FRITZ LISA (DE)
NISSLE SEBASTIAN (DE)
GURKA MARTIN (DE)
WO2014138049A2 | 2014-09-12 |
US20090301094A1 | 2009-12-10 |
Patentansprüche 1 . Biegeaktuator (1 ), der eine Kunststoff-Basisschicht (2) und ein Formgedächtniselement (3) aus Formgedächtnismaterial umfasst, das aktiv in eine Formgedächtniswirkrichtung verkürzbar ist, wobei das Formgedächtniselement (3) außerhalb der Basisschicht (2) angeordnet und mit der Basisschicht (2) mechanisch verbunden ist, sodass der Biegeaktuator (1 ) dazu eingerichtet ist, dass auf Grund von Zug durch Kontraktion (K) des Formgedächtniselements (3) in eine Formgedächtniswirkrichtung eine Biegung in dem Biegeaktuator (1 ) auftritt, wobei zwischen dem Formgedächtniselement (3) und der Basisschicht (2) eine Zwischenschicht (6) angeordnet ist, deren Elastizitätsmodul geringer als der Elastizitätsmodul der Basisschicht (2) ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisschicht (2) aus einem langfaserverstärkten Kunststoff, einem kurzfaserverstärkten Kunststoff, oder einem nicht faserverstärkten Kunststoff hergestellt ist, und die Zwischenschicht (6) aus einem Elastomer hergestellt ist. 2. Biegeaktuator (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Elastizitätsmodul der Zwischenschicht (6) ein Zehntel des Elastizitätsmoduls der Basisschicht (2) oder weniger beträgt, wobei der Elastizitätsmodul der Zwischenschicht (6) vorzugsweise ein Hundertstel oder weniger beträgt. 3. Biegeaktuator nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (6) zwischen der Basisschicht (2) und der Formgedächtniselement (3) bewirkt, dass die neutrale Faser (6) in Vergleich zu einem Biegeaktuator (1 ) ohne die Zwischenschicht (6) um höchstens 10% der Dicke der Zwischenschicht verschoben ist. 4. Biegeaktuator (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Zwischenschicht wenigstens 50% der Dicke der Basisschicht beträgt. 5. Biegeaktuator (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisschicht (2) als ein langgestreckter Streifen ausgebildet ist, wobei sich vorzugsweise das Formgedächtniselement (3) zumindest näherungsweise von einem Ende der Basisschicht (2) in Längsrichtung zu dem anderen Ende der Basisschicht (2) in Längsrichtung erstreckt. 6 . Biegeaktuator (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Formgedächtniselement (3) im Wesentlichen die Form von einem oder mehreren Drähten (3a, 3b) hat, die bevorzugt parallel zueinander und in einer Ebene angeordnet sind. 7. Biegeaktuator (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Formgedächtniselement (3) an zumindest einem Ende der Basisschicht (2) gegen Verschiebung in die Formgedächtniswirkrichtung verankert ist, insbesondere durch mindestens einen mit dem Formgedächtniselement (3) verbundenen Ankerdraht (4), der bevorzugt in Kunststoff eingebettet ist, der mit der Basisschicht (2) mechanisch verbunden ist. |
Diese Erfindung betrifft einen Biegeaktuator, der eine Kunststoff-Basisschicht und ein Formgedächtniselement aus Formgedächtnislegierung umfasst, das aktiv in eine
Formgedächtniswirkrichtung verkürzbar ist, wobei das Formgedächtniselement außerhalb der Basisschicht angeordnet und mit der Basisschicht mechanisch verbunden ist, sodass auf Grund von Zug durch Kontraktion des Formgedächtniselements eine Biegung in dem Biegeaktuator auftritt.
Im Stand der Technik ist es bekannt, Elemente aus Formgedächtnislegierung in ein Kunststoffmaterial einzubetten. Auf diese Weise kann ein Aktuator hergestellt werden, welcher die Spannungen und Dehnungen der Formgedächtnislegierung nutzt, um eine Verformung eines ganzen Aktuators zu bewirken. Insbesondere kann eine Biegung durch eine Kontraktion einer Formgedächtnislegierung, die außerhalb einer neutralen Faser des- Kunststoffverbundes angeordnet ist, bewirkt werden.
Beispielsweise ist in dem Artikel„Load Comforming Design and Manufacturing of Active Hybrid Fiber Reinfroced Polymer Structure with Integrated Shape Memory Alloy Wires for Actuation Purposes" von M. Hübler, S. Nissle, M. Gurka und U. Breuer in den Proceedings zur ACTUATOR 2014, 14th International Conference on New Actuators, Bremen,
Germany, 23-25 June 2014 ein Biegeaktuator veröffentlicht worden, in welchem ein faserverstärkter Kunststoff mit Drähten aus einer Formgedächtnislegierung kombiniert ist. Bei dieser Lösung sind die Formgedächtniselemente auf eine Basisschicht aus
faserverstärktem Kunststoff aufgebracht. Die Formgedächtniselemente weisen zum Zwecke einer zugübertragenden Befestigung an ihren beiden Enden jeweils einen gemeinsamen Ankerdraht auf, der mit allen Formgedächtniselementen an einem ihrer Enden verbunden ist. Die Ankerdrähte sind auf der Basisschicht in eine Schicht aus Kurzfasern einlaminiert, die sich in einem Bereich um die Ankerdrähte erstreckt (s. Fig.3 des Artikels). Zur Verstärkung des Bereichs ist über der Schicht aus Kurzfasern eine weitere Schicht mit einer Glasfaserlage aufgebracht, die sich über der Schicht aus
Kurzfasern erstreckt. Auf diese Weise kann eine feste Verbindung zwischen den
Ankerdrähten und der Basisschicht an deren beiden Enden hergestellt werden. Über die Formgedächtniselemente ist auf der Außenseite des Biegeaktuators als Schutz eine weitere Glasfaserschicht gelegt, welche jedoch wesentlich dünner als die Basisschicht ist. Eine Erwärmung der Formgedächtnislegierung bewirkt deren Zusammenziehen, wodurch der Biegeaktuator stark gebogen wird, wie in der Figur 6 des Artikels dargestellt ist.
Nachteilig an dieser Lösung ist, dass sich eine sehr starke Biegung ergibt, die für viele Anwendungen ein zu großes Ausmaß erreicht. Außerdem führt die enorme Biegung zu schneller Zerstörung des Biegeaktuators.
Aus der Patentanmeldung US 2009/0301094 A1 ist bekannt, am internen Ende einer Flugzeugturbine verstellbare Klappen anzubringen. Diese Klappen umfassen ein Gelenk mit einem Element aus Faserverbundwerkstoff, einem flexiblen Element und einem
Element aus Formgedächtnismaterial, dessen Temperaturänderung eine Verstellung der Klappe bewirken kann. Das flexible Element ist zwischen dem Formgedächtniselement und dem Element aus Faserverbundwerkstoff angeordnet und kann als Material ein duroplastisches Polymer wie Epoxidharz, Polyimid oder Schaum umfassen.
Gegenstand der Erfindung ist ein Biegeaktuator, bei dem zwischen der Basisschicht und dem Formgedächtniselement eine Zwischenschicht angeordnet ist, welche einen
Elastizitätsmodul aufweist, der geringer als der Elastizitätsmodul der Basisschicht ist. Mit den genannten Elastizitätsmoduln sind Elastizitätsmoduln gemeint, die in der
Formgedächtniswirkrichtung wirksam und somit für die aktive Biegung des Biegeaktuators relevant sind. Die erfindungsgemäße Zwischenschicht hat mehrere vorteilhafte Effekte.
Auf Grund des außerordentlichen Dehnungsvermögens des Formgedächtniselements ergeben sich zwischen der Basisschicht und dem Formgedächtniselement sehr hohe Schubspannungen, die zu schnellem Versagen der Verbindung zwischen der Basisschicht und dem Formgedächtniselement führen können. Durch die Anordnung des
Formgedächtniselements an der Zwischenschicht wird die starke Dehnung des
Formgedächtniselementes zunächst in die im Vergleich zu der Basisschicht weichere Zwischenschicht eingeleitet. Durch den geringeren Elastizitätsmodul der Zwischenschicht kann sich die Zwischenschicht mit dem Formgedächtniselement verformen, ohne dass dabei Spannungen auftreten, die für den Biegeaktuator schnell zerstörerisch wirken. Durch die Verformung der Zwischenschicht können die Dehnungen des Formgedächtniselements auf ein für die Basisschicht und die Verbindung zwischen der Basisschicht und der
Zwischenschicht erträgliches Maß reduziert werden. Dadurch erhöht sich die Lebensdauer des Biegeaktuators.
Außerdem erhöht die Zwischenschicht den Abstand des Formgedächtniselements von der neutralen Faser des Biegeaktuators. Dies hat zur Folge, dass die Längendehnung des Formgedächtniselementes eine geringere Biegewirkung auf den Biegeaktuator hat. Daher bewirkt die Zwischenschicht vorteilhaft eine geringere Biegung und eine geringere
Bewegung des Endes des Biegeaktuators. Durch die Wahl der Dicke der Zwischenschicht kann ein gewünschter Ausschlag eingestellt werden.
Bevorzugt ist die Zwischenschicht zwischen dem gesamten Formgedächtniselement und der Basisschicht angeordnet. Dazu kann beispielsweise das Formgedächtniselement vor dem Zusammenbau mit der Basisschicht mit der Zwischenschicht beschichtet werden. Dies ist einfach zu bewerkstelligen und hat den Vorteil, dass nur relevante Bereiche mit der Zwischenschicht bedeckt sind. Es ist auch denkbar, die gesamte Basisschicht auf ihrer zu dem Formgedächtniselement gerichteten Seite mit der Zwischenschicht zu belegen. Auf diese Weise kann zum Beispiel ein vorbeschichtetes Ausgangsmaterial verwendet werden. tHübier, Mi]
Vorzugsweise wird die Aktivierung des Formgedächtniselementes durch joulesche
Erwärmung mit elektrischem Strom bewirkt. Es ist jedoch auch denkbar, dass der
Biegeaktuator in einer oder mehreren Umgebungen mit verschiedenen Temperaturen arbeitet und sich auf Grund dessen verformt. Beim Abkühlen kehrt der Biegeaktuator zumindest näherungsweise in seine Ausgangsform zurück.
In einer Ausführungsform des Biegeaktuators kann der Elastizitätsmodul der
Zwischenschicht ein Zehntel oder weniger als der Elastizitätsmoduls der Basisschicht betragen. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn die Basisschicht aus
langfaserverstärktem Kunststoff und die Zwischenschicht aus kurzfaserverstärktem
Kunststoff hergestellt ist, wobei insbesondere die Faseranteile der Basisschicht und der Zwischenschicht geeignet angepasst werden können. Das genannte Verhältnis der Elastizitätsmoduln kann sich auch ergeben, wenn die Basisschicht aus einem
kurzfaserverstärkten Kunststoff hergestellt ist und die Zwischenschicht aus nicht faserverstärktem Kunststoff hergestellt ist. Eine weitere Möglichkeit ist, die Basisschicht aus einem nicht faserverstärkten Kunststoff herzustellen und die Zwischenschicht aus einem Elastomer.
Es ist auch möglich, dass der Elastizitätsmodul der Zwischenschicht ein Hundertstel des Elastizitätsmoduls der Basisschicht oder weniger beträgt. Ein solcher Unterschied der Elastizitätsmoduln kann beispielsweise mit Materialkombinationen für die Basisschicht und die Zwischenschicht erreicht werden, in denen die Basisschicht aus langfaserverstärktem Kunststoff und die Zwischenschicht aus nicht faserverstärktem Kunststoff hergestellt ist oder die Basisschicht aus kurzfaserverstärktem Kunststoff und die Zwischenschicht aus Elastomer hergestellt ist.
Grundsätzlich sind jedoch eine Basisschicht aus lang- oder kurzfaserverstärktem oder nicht faserverstärktem Kunststoff und eine Zwischenschicht aus lang- oder
kurzfaserverstärktem oder nicht faserverstärktem Kunststoff oder faserverstärktem oder nicht faserverstärktem Elastomer in beliebigen Kombinationen denkbar, in welchen ein ausreichender Unterschied der Elastizitätsmoduln besteht. Als Fasern können
beispielsweise Glasfasern, Kohlenstofffasern oder Naturfasern eingesetzt werden.
Es ist auch denkbar, den Faseranteil von Langfasern oder Kurzfasern in denselben oder verschiedenen Matrixmaterialien so stark zu variieren, dass sich ein ausreichend großer Unterschied der Elastizitätsmoduln ergibt.
Als Kunststoffmaterial für eine Basisschicht und/oder eine Zwischenschicht kommen beispielsweise thermoplastische und duroplastische Kunststoffe in Frage.
Die Auswahl der Materialien hängt neben dem Elastizitätsmodul auch von der Dicke der Zwischenschicht ab, da eine dicke Zwischenschicht Schubspannungen zwischen dem Formgedächtniselementen und der Basisschicht besser ausgleichen kann als eine dünne und somit bei einer weicheren Zwischenschicht weniger Schichtdicke erforderlich ist.
Das Formgedächtniselement ist vorzugsweise ein metallisches Formgedächtniselement, insbesondere aus einer Nickel-Titan-Legierung. Es ist jedoch auch denkbar, andere Formgedächtnismaterialien einzusetzen, einschließlich Materialien, die in der Zukunft entwickelt werden.
In einer weiteren Ausführungsform des Biegeaktuators verschiebt das Einfügen der Zwischenschicht eine neutrale Faser bzgl. der Biegung durch das Formgedächtniselement um weniger als 20% der Dicke der Zwischenschicht. Wenn dies der Fall ist, ergibt sich eine besonders gute Verringerung der Biegewirkung des Formgedächtniselements. Dies wird im Vergleich zu einer theoretischen Überlegung klar, in der vergleichshalber eine Zwischenschicht aus demselben Material wie die Basisschicht als Zwischenschicht eingefügt wird. Dann verschiebt sich die neutrale Faser, wie auch bei einer weichen Zwischenschicht, in Richtung der Zwischenschicht, jedoch in einem solchen Ausmaß, dass die neutrale Faser nach der Einfügung durch ihre erhebliche Verschiebung dem ebenfalls verschobenen Formgedächtniselement nachfolgt. Dadurch gewinnt das
Formgedächtniselement weniger Abstand zu der neutralen Faser als bei Verwendung einer weichen Zwischenschicht, wodurch die Biegung des Formgedächtniselements in geringerem Ausmaß verringert wird als bei einer weichen Zwischenschicht. Um einen vergleichbaren Abstandseffekt zu erreichen, müsste daher sehr viel mehr starres Material als weiches Material hinzugefügt werden, was den Biegeaktuator stark versteifen würde. Um eine geringere Verschiebung der neutral Faser zu erreichen, kann eine entsprechende Materialwahl für die Zwischenschicht getroffen werden. Außerdem hat die Dicke der Zwischenschicht eine Auswirkung auf das Ausmaß der Verschiebung der neutralen Faser, die umso größer ausfällt, je größer der Elastizitätsmodul der Zwischenschicht ist. Durch geeignete Auswahl der beiden genannten Größen, nämlich der Dicke der Zwischenschicht und deren Elastizitätsmoduls, und durch Berechnung der Lage der neutralen Faser kann ein Fachmann erreichen, dass sich die neutrale Faser durch das Hinzufügen der
Zwischenschicht um weniger als 20% der Dicke der Zwischenschicht verschiebt.
Besonders bevorzugt wird jedoch, dass sich die neutrale Faser um 10% der Dicke der Zwischenschicht oder weniger verschiebt.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung beträgt die Dicke der Zwischenschicht wenigstens 50% der Dicke der Basisschicht. Die Praxis zeigt, dass mit einer solchen Konstruktionsregel ein Abstand zwischen dem Formgedächtniselement und der
Basisschicht geschaffen wird, der für viele Anwendungen des Biegeaktuator geeignet ist.. Wenn ein Elastomer als Zwischenschicht benutzt wird, kann dessen Elastizitätsmodul beispielsweise zwischen 3 und 20MPa, vorzugsweise etwa 8MPa, betragen. [Hübier, M2] In einer weiteren Ausführungsform ist der Biegeaktuator streifenförmig ausgebildet. Auf der ebenfalls streifenförmigen Basisschicht ist die Zwischenschicht angeordnet, auf der sich bis zu beiden Enden in Längsrichtung ein oder mehrere Formgedächtniselemente erstrecken. Aufgrund der Länge und der relativ geringen Dicke des Streifens ergibt sich eine gute Biegefähigkeit, wodurch nicht nur marginale Ausschläge erzielt werden können.
In einer weiteren Ausführungsform sind die Formgedächtniselemente als ein oder mehrere Drähte ausgebildet, welche parallel auf oder im Randbereich der Zwischenschicht verlaufen. Die Ausbildung als Drähte ermöglicht ein schnelles Erwärmen und Abkühlen, um den Formgedächtniseffekt zu bewirken und rückgängig zu machen. Weiter ist denkbar, das Formgedächtniselement als Gitter auszubilden, das zumindest abschnittsweise aus Formgedächtnisdraht hergestellt ist. Dabei sind die Längsgitterstäbe in
Formgedächtniswirkrichtung als Formgedächtnisdrähte ausgebildet. Sie haben zueinander vorzugsweise gleichmäßige Abstände. Die unter einem Winkel, bevorzugt einem Winkel von 90°, dazu ausgerichteten Quergitterstäbe sind vorzugsweise aus einem Material hergestellt, das keinen Formgedächtniseffekt zeigt. Auf diese Weise wird die Verformung um nur eine Biegeachse bewirkt, die bevorzugt quer zu einer Längsrichtung des
Biegeaktuator angeordnet ist. Die Quergitterstäbe können in Kunststoff eingebettet sein, der direkt oder indirekt, nämlich insbesondere über die Zwischenschicht, mit der
Basisschicht verbunden ist. Vorzugsweise ist dieser Kunststoff faserverstärkt, um der Flächenpressung durch das Ankerelement besser widerstehen zu können. Besonders bevorzugt werden zur Verstärkung Kurzfasern verwendet, da sich diese leicht an die Form des Ankerelements anpassen können. Die Quergitterstäbe sind vorzugsweise gleichmäßig beabstandet und können in einem mittleren Bereich in Formgedächtniswirkrichtung des Formgedächtniselementes weggelassen sein. Dies ist vorteilhaft, wenn, wie in vielen Fällen, in der Mitte des Biegeaktuators geringe Änderungen des Biegeradius vorliegen, was zu geringeren Anforderungen an die Befestigung des Formgedächtniselementes an dem Biegeaktuator führt. Somit kann dadurch Fertigungs- und Materialaufwand eingespart werden|[Hübier, M3] . Unabhängig davon kann es sinnvoll sein, ein Ankerelement an einer Stelle vorzusehen, an der sich die Biegesteifigkeit des Biegeaktuators in Richtung der Krümmung ändert, die mit dem Formgedächtniselement hervorgerufen wird. Dies kann beispielsweise an einer Stelle einer Dicken- und/oder Breitenänderung oder einer
Änderung des Materials oder seiner Faserverstärkung oder einer sonstigen Änderung des Flächenträgheitsmoments, das bezüglich der aktiv hervorgerufenen Biegung wirksam ist, der Fall sein. An solchen Stellen ändert sich der Biegeradius, die durch die aktive
Verformung des Biegeaktuator hervorgerufen wird. Dies wiederum führt dazu, dass an diesen Stellen erhöhte Schubkräfte zwischen dem Formgedächtniselement und der Basisschicht übertragen werden müssen. Dies kann an solchen Stellen durch ein oder mehrere Ankerelemente unterstützt werden.
Es ist auch denkbar, das Formgedächtniselement als einen oder mehrere dünne Streifen, eine Folie oder eine dünne Platte auszuführen.
In einer weiteren Ausführungsform des Biegeaktuators sind ein oder mehrere
Formgedächtniselemente mittels eines Ankerelementes mit der Basisschicht verbunden, sodass das Formgedächtniselement über das Ankerelement Zugkräfte in
Formgedächtniswirkrichtung auf die Basisschicht übertragen kann. Vorzugsweise werden Zugkräfte durch Formschluss zwischen dem Ankerelement und der Basisschicht übertragen. Zusätzlich kann Stoffschluss eingesetzt werden. Besonders bevorzugt ist für das Ankerelement ein Ankerdraht, der in einem Kunststoff eingebettet ist, welcher stoffschlüssig und möglicherweise auch formschlüssig mit der Basisschicht verbunden ist. Vorzugsweise ist das Ankerelement fest mit dem Formgedächtniselement verbunden, beispielsweise formschlüssig oder durch Stoffschluss, etwa durch Anschweißen. Das Ankerelement und das Formgedächtniselement können vor dem Einbringen in den Biegeaktuator durch Vorfertigung miteinander verbunden sein. Vorzugsweise verläuft das Ankerelement im Wesentlichen quer zu der Formgedächtniswirkrichtung. Auf diese Weise ist ein guter Ankereffekt möglich. Quergitterstäbe eines gitterförmigen
Formgedächtniselementes können als Ankerelemente wirken. Durch das Ankerelement kann Strom fließen, welcher zum Erwärmen des Formgedächtniselementes dient.
Im Folgenden werden an Hand der Figuren im Anhang Ausführungsformen der Erfindung beispielhaft beschrieben. In den Figuren sind:
Figur 1 : eine schematische Draufsicht auf einen Biegeaktuator mit einem
Formgedächtniselement,
Figur 2 eine schematische Ansicht eines unverformten Biegeaktuators mit einem vergrößerten Ausschnitt auf eine Zwischenschicht zwischen einer Basisschicht und einem Formgedächtniselement,
Figur 3 eine schematische Ansicht eines verformten Biegeaktuators,
Figur 4a ein schematischer Querschnitt durch einen Biegeaktuator ohne
Zwischenschicht zum Vergleich der Erfindung mit dem Stand der Technik und
Figur 4b ein schematischer Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen
Biegeaktuator mit Zwischenschicht.
Figur 1 zeigt schematisch eine Draufsicht auf einen Biegeaktuator 1 . Der Biegeaktuator 1 umfasst eine Basisschicht 2, auf die eine Zwischenschicht 6 aufgebracht ist. Der
Elastizitätsmodul der Zwischenschicht 6 ist geringer als der Elastizitätsmodul der
Basisschicht 2. Auf die Zwischenschicht 6 ist ein Formgedächtniselement 3 aufgebracht, welches Drähte 3a und 3b aus Formgedächtnislegierung sowie einen Ankerdraht 4 umfasst. Der Ankerdraht 4 ist in nicht dargestelltes Kunststoffmaterial eingebettet, wodurch er formschlüssig und stoffschlüssig mit der Basisschicht 2 verbunden ist. Die
Zwischenschicht 6 kann an der Stelle weggelassen sein, an der sich das
Kunststoffmaterial zur Einbettung des Ankerdrahtes 4 befindet. Weiter umfasst der Biegeaktuator 1 zwei Anschlussdrähte 5a und 5b[Hübier, M4] . Die Anschlussdrähte 5a und 5b sind vorzugsweise zumindest angenähert quer zu der Formgedächtniswirkrichtung angeordnet und wirken auf diese Weise ebenfalls als Ankerdrähte. Sie können auf gleiche Weise wie herkömmliche Ankerdrähte eingebettet sein. Über die Anschlussdrähte kann, wie mit Pfeilen dargestellt, ein elektrischer Strom in den Biegeaktuator 1 eingeleitet und daraus ausgeleitet werden. Vorzugsweise erstreckt sich ein Anschlussdraht 5a, 5b über die Begrenzungen der Basisschicht hinaus, wodurch er gut kontaktiert werden kann. Der elektrische Strom fließt von dem Anschlussdraht 5a zu einem oder mehreren, in diesem Ausführungsbeispiel drei, der Drähte 3a aus Formgedächtnislegierung. Über den
Ankerdraht 4 fließt der elektrische Strom zu einem oder mehreren weiteren, in diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls drei, Drähten 3b aus Formgedächtnislegierung. Diese drei Drähte 3b sind mit dem Anschlussdraht 5b verbunden. Durch kleine Pfeile ist der
Stromfluss durch das Formgedächtniselement dargestellt, durch den sich das Formgedächtniselement erwärmt. Dadurch wird eine Kontraktion der Drähte 3a und 3b bewirkt, was wiederum eine Biegung des Biegeaktuators aus der Ebene der Figur 1 heraus auf den Betrachter zu bewirkt.
Figur 2 verdeutlicht den Aufbau des Biegeaktuators 1 an Hand einer schematischen Seitenansicht, die zusätzlich einen vergrößerten Ausschnitt des Biegeaktuators 1 umfasst. Auf der schematisch dargestellten Basisschicht 2 ist die stark vergrößert dargestellte Zwischenschicht 6 berührend aufgebracht. Die Zwischenschicht 6 ist durch eine Vielzahl kleiner Auflagersymbole dargestellt, die verdeutlichen sollen, dass die Zwischenschicht 6 einen Abstand zwischen der Basisschicht 2 und dem Formgedächtniselement 3 schafft. Zugleich können über die Zwischenschicht 6 Kräfte von dem Formgedächtniselement 3 in die Basisschicht 2 übertragen werden. Insbesondere bewegen sich die
Befestigungsstellen des Formgedächtniselementes 3 an den virtuellen Auflagerpunkten der Zwischenschicht 6 aufeinander zu, wenn die Kontraktion des Formgedächtniselements 3 eintritt.
Wie in Figur 3 schematisch dargestellt ist, führen die durch Pfeile dargestellten
Kontraktionen K zwischen den Befestigungspunkten des Formgedächtniselementes 3 an den virtuellen Auflagerpunkten der Zwischenschicht 6 dazu, dass sich die Basisschicht einschließlich der Zwischenschicht und dem Formgedächtniselement 3 verbiegt. Es ergibt sich eine erhebliche Auslenkung im Vergleich zu einer unverformten Ausgangslage A.
Figur 4a zeigt schematisch einen Querschnitt durch einen Biegeaktuator 1 ohne eine Zwischenschicht und somit den Stand der Technik. Der Biegeaktuator 1 weist eine neutrale Faser 7 auf, die bei einer Biegung des Biegeaktuators in
Formgedächtniswirkrichtung keine Längenänderung erfährt. Eine Voraussetzung für eine erfolgreiche Biegung ist, dass das Formgedächtniselement 3 in einem Abstand zu der neutralen Faser 7 angeordnet ist. Eine Verkürzung des Formgedächtniselements 3 bewirkt somit eine Biegung des Biegeaktuators 1 . Durch den relativ geringen Abstand des
Formgedächtniselementes 3 von der neutralen Faser 7 findet eine starke Biegung des Biegeaktuator 1 statt. Die Berührungsfläche 37 zwischen der Basisschicht und dem
Formgedächtniselement 3 wird wegen der starken Dehnung des Formgedächtniselements 3, die beispielsweise bis 5% betragen kann, stark auf Schub belastet. Dies ist der
Lebensdauer des Biegeaktuators 1 stark abträglich. Figur 4b zeigt schematisch einen Querschnitt durch einen Biegeaktuator 1 mit einer Zwischenschicht 6 und somit die Erfindung. Durch die zwischen dem
Formgedächtniselement 3 und der Basisschicht 2 eingefügte Zwischenschicht 6 verschiebt sich die neutrale Faser 7 in Richtung des Formgedächtniselements 3. Die Zwischenschicht 6 bewirkt durch ihren Querschnitt in Verbindung mit ihrem Elastizitätsmodul diese
Verschiebung. Die Zwischenschicht 6 hat einen geringeren Elastizitätsmodul als die Basisschicht 2, sodass die Verschiebung der neutralen Faser 7 bevorzugt geringfügig ausfällt. Durch den Abstand, den die Zwischenschicht 6 zwischen dem
Formgedächtniselement 3 und der Basisschicht 2 schafft, ist das Formgedächtniselement 3 jedoch trotz der Verschiebung der neutralen Faser 7 erheblich weiter von der neutralen Faser 7 entfernt als bei dem in Figur 4a gezeigten Stand der Technik. Dadurch ergibt sich eine deutlich verringerte Biegung des Biegeaktuator 1 bei gleicher Kontraktion des
Formgedächtniselements 3. Außerdem wird die starke Dehnung des
Formgedächtniselements 3 von der weichen Zwischenschicht 6 zu der Basisschicht 2 übertragen, wobei der starke Dehnungsunterschied ausgeglichen werden kann. Auf Grund ihrer Nachgiebigkeit bewirkt die Zwischenschicht 6 eine deutlich verlängerte Lebensdauer des Biegeaktuators 1 , was insbesondere auch die Verbindungsflächen 62, 63 zwischen der Zwischenschicht 6 und der Basisschicht 2 bzw. dem Formgedächtniselement 3 einschließt.