具有形狀記憶致動器的保持及釋放機構的製作方法

2023-07-16 03:16:36

專利名稱：具有形狀記憶致動器的保持及釋放機構的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種具有權利要求1前序部分的具有形狀記憶致動器的保持及釋放機構。
在宇航技術中已公知(DE-A1-19649739)了一種處於張應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熔化及使金屬線釋放。該作成線圈形狀的處於張應力下的金屬線將一個分開的螺栓固定器的兩半部分保持在一起。在該線釋放時該螺栓固定器的兩半部分在彈簧壓力下彼此翻轉分開及螺栓可從螺栓固定器松下。例如在火箭起動時，藉助螺栓使一個太空飛行器的太陽能電池屏收壓在一起，當到達發射目標時通過螺栓的鬆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。
US5129753公開了一種具有形狀記憶致動器的保持及釋放機構。其中使用了一個形狀記憶金屬線，它在溫度的升高的釋放狀態下其長度縮短及由此使一個保險套管由靜止位置抬高。在此情況下，該保險套管使一個多瓣夾頭釋放，後者被翻轉分開並使一個軸頸釋放，由此使連接脫離。
由US5160233公知了一種用於宇航技術的具有形狀記憶致動器的螺栓固定器，它用於推開空驅動燃料箱，該燃料箱藉助一個螺栓被保持在一個宇宙飛船的外部。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現的，即圓筒分段與螺栓一起被一個構成圓柱的形狀記憶致動器升高到一個位置上，該位置允許在螺栓固定器中的圓筒分段側向地彼此偏離分開，而圓筒分段的彼此離開是通過將一頂側構成鈍錐的致動器擠入到由圓筒分段構成的環形孔口中實現的。該形狀記憶致動器在溫度輸入時在縱軸方向上伸長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藉助焦耳熱量實現的。為使圓筒分段彼此壓開需要一個相對大及有力的致動器，及在螺栓固定器中部件彼此滑動時可能出現冷粘接方面的問題。圓筒分段的構成、它在固定狀態中的固定及在釋放狀態中用於彼此分離的裝置需要一成本相對高的結構造型。
本發明的任務在於，創造一種具有形狀記憶致動器的保持及釋放裝置，它能以簡單的構型及很小的輸入能量實現可靠的釋放。
根據本發明，該任務將通過權利要求1的特徵方案來解決。本發明的另外構型被描述在從屬權利要求中。
本發明使用具有形狀記憶、即形狀記憶合金(Shape MemoryAlloys)的合金特性。這種合金例如是基於TiNi的合金，具有眾知的兩個不同的確定相，即在低溫時的馬氏體和在高溫時的奧氏體，及當將該合金加熱時相逐漸地過渡。根據本發明將使用該合金的所謂「單向效應」。在此情況下，在馬氏體中產生合金的「假塑性」變形，該變形在通過溫度升高調節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引起再變形，而是保持在奧氏體中返回的狀態。
根據本發明的保持及釋放機構具有其優點，即它由很少的部件組成，由於結構緊湊易於組合到現有的設計方案中及由此使公知的結構簡化。根據本發明的保持(及釋放)機構的另一優點在於，在線釋放時不產生任何-如煙火技術中釋放所產生的-被炸掉的部分，及在釋放時不破壞任何部分。通過用專門機械處理步驟予處理的形狀記憶合金的應用，可使馬氏體起點溫度明顯地高於市場上可得到的TiNi合金的值。在使用這種合金時，可使根據本發明的線保持(及釋放)機構即使在較高的環境溫度下也可有利地被使用，如在宇航發射時可能出現的環境溫度下被使用。
將藉助以下附圖來詳細描述本發明的實施例。


圖1表示一個具有致動器支承的螺栓固定器的正面剖視圖，圖2表示未描繪致動器支承的、在釋放狀態的螺栓固定器，及圖3表示去除致動器支承上部分後該螺栓固定器的上視圖。
在圖1中所示的螺栓固定器1的實施例的組成為兩個圓筒分段2及3，一個機械彈簧6，一個撥叉17，一個線圈4、它具有兩個帶鉤狀孔口27及28的線端部7及8，一個致動器支承11、它由一個下部件12、一個中間部件13及一個上部件14組成。在致動器支承11中，在被覆蓋的環形槽15及16中各放置著一個形狀記憶金屬線9及10。這些環形的記憶金屬線9及10是斷開的並用其一個端部伸到孔口27及28中，及由此使通過彈簧6處於張應力下的線圈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的釋放狀態表示在圖2中。通過可控溫度的輸入，這兩個記憶金屬線9及10-在簡化的圖2中未示出-沿其縱軸收縮並從孔口27及28縮回。由此線圈4張開及圓筒分段3在預壓機械彈簧6的作用下沿側向翻轉移開。該翻轉移開的圓筒分段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，使後者在相應於方向箭頭29的側向上被帶動，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，當火箭起動時，可藉助螺栓20使一個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於-作用在其縱軸上的-預張力下。當在溫度控制的釋放情況下，在上述釋放過程結束後，由於在方向箭頭19(見圖1)上的預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相切地導入致動器支承11中。
在可看到的中間部分13中被加工出一個環形槽16，在該槽中放置該形狀記憶金屬線10。在致動器支承的組裝狀態下-在裝上上部件14時，環形槽16被上部件14覆蓋住。該環形形狀記憶金屬線10在一個位置上是斷開的，及在該位置上將其一個端部用線固定器21固定在環形槽16中。此外，該線固定器21構成一個位於形狀記憶金屬線10及一個電流導線22之間的電觸點。形狀記憶金屬線10的另一端在該環形槽16中未被固定，而是伸在一個隙縫25中，該縫以一個確定的角度切斷環形槽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中被伸穿在處於張應力下的線端部8的鉤狀孔口28中。在加熱到奧氏體狀態的情況下，形狀記憶金屬線10的端部從孔口28縮回並使線端部8釋放。
形狀記憶金屬線10的加熱通過焦耳熱量來產生。為此，在形狀記憶金屬線10之可自由移動的端部設置第二電流端子26，其中電流導線23的去掉絕緣的端部在一個與環形槽橫向配置的隙縫30中與形狀記憶金屬線10機械地連接，該縫對於形狀記憶金屬線10的收縮移動具有足夠的寬度。
可以使用具有形狀記憶的不同合金，例如通常的未專門機械預處理的TiNi線，其奧氏體起始溫度值在60及80攝氏度(C)之間的範圍中。該實施例的形狀記憶金屬線10是TiNi線並用專門的軋輥工序這樣被予處理，即該線的奧氏體起點溫度值大於100攝氏度(C)。
在該實施例中線圈4的另一金屬線端部7相應於上述線端部8的實施方式被形狀記憶金屬線9保持，後者被放置在下部件12的環形槽15中。但也可以使一個線端部7或8固定地保持在該螺栓固定器中。通過兩個線端部可釋放的保持作用可實現對於螺栓20之釋放的一種有利寬餘度。
致動器支承11可由一種多醚酮醚(PEEK)耐高溫塑料製成。該材料作為宇航材料是合格的及在絕緣方面的電參數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。
權利要求
1．具有形狀記憶致動器的保持及釋放機構，它受溫度控制地釋放一個處於張應力下的(金屬)線端部，其特徵在於(金屬)線端部(7,8)被一個形狀記憶(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)構成的孔口(27,28)中縮出。
2．根據權利要求1的保持及釋放機構，其特徵在於形狀記憶(金屬)線(9,10)被構成具有斷開處的環形。
3．根據權利要求2的保持及釋放機構，其特徵在於形狀記憶(金屬)線(9,10)被接納在一個覆蓋著的環形槽(15,16)中；及在環形槽(15,16)中並在形狀記憶(金屬)線(9,10)的未被固定的端部區域設有一個隙縫(25)，用於使孔口(27,28)插入。
4．根據權利要求1至3中一項的保持及釋放機構，其特徵在於形狀記憶(金屬)線(9,10)利用溫度升高時的形狀記憶材料的「單向效應」作不可逆地收縮。
5．根據權利要求1至4中一項的保持及釋放機構，其特徵在於該形狀記憶材料是基於TiNi合金的材料。
6．根據權利要求5的保持及釋放機構，其特徵在於該形狀記憶材料是一種專門用一機械方法預處理過的線材，由於該預處理它具有大於100攝氏度(C)的奧氏體起點溫度值。
7．根據權利要求1至6中一項的保持及釋放機構，其特徵在於形狀記憶(金屬)線(9,10)被接納在一個致動器支承(11)中，後者由多醚酮醚(PEEK)耐高溫塑料製成。
8．根據權利要求1至7中一項的保持及釋放機構，其特徵在於形狀記憶(金屬)線(9,10)被加熱到奧氏體起點溫度是藉助焦耳熱量來實現的。
9．根據權利要求1至8中一項的保持及釋放機構，其特徵在於該保持及釋放機構被用於一個具有線圈(4)的螺栓固定器中，該線圈(4)克服一個機械彈簧(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具有螺栓螺紋(5)的處於張應力下的螺栓(20)；該保持及釋放機構保持住線圈(4)的線端部(7,8)，及在線端部(7,8)通過該保持及釋放機構釋放時使圓筒分段(2,3)彼此翻轉分開並釋放螺栓(20)。
全文摘要
本發明的目的是創造一種具有形狀記憶致動器的保持及釋放機構,它能以簡單的構型及很小的輸入能量實現可靠的釋放。根據本發明,該目的這樣地實現:(金屬)線端部(7,8)被一個形狀記憶(金屬)線(9,10)的未固定端部保持,該形狀記憶(金屬)線在溫度輸入時在其縱向上收縮及它未固定的端部從由線端部(7,8)構成的孔口(27,28)中縮出。本發明將應用在一種具有形狀記憶致動器的保持及釋放機構中,它受溫度控制釋放一個處於張應力下的(金屬)線端部。
文檔編號B64G1/44GK1320093SQ99811348
公開日2001年10月31日 申請日期1999年9月14日 優先權日1998年9月24日
發明者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 申請人:伊德斯德國股份有限公司