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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Verstellen
einer Kraftfahrzeugkomponente, wie beispielsweise eines Windabweisers,
eines Aufstell- bzw. Schiebedachs, einer Verschlussklappe oder dergleichen.
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Obwohl
auf beliebige verstellbare Komponenten eines Kraftfahrzeuges anwendbar,
werden die vorliegende Erfindung sowie die zugrunde liegende Problematik
in Bezug auf eine Verstellung eines Windabweisers näher erläutert.
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Ein
derartiger Windabweiser ist beispielsweise aus der Druckschrift
DE 198 02 301 A1 bekannt. Der
darin beschriebene Windabweiser weist einen Elektromotor auf, der
lediglich dem Windabweiser für eine
Verstellung desselben zugeordnet ist.
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An
diesem Ansatz hat sich jedoch die Tatsache als nachteilig herausgestellt,
dass zusätzliche Elektromotoren
mit einem hohen Bauaufwand und zusätzlichen Kosten sowie Raumbedarf
verbunden sind.
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Des
Weiteren sind dem Anmelder verstellbare Windabweiser für ein Schiebedachsystem
bekannt, welche ein Betätigungselement
aufweisen, das in Abhängigkeit
einer äußeren Temperaturänderung
eine Formänderung
erfährt.
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An
diesem Ansatz hat sich jedoch die Tatsache als nachteilig herausgestellt,
dass derartige Betätigungselemente
lediglich eine geringe Stellkraft besitzen und eine Verstellung
lediglich in einer einseitigen Bewegungsrichtung gewährleisten.
Zudem können
die einzelnen Formänderungen
aufgrund schwer zu beeinflussender Umgebungstemperaturen nicht definiert
gesteuert werden.
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Aus
der Druckschrift
DE
199 34 011 C2 ist ein Verdeck für ein Kraftfahrzeug bekannt,
bei welchem das Verdeckmaterial aus zwei Verbundwerkstoffen mit
Formgedächtniseigenschaften
besteht, die bei unterschiedlichen Temperaturen aktivierbar sind.
Zum Öffnen
des Verdecks erfolgt eine Erwärmung
des Verdeckmaterials bis auf eine vorbestimmte erste Temperatur,
bei der der erste Verbundwerkstoff mit Formgedächtniseigenschaft aktiviert
wird und eine Erweichung des Verdecks bewirkt, so dass dieses eingerollt
oder eingefaltet werden kann. Zum Schließen des Verdecks erfolgt eine
Erhöhung
(oder Erniedrigung) der Temperatur auf einen vorbestimmten zweiten
Wert, bei dem der zweite Memory-Werkstoff aktiviert wird und das
Verdeck aus dem eingerollten, weichen Zustand in den ursprünglichen
formstabilen und den Innenraum des Kraftfahrzeuges überdeckenden
Zustand zurückbringt.
Bei dem zweiten Memory-Werkstoff handelt es sich vorzugsweise um
einen metallischen Werkstoff, insbesondere aus der Gruppe der sogenannten
Shape-Memory-Werkstoffe.
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An
diesem Ansatz hat sich jedoch die Tatsache als nachteilig herausgestellt,
dass eine Herstellung des Verdecks als Verbund aus zwei Verbundwerkstoffen
mit einem hohen Herstellungsaufwand und hohen Herstellungskosten
verbunden ist.
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Es
liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
zum Verstellen einer Kraftfahrzeugkomponente anzugeben, welche die
oben genannten Nachteile beseitigt und welche insbesondere auf einfache
und kostengünstige
Weise eine steuerbare Verstellung der Kraftfahrzeugkomponente mit
einer geringen Reaktionszeit, einer hohen Stellkraft sowie einem
erhöhten
Verstellweg gewährleistet.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Verstellvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Die
der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin,
dass die Verstellvorrichtung mindestens ein Aktorelement, welches
ein Formgedächtnismaterial
aufweist; und mindestens eine Stromversorgungseinrichtung aufweist,
welche für
eine Bestromung des mindestens eines Aktorelementes in Abhängigkeit
einer gewünschten
Formänderung
desselben ansteuerbar ist.
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Somit
weist die vorliegende Erfindung gegenüber den oben genannten Ansätzen den
Vorteil auf, dass die mindestens eine Stromversorgungseinrichtung
zum Liefern eines Heizstromes derart angesteuert werden kann, dass
das mindestens eine Aktorelement aus einem Formgedächtnismaterial
einen gewünschten
Stellweg verfährt
bzw. einen zugeordneten Steller entsprechend betätigt. Derartige Formgedächtnismaterialien
weisen eine große
Steifigkeit und somit eine hohe Stellkraft auf, wobei sie lediglich einen
geringen Bauraum benötigen.
Das Aktorelement wird bei Ansteuerung der mindestens einen Stromversorgungseinrichtung
bei einer Bestromung durch die widerstandsbedingte Verlustwärme des Formgedächtnismaterials
erwärmt,
was vorteilhaft sehr kurze Reaktionszeiten bzw. Schaltzeiten ermöglicht.
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In
den Unteransprüchen
finden sich vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der
im Patentanspruch 1 angegebenen Verstellvorrichtung.
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Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung ist das mindestens eine Aktorelement als
erstes Federelement aus Formgedächtnismaterial,
beispielsweise als Spiralfeder aus Formgedächtnismaterial, ausgebildet,
deren axiale Erstreckung sich in Abhängigkeit der durch die Bestromung
mittels der ersten Stromversorgungseinrichtung auftretenden Verlustwärme ändert. Derartige
Federelemente aus Formgedächtnismaterial
können
auf einfache und kostengünstige Weise
hergestellt werden, beispielsweise aus einer NiTi-Legierung, einer
CuAlNi-Legierung oder einer CuZnAl-Legierung. Diese Materialien
ermöglichen sehr
hohe Zykluszahlen.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung befindet sich das erste Federelement
aus Formgedächtnismaterial
mit einem Steller derart in Wirkverbindung, dass eine Änderung
der axialen Erstreckung des ersten Federelementes in Abhängigkeit
der Bestromung desselben den Steller aus einer ersten Verstellposition
in eine zweite Verstellposition bewegt. Der Steller wiederum kann
mit der zugeordneten Kraftfahrzeugkomponente in geeigneter Weise derart
gekoppelt sein, dass eine Bewegung des Stellers die entsprechende
Verstellung dieser Fahrzeugkomponente bewirkt. Dadurch wird auf
einfache und kostengünstige
Weise eine Fahrzeugkomponente durch Steuerung der Bestromung des
Federelementes aus Formgedächtnismaterial
verstellt bzw. in die gewünschte
Position verfahren.
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Nach
einer weitere bevorzugten Weiterbildung ist ein zweites Federelement
vorgesehen, welches bezüglich
des Stellers gege nüberliegend
zu dem ersten Federelement aus Formgedächtnismaterial angeordnet ist
und welches mit dem Steller ebenfalls in Wirkverbindung steht. Das
zweite Federelement ist vorzugsweise analog zum ersten Federelement
als Spiralfeder ausgebildet.
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Nach
einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist das zweite Federelement
als Rückstellfeder aus
Stahl oder dergleichen für
eine Rückstellung
des Stellers aus der zweiten Verstellposition in die erste Verstellposition
ausgebildet. In diesem Fall besteht die Rückstellfeder vorzugsweise nicht
aus einem Formgedächtnismaterial
und wird daher nicht durch Bestromung formverändert, sondern die Rückstellfeder
dient ausschließlich
durch ihre Federvorspannung einer Rückstellung des Stellers in
eine vorbestimmte Ausgangsstellung bzw. in die erste Verstellposition.
Das erste Federelement aus Formgedächtnismaterial erfährt bei
einer Bestromung hingegen eine Längenausdehnung
und verstellt den Steller entgegen der Rückstellkraft des zweiten Federelementes
aus der ersten Verstellposition in die zweite Verstellposition.
Hierbei ist vorzugsweise mindestens eine Ver-/Entriegelungseinrichtung
in der Vorrichtung vorgesehen, welche den Steller in mindestens
einer der Verstellpositionen ver- bzw. entriegelt. Dadurch kann
die Bestromung des ersten Federelementes nach einer Verstellung
des Stellers und einer Verriegelung durch die Verriegelungseinrichtung
zurückgenommen
werden, wobei der Versteller durch die Verriegelung in der zweiten
Verstellposition verbleibt. Bei einer Rücknahme der Bestromung des
ersten Federelementes wird der entriegelte Steller durch die Rückstellkraft
des zweiten Federelementes von der zweiten Verstellposition in die
erste Verstellposition zurück
verstellt. Gemäß diesem
Ausführungsbeispiel wird
durch die Bestromung lediglich eines Federelementes eine Aktorvorrichtung
geschaffen, welche bei einer Bestromung des ersten Federelementes
eine Verstellung eines zugeordneten Stellers gegen eine Rückstellkraft
eines zweiten Federelementes bewirkt.
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Alternativ
kann das zweite Federelement analog zum ersten Federelement aus
einem Formgedächtnismaterial
bestehen. Beispielsweise ist das zweite Federelement ebenfalls als
Spiralfeder aus einem Formgedächtnismaterial
ausgebildet und mit einer zugeordneten Stromversorgungseinrichtung
verbunden. Analog zum ersten Federelement ändert sich die axiale Erstreckung
des zweiten Federelementes in Abhängigkeit der durch die Bestromung mittels
der zweiten Stromversorgungseinrichtung auftretenden Verlustwärme. Das
erste Federelement geht in diesem Fall bei einer vorbestimmten Bestromung
desselben in einen ausgestellten Zustand und das zweite Federelement
bei keiner Bestromung desselben in einen eingezogenen Zustand derart über, dass
sie den Steller aus einer ersten Verstellposition in eine zweite
Verstellposition verstellen. Analog zu dem oben Gesagten ist auch
bei diesem Ausführungsbeispiel
vorzugsweise mindestens eine Ver-/Entriegelungseinrichtung vorgesehen,
welche den Steller in der ersten und/oder der zweiten Verstellposition
ver- bzw. entriegelt. Falls die Bestromung des ersten Federelementes
zurückgenommen wird
und hingegen das zweite Federelement mit einer vorbestimmten Bestromung
beaufschlagt wird, bewegen die Federelemente einen entriegelten
Steller aus der zweiten Verstellposition zurück in die erste Verstellposition.
Somit wird ein Aktorsystem aus zwei gegenüberliegenden Federelementen
aus Formgedächtnismaterial
geschaffen, welches gegenüber dem
Aktorsystem mit lediglich einem Federelement aus Formgedächtnismaterial
einen vergrößerten Stellweg
aufweist, da sich das zweite Federelement aus Formgedächtnismaterial
bei einer Bestromung zusätz lich
ausdehnt und gegen die Federkraft des ersten Federelementes in axialer
Richtung verstellt.
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Gemäß einem
weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel
weist die Verstellvorrichtung eine Ansteuereinrichtung auf, welche
für eine
gemeinsame oder getrennte Ansteuerung der Stromversorgungseinrichtung(en)
mit diesen derart gekoppelt ist, dass Federelemente aus Formgedächtnismaterial
wechselseitig oder gleichzeitig mit vorbestimmten Strömen bestromt
werden.
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Vorzugsweise
erfolgt eine Bestromung der Federelemente aus Formgedächtnismaterial über eine
jeweils zugeordnete Federhalterung, wobei das Federelement sich
mit der Halterung in Anlage befindet und die Halterung über entsprechende
elektrische Leitungen mit einem geeigneten Strom beaufschlagt werden.
Dadurch befinden sich die Stromzuleitungen nicht im Bereich der
bewegten Federelemente sondern an den unempfindlicheren Abschnitten
der einzelnen Federlemente im Bereich der Federhalterungen.
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Beispielsweise
sind die Federelemente jeweils auf einem zugeordneten Führungsbolzen
geführt, über zugeordnete
Federhalterungen gelagert und in einem Gehäuse abgedichtet angeordnet.
Dadurch können
derartige Aktorsysteme als kompaktes Gerät auf einfache und kostengünstige Weise
im Bereich der zu verstellenden Fahrzeugkomponente montiert werden.
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Zum
Beispiel erfolgt mittels des erfindungsgemäßen Verstellsystems eine Verstellung
eines Schiebedachdeckels, eine Betätigung eines Windabweisers,
ein Aufstellen eines Spoilers, ein Öffnen bzw. Schließen von
Lüftungsklappen,
eine Betätigung
eines Ausstellfensters oder dergleichen.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme
auf die beiliegenden Figuren der Zeichnung näher erläutert.
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Von
den Figuren zeigen:
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1a eine
schematische Darstellung einer Verstellvorrichtung gemäß einem
ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung in einer ersten Verstellposition;
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1b eine
schematische Darstellung einer Verstellvorrichtung gemäß einem
ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung in einer zweiten Verstellposition;
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2a eine
schematische Darstellung einer Verstellvorrichtung gemäß einem
zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung in einer ersten Verstellposition; und
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2b eine
schematische Darstellung einer Verstellvorrichtung gemäß einem
zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung in einer zweiten Verstellposition.
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In
den Figuren der Zeichnung bezeichnen dieselben Bezugszeichen gleiche
oder funktionsgleiche Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben
ist.
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1 illustriert eine schematisierte Darstellung
einer Verstellvorrichtung gemäß einem
ersten bevorzugten Ausfüh rungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, wobei sich die Verstellvorrichtung in
einer ersten Verstellposition, beispielsweise der Ausgangsposition
befindet.
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Wie
in 1a ersichtlich ist, weist die beispielhafte Verstellvorrichtung
einen Träger 1 auf,
auf welchem ein erstes Federelement 2 vorgesehen ist. Das
erste Federelement 2 ist auf einem Führungsbolzen 3 für eine Führung und
Positionierung des ersten Federelementes 2 aufgesteckt.
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Vorzugsweise
ist das erste Federelement 2 zudem in einer zugeordneten
Federhalterung auf dem Träger 1 montiert.
Das erste Federelement 2 ist gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
aus einem Formgedächtnismaterial,
beispielsweise einer NiTi-Legierung, einer CuAlNi-Legierung oder
einer CuZnAl-Legierung
ausgebildet. Diese Formerinnerungslegierungen stellen geeignete
Formgedächtnismaterialien
dar und ermöglichen
sehr hohe Zykluszahlen. Bei derartigen Materialien mit Formgedächtnis ergibt
sich eine Verformung desselben bei Erwärmung. Diese Materialien können ferner
bei niedrigen Temperaturen leicht verformt werden und gehen bei Erhitzen
in ihre ursprüngliche
Form zurück,
d.h. sie „erinnern" sich also an ihren
Ausgangszustand. Bei derartigen Formgedächtnislegierungen treten martensitische
Phasenumwandlungen auf. Durch die erzwungene Formänderung
aufgrund einer Erwärmung oder
bei Verhinderung der Formänderung
können sehr
hohe Stellkräfte
erzeugt werden.
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Ferner
weist die Verstellvorrichtung eine Stromversorgungseinrichtung 4 auf,
welche mit den Enden des ersten Federelementes 2 entweder
direkt oder über
zugeordnete Federhalterungen elektrisch verbunden ist und einen
Heizstrom durch das erste Federelement 2 erzeugt. Beispielsweise
legt die Strom versorgungseinrichtung 4 eine Spannung von etwa
12 V derart an, dass ein von dem vorhandenen elektrischen Widerstand
abhängiger
Strom in etwa von 15 A bis 20 A durch das erste Federelement 2 fließt. Das
erste Federelement 2 erhitzt sich daraufhin durch die in
ihm anfallende, widerstandsbedingte Verlustwärme, so dass sich das erste
Federelement 2 in Abhängigkeit
des ausgewählten
Formgedächtnismaterials
gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
um einen vorbestimmten Verstellweg ausdehnt. Es sind allerdings
auch analog Formgedächtnismaterialien
vorstellbar, welche ab einer vorbestimmten Sprungtemperatur eine
Längenverkürzung erfahren.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel
ist jedoch ein Formgedächtnismaterial
für das
erste Federelement 2 ausgewählt, welches sich bei eine
Erwärmung
ab einer vorgegebenen Sprungtemperatur, beispielsweise einer Temperatur
zwischen 80°C
und 120°C,
von dem in 1a dargestellten zusammengezogenen
Zustand in einen in 1b dargestellten ausgedehnten
Zustand ausdehnt.
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Oberhalb
des ersten Federelementes 2 bzw. einer vorgesehenen Federhalterung
ist ein Steller 5 angeordnet, an welchem das obere Ende
des ersten Federelementes 2 oder die diesem Ende zugeordnete
Federhalterung anliegt. Der Führungsbolzen 3 ist mit
dem Steller 5 vorzugsweise derart gekoppelt, dass er zwischen
dem Träger 1 und
dem Steller 5 senkrecht zu den Anlageflächen derselben ausgerichtet
ist.
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Oberhalb
des Stellers 5 und dem ersten Federelement 2 gegenüberliegend
ist ein zweites Federelement 6 vorgesehen, welches analog
zum ersten Federelement 2 vorzugsweise als Spiralfeder oder
dergleichen ausgebildet ist. Das zweite Federelement 6 besteht
im Unterschied zu dem ersten Federelement 2 nicht aus einem
Formgedächtnismaterial,
sondern aus Stahl oder derglei chen. Das zweite Federelement 6 ist
für eine
Führung
desselben ebenfalls auf einem zugeordneten Führungsbolzen 7 aufgeschoben,
wobei der Führungsbolzen 7 und
der Führungsbolzen 3 vorteilhaft
einteilig miteinander ausgebildet sein können und durch eine Durchgangsöffnung in
dem Steller 5 hindurchragen.
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Das
zweite Federelement 6 liegt zur Abstützung am unteren Ende an der
oberen Fläche
des Stellers 5 und an dem oberen Ende an einer unteren Fläche eines
zugeordneten Abstützelementes 8 an. Bei
einer Verwendung der erfindungsgemäßen Verstellvorrichtung zum
Verstellen einer Kraftfahrzeugkomponente kann die Vorrichtung als
ganzheitliches Gerät
verkapselt ausgebildet sein, oder verschiedene Fahrzeugabschnitte
können
die einzelnen Träger oder
Abstützelemente
der Vorrichtung darstellen.
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Der
Steller 5 ist somit zwischen den beiden Federelementen 2 und 6 angeordnet
und wird aus der in 1a dargestellten ersten Verstellposition
in eine in 1b dargestellte zweite Verstellposition
in Abhängigkeit
der Federzustände
der einzelnen Federelemente 2 und 6 verstellt.
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Der
Steller 5 wiederum ist über
einen zugeordneten Abschnitt mit einer zu verstellenden Fahrzeugkomponente 9 derart
gekoppelt, dass eine Verstellung des Stellers 5 durch eine
Ausdehnung des ersten Federelementes 2 direkt eine Verstellung
der zugeordneten Fahrzeugkomponente 9 in gewünschter
Weise bewirkt. Beispielsweise kann durch eine derartige Verstellvorrichtung
ein Aufstellen eines Schiebedachdeckels, eine Betätigung eines
Windabweisers, ein Aufstellen eines Spoilers, ein Öffnen bzw.
Schließen
von Lüftungsklappen,
eine Betätigung
eines Ausstellfensters oder dergleichen bewerkstelligt werden.
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1b illustriert
eine schematisierte Darstellung der Verstellvorrichtung gemäß dem ersten
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, wobei sich die Verstellvorrichtung in
einer zweiten Verstellposition befindet. Durch Anlegen einer Spannung
von beispielsweise 12 V an die Enden des ersten Federelementes 2 wird
diese mit einem Heizstrom von beispielsweise 15 A bis 20 A beschickt,
so dass sich das erste Federelement 2 aufgrund der Ausgestaltung
aus einem Formgedächtnismaterial
in axialer Richtung ausdehnt, wie in 1b im
Vergleich mit 1a ersichtlich ist und durch
den dargestellten Doppelpfeil angedeutet.
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Die
Stromversorgungseinrichtung 4 ist vorzugsweise mit einer
Ansteuereinrichtung (nicht dargestellt) verbunden, welche die Stromversorgungseinrichtung 4 zum
Liefern des für
die Erwärmung
des ersten Federelementes 2 notwendigen Stroms in Abhängigkeit
der gewünschten
Formänderung
des ersten Federelementes 2 entsprechend ansteuert.
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Die Übergangstemperatur,
bei welcher das erste Federelement 2 von seinem Ausgangszustand in
seinen ausgedehnten Zustand übergeht,
ist vorzugsweise derart gewählt,
dass sie beim Betrieb im Bereich der zu verstellenden Komponente
oberhalb der maximal dort auftretenden Umgebungstemperatur liegt,
also vorzugsweise oberhalb von in etwa 85 °C. Dies gewährleistet, dass das erste Federelement 2 nicht
von der erwärmten
Umgebungstemperatur der Luft auf eine Temperatur aufgeheizt wird,
die oberhalb der Sprungtemperatur liegt. In einem derartigen Fall
würde sich
das erste Federelement 2 unabhängig von einem erzeugten Heizstrom
ausdehnen und sich in die in 1b ausgedehnte
Stellung bewegen.
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Bei
einer Ausdehnung des ersten Federelementes 2 aufgrund des
Heizstromes wird der Steller 5 entgegen der Federkraft
des zweiten Federelementes 6 in Richtung nach oben bewegt,
wie in 1b dargestellt ist. Der Verstellweg
ist somit insbesondere abhängig
von der Federkraft des zweiten Federelementes 6, von den
Materialeigenschaften des Formgedächtnismaterials des ersten
Federelementes 2 sowie von den einzelnen geometrischen
Abmessungen derselben.
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Bei
einer Zurücknahme
der Bestromung durch eine Deaktivierung der Stromversorgungseinrichtung 4 durch
die Ansteuereinrichtung fällt
die Temperatur des ersten Federelementes 2 nach einem vorbestimmten
Zeitraum unter die Sprungtemperatur ab, so dass das erste Federelement 2 aus dem
in 1b dargestellten ausgedehnten Zustand in den in 1a dargestellten
zusammengezogenen Zustand zurückgeht.
In diesem Fall verstellt das zweite Federelement 6 als
Rückstellfeder
den Steller 5 aufgrund der Federvorspannung des zweiten
Federelementes 6 in Richtung nach unten und in die in 1a dargestellte
erste Verstellposition bzw. Ausgangsposition zurück.
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Vorzugsweise
weist die Verstellvorrichtung ferner eine nicht dargestellte Ver-
bzw. Entriegelungseinrichtung auf, welche den Versteller in der
in 1b dargestellten zweiten Verstellposition arretiert.
Im Falle einer Verriegelung bzw. Arretierung des Stellers 5 in
der zweiten Verstellposition kann eine Bestromung des ersten Federelementes 2 zurückgenommen
werden, ohne dass das zweite Federelement 6 aufgrund der
Federvorspannung desselben den arretierten Steller 5 in
die Ausgangsposition bzw. die erste Verstellposition zurücksetzen
kann. Erst bei einer Entriegelung des Stellers 5 durch
die Ver- bzw. Entriegelungseinrichtung erfolgt aufgrund der Rückstellkraft
des zweiten Federelementes 6 eine Verstellung des Stellers 5 von
der in 1b dargestellten zweiten Verstellposition
in die in 1a dargestellte erste Verstell- bzw. Ausgangsposition.
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Im
folgenden wird unter Bezugnahme auf die 2a und 2b ein
zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel
einer Verstellvorrichtung näher
erläutert,
wobei bezüglich
gleicher Komponenten und Funktionsweisen auf die Ausführungen
bezüglich des
ersten Ausführungsbeispiels
verwiesen wird, um Wiederholungen zu vermeiden.
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Wie
in den 2a, welche eine schematische
Ansicht der Verstellvorrichtung nach dem zweiten Ausführungsbeispiel
in einer ersten Verstell- bzw. Ausgangsposition, und 2b,
welche eine schematische Darstellung der Verstellvorrichtung nach
dem zweiten Ausführungsbeispiel
in einer zweiten Verstellposition darstellt, ersichtlich ist, besteht
ein Unterschied des zweiten Ausführungsbeispiels
zu der Verstellvorrichtung gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
im Wesentlichen darin, dass das zweite Federelement 6 analog
zum ersten Federelement 2 aus einem Formgedächtnismaterial
besteht. Bezüglich der
bevorzugten Formgedächtnismaterialien
wird auf die Ausführungen
zum ersten Federelement 2 des ersten Ausführungsbeispiels
verwiesen.
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Das
zweite Federelement 6 aus Formgedächtnismaterial wird analog
zum ersten Federelement 2 vorzugsweise über zugeordnete Federhalterungen
mit einem vorbestimmten Heizstrom für eine Erwärmung desselben bestromt. Eine
Stromversorgungseinrichtung 4 ist vorgesehen, welche entweder als
separate oder vorzugsweise als gemeinsame Stromversorgungseinrichtung 4 für eine Stromversorgung
sowohl des ersten Federelementes 2 als auch des zweiten
Federelementes 6 ausgebildet ist. Beispiels weise kann als
Masseanschluss der beiden Federelemente 2 und 6 ein
gemeinsamer Masseanschluss GND der Stromversorgungseinrichtung 4 verwendet
werden und über
eine Schalteinrichtung bei entsprechender Ansteuerung zwischen einer
Bestromung des ersten Federelementes 2 und des zweiten
Federelementes 6 umgeschaltet werden. Allerdings ist es
auch vorstellbar, zwei vollständig
getrennte Stromversorgungseinrichtungen für die beiden Federelemente 2 und 6 einzusetzen,
wobei die Ansteuereinrichtung die beiden Stromversorgungseinrichtungen
in gewünschter
Weise ansteuert.
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In
Abhängigkeit
des gewünschten
Stellweges der Verstellvorrichtung werden entweder die beiden Federelemente 2 und 6 nicht
bestromt, lediglich eines der beiden Federelemente 2, 6 oder
beide Federelemente 2, 6 gemeinsam bestromt. In
letzterem Fall kann bei unterschiedlichen Ausdehnungen der beiden
Federelemente 2 und 6 ein vorbestimmter Zwischenstellweg
bewerkstelligt werden.
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In
der in 2a dargestellten Ausgangsposition
wird das erste Federelement 2 nicht mit einem Heizstrom
beschickt, wohingegen an das zweite Federelement 6 ein
vorbestimmter Heizstrom eingestellt wird, welcher eine Erwärmung des
zweiten Federelementes 6 oberhalb der Sprungtemperatur
bewirkt. Durch die Erwärmung
aufgrund der widerstandsbedingten Verlustwärme erfolgt eine Zustandsänderung
des zweiten Federelementes 6 beispielsweise dahingehend,
dass sich die axiale Längserstreckung
des zweiten Federelementes 6 ausdehnt und den Steller 5 in
Richtung nach unten drückt,
wie durch die Pfeile in 2a schematisch angedeutet.
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In
dieser ersten Verstellposition bzw. Ausgangsposition kann beispielsweise
analog zum ersten Ausführungsbeispiel
eine Ver- bzw. Entriegelungseinrichtung vorgesehen sein, welche
auch bei einer Zurücknahme
der Bestromung des ersten Federelementes 6 den Steller 5 in
der in 2a dargestellten Position verriegelt
und gegebenenfalls zu einem bestimmten Zeitpunkt wieder entriegelt.
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2b illustriert
eine Ansicht der Verstellvorrichtung in einer zweiten Verstellposition,
bei welcher der Versteller 5 aus der in 2a dargestellten
ersten Verstellposition in Richtung nach oben in die in 2b dargestellte
zweite Verstellposition verschoben ist. In dem in 2b dargestellten
Ausführungsbeispiel
ist die Bestromung des zweiten Federelementes 6 zurückgenommen
worden, wohingegen beispielsweise durch eine Schalteinrichtung die Stromversorgungseinrichtung 4 eine
Bestromung des ersten Federelementes 2 entsprechend vornimmt.
Eine derartige Steuerung kann beispielsweise durch eine mit der
Stromversorgungseinrichtung 4 verbundene Ansteuereinrichtung
vorgenommen werden, wobei diesbezüglich auf die Ausführungen
zu dem ersten Ausführungsbeispiel
gemäß den 1a und 1b verwiesen
wird.
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Bei
der in 2b dargestellten Bestromung lediglich
des ersten Federelementes 2 aus einem Formgedächtnismaterial,
welches sich bei einer Erwärmung
oberhalb der Sprungtemperatur ausdehnt, drückt das erste Federelement 2 den
Steller 5 aufgrund der Ausdehnung des ersten Federelementes 2 in
axialer Richtung nach oben, wobei sich die axiale Längserstreckung
des zweiten Federelementes 6 aufgrund der Nichtbestromung
im Vergleich zu dem in 2a dargestellten Zustand in
axialer Richtung verkürzt.
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Es
ist bei den obengenannten Ausführungsbeispielen
zu verstehen, dass die Auswahl der Formgedächtnismaterialien der ein zelnen
Federelemente und die jeweiligen Bestromungen derart vorzugsweise
auszuwählen
sind, dass durch eine entsprechende Ansteuerung der Stromversorgungseinrichtung 4 und
somit der Federelemente 2 und 6 der Steller 5 aufgrund
einer Ausdehnung eines Federelementes oder einer Verkürzung eines
Federelementes in eine vorbestimmte Verstellposition verstellt wird,
wobei bei einer Zurücknahme
der Bestromung eines zuvor bestromten Federlementes und einer damit
verbundenen Bestromung eines zuvor unbestromten Federlementes eine
Verstellung des Stellers 5 in eine zweite, sich von der
ersten Verstellposition unterscheidende Verstellposition auftritt.
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Es
ist auch denkbar, dass beide Federelemente entsprechend bestromt
werden, wobei sich der insgesamt erreichbare Verstellweg aus den
Unterschieden der Ausdehnungen der einzelnen Federlemente bei bestromtem
und nicht bestromtem Zustand ergibt. Somit können verschiedene Verstellpositionen
durch geeignete Ansteuerungen und eine geeignete Materialauswahl
mit der bevorzugten Verstellvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung erreicht
werden.
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Bei
einer Bestromung und Ausgestaltung aus Formgedächtnismaterial beider Federlemente 2, 6 gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel
im Vergleich zu einer Bestromung und Ausgestaltung aus Formgedächtnismaterial
lediglich eines Federelementes gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel kann
der Stellweg bei geeigneter Materialauswahl und geeigneter Ansteuerung
vorteilhaft vergrößert werden,
da zusätzlich
zu einer Rückstellkraft
aufgrund der Federvorspannung noch eine Stellkraft aufgrund der
sprunghaften Ausdehnung der Federelemente erfolgt.
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Bei
der Erwärmung
der ersten und/oder zweiten Federelemente 2, 6 kann
zusätzlich
auch die Umgebungstemperatur im Bereich der zu verstellenden Fahrzeugkomponente
mit berücksichtigt
werden, d.h. eine Bestromung der Federlemente 2, 6 erfolgt
in Abhängigkeit
der augenblicklichen Umgebungstemperatur derart, dass sich das Formgedächtnismaterial
der Federelemente gerade bis oberhalb der Sprungtemperatur für eine Ausdehnung
bzw. Verkürzung
derselben erhöht.
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Analog
zum ersten Ausführungsbeispiel kann
ebenfalls auch eine Ver- bzw. Entriegelungseinrichtung für eine Ver-
und Entriegelung des Stellers 5 in der ersten und zweiten
Verstellposition vorgesehen werden, so dass die einzelnen Federelemente nicht
bestromt werden müssen
und der Steller dennoch in der vorgesehenen Verstellposition verbleibt.
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Eine
elektrische Kontaktierung der Federelemente 2 und/oder 6 kann
entweder direkt oder über vorzugsweise
zugeordnete Federhalterungen erfolgen, so dass die Verbindungsleitungen
nicht im mechanisch aktiven Bereich störend vorgesehen sind.
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Die
Reaktionszeiten bzw. die Verstellzeiten der beiden Federelemente 2 und 6 können in
Abhängigkeit
der Stromstärke
durch die Ansteuereinrichtung bzw. die angesteuerte Stromversorgungseinrichtung 4 bei
einer entsprechenden Materialwahl in gewünschter Weise ausgewählt werden.
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Somit
schafft die vorliegende Erfindung eine Verstellvorrichtung bestehend
aus mindestens einem Aktor aus einem Formgedächtnismaterial, wobei der Aktor
in geeigneter Weise für
einen gewünschten Verstellweg
mit einem vorbestimmten Heizstrom bestromt wird. Eine derartige
Verstellvorrichtung weist gegenüber
den eingangs genannten Ansätzen
den Vorteil auf, dass eine völlig
geräuschlose
Verstellung, ein geringer Einbauraum und eine kostengünstige Verstellvorrichtung
geschaffen wird. Des Weiteren können
bei Verwendung von mehreren steuerbaren Aktoren aus Formgedächtnismaterial
verschiedene Verstellpositionen durch unterschiedliche Ansteuerbetriebe
eingestellt werden.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele
vorstehend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern
auf vielfältige
Weise modifizierbar.
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Beispielsweise
kann die gesamte Vorrichtung bestehend aus Federelementen, Führungsbolzen,
Steller sowie Anlageflächen
in einem gemeinsamen Gehäuse
eingekapselt sein, welches vorzugsweise einen niedrigen Wärmeleitkoeffizienten
aufweist, so dass die in dem Federelement entstehende Verlustwärme nicht
nach außen
hin abgegeben wird und angrenzende Bauteile schädigt. Auch der Führungsbolzen,
der Steller, die Anlageflächen
der sich erwärmenden
und das Formgedächtnismaterial
aufweisenden Abschnitte sowie alle weiteren Komponenten der Vorrichtung
mit Ausnahme der Federelemente sind vorzugsweise aus Materialien
mit einem niedrigen Wärmeleitkoeffizienten
ausgebildet, so dass eine Wärmeableitung
bzw. ein Wärmeübergang reduziert
wird.
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Es
ist auch vorstellbar, dass für
die Federelemente ein Formgedächtnismaterial
verwendet wird, welches sich alternativ oder zusätzlich bei einer vorbestimmten
Sprungtemperatur zusammenzieht. Beispielsweise ist es vorstellbar,
dass sich das eine Federelement aufgrund der entstehenden Erwärmung oberhalb
der Sprungtemperatur zusammenzieht und das andere Federelement aufgrund
der entstehenden Erwärmung
oberhalb der Sprungtemperatur ausdehnt. Dadurch kann der Verstellweg
u.U. zusätzlich erhöht werden.
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- 1
- Träger
- 2
- erstes
Federelement
- 3
- Führungsbolzen
- 4
- Stromversorgungseinrichtung
- 5
- Steller
- 6
- zweites
Federelement
- 7
- Führungsbolzen
- 8
- Abstützelement
- 9
- Fahrzeugkomponente