DE9100339U1 - Linearantrieb mit Memorymetall-Feder - Google Patents
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Description
KRUPP INDUSTRIETECHNIK GESELLSCHAFT MIT BESCHRÄNKTER HAFTUNG
in Duisburg
Linearantrieb mit Memorymetall-Feder
Die Erfindung bezieht sich auf einen Linearantrieb mit einem Antriebsorgan in Gestalt einer
Betätigungsstange, an der eine mit einem Heizelement ausgestattete Memorymetall-Feder und
eine deren Arbeitsbewegung entgegenwirkende Rückstellfeder angreifen, wobei die Betätigungsstange, in Längsrichtung beweglich an
einen Rahmen geführt, beidseitig über diesen hinausragt und wobei die Memorymetall-Feder sowie
die Rückstellfeder sich über Anlageflächen am Rahmen abstützen.
Ein Linearantrieb der eingangs erwähnten Gattung ist aus der japanischen Offenlegungsschrift
59-150 069 (offengelegt am 28. August 1984) bekannt.
Der Rahmen besteht dabei aus einem U-förmigen Bauteil, an dessen Seitenflächen sich einerseits
die Memorymetall-Feder und andererseits die Rückstellfeder abstützen. Die Kraftübertragung auf
die Betätigungsstange erfolgt über eine an dieser befestigte Scheibe, an welcher die beiden Federn im
Bereich zwischen den Seitenflächen anliegen. Bei Erwärmung der Memorymetall-Feder dehnt diese
sich entgegen der Rückstellkraft der Rückstellfeder aus und führt dabei die Betätigungsstange bezüglich
des U-förmigen Bauteils mit; die Abkühlung der Memorymetall-Feder hat eine entgegengerichtete
Rückstellbewegung der Betätigungsstange zur Folge.
Diese kann einen Hub mit einer Druckkraft und/oder einer Zugkraft ausführen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Linearantrieb zu entwickeln, der bei kompakter
Bauweise aus einfachen Bauelementen zusammengesetzt ist, wobei diese ohne Verwendung besonderer
Befestigungselemente durch Zusammenstecken zusammengefügt werden.
Der Linearantrieb soll weiterhin so beschaffen sein, daß er eine in sich fertige Baueinheit
darstellt, die über ihren Rahmen bzw. ihre Betätigungsstange lediglich an der dafür
vorgesehenen Umgebung befestigt zu werden braucht.
Die Aufgabe wird durch einen Linearantrieb gelöst, welcher die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
Danach ist die Memorymetall-Feder zumindest auf einem Teil ihrer Längserstreckung von einem
elektrisch leitenden, gut wärmeleitenden Rohrelement mit Vierkant-Außenprofil umschlossen,
an dessen Außenseite das plattenförmige Heizelement anliegt, wobei das Rohrelement und das Heizelement
jeweils über eine an ihnen in Anlage gehaltene Federzunge eines Elektrokontaktes mit diesem in
Verbindung steht.
Der Rahmen besteht aus einem mehrteiligen Gehäuse, welches - die Betätigungsstange nebst Rohrelement
in dem Bereich der Memorymetall-Feder und der Rückstellfeder umschließend - das Heizelement sowie
die Elektrokontakte nebst Federzungen mit Ausnahme ihrer Anschlußabschnitte aufnimmt und welches
zumindest auf einem Teil der Längserstreckung des Rohrelements Lüftungsöffnungen aufweist.
Ein weiteres wesentliches Merkmal des Linearantriebs besteht darin, daß das Rohrelement,
das Heizelement und die Elektrokontakte unter Ausschluß an ihnen angreifender Befestigungselemente lösbar in das Gehäuse
eingesetzt sind.
Die Bauelemente des Linearantriebs sind also in der Weise ausgebildet und aneinander angepaßt, daß sie
- allenfalls mit Ausnahme des Gehäuses - ohne Ausführen besonderer Befestigungsvorgänge in das
Gehäuse eingesetzt werden können und dort die vorgeschriebene Lage einnehmen.
Das Gehäuse besteht vorzugsweise aus einem Kunststoff, welcher den zu erwartenden
Betriebstemperaturen (oberhalb von 1000C) widersteht.
Das Heizelement kann insbesondere als PTC-Bauteil ausgebildet sein (Anspruch 2).
Eine andere vorteilhafte Ausführungsform des
Erfindungsgegenstandes weist als Heizelement eine Heizfolie auf, die seitlich neben dem Rohrelement
in eine angepaßte Ausnehmung des Gehäuses eingelegt
Der Erfindungsgegenstand kann dadurch weiter ausgestaltet sein, daß die Elektrokontakte sich
unter Bildung einer formschlüssigen Verbindung jeweils in einer nutenförmigen Ausnehmung im
Gehäuse abstützen, welche in Richtung der Längserstreckung der Betätigungsstange verläuft
(Anspruch 3).
Vorzugsweise ist die nutenförmige Ausnehmung in der Weise ausgebildet, daß die Elektrodenkontakte bei
geöffnetem Gehäuse umgesetzt werden können, wobei ihre Anschlußabschnitte entweder auf der Seite der
Memorymetall-Feder oder derjenigen der Rückstellfeder aus dem Gehäuse herausragen.
Zur Unterstützung der Luftzirkulation insbesondere auch während des Abkühlvorgangs sind die
Lüftungsöffnungen an Gehäuseflächen angebracht, die senkrecht zur Anlagefläche zwischen dem Heizelement
und dem Rohrelement liegen (Anspruch 4).
Eine besonders einfache Ausführungsform des
Erfindungsgegenstandes läßt sich dadurch verwirklichen, daß das Gehäuse aus zwei
Gehäuseteilen besteht, die bezüglich einer Ebene senkrecht zur Anlagefläche zwischen dem Heizelement
und dem Rohrelement symmetrisch ausgebildet sind (Anspruch 5).
Vorzugsweise sind die beiden Gehäuseteile wechselweise mit Zapfen und Bohrungen versehen,
über welche sich eine Klemmverbindung zwischen den Gehäuseteilen herstellen läßt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels im
einzelnen erläutert.
Es zeigen:
Es zeigen:
Fig. 1 in Form einer Explosionsdarstellung die Einzelteile des Linearantriebs
und
Fig. 2 in gegenüber Fig. 1 vergrößertem Maßstab in Schrägansicht den
teilweise fertiggestellten Linearantrieb nach Einsetzen der Bauelemente in eines der
Gehäuseteile
Der Linearantrieb setzt sich aus den in Fig. 1 dargestellten Bauelementen zusammen, nämlich einer
Betätigungsstange 1 mit einem Ringabsatz la, einer Memorymetall-Feder 2 (dargestellt in abgekühltem,
zusammengezogenem Zustand), einer aus Stahl bestehenden Rückstellfeder 3, einem Rohrelement 4
mit Vierkant-Außenprofil aus einem elektrisch leitenden, gut wärmeleitenden Werkstoff, einem
PTC-Bauteil 5 als plattenförmiges Heizelement, zwei Elektrokontakten 6 und 7 mit einer Federzunge 6a
bzw. 7a und zwei gleichartig ausgebildeten Gehäuseteilen 8 und 9 aus einem
temperaturbeständigen Kunststoff.
Die Memorymetall-Feder 2 und die Rückstellfeder 3 stützen sich - die Betätigungsstange 1 auf einem
Teil ihrer Längserstreckung umschließend - auf der linken bzw. rechten Seite des Ringabsatzes la ab.
Im eingebauten Zustand (vgl. dazu Fig. 2) führt die Betätigungsstange 1 - entgegen der Wirkung der
Rückstellfeder 3 - eine Arbeitsbewegung nach rechts in Richtung des Pfeiles 10 aus, falls die
Memorymetall-Feder 2 ausreichend erwärmt wird. Die Elektrokontakte 6, 7 weisen im Anschluß an ihre
(in der Darstellung links liegenden) Anschlußabschnitte 6b, 7b und im Anschluß an den
Bereich der Federzungen 6a, 7a jeweils eine Querschnittsverengung 6c, 7c bzw. 6d, 7d auf; diese
ermöglichen es, die Elektrokontakte bezüglich der Gehäuseteile 8 und 9 in Längsrichtung zu fixieren
(vgl. dazu Fig. 2).
Die Gehäuseteile 8 und 9 sind im Anschluß an ihre Längswände 8a bzw. 9a innen mit nutenförmigen
Ausnehmungen 11 ausgestattet, in welche die Elektrokontakte 6, 7 unter Bildung einer
formschlüssigen Verbindung eingesetzt werden können.
Zur Arretierung der Bauelemente 4 und 5 ist jedes Gehäuseteil 8, 9 mit innenliegenden Anschlagflächen
12 und 13 ausgestattet. Die seitliche Abstützung der Federn 2, 3 und der Betätigungsstange 1 erfolgt
über innenliegende Stirnflächen 14, 15 bzw. über halbkreisförmige Lagerflächen 16, 17; über letztere
ragt die Betätigungsstange in der in Fig. 2 dargestellten Ausgangslage beidseitig hinaus.
Jedes Gehäuseteil 8, 9 ist im Bereich seiner Längswand 8a bzw. 9a wechselweise mit einer Bohrung
18 und einem Zapfen 19 ausgestattet; diese sind derart ausgebildet, daß die Gehäuseteile 8 und 9
unter Bildung einer Klemmverbindung lösbar aneinanderbefestxgt werden können.
Im Einbauzustand (vgl. Fig. 2) stützen sich die Elektrokontakte 6 und 7, das PTC-Bauteil 5 und das
Rohrelement 4 nebeneinanderliegend innerhalb der Gehäuseteile 8 und 9 ab, wobei das Rohrelement 4
die Betätigungsstange 1 im Bereich der Memorymetall-Feder 2 und der Rückstellfeder 3 auf
einem Teil ihrer Längserstreckung mit Spiel umschließt. Die Elektrokontakte 6 und 7 sind in dem
Ausführungsbeispiel derart angeordnet, daß ihre Anschlußabschnitte 6b, 7b - entgegen der Richtung
der Arbeitsbewegung (Pfeil 10) - nach links vorkragen. Die Beheizung der Memorymetall-Feder
wird dadurch ermöglicht, daß einerseits das PTC-Bauteil 5 unter Einwirkung der Federzunge 6a an
dem Rohrelement 4 und andererseits dieses an der Federzunge 7a des zweiten Elektrokontaktes in
Anlage gehalten wird. Falls also an den Elektrokontakten 6, 7 eine Spannung (beispielsweise
6 V, 12 V, 24 V oder 220 V) anliegt, erwärmt sich das stromdurchflossene PCT-Bauteil 5 und beheizt
durch Wärmeabgabe an das Rohrelement 4 mittelbar auch die Memorymetall-Feder 2; diese führt bei
ihrer Ausdehnung die Betätigungsstange 1 in Richtung des Pfeiles 10 nach rechts mit.
Bei dem in Rede stehenden Ausführungsbeispiel sind die Gehäuseteile 8 und 9 bezüglich einer Ebene
senkrecht zur Anlagefläche 20 zwischen den Bauelementen 4 und 5 symmetrisch ausgebildet und an
den Flächen 21, 22 (d. h. in der Darstellung gemäß Fig. 1 an der Ober- bzw. Unterseite) mit
schlitzförmigen Lüftungsöffnungen 23 versehen.
Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht insbesondere darin, daß sich unter Verwendung
einfacher Bauelemente - die ohne Rückgriff auf besondere Befestigungselemente lösbar in das
mehrteilige Gehäuse eingelegt werden - eine kompakte, funktionssichere Baueinheit herstellen
Die Ausstattung der Gehäuseteile 8 und 9 mit den nutenförmigen Ausnehmungen 11 gestattet es dabei,
die Elektrokontakte 6 und 7 bei geöffnetem Gehäuse auch andersartig anzuordnen; die vorkragenden
Anschlußabschnitte 6b, 7b können also auch auf der Seite der Rückstellfeder 3 oder auf verschiedenen
Seiten des Gehäuses liegen.
Das Rohrelement 4 kann insbesondere aus Aluminium, Kupfer oder einer Legierung eines dieser Metalle
bestehen.
Die Memorymetall-Feder 2 besteht vorzugsweise aus einer Formgedächtnislegierung mit der
Zusammensetzung: Ni = 48,8 Gew.-%, Ti = 45,2 Gew.-% und Cu = 6 Gew.-% .
Claims (5)
1. Linearantrieb mit einem Antriebsorgan in Gestalt einer Betätigungsstange, an der eine mit einem
Heizelement ausgestattete Memorymetall-Feder und eine deren Arbeitsbewegung entgegenwirkende
Rückstellfeder angreifen, wobei die Betätigungsstange, in Längsrichtung beweglich an
einem Rahmen geführt, beidseitig über diesen hinausragt und wobei die Memorymetall-Feder sowie
die Rückstellfeder sich über Anlageflächen am Rahmen abstützen, gekennzeichnet,
durch folgende Merkmale:
- die Memorymetall-Feder (2) ist zumindest auf einem Teil ihrer Längserstreckung von einem
elektrisch leitenden, gut wärmeleitenden Rohrelement (5) mit Vierkant-Außenprofil
umschlossen, an dessen Außenseite (Anlagefläche 20) das plattenförmige Heizelement (5) anliegt;
- das Rohrelement (4) und das Heizelement (5) stehen jeweils über eine an ihnen in Anlage
gehaltene Federzunge (7a bzw. 6a) eines Elektrokontaktes (7 bzw. 6) mit diesem in
Verbindung;
- der Rahmen besteht aus einem mehrteiligen Gehäuse (8, 9), welches - die Betätigungsstange (1) nebst
Rohrelement (4) in dem Bereich der Memorymetall-Feder (2) und der Rückstellfeder (3) umschließend das
Heizelement (5) sowie die Elektrokontakte (6, 7) nebst Federzungen (6a, b) mit Ausnahme ihrer
Anschlußabschnitte (6b, 7b) aufnimmt und welches zumindest auf einem Teil der Längserstreckung des
Rohrelements (4) Lüftungsöffnungen (23) aufweist;
- das Rohrelement (4), das Heizelement (5) und die Elektrokontakte (6, 7) sind unter Ausschluß an
ihnen angreifender Befestigungselemente lösbar in das Gehäuse (8, 9) eingesetzt.
2. Linearantrieb nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß das Heizelement als PTC-Bauteil (5) ausgebildet ist.
3. Linearantrieb nach zumindest einem der
vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrokontakte (6, 7) sich unter Bildung
einer formschlüssigen Verbindung jeweils in einer nutenförmigen Ausnehmung (11) im Gehäuse (8, 9)
abstützen, welche in Richtung der Längserstreckung der Betätigungsstange (1) verläuft.
4. Linearantrieb nach zumindest einem der
vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lüftungsöffnungen (23) an Gehäuseflächen
(21, 22) angebracht sind, die senkrecht zur Anlagefläche (20 zwischen dem Heizelement (5) und
dem Rohrelement (4) liegen.
5. Linearantrieb nach zumindest einem der
vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse aus zwei Gehäuseteilen (8, 9)
besteht, die bezüglich einer Ebene senkrecht zur Anlagefläche (20) zwischen dem Heizelement (5) und
dem Rohrelement (4) symmetrisch ausgebildet sind.
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