Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Durchführen einer autarken Bewegung eines beweglichen Teils.

Im Spielzeugbereich werden als „Wärmespielzeuge" statische, unbewegliche Objekte bezeichnet, die in der Regel unterschiedliche Handwerksberufe bzw. Personen oder diverse Alltagsgegenstände darstellen, bei denen allerdings im Inneren vom Anwender eine Wärmequelle angezündet werden kann, so dass anschließend wie zum Beispiel bei einem Räuchermann oder Räuchermännchen Rauch entsteht und der Eindruck einer rauchenden Figur hervorgerufen wird. Allerdings verbleibt das Spielzeug auch in diesem Fall ein rein statisches Objekt, das keine autarke bzw. eigenständige Bewegung durchführen kann. Prinzipiell ist zwar bekannt, auch Holzspielzeuge durch Wärme bzw. Kerzen anzu- treiben, beispielsweise indem mittels erwärmter Luft ein Objekt in Rotation versetzt wird wie bei Seiffner Glockenengeln, Weihnachtspyramiden, Wärmespiegeln oder Teelichtkarussellen. Hierbei treibt aufsteigende erwärmte Luft einen Rotor an und versetzt zumindest einen Teil des Objekts in Bewegung. Zudem ist auch zum Beispiel eine Lichtwippe mit einer Bimetallfeder bekannt, bei der eine Kerze die Bimetallfeder erwärmt und es zu einer Rotationsbewegung der Wippe kommt, die mit sinkender Temperatur reversibel ist.

Aus dem Stand der Technik bekannt ist zudem (beispielsweise aus

US 2002/006195 Al) der Einsatz elektrisch betriebener Aktuatoren zum Bewegen von Spielzeug bekannt. Diese Lösungen weisen allerdings den Nachteil auf, bedingt durch den Aufbau verhältnismäßig große Objekte zu benötigen oder den, gerade bei klassischer Handwerkskunst oft als unpassend empfundenen, Einsatz von Elektromotoren oder anderen, mit elektrischem Strom betriebenen Antrieben zu benötigen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Durchführen einer autarken Bewegung vorzuschlagen, die die genannten Nachteile vermeidet, mit der also auch bei einem kompakten Aufbau eine selbstständige Bewegung hervorgerufen werden kann. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.

Eine Vorrichtung zum Durchführen einer autarken Bewegung eines beweglichen Teils weist einen Grundkörper, den mindestens einen an dem Grundkörper angeordneten beweglichen Teil und eine Wärmequelle auf. Der bewegliche Teil ist durch eine Formgedächtnislegierung bzw. mittels einer Formgedächtnislegierung an dem Grundkörper angeordnet und bzw. oder aus der Formgedächtnislegierung oder mit der Formgedächtnislegierung gebildet bzw. ausgebildet. Die Wärmequelle ist dazu eingerichtet, thermische Energie zu generieren bzw. erzeugen oder freizusetzen und ist derart den dem Grundkörper oder in dem Grundkörper angeordnet, dass die von der Wärmequelle generierte thermische Energie der Formgedächtnislegierung zugeleitet wird und bei der Formgedächtnislegierung eine Phasenumwandlung bedingt, so dass der bewegliche Teil durch die Formgedächtnislegierung vermittelt infolge der Phasenumwandlung eine Relativbewegung zu dem Grundkörper ausführt.

Dadurch, dass eine Formgedächtnislegierung verwendet wird, kann zuverlässig eine autarke Bewegung des mindestens einen beweglichen Teils hervorgerufen werden, wobei durch Formgedächtnislegierungen im Vergleich zu Bimetallaktoren oder Dehnstoffelementen große lineare Stellwege erzielt werden können und die Formgedächtnislegierungen auch in kleine Bauräume integriert werden können. Damit können auch bewegliche Teile kompakt gebauter Vorrichtungen zuverlässig in Bewegung versetzt werden. Dadurch, dass das bewegliche Teil mittels der Formgedächtnislegierung oder durch die Formgedächtnislegierung an dem Grundkörper angeordnet ist, worunter ein mechanischer Kontakt wie ein einfaches Aufliegen aber auch eine formschlüssige oder kraftschlüssige Verbindung zwischen der Formgedächtnislegierung und dem Grundkörper fallen soll, wird eine zuverlässige Befestigung hergestellt, die einer Beweglichkeit dennoch nicht entgegensteht. Insbesondere wenn der bewegliche Teil aus der Formgedächtnislegierung gebildet ist, kann ein einfacher und kompakter Aufbau erreicht werden. Die Formgedächtnislegierung bzw. die Formgedächtnislegierung zusammen mit dem beweglichen Teil bildet somit einen Aktuator oder Aktor bzw. ein Betätigungselement, d. h. ein Funktionselement, das ein Signal mit einer Hilfsenergie in Aktionen umsetzt. Indem die Formgedächtnislegierung eine Phasenumwandlung aufgrund der zugeführten thermischen Energie vollzieht und demzufolge ihre Form verändert, wird als Folge der Formänderung auch eine Bewegung durchgeführt.

In weiteren Ausführungsformen kann auch mehr als eine Wärmequelle und bzw. oder mehr als ein bewegliches Teil zum Einsatz kommen. Es ist also möglich mit genau einer Wärmequelle auch mindestens zwei oder noch mehr bewegliche Teile durch die erzeugte Wärme bzw. thermische Energie in Bewegung zu versetzen oder beispielsweise auch mit zwei oder mehr Wärmequellen nur ein einziges bewegliches Teil zu bewegen. Ebenso ist es selbstverständlich möglich, mit mehreren Wärmequellen mehrere bewegliche Teile zu bewegen, wobei eine Anzahl der Wärmequellen einer Anzahl der beweglichen Teile entsprechen kann, aber nicht muss.

Es kann vorgesehen sein, dass der Grundkörper einen Hohlraum aufweist, in dem die Wärmequelle angeordnet ist. Somit kann die Wärmequelle geschützt und für einen Benutzer nicht direkt sichtbar angeordnet sein. Der Hohlraum kann hierzu über eine Tür oder eine andere offen- und schließbare Bedeckung in den Hohlraum einbringbar bzw. aus diesem entfernbar sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Grundkörper auch zweiteilig ausgebildet sein, wobei ein erster Teil auf einen zweiten Teil aufsetz- und abnehmbar ist und zwischen den beiden Teilen der Hohlraum ausgebildet ist.

Typischerweise ist die Wärmequelle am Boden des Hohlraums angeordnet, was eine einfache Anordnung ermöglicht. Alternativ kann die Wärmequelle auch im Hohlraum hängend, d. h. vom Boden des Hohlraums beabstandet, im Hohlraum angeordnet sein.

Der Grundkörper kann derart ausgebildet sein, dass die Wärmequelle von dem Grundkörper umschlossen ist, vorzugsweise allseitig umschlossen ist. In vorteilhafter Weise ist die Wärmequelle an dem Grundkörper kraftschlüssig oder formschlüssig angeordnet, es kann jedoch auch vorgesehen sein, die Wärmequelle nicht explizit mit dem Grundkörper zu verbinden, sondern die Wärmequelle lediglich auf dem Grundkörper abzustellen.

Der bewegliche Teil kann der Wärmequelle in einem Abstand gegenüberliegend, vorzugsweise fluchtend gegenüberliegend, an dem Grundkörper angeordnet sein. Durch die beabstandete Anordnung (vorzugsweise in einem Abstand von bis zu 5 cm) kann die Wärme, insbesondere, wenn die Wärmequelle am Boden des Hohlraums angeordnet ist, den beweglichen Teil von mehreren Seiten erreichen. Die Anordnung kann dabei insbesondere derart gewählt sein, dass die Wärmequelle unterhalb der Formgedächtnislegierung angeordnet ist während sie thermische Energie generiert. Mit dem Begriff „unterhalb" soll hierbei eine Anordnung bezeichnet werden, bei der die Wärmequelle in Bezug auf die wirkende Gravitationskraft näher am Erdmittelpunkt angeordnet ist als die Formgedächtnislegierung. Insbesondere kann eine Anordnung vorliegen, bei dem ein Masseschwerpunkt des beweglichen Teils in Gravitationsrichtung gesehen oberhalb eines Masseschwerpunkts der Wärmequelle liegt.

Die Wärmeleitung, d. h. das Zuführen der von der Wärmequelle generierten Wärme zu der Formgedächtnislegierung kann hierbei typischerweise durch Konvektion erfolgen, d. h. dass ein aufsteigender Luftstrom die thermische Energie bzw. Wärme transportiert. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine Wärmeleitung durch Wärmestrahlung und bzw. oder Wärmeleitung erfolgen. Im Fall von Wärmeleitung sollten die Wärmequelle und die Formgedächtnislegierung in mechanischem Kontakt miteinander oder zumindest in mechanischem Kontakt mit einem Vermittlerbauteil stehen, wobei das Vermittlerbauteil sowohl die Wärmequelle als auch die Formgedächtnislegierung berührt oder zumindest so nahe an den genannten Bauteilen angeordnet ist, dass eine Wärmeübertragung von einem Element auf das andere möglich ist.

Der Grundkörper kann aus Holz und bzw. oder aus einem Metall ausgebildet sein, da die genannten Werkstoff einfach und zuverlässig zu verarbeiten sind und in nahezu beliebige Formen gebracht werden können.

Als Wärmequelle kann eine nichtelektrische Wärmequelle zum Einsatz kommen, d. h. eine Wärmequelle, die ohne Zufuhr von elektrischer Energie thermische Energie generieren kann. Dies ermöglicht einen Betrieb der Vorrichtung auch ohne elektrische Strom- bzw. Spannungsquelle.

In bevorzugter Weise wird die thermische Energie durch einen Brennvorgang der Wärmequelle generiert, d. h. vorzugsweise ist die Wärmequelle als Räucherkerze, Kerze, Räucherstäbchen oder Teelicht ausgebildet. Insbesondere bei Verwenden eines Brennvorgang kann der Grundkörper als bis auf mindestens eine Öffnung geschlossener Körper ausgebildet sein, d. h. der Hohlraum wird über eine Öffnung mit Sauerstoff aus der Umgebungsluft versorgt und beim Abbrennen entstandener Rauch wird durch diese Öffnung auch entfernt. Vorteilhaft ist es jedoch, in diesem Fall mindestens zwei Öffnungen vorzusehen, die typischerweise an einander gegenüberliegenden Enden des Grundkörpers angeordnet sind.

Vorzugsweise ist die Wärmequelle dazu ausgebildet, thermische Energie direkt bei ihrer Inbetriebnahme zu generieren und der Formgedächtnislegierung zuzuführen. Insbesondere bei Verwendung einer Wärmequelle, bei der ein Brennvorgang stattfindet, kann die Vorrichtung derart ausgebildet sein, dass bereits beim Starten des Brennvorgangs die durch die Verbrennung entstehende thermische Energie sofort der Formgedächtnislegierung zugeführt wird (beispielsweise durch aufsteigende erwärmte Luft), um unmittelbar nach einem Entzünden der Wärmequelle auch die autarke Bewegung durchzuführen.

Die Formgedächtnislegierung kann NiTi, CuZn, CuZnAI oder CuAINi aufweisen oder daraus bestehen. Im Gegensatz zu Bimetallfeder ist die Formgedächtnislegierung als Legierung ausgebildet, d. h. die Verbindung zwischen den einzelnen die Legierung bildenden Elementen kann nicht aufgelöst werden.

Typischerweise ist die beschriebene Vorrichtung als Dekorationsartikel, Holzkunst oder Spielzeug ausgebildet, insbesondere als Holzspielzeug oder Metallspielzeug, vorzugsweise als Räucherobjekt, beispielsweise als Räuchermann, Räucherhaus oder Räucherrakete. Der bewegliche Teil kann in diesem Fall als Extremität des Räuchermännchens, beispielsweise als Arm oder Bein, aber auch als Hut ausgebildet sein. Das Spielzeug bzw. Holzkunst kann jedoch auch eine Pyramide wie eine Weihnachtspyramide sein, bei der zumindest an der Pyramide angeordnete bewegliche Teile wie Figuren durch die Formgedächtnislegierung bewegt werden, die Pyramide selbst aber wie gehabt durch Kerzen als Wärmequellen in Rotation versetzt wird, die Abwärme dieser ohnehin vorhandenen Wärmequellen jedoch für eine zusätzliche Bewegung mittels der Formgedächtnislegierung verwendet werden.

Typischerweise ist die Formgedächtnislegierung derart an dem Grundkörper angebracht bzw. angeordnet, dass sich der bewegliche Teil durch die thermische Energie bedingt von dem Grundkörper wegbewegt. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass sich der bewegliche Teil durch die thermische Energie bedingt zu dem Grundkörper hinbewegt.

Bei einem Verfahren zum Durchführen einer autarken Bewegung mindestens eines beweglichen Teils, das an einem Grundkörper angeordnet ist und durch eine Formgedächtnislegierung bzw. mittels einer Formgedächtnislegierung mit dem Grundkörper verbunden ist oder aus der Formgedächtnislegierung oder mit der Formgedächtnislegierung ausgebildet ist, wird durch eine Wärmequelle thermische Energie generiert. Die Wärmequelle ist derart an dem oder in dem Grundkörper angeordnet, dass die von der Wärmequelle generierte thermische Energie der Formgedächtnislegierung zugeleitet wird, durch die thermische Energie bei der Formgedächtnislegierung eine Phasenum- wandlung hervorgerufen wird, so dass der bewegliche Teil durch die Formgedächtnislegierung infolge der Phasenumwandlung vermittelt eine Relativbewegung zu dem Grundkörper ausführt.

Das beschriebene Verfahren kann mit der beschriebenen Vorrichtung durchgeführt werden, d. h. die beschriebene Vorrichtung ist zum Durchführen des beschriebenen Verfahrens eingerichtet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Figur 1 gezeigt und wird nachfolgend anhand dieser Figur erläutert.

Figur 1 zeigt in einer schematischen seitlichen Ansicht eine Vorrichtung zum Bewegen eines beweglichen Teils.

Die Vorrichtung weist einen Grundkörper 5 mit einem innerhalb des Grundkörpers 5 angeordneten Hohlraum 3 auf. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Grundkörper 5 mit einer Klappe versehen, durch die eine Wärmequelle 1, im gezeigten Beispiel eine Räucherkerze, in den Grundkörper 5 eingebracht werden kann. In weiteren Ausführungsbeispielen kann aber auch vorgesehen sein, dass der Grundkörper 5 zweiteilig aufgebaut ist und die Wärmequelle 1 auf ein Unterteil des Grundkörpers 5 aufgesetzt und das Oberteil des Grundkörpers 5 auf das Unterteil aufgesetzt ist. Ein die Wärmequelle 1 umschließender Grundkörper 5 sorgt auch dafür, dass die generierte thermische Energie nicht entweichen kann.

Die Wärmequelle 1 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel auf einem Boden des Hohlraums 3 im Grundkörper 5 aufgesetzt und befindet sich mittig auf dem Boden des Grundkörpers 5, ist allerdings nicht mit dem Grundkörper 5 in irgendeiner Weise verbunden. In weiteren Ausführungsbeispielen kann jedoch auch eine kraftschlüssige oder formschlüssige Verbindung zwischen der Wärmequelle 1 und dem Boden des Grundkörpers 5 vorgesehen sein oder die Wärmequelle 1 ist hängend in dem Hohlraum 3 angeordnet. Der bewegliche Teil 4 besteht im vorgestellten Beispiel aus NiTi und ist der Wärmequelle 1 gegenüberliegend an einem oberen Ende des Hohlraums 3 angeordnet. Die beschriebene Vorrichtung ist im vorliegenden Fall ein Räuchermann. Ein „Räuchermann" ist ein Oberbegriff für alle Objekte aus Holzwerkstoff oder Metall (im dargestellten Ausführungsbeispiel besteht der Grundkörper 5 aus Holz), die im Inneren einen Hohlraum besitzen, in den eine Räucherkerze gestellt werden kann, und die eine Öffnung aufweisen, durch die Rauch ausströmen kann. In dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel befindet sich eine der Öffnungen 6 am Boden des Grundkörpers 5 neben der Wärmequelle 1. Die zweite Öffnung 6 befindet sich im oberen Teil des Grundkörpers 5 neben dem beweglichen Teil 4, das beispielsweise in einer Hülse oder einem Sackloch gemeinsam mit der Formgedächtnislegierung 7 gelagert sein kann.

Die Wärmequelle 1 ist daher in dem in Figur abgebildeten Ausführungsbeispiel eine Räucherkerze, kann in weiteren Ausführungsbeispielen aber auch eine Kerze, ein Teelicht oder ein Räucherstäbchen sein. Zur Erweiterung der Funktion des Räuchermanns wird daher in den Hohlraum 3 ein Aktor aus einer Formgedächtnislegierung 7 integriert, mit dem ein Hebel als beweglicher Teil 4 bewegt werden kann. Die Aktivierung des Aktorelements erfolgt über die beim Verbrennen entstehende Abwärme 2 der Wärmequelle 1, die sich in dem Hohlraum 3 ausbreitet und insbesondere nach oben steigt.

Mit steigender Temperatur dehnt sich durch die entgegen der Gravitationsrichtung aufsteigende Abwärme das Aktorelement aus und hebt den Arm. In weiteren Ausführungsbeispielen kann auch vorgesehen sein, den beweglichen Teil 4 zu heben, zu senken, zu öffnen oder anderweitig zu bewegen, d. h. von dem Grundkörper 5 wegzubewegen oder auf den Grundkörper 5 zuzubewegen und somit eine „bionische" und fast geräuschlose Bewegung durchzuführen. Nach dem Abbrennen der Räucherkerze als der Wärmequelle 1 sinkt die Temperatur im Hohlraum 3 wieder und die Formgedächtnislegierung 7 kann durch den Anwender oder eine andere Gegenkraft wieder in die ursprüngliche Position zurückgestellt werden. Durch die Integration der Formgedächtnislegierung 7 wird daher aus einem statischen Räuchermann eine sich selbst in gewissem Ausmaß bewegende Kunstfigur, die zudem durch die nicht elektrische Ausgestaltung wesentliche Elemente erzgebirgischer Volkskunst bewahrt. Das Aktorelement selbst kommt dabei ohne elektrischen Strom bzw. elektrische oder elektronische Komponenten aus. In bevorzugter Weise erfolgt bei der beschriebenen Vorrichtung eine Wärmeentwicklung nur im Inneren, allerdings nicht im Außenbereich der Vorrichtung oder einem mit diesem Außenbereich in direkter Verbindung stehenden Bereich. Es kann vorgesehen sein, dass der bewegliche Teil 4 keinen Einfluss auf die Wärmeentwicklung der Wärmequelle 1 hat, dass also insbesondere der bewegliche Teil 4 ein Abbrennen der Wärmequelle 1, sofern diese entsprechend zum Durchführen eines Brennvorgangs ausgebildet ist, weder behindert noch beeinflusst, unabhängig von dessen Position.

Ferner ist es möglich, durch die ausgeführte Bewegung dem Anwender anzuzeigen, wann die Räucherkerze abgebrannt ist und der Räuchermann abgekühlt ist. Auch wenn in Figur 1 nur genau eine einzige Wärmequelle 1 und ein einziges bewegliches Element 4 dargestellt ist, können in weiteren Ausführungsbeispielen auch zwei oder noch mehr Wärmequellen verwendet werden und bzw. oder auch zwei oder mehr bewegliche Teile 4 Verwendung finden. Die Zahl der Wärmequellen 1 und die Zahl der beweglichen Teile 4 kann hierbei unterschiedlich sein, es können aber auch gleich viele Wärmequellen 1 wie bewegliche Teile 4 verwendet werden, wobei typischerweise eine der Wärmequellen 1 einem der beweglichen Teile 4 zugeordnet ist.

Lediglich in den Ausführungsbeispielen offenbarte Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen können miteinander kombiniert und einzeln beansprucht werden.