專利名稱：具有形狀記憶致動(dòng)器的保持及釋放機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有權(quán)利要求1前序部分的具有形狀記憶致動(dòng)器的保持及釋放機(jī)構(gòu)。
在宇航技術(shù)中已公知(DE-A1-19649739)了一種處于張應(yīng)力下的金屬線在其彎曲端部用熔絲保持，該熔絲在流過電流時(shí)熔化及使金屬線釋放。該作成線圈形狀的處于張應(yīng)力下的金屬線將一個(gè)分開的螺栓固定器的兩半部分保持在一起。在該線釋放時(shí)該螺栓固定器的兩半部分在彈簧壓力下彼此翻轉(zhuǎn)分開及螺栓可從螺栓固定器松下。例如在火箭起動(dòng)時(shí)，借助螺栓使一個(gè)航天器的太陽能電池屏收壓在一起，當(dāng)?shù)竭_(dá)發(fā)射目標(biāo)時(shí)通過螺栓的松開使太陽能電池屏釋放開來。熔絲的使用具有釋放不可靠及不確定的缺點(diǎn)。
US5129753公開了一種具有形狀記憶致動(dòng)器的保持及釋放機(jī)構(gòu)。其中使用了一個(gè)形狀記憶金屬線，它在溫度的升高的釋放狀態(tài)下其長(zhǎng)度縮短及由此使一個(gè)保險(xiǎn)套管由靜止位置抬高。在此情況下，該保險(xiǎn)套管使一個(gè)多瓣夾頭釋放，后者被翻轉(zhuǎn)分開并使一個(gè)軸頸釋放，由此使連接脫離。
由US5160233公知了一種用于宇航技術(shù)的具有形狀記憶致動(dòng)器的螺栓固定器，它用于推開空驅(qū)動(dòng)燃料箱，該燃料箱借助一個(gè)螺栓被保持在一個(gè)宇宙飛船的外部。該公知的螺栓固定器這樣地釋放螺栓，即在螺栓固定器中，用其內(nèi)螺紋從外部包圍著螺栓上的螺紋及由此保持住螺栓的圓筒分段受溫度控制地彼此被壓開。其彼此壓開是這樣實(shí)現(xiàn)的，即圓筒分段與螺栓一起被一個(gè)構(gòu)成圓柱的形狀記憶致動(dòng)器升高到一個(gè)位置上，該位置允許在螺栓固定器中的圓筒分段側(cè)向地彼此偏離分開，而圓筒分段的彼此離開是通過將一頂側(cè)構(gòu)成鈍錐的致動(dòng)器擠入到由圓筒分段構(gòu)成的環(huán)形孔口中實(shí)現(xiàn)的。該形狀記憶致動(dòng)器在溫度輸入時(shí)在縱軸方向上伸長(zhǎng)及由此引起上述升高及圓筒分段彼此被壓開。在釋放情況下溫度的輸入是借助焦耳熱量實(shí)現(xiàn)的。為使圓筒分段彼此壓開需要一個(gè)相對(duì)大及有力的致動(dòng)器，及在螺栓固定器中部件彼此滑動(dòng)時(shí)可能出現(xiàn)冷粘接方面的問題。圓筒分段的構(gòu)成、它在固定狀態(tài)中的固定及在釋放狀態(tài)中用于彼此分離的裝置需要一成本相對(duì)高的結(jié)構(gòu)造型。
本發(fā)明的任務(wù)在于，創(chuàng)造一種具有形狀記憶致動(dòng)器的保持及釋放裝置，它能以簡(jiǎn)單的構(gòu)型及很小的輸入能量實(shí)現(xiàn)可靠的釋放。
根據(jù)本發(fā)明，該任務(wù)將通過權(quán)利要求1的特征方案來解決。本發(fā)明的另外構(gòu)型被描述在從屬權(quán)利要求中。
本發(fā)明使用具有形狀記憶、即形狀記憶合金(Shape MemoryAlloys)的合金特性。這種合金例如是基于TiNi的合金，具有眾知的兩個(gè)不同的確定相，即在低溫時(shí)的馬氏體和在高溫時(shí)的奧氏體，及當(dāng)將該合金加熱時(shí)相逐漸地過渡。根據(jù)本發(fā)明將使用該合金的所謂“單向效應(yīng)”。在此情況下，在馬氏體中產(chǎn)生合金的“假塑性”變形，該變形在通過溫度升高調(diào)節(jié)成的奧氏體中又以公知方式返回。接著的馬氏體的冷卻而不會(huì)引起再變形，而是保持在奧氏體中返回的狀態(tài)。
根據(jù)本發(fā)明的保持及釋放機(jī)構(gòu)具有其優(yōu)點(diǎn)，即它由很少的部件組成，由于結(jié)構(gòu)緊湊易于組合到現(xiàn)有的設(shè)計(jì)方案中及由此使公知的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化。根據(jù)本發(fā)明的保持(及釋放)機(jī)構(gòu)的另一優(yōu)點(diǎn)在于，在線釋放時(shí)不產(chǎn)生任何-如煙火技術(shù)中釋放所產(chǎn)生的-被炸掉的部分，及在釋放時(shí)不破壞任何部分。通過用專門機(jī)械處理步驟予處理的形狀記憶合金的應(yīng)用，可使馬氏體起點(diǎn)溫度明顯地高于市場(chǎng)上可得到的TiNi合金的值。在使用這種合金時(shí)，可使根據(jù)本發(fā)明的線保持(及釋放)機(jī)構(gòu)即使在較高的環(huán)境溫度下也可有利地被使用，如在宇航發(fā)射時(shí)可能出現(xiàn)的環(huán)境溫度下被使用。
將借助以下附圖來詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例。


圖1表示一個(gè)具有致動(dòng)器支承的螺栓固定器的正面剖視圖，圖2表示未描繪致動(dòng)器支承的、在釋放狀態(tài)的螺栓固定器，及圖3表示去除致動(dòng)器支承上部分后該螺栓固定器的上視圖。
在圖1中所示的螺栓固定器1的實(shí)施例的組成為兩個(gè)圓筒分段2及3，一個(gè)機(jī)械彈簧6，一個(gè)撥叉17，一個(gè)線圈4、它具有兩個(gè)帶鉤狀孔口27及28的線端部7及8，一個(gè)致動(dòng)器支承11、它由一個(gè)下部件12、一個(gè)中間部件13及一個(gè)上部件14組成。在致動(dòng)器支承11中，在被覆蓋的環(huán)形槽15及16中各放置著一個(gè)形狀記憶金屬線9及10。這些環(huán)形的記憶金屬線9及10是斷開的并用其一個(gè)端部伸到孔口27及28中，及由此使通過彈簧6處于張應(yīng)力下的線圈4保持縮緊。待被保持的螺栓20用其栓螺紋5及螺栓凸銷18伸入到被線圈4縮緊保持的圓筒分段2及3中。
上述螺栓螺栓固定器1的釋放狀態(tài)表示在圖2中。通過可控溫度的輸入，這兩個(gè)記憶金屬線9及10-在簡(jiǎn)化的圖2中未示出-沿其縱軸收縮并從孔口27及28縮回。由此線圈4張開及圓筒分段3在預(yù)壓機(jī)械彈簧6的作用下沿側(cè)向翻轉(zhuǎn)移開。該翻轉(zhuǎn)移開的圓筒分段3使螺栓螺紋5縱向半拉釋放開來。在此情況下，固定在圓筒分段3上的撥叉17這樣地作用在螺栓凸銷18上，即，使后者在相應(yīng)于方向箭頭29的側(cè)向上被帶動(dòng)，及由此使其螺栓螺紋5的第二縱向半拉從螺栓固定器1中脫離出來。
譬如，當(dāng)火箭起動(dòng)時(shí)，可借助螺栓20使一個(gè)宇宙飛船的太陽能電池屏收壓在一起，其中螺栓通過收壓在一起的太陽能電池屏處于-作用在其縱軸上的-預(yù)張力下。當(dāng)在溫度控制的釋放情況下，在上述釋放過程結(jié)束后，由于在方向箭頭19(見圖1)上的預(yù)張力作用該螺栓從螺栓固定器1中脫開及使太陽能電池屏釋放張開。
在圖3中表示上述的螺栓固定器在取下致動(dòng)器支承11的上部件14-在圖3中未示出-情況下的頂視圖。線圈4的線端部8及9與線圈4相切地導(dǎo)入致動(dòng)器支承11中。
在可看到的中間部分13中被加工出一個(gè)環(huán)形槽16，在該槽中放置該形狀記憶金屬線10。在致動(dòng)器支承的組裝狀態(tài)下-在裝上上部件14時(shí)，環(huán)形槽16被上部件14覆蓋住。該環(huán)形形狀記憶金屬線10在一個(gè)位置上是斷開的，及在該位置上將其一個(gè)端部用線固定器21固定在環(huán)形槽16中。此外，該線固定器21構(gòu)成一個(gè)位于形狀記憶金屬線10及一個(gè)電流導(dǎo)線22之間的電觸點(diǎn)。形狀記憶金屬線10的另一端在該環(huán)形槽16中未被固定，而是伸在一個(gè)隙縫25中，該縫以一個(gè)確定的角度切斷環(huán)形槽16。該角度由線端部8的切線配置確定。
在該縫25中，形狀記憶金屬線10的端部在馬氏體未加溫的狀態(tài)中被伸穿在處于張應(yīng)力下的線端部8的鉤狀孔口28中。在加熱到奧氏體狀態(tài)的情況下，形狀記憶金屬線10的端部從孔口28縮回并使線端部8釋放。
形狀記憶金屬線10的加熱通過焦耳熱量來產(chǎn)生。為此，在形狀記憶金屬線10之可自由移動(dòng)的端部設(shè)置第二電流端子26，其中電流導(dǎo)線23的去掉絕緣的端部在一個(gè)與環(huán)形槽橫向配置的隙縫30中與形狀記憶金屬線10機(jī)械地連接，該縫對(duì)于形狀記憶金屬線10的收縮移動(dòng)具有足夠的寬度。
可以使用具有形狀記憶的不同合金，例如通常的未專門機(jī)械預(yù)處理的TiNi線，其奧氏體起始溫度值在60及80攝氏度(C)之間的范圍中。該實(shí)施例的形狀記憶金屬線10是TiNi線并用專門的軋輥工序這樣被予處理，即該線的奧氏體起點(diǎn)溫度值大于100攝氏度(C)。
在該實(shí)施例中線圈4的另一金屬線端部7相應(yīng)于上述線端部8的實(shí)施方式被形狀記憶金屬線9保持，后者被放置在下部件12的環(huán)形槽15中。但也可以使一個(gè)線端部7或8固定地保持在該螺栓固定器中。通過兩個(gè)線端部可釋放的保持作用可實(shí)現(xiàn)對(duì)于螺栓20之釋放的一種有利寬余度。
致動(dòng)器支承11可由一種多醚酮醚(PEEK)耐高溫塑料制成。該材料作為宇航材料是合格的及在絕緣方面的電參數(shù)與另外的塑料相比非常好。使用另外的耐溫及電絕緣材料也是可能的。
權(quán)利要求
1．具有形狀記憶致動(dòng)器的保持及釋放機(jī)構(gòu)，它受溫度控制地釋放一個(gè)處于張應(yīng)力下的(金屬)線端部，其特征在于(金屬)線端部(7,8)被一個(gè)形狀記憶(金屬)線(9,10)的未固定端部保持，該形狀記憶(金屬)線在溫度輸入時(shí)在其縱軸方向上收縮及它未固定的端部從由線端部(7,8)構(gòu)成的孔口(27,28)中縮出。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的保持及釋放機(jī)構(gòu)，其特征在于形狀記憶(金屬)線(9,10)被構(gòu)成具有斷開處的環(huán)形。
3．根據(jù)權(quán)利要求2的保持及釋放機(jī)構(gòu)，其特征在于形狀記憶(金屬)線(9,10)被接納在一個(gè)覆蓋著的環(huán)形槽(15,16)中；及在環(huán)形槽(15,16)中并在形狀記憶(金屬)線(9,10)的未被固定的端部區(qū)域設(shè)有一個(gè)隙縫(25)，用于使孔口(27,28)插入。
4．根據(jù)權(quán)利要求1至3中一項(xiàng)的保持及釋放機(jī)構(gòu)，其特征在于形狀記憶(金屬)線(9,10)利用溫度升高時(shí)的形狀記憶材料的“單向效應(yīng)”作不可逆地收縮。
5．根據(jù)權(quán)利要求1至4中一項(xiàng)的保持及釋放機(jī)構(gòu)，其特征在于該形狀記憶材料是基于TiNi合金的材料。
6．根據(jù)權(quán)利要求5的保持及釋放機(jī)構(gòu)，其特征在于該形狀記憶材料是一種專門用一機(jī)械方法預(yù)處理過的線材，由于該預(yù)處理它具有大于100攝氏度(C)的奧氏體起點(diǎn)溫度值。
7．根據(jù)權(quán)利要求1至6中一項(xiàng)的保持及釋放機(jī)構(gòu)，其特征在于形狀記憶(金屬)線(9,10)被接納在一個(gè)致動(dòng)器支承(11)中，后者由多醚酮醚(PEEK)耐高溫塑料制成。
8．根據(jù)權(quán)利要求1至7中一項(xiàng)的保持及釋放機(jī)構(gòu)，其特征在于形狀記憶(金屬)線(9,10)被加熱到奧氏體起點(diǎn)溫度是借助焦耳熱量來實(shí)現(xiàn)的。
9．根據(jù)權(quán)利要求1至8中一項(xiàng)的保持及釋放機(jī)構(gòu)，其特征在于該保持及釋放機(jī)構(gòu)被用于一個(gè)具有線圈(4)的螺栓固定器中，該線圈(4)克服一個(gè)機(jī)械彈簧(6)的壓力將圓筒分段(2,3)保持在一起；在保持在一起的圓筒分段(2,3)的螺紋孔中接納一個(gè)具有螺栓螺紋(5)的處于張應(yīng)力下的螺栓(20)；該保持及釋放機(jī)構(gòu)保持住線圈(4)的線端部(7,8)，及在線端部(7,8)通過該保持及釋放機(jī)構(gòu)釋放時(shí)使圓筒分段(2,3)彼此翻轉(zhuǎn)分開并釋放螺栓(20)。
全文摘要
本發(fā)明的目的是創(chuàng)造一種具有形狀記憶致動(dòng)器的保持及釋放機(jī)構(gòu),它能以簡(jiǎn)單的構(gòu)型及很小的輸入能量實(shí)現(xiàn)可靠的釋放。根據(jù)本發(fā)明,該目的這樣地實(shí)現(xiàn):(金屬)線端部(7,8)被一個(gè)形狀記憶(金屬)線(9,10)的未固定端部保持,該形狀記憶(金屬)線在溫度輸入時(shí)在其縱向上收縮及它未固定的端部從由線端部(7,8)構(gòu)成的孔口(27,28)中縮出。本發(fā)明將應(yīng)用在一種具有形狀記憶致動(dòng)器的保持及釋放機(jī)構(gòu)中,它受溫度控制釋放一個(gè)處于張應(yīng)力下的(金屬)線端部。
文檔編號(hào)B64G1/44GK1320093SQ99811348
公開日2001年10月31日 申請(qǐng)日期1999年9月14日 優(yōu)先權(quán)日1998年9月24日
發(fā)明者M·羅斯, A·舒斯特爾, H·沃根雷特爾, H·沃爾布魯格, M·雷恩德爾 申請(qǐng)人:伊德斯德國(guó)股份有限公司