Dispositivo de articulación en un material con memoria de forma del paquete.

El dispositivo de articulación que une dos piezas de extremidad (31,

32), adaptado para poder ocupar comomínimo una posición plegada y como mínimo una posición desplegada, que consta de un dispositivo de materialcon memoria de forma que une las dos piezas de extremidad, y caracterizado porque:

-el dispositivo de material con memoria de forma comprende como mínimo un conjunto en forma de ramo(21, 22) de hebras metálicas de hilo de material con memoria de forma conductor de la electricidad, que seencuentran lateralmente adyacentes y lateral y eléctricamente aisladas. Cada hebra tiende a deformarseen flexión a partir de una temperatura, llamada temperatura de transformación, hacia una formamemorizada,

-dicha forma memorizada de cada hebra de cada ramo (21, 22) se escoge de tal modo que unadeformación conjunta en flexión de cada una de las hebras hacia la forma memorizada corresponde a unadeformación en flexión del ramo (21, 22),

-cada ramo (21,22) consta de dos terminales de alimentación eléctrica entre los que las hebras se adaptanen serie eléctricamente para poder calentarse por efecto Joule, de forma que la alimentación eléctrica dedicho ramo (21, 22) permite, a partir de un valor de intensidad de una corriente eléctrica que recorre lashebras correspondiente a su calentamiento por encima de su temperatura de transformación, llevar a caboun trabajo de deformación en flexión del ramo (21, 22).

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E11190633.

Solicitante: CENTRE NATIONAL D'ETUDES SPATIALES (C.N.E.S.).

Nacionalidad solicitante: Francia.

Dirección: 2, PLACE MAURICE QUENTIN 75039 PARIS CEDEX 01 FRANCIA.

Inventor/es: SICRE, JACQUES.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • F16F1/02 SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA.F16 ELEMENTOS O CONJUNTOS DE TECNOLOGIA; MEDIDAS GENERALES PARA ASEGURAR EL BUEN FUNCIONAMIENTO DE LAS MAQUINAS O INSTALACIONES; AISLAMIENTO TERMICO EN GENERAL.F16F RESORTES; AMORTIGUADORES; MEDIOS PARA AMORTIGUAR LAS VIBRACIONES.F16F 1/00 Resortes (que funcionan con un fluido F16F 5/00, F16F 9/00). › de acero o hechos de otro material de débil fricción interna (F16F 1/36 tiene prioridad ); Resortes enrollados, torsionados, laminados en anillos o similares, no siendo relevante el materal del resorte.

PDF original: ES-2423823_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Dispositivo de articulación en un material con memoria de forma del paquete [0001] La invención entra dentro del dominio técnico de los elementos de unión entre piezas o componentes en general, su objetivo es permitir un desplazamiento angular entre dichas piezas, en concreto, de las articulaciones en las que al menos una parte de la energía motriz provenga de una articulación motorizada, con memoria de forma, sobre todo durante un cambio de la temperatura de dichos materiales con memoria de forma.

En todo el texto, un material con memoria de forma se referirá a un material que presente un mínimo de dos formas estables en dos temperaturas diferentes, de dichas formas, al menos una corresponde a una forma geométrica particular. La forma de dicho material se modifica por medio de transformación de fase sólida-sólida (llamada austenítica-martensítica por comparación con los aceros) , dado que está sometido a una modificación de su entorno, sobre todo cuando se calienta por encima (o se enfría por debajo) de una temperatura, llamada temperatura de transformación, que marca el comienzo de una fluctuación de temperaturas en la que el material se deforma progresivamente pasando de una forma a la otra.

Así, dicho material con memoria de forma puede ser del tipo «un sólo sentido», es decir, que se deforma hacia una forma estable sólo al ser calentado por encima de su temperatura de transformación. Dicho material con memoria de forma también puede ser del tipo «doble sentido», y presentar la misma característica que un material con memoria de forma de «un sólo sentido», pero que se deforma también hacia una forma estable cuando se enfría por debajo de su temperatura de transformación.

Los materiales con memoria de forma más conocidos son los aleaciones metálicas, entre las cuales destacan las aleaciones de níquel-titanio (Ni-Ti) .

Conocemos los dispositivos de articulación accionados por un órgano motor hecho de un material con memoria de forma. La electricidad suele ser la fuente de energía más fácil de utilizar, y es la opción más común para calentar los órganos motores de material con memoria de forma por efecto Joule.

Sin embargo, en los dispositivos de articulación conocidos, existe una limitación física que impide la utilización de órganos motores de material con memoria de forma, esto es particularmente cierto en los vehículos que tienen unos recursos energéticos limitados. En dichos casos, a menudo se intenta reducir su masa. Efectivamente, muchas veces es preciso renunciar a usar órganos motores de materiales con memoria de forma por la limitada intensidad de la fuente eléctrica, que no es suficiente para calentar por efecto Joule y así deformar suficientemente el material con memoria de forma. Además, para proporcionar una intensidad de alimentación elevada para calentar suficientemente el material con memoria de forma es necesario utilizar transformadores de potencia, los cuales tienen un coste elevado y añaden volumen y masa al vehículo, y cuya utilización conlleva pérdidas de energía.

Por ese motivo, los órganos motores de materiales con memoria de forma se siguen utilizando muy poco para el beneficio de órganos motores más tradicionales y que consumen menos potencia eléctrica, como los mecanismos de muelles, por ejemplo, sobre todo los espirales, o incluso los de muelles tipo Carpentier.

Los muelles tipo Carpentier, a menudo llamados juntas de Carpentier, presentan la ventaja de cumplir las dos funciones de una articulación motorizada, a saber, la puesta en movimiento del mecanismo, y la guía en rotación. Aseguran, además, el bloqueo en posición desplegada. Por ello, este tipo de dispositivos se ha adoptado en las aplicaciones de dispositivos de articulación para el despliegue único de una estructura, sobre todo en el campo del despliegue de los paneles solares, aerogeneradores desplegables, la apertura de cubiertas, etc., de un satélite (Cf. por ejemplo, EP 0 939 727) .

Sin embargo, los muelles de Carpentier que se utilizan solos presentan numerosos inconvenientes. Particularmente, tienen el mismo inconveniente primordial que los muelles, y es que liberan sin control la energía mecánica que almacenan. Esto puede generar choques mecánicos, en concreto, choques que consisten en vibraciones intensas sobre todo al final del despliegue. Estos choques suelen ser nefastos para el mecanismo sobre el que está montada la articulación.

De forma que la liberación de energía mecánica de un muelle comprimido o un muelle de Carpentier es brutal y puede suponer un importante deterioro de los elementos móviles fijados en los extremos de la articulación.

Para poder resistir dicho choque al final del despliegue, estas articulaciones y/o los elementos de las extremidades suelen ser mayores de lo necesario, lo que a su vez provoca caer en un exceso significativo de masa y/o de volumen.

De este modo, cuando los sistemas están equipados con articulaciones motorizadas con muelles, muelles de Carpentier o cualquier otro órgano elástico o, en general, otro órgano que almacene una energía que pueda ser susceptible de ser liberada repentinamente, estos tienen mayores probabilidades de resultar dañados durante el despliegue (y/o el pliegue) de dicha articulación. Este es el caso, más en concreto, de aquellos sistemas en los que varios elementos están unidos entre sí en serie por más de una articulación de este tipo (por ejemplo, los diferentes paneles solares de un satélite) . De hecho, en este último caso, el despliegue (y/o el pliegue) de la articulación es violento y difícil de controlar, y supone un riesgo de colisión entre los diferentes elementos articulados por dichas articulaciones.

Este es el motivo de que estos tipos de motorización sean a menudo remplazados o utilizados en combinación con materiales con memoria de forma, los cuales permiten controlar la velocidad de despliegue, sobre todo en forma de bloques de materiales con memoria de forma, (Cf. por ejemplo, US 7, 354, 033) . La utilización de un bloque de materiales con memoria de forma permite obtener la energía mecánica suficiente, siempre y cuando se calienten lo suficiente. Ahora bien, su calentamiento también acarrea problemas: se necesitan grandes resistencias de calentamiento, el calentamiento por efecto Joule requiere una intensidad elevada, etc. Debido a sus inconvenientes, estos dispositivos no son compatibles con los sistemas autónomos en los que se pretende economizar recursos energéticos, entre ellos, los satélites o las aeronaves.

La invención tiene por objetivo paliar esos inconvenientes por medio de un dispositivo de articulación motorizado con un órgano motor que no descarga su energía brutalmente.

La invención también pretende que dicho dispositivo de articulación motorizado provoque tan solo un choque mínimo, o ninguno, en el momento final del despliegue, cuando esté en movimiento, y sobre todo, ningún choque mecánico significativo al final del pliegue y el despliegue.

La invención además presenta un dispositivo de articulación motorizado que se auto bloquea y que, por tanto, no puede desbloquearse repentinamente en posición de despliegue (y/o plegado) .

Otro objetivo de la invención es que el dispositivo de articulación tenga una velocidad de despliegue (y/o de pliegue) controlada, sobre todo teniendo en cuenta que está compuesto de un órgano automotriz.

En concreto, la invención es un dispositivo de articulación motorizado en el que al menos una parte de la energía mecánica motriz y/o de frenado/amortiguado provenga de la deformación de de un material con memoria de forma.

Otro objetivo de la invención es proponer que este dispositivo de articulación se componga de al menos un material con memoria de forma, de modo que el rendimiento de la potencia mecánica que este proporciona en relación con la energía necesaria para calentarse sea mejor que el de los órganos motores de materiales con memoria de forma de los dispositivos de articulación conocidos en el estado de la técnica.

En concreto, la invención está encaminada a proponer que dicho dispositivo de articulación pueda funcionar con una intensidad de corriente eléctrica débil.

Para que esto sea posible, la invención propone un dispositivo de articulación que une dos piezas en las extremidades, y está adaptado para poder ocupar como mínimo una posición plegada y otra desplegada, y que consiste en un dispositivo de material con memoria de forma que une las dos piezas de las extremidades, cuyas características son:

- el dispositivo está hecho de un material con memoria de forma y tiene al menos un conjunto en forma de ramo compuesto de hebras metálicas... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. El dispositivo de articulación que une dos piezas de extremidad (31, 32) , adaptado para poder ocupar como mínimo una posición plegada y como mínimo una posición desplegada, que consta de un dispositivo de material con memoria de forma que une las dos piezas de extremidad, y caracterizado porque:

- el dispositivo de material con memoria de forma comprende como mínimo un conjunto en forma de ramo (21, 22) de hebras metálicas de hilo de material con memoria de forma conductor de la electricidad, que se encuentran lateralmente adyacentes y lateral y eléctricamente aisladas. Cada hebra tiende a deformarse en flexión a partir de una temperatura, llamada temperatura de transformación, hacia una forma memorizada, -dicha forma memorizada de cada hebra de cada ramo (21, 22) se escoge de tal modo que una deformación conjunta en flexión de cada una de las hebras hacia la forma memorizada corresponde a una deformación en flexión del ramo (21, 22) , -cada ramo (21, 22) consta de dos terminales de alimentación eléctrica entre los que las hebras se adaptan en serie eléctricamente para poder calentarse por efecto Joule, de forma que la alimentación eléctrica de dicho ramo (21, 22) permite, a partir de un valor de intensidad de una corriente eléctrica que recorre las hebras correspondiente a su calentamiento por encima de su temperatura de transformación, llevar a cabo un trabajo de deformación en flexión del ramo (21, 22) .

2. El dispositivo de articulación según reivindicación 1, caracterizado porque que el material con memoria de forma es del tipo un solo sentido, por lo que conserva su forma memorizada después de enfriarse por debajo de su temperatura de transformación.

3. El dispositivo de articulación según las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque que consta además de una junta de articulación que une mecánicamente las dos piezas de extremidad (31, 32) adaptada para poder ocupar como mínimo una posición de plegado y como mínimo una posición de desplegado.

4. El dispositivo de articulación según la reivindicación 3, caracterizado porque que dicha junta de articulación es una junta automotriz a partir de una posición plegada y se auto-bloquea a partir de un a posición desplegada. Consta de cómo mínimo una cinta, dicha cinta curva (11, 12, 13) , en su sección derecha transversal presenta una curvatura cóncava monótona en posición desplegada. Cada cinta curva (11, 12, 13) está adaptada para ser plegada elásticamente en flexión con presiones elásticas de flexión capaces de accionar como mínimo parcialmente el despliegue de dicho dispositivo de articulación.

5. El dispositivo de articulación según la reivindicación 4, caracterizado porque que dicha junta de articulación contiene 3 cintas curvas (11, 12, 13) , de las cuales dos están situadas en los laterales de la tercera, y presentan una concavidad orientada en el mismo sentido, y contraria al sentido de la orientación de la concavidad de la tercera cinta curva (13) .

6. El dispositivo de articulación según las reivindicaciones 4 o 5, caracterizado porque que dicha junta de articulación comprende una pared tubular que presenta un mínimo de dos aberturas laterales que separan como mínimo dos cintas curvas longitudinales.

7. El dispositivo de articulación según la reivindicación 6, caracterizado porque que dicha pared tubular presenta tres aberturas laterales distribuidas uniformemente entorno a su diámetro, dichas aberturas separan las tres cintas curvas longitudinales (11, 12, 13) .

8. El dispositivo de articulación según las reivindicaciones 6 o 7, caracterizado porque que presenta dos ramos (21, 22) fijados en el exterior de cada lado del espacio comprendido en el interior del sobre teórico de dicha pared tubular.

9. El dispositivo de articulación según las reivindicaciones 4 a 8, caracterizado porque que comprende como mínimo un ramo (21, 22) dispuesto cada uno entre una cinta curva (11, 12, 13) y un plano que contiene una cuerda de dicha cinta curva.

10. El dispositivo de articulación según la reivindicación 9, caracterizado porque que consta de dos ramos (21, 22) dispuesto cada uno entre una cinta curva (11, 12, 13) y un plano que contiene una cuerda de dicha cinta curva.

11. El dispositivo de articulación según las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque que cada ramo (21, 22) consta de entre 2 y 10.000 hebras conectadas en serie eléctricamente, con mayor frecuencia entre 10 y 500 hebras conectadas en serie eléctricamente.

12. Sistema espacial caracterizado porque que comprende como mínimo un dispositivo de articulación, de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 11, para poder presentar al menos un elemento en posición plegada en el momento del lanzamiento. Cada elemento tiene el objetivo de pasar a posición desplegada bloqueada en el espacio.


 

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