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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Aktuator mit mindestens zwei
stabilen oder metastabilen Schaltstellungen sowie ein Verfahren
zur Erzeugung oder Wechseln eines Schaltzustandes bei Verwendung
des Aktuators gemäß des ersten
bzw. dreizehnten Patentanspruchs.
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Aus
der Aktorik sind bistabile elektromagnetische Aktuatoren bekannt,
deren stabile Positionen durch die Zufuhr elektromagnetischer Energie,
z. B. durch die Verwendung komplexer dreidimensionaler Strukturen,
wie z. B. Spulen, erzeugt werden.
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Beispielsweise
offenbaren Gray jr., Prophet, Zhu und Kohl „Magnetically bistable actuator
Part 1/Part2”,
Sensors and Actuators A 119 (2005) 489–501/502–511 bistabile Aktuatoren,
bei der die Schaltstellung durch Elektromagnete (spulenbetriebene
magnetische Aktuatoren) stabilisiert werden und eine Umschaltung
ebenfalls mit Hilfe derselben Elektromagnete erfolgt.
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In
der
US 2006/0044093
A1 wird ein Aktuator offenbart, bei dem die Formgedächtnislegierung
als Federelement angeordnet ist und ein elektomagnetisches Feld
einer Spule im Zusammenwirken mit einem weichmagnetischen Material
als aktorisches Element wirkt.
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Die
EP 0 997 953 A1 enthält einen
magnetostriktiven Aktuator. Zur Erzeugung von Schaltstellung bedarf
es eines veränderlichen
magnetischen Felds, wie es z. B. durch Spulen erzeugt werden kann.
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Elektromagnetische
Systeme sind jedoch nur begrenzt miniaturisierbar und sind folglich
nicht mit den für
die Mikrosystemtechnik zur Verfügung stehenden
Technologien herstellbar. Darüber
hinaus zeigen spulenbetriebene magnetische Aktuatoren ein ungünstiges
Skalierungsverhalten der Schaltkräfte. Für das elektrodynamische Prinzip
verhält
sich die Kraft(F) im Verhältnis
zum Skalierungsfaktor(r)etwa F~r4, für das permanentmagnetische
Prinzip beträgt dieses
Verhältnis
ca. F~r3.
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Vor
dem Hintergrund einer verbesserten Miniaturisierbarkeit ist in Zhang,
Ding, Fu und Cai „A fast
switching bistable elektromagnetic microactuator fabricated by UV-LIGA
technology”,
Mechatronics 17, (2007), 165–171
ein bistabiler elektromagnetischer Mikroaktuator beschreiben, dessen
Miniaturisierbarkeit durch die ebene Anordnung zweier Spulen verbessert
wird. Allerdings bleibt die unzureichende Skalierbarkeit erhalten.
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Aus
dem Stand der Technik, z. B. Kohl „Shape Memory Microactuators” Microtechnology
and MEMS, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2004, sind weiterhin
Mikroaktuatoren bekannt, bei denen Formgedächtnislegierungen (FGL) eingesetzt
werden, die über
das Auslösen
des Formgedächtniseffektes
in einen weiteren Schaltzustand gebracht werden können. Diese
Aktuatoren zeigen eine wesentliche höhere Energiedichte, die im
der Größenordnung
von 107 J/m3 liegt
und weisen eine verbesserte Skalierbarkeit, bei der das Verhältnis der
Schaltkräfte zum
Skalierungsfaktor ca. F~r2 beträgt. Jedoch
ist bei dieser Ausführung
eine kontinuierliche Energiezufuhrregelung zur Erhaltung eines FGL-Zustandes und
folglich auch des Schaltzustandes erforderlich.
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Winzek,
Sterzl und Quandt „Bistable
thin film composites with TiHfNi-shape memory alloys”, Proc. 11th International Conference an Solid-State
Sensors and Actuators, München,
2001 offenbaren die Verwendung von FGL-Folien, die von einem stabilen
Zustand durch Erwärmen
in einen zweiten stabilen Zustand überführt werden. Dabei handelt es
sich um einen bistabilen Schichtverbund aus einer FGL und einem
Polymer, der eine breite Hysterese für das Auslösen des Formgedächtniseffektes
erfordert. Allerdings ist eine laufende und exakte Temperaturführung des
gesamten Schichtverbundes in engen Grenzen zwingend erforderlich,
um den Aktuator in einen von zwei stabilen Zuständen zu überführen und zu halten. Typische
Aufheizzeiten liegen dabei im Bereich von einer Minute. Die Haltekräfte sind
dabei aufgrund der Änderung des
E-Moduls des Polymers innerhalb der Hysteresekurven der FGL beschränkt. Durch
Anpassung der Polymerschichtdicke kann eine Steigerung der Haltekräfte erzielt
werden, dies geschieht dann jedoch zu Lasten der Schaltdynamik, da
sich die Aufheizzeiten weiter erhöhen.
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Ausgehend
davon liegt die Aufgabe der Erfindung darin, einen bistabilen Aktuator
sowie ein Schaltverfahren anzugeben, der oder das die aufgeführten Nachteile
und Einschränkungen
vermeidet. Insbesondere sollen die Schaltdynamik erhöht werden
und er soll seine stabilen Positionen entgegen äußerer Kräften und/oder Temperaturschwankungen halten,
ohne dass eine äußere Energiezufuhr
nötig ist.
Weiterhin soll eine Batch-Fertigung derartiger Aktuatoren mit für die Mikrosystemtechnik
zur Verfügung
stehenden Technologien ermöglicht
werden.
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Gelöst wird
die Aufgabe durch einen Aktuator mit den Merkmalen gemäß Anspruch
1 und dem Verfahren nach Anspruch 13. Die Unteransprüche beschreiben
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
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Die
Aufgabe wird durch ein Aktuator mit mindestens zwei Schaltstellungen
gelöst.
Der Aktuator umfasst einen ersten Körper oder Körperverbund mit mindestens
zwei Endpositionen für
einen zwischen diesen beweglich angeordneten und über Stellelemente
geführten
zweiten Körper
oder Körperverbund.
Wesentlich ist, dass die beiden Körper oder Körperverbunde eine stabile,
d. h. ohne eine äußere Energiezufuhr
nicht veränderbare
Relativverschiebung (Schaltstellung) zueinander einnehmen, wenn sie
relativ zueinander eine der Endpositionen einnehmen. Dies bedeutet,
dass an jeder Endposition ein Um- oder Zurückschalten durch Haltemittel
erschwert wird. Eine Positionierung des zweiten Körpers oder
Körperverbunds
an einer der Endpositionen definiert jeweils eine der Schaltstellungen.
Je vorhandene Endposition ist ein in Richtung dieser Endposition
wirkendes Stellelement vorgesehen, wobei die Stellelemente Formgedächtnislegierungselemente
(FGL- Elemente) umfassen.
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Ein
Schaltvorgang in dem erfindungsgemäßen Aktuator wird durch Erwärmen eines
der FGL-Elemente, so dass durch Phasenumwandlung ein Formgedächtniseffekt
mit einer Kontraktion eintritt, ausgelöst. Das FGL-Element wird vorzugsweise durch
indirekte Strahlungsheizung, UV- oder Laserstrahlung oder Heizelemente
(Multilayer), besonders bevorzugt aber durch direkten Stromdurchgang
und ohmsche Erwärmung,
die den Schaltvorgang auslöst,
beheizt.
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Die
Haltemittel umfassen vorzugsweise Permanentmagnete, die magnetische
Wechselwirkungen wie Anziehungskräfte zwischen den beiden Körpern oder
Körperverbünden hervorrufen
und damit die Schaltstellungen stabilisieren. Zum Umschalten in
eine andere Schaltstellungen sind diese Anziehungskräfte zu überwinden,
was im Rahmen der Erfindung nur über
zusätzliche, über die
Stellelemente geschieht.
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Ein
weiterer Gedanke beinhaltet den Zusammenhang, dass die Positionierung
an den Endpositionen durch einen physischen Kontakt und/oder durch
ein Kräftegleichgewicht
aus magnetischer Anziehungskraft und Formgedächtniskraft erzeugt werden
kann.
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Darüber hinaus
kann die Dimensionierung und Gestaltung der FGL Elemente so vorgenommen werden
kann, dass die Aufheiz- und Abkühlzeiten drastisch
verkürzt
werden. Die FGL weisen hierzu eine große spezifische Oberfläche auf.
Vorzugsweise sind die FGL aus Formgedächtnismaterialfolien mit Schichtdicken
zwischen 1 μm
und 100 μm
oder -drähten
mit Dicken zwischen 5 μm
und 200 μm
hergestellt. Insbesondere für
die Verwendung in Mikrosystemtechnischen Komponenten, werden die FGL-Elemente
als Dünnschichtfilme
ausgestaltet, die durch eingeführte
PVD-Verfahren hergestellt werden.
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Der
erfindungsgemäße Aktuator
kann in Abhängigkeit
von der verwendeten FGL, Baugröße und Bauform
Schaltfrequenzen im Bereich von 10 bis 100 Hz erreichen. Bevorzugt
werden Legierungen des Typs NiTi, NiTiCu, NiTiHf, NiTiPd oder NiMnGa,
jeweils in unter schiedlicher Mengenzusammensetzung sowie Verbundstoffe
und Formgedächtnispolymere verwendet.
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Durch
eine geeignete Wahl der Legierung können Aktuatoren für den Einsatz
in einem bestimmten Temperaturbereich optimiert werden. Ein erfindungsgemäßer Aktuator
mit Stellelementen aus mindestens einer der vorgenannten Legierungstypen wird
bevorzugt im Temperaturbereich von –40 bis 200°C eingesetzt, besonders bevorzugt
im Bereich von –20
bis 80°C.
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Mit
dem erfindungsgemäßen Aktuator
können überdies
Stellkräfte
erzeugt werden, die ca. eine Größenordnung
höher sind,
als die aus dem Stand der Technik bekannten elektromagnetisch betriebenen
Aktuatoren. FGL besitzen eine sehr hohe Energiedichte, wodurch hohe
Kräfte
auch bei kleinen Baugrößen erzielbar
sind. In vorteilhafter Weise eignen sich FGL zur Überwindung
der permanentmagnetischen Haltekräfte in den Endpositionen bei
einem Umschalten.
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Eine
Anwendung des erfindungsgemäßen Aktuators
betrifft Schaltelemente in der Mikrosystemtechnik. Dies können z.
B. Mikroventile für
Anwendungen in der Laboranalytik oder Mikropneumatik sein. Weitere
Anwendungen für
Schaltelemente betreffen den Life Science Bereich oder die Verwirklichung
von Schaltzuständen
in Mikro-Brennstoffzellen.
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Ebenfalls
vorteilhaft einzusetzen ist die erfindungsgemäße Vorrichtung in der Kommunikationstechnik,
insbesondere als bistabile optische Schaltkomponenten in optischen
Netzwerken.
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Eine
weitere Anwendung des erfindungsgemäßen Aktuators betrifft bistabile
mechanische Schalter für
die Hoch- und Höchstfrequenztechnik. Insbesondere
als Schaltelement für
verstimmbare Hohlleiter-Oszillatoren, verstimmbare Filter oder Antennenumschalter.
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Weiterhin
kann der erfindungsgemäße Aktuator
als bistabiler elektrischer Schalter vorteilhaft eingesetzt werden.
Besonders Vorteilhaft ist der Einsatz als Mikrorelais in automatischen
Testsystemen, in der Leistungselektronik sowie im Automobilbereich.
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Dem
erfindungsgemäßen Verfahren
liegt die Kombination aus dem antagonistischen Wirkprinzip und dem
magnetischen Wirkprinzip zugrunde. Das antagonistische Wirkprinzip
beruht auf der Verwendung zweier gegeneinander vorgespannter Stellelemente,
wie z. B. Brücken
bzw. Mikrobrücken,
Bolzen oder Mäanderstrukturen
aus einer FGL. Das magnetische Wirkprinzip beruht auf der Wechselwirkung zwischen
einem Dauermagneten und einem weichmagnetischen Material.
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Die
Erfindung wird mit einigen Ausführungsbeispielen
anhand der Figuren näher
erläutert.
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1 zeigt
eine schematische Darstellung eines bistabilen Aktuators bestehend
aus einer weichmagnetischen Kugel, zweier feststehender Anschläge als Endpositionen
aus permanentmagnetischem Material und zweier Stellelemente (Mikrobrücken) aus
einer FGL
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2 zeigt
eine schematische Darstellung eines bistabilen Aktuators, wobei
der weichmagnetische Körper,
im Unterschied zu 1, eine Zylinderform aufweist
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3 zeigt
eine schematische Darstellung eines bistabilen Aktuators bestehend
aus einer Kugel aus einem Polymer oder einer Keramik, zweier permanentmagnetischer
Anschläge
als Endpositionen und zweier Stellelemente (Mikrobrücken) aus
einer FGL, wobei an den Mikrobrücken
an den jeweils den Endpositionen zugewandten Bereichen ein weichmagnetisches
Material angebracht ist.
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4 zeigt
eine schematische Darstellung eines bistabilen Aktuators, wobei
der bewegliche Körper,
im Unterschied zu 3. eine Zylinderform aufweist
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5 zeigt
eine schematische Darstellung eines bistabilen Aktuators bestehend
aus einem Permanentmagneten, der durch zwei Stellelemente aus einer
FGL geführt
wird und Anschlägen
(Endpositionen) aus einem weichmagnetischen Material.
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6 zeigt
eine schematische Darstellung eines bistabilen Aktuators bestehend
aus einem feststehenden Permanentmagneten in einem äußeren Rahmen
aus weichmagnetischem Material, wobei der Rahmen durch Stellelemente
aus einer FGL geführt
wird.
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7 zeigt
zwei mäanderförmige Federelemente
aus einer FGL, die antagonistisch miteinander verbunden sind, wobei
sich ein Permanentmagnet, der fest mit den Federelementen gekoppelt
ist, zwischen zwei weichmagnetischen Anschlagspositionen befindet.
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8 zeigt
zwei mäanderförmige Federelemente
aus einer FGL, die antagonistisch miteinander verbunden sind, wobei
sich ein weichmagnetisches Material, das fest mit den Federelementen
gekoppelt ist, zwischen zwei permanentmagnetischen Anschlagspositionen
befindet.
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9 eine
beispielhafte Ausführungsform eines
Mikroventil mit einem bistabilen Aktuators gem. 1 als
Stellglied.
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10 eine
beispielhafte Gestaltung eines FGL-Elements mit zwei kreuzweise
angeordneten Mikrobrücken.
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1 und 2 zeigen
schematische Darstellungen einer ersten Ausführung des erfindungsgemäßen bistabilen
Aktuators. Der Aktuator enthält einen
weichmagnetischen Körper 1 (als
zweiten Kör per),
der verschiedene Bauformen hat und beweglich 11 angeordnet
ist. In 1 besteht der weichmagnetische
Körper 1 aus
einer Kugel und in 2 besteht der weichmagnetische
Körper 1 aus
einem Zylinder. Dieser weichmagnetische Körper 1, 11 ist
zwischen zwei feststehenden Anschlagspositionen aus permanentmagnetischem
Material 21 beweglich angeordnet und wird dabei durch zwei
gegeneinander vorgespannte und wirkende Stellelemente 3 aus
einer FGL geführt,
die als Mikrobrücken 31 ausgestaltet
sind. Die Stellelemente 3 sind an Auflagerpunkten 4 auf
einem elektrisch isolierendem Material befestigt.
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Durch
Beheizen, vorzugsweise durch einen direkten Stromdurchgang (ohmsche
Beheizung) einer der Mikrobrücken 31 wird
in dieser ein Formgedächtniseffekt
erzeugt. In der Mikrobrücke 31 tritt eine
Phasenumwandlung ein, die eine Kontraktion des Formgedächtnismaterials
hervorruft, die die simultan auftretende thermische Ausdehnung überkompensiert
und ein Geradeziehen der beidseitig eingespannten Mikrobrücke der
im Bereich des weichmagnetischen Körpers anstrebt. Die dabei auf den
Körper
einwirkende erste Kraft (Stellkraft) wirkt einer zweiten Kraft,
in diesem Fall der magnetischen Kraft des permanentmagnetischen
Materials (Haltekraft des Haltemittels) der gegenüberliegenden
feststehenden Anschlagsposition (Endposition) an einem Permanentmagneten 21 (erster
Körper)
entgegen, wobei die erste Kraft größer als die zweite Kraft ist.
Das System nimmt einen von zwei möglichen stabilen Zuständen ein
und verbleibt aufgrund der magnetischen Kraft in dieser Position
auch dann, wenn die Mikrobrücke 31 nicht
weiter beheizt wird, und die Formgedächtniskraft nicht mehr angreift.
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3 und 4 zeigen
eine weitere Ausführform,
wobei der weichmagnetische Körper 1 nicht durch
den zweiten Körper
selbst, sondern auf einem Stellelement 31 befestigt ist,
das den nichtmagnetischen Körper 5 aus
einem nichtmagnetischen Material wie z. B. Polymer oder einer Keramik
oder einer Komponente z. B. einer Lichtleitfaser führt. Durch diese
Maßnahme
werden die magneti schen Haltekräfte
maximiert, da der Abstand zwischen dem permanentmagnetischen Material
und dem weichmagnetischen Material verringert und sich kein nicht-ferromagnetisches
Material (z. B. FGL-Element) zwischen dem permanentmagnetischen
und weichmagnetischen Material befindet.
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Eine
nicht dargestellte Variante der Ausführformen in 3 und 4 nutzt
die Verwendung von FGL-Elementen aus ferromagnetischen Formgedächtnislegierungen
z. B. des Typs NiMnGa. Deren ferromagnetischen Eigenschaften treten
nur unterhalb ihrer Curietemperatur auf. Durch Erwärmen über die
Curietemperatur erfolgt eine Phasenumwandlung, die in den Legierungen
dieses Typs neben einem Formgedächtniseffekt
auch ein Verlust der ferromagnetischen Eigenschaften bewirkt.
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Kommen
in den in 3 und 4 dargestellten
Ausführungsformen
FGL-Elemente 3, 31 mit derartigen ferromagnetischen
Formgedächtnislegierungen
zum Einsatz, ist eine zusätzliche
Anordnung der dargestellten weichmagnetischen Körpern 1 nicht erforderlich.
Die magnetische Anziehung des zweiten Körpers 5 erfolgt zwischen
den feststehenden permanentmagentischen Körper 21 und dem FGL-Stellelement 31 anstelle
der weichmagnetischen Körper 11.
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Zur
Einleitung des Schaltvorgangs erfolgt eine Aufheizung des FGL-Elements 3, 31 auch über die
Curietemperatur, wobei das FGL-Element 3, 31 in vorteilhafter
Weise auch seine magnetischen Eigenschaften verliert, somit die
magnetische Anbindung (Fixierung) an den feststehenden permanentmagnetischen
Körper 21 gelöst wird
und ein Umschalten unterstützt.
Gleichzeitig kommt es zu einer Kontraktion des FGL-Elements 3, 31 aufgrund
des Formgedächtniseffekts
wobei der Körperverbund
aus einer ersten stabilen Position relativ in Richtung des gegenüberliegenden
permanentmagnetischen Materials 21 bewegt wird. Das diesem
Magneten zugewandte, FGL-Element 3, 31 aus einer
Legierung des Typs NiMnGa, ist unbeheizt und besitzt daher ferromagnetische Eigenschaften
und wird durch magnetische Anziehung in eine zweite stabile Position
gebracht. Ein Überwinden
der magnetischen Haltekraft in einer Schaltstellung durch die FGL-Elemente 3, 31 ist
somit nicht mehr erforderlich.
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In
den vorgenannten in 1 bis 4 dargestellten
Ausführungsformen
umfasst der erste Körper
oder Körperverbund
die Permanentmagneten 21 sowie die Auflagerpunkte 4 für die Mikrobrücken 31. Ebenso
nehmen die zweiten Körper
in den genannten Figuren eine stabile (untere) Endposition ein.
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5 zeigt
eine Ausführform,
bei der ein beweglicher Permanentmagnet 22 als zweiter
Körper durch
zwei Mikrobrücken 31 aus
einer FGL zwischen zwei Endpositionen an zwei feststehenden weichmagnetischen
Körpern 12 (erste
Körperverbund),
angeordnet ist. Durch Beheizen, vorzugsweise durch einen direkten
Stromdurchgang (ohmsche Beheizung) einer der Mikrobrücken 31 wird
in dieser ein Formgedächtniseffekt
erzeugt (vgl. vorgenannte Beschreibung zu 1 und 2),
der mit einer ersten Kraft einer zweiten Kraft, in diesem Fall der
magnetischen Kraft des beweglichen Permanentmagneten 22 entgegenwirkt
und wobei die erste Kraft größer als
die zweite Kraft ist. Das System nimmt einen von zwei möglichen
stabilen Zuständen
ein und verbleibt aufgrund der magnetischen Kraft des Permanentmagneten 22 in
dieser Position auch dann, wenn die Mikrobrücke 31 nicht weiter
beheizt wird, und die Formgedächtniskraft
nicht mehr angreift.
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In 6 ist
im Rahmen einer weiteren Ausführungsform
ein feststehender Permanentmagnet 21 (erster Körper) in
einem beweglichen Rahmen aus weichmagnetischen Material 13 (z.
B. Hohlprofil als zweiter Körper)
angeordnet, wobei der Rahmen durch zwei Mikrobrücken 31 aus einer
FGL geführt wird.
Durch Beheizen, vorzugsweise durch einen direkten Stromdurchgang
(ohmsche Beheizung) einer der Mikrobrücken 31 wird in dieser
ein Formgedächtniseffekt
erzeugt, der mit einer ersten Kraft einer zweiten Kraft, in diesem
Fall der magnetischen Kraft des feststehenden Permanentmagneten 21 entgegenwirkt
und wobei die erste Kraft größer als
die zweite Kraft ist (vgl. vorgenannte Beschreibung zu 1 und 2).
Das System nimmt einen von zwei möglichen stabilen Zuständen ein
und verbleibt aufgrund der magnetischen Kraft des Permanentmagneten 21 in
dieser Position auch dann, wenn in vorgenannter Weise die Mikrobrücke 31 nicht
weiter beheizt wird.
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7 und 8 enthalten
weitere Ausführformen,
wobei die Stellelemente aus einer FGL eine mäanderförmige Form aufweisen 32.
In 7 befindet sich ein fest mit den mäanderförmigen Elementen 32 gekoppelter
Permanentmagnet 23 (zweiter Körper) zwischen zwei Endpositionen
an einem (ersten) Körperverbund
aus weichmagnetischem Material 12. In 8 befindet
sich dagegen ein fest mit den mäanderförmigen Elementen 32 gekoppelter
weichmagnetischer Körper 13 (zweiter
Körper)
zwischen zwei feststehenden Anschlagspositionen an einem (ersten)
Körperverbund
aus permanentmagnetischem Material 23, die als Anschläge dienen.
Durch Beheizen, vorzugsweise durch einen direkten Stromdurchgang
(ohmsche Beheizung) eines der Stellelemente 32 wird in
diesem ein Formgedächtniseffekt
mit einer ersten Kraft erzeugt, die einer zweiten Kraft, der magnetischen
Kraft des jeweils aktiven Anschlagspunktes entgegenwirkt und wobei
die erste Kraft größer als
die zweite Kraft ist (in äquivalenter
Weise anhand 1 und 2 beschrieben).
Das System nimmt einen von zwei möglichen stabilen Zuständen ein
und verbleibt aufgrund der magnetischen Kraft des jeweils aktiven
Permanentmagneten in dieser Position auch dann, wenn das Stellelement 32 nicht
weiter beheizt wird, und die Formgedächtniskraft nicht mehr angreift.
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9 zeigt
ein Mikroventil umfassend ein Aktuator mit zwei Schaltstellungen,
wobei ein weichmagnetischer Körper 1 als
zweiter Körper
durch Stellelemente 3 aus einer FGL geführt wird. Die Anschläge (Endpositionen)
befinden sich an einem (ersten) Körperverbund bestehend aus permanentmagnetischem
Material 2, wobei eine Anschlagsposition 2 oberhalb
des weichmagnetischen Körpers 1 und
der Stellelemente 3 angeordnet ist, und die zweite Anschlagsposition 2 unterhalb
des weichmagnetischen Körpers 1 und
der Stellelemente 3 angeordnet ist. Die untere Anschlagsposition 2 weist
im Rahmen der Ausführungsform
im Gegensatz zu der oberen einen Ventildichtungssitz 6 auf.
Eine Membran 7 unterhalb des weichmagnetischen Körpers 1 und
der Stellelemente 3 dient als fluiddichte Barriere zu der
unterhalb der Barriere angeordneten Fluidstrom. Bei geschlossenem
Ventil drückt
der weichmagnetische Körper 1 durch
die Membran 7 auf den Ventil-dichtungssitz 6 und
befindet sich damit in der in 9 dargestellten unteren
Endposition, während
der Ventildichtungssitz 6 unterhalb der Membran 7 freigegeben
wird, wenn der weichmagnetische Körper 1 die obere Endposition
einnimmt.
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Wie
in den vorgenannten Ausführungsformen
erfolgt ein Umschalten durch Beheizen eines der beiden Stellelemente 3.
Das System nimmt einen von zwei möglichen stabilen Zuständen ein
und das Ventil wird auf diese Weise geöffnet oder geschlossen.
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10 zeigt
beispielhaft eine Aufsicht eines FGL-Elements mit zwei in einem
Kreuzungsbereich 9 kreuzenden Mikrobrücken 31, die die einzige
elektrische Verbindung zwischen zwei Elektroden 8 darstellen.
Die Elektroden 8 dienen einerseits der Fixierung der FGL-Elemente,
andererseits der elektrischen Kontaktierung für eine nicht dargestellte Spannungsversorgung
für eine
ohmsche Beheizung der Mikrobrücken 31.
Derartige FGL-Elemente in der dargestellten Form dienen als bevorzugte
Stellelemente für die
vorgenannten Ausführungsformen
gem. 1 bis 6 und 9, wobei
weiter bevorzugt zwei identische dieser FGL-Elemente übereinander
angeordnet sind. Der Kreuzungsbereich 9 dient dabei als Kontaktstelle
zu dem zweiten Körper
oder Körperverbund
(nicht dargestellt), der wiederum durch die sich kreuzenden Mikrobrücken 31 in
zwei Achsen geführt wird.
Vorzugsweise sind derartige FGL-Elemente mittels chemischer Ätzverfahren
oder Laserstrukturierungsverfahren aus Blechen herausgearbeitet.
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- 1
- weichmagnetischer
Körper
- 11
- weichmagnetischer
Körper,
beweglich ausgestaltet
- 12
- weichmagnetischer
Körper,
feststehend ausgestaltet
- 13
- weichmagnetischer
Körper,
an Mäanderstruktur
gekoppelt
- 2
- permanentmagnetischer
Körper
- 21
- permanentmagnetischer
Körper,
feststehend ausgestaltet
- 22
- permanentmagnetischer
Körper,
beweglich ausgestaltet
- 23
- permanentmagnetischer
Körper,
an Mäanderstruktur
gekoppelt
- 3
- gegeneinander
vorgespannte Stellelemente aus FGL
- 31
- Stellelement
als Mikrobrücke
ausgestaltet
- 32
- Stellelement
als Mäanderstruktur
ausgestaltet
- 4
- Auflagerpunkte
der Stellelemente, elektrisch isolierend
- 5
- nicht-ferromagnetischer
Körper
- 6
- Ventildichtungssitz
- 7
- Membran
- 8
- Elektroden
- 9
- Kreuzungsbereich