термоуправляемый держатель проволоки

Формула изобретения

1. Термоуправляемый держатель (1) проволоки, выполненный из сплава с эффектом памяти и предназначенный для зажима в его отверстии (2) механически натянутой проволоки (14), освобождаемой по достижении определенной рабочей температуры, отличающийся тем, что он выполнен из сплава TiNi в виде тонкого листа, предварительно механически обработанного для повышения начальной температуры аустенитного превращения сплава с эффектом памяти до уровня более 100°С, а проволока (14) зажата в отверстии (2) за счет его сжатия, при этом при повышении температуры держателя (1) проволоки до определенной рабочей температуры сжатое отверстие (2) автоматически раскрывается, освобождая проволоку.

2. Держатель проволоки по п.1, отличающийся тем, что сжатый держатель (1) проволоки за счет использования "одностороннего эффекта" материала с эффектом памяти при повышении температуры необратимо раскрывается.

3. Держатель проволоки по п.1 или 2, отличающийся тем, что сжимаемое отверстие (2) выполнено в виде выреза в крае металлического листа.

4. Держатель проволоки по п.3, отличающийся тем, что геометрическое замыкание при зажиме проволоки обеспечивается за счет наличия у выреза с обеих боковых сторон по одной выемке (4), которые в сжатом состоянии держателя проволоки позволяют зажимать входящую в них расширенную часть на конце проволоки (14).

5. Держатель проволоки по п.4, отличающийся тем, что выемки (4) представляют собой вогнутые закругления, которые позволяют зажимать выполненную сферической формы расширенную часть проволоки (14).

6. Держатель проволоки по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что он вырезан электроэрозионной обработкой из предварительно обработанного листа.

7. Держатель проволоки по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что он скомбинирован с крепежным или зажимным приспособлением (6), изготовленным из термостойкой пластмассы типа полиэфирэфиркетона (ПЭЭК).

8. Держатель проволоки по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что его нагрев до определенной рабочей температуры осуществляется с помощью джоулева тепла.

9. Держатель проволоки по п.8, отличающийся тем, что в качестве электрического элемента сопротивления для получения джоулева тепла служит сам этот держатель проволоки.

10. Способ работы держателя проволоки по любому из пп.1-9, отличающийся тем, что процесс зажима проволоки происходит таким образом, что при низкой температуре сначала сжимают пустое отверстие (2), а затем в это сжатое отверстие вставляют конец проволоки (14).

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к термоуправляемому держателю проволоки, который при изменении температуры способен автоматически освобождать удерживаемую им механически натянутую проволоку, согласно ограничительной части п.1 формулы изобретения.

В космической технике известно применение плавкой проволоки (DE 19649739 А1), которая удерживает в натянутом состоянии проволоку за ее загнутый конец и которая плавится при пропускании по ней тока, освобождая удерживаемую ей проволоку. Такая натянутая проволока, имеющая форму катушки, в свою очередь удерживает вместе две половины составного пальцевого держателя. При освобождении проволоки обе половины этого пальцевого держателя расходятся под действием пружины, деблокируя палец, удерживаемый держателем. Такой палец служит, например, для удержания при запуске ракеты панелей солнечной батареи космического аппарата в сложенном состоянии и их освобождения за счет своего деблокирования по достижении космическим аппаратом заданной точки полета. Недостаток, связанный с применением плавкой проволоки, заключается в том, что она не обеспечивает надежного и точного срабатывания.

В патенте US 4487465 описан термоуправляемый держатель проволоки, выполненный из обладающего эффектом памяти или эффектом запоминания формы сплава и имеющий два сегмента, которые консольно закреплены на общем основании и удерживают проволоку в образуемом ими отверстии или прорези. Недостаток такой конструкции состоит в исключительно сложной технологии изготовления подобного держателя, а также в том, что температуру, при которой происходит раскрытие этих сегментов, можно варьировать только подбором состава сплава с эффектом памяти.

Исходя из вышеизложенного, в основу настоящего изобретения была положена задача разработать простой термоуправляемый держатель проволоки, который обеспечивал бы надежное и точное срабатывание при повышении температуры.

Указанная задача решается в соответствии с изобретением согласно отличительным признакам п.1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты выполнения изобретения представлены в зависимых пунктах формулы.

Предлагаемое в изобретении решение основано на использовании свойств обладающих эффектом памяти сплавов на основе TiNi. Такие сплавы, как известно, могут присутствовать в двух различных твердых фазах, а именно, характеризуются наличием мартенситной структуры при низкой температуре и аустенитной структуры при высокой температуре с прогрессивным переходом во время нагрева сплава из одной фазы в другую.

Связанные с изобретением преимущества обусловлены использованием так называемого "одностороннего эффекта" (или "необратимого эффекта") подобных сплавов. Такой эффект заключается в том, что изготовленное из этого сплава металлическое изделие способно, как известно, после его "псевдопластической" деформации в мартенситной фазе вновь восстанавливать исходную форму при переходе в результате повышения температуры в аустенитную фазу. Однако последующее охлаждение с переходом в мартенсит не сопровождается повторной деформацией изготовленного из подобного сплава изделия, которое сохраняет форму, восстановленную при переходе в аустенитную фазу.

Преимущество предлагаемого в изобретении держателя проволоки состоит в том, что он состоит из небольшого количества элементов, а благодаря своей компактности легко может быть интегрирован в существующие конструкции и тем самым позволяет существенно упросить известные системы, в которых используются держатели проволоки. Еще одно преимущество предлагаемого в изобретении держателя заключается в том, что для освобождения проволоки не применяются "отстреливающие" элементы, как, например, при пиротехническом освобождении проволоки, а также в том, что освобождение проволоки не сопровождается разрушением никаких элементов или деталей. Применение сплавов с эффектом памяти на основе TiNi, предварительно подвергнутых специальному процессу механической обработки, позволяет повысить начальную температуру аустенитного превращения до значений, которые значительно выше, чем у имеющихся на рынке сплавов на основе TiNi. Подобные сплавы позволяют, кроме того, использовать предлагаемые в изобретении держатели проволоки и при более высоких окружающих температурах, таких, например, как возникающие при космических полетах.

Ниже изобретение более подробно рассмотрено на примере некоторых вариантов его выполнения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано:

на фиг. 1 - держатель проволоки с фрикционным замыканием, на фиг.2 - процесс зажима и освобождения проволоки держателем, на фиг.3 - держатель проволоки с дополнительными элементами, обеспечивающими геометрическое замыкание, на фиг.4 - крепежное или зажимное приспособление держателя, на фиг. 5а и 5б - различные варианты подвода джоулева тепла.

Держатель 1 проволоки в показанном на фиг.1 варианте изготовлен, соответственно вырезан электроэрозионной обработкой из листа TiNi-сплава и имеет выполненное с одного края в виде выреза отверстие 2, сжимаемое с целью зажима вставленной в него проволоки. Круглое отверстие 3 предназначено для крепления держателя 1 проволоки в крепежном или зажимном приспособлении 6 (см. фиг.4). Держатель проволоки показан на фиг.1 в увеличенном масштабе.

Лист TiNi-сплава до электроэрозионной обработки имеет размеры 12221 мм и подвергнут предварительной обработке, заключающейся в особой прокатке, после которой начальная температура аустенитного превращения, т.е. рабочая температура, держателя 1 проволоки превышает 100^oС.

В отличие от показанного на фиг.1 варианта выполнения держателя проволоки в виде листа прямоугольной формы при необходимости можно использовать и листы иной формы, в которых можно выполнить сжимаемое отверстие. Так, например, держатель проволоки можно выполнить в виде диска со сжимаемым отверстием. При необходимости можно изменить и форму самого сжимаемого отверстия 2, показанного на фиг.1 в виде выреза. Такое отверстие можно, например, выполнить в виде щелевидного или глухого отверстия. Основополагающим фактором при выборе той или иной формы является обеспечение эффективного зажимающего и раскрывающегося действия. Выбор материала главным образом определяется целевой начальной температурой аустенитного превращения. При этом можно использовать различные сплавы TiNi, обладающие эффектом памяти.

Держатель 1 проволоки с отверстием 2 показанных на фиг.1 размеров представляет собой лишь один из примеров держателя с удерживающим усилием примерно 5 кг, и при необходимости его габариты и удерживающее усилие могут быть согласованы с другими требованиями.

Отдельные последовательные стадии схематично показанного на фиг.2 процесса зажима и освобождения проволоки обозначены позициями "А", "Б" и "В". На стадиях "А" и "Б" материал держателя проволоки имеет при низкой температуре мартенситную структуру, а на стадии "В" при высокой температуре - аустенитную структуру. На стадии "А" вначале происходит сжатие отверстия 2 держателя 1 проволоки в направлениях, показанных на фиг.2 стрелками 15. Затем в предварительно сомкнутое отверстие 2 вставляется проволока 14 в направлении стрелки 16. Такая технология зажима проволоки обеспечивает создание достаточного усилия для эффективного удержания этой зажатой в отверстии проволоки. В отличие от рассмотренного выше процесса сначала в отверстие 2 можно вставить проволоку и лишь затем сжимать или сдавливать это отверстие 2.

На стадии "Б" показана зажатая в держателе 1 проволока 14, когда материал этого держателя имеет мартенситную структуру, а на стадии "В" показан процесс освобождения проволоки 14, выходящей из держателя по достижении начальной температуры аустенитного превращения в направлении стрелки 17.

На фиг.3 показан держатель проволоки по фиг.1 с дополнительными выемками 4 по бокам выполненного в виде выреза отверстия 2. В эти выемки 4, которые выполнены в показанном на фиг.3 варианте в виде вогнутых закруглений, входит выполненная сферической формы расширенная часть проволоки 14. Благодаря подобному геометрическому замыканию повышается надежность удержания проволоки держателем 1. Вогнутые закругления с показанными на фиг.3 размерами и расположением в отверстии 2 представляют собой лишь один из примеров их возможного выполнения, и при необходимости эти их параметры могут быть изменены. Кроме того, для геометрического замыкания можно использовать и другие элементы, отличные от системы с охватом сферической части проволоки вогнутыми закруглениями. Так, например, расширенной частью проволоки может быть ее конец, имеющий больший диаметр по сравнению с диаметром самой проволоки и охватываемый вогнутыми участками соответствующей сопряженной формы в отверстии 2.

На фиг. 4 в виде сбоку в продольном разрезе, в виде сверху и в виде спереди показано крепежное или зажимное приспособление 6 для держателя, выполненное по одному из вариантов. Это крепежное или зажимное приспособление 6 изготовлено из жаростойкой пластмассы типа полиэфирэфир-кетона (ПЭЭК). Этот материал отнесен к классу материалов, пригодных для применения в космонавтике, и обладает очень высокими электрическими характеристиками в отношении изоляционных свойств в сравнении с другими типами пластмасс. Вместе с тем возможно применение и других термостойких и электроизоляционных материалов. Держатель 1 проволоки вставляют в открытую сбоку прорезь 7 и фиксируют в ней пластмассовым винтом 11 (см. фиг.5а). В крепежном или зажимном приспособлении 6 для этой цели предусмотрено резьбовое отверстие 9. Держатель 1 проволоки установлен в прорези на достаточном расстоянии для того, чтобы обеспечить беспрепятственное освобождение проволоки, и обращен своим отверстием 2 в сторону закрытой передней кромки крепежного или зажимного приспособления, в котором предусмотрено сквозное отверстие 8 для продевания вставляемой в это отверстие 2 проволоки 14.

В крепежном или зажимном приспособлении 6 имеется удлиненное отверстие 10, предназначенное для его позиционирования и фиксации.

Показанные на фиг. 4 размеры крепежного или зажимного приспособления 6 проволоки при необходимости могут быть изменены с учетом размеров держателя.

На фиг.5а и 5б показаны варианты выполнения подвода джоулева тепла, которым держатель проволоки можно нагревать до начальной температуры аустенитного превращения. На фиг.5а электрический ток протекает на участке расположения крепежного винта от верхней к нижней стороне держателя 1 проволоки, нагревая последний. Для этого на концах проводников 13 предусмотрены медные колечки 12, прижимаемые пластмассовым винтом 11 к верхней и нижней сторонам держателя 1 проволоки.

В показанном на фиг.5б варианте электрический ток протекает через держатель проволоки на участке расположения крепежного винта от одной боковой стороны к другой. Для этого заизолированные концы проводников 13 механически прижимают к верхней стороне держателя 1 проволоки с обеих сторон от отверстия 3.

Вместо описанного выше нагрева джоулевым теплом держатель проволоки можно нагревать также косвенно, например с помощью надетых сверху терморезисторов с положительным ТКС или других регулируемых источников тепла.