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Diese Erfindung betrifft einen Biegungsinduzierer, der eine Elastomerschicht und ein Formgedächtnisgitter umfasst. Das Formgedächtnisgitter umfasst wenigstens ein Formgedächtniselement und wenigstens zwei Ankerelemente. Das Formgedächtniselement ist durch Kontraktion in eine Formgedächtniswirkrichtung verkürzbar. Das Formgedächtniselement ist an zwei Verbindungsstellen jeweils mit einem Ankerelement verbunden. wobei das Formgedächtnisgitter auf der Elastomerschicht angeordnet oder darin eingebettet ist. Weiter betrifft die Erfindung einen Biegeaktuator.
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In dieser Patentanmeldung wird ein Biegungsinduzierer von einem Biegeaktuator unterschieden. Der Unterschied liegt darin, dass der Biegungsinduzierer auf ein zu biegendes Bauteil aufgebracht werden kann und sich der Biegungsinduzierer und dieses Bauteil gemeinsam biegen. Der Biegungsinduzierer könnte sich allein nicht oder nur sehr schwach biegen. Dagegen kann sich ein Biegeaktuator ohne Befestigung an weiteren Bauteilen biegen.
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Im Stand der Technik ist bekannt, Elemente aus Formgedächtnislegierung in ein Kunststoffmaterial einzubetten. Auf diese Weise kann ein Aktuator hergestellt werden, welcher die Spannungen und Dehnungen der Formgedächtnislegierung nutzt, um eine Verformung eines ganzen Aktuators zu bewirken. Insbesondere kann eine Biegung durch eine Kontraktion einer Formgedächtnislegierung, die außerhalb einer neutralen Faser des-Kunststoffverbundes angeordnet ist, bewirkt werden.
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Im Stand der Technik ist die Patentanmeldung
WO 2013/034280 A2 bekannt, welche einen Aktuator mit einen biegsamen Abschnitt aus Elastomermaterial offenbart. Der biegsamen Abschnitt kann durch Formgedächtnisdrähte bewegt werden. Zur Übertragung der Kräfte aus den Formgedächtnisdrähten in den biegsamen Abschnitt sind Krafteinleitungselemente vorgesehen, welche quer zur Längsrichtung der Formgedächtnisdrähte angeordnet sind.
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Weiter ist die Patentanmeldung
US 2006/0201149 A1 bekannt, welche einen Biegungsinduzierer offenbart, in welchem Formgedächtniselemente auf einen Träger aufgebracht sind. Es wird vorgeschlagen, die Formgedächtnisdrähte auf den Träger zu kleben.
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Beispielsweise ist in dem Artikel „Load Conforming Design and Manufacturing of Active Hybrid Fiber Reinfroced Polymer Structure with Integrated Shape Memory Alloy Wires for Actuation Purposes“ von M. Hübler, S. Nissle, M. Gurka und U. Breuer in den Proceedings zur ACTUATOR 2014, 14th International Conference on New Actuators, Bremen, Germany, 23-25 June 2014 ein Biegeaktuator veröffentlicht worden, in welchem ein faserverstärkter Kunststoff mit Drähten aus einer Formgedächtnislegierung kombiniert ist. Bei dieser Lösung sind die Formgedächtniselemente auf eine Basisschicht aus faserverstärktem Kunststoff aufgebracht. Die Formgedächtniselemente weisen zum Zwecke einer zugübertragenden Befestigung an ihren beiden Enden jeweils einen gemeinsamen Ankerdraht auf, der mit allen Formgedächtniselementen an einem ihrer Enden verbunden ist. Die Ankerdrähte sind auf der Basisschicht in eine Schicht aus Kurzfasern einlaminiert, die sich in einem Bereich um die Ankerdrähte erstreckt (s. 3 des Artikels). Zur Verstärkung des Bereichs ist über der Schicht aus Kurzfasern eine weitere Schicht mit einer Glasfaserlage aufgebracht, die sich über der Schicht aus Kurzfasern erstreckt. Auf diese Weise kann eine feste Verbindung zwischen den Ankerdrähten und der Basisschicht an deren beiden Enden hergestellt werden. Über die Formgedächtniselemente ist auf der Außenseite des Biegeaktuators als Schutz eine weitere Glasfaserschicht gelegt, welche jedoch wesentlich dünner als die Basisschicht ist. Eine Erwärmung der Formgedächtnislegierung bewirkt deren Zusammenziehen, wodurch der Biegeaktuator einschließlich des Formgedächtniselements stark gebogen wird, wie in der 6 des Artikels dargestellt ist.
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Nachteilig an dieser Lösung ist, dass die Komponenten des Formgedächtniselements sehr starker Materialbeanspruchung unterliegen. Dies führt zu Materialermüdung und dementsprechend kurzer Lebensdauer.
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Es ist aus der
DE 10 2015 106 802 bekannt, eine elastomere Zwischenschicht zwischen die Formedächtnislegierung und die Basisschicht einzubringen. Auf diese Weise kann die Spannung in dem Biegeaktuator verringert und die Lebensdauer erhöht werden. Ein solcher Biegeaktuator wird üblicherweise aufgebaut, indem parallel angeordnete Formgedächtniselemente an zumindest einem ihrer Enden mit einem Ankerdraht mit wenigstens einem anderen Formgedächtniselement verbunden werden und so ein Formgedächtnisgitter erzeugt wird. Das Formgedächtnisgitter wird dann auf eine flächige Elastomerschicht aufgenäht, wodurch eine mechanische Verbindung der Elastomerschicht mit dem Formgedächtnisgitter hergestellt wird. Um hohe Kräfte von den Ankerdrähten zur Basisschicht zu übertragen, wird jeweils eine engmaschige und aufwendig herzustellende Nahtstelle an den Kreuzungsstellen zwischen den Ankerdrähten und den Formgedächtniselementen genäht, bei der ein Kreuzstich angewendet wird, der diagonal und über Kreuz über die jeweilige Kreuzungsstelle verläuft. Nachdem mehrere Formgedächtnisgitter auf der Elastomerschicht aufgenäht sind, wird die Elastomerschicht zwischen den Formgedächtnisgittern zerteilt und die so entstehenden Formgedächtniselemente mit ihren jeweiligen Elastomerschichtabschnitten voneinander getrennt. Die Elastomerschicht mit dem Formgedächtnisgitter kann dann auf eine Baisisschicht aufgeklebt werden, sodass ein Biegeaktuator aus der Basisschicht, der Elastomerschicht und dem Formgedächtnisgitter entsteht.
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Nachteilig an dieser Lösung ist, dass die Herstellung der Kreuzstiche zu Befestigung des Ankerelements aufwendig und entsprechend teuer ist.
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Gegenstand der Erfindung ist ein Biegungsinduzierer gemäß Anspruch 1, der wenigstens einen Kraftübertrager an wenigstens einem Ankerelement aufweist. Der Kraftübertrager ist formschlüssig mit dem Ankerelement verbunden. So sind Zugkräfte aus dem Formgedächtniselement über das Ankerelement in den Kraftübertrager einleitbar. Der Kraftübertrager weist eine größere Steifigkeit als die Elastomerschicht auf. Der Kraftübertrager ist außerhalb einer Oberfläche der Elastomerschicht angeordnet, entlang der das Formgedächtniselement verläuft.
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Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.
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Die vorgeschlagene Bauweise eines Biegungsinduzierers stellt eine Abkehr von dem bisher üblichen Schichtaufbau gemäß dem Stand der Technik dar, indem ein Kraftübertrag verwendet wird, der die Elastomerschicht überbrückt. Zwar bedeutet die Verwendung von separaten Kraftübertragern einen Mehraufwand für die Herstellung und den Einbau der Kraftübertrager, jedoch gehen damit einige Vorteile einher.
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Vorteilhaft entfallen die aufwendigen Kreuznähte an den Verbindungsstellen. Neben der Einsparung des Aufwandes ist ein weiterer Vorteil, dass die Kreuznähte nicht beim Anlöten von Anschlussdrähten stören.
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Ein weiterer wesentlicher Vorteil ergibt sich daraus, dass der Kraftübertrager aus anderen Material als die Elastomerschicht aufgebaut sein kann. Die Elastomerschicht hat als Kraftübertragerselement den Nachteil, dass sie durch ihren geringen Elastizitätsmodul vergleichsweise stark nachgibt und auf diese Weise ein nicht unerheblicher Teil der mit dem Formgedächtnisgitter erreichten Dehnung darin verloren geht. Durch eine geringere Nachgiebigkeit des Kraftübertragers kann dieser Nachteil verringert werden.
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Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass durch den Übergang zu einem separaten Kraftübertrager und dessen von der Elastomerschicht unabhängige Eigenschaften wesentlich mehr Gestaltungsfreiheit in Bezug auf die Befestigung des Biegungsinduzierers an einem zu biegenden Bauteil erreicht wird. Ein solches Bauteil wird im Folgenden als Biegebasis bezeichnet.
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Ein Ankerelement hat vorzugsweise einen rechteckigen Querschnitt. Bevorzugt ist das Ankerelement mit einem Loch versehen, durch das ein Formgedächtniselement gesteckt werden kann. Vorzugsweise wird das Formgedächtniselement auf einer Seite des Ankerelements verformt, so dass ein Formschluss zwischen dem Formgedächtniselement und dem Ankerelement in Bezug auf Zug in der Formgedächtniswirkrichtung vorliegt. Es sind jedoch auch andere, herkömmliche Verbindungsmethoden denkbar.
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Vorzugsweise ist ein Formgedächtniselement als Draht ausgebildet. Der Draht hat bevorzugt runden Querschnitt.
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Das Formgedächtniselement ist vorzugsweise auf der Elastomerschicht festgenäht. Dies ist ein kostengünstiges ein einfaches Befestigungsverfahren, das aufgrund der geringen Festigkeit der Elastomerschicht einsetzbar ist.
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Vorzugsweise weist der Kraftübertrager eine größere Kraftübertrager-Anlagefläche zur Befestigung des Biegeinduzierers auf als der Querschnitt des Ankerelements. Durch die Befestigung und dementsprechende Kraftübertragung kann eine Biegung in einem zu biegenden Teil bewirkt werden.
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Vorzugsweise umfasst der Biegungsinduzierer zwei Kraftübertrager, von denen jeder an einem anderen Ende des Biegungsinduzierers angeordnet sind, insbesondere an zwei gegenüberliegenden Enden in Formgedächtniswirkrichtung. Sie bilden an diesen Stellen einen Abschluss mit einer größeren Härte als dies eine Elastomerschicht nach dem Stand der Technik würde. Das feste Ende verbessert erheblich die Handhabbarkeit des Biegungsinduzierers. Einen besonders großen Vorteil hat dies, wenn der Biegungsinduzierer im Spritzgussverfahren durch Umspritzen zumindest von Teilen davon mit einem anderen Bauteil verbunden wird.
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Vorzugsweise ist die Elastomerschicht ausschließlich zwischen zwei Kraftübertragern angeordnet, die jeweils mit einem Ankerelement verbunden sind. Bevorzugt erstreckt sich die Elastomerschicht bis an die Kraftübertrager. Dies ergibt einen an einer Anlagefläche zum Induzieren von Biegung durchgängigen sowie kompakten Biegungsinduzierer.
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Vorzugsweise ist wenigstens ein Kraftübertrager in einem Abschnitt, der einen Außenbereich des Biegungsinduzierers bildet, zur Ausbildung von Formschluss mit einem Spritzgussteil beim Einbetten des Biegungsinduzierers im Spritzgussverfahren eingerichtet. Durch einen solchen Formschluss kann eine sichere Befestigung des Biegungsinduzierers an dem gespritzten Bauteil erreicht werden.
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Vorzugsweise ist der Kraftübertrager ein urgeformtes Teil, bevorzugt ein Spritzgussteil. Bevorzugt ist der Kraftübertrager aus Duromer oder Thermoplast hergestellt. Der Kraftübertrager ist insbesondere faserverstärkt, besonders bevorzugt kurzfaserverstärkt.
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Vorzugsweise sind der Kraftübertrager und das Formgedächtnisgitter formschlüssig miteinander verbunden. Ein Kraftübertrager kann reversibel mit einem Formgedächtnisgitter verbunden sein. Der Kraftübertrager kann einen Hinterschnitt in Bezug auf die Formgedächtniswirkrichtung aufweisen, der das Formgedächtnisgitter aufnehmen kann. Ein Hinterschnitt kann zum Beispiel durch einen Ankerschlitz in einer Oberfläche realisiert sein. In ein oder mehrere Schlitze kann das Formgedächtnisgitter eingelegt sein. Der Ankerschlitz kann von der Oberfläche aus schräg mit einer Komponente in Formgedächtniswirkrichtung verlaufen, derart, dass bei Zug des Formgedächtnisgitters in Formgedächtniswirkrichtung das Formgedächtnisgitter tiefer in den Ankerschlitz gezogen wird.
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Bevorzugt ist eine Verbindungsstelle innerhalb des Kraftübertragers angeordnet.
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Ein Kraftübertrager kann einen oder mehrere Schlitze aufweisen, wobei mindestens ein Ankerschlitz zur Aufnahme eines Ankerelements eingerichtet ist. Weitere Schlitze können für ein oder mehrere Formgedächtniselemente in dem Kraftübertrager vorhanden sein. Vorzugsweise entspricht die Form der Schlitze der Form einem Abschnitt des Formgedächtnisgitters, insbesondere eines Endes des Formgedächtnisgitters in F ormgedächtniswirkrichtung.
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Ein Schlitz bzw. Ankerschlitz kann so ausgebildet sein, dass ein Formgedächtnisgitter in den Schlitz eingeklipst werden kann. Insbesondere kann der Schlitz in der Tiefe einen größeren Querschnitt aufweisen als an der Oberfläche, von der aus er sich erstreckt. Ein aufzunehmender Teil des Formgedächtnisgitters kann durch den Querschnitt an der Oberfläche hindurchgedrückt werden und nach dem Überwinden des engeren Querschnitts kraftschlüssig in dem Schlitz gehalten sein.
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Unter einem Formgedächtnisgitter wird in dieser Patentanmeldung eine Struktur verstanden, welche wenigstens ein längliches Längselement aufweist, welches mit wenigstens zwei ebenfalls länglichen Querelementen verbunden ist. Ein Formgedächtniselement bildet ein Längselement, während ein Ankerelement ein Querelement bildet. Vorzugsweise sind die Längselemente und Querelemente zumindest näherungsweise rechtwinklig zueinander angeordnet. Es sind jedoch auch andere Winkel denkbar. Bevorzugt sind die Ankerelemente, und, wenn mehrere vorhanden sind, die Formgedächtniselemente zumindest näherungsweise parallel zueinander ausgerichtet. Dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich.
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In einer Variante eines Gitters kann dieses angenähert mäanderförmig ausgebildet sein. Dann sind wenigstens drei Ankerelemente in dem Biegungsinduzierer vorhanden. Ein erstes und ein zweites dieser Ankerelemente sind an einem ersten Formgedächtniselement befestigt. An dem zweiten Ankerelement ist außerdem ein Ende eines zweiten Formgedächtniselements befestigt. An dem anderen Ende dieses zweiten Formgedächtniselements ist das dritte Ankerelement befestigt. Vorzugsweise fluchten das erste und das dritte Ankerelement wenigstens näherungsweise miteinander. Auf gleiche Weise können noch weitere Schlingen eines Mäanders angefügt sein. Dann können zum Beispiel auch ein zweites und ein viertes Ankerelement miteinander fluchten. Es sind auch Varianten denkbar, bei denen mehrere Formgedächtniselemente zwischen zwei bestimmten Ankerelementen verlaufen. Es lassen sich somit im Vergleich zu einem Gitter mit zwei ununterbrochenen Ankerelementen und mehreren Formgedächtniselementen verschiedene mäanderförmige Varianten mit unterschiedlichen Unterbrechungen in den Ankerelementen konstruieren.
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Ein mäanderförmiges Gitter hat, insbesondere wenn die Formgedächtniselemente sehr schlank sind, und zum Beispiel als Drähte ausgebildet sind, den Nachteil, dass das Gitter ein labiles Gebilde darstellen kann, das schon unter seinem Eigengewicht oder kleinen Kräften erheblichen Verformungen unterliegt. Dies ist bei der herkömmlichen Verbindungsweise problematisch, weil die Positionen der Verbindungsstellen in Bezug auf die Elastomerschicht zum Nähen der Kreuznähte präzise vorpositioniert und gehalten werden müssen.
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In einem einzelnen Kraftübertrager können eine oder mehrere Ankerschlitze vorgesehen sein, welche mehrere, nicht unmittelbar zusammenhängende Ankerelemente aufnehmen können. Dies hat den Vorteil, dass durch schlichtes Einlegen der Ankerelemente in die Ankerschlitze die Positionierung sowie der Formschluss unaufwendig erreicht werden können. Vorzugsweise ist ein durchgängiger Ankerschlitz dafür vorgesehen.
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Vorzugsweise ist ein Abschnitt eines Schlitzes für das Formgedächtniselement in dem Kraftübertrager zwischen einem kreuzenden Ankerschlitz für das Ankerelement und einem Ende in Richtung des äußeren Endes des Biegeinduzierers länger als ein Abschnitt des Formgedächtniselements, der sich von der Verbindungsstelle mit einem Ankerelement weg in Richtung des äußeren Endes des Biegeinduzierers erstreckt und der zum Einlegen in den Schlitz für das Formgedächtniselement vorgesehen ist. Auf diese Weise steht das Formgedächtniselement nicht über das Ende des Kraftübertragers hinaus oder lässt sich nur teilweise einlegen. Dies erleichtert die Handhabung.
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Bevorzugt weist die Oberfläche des Kraftübertragers, in die die Schlitze eingebracht sind, in Richtung der Elastomerschicht eine Abschrägung oder Abrundung auf, derart, dass der Querschnitt eines Widerlagers des Kraftübertragers für das Ankerelement in Richtung der Elastomerschicht abnimmt. Auf diese Weise wird eine gleichmäßigere Krafteinleitung in den Kraftübertrager erreicht. Vorzugsweise endet die Abschrägung oder Abrundung an der Oberfläche der Elastomerschicht, die dem Formgedächtnisgitter zugewandt ist.
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Ein Kraftübertrager weist vorzugsweise in einem Querschnitt rechtwinklig zu einer Kraftübertrager-Anlagefläche, an der ein Kraftübertrager zum Ankleben zwecks Übertragung von Kräften vorgesehen ist, zu einem Außenrand des Biegungsinduzierers hin eine sich verringernde Querschnittsfläche auf. Auf diese Weise können Spannungsspitzen in der Verbindungsstelle verringert werden.
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Vorzugsweise ist zumindest der Kraftübertrager, jedoch besonders bevorzugt der gesamte Biegungsinduzierer, an wenigstens einer Anlagefläche zum Aufkleben auf einer Gegenfläche zum Induzieren von Biegung vorgesehen. Bevorzugt ist wenigstens eine Teil-Anlagefläche mit einem Klebstoff beschichtet, insbesondere mit einem Haftklebstoff.
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Vorzugsweise ist die Dicke der Elastomerschicht zumindest näherungsweise gleich dem Abstand zwischen einer Anlagefläche zum Anlegen des Biegungsinduzierers an eine Gegenfläche und einem Grund einer Aufnahmestelle eines Formgedächtniselements an dem Kraftübertrager in Richtung der Anlagefläche. Auf diese Weise ist zwischen der Anlagefläche und dem dieser Anlagefläche zugewandten Ende des Formgedächtniselements ein solcher Abstand vorhanden, dass die Elastomerschicht in Richtung ihrer Dicke zumindest näherungsweise genau in den Raum zwischen der Gegenfläche und dem Ende des Formgedächtniselements passt. So ergibt sich ein flacher Biegungsinduzierer, bei dem die Formgedächtniselemente auf die Elastomerschicht genäht werden können, ohne dass diese dorthin gezogen und dabei verbogen werden. Auf diese Weise erhöht sich die Lebensdauer der Formgedächtniselemente.
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Eine Befestigungsstelle eines Kraftübertragers für ein Ankerelement kann einen Grund aufweisen, der weiter in Richtung der Kraftübertrager-Anlagefläche angeordnet ist als der Grund einer Aufnahmestelle eines Formgedächtniselements. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn ein Formgedächtniselement auf ein Ankerelement aufgeschweißt oder aufgelötet ist, wobei das Formgedächtniselement weiter von der Kraftübertrager-Anlagefläche entfernt angeordnet ist, oder ein Formgedächtniselement ein Ankerelement durchdringt, wobei sich ein Abschnitt des Ankerelements weiter in Richtung der Anlagefläche als das Formgedächtniselement befindet. Eine Ausgestaltung mit einem Grund der Befestigungsstelle des Ankerelements weiter in Richtung der Kraftübertrager-Anlagefläche hat den Vorteil, dass der Biegungsinduzierer insgesamt flacher gebaut ist als gemäß der Ausgestaltung nach dem Stand der Technik. Statt auf der Elastomerschicht aufzuliegen, ist ein Ankerelement im Vergleich tiefer in den Kraftübertrager versenkt. Eine flache Bauhöhe ist in vielen Einsatzgebieten erwünscht, um Bauraum einzusparen.
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Vorzugsweise hat ein Schlitz für ein Ankerelement eine Tiefe, die der Höhe des Andruckelements entspricht. Auf diese Weise schließt das Ankerelement mit der Oberfläche des Kraftübertragers ab, in die der Ankerschlitz eingebracht ist.
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In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Biegeaktuator vorgeschlagen, welcher einen Biegungsinduzierer gemäß einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen umfasst. Der Biegeaktuator umfasst weiter eine Biegebasis, auf der der Biegungsinduzierer befestigt ist. Die Biegebasis ist durch Aktivität des Biegeaktuators um eine nicht reale Biegeachse herum biegbar. Eine neutrale Faser des Biegungsinduzierers hat einen Abstand zu der neutralen Faser der Biegebasis. Der Biegungsinduzierer ist mit der Biegebasis an wenigstens einer Anlagefläche mechanisch verbunden. Auf diese Weise kann eine Verkürzung des Biegungsinduzierers zu einer Biegung der Biegebasis führen. Die Biegebasis ist bevorzugt aus faserverstärktem Kunststoff hergestellt. Es ist jedoch ebenso denkbar, unverstärkten Kunststoff oder Metallblech oder Naturmaterialien wie etwa Holz zu verwenden.
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Vorzugsweise ist der Biegungsinduzierer auf die Biegebasis zumindest an einem seiner Kraftübertrager aufgeklebt. Auf diese Weise kann der Biegungsinduzierer einfach und kostengünstig auf die Biegebasis aufgebracht werden. Besondersbevorzugt ist zusätzlich die Elastomerschicht auf die Biegebasis aufgeklebt. So kann Last großflächiger von dem Biegungsinduzierer in die Biegebasis übertragen werden. Wenn nur die Kraftübertrager mit der Biegebasis verbunden sind, bildet der Biegungsinduzierer ohne Befestigung der Elastomerschicht eine freie Sehne in Bezug auf die gebogene Biegebasis. Im Vergleich dazu kann eine größere Biegung der Biegebasis erreicht werden, wenn auch die Elastomerschicht auf die Biegebasis aufgeklebt ist.
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Vorzugsweise ist zumindest ein Kraftübertrager an der Biegebasis formschlüssig befestigt. Dies kann insbesondere durch eine Schraube, eine Niete, eine Naht oder in Eingriff stehende formschlüssige Außenkonturabschnitte des Kraftübertragers und der Biegebasis realisiert sein. Eine formschlüssige Verbindung kann auch durch Umgeben des Biegeaktuators mit wenigstens einem weiteren, nicht zu dem Biegeaktuator gehörigen Bauteil in einem Urformverfahren, insbesondere einem Spritzgussverfahren realisiert sein. Die Kraftübertrager können, müssen jedoch nicht ein Material derselben Materialklasse an ihrer Außenoberfläche aufweisen. Als Materialklassen sind zum Beispiel Klassen von miteinander legierbaren, verlötbaren oder verschweißbaren Metallen sowie duromere und thermoplastische Kunststoffe zu verstehen.
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Vorzugsweise weist ein Kraftübertrager zumindest näherungsweise dieselbe Materialsteifigkeit auf wie die Biegebasis. Auf diese Weise können Spannungen in der Anlagefläche zwischen dem Kraftübertrager und der Biegebasis verringert werden. Vorzugsweise weist der Kraftübertrager zumindest an seiner Außenoberfläche ein Material aus derselben Materialklasse auf wie die Biegebasis an ihrer Außenoberfläche. Vorzugsweise ist der Kraftübertrager mit der Biegebasis verschweißt. Insbesondere wird Ultraschallverschweißen eingesetzt. Durch die üblicherweise geringe Höhe des Biegungsinduzierers ist dies ein geeignetes und kostengünstiges Verfahren. Insbesondere kommt Kunststoffschweißen zum Einsatz. Es sind jedoch auch andere Schweißverfahren wie thermisches Schweißen oder Reibschweißen denkbar.
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Die Figuren zeigen, nur als Beispiel, bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Ansicht eines Biegeaktuators mit einem Biegungsinduzierer mit zwei Kraftübertragern,
- 2 eine perspektivische Ansicht eines Kraftübertragers ohne eingelegtes Formgedächtnisgitter,
- 3 ein Formgedächtnisgitter mit zwei durchgängigen Ankerelementen und
- 4 eine Draufsicht auf ein mäanderförmiges Formgedächtnisgitter, das in Schlitze von zwei Kraftübertragern eingelegt ist.
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1 zeigt in perspektivischer Ansicht einen Biegeaktuator 10, das einen Biegungsinduzierer 1 und eine Biegebasis 11 umfasst.
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Der Biegungsinduzierer 1 umfasst eine Elastomerschicht 2,zwei Kraftübertrager 7 und ein Formgedächtnisgitter 3. Das Formgedächtnisgitter 3 umfasst vier Formgedächtniselemente 4 und zwei Ankerelemente 5. Die Formgedächtniselemente 4 verlaufen durch Löcher in den Ankerelementen 5. Das Formgedächtnisgitter 3 ist mit je einem Ankerelement 5 und jeweils einem Ende jedes der Formgedächtniselemente 4 in Schlitze in jedem der Kraftübertrager 7 eingelegt. Die Formgedächtniselemente 4 verlaufen in einer Formgedächtniswirkrichtung FWR. Die Kraftübertrager 7 weisen an ihrem Ende zu der Elastomerschicht 2 hin von ihrer Oberfläche 72 ausgehend eine Abschrägung 73 auf. Diese dient jeweils einer gleichmäßigen Kraftaufnahme aus den Ankerelementen 5. Die Formgedächtniselemente 4 sind durch mehrere Nähte 9 an der Elastomerschicht 2 festgenäht. Der Biegungsinduzierer 1 liegt an einer Anlagefläche 8 auf einer Gegenfläche 111 auf. Teil der Anlagefläche 8 bilden zwei Kraftübertrager-Anlageflächen 87 an der Unterseite jedes der Kraftübertrager 7. Die Anlagefläche 8 kann im Bereich der Elastomerschicht 2 mit der Gegenfläche 111 verklebt sein. Im Bereich der Kraftübertrager-Anlageflächen 87 können die Kraftübertrager 7 mit der Gegenfläche 111 verschweißt oder verklebt sein. Der Biegungsinduzierer 1 weist in Bezug auf eine Biegung eine neutrale Faser NFBI auf. Die Biegebasis 11 weist ebenfalls eine neutrale Faser NFBB auf. Die Biegung wird durch eine Kontraktion der Formgedächtniselemente 4 in einer Formgedächtniswirkrichtung FWR bewirkt. Der gesamte Biegeaktuator 10 biegt sich dann um eine theoretische Biegeachse B.
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2 zeigt in perspektivische Ansicht einen Kraftübertrager 7. Der Kraftübertrager hat die Grundform eines Quaders. Von einer Oberfläche 72 ausgehend sind vier Schlitze 74, 75 in den Quader eingebracht. Von diesen Schlitzen 74 verlaufen drei parallel zu der kurzen Kante der Oberfläche 72 und bilden eine Aufnahmestelle 704 für jeweils ein Formgedächtniselement 4. Alternativ zu der Darstellung kann die Anzahl dieser Schlitze 74 von eins bis zu sehr großen Zahlen variieren. Der vierte Schlitz 75 verläuft parallel zu der langen Kante der Oberfläche 72 und bildet eine Aufnahmestelle 705 für ein Ankerelement 5. Der Grund 715 der Aufnahmestelle 705 liegt weiter in Richtung einer Anlagefläche 87 an der Unterseite des Kraftübertragers 7 als der Grund 714 der Aufnahmestellen 704.
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Zur Verbesserung der Gleichmäßigkeit der Übertragung von Last aus dem Ankerelement 5 weist der Kraftübertrager 7 optional eine Abschrägung 73 an einer der Längskanten der Oberfläche 72 auf. Diese Abschrägung 73 ist im montierten Zustand des Biegungsinduzierers 1 der Elastomerschicht gerichtet. In der 2 ist außerdem eine optionale Auskragung 76 dargestellt, die zur Vergleichmäßigung der Spannungen in der Anlagefläche 87 führt, wenn diese auf einer Biegebasis 11 aufgeklebt ist.
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3 zeigt in perspektivischer Ansicht ein Formgedächtnisgitter 3. Das Formgedächtnisgitter 3 umfasst vier Formgedächtniselemente 4 und zwei Ankerelemente 5. Die Ankerelemente weisen Löcher 54 auf, durch die Formgedächtniselemente 4 jeweils verlaufen. Die Ankerelemente 5 sind jeweils als durchgehende Ankerelemente ausgebildet.
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4 zeigt in einer Draufsicht ein mäanderförmiges Formgedächtnisgitter 3, welches an zwei gegenüberliegenden Enden in jeweils einen Kraftübertrager 7 eingelegt ist. Mit einem mäanderförmiges Formgedächtnisgitter 3 kann einer Reihenschaltung der Formgedächtniselemente 4 bewirkt werden.
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Das mäanderförmige Formgedächtnisgitter 3 umfasst vier Formgedächtniselemente 4, die sich zwischen den beiden Kraftübertragern 7 erstrecken. In dem unten dargestellten Kraftübertrager 7 ist das am weitesten links dargestellte erste Formgedächtniselement 4 mit einem Ankerelement 51 verbunden, welches nur ein Formgedächtniselement 4 aufnimmt. An seinem anderen Ende, das in dem oben dargestellten Kraftübertrager 7 liegt, ist das erste Formgedächtniselement 4 über ein Ankerelement 52 mit einem rechts daneben angeordneten zweiten Formgedächtniselement 4 verbunden. Auf ähnliche Weise sind ein rechts neben dem zweiten angeordnetes drittes und ein rechts neben dem Dritten angeordnetes viertes Formgedächtniselement jeweils mit seinem linken Nachbarn verbunden. Das vierte Formgedächtniselement 4 ist in dem unten dargestellten Kraftübertrager 7 wie das erste mit einem Ankerelement 51 verbunden, welches nur dieses Formgedächtniselement 4 aufnimmt. Zwischen den beiden Ankerelementen 51 besteht eine Reihenschaltung der Formgedächtniselemente 4. Ein elektrischer Anschluss kann beispielsweise durch Anlöten von nicht dargestellten Stromversorgungskabeln an die Ankerelemente 51 realisiert sein. Die Verbindung zwischen den Ankerelementen 51, 52 und den Formgedächtniselement 4 kann realisiert sein, indem nach dem zusammen stecken dieser Bauteile die Formgedächtniselemente 4 und/oder die Ankerelemente 51, 52 verformt werden, insbesondere an der Verbindungsstelle oder in deren Nähe. Die Verbindungsstelle kann ein Loch 54 sein.
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In der Draufsicht sind der Grund 714 der Schlitze 74 für die Formgedächtniselemente 4 und der Grund 715 der Ankerschlitze 75 zu sehen. In den Schlitzen 74 für die Formgedächtniselemente 4 und in den Ankerschlitzen 75 sind jeweils die vorgesehenen Teile des Formgedächtnisgitters 3 eingelegt. Die Formgedächtniselemente 4 stehen nicht über die außenliegende Außenkontur der Kraftübertrager 7 hinaus.
