Title:
Aktorvorrichtung und Verwendung einer solchen
Kind Code:
A1


Abstract:

Die Erfindung betrifft eine Aktorvorrichtung mit einer als Reaktion auf eine elektrische Ansteuerung eine Expansion entlang einer Bewegungsrichtung durchführenden Expansionseinheit (10), der Expansionseinheit in der Bewegungsrichtung nachgeschalteten, zum Zusammenwirken mit einem externen Stellpartner ausgebildeten Stößelmitteln (14) und die Stößelmittel und/oder die Expansionseinheit in eine der Bewegungsrichtung entgegengesetzte Rückstellrichtung vorspannenden ersten Federmitteln (18, 20, 22), wobei die Expansionseinheit und die Stößelmittel durch zweite Federmittel (12) als Druckfeder verbunden sind, deren Federkraft bei Ausdehnung entlang der Bewegungsrichtung abnimmt, und die ersten Federmittel im Zusammenwirken mit den zweiten Federmitteln an den Stößelmitteln so ausgebildet sind, dass die ersten Federmittel in einem Expansionszustand der Expansionseinheit eine einen Expansionshub der Expansionseinheit in der Bewegungsrichtung verlängernde Ausdehnung der zweiten Federmittel zum Erzeugen eines verlängernden überlagerten und/oder addierten Gesamthubes der Stößelmittel bewirken.




Inventors:
Schnetzler, René (88605, Meßkirch, DE)
Schiepp, Thomas (78606, Seitingen-Oberflacht, DE)
Riccardi, Leonardo (78333, Stockach, DE)
Application Number:
DE102016111123A
Publication Date:
12/21/2017
Filing Date:
06/17/2016
Assignee:
ETO MAGNETIC GmbH, 78333 (DE)
International Classes:
Domestic Patent References:
DE202016102136U1N/A2016-04-28
DE102005038891A1N/A2007-02-22
DE10160401A1N/A2003-05-15
DE19912964A1N/A2000-09-28



Foreign References:
200800113712008-01-17
Attorney, Agent or Firm:
Patentanwälte Behrmann Wagner Partnerschaftsgesellschaft mbB, 78224, Singen, DE
Claims:
1. Aktorvorrichtung mit
einer als Reaktion auf eine elektrische Ansteuerung eine Expansion entlang einer Bewegungsrichtung durchführenden Expansionseinheit (10),
der Expansionseinheit in der Bewegungsrichtung nachgeschalteten, zum Zusammenwirken mit einem externen Stellpartner ausgebildeten Stößelmitteln (14) und
die Stößelmittel und/oder die Expansionseinheit in eine der Bewegungsrichtung entgegengesetzte Rückstellrichtung vorspannenden ersten Federmitteln (18, 20, 22),
dadurch gekennzeichnet, dass
die Expansionseinheit und die Stößelmittel durch zweite Federmittel (12) als Druckfeder verbunden sind, deren Federkraft bei Ausdehnung entlang der Bewegungsrichtung abnimmt,
und die ersten Federmittel im Zusammenwirken mit den zweiten Federmitteln an den Stößelmitteln so ausgebildet sind, dass die ersten Federmittel in einem Expansionszustand der Expansionseinheit eine einen Expansionshub der Expansionseinheit in der Bewegungsrichtung verlängernde Ausdehnung der zweiten Federmittel zum Erzeugen eines verlängernden überlagerten und/oder addierten Gesamthubes der Stößelmittel bewirken.

2. Aktorvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Expansionseinheit einen Expansionskörper aus einem magnetischen Formgedächtnislegierungsmaterial aufweist, dem zum Ausführen der Expansion als Reaktion auf die Ansteuerung elektrische Magnetfelderzeugungsmittel zugeordnet sind.

3. Aktorvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Federmittel (12) als aus einem mechanischen Federwerkstoff, insbesondere Federstahl, ausgebildete Druckfeder und/oder als Spiralfeder, Tellerfeder oder Plattenfeder realisiert sind.

4. Aktorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Federmittel (18, 20, 22) als Magnetfeder realisiert sind.

5. Aktorvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Federkraft der ersten Federmittel von einer bevorzugt permanentmagnetischen Anziehungskraft einer stationär oder an den Stößelmitteln vorgesehenen Magnetquelle (20), insbesondere einem Permanentmagneten, zu einem Bezugspunkt (22) und/oder einem weiteren Permanentmagneten abhängig ist oder beeinflusst wird, weiter bevorzugt durch einen magnetisch leitenden stationären Körper (18) beeinflusst wird.

6. Aktorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und die zweiten Federmittel so ausgebildet und/oder eingerichtet sind, dass eine auf die Expansionseinheit in dem Expansionszustand wirkende Rückstellkraft, insbesondere eine auf eine Expansionseinheit aus einem magnetischen Formgedächtnislegierungsmaterial im nicht angesteuerten Zustand wirkende Rückstellkraft, bezogen auf eine im nicht-expandierten Zustand der Expansionseinheit wirkende Rückstellkraft, reduziert ist oder zumindest abschnittsweise entlang des Gesamthubes konstant ist oder zum Zweck einer Hubreduzierung und Stellkrafterhöhung eingerichtet ist.

7. Aktorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Expansionseinheit und die Stößelmittel durch Wirkung der diese mechanisch verbindenden zweiten Federmittel so mechanisch entkoppelt sind, dass eine Stoß- und/oder Schlagbelastung der Stößelmittel, insbesondere durch den externen Stellpartner, durch die zweiten Federmittel zumindest anteilig aufgenommen und/oder in ihrer Wirkung auf die Expansionseinheit reduziert wird.

8. Verwendung der Aktorvorrichtung in einem der Ansprüche 1 bis 7 zur linearen Hubvergrößerung einer einen Expansionskörper aus einem Formgedächtnislegierungsmaterial aufweisenden MSM-Aktorvorrichtung.

Description:

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Aktorvorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der DE 10 2005 038 891 A1 bekannt.

Aus diesem Stand der Technik (wie auch der zugrunde liegenden, als bekannt vorauszusetzenden allgemeinen Aktortechnologie) ist es bekannt, magnetisch wirksame Formgedächtnislegierungsmaterialien (MSM-Materialien = magnetic shape memory) für die Aktorik zu benutzen. So wird etwa üblicherweise zu diesem Zweck ein MSM-Kristallkörper (als Repräsentant für eine Vielzahl von möglichen MSM-basierten Materialen), etwa hergestellt auf der Basis einer NiMnGa-Legierung, als Expansionskörper mit einem durch eine bestromte Spule erzeugten Magnetfeld beaufschlagt. Als Reaktion auf eine solche magnetische Feldbeaufschlagung führt der MSM-Kristallkörper eine Expansionsbewegung durch, primär in einer Richtung senkrecht zur Durchflutungsrichtung mit dem elektromagnetisch erzeugten Feld. Diese Expansionsbewegung, bei einendes auf ein stationäres Widerlager oder dergleichen Anschlag greifendem Expansionskörper, kann dann am sich bewegenden Ende, üblicherweise über einen Stößel oder dergleichen Kraftübertrager, einen externen Stellpartner antreiben.

Vorteilhaft bieten derartige, magnetisch wirksame Formgedächtnislegierungsmaterialen und damit in der beschriebenen prinzipiellen Art realisierte Aktoren (Aktorvorrichtungen) eine Möglichkeit, gängige magnetbasierte Aktoratorprinzipien (wie etwa elektromagnetische Aktoren) zu ersetzen bzw. zu ergänzen: Vorteilhaft bei dem verwendeten magnetischen Formgedächtnislegierungsmaterial, neben mechanisch-konstruktiver Einfachheit in der Realisierung, es bewegt sich kein Anker als Ganzes, sondern es findet lediglich eine Expansion der Expansionseinheit statt, ist vor allem eine potentiell schnelle Reaktionszeit der Expansion auf das Anliegen des Magnetfeldes und damit eine potentiell erreichbare hohe Dynamik.

Allerdings haben als bekannt vorausgesetzte, MSM-basierte Aktorvorrichtungen auch prinzip- bzw. konstruktionsbedingte Nachteile gegenüber anderen Aktoren, wodurch in der Praxis eine universelle Verwendbarkeit bislang eingeschränkt war. So beträgt etwa ein nutzbarer Hub der Expansionsbewegung (d. h. ein Streckenmaß einer von dem MSM-Kristall als Expansionskörper durchgeführten Streckbewegung) typischerweise etwa lediglich ca. 3% bis max. 6% einer entsprechenden axialen Erstreckung des Kristalls im nicht-expandierten Zustand, sodass gerade groß- bzw. langhubige Expansionen (Bewegungen) nur schwierig mittels MSM-Aktoren der gattungsgemäßen Art realisierbar sind.

Darüber hinaus weisen bekannte MSM-Aktoren die Eigenschaft auf, dass zwar als Reaktion auf ein angelegtes Magnetfeld (einer notwendigen Mindest-Feldstärke) die beabsichtigte Expansion bzw. Bewegung stattfindet. Nach einem Abfall des Magnetfeldes (also etwa nach einem Deaktivieren bzw. einem Absinken unter die Mindestschwelle) findet dann jedoch nicht automatisch eine Kompression der Expansionseinheit zurück in den ursprünglichen komprimierten Zustand (Ausgangslage) statt. Vielmehr verbleibt der Expansionskörper aus dem MSM-Material auch bei einem Magnetfeldabfall unter die Expansionsschwelle bzw. beim völligen Deaktivieren des Magnetfeldes in der expandierten Position. Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen, wie etwa der zur Gattung zitierten DE 10 2005 038 891 A1, wird daher das Zurückstellen (d. h. das Zurückführen der Expansion in die nicht-expandierte Ausgangslage der Expansionseinheit) mittels sog. Rückstellmittel realisiert, welche im zitierten Stand der Technik als mechanische Feder ausgebildet sind. Eine derartige Feder ist so ausgebaut bzw. vorgespannt, dass ihre Federkraft entgegen der Expansionsrichtung (Bewegungsrichtung der Expansionseinheit) auf diese (bzw. die Stößelmittel) ausgeübt wird. Wenn dann die Federkraft einer solchen bekannten Rückstellfeder so eingerichtet bzw. eingestellt ist, dass bei der Magnetfeldbeaufschlagung das MSM-Material der Expansionseinheit die Gegenkraft (Rückstellkraft) der Feder übersteigt, findet die beabsichtigte Expansion bzw. Bewegung statt. Fällt dann nach einem Ende der elektrischen Ansteuerung das Magnetfeld ab (unter die notwendige Mindestfeldstärke), führt die auf das MSM-Kristall der Expansionseinheit entgegen der Bewegungsrichtung wirkende Federkraft (Rückstellkraft) zu einer Kontraktion des Materials zurück in die nicht-expandierte Ausgangslage.

Durch eine geeignete Kombination des die Expansionseinheit ausbildenden MSM-Kristalls im Zusammenwirken mit der geeignet dimensionierten Rückstellfeder wird somit in bekannter Weise ein gewünschtes Stell- und Rückstellverhalten erreicht, sodass zahlreiche Aktoraufgaben mit einer solchen bekannten Technologie durchgeführt werden können.

Allerdings besitzt die Nutzung einer Feder (etwa einer Spiralfeder, wie die DE 10 2005 038 891 A1 offenbart) den Nachteil einer im Kraft-Weg-Diagramm typischerweise linear ansteigenden Kennlinie, also im zunehmend expandierten Zustand der Expansionseinheit (mit entsprechend wachsendem Expansionshub) steigt die auf die Expansionseinheit wirkende Rückstell-Federkraft. Gerade im Hinblick auf eine über dem gesamten Stellhub (Expansionshub) wünschenswerte konstante Stellkraft einer gattungsgemäßen Aktorvorrichtung ist diese Eigenschaft nachteilig, denn sie führt regelmäßig dazu, dass kurz vor dem Ende eines nutzbaren Hubmaximums die Stellkraft deutlich abfällt und damit manche Stellaufgaben nicht mehr zuverlässig realisierbar sind. Ggf. führt das Rückstell-Kraftverhalten traditioneller mechanischer Rückstellfedern, die etwa in ansonsten bekannter Weise aus einem Federstahl als Spiral-, Teller- oder Plattenfeder realisiert sind, dazu, dass die Expansionseinheit ihr Hubmaximum gar nicht mehr erreicht. Auch ist durch die mit einer gattungsgemäßen Vorrichtung (d. h. Kombination aus MSM-basierter Expansionseinheit mit mechanischer Rückstellfeder) realisierte Arbeit (als Differenz zwischen der Expansions-Stellkraft und Feder-Rückstellkraft über den wirksamen Hubbereich) entsprechend begrenzt.

Aus dem Stand der Technik prinzipiell bekannt sind daher weitere Rückstelltechnologien, über die Rückstellfeder gemäß DE 10 2005 038 891 A1 hinaus, zu würdigen, welche ein anderes Kraftverhalten ermöglichen. Lediglich exemplarisch sei etwa ein zur Rückstellung genutzter zweiter MSM-Expansionskörper, entgegen der Bewegungsrichtung vorgesehen, genannt, welcher dann zum Zweck der Rückstellung geeignet aktiviert wird und in der Überlagerung ein kompensierendes Kraftverhalten anbieten kann; eine derartige Lösung ist auch als ein sog. Push-Push-Aktor bekannt. Prinzipiell ist auch etwa eine Nutzung eines Permanentmagneten zur Rückstellung eines (MSM-basierten) Expansionskörpers bekannt, wobei auch eine derartige Lösung eine Beeinflussung bzw. Änderung des Rückstellkraftverhaltens im Vergleich mit der oben diskutierten mechanischen Federlösung gestattet.

Allerdings ist allen bekannten Lösungen zur Realisierung einer gattungsgemäßen Aktorvorrichtung, insbesondere einer eine MSM-Expansionseinheit mit rückstellenden Federmitteln aufweisenden Aktorvorrichtung, gemeinsam, dass ein wirksamer maximaler Expansionshub der Expansionseinheit, nämlich deren Bewegung bzw. Längenänderung der Bewegungsrichtung zwischen einem eingeschobenen, nicht-expandierten Zustand und einem maximalen Expansionszustand, typischerweise unterhalb einer physikalischen Maximalerstreckung des die Expansionseinheit realisierenden Expansionskörpers liegt, damit üblicherweise maximal etwa 6% des nicht-expandierten Erstreckungsmaßes eines einzusetzenden MSM-Kristalls beträgt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine gattungsgemäße Aktorvorrichtung im Hinblick auf einen wirksamen Expansionshub zu verbessern, insbesondere einen maximalen Expansionshub zu vergrößern, wobei ein über die physikalische Materialdehnung hinausgehender Expansionshub zu realisieren ist, gleichzeitig, insbesondere für den Fall des Einsatzes einer MSM-Expansionseinheit, eine Rückstellung in einen nicht expandierten Zustand der Expansionseinheit im nicht angesteuerten Zustand gewährleistet sein soll.

Die Aufgabe wird durch die Aktorvorrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst; vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben. Zusätzlich Schutz im Rahmen der Erfindung wird beansprucht für eine Verwendung einer erfindungsgemäßen Aktorvorrichtung zur linearen Hubvergrößerung einer Expansionseinheit, welche einen Expansionskörper aus einem Formgedächtnislegierungsmaterial aufweist.

In erfindungsgemäß vorteilhafter Weise sind die Expansionseinheit und die Stößelmittel durch eine Druckfeder realisierende zweite Federmittel verbunden, wobei die zweiten Federmittel, typischerweise zu realisieren als mechanische Spiral-, Teller- oder Plattenfeder, einen mechanischen Federwerkstoff aufweisen können, so dass die Federkraft der zweiten Federmittel bei Ausdehnung entlang der Bewegungsrichtung abnimmt.

Erfindungsgemäß vorteilhaft wirken diese zweiten Federmittel, die insoweit nicht nur eine Federkraftbeziehung zwischen der Expansionseinheit und den Stößelmitteln herstellen, sondern auch diese mechanisch voneinander entkoppeln, zusammen mit den ersten Federmitteln, wobei die ersten und die zweiten Federmittel an den Stößelmitteln angreifen bzw. die Stößelmittel in ein federbelastetes Kraftgleichgewicht bringen. Dieses ist erfindungsgemäß so ausgestaltet, dass bei einem Expansionszustand der Expansionseinheit die ersten Federmittel im Zusammenwirken mit den (als Druckfeder realisierten) zweiten Federmittel entlang der Bewegungsrichtung den eigentlichen Expansionshub der Expansionseinheit verlängern bzw. vergrößern – nämlich durch Ausdehnung der zweiten Federmittel gegen die Rückstellkraft der ersten Federmittel. Diese sind nämlich so ausgestaltet, dass bei der Expansion entlang der Bewegungsrichtung deren rückstellende Federkraft abnimmt, mithin die hubverlängernde Ausdehnung der zweiten Federmittel (Druckfeder) gestattet. Vorteilhaftes Ergebnis dieser mechanischen Gleichgewichtskonstellation an den Stößelmitteln ist, dass eine faktische Verlängerung des Expansionshubs der Expansionseinheit durch die zweiten Federmittel zum Bewirken eines vergrößerten resultierenden (durch Überlagerung oder Addition entstehenden) Gesamthubes der Stößelmittel bewirkt wird, mit anderen Worten, durch Zusammenwirken der ersten und der zweiten Federmittel an den Stößelmitteln erzeugt die Expansion der Expansionseinheit bei der elektrischen Ansteuerung nicht nur einen Bewegungshub entsprechend der eigentlichen Materialdehnung bzw. der Expansion der Expansionseinheit, sonden ein zusätzlicher, gleichgerichteter Hub entlang der Bewegungsrichtung wird durch Wirkung der zweiten Federmittel hinzugefügt bzw. überlagert und erzeugt so einen verlängerten (vergrößerten) Gesamthub der Stößelmittel in der Art einer linear wirkenden Hubvergrößerung (Hubverstärkung).

Dies ermöglicht wiederum, das Einsatzspektrum erfindungsgemäßer Aktorvorrichtungen gegenüber der gattungsgemäßen Technologie deutlich zu erweitern. Im bevorzugten Einsatzfall von unter Nutzung eines Formgedächtnislegierungsmaterials realisierten Expansionseinheiten sind damit effektive Hubverlängerungen möglich, die ein typisches Dehnungsverhalten gängiger MSM-Kristalle von ca. 3% maximal 6% faktisch verdoppeln können oder sogar noch darüber hinausgehen; im Rahmen bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung beträgt die verlängernde Ausdehnung der zweiten Federmittel als faktische Verlängerung des materialbedingten Expansionshubes mindestens 80%, bevorzugt mindestens 100% und weiter bevorzugt mindestens 120% dieses materialbedingten Expansionshubes der (MSM-)Expansionseinheit, welcher, in ansonsten bekannter Weise, vorteilhaft und weiterbildend elektrische Magnetfelderzeugungsmittel, weiter bevorzugt in Form gängiger, einen Magnetfluss quer zur Bewegungsrichtung in die Expansionseinheit bzw. den MSM-Kristall eintragend, zugeordnet sind und geeignet im Rahmen der elektrischen Ansteuerung gesteuert bestrombar sind. Alternativ ist auch, mit einer Absicht einer Hubverringerung, eine Verkürzung des diskutierten materialbedingten Expansionshubs durch die zweiten Federmittel denkbar und möglich.

Während bevorzugt die zweiten Federmittel als Druckfeder aus einem mechanischen Federwerkstoff realisiert sind, ist es im Rahmen bevorzugter Weiterbildungen der Erfindung vorteilhaft, die ersten Federmittel als Magnetfeder zu realisieren. Während hierfür auch prinzipiell elektromagnetische Prinzipien in Betracht kommen, ist es gleichwohl bevorzugt und vorteilhaft, diese Magnetfeder mittels permanentmagnetischer Mittel zu realisieren, etwa dadurch, dass Permanentmagnetmittel stationär und/oder an den Stößelmitteln als Magnetquelle vorgesehen sind, welche dann mit einem Anziehungspartner an einem Bezugspunkt zusammenwirken – im Fall eines weichmagnetischen, stationären Bezugspunkts, etwa an einem Gehäuse, würden die Stößelmittel mit einem Permanentmagneten versehen, in einem umgekehrten Fall würden dann die Permanentmagnetmittel stationär geeignet am Gehäuse vorsehbar sein.

Eine besonders elegante und im praktischen Einsatz erfindungsgemäßer Aktorvorrichtungen nutzbare Realisierungsform der Erfindung sieht vor, die ersten und die zweiten Federmittel so auszubilden bzw. im Zusammenwirken miteinander einzurichten, dass eine auf die Expansionseinheit in dem Expansionszustand wirkende Rückstellkraft, bezogen auf eine im nicht-expandierten Zustand der Expansionseinheit wirkende Rückstellkraft, reduziert ist, alternativ so ausgebildet ist, dass entlang des Gesamthubes – zumindest abschnittsweise – ein konstanter Kraftverlauf erfolgt. Stellaufgaben, welche ein derartiges konstantes Kraftverhalten benötigen, lassen sich auf diese Weise einfach unterstützen.

Auch sieht eine bevorzugte Realisierungsform der Erfindung vor, dass die Expansionseinheit und die Stößelmittel lediglich und nur durch die zweiten Federmittel (in der Art einer Druckfeder) verbunden sind, ohne dass ein weiterer, darüber hinausgehender Kraftschluss zwischen diesen Komponenten besteht. Diese Federkoppelung bewirkt dann eine mechanische Stoß- bzw. Impulsentlastung insbesondere einer als potentiell stoßempfindlicher, spröder MSM-Kristallkörper realisierten Expansionseinheit: Insbesondere auf die Stößelmittel (durch den externen Stellpartner) wirkenden Stoß- oder Schlagbelastungen können so wirksam vom sensiblen Material der Expansionseinheit ferngehalten werden und verlängern so wirksam Lebensdauer und Standzeit der erfindungsgemäßen Aktorvorrichtung.

Während zudem bevorzugte Varianten der Erfindung als Expansionseinheit eine MSM-basierte Expansionseinheit vorsehen, also eine Nutzung mindestens eines MSM-Kristallkörpers, ist die vorliegende Erfindung gleichwohl nicht auf diese Variante beschränkt. Vielmehr eignet sich die vorliegende Erfindung prinzipiell auch auf andere Expansionseinheiten, etwa thermische Formgedächtnis-Legierungsmaterialien, da damit gleichermaßen die erfindungsgemäßen Vorteile einer wirksamen Expansionshubverlängerung durch das Zusammenwirken der ersten und zweiten Federmittel bei gleichzeitig vorteilhafter Entkopplung realisiert werden können.

Damit sind, insbesondere auch mit der Möglichkeit einer kraftkonstanten Federung, die Einsatzbereiche der erfindungsgemäßen Technologie prinzipiell unbegrenzt und erstrecken über verschiedenste industrielle Stellanwendungen bis hin zum Fahrzeugbereich und darüber hinaus. Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in:

1: eine schematische Längsschnittansicht durch eine Aktorvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform in Prinzipdarstellung im nicht-expandierten Zustand;

2: eine Längsschnittansicht des ersten Ausführungsbeispiels analog

1, jedoch im expandierten Zustand der Expansionseinheit bei zusätzlicher, ergänzender Hubverlängerung durch Wirkung des erfindungsgemäßen Federsystems und

3: Kraft-Weg-Diagramme zum Verdeutlichen der Hubverlängerung im Ausführungsbeispiel der 1, 2.

Die 1 und 2 zeigen in schematischer Prinzipdarstellung einen MSM-Kristallkörper 10 als Expansionskörper einer Expansionseinheit, typischerweise realisiert mittels einer NiMnGa-Legierung als magnetisches Formgedächtnismaterial. In in den Darstellungen nicht gezeigter Weise ist diesem Expansionskörper 10 eine bestrombare Spuleneinheit zugeordnet, welche einen eine Expansion des Körpers 10 entlang einer Expansions- und Bewegungsrichtung (in der Figurenebene der 1, 2 in der Vertikalrichtung), bewirkenden Magnetfluss erzeugt.

Der Expansionskörper 10 ist über eine als Druckfeder vorgesehene Spiralfeder 12 mit einer koaxial zum Expansionskörper 10 geführten Stößeleinheit 14 verbunden; die Spiralfeder 12 stützt sich dabei einends (in der Figurenebene der 1, 2 unten) von einer die Expansionsbewegung vollführenden oberen Stirnfläche des Körpers 10 ab und greift anderenends an einen ein Widerlager ausbildenden mantelseitigen Ringabsatz 16 der Stößeleinheit 14.

Im in der 1 gezeigten Kräftegleichgewicht entlang der Expansions- bzw. Bewegungsrichtung (d. h. der Vertikalrichtung in der Figurenebene) wird die Stößeleinheit 14 durch Wirkung einer Magnetfedereinheit gehalten, welche einen auf einem ortsfesten, stationären Träger 18 (mit bevorzugt weichmagnetischen Eigenschaften zur magnetischen Flussführung) gehaltenen Permanentmagnetring 20 vorsieht, dessen permanentmagnetische Anziehungskraft auf einen schematisch im oberen Bereich der Stößeleinheit 14 gezeigten weichmagnetischen Jochabschnitt 22 wirkt.

Die mit F1 in 1 gezeigten Pfeile verdeutlichen das daraus resultierende Kräftegleichgewicht im nicht-aktivierten und damit nicht-expandierten Zustand des Kristallkörpers 10 bzw. der zugeordneten Magnetspule: Die (in der Figurenebene aufwärts gerichtete) Kompressionskraft der Druckfeder 12 steht im Kräftegleichgewicht mit der (in der 1 abwärts gerichteten) permanentmagnetischen Anziehungskraft der ortsfesten Permanentmagneten 20 auf den fest an der Stößeleinheit 14 vorgesehenen Anziehungs- bzw. Magnetpartner 22. Die in der 1 exemplarisch eingezeichneten Längenbemaßungen verdeutlichen typische Dimensionen eines eingesetzten MSM-Kristallkörpers für die Expansionseinheit 10 (15 mm Längenerstreckung im nicht-expandierten Zustand) bzw. einer Längserstreckung des Gesamtsystems von 50 mm von einem stationären Bodenabschnitt 11 des MSM-Körpers 10 bis zu einem äußeren Wirkungs- bzw. Eingriffsende 24 der Stößeleinheit 12, an welchem etwa ein geeigneter Stellpartner angreifen bzw. zusammenwirken würde.

Die 2 zeigt gegenüber dem eingeschobenen bzw. nicht-expandierten Zustand der 1 den Expansionszustand des MSM-Expansionskörpers 10 als Reaktion auf eine Bestromung der (nicht gezeigten) Spulenmittel und eine entsprechend daraufhin bewirkte magnetische Durchflutung dieses Körpers: Im gezeigten Ausführungsbeispiel expandiert dieser Körper daraufhin auf eine Gesamtlänge von 16 mm (erzeugt also einen Expansionshub von 1 mm). Die Eigenschaft der Magnetfeder mit den Kernkomponenten 20, 22 (und ggf. 18), bei steigendem Abstand zwischen diesen Komponenten eine Verringerung der Anziehungskraft und damit eine Verringerung der Federkraft zu bewirken, ermöglicht eine Expansion der Druckfeder 12 gegenüber dem Zustand der 1 (da ja die entgegengerichtete permanentmagnetische Kraft der Magnetfeder sinkt). Folge ist, dass das in 2 gezeigte Federgleichgewicht an der Stößeleinheit 14, zusätzlich zu dem Expansionshub (1 mm) des Körpers 10, einen weiteren, zusätzlichen Hubbeitrag in Form der verlängerten Ausdehnung der Feder 12 erhält, um einen weiteren Millimeter (bei diesem Beispiel). Ergebnis ist, dass der Gesamthub (als Überlagerung bzw. Addition des MSM-Hubes einerseits und des zusätzlichen Federhubes andererseits) das äußere Eingriffsende 24 um einen Gesamthub von 2 mm aus der Ausgangssituation der 1 bewegt, mit anderen Worten, es hat eine lineare Hubverstärkung (Verlängerung) des durch die MSM-Materialexpansion bedingten Hubes um 100% stattgefunden.

Das Schemadiagramm der 3 verdeutlicht diese Zusammenhänge: Insbesondere der Kurvenverlauf der Magnetfeder 20, 22 (und ggf. 18) im Zusammenwirken mit der auf den Expansionskörper 10 aufgesetzten Druckfeder (Spiralfeder) 12 ermöglichen das gewünschte Ergebnis der Weg- bzw. Hubverlängerung.

Wenn mittels der Magnetfeder 20, 22, ggf. unterstützt durch geeignete flußleitende Ausgestaltung der Baugruppe 18, eine – bevorzugt linear verlaufende – degressive Federkonstante eingerichtet wird und diese mit einer (bevorzugt korrespondierenden) progressiven Federkonstante der zweiten Feder 12 zusammengeführt wird, entsteht ein sich kräftemäßig ausgleichendes System. Dieses weist eine Hubverlängerung bzw. Hubverstärkung von 0% auf. Hier ist der Vorteil der kraftkonstanten Feder, welche über den Hubverlauf eine konstante Gegenkraft ermöglicht. Das Niveau dieser Kraft kann dabei weiter bevorzugt durch einen einstellbaren Abstand zwischen den Baugruppen 20 und 22 eingerichtet werden.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

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Zitierte Patentliteratur

  • DE 102005038891 A1 [0001, 0005, 0007, 0008]