专利名称：具有形状记忆致动器的保持及释放机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有权利要求1前序部分的具有形状记忆致动器的保持及释放机构。
在宇航技术中已公知(DE-A1-19649739)了一种处于张应力下的金属线在其弯曲端部用熔丝保持，该熔丝在流过电流时熔化及使金属线释放。该作成线圈形状的处于张应力下的金属线将一个分开的螺栓固定器的两半部分保持在一起。在该线释放时该螺栓固定器的两半部分在弹簧压力下彼此翻转分开及螺栓可从螺栓固定器松下。例如在火箭起动时，借助螺栓使一个航天器的太阳能电池屏收压在一起，当到达发射目标时通过螺栓的松开使太阳能电池屏释放开来。熔丝的使用具有释放不可靠及不确定的缺点。
US5129753公开了一种具有形状记忆致动器的保持及释放机构。其中使用了一个形状记忆金属线，它在温度的升高的释放状态下其长度缩短及由此使一个保险套管由静止位置抬高。在此情况下，该保险套管使一个多瓣夹头释放，后者被翻转分开并使一个轴颈释放，由此使连接脱离。
由US5160233公知了一种用于宇航技术的具有形状记忆致动器的螺栓固定器，它用于推开空驱动燃料箱，该燃料箱借助一个螺栓被保持在一个宇宙飞船的外部。该公知的螺栓固定器这样地释放螺栓，即在螺栓固定器中，用其内螺纹从外部包围着螺栓上的螺纹及由此保持住螺栓的圆筒分段受温度控制地彼此被压开。其彼此压开是这样实现的，即圆筒分段与螺栓一起被一个构成圆柱的形状记忆致动器升高到一个位置上，该位置允许在螺栓固定器中的圆筒分段侧向地彼此偏离分开，而圆筒分段的彼此离开是通过将一顶侧构成钝锥的致动器挤入到由圆筒分段构成的环形孔口中实现的。该形状记忆致动器在温度输入时在纵轴方向上伸长及由此引起上述升高及圆筒分段彼此被压开。在释放情况下温度的输入是借助焦耳热量实现的。为使圆筒分段彼此压开需要一个相对大及有力的致动器，及在螺栓固定器中部件彼此滑动时可能出现冷粘接方面的问题。圆筒分段的构成、它在固定状态中的固定及在释放状态中用于彼此分离的装置需要一成本相对高的结构造型。
本发明的任务在于，创造一种具有形状记忆致动器的保持及释放装置，它能以简单的构型及很小的输入能量实现可靠的释放。
根据本发明，该任务将通过权利要求1的特征方案来解决。本发明的另外构型被描述在从属权利要求中。
本发明使用具有形状记忆、即形状记忆合金(Shape MemoryAlloys)的合金特性。这种合金例如是基于TiNi的合金，具有众知的两个不同的确定相，即在低温时的马氏体和在高温时的奥氏体，及当将该合金加热时相逐渐地过渡。根据本发明将使用该合金的所谓“单向效应”。在此情况下，在马氏体中产生合金的“假塑性”变形，该变形在通过温度升高调节成的奥氏体中又以公知方式返回。接着的马氏体的冷却而不会引起再变形，而是保持在奥氏体中返回的状态。
根据本发明的保持及释放机构具有其优点，即它由很少的部件组成，由于结构紧凑易于组合到现有的设计方案中及由此使公知的结构简化。根据本发明的保持(及释放)机构的另一优点在于，在线释放时不产生任何-如烟火技术中释放所产生的-被炸掉的部分，及在释放时不破坏任何部分。通过用专门机械处理步骤予处理的形状记忆合金的应用，可使马氏体起点温度明显地高于市场上可得到的TiNi合金的值。在使用这种合金时，可使根据本发明的线保持(及释放)机构即使在较高的环境温度下也可有利地被使用，如在宇航发射时可能出现的环境温度下被使用。
将借助以下附图来详细描述本发明的实施例。
图1表示一个具有致动器支承的螺栓固定器的正面剖视图，图2表示未描绘致动器支承的、在释放状态的螺栓固定器，及图3表示去除致动器支承上部分后该螺栓固定器的上视图。
在图1中所示的螺栓固定器1的实施例的组成为两个圆筒分段2及3，一个机械弹簧6，一个拨叉17，一个线圈4、它具有两个带钩状孔口27及28的线端部7及8，一个致动器支承11、它由一个下部件12、一个中间部件13及一个上部件14组成。在致动器支承11中，在被覆盖的环形槽15及16中各放置着一个形状记忆金属线9及10。这些环形的记忆金属线9及10是断开的并用其一个端部伸到孔口27及28中，及由此使通过弹簧6处于张应力下的线圈4保持缩紧。待被保持的螺栓20用其栓螺纹5及螺栓凸销18伸入到被线圈4缩紧保持的圆筒分段2及3中。
上述螺栓螺栓固定器1的释放状态表示在图2中。通过可控温度的输入，这两个记忆金属线9及10-在简化的图2中未示出-沿其纵轴收缩并从孔口27及28缩回。由此线圈4张开及圆筒分段3在预压机械弹簧6的作用下沿侧向翻转移开。该翻转移开的圆筒分段3使螺栓螺纹5纵向半拉释放开来。在此情况下，固定在圆筒分段3上的拨叉17这样地作用在螺栓凸销18上，即，使后者在相应于方向箭头29的侧向上被带动，及由此使其螺栓螺纹5的第二纵向半拉从螺栓固定器1中脱离出来。
譬如，当火箭起动时，可借助螺栓20使一个宇宙飞船的太阳能电池屏收压在一起，其中螺栓通过收压在一起的太阳能电池屏处于-作用在其纵轴上的-预张力下。当在温度控制的释放情况下，在上述释放过程结束后，由于在方向箭头19(见图1)上的预张力作用该螺栓从螺栓固定器1中脱开及使太阳能电池屏释放张开。
在图3中表示上述的螺栓固定器在取下致动器支承11的上部件14-在图3中未示出-情况下的顶视图。线圈4的线端部8及9与线圈4相切地导入致动器支承11中。
在可看到的中间部分13中被加工出一个环形槽16，在该槽中放置该形状记忆金属线10。在致动器支承的组装状态下-在装上上部件14时，环形槽16被上部件14覆盖住。该环形形状记忆金属线10在一个位置上是断开的，及在该位置上将其一个端部用线固定器21固定在环形槽16中。此外，该线固定器21构成一个位于形状记忆金属线10及一个电流导线22之间的电触点。形状记忆金属线10的另一端在该环形槽16中未被固定，而是伸在一个隙缝25中，该缝以一个确定的角度切断环形槽16。该角度由线端部8的切线配置确定。
在该缝25中，形状记忆金属线10的端部在马氏体未加温的状态中被伸穿在处于张应力下的线端部8的钩状孔口28中。在加热到奥氏体状态的情况下，形状记忆金属线10的端部从孔口28缩回并使线端部8释放。
形状记忆金属线10的加热通过焦耳热量来产生。为此，在形状记忆金属线10之可自由移动的端部设置第二电流端子26，其中电流导线23的去掉绝缘的端部在一个与环形槽横向配置的隙缝30中与形状记忆金属线10机械地连接，该缝对于形状记忆金属线10的收缩移动具有足够的宽度。
可以使用具有形状记忆的不同合金，例如通常的未专门机械预处理的TiNi线，其奥氏体起始温度值在60及80摄氏度(C)之间的范围中。该实施例的形状记忆金属线10是TiNi线并用专门的轧辊工序这样被予处理，即该线的奥氏体起点温度值大于100摄氏度(C)。
在该实施例中线圈4的另一金属线端部7相应于上述线端部8的实施方式被形状记忆金属线9保持，后者被放置在下部件12的环形槽15中。但也可以使一个线端部7或8固定地保持在该螺栓固定器中。通过两个线端部可释放的保持作用可实现对于螺栓20之释放的一种有利宽余度。
致动器支承11可由一种多醚酮醚(PEEK)耐高温塑料制成。该材料作为宇航材料是合格的及在绝缘方面的电参数与另外的塑料相比非常好。使用另外的耐温及电绝缘材料也是可能的。
权利要求
1．具有形状记忆致动器的保持及释放机构，它受温度控制地释放一个处于张应力下的(金属)线端部，其特征在于(金属)线端部(7,8)被一个形状记忆(金属)线(9,10)的未固定端部保持，该形状记忆(金属)线在温度输入时在其纵轴方向上收缩及它未固定的端部从由线端部(7,8)构成的孔口(27,28)中缩出。
2．根据权利要求1的保持及释放机构，其特征在于形状记忆(金属)线(9,10)被构成具有断开处的环形。
3．根据权利要求2的保持及释放机构，其特征在于形状记忆(金属)线(9,10)被接纳在一个覆盖着的环形槽(15,16)中；及在环形槽(15,16)中并在形状记忆(金属)线(9,10)的未被固定的端部区域设有一个隙缝(25)，用于使孔口(27,28)插入。
4．根据权利要求1至3中一项的保持及释放机构，其特征在于形状记忆(金属)线(9,10)利用温度升高时的形状记忆材料的“单向效应”作不可逆地收缩。
5．根据权利要求1至4中一项的保持及释放机构，其特征在于该形状记忆材料是基于TiNi合金的材料。
6．根据权利要求5的保持及释放机构，其特征在于该形状记忆材料是一种专门用一机械方法预处理过的线材，由于该预处理它具有大于100摄氏度(C)的奥氏体起点温度值。
7．根据权利要求1至6中一项的保持及释放机构，其特征在于形状记忆(金属)线(9,10)被接纳在一个致动器支承(11)中，后者由多醚酮醚(PEEK)耐高温塑料制成。
8．根据权利要求1至7中一项的保持及释放机构，其特征在于形状记忆(金属)线(9,10)被加热到奥氏体起点温度是借助焦耳热量来实现的。
9．根据权利要求1至8中一项的保持及释放机构，其特征在于该保持及释放机构被用于一个具有线圈(4)的螺栓固定器中，该线圈(4)克服一个机械弹簧(6)的压力将圆筒分段(2,3)保持在一起；在保持在一起的圆筒分段(2,3)的螺纹孔中接纳一个具有螺栓螺纹(5)的处于张应力下的螺栓(20)；该保持及释放机构保持住线圈(4)的线端部(7,8)，及在线端部(7,8)通过该保持及释放机构释放时使圆筒分段(2,3)彼此翻转分开并释放螺栓(20)。
全文摘要
本发明的目的是创造一种具有形状记忆致动器的保持及释放机构,它能以简单的构型及很小的输入能量实现可靠的释放。根据本发明,该目的这样地实现:(金属)线端部(7,8)被一个形状记忆(金属)线(9,10)的未固定端部保持,该形状记忆(金属)线在温度输入时在其纵向上收缩及它未固定的端部从由线端部(7,8)构成的孔口(27,28)中缩出。本发明将应用在一种具有形状记忆致动器的保持及释放机构中,它受温度控制释放一个处于张应力下的(金属)线端部。
文档编号B64G1/44GK1320093SQ99811348
公开日2001年10月31日 申请日期1999年9月14日 优先权日1998年9月24日
发明者M·罗斯, A·舒斯特尔, H·沃根雷特尔, H·沃尔布鲁格, M·雷恩德尔 申请人:伊德斯德国股份有限公司