DE102019118324B4 - Device and method for changing the position and shape of a body - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung (10) mit mindestens einem verformbaren Körper (20), der von einem ersten Formzustand mit einer ersten Bauteilgeometrie (20a) in einen zweiten Formzustand mit einer von der ersten Bauteilgeometrie (20a) verschiedenen zweiten Bauteilgeometrie (20b) durch Aufbringen einer Verformungskraft bringbar ist und mit einer Verstelleinrichtung zur Positions- und Formveränderung des verformbaren Körpers (20), dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtung aufweist:- ein erstes Verstellglied (11), welches mit einem ersten Gliedende (11a) gelenkig an einem ersten Endabschnitt des verformbaren Körpers (20) und mit einem gegenüberliegenden zweiten Gliedende (11b) gelenkig an einem Grundgestell (13) an einem ersten Punkt befestigt ist,- mindestens ein zweites Verstellglied (12), welches mit einem ersten Gliedende (12a) gelenkig an einem zu dem ersten Endabschnitt gegenüberliegenden zweiten Endabschnitt des verformbaren Körpers (20) und mit einem gegenüberliegenden zweiten Gliedende (12b) gelenkig an dem Grundgestell (13) an einem von dem ersten Punkt beabstandeten zweiten Punkt befestigt ist, und- eine Aktuatoreinrichtung (14), die mit dem aus dem verformbaren Körper (20), dem ersten Verstellglied (11), dem zweiten Verstellglied (12) sowie der Anordnung an dem Grundgestell (13) gebildeten Koppelgetriebe derart zusammenwirkt,- dass beim Überführen der Aktuatoreinrichtung (14) von einem ersten Aktuatorzustand in einen zweiten Aktuatorzustand der verformbare Körper (20) von einer ersten Position in eine zweite Position gebracht wird, und- dass beim Überführen der Aktuatoreinrichtung (14) von dem zweiten Aktuatorzustand in einen dritten Aktuatorzustand der verformbare Körper (20) durch einen Endanschlag (15) in der zweiten Position verbleibt und stattdessen eine Verformungskraft auf den verformbaren Körper (20) ausgeübt wird, so dass der verformbare Körper (20) ein Quasigelenk des Koppelgetriebes bildet und von dem ersten Formzustand in den zweiten Formzustand gebracht wird.Device (10) with at least one deformable body (20) which can be brought from a first shape state with a first component geometry (20a) into a second shape state with a second component geometry (20b) different from the first component geometry (20a) by applying a deformation force and with an adjusting device for changing the position and shape of the deformable body (20), characterized in that the adjusting device has:- a first adjusting member (11) which is articulated with a first member end (11a) at a first end section of the deformable body (20 ) and is articulated with an opposite second link end (11b) to a base frame (13) at a first point,- at least one second adjustment link (12) which is articulated with a first link end (12a) to a second end section opposite to the first End section of the deformable body (20) and having an opposite second limb end (12 b) is articulated to the base frame (13) at a second point spaced apart from the first point, and- an actuator device (14) which is connected to the deformable body (20), the first adjustment member (11), the second adjustment member (12) and the arrangement on the base frame (13) interacts in such a way that when the actuator device (14) is transferred from a first actuator state to a second actuator state, the deformable body (20) is brought from a first position to a second position , and- that when the actuator device (14) is transferred from the second actuator state to a third actuator state, the deformable body (20) remains in the second position by means of an end stop (15) and a deformation force is exerted on the deformable body (20) instead, so that the deformable body (20) forms a quasi-joint of the linkage and is brought from the first shape state into the second shape state becomes.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit mindestens einem verformbaren Körper, der von einem ersten Formzustand mit einer ersten Bauteilgeometrie in einen zweiten Formzustand mit einer von der ersten Bauteilgeometrie verschiedenen zweiten Bauteilgeometrie durch Aufbringen einer Verformungskraft bringbar ist. Die Erfindung betrifft ebenso ein Verfahren zur Positions- und Formveränderung eines solchen verformbaren Körpers.The invention relates to a device with at least one deformable body that can be brought from a first shape with a first component geometry into a second shape with a second component geometry that differs from the first component geometry by applying a deformation force. The invention also relates to a method for changing the position and shape of such a deformable body.
Die Form eines Gegenstandes spielt nicht nur vor dem Hintergrund des Designs eine große Rolle, sondern ist in vielen Fällen auch aus technischer Hinsicht entscheidend. So ist es beispielsweise für Tragflächen von Flugzeugen entscheidend, dass die Form der Tragflächen die notwendigen aerodynamischen Eigenschaften aufweist, damit der zum Fliegen benötigte Auftrieb erzeugt werden kann. Eine stabile Form ist hier wesentlich, nicht nur aus sicherheitstechnischen Aspekten.The shape of an object not only plays a major role in terms of design, but in many cases is also decisive from a technical point of view. For example, it is crucial for aircraft wings that the shape of the wings has the necessary aerodynamic properties so that the lift required for flight can be generated. A stable shape is essential here, and not just from a safety perspective.
Gerade im Bereich der Tragflächen von Flugzeugen offenbaren jedoch starre Formen ihren größten Nachteil, nämlich dass sie unveränderbar sind. Denn je nach Flugphase ist es wünschenswert, dass die Tragflächen unterschiedliche aerodynamische Eigenschaften besitzen, um sich an die jeweilige Flugphase bestmöglich anzupassen. Daher weisen Tragflächen großer Verkehrsflugzeuge in der Regel Vorflügel (auch Slats genannt) und/oder Landeklappen auf, die während der Start- und Landephase ausgefahren und so die Auftriebsfläche der Tragflächen verändern. Dabei entsteht eine Profilveränderung der Tragflächen, die es den Verkehrsflugzeugen ermöglicht, den notwendigen Auftrieb mit Hilfe der Tragflächen auch bei niedrigen Geschwindigkeiten zu erzeugen, ohne einen Strömungsabriss befürchten zu müssen.In the area of aircraft wings, however, rigid shapes reveal their greatest disadvantage, namely that they cannot be changed. Because depending on the flight phase, it is desirable for the wings to have different aerodynamic properties in order to adapt as best as possible to the respective flight phase. For this reason, wings of large commercial aircraft usually have leading edge slats (also called slats) and/or landing flaps, which are extended during the take-off and landing phase and thus change the lifting surface of the wings. This results in a change in the profile of the wings, which enables commercial aircraft to generate the necessary lift with the help of the wings, even at low speeds, without having to fear a stall.
Bei derartigen Vorflügeln oder Landeklappen erfolgt jedoch die Veränderung des Profils rein mechanisch derart, dass die Vorflügel oder Landeklappen zusätzliche starre mechanische Elemente darstellen, die in eine entsprechende Zielstellung gebracht werden können. Hierdurch können zwar große Verformungen bei vergleichsweise geringen Aktuatorkräften ermöglicht werden. Allerdings entstehen dabei oftmals große zusätzliche Spalte oder sonstige Unstetigkeiten auf der Oberfläche, die durch ein entsprechendes Flügeldesign ja gerade vermieden werden sollen. Außerdem bieten derartige starre mechanische Elemente nicht die Möglichkeit einer sehr genauen, graduellen Anpassung.With such slats or landing flaps, however, the profile is changed purely mechanically in such a way that the slats or landing flaps represent additional rigid mechanical elements that can be brought into a corresponding target position. As a result, large deformations can be made possible with comparatively low actuator forces. However, this often results in large additional gaps or other discontinuities on the surface, which should be avoided by a corresponding wing design. In addition, such rigid mechanical elements do not offer the possibility of a very precise, gradual adjustment.
Aus diesen Gründen existiert seit einiger Zeit die Bestrebung, derartige Elemente (im Sinne der vorliegenden Erfindung als Körper bezeichnet) an sich formverändernd auszugestalten, sodass sich solche Körper von einem ersten Formzustand in einen zweiten Formzustand überführen lassen. Dabei verändern solche formverändernden Körper ihre Bauteilgeometrie und sind so keine klassischen Starrkörper mehr. Solche formverändernden Körper werden auch als „Morphing Strukturen“ bezeichnet.For these reasons, efforts have been made for some time to design such elements (referred to as bodies in the context of the present invention) to be shape-changing, so that such bodies can be transferred from a first shape state to a second shape state. In the process, such shape-changing bodies change their component geometry and are therefore no longer classic rigid bodies. Such shape-changing bodies are also referred to as "morphing structures".
Aus der
Zwar ist es hierdurch möglich, das Profil einer Tragfläche, oder allgemeiner formuliert eines beliebigen Gegenstandes, in seiner grundlegenden Form zwischen zwei verschiedenen Formzuständen zu wechseln, jedoch nur hinsichtlich einer Form mit einer Krümmung. Mehrfach gekrümmte Flächen können mit der in der oben genannten niederländischen Patentanmeldung vorgeschlagenen formändernden Struktur nicht erreicht werden. Mit anderen Worten, mit dem in der oben genannten niederländischen Patentanmeldung vorgeschlagenen Konzept lässt sich die Gaußsche Krümmung einer Form eines Gegenstandes nicht signifikant verändern.Whilst this makes it possible to change the profile of an airfoil, or more generally any object, in its basic shape between two different shape states, but only with respect to a shape with a curvature. Multiple curved surfaces cannot be achieved with the shape-changing structure proposed in the above Dutch patent application. In other words, with the concept proposed in the above Dutch patent application, the Gaussian curvature of a shape of an object cannot be changed significantly.
Aus der
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Einer der größten Nachteile derartiger formverändernder Körper besteht darin, dass derartige Körper den auftretenden Fluglasten standhalten müssen und gleichzeitig eine große Verformung (große Abweichung von der ersten Bauteilgeometrie zu der zweiten Bauteilgeometrie) ermöglichen sollen, um auch in den verschiedenen Flugphasen sicher eingesetzt werden zu können.One of the greatest disadvantages of such shape-changing bodies is that such bodies have to withstand the flight loads that occur and at the same time should allow a large deformation (large deviation from the first component geometry to the second component geometry) in order to be able to be used safely in the various phases of flight.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen verformbaren Körper anzugeben, der eine große Verformbarkeit bei vergleichsweise geringen Aktuatorkräften ermöglicht und dennoch eine graduelle Anpassung bietet, ohne dass hierdurch das Gesamtkonzept zu komplex und schwer wird und sich daher für den Flugbetrieb nicht mehr eignet.It is therefore the object of the present invention to specify a deformable body that enables great deformability with comparatively low actuator forces and still offers gradual adaptation without making the overall concept too complex and heavy and therefore no longer suitable for flight operations.
Die Aufgabe wird mit der Vorrichtung gemäß Anspruch 1 sowie dem Verfahren gemäß Anspruch 9 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung finden sich in den entsprechenden Unteransprüchen.The object is achieved with the device according to claim 1 and the method according to claim 9 according to the invention. Advantageous configurations of the invention can be found in the corresponding subclaims.
Gemäß Anspruch 1 wird eine Vorrichtung mit mindestens einem verformbaren Körper vorgeschlagen, der von einem ersten Formzustand mit einer ersten Bauteilgeometrie in einen zweiten Formzustand mit einer von der ersten Bauteilgeometrie verschiedenen zweiten Bauteilgeometrie durch Aufbringen einer Verformungskraft bringbar ist. Ein derartiger Körper ist demzufolge plastisch und/oder elastisch verformbar und kann dabei seine Bauteilgeometrie bzw. Bauteilform verändern. Des Weiteren weist die Vorrichtung eine Verstelleinrichtung zur Positions- und Formveränderung des Körpers auf, die ausgebildet ist, sowohl die Position des verformbaren Körpers als auch die Form des verformbaren Körpers zu verändern bzw. zu verstellen.According to claim 1 a device is proposed with at least one deformable body which can be brought from a first shape state with a first component geometry into a second shape state with a second component geometry different from the first component geometry by applying a deformation force. Such a body is consequently plastically and/or elastically deformable and can thereby change its component geometry or component shape. Furthermore, the device has an adjustment device for changing the position and shape of the body, which is designed to change or adjust both the position of the deformable body and the shape of the deformable body.
Bei der Positionsveränderung wird der verformbare Körper dabei vorzugsweise ohne Formveränderung so bewegt, dass er in Bezug zu einem Referenzsystem eine veränderte Position erhält, während der verformbare Körper bei der Formveränderung vorzugsweise so verformt wird, ohne seine Position in Bezug zu dem Referenzsystem zu verändern.During the change in position, the deformable body is preferably moved without changing its shape in such a way that it obtains a changed position in relation to a reference system, while the deformable body is preferably deformed during the change in shape without changing its position in relation to the reference system.
Erfindungsgemäß weist die Verstelleinrichtung ein erstes Verstellglied auf, welches mit einem ersten Gliedende gelenkig an einem ersten Endabschnitt des verformbaren Körpers und mit einem gegenüberliegenden zweiten Gliedende gelenkig an einem Grundgestell an einem ersten Punkt befestigt ist. Die Verstelleinrichtung weist des Weiteren ein zweites Verstellglied auf, welches mit einem ersten Gliedende gelenkig an einem zu dem ersten Endabschnitt gegenüberliegenden zweiten Endabschnitt des verformbaren Körpers und mit einem gegenüberliegenden zweiten Gliedende gelenkig an dem Grundgestell an einem von dem ersten Punkt beabstandeten zweiten Punkt befestigt ist. Hierdurch wird durch den verformbaren Körper, dem ersten Verstellglied, dem zweiten Verstellglied sowie die Anordnung an dem Grundgestell ein Koppelgetriebe gebildet (in diesem Fall ein Viereckgelenk), das zur Positionsveränderung entsprechend angesteuert werden kann.According to the invention, the adjusting device has a first adjusting member which is articulated with a first member end to a first end section of the deformable body and with an opposite second member end articulated to a base frame at a first point. The adjustment device also has a second adjustment link, which is articulated with a first link end to a second end section of the deformable body opposite the first end section and with an opposite second link end articulated to the base frame at a second point spaced apart from the first point. As a result, a coupling mechanism is formed by the deformable body, the first adjusting member, the second adjusting member and the arrangement on the base frame (in this case a square joint), which can be controlled accordingly to change the position.
Hierfür weist die Verstelleinrichtung eine Aktuatoreinrichtung mit mindestens einem Aktuator auf, wobei die Aktuatoreinrichtung mit dem gebildeten Koppelgetriebe derart zusammenwirkt, dass beim Überführen der Aktuatoreinrichtung von einem ersten Aktuatorzustand in einen zweiten Aktuatorzustand der verformbare Körper von einer ersten Position in eine zweite Position gebracht wird und dass beim Überführen der Aktuatoreinrichtung von dem zweiten Aktuatorzustand in einen dritten Aktuatorzustand der verformbare Körper durch einen Endanschlag in der zweiten Position verbleibt und durch diesen fixiert ist und stattdessen eine Verformungskraft auf den verformbaren Körper ausgeübt wird, sodass der verformbare Körper von dem ersten Formzustand in den zweiten Formzustand gebracht wird.For this purpose, the adjustment device has an actuator device with at least one actuator, the actuator device interacting with the linkage formed in such a way that when the actuator device is transferred from a first actuator state to a second actuator state, the deformable body is brought from a first position to a second position and that when the actuator device is transferred from the second actuator state to a third actuator state, the deformable body remains in the second position due to an end stop and is fixed by it and instead a deformation force is exerted on the deformable body, so that the deformable body changes from the first shape state to the second shape is brought.
Aufgrund des Endanschlages, durch den eines der beiden Verstellglieder des Koppelgetriebes beim Vorliegen des zweiten Aktuatorzustandes fixiert wird, während das andere Verstellglied beweglich bleibt und nicht fixiert ist, wird beim Überführen der Aktuatoreinrichtung von dem zweiten Aktuatorzustand in den dritten Aktuatorzustand die Position des verformbaren Körpers nicht weiter verändert und stattdessen eine Verformungskraft auf den Körper ausgeübt, die dazu führt, dass der verformbare Körper anstelle einer Positionsveränderung eine Formveränderung vollzieht. In diesem Fall bildet der verformbare Körper ein Quasigelenk des Koppelgetriebes.Due to the end stop, by which one of the two adjusting elements of the linkage is fixed when the second actuator state is present, while the other adjusting element remains movable and is not fixed, the position of the deformable body does not change when the actuator device is transferred from the second actuator state to the third actuator state further changed and instead a deforming force is exerted on the body, which causes the deformable body to undergo a change in shape instead of a change in position. In this case, the deformable body a quasi-joint of the linkage.
Diese Vorrichtung stellt demnach ein Viergelenk dar, welches sich ebenfalls dadurch auszeichnet, dass es, wenn zwei Punkte translatorisch festgelegt sind (die beiden Befestigungspunkte an dem Grundgestell), nur einen Freiheitsgrad aufweist, der die beiden nicht festgelegten Punkte (gelenkige Verbindung zwischen Verstellglied und verformbaren Körper) verschiebt. Der verformbare Körper vollzieht dabei eine Kombination aus Translation und Rotation, deren Größe durch die Länge der einzelnen Stäbe (Verstellglieder) eingestellt werden kann. Ein zusätzlicher Freiheitsgrad (in Form eines zusätzlichen Gelenkes) führt zu einem Fünfgelenk, das zwei Freiheitsgrade hat und damit nicht mehr eindeutig über einen Aktuator in der Bewegung bestimmt werden kann. Das Besondere an der vorliegende Erfindung ist, dass dieses zusätzliche fünfte Gelenk im Normalfall z.B. durch eine parallel geschaltete Steifigkeit festgesetzt ist und damit eine Verformung ausgeschlossen wird. Dieser Freiheitsgrad wird dann nutzbar, wenn die restliche Kinematik mit einem Verstellglied gegen einen Anschlag gefahren wird und sich die Kinematik nicht mehr weiter in diese Richtung bewegen kann. Hierdurch entsteht eine nicht mehr kraftfreie Kinematik, die sich translatorisch und rotatorisch bewegen kann, sondern es entstehen Biegekräfte in dem verformbaren Körper. Diese führen dazu, dass das durch die Steifigkeit überbrückte Gelenk ebenfalls ausgelegt werden kann. Da dieses fünfte Gelenk als verformbare Körper (morphende Struktur) ausgelegt ist, kann neben einer Starrkörperbewegung (vom ersten zum zweiten Aktuatorzustand) auch eine Verformung bzw. Morphing (vom zweiten zum dritten Aktuatorzustand) mit nur einem einzigen Aktuator durchgeführt werden.This device therefore represents a four-bar linkage, which is also characterized in that, when two points are fixed in translation (the two attachment points on the base frame), it has only one degree of freedom that covers the two non-fixed points (articulated connection between the adjustment member and the deformable body) moves. The deformable body performs a combination of translation and rotation, the size of which can be adjusted by the length of the individual rods (adjusting elements). An additional degree of freedom (in the form of an additional joint) leads to a five-bar linkage that has two degrees of freedom and can therefore no longer be clearly determined by an actuator in the movement. What is special about the present invention is that this additional fifth joint is normally fixed, e.g. This degree of freedom can be used when the remaining kinematics are moved against a stop with an adjusting element and the kinematics can no longer move in this direction. This results in kinematics that are no longer force-free, which can move in translation and rotation, but bending forces arise in the deformable body. This means that the joint bridged by the rigidity can also be designed. Since this fifth joint is designed as a deformable body (morphing structure), in addition to a rigid body movement (from the first to the second actuator state), a deformation or morphing (from the second to the third actuator state) can also be carried out with just a single actuator.
Mit der vorliegenden Erfindung wird es somit möglich, eine Starrkörperbewegung mit einer verformenden Bewegung in einer einzigen Vorrichtung so zu kombinieren, dass für den Betrieb dieser Vorrichtung ein einziger Aktuator ausreicht. Durch die Kombination können dabei die Vorteile beider Systeme genutzt werden. So lassen sich mit vergleichsweise geringen Aktuatorkräften große Verformungen (basierend auf der Starrkörperbewegung) ermöglichen und gleichzeitig mithilfe der morphenden Struktur feine graduelle Anpassungen realisieren.With the present invention it is thus possible to combine a rigid body movement with a deforming movement in a single device in such a way that a single actuator is sufficient for the operation of this device. The combination allows the advantages of both systems to be used. In this way, large deformations (based on the rigid body movement) can be made possible with comparatively low actuator forces and, at the same time, fine gradual adjustments can be implemented with the help of the morphing structure.
Zwischen der ersten Position und der zweiten Position sind eine Vielzahl von Zwischenpositionen möglich, sodass die erste Position lediglich eine Startposition oder Neutralposition darstellt, während die zweite Position eine Endposition darstellt. Selbiges gilt für den ersten Formzustand und dem zweiten Formzustand, wobei auch hier eine Vielzahl von Zwischenformenzuständen möglich sind. Auch hier stellt der erste Formzustand eine Anfangsform bzw. einen Anfangsformzustand dar, während der zweite Formzustand eine Endform bzw. einen Endformzustand darstellt.A large number of intermediate positions are possible between the first position and the second position, so that the first position merely represents a starting position or neutral position, while the second position represents an end position. The same applies to the first form state and the second form state, with a large number of intermediate form states being possible here as well. Here, too, the first shape state represents an initial shape or an initial shape state, while the second shape state represents a final shape or a final shape state.
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Aktuatoreinrichtung mindestens einen Linearaktuator hat, der mit einem ersten Aktuatorende an dem Grundgestell an einem dritten Punkt befestigt ist und mit einem gegenüberliegenden zweiten Aktuatorende an dem ersten Verstellglied, an dem zweiten Verstellglied oder an dem verformbaren Körper befestigt ist. Vorzugsweise ist der dritte Punkt von dem ersten und dem zweiten Punkt verschieden.According to one embodiment, it is provided that the actuator device has at least one linear actuator, which is fastened with a first actuator end to the base frame at a third point and with an opposite second actuator end is fastened to the first adjustment member, to the second adjustment member or to the deformable body . Preferably, the third point is different from the first and second points.
Ist der Linearaktuator mit seinem zweiten Aktuatorende beispielsweise an dem ersten Verstellglied befestigt, so kann das zweite Verstellglied in dem zweiten Aktuatorzustand durch einen Endanschlag begrenzt werden.If the linear actuator is fastened with its second actuator end to the first adjusting element, for example, then the second adjusting element can be limited by an end stop in the second actuator state.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Verstellglieder starr und biegesteif sind.According to a further embodiment it is provided that the adjustment members are rigid and rigid.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Aktuatoreinrichtung mindestens einen Linearaktuator hat, wobei eines der Verstellglieder durch den mindestens einen Linearaktuator derart gebildet wird, dass durch eine Längenverstellung bzw. Längenänderung des betreffenden Verstellglieder der verformbare Körper bewegbar und verformbar ist.According to a further embodiment, it is provided that the actuator device has at least one linear actuator, one of the adjustment members being formed by the at least one linear actuator such that the deformable body can be moved and deformed by a length adjustment or change in length of the relevant adjustment member.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Aktuatoreinrichtung mindestens einen Aktuatuor hat, der an einem der Verstellglieder zum Bewegen der Verstelleinrichtung angreift, wobei das betreffende Verstellglied derart flexibel und biegsam ist, dass es beim Aufbringen der Verformungskraft durch den mindestens einen Aktuator verformt wird, so dass eine Längenänderung zwischen dem ersten Gliedende und dem zweiten Gliedende bewirkt wird, um den verformbaren Körper von dem ersten Formzustand in den zweiten Formzustand zu bringen. Durch den Endanschlag wird dabei das Koppelgetriebe ab dem zweiten Aktuatorzustand in seiner weiteren Bewegung fixiert, sodass durch die Längenänderung des sich verformenden Verstellgliedes eine Verformungskraft auf den verformbaren Körper ausgeübt wird, der zu einer Verformung des Körpers führt.According to a further embodiment, it is provided that the actuator device has at least one actuator which acts on one of the adjustment members for moving the adjustment device, the adjustment member in question being flexible and pliable in such a way that it is deformed by the at least one actuator when the deformation force is applied, such that a change in length is effected between the first link end and the second link end to bring the deformable body from the first shape state to the second shape state. The end stop fixes the further movement of the coupling mechanism from the second actuator state, so that the change in length of the deforming adjusting element exerts a deformation force on the deformable body, which leads to a deformation of the body.
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass beim Überführen der Aktuatorvorrichtung von dem ersten Aktuatorzustand in den zweiten Aktuatorzustand der verformbare Körper von der ersten Position in die zweite Position gebracht wird, ohne dabei zu verformen.According to one embodiment, it is provided that when the actuator device is transferred from the first actuator state to the second actuator state, the deformable body is brought from the first position into the second position without deforming in the process.
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der verformbare Körper ein profilierter Strömungskörper ist. Ein solcher profilierter Strömungskörper kann dabei beispielsweise ein Vorflügel sein.According to one embodiment it is provided that the deformable body is a profiled flow body. Such a profiled flow body can be a slat, for example.
Im Übrigen wird die Aufgabe auch mit dem Verfahren gemäß Anspruch neun zur Positions- und Formveränderung eines verformbaren Körpers mittels einer Vorrichtung wie vorstehend beschrieben gelöst, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
- - Überführen der Aktuatoreinrichtung von dem ersten Aktuatorzustand in den zweiten Aktuatorzustand durch Ansteuern der Aktuatoreinrichtung, so dass der verformbare Körper von der ersten Position in die zweite Position gebracht wird,
- - Überführen der Aktuatoreinrichtung von dem zweiten Aktuatorzustand in den dritten Aktuatorzustand durch Ansteuern der Aktuatoreinrichtung, so dass der verformbare Körper durch einen Endanschlag in der zweiten Position verbleibt und stattdessen eine Verformungskraft auf den verformbaren Körper ausgeübt und der verformbare Körper von dem ersten Formzustand in den zweiten Formzustand gebracht wird.
- - Transferring the actuator device from the first actuator state to the second actuator state by controlling the actuator device, so that the deformable body is brought from the first position into the second position,
- - Transferring the actuator device from the second actuator state to the third actuator state by controlling the actuator device, so that the deformable body remains in the second position due to an end stop and instead a deformation force is exerted on the deformable body and the deformable body changes from the first shape state to the second shape is brought.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens finden sich in den entsprechenden Unteransprüchen.Advantageous refinements of the method can be found in the corresponding dependent claims.
Die Erfindung wird anhand der beigefügten Figuren beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
-
1 Schematische Darstellung der Vorrichtung in einer ersten Ausführungsform; -
2 schematische Darstellung der Vorrichtung in einer zweiten Ausführungsform; -
3 schematische Darstellung der Vorrichtung in einer dritten Ausführungsform.
-
1 Schematic representation of the device in a first embodiment; -
2 schematic representation of the device in a second embodiment; -
3 schematic representation of the device in a third embodiment.
Die Vorrichtung 10 hat ein erstes Verstellglied 11 und ein zweites Verstellglied 12, die mit ihrem jeweiligen Ende gelenkig an dem verformbaren Körper 20 angeordnet sind. Das erste Verstellglied 11 ist dabei mit einem ersten Gliedende 11a an einem vorderen Teil bzw. einem vorderen Bereich des verformbaren Körpers 20 gelenkig angeordnet und mit einem zweiten Gliedende 11b an einem Grundgestell 13 gelenkig befestigt. Korrespondierend hierzu ist das zweite Verstellglied 12 mit einem ersten Gliedende 12a an einem hinteren Teil bzw. einem hinteren Bereich des verformbaren Körpers 20 gelenkig angeordnet und mit einem zweiten Gliedende 12b an dem Grundgestell 13 gelenkig befestigt.The
Der Abstand der Befestigung des zweiten Gliedendes 11b des ersten Verstellgliedes 11 und des zweiten Gliedendes 12b des zweiten Verstellgliedes 12 eine dem Grundgestell 13 ist dabei fest vorgegeben und in der Regel unveränderbar.The distance between the attachment of the
Am ersten Verstellglied 11 greift nun ein Aktuator 14 einer Aktuatoreinrichtung mit einem zweiten Aktuatorende 14b ein, wobei der Aktuator 14 mit seinem ersten Aktuatorende 14a ebenfalls an dem Grundgestell 13 gelenkig befestigt ist.An
Die obere Abbildung zeigt dabei den Aktuator 14 in einem ersten Aktuatorzustand, der eine Art Neutralstellung des verformbaren Körpers 20 darstellt. In dieser Neutralstellung ist der verformbare Körper 20 hinsichtlich seiner Ausgangsposition und seiner Ausgangsform unverändert.The upper figure shows the
Durch Ansteuern des Aktuators 14, der einen Linearaktuator darstellt, wird der Abstand zwischen dem ersten Aktuatorende 14a und dem zweiten Aktuatorende 14b des Aktuators 14 vergrößert, wodurch das durch die Vorrichtung gebildete Koppelgetriebe in Richtung des definierten Endanschlages 15 bewegt wird. Beim Erreichen des zweiten Aktuatorzustandes, wie er in der mittleren Abbildung gezeigt ist, wird eine weitere Bewegung des Koppelgetriebes zunächst durch den Endanschlag 15, mit dem das zweite Verstellglied 12 so im Eingriff steht, dass eine entsprechende Bewegung unterbunden und das Koppelgetriebe fixiert wird, verhindert. Der eine durch das gebildete Koppelgetriebe definierte Freiheitsgrad in Richtung des Endanschlages 15 wird somit durch diesen blockiert, sodass eine weitere Bewegung ohne einen weiteren Freiheitsgrad nicht möglich ist.By controlling the
Würde nun der Linearaktuator 14 weiterhin eine entsprechende Kraft auf das erste Verstellglied 11 ausüben, so resultiert dies aufgrund der Fixierung durch den Endanschlag 15 in Biegebelastungen in dem ersten Verstellglied 11 bzw. in dem verformbaren Körper 20.If the
Der verformbare Körper 20 ist jedoch plastisch verformbar und kann von einem ersten Formzustand mit einer ersten Bauteilgeometrie 20a in einen zweiten Formzustand mit einer zweiten Bauteilgeometrie 20b durch eine Verformungskraft gebracht werden. Der erste Formzustand mit einer ersten Bauteilgeometrie 20a des verformbaren Körpers 20 ist dabei in der oberen und der mittleren Abbildung gezeigt. Der verformbare Körper 20 bildet so eine Art Hilfsgelenk 21 aus, dass einen weiteren Freiheitsgrad des Koppelgetriebes ermöglicht.However, the
Wird nun der Aktuator 14 von dem zweiten Aktuatorzustand, wie in der mittleren Abbildung gezeigt ist, in den dritten Aktuatorzustand, wie in der unteren Abbildung gezeigt ist, überführt, so führen die in der Struktur auftretenden Belastungen zu einer Verformung des verformbaren Körpers 20, sodass dieser von seiner ersten Bauteilgeometrie 20a in seine zweite Bauteilgeometrie 20b wechselt. Die auftretenden Biegebelastungen werden demnach durch das im verformbaren Körper 20 enthaltene Hilfsgelenk 21 abgetragen, was in einer Verformung des verformbaren Körpers 20 resultiert.If the
Hierbei ist entscheidend, dass die Biegesteifigkeit des verformbaren Körpers 20 im Verhältnis zu dem ersten Verstellglied 11 derart geringer ist, dass beim Überführen des Aktuators 14 von dem zweiten Aktuatorzustand in den dritten Aktuatorzustand sich der verformbare Körper 20 verformt und nicht das Verstellglied 11.It is crucial here that the flexural rigidity of the
In einer zweiten Ausführungsform, die in
BezugszeichenlisteReference List
- 1010
- Vorrichtungcontraption
- 1111
- Erstes VerstellgliedFirst adjustment link
- 11a11a
- erstes Gliedende des ersten Verstellgliedesfirst link end of the first adjustment link
- 11b11b
- zweites Gliedende des ersten Verstellgliedessecond link end of the first adjustment link
- 1212
- Zweites VerstellgliedSecond adjuster
- 12a12a
- erstes Gliedende des zweiten Verstellgliedesfirst link end of the second adjustment link
- 12b12b
- zweites Gliedende des zweiten Verstellgliedessecond link end of the second adjustment link
- 1313
- Grundgestellbase frame
- 1414
- Aktuator/Aktuatoreinrichtung/Linearaktuatoractuator/actuator device/linear actuator
- 14a14a
- erstes Akutatorendefirst actuator end
- 14b14b
- zweites Akutatorendesecond actuator end
- 1515
- Endanschlagend stop
- 2020
- verformbare Körperdeformable bodies
- 20a20a
- erste Bauteilgeometriefirst component geometry
- 20b20b
- zweite Bauteilgeometriesecond component geometry
- 2121
- Hilfsgelenkauxiliary joint
Claims (11)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102019118324.3A DE102019118324B4 (en) | 2019-07-05 | 2019-07-05 | Device and method for changing the position and shape of a body |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102019118324.3A DE102019118324B4 (en) | 2019-07-05 | 2019-07-05 | Device and method for changing the position and shape of a body |
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Family
ID=74092553
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
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|---|---|
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Citations (6)
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-
2019
- 2019-07-05 DE DE102019118324.3A patent/DE102019118324B4/en active Active
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
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