung mit der Basisplatte 42 zu begrenzen.
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Die Stange 78A definiert einen Schlitz 126A benachbart zu dem kreisringförmigen Element 114. Eine sichelförmige Arretierung 130A ist drehbar an der Stange 78A befestigt, sodass sich zumindest ein Teil der Arretierung 130A durch den Schlitz 126A erstreckt. Ein SMA-Element 134A ist an beiden Enden durch eine elektrisch isolierte Schraub-Klemmverbindung 138A an der Stange 78A befestigt. Das SMA-Element 134A definiert eine Schleife, die sich durch ein Loch in der Arretierung 130A erstreckt, sodass das Element 134A funktionell mit der Arretierung 130A verbunden ist. Die Arretierung 130A ist drehbar zwischen einer arretierten Position und einer nicht arretierten Position. Zwei Drehfedern 142 sind funktionell mit der Stange 78A und der Arretierung 130A verbunden, um die Arretierung 130A in die arretierte Position vorzuspannen. Wenn sich die Arretierung 130A in der arretierten Position befindet, ist das SMA-Element 134A durch eine Zugdehnung und ist daher länger als seine vorbestimmte Länge gekennzeichnet. Ein Erwärmen des Elements 134A in seinen heißen Zustand bewirkt, dass die Länge des Elements 134A auf seine vorbestimmte Länge abnimmt, wodurch die Arretierung 130A in ihre nicht arretierte Position gedreht wird und eine elastische Dehnung in den Federn 142 induziert wird. Wenn das Element 134A in seinen kalten Zustand abkühlt, sind der Modul und die Fließgrenze des Elements 134A ausreichend niedrig, sodass die durch die Federn 142 ausgeübte Kraft ausreicht, um das Element 134A zu verformen und die Arretierung 130A in ihre arretierte Position zurückzubringen.
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Ebenso definiert die Stange 78B einen Schlitz 126B benachbart zu dem kreisringförmigen Element 114. Eine sichelförmige Arretierung 130B ist drehbar an der Stange 78B befestigt, sodass sich zumindest ein Teil der Arretierung 130B durch den Schlitz 126B erstreckt. Ein SMA-Element 134B ist an beiden Enden durch eine elektrisch isolierte Schraub-Klemmverbindung 148B an der Stange 78B befestigt. Das SMA-Element 134B definiert eine Schleife, die sich durch ein Loch in der Arretierung 130B erstreckt, sodass das Element 134B funktionell mit der Arretierung 130B verbunden ist. Die Arretierung 130B ist drehbar zwischen einer arretierten Position und einer nicht arretierten Position. Zwei Drehfedern 142 sind funktionell mit der Stange 78B und der Arretierung 130B verbunden, um die Arretierung 130B in die arretierte Position vorzuspannen. Wenn sich die Arretierung 130B in der arretierten Position befindet, ist das SMA-Element 134B durch eine Zugdehnung und ist daher länger als seine vorbestimmte Länge gekennzeichnet. Ein Erwärmen des Elements 134B in seinen heißen Zustand bewirkt, dass die Länge des Elements 134B auf seine vorbestimmte Länge abnimmt, wodurch die Arretierung 130B in ihre nicht arretierte Position gedreht wird und eine elastische Dehnung in den Federn 142 induziert wird. Wenn das Element 134B in seinen kalten Zustand abkühlt, sind der Modul und die Fließgrenze des Elements 134B ausreichend niedrig, sodass die durch die Federn 142 ausgeübte Kraft ausreicht, um das Element 134B zu verformen und die Arretierung 130B in ihre arretierte Position zurückzubringen.
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In ihren arretierten Positionen erstrecken sich die Arretierungen 130A, 130B in den Weg der Basisplatte 42 zwischen den Trennstangen 78A, 78B; in ihrem nicht arretierten Zustand erstrecken sich die Arretierungen 130A, 130B nicht in den Weg der Basisplatte 42. Jede der Arretierungen 130A, 130B ist gekennzeichnet durch ein Nockenprofil, das als ein Keil wirkt, um die Basisplatte 42 fest gegen den Wulst 124 in der Fläche 118 des kreisringförmigen Elements 114 zu halten, wenn sich die Arretierungen 130A, 130B in ihren arretierten Positionen befinden.
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Unter Bezugnahme auf die 7–10, in denen sich gleiche Bezugsziffern auf gleiche Komponenten der 1–6 beziehen, umfasst das Rückstell-Untersystem 26 vier parallele Stützsäulen 146, die an der Basisplatte 42 und einer Klemmverbindungsplatte 150 befestigt sind und sich dazwischen erstrecken. Eine Trägeranordnung 154 umfasst ein Trägerelement 158 (hierin manchmal auch als „Ratschenelement” bezeichnet), vier Abstandhalterhülsen (in den 7 und 9 bei 159 gezeigt), zwei Halterungen (in den 7 und 9 bei 161A, 161B gezeigt) und zwei Lagergehäuse 163A, 163B. Jede der vier Abstandhalterhülsen 159 umgibt konzentrisch eine entsprechende der vier Säulen 146 und ist diese entlang selektiv nach oben und unten verschiebbar. Die Abstandhalterhülsen 159 verbinden funktionell das Trägerelement 158, die Halterungen 161A, 161B und die Lagergehäuse 163A, 163B für eine selektive einheitliche translatorische Bewegung die Säulen 146 entlang.
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Im Spezielleren definiert das Trägerelement 158 vier Löcher 164, durch die sich eine entsprechende der vier Säulen 146 und Hülsen 159 derart erstreckt, dass das Trägerelement 158 mit den Hülsen 159 selektiv die Säulen 146 entlang verschiebbar ist. Ebenso definiert jede der zwei Halterungen 161A, 161B zwei Löcher 165, durch die sich eine entsprechende Säule 146 erstreckt und in die sich eine entsprechende Hülse 159 derart erstreckt, dass die Halterungen 161A, 161B mit den Hülsen 159 selektiv die Säulen 146 entlang verschiebbar sind. Jedes der zwei Lagergehäuse 163A, 163B definiert zwei Löcher 166, durch die sich eine entsprechende Säule 146 erstreckt und in die sich eine entsprechende Hülse 159 derart erstreckt, dass die Lagergehäuse 163A, 163B mit den Hülsen 159 selektiv die Säulen 146 entlang verschiebbar sind. Die Halterungen 161A, 161B befinden sich benachbart zu der Klemmverbindungsplatte 150 und die Lagergehäuse 163A, 163B befinden sich benachbart zu der Basisplatte 42. Das Trägerelement 158 befindet sich zwischen den Halterungen 161A, 161B und den Lagergehäusen 163A, 163B. Die Hülsen 159 sind mit dem Trägerelement 158, den Lagergehäusen 163A, 163B und den Halterungen 161A, 161B ausreichend verbunden, sodass die Abstände zwischen dem Trägerelement 158, den Lagergehäusen 163A, 163B und den Halterungen 161A, 161B während des Betriebs der Aktuatoranordnung 10 erhalten bleiben.
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Das Rückstell-Untersystem 26 umfasst auch eine I-balkenförmige Zahnstange 167, die sich durch eine Öffnung in der Basisplatte 42 und eine Öffnung in dem Trägerelement 158 für eine selektive translatorische Bewegung in der Aufwärts- und Abwärtsrichtung erstreckt. Die Zahnstange 167 definiert zwei Flächen 168A, 168B, die in entgegengesetzte Richtungen weisen, welche zu den Richtungen der translatorischen Bewegung der Zahnstange 167 normal stehen. Es sollte angemerkt werden, dass sich der Begriff „hinauf” und verwandte Wörter wie z. B. „oben”, „obere/s/r” und „über” in den Fig. wie hierin verwendet nur auf die Orientierung der Aktuatoranordnung 10 beziehen und die Orientierung oder Anordnung der Aktuatoranordnung 10 oder irgendeiner ihrer Komponententeile innerhalb des Umfangs der beanspruchten Erfindung nicht einschränken sollen. Ebenso bezieht sich der Begriff „hinunter” und verwandte Wörter wie z. B. „unten”, „untere/s/r” und „unter” auf die zu „hinauf” entgegengesetzte Richtung und sollen die Orientierung oder Anordnung der Aktuatoranordnung 10 oder irgendeiner ihrer Komponententeile nicht einschränken.
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Die Trägeranordnung 154 umfasst zwei obere Klinken (in den 7 und 8 bei 178A, 178B gezeigt), die verschwenkbar an dem Trägerelement 158 befestigt sind. Die Klinke 178A ist selektiv zwischen einer eingerückten Position, in der die Klinke 178A mit der Fläche 168A der Zahnstange 167 in Kontakt steht, und einer ausgerückten Position, in der die Klinke 178A mit der Fläche 168A der Zahnstange 167 nicht in Kontakt steht, verschwenkbar. Ebenso ist die Klinke 178B selektiv zwischen einer eingerückten Position, in der die Klinke 178B mit der Fläche 168B der Zahnstange 167 in Kontakt steht, und einer ausgerückten Position, in der die Klinke 178B mit der Fläche 168B der Zahnstange 167 nicht in Kontakt steht, verschwenkbar.
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Unter spezieller Bezugnahme auf 9 ist ein Ende 180 einer Klinkenstange 182B starr an der Klinke 178B für eine Drehung mit dieser um eine Achse A1 fixiert. Das andere Ende 183 der Klinkenstange 182B ist über eine Feder 186B funktionell derart mit der Halterung 161A verbunden, dass die Feder 186B die Klinke 178B in ihre eingerückte Position vorspannt. Im Spezielleren ist die Feder 186B mit der Halterung 161A über ein Halteband 190, z. B. Kevlar, verbunden und ist mit der Klinkenstange 182B über ein Halteband 194 verbunden und zwingt das Ende 183 der Klinkenstange 182B nach oben, wodurch sie ein Moment um die Achse A1 induziert, das die Klinke 178B in Richtung der eingerückten Position zwingt.
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Ein SMA-Element 198B ist an einem Ende an der Halterung 161B befestigt, steht mit einem Lager 202 in Eingriff, das drehbar mit dem Lagergehäuse 163B verbunden ist, und ist an dem anderen Ende an der Klinke 178B befestigt. Wenn sich die Klinke 178B in der eingerückten Position befindet, ist das SMA-Element 198B durch eine Zugdehnung gekennzeichnet und ist daher länger als seine vorbestimmte Länge. Ein Erwärmen des Elements 198B in seinen heißen Zustand bewirkt, dass die Länge des Elements 198B auf seine vorbestimmte Länge abnimmt, wodurch die Klinke 178B um die Achse A1 herum in ihre ausgerückte Position gedreht wird und eine elastische Zugdehnung in der Feder 186B induziert wird. Wenn das Element 198B in seinen kalten Zustand abkühlt, sind der Modul und die Fließgrenze des Elements 198B ausreichend niedrig, sodass die durch die Feder 186B ausgeübte Kraft ausreicht, um das Element 198B zu verformen und die Klinke 178B in ihre eingerückte Position zurückzubringen.
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Unter neuerlicher Bezugnahme auf 7 ist die Klinke 178A ebenfalls durch eine Feder (nicht gezeigt) in Richtung ihrer eingerückten Position vorgespannt. Ein SMA-Element 198A ist an einem Ende an der Halterung 161A befestigt, steht mit einem Lager 202 in Eingriff, das drehbar mit dem Lagergehäuse 163A verbunden ist, und ist an dem anderen Ende an der Klinke 178A befestigt. Wenn sich die Klinke 178A in der eingerückten Position befindet, ist das SMA-Element 198A gekennzeichnet durch eine Zugdehnung und ist daher länger als seine vorbestimmte Länge. Ein Erwärmen des Elements 198A in seinen heißen Zustand bewirkt, dass die Länge des Elements 198A auf seine vorbestimmte Länge abnimmt, wodurch die Klinke 178A in ihre ausgerückte Position gedreht wird und eine elastische Zugdehnung in der Feder induziert, die die Klinke 178A in Richtung ihrer eingerückten Position vorspannt. Wenn das Element 198A in seinen kalten Zustand abkühlt, sind der Modul und die Fließgrenze des Elements 198A ausreichend niedrig, sodass die durch die Feder ausgeübte Kraft ausreicht, um das Element 198A zu verformen und die Klinke 178A in ihre eingerückte Position zurückzubringen.
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Rückstellfedern 206 sind an einem Ende an dem Trägerelement 158 befestigt und sind an dem anderen Ende über ein entsprechendes Halteband 210 an der Klemmverbindungsplatte 150 befestigt. Die Basisplatte 42 umfasst eine Lagerstütze 214, an der ein Lager 218 drehbar mit der Basisplatte 42 verbunden ist. Ein SMA-Element 222 ist an einem Ende an der Klemmverbindungsplatte 150 befestigt, steht mit einem Lager 218 in Eingriff und ist an dem anderen Ende mittels einer Klemmverbindung 226 an dem Trägerelement 158 befestigt. Die Rückstellfedern 206 spannen das Trägerelement 158 in einer ersten Position in Bezug auf die Basisplatte 42 vor. Ein Erwärmen des Elements 222 in seinen heißen Zustand bewirkt, dass sich das Element zusammenzieht; da das Lager 218 unter den zwei Befestigungspunkten des Elements 222, d. h. der Klemmverbindungsplatte 150 und dem Trägerelement 158, positioniert ist, zwingt das Zusammenziehen des Elements 222 die Basisplatte 42 nach oben und das Trägerelement 158 nach unten (d. h. aufeinander zu), sodass das Trägerelement 158 in eine zweite Position in Bezug auf die Basisplatte 42 bewegt wird, was eine elastische Zugdehnung in den Rückstellfedern 206 bewirkt.
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Wenn das Element 222 in seinen kalten Zustand abkühlt, sind sein Modul und seine Fließgrenze ausreichend niedrig, sodass die Federn das Element 222 verformen und bewirken, dass sich das Trägerelement 158 und die Basisplatte 42 auseinander bewegen, d. h., sodass sich das Trägerelement 158 in der ersten Position relativ zu der Basisplatte 42 befindet. Ein Element (nicht gezeigt) ähnlich dem Element 222 ist ebenfalls über ein Lager (nicht gezeigt) auf der entgegengesetzten Seite des Rückstell-Untersystems 26 an der Klemmverbindungsplatte 150 und dem Trägerelement 158 befestigt.
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Das Rückstell-Untersystem 26 umfasst auch zwei untere Klinken 230A, 230B, die verschwenkbar an der Basisplatte 42 befestigt sind. Die Klinke 230A ist selektiv zwischen einer eingerückten Position, in der die Klinke 230A mit der Fläche 168A der Zahnstange 167 in Kontakt steht, und einer ausgerückten Position, in der die Klinke 230A mit der Fläche 168A der Zahnstange 167 nicht in Kontakt steht, verschwenkbar. Ebenso ist die Klinke 230B selektiv zwischen einer eingerückten Position, in der die Klinke 230B mit der Fläche 168B der Zahnstange 167 in Kontakt steht, und einer ausgerückten Position, in der die Klinke 230B mit der Fläche 168B der Zahnstange 167 nicht in Kontakt steht, verschwenkbar.
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Unter Bezugnahme auf die 7 und 10 ist ein Ende 234 einer Klinkenstange 238A starr an der Klinke 230A für eine Drehung mit dieser um eine Achse A2 fixiert. Das andere Ende 242 der Klinkenstange 238A ist über eine Feder 246A funktionell derart mit der Klemmverbindungsplatte 150 verbunden, dass die Feder 246A die Klinke 230A in ihre eingerückte Position vorspannt. Im Spezielleren ist die Feder 246A mit der Klemmverbindungsplatte 150 über ein Halteband 250 verbunden und ist mit der Klinkenstange 238A über ein Halteband 254 verbunden und zwingt das Ende 242 der Klinkenstange 238A nach oben, wodurch sie ein Moment um die Achse A2 induziert, das die Klinke 230A in Richtung der eingerückten Position zwingt. Da sich die Klinke 230A und die Klinkenstange 238A auf der entgegensetzten Seite der Basisplatte 42 von der Klemmverbindungsplatte 150 befinden, verläuft das Halteband 254 durch ein Loch 256 in der Basisplatte 42.
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Ein SMA-Element 260A ist an einem Ende an der Klemmverbindungsplatte 150 befestigt, erstreckt sich durch ein Loch 264 in der Basisplatte 42, steht mit einem Lager 268 in Eingriff und ist an dem anderen Ende an der Klinke 230A befestigt. Das Lager 268 ist über ein Lagergehäuse 272A drehbar mit der Basisplatte 42 verbunden. Wenn sich die Klinke 230A in der eingerückten Position befindet, ist das SMA-Element 260A gekennzeichnet durch eine Zugdehnung und ist daher länger als seine vorbestimmte Länge. Ein Erwärmen des Elements 260A in seinen heißen Zustand bewirkt, dass die Länge des Elements 260A auf seine vorbestimmte Länge abnimmt, wodurch die Klinke 230A um die Achse A2 herum in ihre ausgerückte Position gedreht wird und eine elastische Zugdehnung in der Feder 246A induziert wird. Wenn das Element 260A in seinen kalten Zustand abkühlt, sind der Modul und die Fließgrenze des Elements 260A ausreichend niedrig, sodass die durch die Feder 246A ausgeübte Kraft ausreicht, um das Element 260A zu verformen und die Klinke 230A in ihre eingerückte Position zurückzubringen.
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Die Klinke 230B ist ebenfalls durch eine Feder 246B in Richtung ihrer eingerückten Position vorgespannt. Ein SMA-Element 260B ist an einem Ende an der Klemmverbindungsplatte 150 befestigt, steht mit einem Lager 268 in Eingriff, das über ein Lagergehäuse 272B drehbar mit der Basisplatte 42 verbunden ist, und ist an dem anderen Ende an der Klinke 230B befestigt. Wenn sich die Klinke 230B in der eingerückten Position befindet, ist das SMA-Element 260B durch eine Zugdehnung gekennzeichnet und ist daher länger als seine vorbestimmte Länge. Ein Erwärmen des Elements 260B in seinen heißen Zustand bewirkt, dass die Länge des Elements 260B auf seine vorbestimmte Länge abnimmt, wodurch die Klinke 230B in ihre ausgerückte Position gedreht wird und eine elastische Zugdehnung in der Feder 246B induziert wird, die die Klinke 230B in Richtung ihrer eingerückten Position vorspannt. Wenn das Element 260B in seinen kalten Zustand abkühlt, sind der Modul und die Fließgrenze des Elements 260B ausreichend niedrig, sodass die durch die Feder 2468 ausgeübte Kraft ausreicht, um das Element 260B zu verformen und die Klinke 230B in ihre eingerückte Position zurückzubringen.
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Unter Bezugnahme auf 11 definiert ein Element 298 eine Fläche 300. Das Element 298 ist repräsentativ für die Zahnstange 167 und die Fläche 300 ist repräsentativ für die Flächen 168A, 168B der Zahnstange 167. Die Fläche 300 ist gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Zähnen 304, die jeweils durch eine entsprechende Fläche 308, die rechtwinklig zu der Richtung der translatorischen Bewegung der Zahnstange 167 steht, und eine entsprechende Fläche 312 definiert ist, die abgewinkelt relativ zu der Richtung der translatorischen Bewegung der Zahnstange 167 steht.
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Ein Element 314 definiert eine Fläche 316. Das Element 314 ist repräsentativ für die Klinken 178A, 178B, 230A, 230B und die Fläche 316 ist repräsentativ für die Flächen der Klinken, die mit den Flächen 168A, 168B in Kontakt stehen, wenn sich die Klinken 178A, 178B, 230A, 230B in ihren jeweiligen eingerückten Positionen befinden. Die Fläche 316 ist durch eine Vielzahl von Zähnen 320 gekennzeichnet, die jeweils durch eine entsprechende Fläche 324, die rechtwinklig zu der Richtung der translatorischen Bewegung der Zahnstange 167 steht, und eine entsprechende Fläche 328 definiert sind, die abgewinkelt relativ zu der Richtung der translatorischen Bewegung der Zahnstange 167 steht. Somit steht, wenn die Fläche 316 in Kontakt mit der Fläche 300 steht, jede der Flächen 324 in Kontakt mit einer entsprechenden der Flächen 308 und jede der Flächen 324 steht mit einer entsprechenden der Flächen 312 in Kontakt. Eine Abwärtskraft ist über die Flächen 308, 324 von dem Element 314 auf das Element 298 übertragbar; ebenso ist eine Aufwärtskraft über die Flächen 308, 324 von dem Element 298 auf das Element 314 übertragbar. Daher wird durch die Flächen 308, 324 eine relative Bewegung des Elements 298 nach oben in Bezug auf das Element 314 nicht zugelassen und eine relative Bewegung der Zahnstange 167 nach oben in Bezug auf die Klinken 178A, 178B, 230A, 230B wird nicht zugelassen.
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Allerdings führt eine Bewegung des Elements 298 nach unten dazu, dass die Flächen 312 eine Kraft auf die Flächen 328 ausüben, die eine Komponente („Auswärtskomponente”) normal zu der Abwärtsrichtung aufweist, die das Element 314 von dem Element 298 weg zwingt. Wenn die Auswärtskomponente ausreicht, um die Vorspannung der Federn, die die Klinken in ihre eingerückten Positionen zwingen, zu überwinden, dann werden die Klinken 178A, 178B, 230A, 230B aus dem Eingriff mit den Flächen 168A, 168B ratschen, d. h. verschwenken. Demgemäß kann während eines Eingriffs der Klinke mit der Zahnstange eine Abwärtsbewegung der Zahnstange 167 in Bezug auf die Klinken 178A, 178B, 230A, 230B stattfinden.
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Die Zahnstange 167 und die Klinken 178A, 178B, 230A, 230B sind in der abgebildeten Ausführungsform gekennzeichnet durch Zähne, sodass ein Eingriff der Klinken mit den Flächen 168A, 168B eine Bewegung der Klinken relativ zu der Zahnstange in einer Richtung verhindert und eine Bewegung der Klinken relativ zu der Zahnstange in der anderen Richtung zulässt. Es sollte angemerkt werden, dass innerhalb des Umfangs der beanspruchten Erfindung andere Konfigurationen verwendet werden können, um diese Funktionalität zu erreichen. Zum Beispiel können die Klinken 178A, 178B, 230A, 230B und die Zahnstangenflächen 168A, 168B eine Reibung anstelle von Zähnen verwenden.
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Unter neuerlicher Bezugnahme auf 1 ist die Aktuatoranordnung in einer Bereitschaftskonfiguration gezeigt, in der sich das Ausfahrelement 36 in einer zurückgezogenen Position befindet, wobei die untere Platte 34 durch die Arretierungsplatte 70 an dem Arretierungsblock 58 festgehalten ist, und in der die Basisplatte durch die Arretierungen 130A, 130B innerhalb des kreisringförmigen Elements 114 festgehalten ist. Die Feder 50 ist zusammengedrückt und übt eine Abwärtskraft auf die Basisplatte 42 und eine Aufwärtskraft auf die obere Platte 30 aus. Die obere Platte 30 ist über die Säulen 38 starr mit der unteren Platte 34 verbunden und somit verhindert die Arretierungsplatte 70 eine Aufwärtsbewegung der oberen Platte 30. Unter Bezugnahme auf die 1 und 6 befinden sich die Arretierungen 130A, 130B in ihren jeweiligen eingerückten Positionen, in denen sie mit der Basisplatte 42 zwischen den Trennstangen 78A, 78B in Kontakt stehen, wodurch sie die Basisplatte 42 in dem zylindrischen Raum 122 des kreisringförmigen Elements 114 ratschen und die Abwärtsbewegung der Basisplatte 42 die Säulen 38 entlang verhindern. Die Zahnstange 167 befindet sich in einer zurückgezogenen Position in Bezug auf das Rückstell-Untersystem 26, sodass sich das untere Ende 350 der Zahnstange 167 benachbart zu den unteren Klinken 230A, 230B befindet.
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Ein Erwärmen der Elemente 94A, 94B in den heißen Zustand bewirkt, dass die Elemente 94A, 94B die Arretierungsplatte 70 in ihre nicht arretierte Position bewegen und dadurch zulassen, dass sich die untere Platte 34 und somit die Säulen 38 und die obere Platte 30 (d. h. das Ausfahrelement) infolge der durch die Feder 50 auf die obere Platte 30 ausgeübten Aufwärtskraft oben in eine ausgefahrene nach oben Position bewegen, wie in 12 gezeigt. Die in der Feder 50 gespeicherte Energie kann daher verwendet werden, um einen Gegenstand zu bewegen, der funktionell mit der oberen Platte 30 verbunden ist. Die Säulen 38 gleiten durch die in der Basisplatte 42 gebildeten Löcher 46, sodass sich die untere Platte 34 benachbart zu der Basisplatte 42 befindet. Die Feder 50 wird entspannt, wenn sich das Ausfahrelement 36 in der ausgefahrenen Position befindet; das heißt, der Abstand zwischen der Basisplatte 42 und der oberen Platte 30 hat sich von dem Bereitschaftszustand ausreichend vergrößert, um zuzulassen, dass die Feder 50 entspannt wird. Die auf die Basisplatte 42 und die obere Platte 30 wirkende Feder 50 verhindert, dass sich das Ausfahrelement 36 aus seiner ausgefahrenen Position nach unten bewegt. Die Basisplatte 42 ist durch die Arretierungen 130A, 130B in ihrer Position innerhalb des kreisringförmigen Elements 114 festgehalten.
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Unter Bezugnahme auf die 13 und 14 wird das Erwärmen der Elemente 134A, 134B bewirken, dass sich die Arretierungen 130A, 130B in ihre entsprechenden nicht arretierten Positionen drehen und dadurch zulassen, dass sich die Basisplatte 42 und somit das Ausfahrelement 36 nach unten bewegen, wie in 14 gezeigt, bis die Säule (in 4 bei 74 gezeigt) mit der Arretierungsplatte (in den 3 und 4 bei 70 gezeigt) in Eingriff tritt und das Ausfahrelement 36 in der in den 1 und 14 gezeigten Position sichert. Im Spezielleren drückt die kegelförmige Spitze der Säule 74 die Arretierungsplatte 70 zur Seite und wenn der Schlitz 78 an der Arretierungsplatte 70 vorbeikommt, zwingen die Arretierungsrückstellfedern 102 die Arretierungsplatte 70 in den Schlitz 78.
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Um die Aktuatoranordnung 10 in den Bereitschaftszustand zurückzubringen, muss die Basisplatte 42 über die Klinken 130A, 130B gehoben werden, um die Feder 50 wieder zusammenzudrücken. Das Rückstell-Untersystem 26 ist ausgebildet, um die Basisplatte 42 zu heben und dadurch die Feder 50 zusammenzudrücken. Wenn sich die Basisplatte 42 in der in 14 gezeigten Position befindet, steht das untere Ende 350 der Zahnstange 167 mit der unteren Platte 34 in Kontakt. Die 15–18 zeigen den sequenziellen Betrieb des Rückstell-Untersystems 26 beim Heben der Basisplatte 42 in ihre Position innerhalb des kreisringförmigen Elements 114.
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Unter Bezugnahme auf 15 ist das Rückstell-Untersystem 26 abgebildet, wobei sich die oberen und unteren Klinken in ihren jeweiligen eingerückten Positionen befinden, und wobei die Zahnstange 167 mit der unteren Platte 34 in Kontakt steht. Unter Bezugnahme auf 16 bewirkt ein Erwärmen des SMA-Elements 222 in seinen heißen Zustand, dass seine Länge auf seine vorbestimmte Länge abnimmt, wodurch eine Abwärtskraft auf das Trägerelement 158 und eine Aufwärtskraft auf die Basisplatte 42 ausgeübt wird. Die Klinken 178A, 178B wiederum, die an dem Trägerelement 158 befestigt sind und die sich in ihren eingerückten Positionen befinden, übertragen die Abwärtskraft auf die Zahnstange 167. Somit bewegen sich das Trägerelement 158, die Klinken 178A, 178B und die Zahnstange 167 nach unten relativ zu der Basisplatte 42. Die Klinken 230A, 230B ratschen passiv und lassen eine relative Bewegung zwischen der Zahnstange 167 und der Basisplatte 42 zu.
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Unter Bezugnahme auf 17 zwingen die Rückstellfedern 206, wenn das SMA-Element 222 in seinen kalten Zustand abkühlt, das Trägerelement 158 und somit die Klinken 178A, 178B nach oben relativ zu der Basisplatte 42, wodurch das Element 222 verlängert wird. Die oberen Klinken 178A, 178B ratschen passiv und lassen eine relative Bewegung zwischen dem Trägerelement 158 und der Zahnstange 167 zu. Die unteren Klinken 230A, 230B lassen eine relative Bewegung zwischen der Basisplatte 42 und der Zahnstange 167 nicht zu. Daher bewegt sich das Trägerelement 158 nach oben relativ zu der Zahnstange 167 und der Basisplatte 42.
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Wie in 18 gezeigt, befindet sich die Zahnstange 167, sobald die Feder 206 in ihren entspannten Zustand zurückkehrt, weiter unten relativ zu der Basisplatte 42 als ihre Position in 15. Es sollte angemerkt werden, dass, da die Abwärtsbewegung der Zahnstange 167 durch die untere Platte 34 verhindert wird, die in den 15–18 abgebildeten Schritte die Basisplatte 42 gehoben haben. Die Schritte der 15–18 werden wiederholt, bis die Basisplatte 42 mit den bei 130A, 130B in 1 gezeigten Arretierungen in Eingriff tritt, die dann eine Abwärtsbewegung der Basisplatte 42 verhindern. Wenn die Basisplatte 42 gehoben wird, drückt sie die bei 50 in 1 gezeigte Feder wieder zusammen.
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Sobald die Basisplatte 42 arretiert ist, wird die Zahnstange 167 in die zurückgezogene Position, die in 7 gezeigt ist, gehoben. Die 19–25 zeigen sequenziell die Schritte, die von dem Rückstell-Untersystem 26 ausgeführt werden, um die Zahnstange 167 zu heben. Unter Bezugnahme auf 19 ist das Rückstell-Untersystem 26 abgebildet, wobei die oberen und unteren Klinken eingerückt sind. Unter Bezugnahme auf 20 werden die oberen Klinken 178A, 178B durch das Erwärmen der Elemente 198A, 198B in ihren heißen Zustand in ihre ausgerückte Position bewegt. Wenn die Klinken 178A, 178B ausgerückt sind, wird das Element 222 in seinen heißen Zustand erwärmt, um das Trägerelement 158 in Richtung der Basisplatte 42 zu ziehen, wie in 21 gezeigt. Wenn sich das Trägerelement 158 benachbart zu der Basisplatte 42 befindet, kühlen die SMA-Elemente 198A, 198B ab, sodass die Klinken 178A, 178B in ihre eingerückten Positionen zurückkehren, wie in 22 gezeigt. Dann, wie in 23 gezeigt, werden die SMA-Elemente 260A, 260B in ihren heißen Zustand erwärmt, sodass die Klinken 230A, 230B in ihre ausgerückten Positionen bewegt werden. Während die Klinken 230A, 230B ausgerückt sind, kühlt das SMA-Element 222 ab, sodass die Feder 206 das Trägerelement 158 nach oben zwingt und die Zahnstange 167 über die Klinken 178A, 178B nach oben zieht, wie in 24 gezeigt. Nachdem die Zahnstange 167 nach oben gezogen wurde und die Feder 206 in ihren entspannten Zustand zurückkehrt, kühlen die Elemente 260A, 260B ab, sodass die Klinken 230A, 230B in ihre eingerückten Positionen zurückkehren, wie in 25 gezeigt. Somit befindet sich die Zahnstange 167 in 25 höher relativ zu der Basisplatte 42 als in 19. Die in den 20–25 gezeigten Schritte werden wiederholt, bis die Zahnstange 167 in ihre zurückgezogene Position gehoben ist, wie in 7 gezeigt.
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Das Rückstell-Untersystem 26 dient auch dazu, Energie, die in der Feder 50 gespeichert ist, wenn sich die Aktuatoranordnung 10 in dem Bereitschaftszustand befindet, abzuführen, z. B. um an der Aktuatoranordnung 10 eine Wartung durchzuführen. Um die Energie in der Feder 50 abzuführen, wird die Basisplatte 42 in Richtung der unteren Platte 34 allmählich abgesenkt, um zuzulassen, dass sich die Feder 50 ausdehnt. Zuerst werden die Elemente 198A, 198B, 260A, 260B in ihren heißen Zustand erwärmt, sodass alle der Klinken 178A, 178B, 230A, 230B in ihre ausgerückten Positionen bewegt werden, wodurch zugelassen wird, dass die Zahnstange 167 frei fällt, bis die Unterseite 350 der Zahnstange 167 mit der unteren Platte 34 in Kontakt gelangt. Dann wird zugelassen, dass die SMA-Elemente 260A, 260B in ihre kalten Zustände abkühlen, sodass die Klinken 230A, 230B mit der Zahnstange 167 in Eingriff treten; gleichzeitig bleiben die Elemente 198A, 198B in ihrem heißen Zustand, sodass die Klinken 178A, 178B von der Zahnstange 167 ausgerückt bleiben, wie in 20 gezeigt. Dann werden die Arretierungen 130A, 130B durch das Erwärmen der Elemente 134A, 134B freigegeben, wodurch die Basisplatte 42 freigegeben wird; die Klinken 230A, 230B verhindern jedoch auf Grund ihres Eingriffs mit der Zahnstange 167, dass die Feder 50 die Basisplatte 42 nach unten bewegt. Das heißt, die Klinken 230A, 230B übertragen die Last von der Feder 50 auf die Zahnstange 167, die die Last auf die untere Platte 34 überträgt.
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Während die oberen Klinken 178A, 178B noch immer ausgerückt sind, wird das Element 222 in seinen heißen Zustand erwärmt und bewegt dadurch das Trägerelement 158 und die Klinken 178A, 178B nach unten in Richtung der Basisplatte 42, wie in 21 gezeigt. Während das Element 222 erwärmt ist, wird zugelassen, dass die Elemente 198A, 198B abkühlen, sodass die oberen Klinken 178A, 178B mit der Zahnstange 167 in Eingriff treten, wie in 22 gezeigt. Nachdem die oberen Klinken 178A, 178B mit der Zahnstange 167 in Eingriff treten, werden die Elemente 260A, 260B erwärmt, sodass die unteren Klinken 230A, 230B die Zahnstange 167 ausrücken, wie in 23 gezeigt, die die Last von der Feder 50 auf die oberen Klinken 178A, 178B überträgt. Während die unteren Klinken 230A, 230B ausgerückt sind, wird zugelassen, dass das SMA-Element 222 in seinen kalten Zustand abkühlt und die Rückstellfedern 206 ziehen das Trägerelement 158, die oberen Klinken 178A, 178B und die Zahnstange 167 nach oben, wie in 24 gezeigt, wodurch zugelassen wird, dass sich die Feder 50 um einen geringen Betrag ausdehnt. Es sollte angemerkt werden, dass die oberen Klinken 178A, 178B den Eingriff mit den Flächen 168A, 168B beibehalten und nicht ratschen, da die Flächen 308 und 328 (in 11 gezeigt) derart ausgebildet sind, dass bei Nichtvorhandensein der Haltekraft der unteren Klinken 230A, 230B an der Zahnstange 167 keine ausreichende Auswärts-Reaktionskraft an den Klinken 178A, 178B vorliegt, um die Vorspannung der Federn 186A, 186B zu überwinden. Demzufolge bewegen die Klinken 178A, 178B die Zahnstange 167 nach oben. Dann wird zugelassen, dass die Elemente 260A, 260B abkühlen, sodass die Last der Feder 50 auf die unteren Klinken 230A, 230B übertragen wird, wie in 25 gezeigt. Diese Schritte werden wiederholt, bis sich die Basisplatte 42 benachbart zu der unteren Platte 34 befindet und die Feder 50 entspannt ist.
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Es sollte angemerkt werden, dass, wenngleich hierin Formgedächtnislegierungen verwendet werden, andere aktive Materialien innerhalb des Umfangs der beanspruchten Erfindung verwendet werden können, wie z. B. elektroaktive Polymere, piezoelektrische Materialien und magnetostriktive und elektrostriktive Materialien.
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Ein Erwärmen der SMA-Elemente kann durch eine elektrische Widerstandsheizung erreicht werden, die über ein elektronisches Steuergerät (nicht gezeigt) gesteuert ist, das programmiert ist, um zu bewirken, dass sich die Aktuatoranordnung 10 und ihre Untersysteme verhalten, wie hierin beschrieben. Beispielhafte SMA-Elemente umfassen Drähte oder Sätze von Drähten. Es kann wünschenswert sein, dass ein flexibles SMA-Element mehrere Drähte und nicht einen einzigen Draht umfasst, sodass das SMA-Element genügend flexibel ist, um sich an den Lagern zu biegen.
