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Patent Searching and Data


Title:
ACTUATING DEVICE AND EYE IMPLANT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2020/043715
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to an actuating device, which has at least one mechanical actuator, which comprises at least one first region made of a shape memory alloy that reacts to a first physical quantity and at least one second region made of a shape memory alloy that reacts to a second physical quantity, the first region being mechanically coupled to the second region. The invention further relates to an eye implant having an actuating device of this type.

Inventors:
MAIER HANS JÜRGEN (DE)
NÜRNBERGER FLORIAN (DE)
KARSTEN ELVIRA (DE)
RODMAN DMYTRO (DE)
Application Number:
PCT/EP2019/072823
Publication Date:
March 05, 2020
Filing Date:
August 27, 2019
Export Citation:
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Assignee:
UNIV HANNOVER GOTTFRIED WILHELM LEIBNIZ (DE)
International Classes:
F03G7/06
Domestic Patent References:
WO2012040380A12012-03-29
Foreign References:
US6069419A2000-05-30
US20040162545A12004-08-19
Other References:
EPHRAHIM GARCIA ET AL: "Induced-strain multimorphs for microscale sensory actuation design; Induced-strain multimorphs for microscale sensory actuation design", SMART MATERIALS AND STRUCTURES, IOP PUBLISHING LTD., BRISTOL, GB, vol. 13, no. 4, 1 August 2004 (2004-08-01), pages 725 - 732, XP020072478, ISSN: 0964-1726, DOI: 10.1088/0964-1726/13/4/010
Attorney, Agent or Firm:
GRAMM, LINS & PARTNER PATENT- UND RECHTSANWÄLTE PARTGMBB (DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Aktor (1 ), der wenigstens ein mechanisches Stellglied (3) aufweist, das wenigs- tens einen ersten Bereich (31 ) aus einer auf eine erste physikalische Größe (T) reagierenden Formgedächtnislegierung und wenigstens einen zweiten Bereich (32) aus einer auf wenigstens eine zweite physikalische Größe (H) reagieren- den Formgedächtnislegierung aufweist, wobei der erste Bereich (31 ) mit dem zweiten Bereich (32) mechanisch gekoppelt ist.

2. Aktor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (3) als bistabiles Stellglied ausgebildet ist, das zwei stabile Verstellpositionen aufweist, oder das Stellglied (3) als multistabiles Stellglied ausgebildet ist, das mehr als zwei stabile Verstellpositionen aufweist.

3. Aktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (3) dazu eingerichtet ist,

a) eine Stellbewegung in einer ersten Stellrichtung durchzuführen, wenn der erste Bereich (31 ) mit einer ersten physikalischen Größe (T) beaufschlagt wird, die eine erste Triggerbedingung (T > T1 ) erfüllt, und

b) eine Stellbewegung in einer zweiten Stellrichtung durchzuführen, wenn der zweite Bereich (32) mit einer zweiten physikalischen Größe (Fl) beauf- schlagt wird, die eine zweite Triggerbedingung (H > FH1 ) erfüllt, wobei die zweite Stellrichtung unterschiedlich von der ersten Stellrichtung ist.

4. Aktor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Stellrichtung entgegengesetzt zur zweiten Stellrichtung ist.

5. Aktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste physikalische Größe (T) eine andersartige physikalische Größe ist als die zweite physikalische Größe (H).

6. Aktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellglied (3) durch Anlegen der ersten physikalischen Größe (T), die eine erste Triggerbedingung (T > T1 ) erfüllt, in eine erste Endstellung stellbar ist, und durch Anlegen der zweiten physikalischen Größe (H), die eine zweite Triggerbedingung (H > H1 ) erfüllt, in eine zweite Endstellung einstellbar ist, und durch Anlegen der ersten und/oder der zweiten physikalischen Größe (T, H), die eine dritte Triggerbedingung (H = H2) erfüllt, in wenigstens eine zwischen der ersten und der zweiten Endstellung liegende Zwischenstellung stellbar ist.

7. Aktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (1 ) als Linearaktor ausgebildet ist, dessen Stellglied (3) zur Durchführung einer Linear-Stellbewegung bei Anlegen der ersten und/oder der zweiten physikalischen Größe (T, H) eingerichtet ist.

8. Aktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (1 ) als Ventileinrichtung ausgebildet ist, die einen Ventilkörper (34) und einen Ventilsitz (21 ) aufweist, wobei der Ventilkörper (34) in einem ge- schlossenen Zustand am Ventilsitz (21 ) anliegt und in einem geöffneten Zu- stand vom Ventilsitz (21 ) abgehoben ist, wobei die Ventileinrichtung zumindest zwischen dem geöffneten und dem geschlossenen Zustand mittels des Stell glieds (3) reversibel umschaltbar ist.

9. Aktor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung mittels des Stellglieds (3) in zumindest eine Zwischenstellung schaltbar ist, in der der Ventilkörper (34) nicht am Ventilsitz (21 ) anliegt, aber näher am Ventil- sitz (21 ) angeordnet ist als im geöffneten Zustand.

10. Aktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (1 ) eine Umhausung (4, 40) aufweist, durch die zumindest der erste und der zweite Bereich (31 , 32) des Stellglieds (3) mittels eines Gehäuse- materials gegenüber der Umgebung abgekapselt sind.

11. Aktor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäusematerial als biokompatibles Gehäusematerial ausgebildet ist.

12. Aktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bereich (31 ) über eine Längserstreckung des Stellglieds (3) oder zumindest über den überwiegenden Teil der Längserstreckung parallel zum zweiten Bereich (32) verläuft.

13. Aktor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bereich (31 ) in Längserstreckungsrichtung (L) des Stellglieds (3) eine größere Erstreckungslänge aufweist als der zweite Bereich (32).

14. Aktor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bereich (31 ) den zweiten Bereich (32) in einer Querrichtung quer zur Längserstreckungsrich- tung des Stellglieds (3) überlappt. 15. Augenimplantat, dadurch gekennzeichnet, dass das Augenimplantat einen Ak- tor (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.

Description:
Aktor und Augenimplantat

Die Erfindung betrifft einen Aktor, der wenigstens ein mechanisches Stellglied auf- weist, gemäß den weiteren Merkmalen des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außer- dem ein Augenimplantat mit einem derartigen Aktor.

Aktoren werden in der Technik für unterschiedlichste Aufgaben eingesetzt, z.B. zur mechanischen Verstellung von Bauteilen. Aktoren werden zudem in Form von Ventil- einrichtungen eingesetzt, z.B. für die Steuerung fluidischer Vorgänge, z.B. in der Pneumatik oder Hydraulik. Es besteht insbesondere ein großer Bedarf an Mikroakto- ren, d.h. Aktoren mit sehr geringer Baugröße. Solche Aktoren werden beispielsweise in der Medizintechnik eingesetzt, z.B. für Implantate. Im Bereich der Augenimplantate ist aus der US 2004/0162545 A1 ein Bypassventil für die Augeninnendruckregulie- rung bekannt.

Bekannte Aktoren sind relativ kompliziert im Aufbau und/oder benötigen relativ hohe Betätigungsenergien. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Aktor sowie ein damit gebildetes Augenimplantat anzugeben.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Aktor, der wenigstens ein mechanisches Stellglied aufweist, das wenigstens einen ersten Bereich aus einer auf eine erste physikalische Größe reagierenden Formgedächtnislegierung und wenigstens einen zweiten Bereich aus einer auf wenigstens eine zweite physikalische Größe reagie- renden Formgedächtnislegierung aufweist, wobei der erste Bereich mit dem zweiten Bereich mechanisch gekoppelt ist. Durch die Ausbildung des Aktors mit unterschied- lichen Bereichen, nämlich zumindest dem ersten und dem zweiten Bereich, jeweils mit einer Formgedächtnislegierung, die auf eine erste und eine zweite physikalische Größe reagieren, kann die Funktionalität des Aktors deutlich verbessert werden. Der Aktor kann einfacher aufgebaut sein, sodass beispielsweise beim Stand der Technik erforderliche Bauteile wie Rückstellfedern oder andere zusätzliche mechanische Ele- mente entfallen können. Hierdurch kann der Aktor einfacher und kompakter bereitge- stellt werden und dafür in geeigneterer Weise für medizinische Anwendungen einge- setzt werden, z.B. in Implantaten. Durch die mechanische Kopplung der wenigstens zwei jeweils aus einer Formgedächtnislegierung gebildeten Bereiche kann beispiels- weise eine Hin- und Herbewegung des Stellglieds realisiert werden. Hierbei ist es vorteilhaft, Formgedächtnislegierungen für den ersten und den zweiten Bereich ein- zusetzen, die einen sogenannten Einweg-Formgedächtniseffekt aufweisen, d.h. die sich bei Anlegen einer triggernden physikalischen Größe lediglich in eine Richtung verformen.

Die mechanische Kopplung zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich kann je nach Ausführungsform unterschiedlich realisiert werden. Ziel ist es, den ersten und den zweiten Bereich so miteinander zu verbauen, dass der eine Bereich den jeweili- gen anderen Bereich entweder mit dehnt oder mit staucht. Die mechanische Kopp- lung kann z.B. eine formschlüssige, stoffschlüssige und/oder reibschlüssige Kopp- lung sein. Eine stoffschlüssige Kopplung kann z.B. durch Verkleben, Verlöten und/o- der Verschweißen des ersten Bereichs mit dem zweiten Bereich realisiert werden.

Der Aktor kann außer dem ersten und dem zweiten Bereich auch noch einen dritten Bereich oder weitere Bereiche aufweisen. Ist ein dritter Bereich vorhanden, so kann dieser an der vom zweiten Bereich abgewandten Seite an den ersten Bereich an- grenzen. Der Aktor kann auch mehrschichtig aufgebaut sein, wobei abwechselnd erste und zweite Bereiche nebeneinander angeordnet sind und mechanisch mitei- nander gekoppelt sind.

Die erste und/oder die zweite physikalische Größe kann eine beliebige physikalische Größe sein, z.B. eine Temperatur, eine ein Magnetfeld charakterisierende Größe wie die magnetische Flussdichte, die magnetische Feldstärke oder der magnetische Fluss, oder eine elektromagnetische Wellen charakterisierende Größe, wie die elekt- rische Feldstärke oder die Lichtstärke, oder eine eine Strahlung charakterisierende Größe wie die Leistungsdichte bzw. Strahlungsintensität, die Strahlungsenergie, oder eine den elektrischen Strom oder die elektrische Spannung charakterisierende Größe. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Stellglied als bistabiles Stellglied ausgebildet ist, das zwei stabile Verstellpositionen aufweist, oder das Stellglied als multistabiles Stellglied ausgebildet ist, das mehr als zwei stabile Verstellpositionen aufweist. Als stabile Verstellposition wird dabei ein Zu stand angesehen, bei dem das Stellglied seine Verstellposition zumindest im We- sentlichen beibehält, auch wenn das Stellglied nicht mehr mit einer für die Auslösung einer Verstellbewegung mittels des Formgedächtniseffekts erforderlichen physikali- schen Größe beaufschlagt ist. Dies hat den Vorteil, dass das Stellglied eine einmal eingestellte Verstellposition beibehält, ohne dass zusätzliche Energie durch gezielte Bereitstellung der ersten und/oder zweiten physikalischen Größe zugeführt werden muss.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Stellglied dazu eingerichtet ist,

a) eine Stellbewegung in einer ersten Stellrichtung durchzuführen, wenn der erste Bereich mit einer ersten physikalischen Größe beaufschlagt wird, die eine erste Triggerbedingung erfüllt, und

b) eine Stellbewegung in einer zweiten Stellrichtung durchzuführen, wenn der zweite Bereich mit einer zweiten physikalischen Größe beaufschlagt wird, die eine zweite Triggerbedingung erfüllt, wobei die zweite Stellrichtung unterschied- lich von der ersten Stellrichtung ist.

Auf diese Weise kann eine Hin- und Herbewegung, z.B. eine reversible Bewegung zwischen einer ersten und einer zweiten Endposition des Stellglieds, realisiert wer- den. Das Stellglied ist somit durch Anlegen der ersten physikalischen Größe, die die erste Triggerbedingung erfüllt, in die erste Stellrichtung verstellbar, und durch Anle- gen der zweiten physikalischen Größe, die die zweite Triggerbedingung erfüllt, in die zweite Stellrichtung verstellbar. Dabei kann die erste Stellrichtung z.B. entgegenge- setzt zur zweiten Stellrichtung sein. So kann der erste Bereich beispielsweise derart ausgebildet sein, dass beim Beaufschlagen mit der ersten physikalischen Größe, die die erste Triggerbedingung erfüllt, der erste Bereich und damit das gesamte Stell- glied seine Länge verringert. Der zweite Bereich kann derart ausgebildet sein, dass bei Beaufschlagung des zweiten Bereichs mit der zweiten physikalischen Größe, die die zweite Triggerbedingung erfüllt, der zweite Bereich und damit das gesamte Stell glied seine Länge vergrößert.

Die erste physikalische Größe kann grundsätzlich eine gleichartige physikalische Größe wie die zweite physikalische Größe sein, z.B. die Temperatur oder eine ein Magnetfeld kennzeichnende Größe.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste physikalische Größe eine andersartige physikalische Größe ist als die zweite physikalische Größe. Dies hat den Vorteil, dass die verschiedenen Stellbewegungen des Stellglieds bzw. die Auslösung dieser Stellbewegungen zuverlässig voneinander getrennt werden können. Es kann insbesondere vermieden werden, dass es Über- schneidungen in den Triggerbedingungen der ersten und der zweiten physikalischen Größe geben kann. Beispielsweise kann die erste physikalische Größe die Tempera- tur sein, die zweite physikalische Größe eine ein Magnetfeld kennzeichnende Größe. So kann der erste Bereich beispielsweise aus einer thermischen Formgedächtnisle- gierung gebildet sein und der zweite Bereich aus einer magnetischen Formgedächt- nislegierung.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Stellglied durch Anlegen der ersten physikalischen Größe, die eine erste Triggerbe- dingung erfüllt, in eine erste Endstellung stellbar ist, und durch Anlegen der zweiten physikalischen Größe, die eine zweite Triggerbedingung erfüllt, in eine zweite End- stellung einstellbar ist, und durch Anlegen der ersten und/oder der zweiten physikali- schen Größe, die eine dritte Triggerbedingung erfüllt, in wenigstens eine zwischen der ersten und der zweiten Endstellung liegende Zwischenstellung stellbar ist. Auf diese Weise kann ein Stellglied mit mehr als zwei stabilen Verstellpositionen realisiert werden, z.B. ein tristabiles Stellglied. Das Stellglied kann auch weitere Zwischenstel- lungen aufweisen, die durch Anlegen einer ersten und/oder zweiten physikalischen Größe, die eine weitere Triggerbedingung erfüllt, eingenommen werden kann. Auf diese Weise kann das Stellglied je nach Auslegung praktisch beliebig feinverstellt werden. Dabei ist es möglich, dass das Stellglied in der einen Stellrichtung, z.B. der ersten Stellrichtung, nur über den gesamten Verstellbereich (zwischen den jeweiligen Endstellungen) verstellbar ist, und in der anderen Stellrichtung, z.B. der zweiten Stellrichtung, von der jeweiligen Endstellung in die eine oder die mehreren Zwischen- stellungen verstellbar ist.

Der Aktor kann je nach Auslegung beispielsweise für eine Verstellbewegung einge- richtet sein, bei der eine Verschwenkbewegung erfolgt.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Ak- tor als Linearaktor ausgebildet ist, dessen Stellglied zur Durchführung einer Linear- Stellbewegung bei Anlegen der ersten und/oder der zweiten physikalischen Größe eingerichtet ist. Auf diese Weise kann der Aktor in vielfältigen Anwendungen einge- setzt werden, wobei insbesondere Anwendungen in Ventileinrichtungen vorteilhaft sind.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Ak- tor als Ventileinrichtung ausgebildet ist, die einen Ventilkörper und einen Ventilsitz aufweist, wobei der Ventilkörper in einem geschlossenen Zustand am Ventilsitz an- liegt und in einem geöffneten Zustand vom Ventilsitz abgehoben ist, wobei die Venti- leinrichtung zumindest zwischen dem geöffneten und dem geschlossenen Zustand mittels des Stellglieds reversibel umschaltbar ist. Auf diese Weise können mittels des Aktors bzw. der auf diese Weise gebildeten Ventileinrichtung fluidische Vorgänge ge- steuert werden, z.B. Gasbewegungen oder Flüssigkeitsbewegungen. Befindet sich der Ventilkörper in dem geschlossenen Zustand, wird kein Fluid durchgelassen. Im geöffneten Zustand kann Fluid zwischen dem Ventilsitz und dem Ventilkörper hin durchströmen . Der Ventilkörper bildet damit ein Verschlussteil des Ventils. Hierfür kann der Ventilkörper beispielsweise eine Ventilschließfläche aufweisen, die dazu eingerichtet ist, im geschlossenen Zustand in Kontakt mit dem Ventilsitz zu gelangen. Die erwähnte erste Endstellung kann z.B. dem geöffneten Zustand entsprechen, die erwähnte zweite Endstellung kann z.B. dem geschlossenen Zustand entsprechen.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Ventileinrichtung mittels des Stellglieds in zumindest eine Zwischenstellung schaltbar ist, in der der Ventilkörper nicht am Ventilsitz anliegt, aber näher am Ventilsitz ange- ordnet ist als im geöffneten Zustand. Auf diese Weise kann die Ventileinrichtung hin- sichtlich ihres Öffnungsquerschnitts variabel eingestellt werden, d.h. zumindest in eine Zwischenstellung. Es können auch, wie zuvor bereits erläutert, mehrere Zwi- schenstellungen vorgesehen sein, sodass eine feinfühlige Einstellung des Öffnungs- querschnitts der Ventileinrichtung möglich ist.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Ak- tor eine Umhausung aufweist, durch die zumindest der erste und der zweite Bereich des Stellglieds mittels eines Gehäusematerials gegenüber der Umgebung abgekap- selt sind. Hierdurch sind zumindest der erste und der zweite Bereich des Stellglieds vor Umgebungseinflüssen geschützt. Zudem können unerwünschte Wechseleffekte mit der Umgebung vermieden werden. Dies ist insbesondere im Bereich medizini- scher Implantate wichtig, um eine ausreichende Bioverträglichkeit des Aktors zu ge- währleisten. Es kann auch der gesamte Aktor mit dem Gehäusematerial umgeben sein, wobei im Falle einer Ventileinrichtung zumindest ein Durchflusskanal im geöff- neten Zustand vorhanden sein muss.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Ge- häusematerial als biokompatibles Gehäusematerial ausgebildet ist. Auf diese Weise eignet sich der Aktor besonders für medizinische Anwendungen. Das Gehäusemate- rial kann z.B. ein biokompatibles Silikonmaterial sein.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der erste Bereich über eine Längserstreckung des Stellglieds oder zumindest über den überwiegenden Teil der Längserstreckung parallel zum zweiten Bereich verläuft. Die Längserstreckung des Stellglieds ist dabei die Längenausdehnung, in der das Stell- glied seine größte Abmessung hinsichtlich Länge, Breite und Höhe aufweist. Auf diese Weise kann ein relativ großer Verstellweg des Stellglieds realisiert werden.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der erste Bereich in Längserstreckungsrichtung des Stellglieds eine größere Erstre- ckungslänge aufweist als der zweite Bereich. Der erste Bereich überragt somit in Längserstreckungsrichtung den zweiten Bereich. Auf diese Weise kann eine zuver- lässige mechanische Kopplung zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich reali- siert werden. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der erste Bereich den zweiten Bereich in einer Querrichtung quer zur Längserstre- ckungsrichtung des Aktors überlappt.

Die eingangs genannte Aufgabe wird außerdem gelöst durch ein Augenimplantat, das einen Aktor der zuvor erläuterten Art aufweist. Auch hierdurch können die zuvor erläuterten Vorteile realisiert werden. Mittels des Augenimplantats kann eine zuver- lässige Augeninnendruckregulierung durchgeführt werden. Durch die Möglichkeit, dass der Aktor auch eine oder mehrere Zwischenstellungen aufweist, in die er ver- stellbar ist, kann die Augeninnendruckregulierung besonders gut angepasst an die aktuellen Parameter des Kammerwassers des Auges erfolgen, z.B. an die jeweilige Viskosität des Kammerwassers.

Der Aktor kann zusätzlich wenigstens ein Sensiermittel zur Sensierung der aktuellen Verstellposition des Stellglieds aufweisen. Auf diese Weise ist eine Erfassung und Rückmeldung der aktuellen Verstellposition möglich. Dies erlaubt eine Kontrolle, ob die gewünschte Verstellposition erreicht ist. Gegebenenfalls kann dann nachgeregelt werden. Das Sensiermittel kann beispielsweise als Dehnungsmessstreifen ausgebil- det sein.

Der Aktor kann außerdem wenigstens ein Drahtlos-Datenübertragungselement auf- weisen, durch das die von der Sensoreinrichtung sensierte aktuelle Verstellposition drahtlos an ein Empfangsgerät übertragbar ist. Das Drahtlos-Datenübertragungsele- ment kann beispielsweise als RFID-Chip ausgebildet sein. Dies ermöglicht es insbe- sondere in Anwendungen, in denen der Aktor bzw. das Sensiermittel nicht direkt drahtgebunden kontaktiert werden kann, z.B. im Fall von medizinischen Implantaten, dennoch die aktuelle Verstellposition von außen erfasst werden kann.

Als thermische Formgedächtnislegierung kann z.B. Nis4,5-57%-Ti (mit geringen Antei- len von O (0,05%), C (0,02%)) Umwandlungstemperatur Af (Austenit finish) = 50 °C - 80 °C mit einer maximalen Umwandlungsdehnung = 10% verwendet werden, das über eine vergleichsweise gute Standzeitqualität (1 Mio. Zyklen) und eine ausrei- chende Umwandlungsdehnung verfügt. Die Umwandlungstemperaturen der NiTi-Le- gierungen beginnen ab 50 °C - abhängig von der vorherig erfolgten chemischen Zu sammensetzung sowie Wärmebehandlung. Eine kurzzeitige Erwärmung auf 50 °C (< 1 s) ist dabei für das umliegende Gewebe unproblematisch. Aber auch NiTiCu-Legie- rungen kommen mit Umwandlungsdehnungen von 10% als thermische Formge- dächtnislegierungen in Betracht (Umwandlungstemperatur ab 40 °C). Zum definier- ten Schließen des Ventils kann z.B. der magnetische Formgedächtniseffekt einer Ni45-5i%-Mn27-3o%-Ga2o-24%-Legierung genutzt werden, die ein magnetisches Schaltfeld zwischen 150 mT bis 320 mT und einer maximalen Dehnung = 6% aufweist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Verwen- dung von Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen

Figur 1 einen Aktor im geschlossenen Zustand und

Figur 2 den Aktor gemäß Figur 1 im geöffneten Zustand und

Figur 3 ein Schaltablauf des Aktors gemäß den Figuren 1 und 2 und

Figur 4 ein weiterer Schaltablauf des Aktors gemäß den Figuren 1 und 2 und

Figur 5 eine weitere Ausführungsform eines Aktors im geschlossenen Zustand und

Figur 6 den Aktor gemäß Figur 5 im geöffneten Zustand.

Der in den Figuren dargestellte Aktor 1 ist jeweils in einer Schnittdarstellung darge- stellt. Wie in den Figuren 1 und 2 erkennbar ist, weist der Aktor 1 ein Stellglied 3 auf, das an einem Träger 2 befestigt ist. Der Träger 2 hat in dem dargestellten Ausfüh- rungsbeispiel eine rahmenartige Form und umgibt das Stellglied 3 an mehreren Sei- ten. Das Stellglied 3 weist einen ersten Bereich 31 , einen zweiten Bereich 32 und ei- nen dritten Bereich 33 auf. Der erste Bereich 31 ist in Längserstreckungsrichtung L etwas länger als der zweite und der dritte Bereich 32, 33 und überragt den zweiten und den dritten Bereich 32, 33 in einem Endbereich 34. In diesem Endbereich 34 ist der erste Bereich 31 verbreitert, sodass er quer zur Längserstreckungsrichtung L den zweiten und den dritten Bereich 32, 33 überlappt. Die dargestellte Ausführungsform mit dem ersten, zweiten und dritten Bereich ist nur eine mögliche Variante. Das Stell- glied 3 kann auch ohne den dritten Bereich 33 ausgebildet sein, oder mit weiteren Schichten, die sich an den zweiten oder dritten Bereich anschließen. Der erste Bereich 31 ist aus einer auf eine erste physikalische Größe reagierenden Formgedächtnislegierung ausgebildet, z.B. einer thermischen Formgedächtnislegie- rung. Der zweite und der dritte Bereich 32, 33 sind aus einer auf eine zweite physika- lische Größe reagierenden Formgedächtnislegierung ausgebildet, z.B. einer magneti- schen Formgedächtnislegierung.

Der erste Bereich 31 reagiert auf das Anlegen einer ersten physikalischen Größe, die eine erste Triggerbedingung erfüllt, mit einer Längenreduzierung. Der zweite und der dritte Bereich 32, 33 reagieren auf eine zweite physikalische Größe, die eine zweite Triggerbedingung erfüllt, mit einer Längenvergrößerung. Wird beispielsweise die erste physikalische Größe angelegt, sodass die erste Triggerbedingung erfüllt ist, verändert das Stellglied 3 seine Länge von dem in Figur 1 dargestellten Zustand in den in Figur 2 dargestellten Zustand. Im in Figur 2 dargestellten geöffneten Zustand wird eine Passage 20, die den Träger 2 durchdringt, freigegeben, sodass ein Fluid hindurchströmen kann. Wird der Aktor 1 als Ventileinrichtung eingesetzt, so kann an der Innenseite des Trägers 2 ein Ventilsitz 21 gebildet sein. Ein dem Ventilsitz 21 zu- geordneter Ventilkörper wird durch den Bereich 34 gebildet, der an seiner Endseite eine Ventilschließfläche 35 ausbildet. Im geschlossenen Zustand, wie in der Figur 1 dargestellt, ist dadurch, dass die Ventilschließfläche 35 am Ventilsitz 21 anliegt, ein Durchfluss eines Fluids durch die Passage 20 blockiert.

Die Figur 3 zeigt einen möglichen Betätigungsablauf der anhand der Figuren 1 und 2 beschriebenen Ventileinrichtung 1. Im Zustand a befindet sich die Ventileinrichtung in dem in Figur 1 dargestellten geschlossenen Zustand. Es liegen normale Umge- bungsbedingungen vor, d.h. die zur Betätigung des Aktors 1 relevanten physikali schen Größen Temperatur T und Magnetfeldstärke H weisen übliche in der Umge- bung vorliegende Werte auf, d.h. Umgebungstemperatur Tumgebung und Umgebungs- Magnetfeldstärke H umgebung. Nun wird die erste physikalische Größe T verändert, so- dass eine höhere Temperatur auf den Aktor 1 und insbesondere dessen Stellglied 3 einwirkt und die erste Triggerbedingung T > T1 erfüllt ist. T1 ist damit die An- sprechtemperatur der Formgedächtnislegierung des ersten Bereichs 31 , z.B. die Um- wandlungstemperatur Af (Austenit finish), die im Bereich von 50 °C bis 80 °C oder 40 °C bis 80 °C liegen kann. Hierdurch zieht sich das Stellglied 3 zusammen, d.h. es verringert seine Länge, wie in der Abbildung b durch den Pfeil dargestellt. Dieser in Abbildung b letztendlich erzeugte Zustand ist ein stabiler Zustand, der, wie die Abbil- dung c zeigt, auch dann beibehalten wird, wenn die erste Triggerbedingung nicht mehr erfüllt ist und die Temperatur wieder die Umgebungstemperatur hat. In diesem in Abbildung c dargestellten Zustand ist nun der geöffnete Zustand des Aktors vor- handen, sodass durch die Passage 20 ein Fluidstrom F1 strömen kann.

Wird nun die zweite physikalische Größe H verändert und der Aktor 1 bzw. dessen Stellglied 3 damit beaufschlagt, sodass die zweite Triggerbedingung H > H1 vorhan- den ist, verändert das Stellglied 3 wiederum seine Länge in entgegengesetzter Rich- tung, d.h. es vergrößert seine Länge, wie in Abbildung d durch den Pfeil dargestellt ist. Hierdurch wird der Aktor 1 wieder in den geschlossenen Zustand überführt. Die- ser geschlossene Zustand ist ebenfalls ein stabiler Zustand, d.h. er bleibt auch erhal- ten, wenn die zweite Triggerbedingung nicht mehr erfüllt ist. Der Aktor befindet sich damit wieder im Zustand gemäß Abbildung a.

Die Figur 3 hat die Funktion des Aktors mit zwei Stellungen, nämlich geschlossen und geöffnet, dargestellt. Der Aktor kann auch für weitere Funktionen ausgelegt sein, z.B. zum Einnehmen von einer oder mehreren stabilen Zwischenstellungen, in denen das Stellglied eine Länge hat, die zwischen der Länge im geöffneten Zustand und der Länge im geschlossenen Zustand ist. Dies ist in der Figur 4 dargestellt. In der Fi- gur 4 ist in den Abbildungen a, b, c und d das Gleiche wie in Figur 3 dargestellt. Aus- gehend vom Zustand in der Abbildung c (geöffneter Zustand) wird nun aber nicht die zweite Triggerbedingung H > H1 erfüllt, sondern eine dritte Triggerbedingung H = H2. Das heißt, dass die zweite physikalische Größe H nun auf einen Wert eingestellt wird, der kleiner als H1 ist, jedoch gegenüber der Umgebungsfeldstärke Humgebung vergrößert ist. Dies führt, wie die Abbildung e zeigt, zu einer Verlängerung des Stell- glieds, ohne dass die geschlossene Stellung erreicht wird. Es wird hierbei lediglich der Öffnungsquerschnitt zwischen dem Ventilsitz 21 und der Ventilschließfläche 35 auf eine Zwischenstellung verringert. Die Abbildung f zeigt wiederum den stabilen Zustand, wenn wieder die Umgebungsbedingungen vorliegen, d.h. Umgebungstem- peratur Tumgebung und Umgebungs-Magnetfeldstärke Humgebung. Es kann nun ein Flu- idstrom F2 durch die Passage 20 strömen, der gegenüber dem vollständig geöffne- ten Zustand gemäß Abbildung c und dem dort möglichen Fluidstrom F1 geringer ist oder zumindest einen größeren Strömungswiderstand zu überwinden hat. Wird im Zustand gemäß Abbildung f die erste Triggerbedingung H > H1 angelegt, geht der Aktor 1 wieder in den geschlossenen Zustand gemäß Abbildung d über. Es ist auch möglich, ausgehend von dem geöffneten Zustand in Abbildung c durch Anle- gen der ersten Triggerbedingung direkt (ohne Umweg über die Zwischenstellung) wieder in die geschlossene Stellung überzugehen.

Die Figuren 5 und 6 zeigen einen Aktor 1 , der zusätzlich zu den bereits erläuterten Komponenten noch eine Umhausung 4 aufweist. Die Umhausung 4, die z.B. aus Sili- kon sein kann, umgibt den gesamten Aktor 1. Ein Teil 40 der Umhausung ist insbe- sondere zur Kapselung des Stellglieds 3 vorgesehen. Die Passage 20 durchdringt in diesem Fall auch die Umhausung 4, sodass ein Fluidstrom weiterhin durch die Pas- sage 20 hindurchtreten kann. Die Ventilschließfläche wird in diesem Fall an einem endseitigen Bereich des Teils 40 der Umhausung realisiert, d.h. der Ventilkörper wird zumindest durch den endseitigen Bereich des Teils 40 der Umhausung gebildet. Der Ventilsitz 21 befindet sich in einem den Träger 2 umgebenden Bereich der Umhau- sung 4.