DE3802919A1 - Stellelement mit vorgeformtem element aus einem beheizbaren memorymetall - Google Patents
Stellelement mit vorgeformtem element aus einem beheizbaren memorymetallInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Stellelement
mit vorgeformtem Element aus einem beheizbaren
Memorymetall, das bei Unter- oder Überschreitung
einer kritischen Temperatur verschiedene Gestalt
annimmt.
Nach der DE-PS 34 00 793 ist eine
Verschlußeinrichtung für Lüftungskanäle mit einem
Stellorgan aus einer Memory-Legierung bekannt.
Dieses Stellorgan hat hier jedoch die Wirkung
eines Schalters, der gegenüber den älteren
Bimetallschaltern kürzere Ein- und
Ausschaltverzögerungszeiten hat. Außerdem haben
diese Stellorgane aus Memorymetall gegenüber den
älteren Bimetallschaltern den Vorteil, daß sie
geringere Heizung benötigen, geringeres Volumen
haben und insgesamt geringeren Aufwand erfordern.
Im Modellbau, speziell im Eisenbahnmodellbau
sollen demgegenüber Bewegungsvorgänge
möglichst originalgetreu nachgebildet werden.
Bisher gelingt diese Nachbildung nur bei einigen
Bewegungsabläufen, bei anderen werden diese mit
Magnetschaltern nur in Schaltvorgänge umgesetzt,
eine weitere Gruppe von Bewegungsabläufen
schließlich kann bisher noch gar nicht
nachgebildet werden. Wegen der Größe der bekannten
Stellantriebe und Stellglieder im Modellbau sind
andere Lösungen bisher nicht möglich gewesen.
Mit den Memorymetall-Elementen können nach der
bekannten DE-PS 34 00 793 zwar kleine Schalter
gebaut werden, aber für eine Nachbildung des
Bewegungsvorgangs gibt es keine Hinweise. So
werden z. B. auch jetzt noch neue Gleissysteme für
den Eisenbahnmodellbau mit den bisher bekannten
Stellantrieben und Stellelementen neu entwickelt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher,
mit Hilfe eines Stellelements Bewegungsabläufe in
miniaturisierter Form originalgetreu nachzubilden.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst,
daß das Stellelement ein Element aus Memorymetall
enthält, das vorgeformt ist, so daß es bei Unter-
bzw. Überschreitung einer kritischen Temperatur
eine Formänderung erfährt. Die Beheizung des
Memorymetalls wird so durchgeführt, daß die
Formänderung in Abhängigkeit von der
Temperaturänderung hinreichend langsam bis
hinreichend schnell, d. h. möglichst
originalgetreu durchlaufen wird. Auf diese Weise
lassen sich Bewegungsvorgänge zwischen zwei
stabilen Zuständen nachbilden.
Wegen der einfachen Massenherstellung geeigneter
Memorymetall-Elemente sind die erfindungsgemäßen
Stellelemente insbesondere für den Serienmodellbau
geeignet. Dabei ist der Eisenbahnmodellbau
besonders hervorzuheben.
Das Memoryelement kann entweder aus bekannten
Nickel-Titan-Legierungen bestehen oder besser noch
aus einer Nickel-Titan-Kupfer-Legierung, mit
48,1 Gew.-% Ni 50,25 Gew.-% und
43,9 Gew.-% Ti 45,5 Gew.-%, Rest Kupfer. Diese Legierung zeichnet sich insbesondere aus durch geringere Ermüdungserscheinungen. Die verschiedenen Zusammensetzungen haben darüber hinaus verschiedene kritische Temperaturen von 8 °C bis 68°C.
43,9 Gew.-% Ti 45,5 Gew.-%, Rest Kupfer. Diese Legierung zeichnet sich insbesondere aus durch geringere Ermüdungserscheinungen. Die verschiedenen Zusammensetzungen haben darüber hinaus verschiedene kritische Temperaturen von 8 °C bis 68°C.
Bei vielen Anwendungen ist es vorteilhaft, wenn
das Stellelement vollständig aus Memorymetall
besteht. Zur Nachbildung komplexerer
Bewegungsvorgänge ist es besonders günstig, wenn
das Stellelement abschnittweise in verschiedener
Weise vorgeformt ist und die einzelnen Abschnitte
in ihrer Geometrie unterschiedlich ausgebildet
sind. Außerdem lassen sich komplexe
Bewegungsvorgänge in vorteilhafter Weise dadurch
nachbilden, daß das Memorymetall-Element
abschnittweise aus verschiedenen Legierungen mit
verschiedenen kritischen Temperaturen besteht.
Schließlich läßt sich das Memorymetall-Element in
einem Stellelement auch mit konventionellen
Schaltelementen kombinieren.
Die Heizung der Memorymetall-Elemente kann entweder
durch den ohmschen Widerstand des Memorymetalls
selbst besorgt werden, oder durch einen
PTC-Widerstand. Besonders vorteilhaft ist in vielen
Fällen die Heizung des Memorymetalls mit Mikrowellen
oder Infrarot, da diese Heizung berührungslos und
unsichtbar ist. Die Heizungen sind jeweils an
eine in bekannter Technik ausgeführte geregelte
Heizstromquelle angeschlossen. Die eingespeiste
Energie ist gegeben durch Strom×Spannung×Zeit
und soll mindestens einen Abschnitt des
Memoryelements von der Umgebungstemperatur auf die
kritische Temperatur aufheizen. Diese Energie
kann z.B. bei konstantem Strom entweder bei einer
hohen Spannung über eine kurze Zeit oder bei einer
niedrigen Spannung über eine längere Zeit abgegeben
werden. Durch geeignete Wahl der Spannung und der
Zeit kann der Bewegungsablauf originalgetreu oder
wie vorgegeben bestimmt werden.
Im einfachsten Fall ist das Memorymetall-Element
ein im vorgeformten Zustand gebogener oder
tordierter Stab aus Memorymetall. Werden größere
Kräfte für den Stellvorgang benötigt, so erhält
das Memorymetall-Element die Form von
Schraubenfedern oder Spiralen. Bei komplexeren
Bewegungsvorgängen kann das Memorymetall-Element
verschiedene Verzweigungen aufweisen, die jeweils
unterschiedlich reagieren.
Für eine noch bessere Originaltreue der Bewegungen
können die Memorymetall-Elemente noch mit Federn
und Gewichten versehen werden.
In der schematischen Zeichnung in Fig. 1 bis 5 sind
Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1a, b Memorymetall-Element als Stellelement
zur Betätigung eines Signals,
Fig. 2a, b Memorymetall-Element als Scharnier,
Fig. 3a, b Memorymetall-Element als
Torsionselement zum Schwenken des
Wasserarms eines Wasserkrans,
Fig. 4a-f mehrarmiges Memorymetallelement,
Fig. 5a, b Memorymetall-Element in
Verbindung mit einem Klinkenrad.
Fig. 1a und 1b zeigen im Schnitt das Modell eines
Eisenbahnsignals mit einem Stellelement. Das
Stellelement 3 ist aus Memorymetall und ist
einseitig formschlüssig eingespannt und am anderen
Ende frei beweglich. Fig. 1b zeigt die Ruhestellung
des Stellelementes 3 und Fig. 1a zeigt die
Stellung des Stellelementes, wenn die kritische
Temperatur des Memorymetalls erreicht ist. Durch
die Formänderung des Memorymetalls wird das Signal
2 am Mast 1 verstellt.
In Fig. 2a und 2b wird das Memoryelement 1 als
Scharnier eingesetzt. Fig. 2b zeigt das
Memorymetall 1 in Ruhestellung, Fig. 2a bei
Erreichen der kritischen Temperatur. Durch
Beheizen des Memoryelements kann so z.B. eine Tür
geöffnet werden.
Fig. 3a und 3b zeigen einen Wasserkran, bei dem
der Wasserarm mit Hilfe des Memoryelementes um 90°
geschwenkt wird. Das Memoryelement 1 verdrillt
sich in diesem Fall bei Oberschreiten der
kritischen Temperatur so, daß die Bewegung um 90°
ausgeführt wird.
Fig. 4a bis f zeigen im Schnitt und in der
Draufsicht das Ausführungsbeispiel eines
Stellelements aus Memorymetall mit zwei Enden mit
unterschiedlichen Querschnitten und
unterschiedlicher Formgebung, mittig formschlüssig
eingespannt, an beiden Enden frei beweglich, in
drei möglichen Stellungen.
In Fig. 4a und b wird die Ruhestellung gezeigt.
Teil 1, 2 und 2 a stellen das Memoryelement dar.
Teil 3, z.B. ein Seil, das zu stellende Teil. In
Fig. 4c und 4d ist der Zustand dargestellt worden,
bei dem das Teil 1 die kritische Temperatur
erreicht hat, aber Teil 2 mit 2 a noch unterhalb
der kritischen Temperatur liegt. Das Teil 1 drückt
das zu stellende Teil 3 unter die Haltelasche 2 a
des dickeren nur langsamer, wegen größerer Masse,
zu erwärmenden Teiles 2, das durch die nur kurze
Aufheizzeit noch nicht seine Umwandlungstemperatur
erreicht hat. Beim Abkühlen nimmt das
Memoryelement wieder die Gestalt wie in Fig. 4a
und 4b ein, das zu stellende Teil 3 wird jedoch
weiterhin durch die Haltelasche 2 a gehalten.
Fig. 4e und Fig. 4f zeigen das Memorymetall in
einem Zustand, bei dem beide Teile 1 und 2 mit 2 a
die kritische Umwandlungstemperatur erreicht
haben. Dabei dreht Teil 2 die Haltelasche 2 a
derart, daß das zu stellende Teil 3 freigegeben
wird und während des Abkühlens des Teiles 1 wieder
in die Position 4 a, 4 b geführt wird. Durch die
örtliche Wärmespeicherung bewegt sich das Teil 2
mit 2 a erst nach einer Verzögerung in die Position
nach Fig. 4a und Fig. 4b zurück.
Fig. 5a und 5b zeigen das Stellglied aus
Memorymetall 1 mit einer
Klinkenrad-Nockenrad-Kombination. Das
Memorymetall-Element 1 dreht das Klinkenrad 4 bei
Erwärmung um eine Stufe und steht dann in der in
Fig. 5b dargestellten Position. Der Stößel 2 auf
dem Nockenrad 5 wird dabei angehoben und die Falle
3 rastet im folgenden Zahn ein. Nach dem
Abkühlungsvorgang nimmt das Memorymetall
unterstützt durch die Feder 6 wieder seine
Ausgangsposition (Fig. 5a) ein. Nach einem
weiteren Erwärmungszyklus kehrt der Stößel 2
wieder in die gesenkte Position zurück.
Die in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiele zeigen jeweils nur den
Endzustand des Memorymetall-Elementes. Die
jeweiligen Bewegungsvorgänge werden durch
geeignete Wahl der Zeit und der Spannung
gesteuert.
Claims (11)
1. Stellelement mit vorgeformtem Element aus einem
beheizbaren Memorymetall,
dadurch gekennzeichnet,
daß mit Hilfe des Memorymetall-Elements die
Bewegung zwischen zwei Zuständen
originalgetreu nachgebildet wird.
2. Stellelement nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß es für den Serienmodellbau
eingesetzt wird.
3. Stellelement nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß es für den
Eisenbahnmodellbau eingesetzt wird.
4. Stellelement nach den Ansprüchen 1, 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, daß das Memorymetall
eine Nickel-Titan-Legierung ist.
5. Stellelement nach den Ansprüchen 1, 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, daß das Memorymetall
eine Nickel-Titan-Kupfer-Legierung ist, die
folgende Zusammensetzung hat:
48,1 Gew.-% Ni 50,25 Gew.-%
43,9 Gew.-% Ti 45,5 Gew.-%
Rest Kupfer.
48,1 Gew.-% Ni 50,25 Gew.-%
43,9 Gew.-% Ti 45,5 Gew.-%
Rest Kupfer.
6. Stellelement nach den Ansprüchen 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß es vollständig aus
Memorymetall besteht.
7. Stellelement nach den Ansprüchen 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß das vorgeformte
Element aus Memorymetall abschnittweise aus
verschiedenen Legierungen besteht.
8. Stellelement nach den Ansprüchen 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß das Element aus
Memorymetall abschnittweise verschieden
vorgeformt ist, so daß die einzelnen Abschnitte
bei Unter- oder Überschreitung der kritischen
Temperatur die jeweiligen Formveränderungen
erfahren.
9. Stellelement nach den Ansprüchen 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß das Stellelement
aus einer Kombination von Schaltelement und
Memorymetall besteht.
10. Stellelement nach den Ansprüchen 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß das
Memorymetall-Element durch Mikrowellen geheizt
wird.
11. Stellelement nach den Ansprüchen 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß das
Memorymetall-Element durch Infrarot (z.B. mit
Hilfe von GAs-Dioden, Laser-Dioden) geheizt
wird.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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JP2276389A JPH01227089A (ja) | 1988-02-02 | 1989-02-02 | 模型の少なくとも2つの状態を調節するための、加熱可能な記憶合金からなる形状変化処理された素子を有する調節部材 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE19883802919 DE3802919A1 (de) | 1988-02-02 | 1988-02-02 | Stellelement mit vorgeformtem element aus einem beheizbaren memorymetall |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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Family Applications (1)
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OAV | Applicant agreed to the publication of the unexamined application as to paragraph 31 lit. 2 z1 | ||
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: KRUPP INDUSTRIETECHNIK GMBH, 4100 DUISBURG, DE |
|
8131 | Rejection |