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Elektromechanisches Bauelement - Dokument DE10039203A1
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE10039203A1 28.02.2002
Titel Elektromechanisches Bauelement
Anmelder Siemens AG, 80333 München, DE
Erfinder Kautz, Stefan, 90607 Rückersdorf, DE;
Kuehl, Hannes, 90766 Fürth, DE
DE-Anmeldedatum 10.08.2000
DE-Aktenzeichen 10039203
Offenlegungstag 28.02.2002
Veröffentlichungstag im Patentblatt 28.02.2002
IPC-Hauptklasse G12B 1/02
IPC-Nebenklasse H01H 3/22   
IPC additional class // G12B 1/00  
Zusammenfassung Elektromechanisches Bauelement mit mindestens einem Aktor aus einer Formgedächtnis-Legierung, der bei Erreichen einer bestimmten Temperatur seine Förm ändert und sich in eine Endstellung bewegt, wobei der Bewegungsweg des Aktors derart begrenzt ist, dass er die Endstellung nicht erreicht.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein elektromechanisches Bauelement, mit mindestens einem Aktor aus einer Formgedächtnis-Legierung, der bei Erreichen einer bestimmten Temperatur seine Form ändert und sich in eine Endstellung bewegt.

Ein derartiges elektromechanisches Bauelement wird beispielsweise in Form einer Trennschaltereinrichtung realisiert. Diese Trennschaltereinrichtung dient dazu, einen über sie geschlossenen Stromkreis im Falle einer Störung sehr schnell öffnen und damit unterbrechen zu können um zu vermeiden, dass störungsbedingte Überspannungen oder dergleichen auf im Stromkreis eingebundene Gerätschaften einwirken und diese beschädigt oder zerstört werden können. Zum schnellen Öffnen des Stromkreises bedienen sich derartige Trennschaltereinrichtungen eines Aktors aus einer Formgedächtnis-Legierung. Diese Aktoren werden häufig auch SMA-Aktoren (Shape-Memory- Alloy-Aktoren) benannt. Solche Aktoren zeichnen sich dadurch aus, dass sie in Abhängigkeit ihrer Temperatur die Form ändern können. Man erreicht dies dadurch, dass man ihnen durch geeignete Formglühungen eine Vorzugsrichtung aufprägt, in welcher sich die Körner bei der temperaturbedingten Phasenumwandlung bevorzugt ausrichten. Bekannt sind dabei Ein-Wege- Aktoren, die bei einer Temperaturerhöhung ab Erreichen einer bestimmten Umwandlungstemperatur von der Form des kalten Zustands in eine andere wechseln, was durch die Phasenänderung von Martensit zu Austenit und das Kornwachstum in Richtung der aufgeprägten Vorzugsrichtung geschieht. Nach erneutem Erkalten bleibt der Aktor in der eingenommenen Form, d. h., er wandelt seine Form nicht zurück. Dies ist der Fall bei sogenannten Ein-Weg-Aktoren. Zwei-Weg-Aktoren wechseln automatisch ihre Form zwischen "kaltem" und "warmen" Zustand. Bei einer Anwendung beispielsweise in einer Trennschaltereinrichtung kommen häufig Ein-Weg-Aktoren zum Einsatz, die beispielsweise mit einem Federelement, z. B. einem Federbügel gekoppelt sind. Über den Federbügel wird der Stromkreis geschlossen. Der Aktor ist dabei derart angeordnet, dass er von dem Federbügel beispielsweise aus der horizontalen Lage verbogen wird. Die horizontale Lage entspricht der aufgeprägten Hochtemperaturform. Muss nun der Stromkreis aufgrund eines Störfalls geöffnet werden, so wird der Aktor kurzzeitig über die Umwandlungstemperatur erwärmt, so dass er sich in die horizontale oder gestreckte Form umwandelt und dabei den Federbügel mitreißt.

Nachteilig ist aber, dass die bekannten Aktoren beispielsweise im Falle der Schalteranwendung bei zyklischem Aktoreinsatz einen signifikanten Alterungseffekt bzw. Ermüdungseffekt dergestalt zeigen, dass der Stell- oder Bewegungsweg des Aktors sich deutlich verkürzt. D. h., der Aktorweg reduziert sich deutlich mit zunehmender Zyklenzahl, gleichzeitig ist ein Shiften des Stellwegs in Richtung einer Rückstellkraft - beim Ein-Weg-Aktor der oben beschriebenen Form beispielsweise des Federbügels - zu beobachten. D. h., der Aktor kann von der anliegenden Kraft weiter ausgelenkt werden, je älter er ist bzw. je öfter er betätigt wurde. Infolgedessen erreicht der Aktor mit zunehmender Arbeitsdauer die aufgrund der ursprünglichen Formglühung aufgeprägte "maximale" Endstellung nicht mehr, ferner ändert sich das Formungsverhalten.

Dieser Ermüdungseffekt ist bekannt. Um ihn einigermaßen zu kompensieren werden solche Aktoren "vorgealtert" bzw. werden schon vor dem eigentlichen Einsatz viele Zyklen gefahren, um die Stellwegreduzierung künstlich herbeizuführen. Dies ist sehr aufwendig und kostenintensiv. Ferner erfolgt die Kompensation durch entsprechendes Systemdesign, also entsprechend größenmäßige Dimensionierung und Bemessung der Bauelemente bzw. der Wegstrecken.

Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, ein elektromechanisches Bauelement mit einem Aktor aus einer Formgedächtnis-Legierung anzugeben, bei welchem ohne Durchführung vorgeschalteter, den Ermüdungseffekt kompensierender Schritte der Alterungseffekt weitgehend unterdrückt werden kann.

Zur Lösung dieses Problems ist bei einem elektromechanischen Bauelement der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Bewegungsweg des Aktors derart begrenzt ist, dass er die Endstellung nicht erreicht.

Es hat sich herausgestellt, dass der Ermüdungseffekt hinreichend unterdrückt werden kann, wenn die Bewegung des Aktors während der Formumwandlung so begrenzt ist, dass er die umwandlungsbedingte "maximale" Endstellung nicht einnehmen kann. Im Rahmen der Herstellung eines Aktors erfolgt wie beschrieben ein Formglühungsschritt. Während dieser Formglühung wird eine Vorzugsrichtung aufgeprägt, in die die Körner bei der Umwandlung in die andere Phase wachsen, also bei der Martensit-Austenit-Umwandlung. Ist die Umwandlung vollständig abgeschlossen so erreicht der Aktor sein umwandlungsbedingte maximale Endstellung. Erfindungsgemäß wird dies nun aber verhindert, was, wie in aufwendigen Versuchen nachgewiesen wurde, dazu führt, dass sich der aufgrund der Bewegungsbegrenzung definierte Stellweg zwischen der einen Stellung, aus welcher sich der Aktor bei der Formänderung bewegt, in die bewegungsbegrenzte Stellung auch bei hohen Zyklenzahlen nicht ändert. Es wird vermutet, dass die Ermüdungsunterdrückung dadurch zustande kommt, dass aufgrund der Stellwegbegrenzung die Umwandlung in die andere Phase bzw. die Körnerausrichtung nicht vollständig stattfindet, obwohl die gegebene Temperatur dies eigentlich gebieten würde. Infolgedessen verbleibt es infolge der Stellwegbegrenzung bei einer kontinuierlichen Spannung, die der Aktor unterliegt. Dies führt dazu, dass die Vorzugsrichtung nicht "abgebaut" oder "aufgelöst" werden kann, was vermutlich Grundlage der ermüdungsbedingten Stellwegverkürzung ist, wenn sich das Material nämlich beliebig ohne Beschränkung formwandeln kann.

Infolge dieser erfindungsgemäßen Stellwegbegrenzung wird erreicht, dass der Aktor stets den begrenzungsbedingten maximalen Bewegungsweg durchlaufen kann, da er wie ausgeführt nicht ermüdet, weshalb zum einen eine dauerhafte Funktionssicherheit realisiert ist, zum anderen die aufwendigen dem Einsatz des Bauelements vorgeschalteten Kompensierungsverfahren entfallen können.

Gemäß einer ersten Erfindungsalternative kann vorgesehen sein, dass zumindest der Bewegungsweg, den der Aktor infolge einer Temperaturerhöhung bei Erreichen der bestimmten Temperatur durchführt, begrenzt ist. Dies ist der Regelfall einer Ein-Weg-Auslegung des Aktors, wie eingangs beschrieben, wo der Aktor beispielsweise dann seine Form ändert, wenn seine Temperatur gezielt durch an dem Aktor anliegenden Strom erhöht wird.

Eine Alternative sieht demgegenüber vor, dass zumindest der Bewegungsweg, den der Aktor infolge einer Temperaturerniedrigung bei Erreichen der bestimmten Temperatur durchführt, begrenzt ist. Derartige Bauelemente sind beispielsweise für den Einsatz in heißen Umgebungen konzipiert und reagieren auf eine plötzliche Abkühlung durch entsprechende Formwandlung. Es erfolgt hier also eine Stellwegbegrenzung zur kalten Seite hin.

Zweckmäßig ist es natürlich, wenn beide Bewegungswege begrenzt sind, was bei einer Zwei-Weg-Auslegung des Aktors zweckmäßig ist. Bei einem solchen Aktor sind zwei Vorzugsrichtungen aufgeprägt, die der Aktor abhängig von der anliegenden Temperatur einnimmt. Wird er erwärmt, so wandelt er seine Form gemäß der für den heißen Zustand vorgesehenen Vorzugsrichtung, erkaltet er wieder so wandelt sich die Form automatisch entsprechend der im kalten Zustand aufgeprägten Vorzugsrichtung zurück.

Um den Ermüdungseffekt zu unterdrücken ist es bereits ausreichend, wenn der Bewegungsweg um ein sehr kurzes Stück begrenzt bzw. verkürzt wird, wenn also der Aktor infolge der Wegbegrenzung unter sehr kleiner Spannung steht. Der Bewegungsweg kann zweckmäßigerweise um wenigstens 5%, insbesondere um wenigstens 10% der gesamten Wegstrecke zwischen der Ausgangsstellung und der Endstellung, die der Aktor ohne Beschränkung einnehmen würde, begrenzt werden.

Wie beschrieben kann der Aktor ein Ein-Wege-Aktor sein, der beispielsweise über ein Federelement in eine erste Stellung gedrängt wird, aus der er sich bei Erreichen der erhöhten Temperatur bewegt. Als Federelement kann beispielsweise ein Federbügel oder eine Spiralfeder, die direkt oder indirekt am Aktor angreifen, verwendet werden. Bereits an dieser Stelle ist darauf hinzuweisen, dass die konkrete Auslegung bzw. Konzeption des Bauelements hinsichtlich der Aktoranordnung sowie der sonstigen Teile für die eintretende Wirkung, nämlich die Ermüdungsunterdrückung keine Rolle spielen, solang die erfindungsgemäße Stellwegbegrenzung realisiert ist. Das heißt, dass ein erfindungsgemäßes elektromechanisches Bauelement in beliebiger Form aufgebaut sein kann, solange eben erfindungsgemäß der Bewegungsweg begrenzt wird. Dies gilt auch für solche Bauelemente, bei denen als Aktor ein Zwei-Wege-Aktor vorgesehen ist.

Generell kann der Aktor als Streifen, als Draht oder als Feder, insbesondere als Spiralfeder ausgebildet sein. Mit jeder diese Ausführungsvarianten wird bei entsprechender Stellwegbegrenzung das erfindungsgemäße Ziel erreicht.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen elektromechanischen Bauelements mit einem Ein-Weg-Aktor mit Stellwegbegrenzung,

Fig. 2 eine Prinzipskizze des Bauelements aus Fig. 1 ohne Wegbegrenzung,

Fig. 3 eine Prinzipskizze zur Darstellung der Wegbegrenzung eines als Biegestreifen ausgebildeten Zwei- Weg-Aktors,

Fig. 4 eine Prinzipskizze zur Darstellung der Wegbegrenzung eines als Spiralfeder ausgebildeten Zwei-Weg- Aktors,

Fig. 5 eine Prinzipskizze zur Darstellung der Wegbegrenzung eines als Draht ausgebildetes Ein-Weg-Aktors,

Fig. 6 ein Verlaufsdiagramm des Stellwegs eines Ein-Weg- Aktors eines Bauelements gemäß Fig. 1 ohne Wegbeschränkung mit einem Aktor aus einer CuAlNi- Legierung,

Fig. 7 ein Verlaufsdiagramm des Stellwegs des Aktors aus Fig. 6 mit Stellwegbegrenzung,

Fig. 8 ein Verlaufsdiagramm des Stellwegs eines weiteren Aktors aus einer CuAlNi-Legierung,

Fig. 9 ein Verlaufsdiagramm des Stellwegs des Aktors aus Fig. 8 mit Stellwegbegrenzung,

Fig. 10 ein Verlaufsdiagramm des Stellwegs eines Ein-Weg- Aktors eines Bauelements gemäß Fig. 1 ohne Wegbeschränkung mit einem Aktor aus einer NiTi- Legierung,

Fig. 11 ein Verlaufsdiagramm des Stellwegs des Aktors aus Fig. 10 mit Stellwegbegrenzung.

Bei dem in Fig. 1 angedeuteten Bauteil wird von einer Ausführungsform einer bekannten Trennschaltereinrichtung ausgegangen. Fig. 1 zeigt diese lediglich schematisch in Form einer Prinzipskizze, da der genaue Aufbau einer Trennschaltereinrichtung für das eigentliche Funktionsprinzip nicht von Bedeutung ist. Infolgedessen sind in Fig. 1 lediglich die für die Erfindung zentralen Elemente gezeigt. Das in Fig. 1 gezeigte elektromechanische Bauelement 1 umfasst einen Aktor 2 aus einer Formgedächtnis-Legierung, der im gezeigten Beispiel als Biegestreifen ausgebildet ist und an einem Ende über eine Befestigung 3 fixiert ist. Das andere Ende wirkt mit einem Federelement 4 in Form eines Federbügels zusammen, welches um die Achse 5 drehbar ist. Dieser Federbügel stellt gleichzeitig einen Kontaktbügel dar, der in der in Fig. 1 ausgezogenen Stellung an einem Stromkreiskontakt 6 anliegt. In diesem Zustand ist ein Stromkreis, in den das Bauelement 1 eingebunden ist, geschlossen. Die ausgezogene Stellung ist die normale Stellung, wenn kein Störfall auftritt. Aufgrund der Federwirkung des Federelements 4 wird der Aktor 2 in die gebogene Stellung gespannt. Das heißt, die Federkraft des Federelements 4 ist größer als die Rückstellkraft des Aktors im kalten Zustand.

Im Falle einer Störung ist es nun erforderlich, den Kontakt zwischen dem Federelement 4 und dem Schaltkontakt 6 so schnell als möglich aufzureißen. In diesem Fall wird der Aktor 2 bestromt, so dass er sich erwärmt und - da er aus einer Formgedächtnis-Legierung besteht - er seine Form ändert. Dies ist in Fig. 1 ausgehend von der Normalstellung gemäß Bezugszeichen A durch die mit B gekennzeichnete Stellung angedeutet. Das als Federbügel ausgebildete Federelement 4 wird dabei um die Schwenkachse 5 geschwenkt und aus seiner Anlage am Kontakt 6 geführt.

Der Bewegungsweg des Aktors 2 ist jedoch über ein Wegbegrenzungsteil 7 begrenzt. Im Normalfall würde der Aktor die in Fig. 2, die den Stand der Technik reflektiert, mit C gekennzeichnete waagrechte oder längsgestreckte Position einnehmen. Diese nimmt er ein, wenn die temperaturbedingte Phasenumwandlung vollständig ablaufen kann und sein Weg nicht begrenzt wird. Erfindungsgemäß jedoch wird, siehe Fig. 1, der Bewegungsweg so begrenzt, dass diese Endstellung C nicht eingenommen wird. Dies führt vermutlich dazu, dass die Phasenumwandlung nicht vollständig stattfinden kann, wenngleich die erhöhte Temperatur dies gebieten würde. Durch die Wegbegrenzung verbleibt der Aktor in der Stellung B in einem vorgespannten Zustand, der ein Auflösen der Vorzugsstellung, das vermutlich Ursache für das Altern ist, verhindert.

Fig. 3 zeigt ein elektromechanisches Bauelement mit einem Zwei-Weg-Aktor 8 aus einer Formgedächnis-Legierung. Je nach Temperatur ändert er seine Form in beide Richtungen, wobei die maximalen Endstellungen durch die gestrichelten Linien dargestellt sind. Der Stellweg zwischen diesen Endstellungen wird nun zweifach, also in jede Richtung mittels des Wegbegrenzungsteils 9a, 9b begrenzt.

Fig. 4 zeigt in Form einer Prinzipskizze das Funktionsprinzip bei einem Zwei-Wege-Aktor in Form einer Spiralfeder 10. Die obere Darstellung zeigt die Feder in aufgeprägter Hochtemperaturform, die darunter stehende Darstellung zeigt die Feder in aufgeprägter Tieftemperaturform. Erfindungsgemäß wird nun beispielsweise bei Verwendung dieser Spiralfeder 10 in einem Trennschaltelement der jeweilige Weg der Feder behindert, was in den unteren beiden Darstellungen gezeigt ist. Zum einen ist die Wegbeschränkung der sich ausdehnenden Feder dargestellt (Fig. 4C), was durch die gestrichelte Linie 11 angedeutet ist. Die Feder kann sich also nicht bis in die maximale, in Fig. 4A gezeigte Endposition ausdehnen. Entsprechendes gilt für den Bewegungsweg der Feder bei niedriger Temperatur. Auch dort wird, siehe Fig. 4D, der Weg über eine Behinderung (gestrichelte Linie 11) begrenzt, so dass sich die Feder nicht bis in die minimale, in Fig. 4B gezeigte Endstellung zusammenziehen kann.

Fig. 5 zeigt einen Aktor 12 in Form eines Drahtes, der als Ein-Weg-Aktor ausgeführt ist. Die obere Darstellung (5A) zeigt den Aktor 12 in der gestreckten bzw. längsten Endstellung, die er bei tiefer Temperatur, also beispielsweise Raumtemperatur einnimmt. Die darunter stehende Fig. 5B zeigt den verkürzten Aktor 12 bei höherer Temperatur. Schließlich ist in Fig. 5C die Wegbehinderung des Aktors 12 gezeigt (gestrichelte Linie 13), die verhindert, dass der langgestreckte, kalte Aktor 12 dann, wenn er im Störfall auf hohe Temperatur gebracht wird, sich vollständig zusammenziehen kann und die in Fig. 5B gezeigte Endstellung einnehmen könnte. Dieser Weg wird begrenzt, um die eingangs genannten Vorteile zu erreichen.

Für einen Aktor kommen praktisch alle Formgedächtnis- Legierungen in Frage. Als besonders geeignet sind Ti-Ni- Legierungen anzusehen. So gehen z. B. aus "Materials Science and Engineering", Vol. A 202, 1995, Seiten 148 bis 156 verschieden zusammengesetzte Ti-Ni- und Ti-Ni-Cu-Legierungen hervor. In "Intermetallic", Vol. 3, 1995, Seiten 35 bis 46 und "Scripta METALLURGICA et MATERIALIA", Vol. 27, 1992, Seiten 1097 bis 1102 sind verschiedene Ti50Ni50-xPdx- Formgedächtnis-Legierungen beschrieben. Statt der Ti-Ni- Legierungen sind selbstverständlich auch andere Formgedächtnis-Legierungen geeignet. So kommen beispielsweise Cu-Al- Formgedächtnis-Legierungen in Frage. Eine entsprechende Cu- Zn24A13-Legierung ist aus "Z. Metallkde.", Bd. 79, H. 10, 1988, Seiten 678 bis 683 zu entnehmen. In "Scripta Materialia", Vol. 34, No. 2, 1996, Seiten 255 bis 260 ist eine weitere Cu-Al-Ni-Formgedächtnis-Legierung beschrieben. Selbstverständlich können zu den vorerwähnten binären oder ternären Legierungen noch weitere Legierungspartner wie z. B. Hf in an sich bekannter Weise hinzulegiert sein.

Die Fig. 6 und 7 zeigen ein erstes Versuchsbeispiel mit einem Ein-Weg-Aktor aus einer CuAl13Ni4-Legierung. Dieser Aktor wurde mit einer Last von 300 g aus seiner geraden Position verbogen, wobei der maximale Auslenkungsweg mittels eines Anschlags begrenzt wurde. Diese Auslenkungsposition liegt im Nullpunkt der Ordinate. Längs der Ordinate ist die umwandlungsbedingte Auslenkung des Aktors aufgetragen, längs der Abszisse die Zeit in Minuten. Insgesamt wurden 1900 Auslenkungszyklen, innerhalb welcher der Aktor aus der "verbogenen" Stellung kurz bestromt und damit erwärmt wurde, so dass er sich formwandelt, wonach er wieder abkühlt, über eine Versuchsdauer von 3800 Minuten untersucht. Der Aktor wurde innerhalb eines Zyklus mit 17 A bestromt. Die Punktreihen zeigen den innerhalb eines untersuchten Auslenkungszyklus zurückgelegten Stellweg. Der Stellweg wurde in bestimmten Zeitintervallen aufgenommen.

Ersichtlich beträgt die Auslenkung zu Beginn des Versuchs ca. 5 mm. Die maximale Auslenkung nimmt jedoch deutlich erkennbar mit zunehmender Versuchsdauer aufgrund des eintretenden Alterungseffekts ab. Gegen Ende des Versuchs betrug die Auslenkung ca. 2 mm. Der Stellweg nahm also um rund 60% ab.

Demgegenüber steht der Versuchsverlauf, wie er in Fig. 7 gezeigt ist. Auch dort wurde ein CuAl13Ni4-Aktor als Ein-Weg- Aktor untersucht, der ebenfalls mit 300 g Last ausgelenkt wurde und innerhalb eines Zyklus mit 17 A bestromt wurde. Während der Versuchsdauer von 3800 Minuten wurden hier 1850 Zyklen untersucht. Im Gegensatz zum vorherigen Versuch jedoch wurde der formbedingte Bewegungsweg des Aktors bei temperaturerhöhungsbedingter Formwandlung mittels eines Anschlags bei 3,8 mm beschränkt. Ersichtlich erreicht der Aktor den Anschlag kontinuierlich während der gesamten Versuchsdauer. Bei diesem Versuch konnte der Aktor also nicht wie beim Versuch gemäß Fig. 6 sich unbegrenzt bis zur maximal möglichen Endstellung strecken, dafür wurde der Bewegungsweg begrenzt, was dazu führt, dass der Aktor kontinuierlich unter einer gewissen Mindestspannung stand, die der Ermüdung entgegengewirkt hat.

Die Fig. 8 und 9 zeigen einen gleichartigen Ein-Weg-Aktor aus CuAl13Ni4, der gemäß dem Versuch nach Fig. 8 innerhalb einer Versuchsdauer von 800 Minuten mit 400 Zyklen betrieben wurde. Der Aktor wurde ebenfalls mit 17 A bestromt, jedoch betrug das Auslenkungsgewicht lediglich 150 g. Bei diesem Beispiel wurde der lastbedingte Auslenkungsweg, der eigentlich im Nullpunkt der Ordinate liegt, dort nicht begrenzt.

Das erhaltene Ergebnis entspricht dem gemäß Fig. 6. Auch hier zeigt sich deutlich, dass der Bewegungsweg bei Bestromung immer kürzer wird. Beträgt der Bewegungsweg im Anfangszeitpunkt noch rund 9 mm, so wird der Aktor zum Versuchsende hin nur noch um etwas mehr als 5 mm ausgelenkt. Auffällig ist auch, dass bei fehlender Behinderung der lastbedingten Auslenkung eine Drift einsetzt, was sich darin bemerkbar macht, dass die Anfangspunkte der jeweiligen Linien unter den Nullpunkt driften. Auch dies hängt letztlich mit dem Ermüden zusammen.

Ein solcher Ermüdungseffekt tritt gemäß Fig. 9 auch hier nicht auf, wenn der umwandlungsbedingte Bewegungsweg begrenzt wird. Beim Versuch gemäß Fig. 9 wurde dieser Weg bei 6 mm mittels eines Anschlags begrenzt, auch wurde die lastbedingte Auslenkung hier im Nullpunkt begrenzt. Ersichtlich ändert sich die Auslenkung über die Versuchsdauer (hier 1000 Minuten bei 495 Zyklen mit einer Bestromung mit 17 A) über die gesamte Versuchsdauer nicht, das heißt der Aktor erreicht jedes Mal den Anschlag bei 6 mm.

Die Fig. 10 und 11 zeigen schließlich die entsprechenden Versuche mit einem NiTi (50 : 50) Aktor, der auch hier als Ein-Weg- Aktor betrieben wurde. Dieser wurde mit einer Last von 200 g verbogen. Die Versuchszeit betrug jeweils 3800 Minuten bei 1900 Zyklen. Ersichtlich nimmt, siehe Fig. 10, auch hier die Auslenkung sehr deutlich von einem Maximum bei 8,4 mm auf ein Minimum von ca. 3 mm ab.

Gemäß Fig. 11 wurde jedoch der wandlungsbedingte Bewegungsweg mittels eines Anschlags bei 5,7 mm beschränkt. Dieser Anschlag wurde über die gesamte Versuchszeit innerhalb jedes Zyklus erreicht, was zeigt, dass auch bei diesem Aktor der Alterungseffekt unterdrückt werden kann.


Anspruch[de]
  1. 1. Elektromechanisches Bauelement mit mindestens einem Aktor aus einer Formgedächtnis-Legierung, der bei Erreichen einer bestimmten Temperatur seine Form ändert und sich in eine Endstellung bewegt, dadurch gekennzeichnet, dass der Bewegungsweg des Aktors (2, 8, 10, 12) derart begrenzt ist, dass er die Endstellung (C) nicht erreicht.
  2. 2. Elektromechanisches Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der Bewegungsweg, den der Aktor (2, 8, 10, 12) infolge einer Temperaturerhöhung bei Erreichen der bestimmten Temperatur durchführt, begrenzt ist.
  3. 3. Elektromechanisches Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der Bewegungsweg, den der Aktor (2, 8, 10, 12) infolge einer Temperaturerniedrigung bei Erreichen der bestimmten Temperatur durchführt, begrenzt ist.
  4. 4. Elektromechanisches Bauelement nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass beide Bewegungswege begrenzt sind.
  5. 5. Elektromechanisches Bauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bewegungsweg um wenigstens 5%, insbesondere um wenigstens 10% der gesamten Wegstrecke zwischen der Ausgangsstellung und der Endstellung begrenzt ist.
  6. 6. Elektromechanisches Bauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (2, 12) ein Ein-Wege- Aktor ist.
  7. 7. Elektromechanisches Bauelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (2) über ein Federelement (4) in eine erste Stellung gedrängt wird, aus der er sich bei Erreichen der Temperatur bewegt.
  8. 8. Elektromechanisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (8, 10) ein Zwei-Wege-Aktor ist.
  9. 9. Elektromechanisches Bauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (2, 8, 10, 12) ein Streifen, ein Draht oder eine Feder, insbesondere eine Spiralfeder ist.






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