DE102007017261A1 - Formgedächtnislegierungssystem (SMA-System) - Google Patents

Formgedächtnislegierungssystem (SMA-System) Download PDF

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Abstract

Ein Formgedächtnislegierungssystem (SMA-System), das für eine Verwendung in mehreren Umgebungen geeignet ist, die das Einklinken und Ausklinken von Fahrzeugsitzschienen enthalten, jedoch nicht darauf beschränkt sind. Das System enthält eine beliebige Anzahl von Konfigurationen, um eine beliebige Anzahl von Operationen zu unterstützen, die Druck-Druck-, Zug-Zug-, Druck-Zug- und Zug-Druck-Operationen enthalten, jedoch nicht darauf beschränkt sind.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf Formgedächtnislegierungssysteme (SMA-Systeme) des Typs, bei dem eine elektrische Stimulierung verwendet wird, um SAM-Elemente anzuregen.
  • Formgedächtnislegierungselemente (SMA-Elemente) sind Elemente, die elektrisch angeregt werden können, die sich in Abhängigkeit von der Temperatur ausdehnen und/oder zusammenziehen. Die Temperatur und dadurch die Anregung dieser Elemente können durch elektrische Stimulation gesteuert werden.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Formgedächtnissystem zu schaffen, bei dem die im Stand der Technik vorhandenen Probleme nicht bestehen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Formgedächtnissystem nach Anspruch 1, durch eine elektrisch betätigbare Rastklinke mit formschlüssigem Eingriff nach Anspruch 10 bzw. eine Sitzschienenbaueinheit nach Anspruch 12. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deutlich beim Lesen der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen, die auf die Zeichnungen Bezug nimmt; es zeigen:
  • 1-4 verschiedene Formgedächtnislegierungssysteme (SMA-Systeme) gemäß einem nicht einschränkenden Aspekt der Erfindung;
  • 5 ein Sitzsystem gemäß einem nicht einschränkenden Aspekt der Erfindung;
  • 6-7 einen Verriegelungsmechanismus gemäß einem nicht einschränkenden Aspekt der Erfindung.
  • Die 1-4 zeigen verschiedene Formgedächtnislegierungssysteme 10-16 (SMA-Systeme) gemäß einem nicht einschränkenden Aspekt der Erfindung. 1 zeigt ein Zug-Zug-System 10, 2 zeigt ein Zug-Druck-System 12, 3 zeigt ein Druck-Druck-System 14 und 4 zeigt ein Zug-Druck-System 16. In jedem dieser Systeme 10-16 werden ein erstes und ein zweites SMA-Element 24-26 verwendet, um eine Bewegung eines beweglichen Elements 28 zu steuern.
  • Eine Steuereinheit 32 kann vorhanden sein, um jedes der SMA-Elemente 24-26 elektrisch zu stimulieren und dadurch deren Ausdehnung und/oder Einziehung zu steuern. Die Steuereinheit 32 kann Signale ausgeben, einen Stromfluss steuern und/oder eine beliebige Anzahl weiterer Operationen ausführen, die mit der elektrisch gesteuerten Anregung von SMA-Elementen 24-26 verbunden sind. Die Steuereinheit 32 kann so beschaffen sein, dass sie die Anregung der SMA-Elemente 24-26 gemäß einer beliebigen Anzahl von Steuerverfahren und Steuerparametern steuert.
  • In der Zug-Zug-Anordnung 10 wird z. B. das erste SMA-Element 24 angeregt, um an dem beweglichen Element 28 zu ziehen, und anschließend wird das zweite SMA-Element 26 angeregt, das erste SMA-Element 24 wieder in seine nicht angeregte Position zu ziehen. In der Zug-Druck-Anordnung 12 wird das erste SMA-Element 24 angeregt, um an dem beweglichen Element 28 zu ziehen, und anschließend wird das zweite SMA-Element 26 angeregt, um das erste SMA-Element 24 wieder in seine nicht angeregte Position zu drücken. In der Druck-Druck-Anordnung 14 wird das erste SMA-Element 24 angeregt, um gegen das bewegliche Element 28. zu drücken, und anschließend wird das zweite SMA- Element 26 angeregt, um das erste SMA-Element 24 wieder in seine nicht angeregte Position zu drücken. In der Druck-Zug-Anordnung 16 wird das erste SMA-Element 24 angeregt, um gegen das bewegliche Element 28 zu drücken, und anschließend wird das zweite SMA-Element 26 angeregt, um das erste SMA-Element 24 wieder in seine nicht angeregte Position zu ziehen.
  • Die Steuereinheit 32 kann zusätzlich so beschaffen sein, dass sie die Geschwindigkeit, die Positionierung und weitere Eigenschaften steuert, die mit der Anregung der SMA-Elemente 24-26 verbunden sind. Die Steuereinheit 32 kann z. B. das erste SMA-Element 24 und anschließend, während das erste SMA-Element 24 noch angeregt ist, das zweite SMA-Element 26 anregen, um die Feinabstimmungsbewegung des ersten SMA-Elements 24 zu steuern. Die Steuereinheit 32 kann gleichfalls den Stromfluss und weitere Betriebszustände, die mit der Erwärmung verbunden sind, einzeln steuern und/oder verändern oder die Anregung der SMA-Elemente 24-26 auf andere Weise steuern, so dass die Geschwindigkeit der Anregung gesteuert und begrenzt werden kann.
  • Die Größe, die Materialeigenschaften und weitere Merkmale der SMA-Elemente 24-26 können gewählt werden, damit sie mit ihrem gewünschten Betrieb übereinstimmen. Wenn Z. B. das zweite SMA-Element 24-26 verwendet wird, um die Positionierung des ersten SMA-Elements 24 zu steuern, können die Bemessung oder andere Festigkeitsmerkmale des zweiten SMA-Elements 26 so gewählt werden, dass sie die Kräfte des zweiten SMA-Elements 26 übersteigen, wenn beide SMA-Elemente 24-26 angeregt werden und/oder um Kräfte zu absorbieren, die mit dem Betrieb des jeweils anderen Elements verbunden sind. Die Größe oder andere Merkmale können gleichfalls so gewählt sein, dass sie mit gewünschten Betriebscharakteristiken übereinstimmen, d. h. das erste SMA-Element 24 kann kleiner sein als das zweite SMA-Element 26, wenn sich das zweite SMA-Element 26 mit einer größeren Geschwindigkeit bewegen soll.
  • Jedes der Systeme kann einen oder mehrere Anker 36-38 enthalten, gegen die die SMA-Elemente 24-26 betrieben werden können, um die oben beschriebenen Druck- und Zugoperationen auszuführen. Die Anker 36-38 sind so dargestellt, dass sie beispielhaft von dem beweglichen Element 28 getrennt sind, wobei die Erfindung jedoch nicht darauf eingeschränkt sein soll. Die Anker 36-38 können in Abhängigkeit von der Verwendungsumgebung mit einer beliebigen Struktur oder einem beliebigen Element zugeordnet sein, die ausreichende Möglichkeiten aufweisen, um die gewünschte Bewegung des SMA-Elements bzw. der SMA-Elemente 24-26, die damit verbunden sind, zu ermöglichen.
  • Die Anker 36-38 oder die anderen Elemente, die an den SMA-Elementen 24-26 befestigt sind, können als eine elektrische Masse für die SMA-Elemente 24-26 verwendet werden. Die elektrische Masse leitet Strom ab, der zum Anregen der SMA-Elemente 24-26 verwendet wird. Auf diese Wiese kann die Steuereinheit 32 verwendet werden, um eine elektrische Stimulation an den SMA-Elementen 24-26 zu bewirken, die dann durch die Anker 36-38 abgeleitet wird. Die Anker 36-38 sind im Allgemeinen mit elektrischer Masse dargestellt, sie müssen jedoch nicht notwendigerweise den Strom zur echten Masse ableiten, sondern können einfach einen Stromweg zwischen der Steuereinheit 32 und den SMA-Elementen 24-26 bereitstellen, um Mittel zum Anregen der SMA-Elemente 24-26 zu schaffen.
  • Die Steuereinheit 32 ist so dargestellt, dass sie von den Elementen 24-26, den Ankern 36-38 und dem beweglichen Element 28 getrennt ist. Die Erfindung soll jedoch nicht in der Weise eingeschränkt sein und es ist vorgesehen, dass die Steuereinheit 32 oder mehrere Steuereinheiten mit dem beweglichen Element 28 und/oder den Ankern 36-38 integriert sein können, um die elektrische Stimulierung der SMA-Elemente 24-26 zu steuern und weitere Betriebsparameter hiervon zu überwachen.
  • Wie in den 1 und 3 gezeigt ist, kann ein Verbindungselement 40 zwischen dem ersten und dem zweiten SMA-Element 24-26 vorgesehen sein. Das Verbindungselement kann so beschaffen sein, dass es eine Kraft der SMA-Elemente 24-26 proportional zu ihrer Bewegung ausübt. Zum Beispiel und unter Bezugnahme auf 1 bewegt sich dann, wenn das erste SMA-Element 24 an dem beweglichen Element 28 zieht, das Verbindungselement 40 nach links, um an dem zweiten SMA-Element 26 zu ziehen. Nachdem die Bewegung des ersten SMA-Elements 24 beendet ist und die Kontraktion des zweiten SMA-Elements 26 beginnt, bewegt sich das Verbindungselement 40 nach rechts, um an dem ersten SMA-Element 24 zu ziehen.
  • Das in den 1-4 gezeigte bewegliche Element 28 kann einem beliebigen Element zugeordnet sein, das mit einem SMA-Element bewegt werden kann. Gemäß einem nicht einschränkenden Aspekt der Erfindung kann das bewegliche Element einem elektrisch betätigbaren Verriegelungsmechanismus eines Fahrzeugsitzsystems entsprechen.
  • 5 zeigt ein Sitzsystem 50 mit einem elektrisch betätigbaren Fahrzeugsitz 52 gemäß einem nicht einschränkenden Aspekt der Erfindung. Das Fahrzeugsitzsystem 50 kann den Fahrzeugsitz 52 enthalten, der relativ zu einer Schienenbaueinheit 54 beweglich ist. Die Schienenbaueinheit 54 kann eine erste Schiene und eine zweite Schiene 65, 58 enthalten, wobei die zweite Schiene 58 in Bezug auf die erste Schiene 56 beweglich ist, um eine Positio nierung des Sitzes 52 relativ zu der zweiten Schiene 58 sicherzustellen.
  • Ein elektrisch betätigbarer Verriegelungsmechanismus 60 kann in Zusammenwirkung mit der Sitzschienenbaueinheit 54 verwendet werden, um eine Bewegung der zweiten Schiene 58 relativ zur ersten Schiene 56 zu verhindern. Der Verriegelungsmechanismus 60 kann mehrere Auslöseeinrichtungen 64-70 enthalten, die zwischen einer verriegelten Position, in der die Auslöseeinrichtungen an der zweiten Schiene 58 in Eingriff sind, und einer entriegelten Position, in der die Auslöseeinrichtungen von der zweiten Schiene 58 gelöst sind, elektrisch bewegt werden.
  • Wenn die Auslöseeinrichtungen 64-70 in Eingriff sind, ist die Position des Sitzes 52 in Bezug auf die zweite Schiene 58 festgestellt und wenn die Auslöseeinrichtungen 64-70 gelöst sind, ist die Positionierung des Sitzes 52 in Bezug auf die zweite Schiene 58 freigegeben, so dass der Sitz 52 in Bezug auf diese positioniert werden kann.
  • Die 6-7 zeigen den Verriegelungsmechanismus 60 genauer und gemäß einem nicht einschränkenden Aspekt der Erfindung. Der Verriegelungsmechanismus 60 kann ein erstes SMA-Element 76, ein zweites SMA-Element 78, mehrere Stifte (Auslöseeinrichtungen) 64-70, einen Querstab 80, Federn 82-88, einen oberen Abschnitt 90 und einen unteren Abschnitt 92 enthalten. Die Stifte 64-70 können sich durch den unteren Abschnitt 92 und in Öffnungen der ersten Schiene 56 erstrecken, wenn der Verriegelungsmechanismus 60 in Eingriff ist, und die Stifte 64-70 können aus den Öffnungen entfernt werden und sich in den oberen Abschnitt 90 befinden, wenn der Verriegelungsmechanismus 60 gelöst ist, so dass die zweite Schiene 58 in Bezug auf die erste Schiene 56 frei beweglich ist.
  • Der untere Abschnitt 92 in der ersten Schiene 56 enthalten sein, um an einer oberen Seite der zweiten Schiene 58 entlang zu laufen. Der obere Abschnitt 90 kann mit der ersten Schiene 65 verbunden sein, um eine Einsatzanordnung zu schaffen, die ermöglicht, dass die Stifte 64-70 sich zwischen dem Eingriff der ersten Schiene 56 an der zweiten Schiene 58 und dem Lösen der ersten Schiene 56 von dieser bewegen können.
  • Eine Steuereinheit (nicht gezeigt) kann mit dem Verriegelungsmechanismus 60 kommunizieren, um die Anregung der SMA-Elemente 76, 78 zu steuern. Die SMA-Elemente 76, 78 können im Einzelnen in der Art Zug-Zug angeordnet sein, so dass das erste SMA-Element 76 an dem Querstab 80 zu ziehen, um die Stifte 64-70 aus den Öffnungen zu entfernen, und das zweite SMA-Element 78 zieht an dem zurückgezogenen Querstab 80, um die Stifte 64-70 in die Öffnungen einzusetzen. Dies ermöglicht, dass die Steuereinheit die SMA-Elemente 76, 78 wahlweise anregt und dadurch das Eingreifen und Lösen des Verriegelungsmechanismus 60 steuert.
  • Anforderungsgemäß sind an dieser Stelle genaue Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung offenbart worden, es sollte jedoch klar sein, dass die offenbarten Ausführungsformen für die Erfindung lediglich beispielhaft sind, die in verschiedenen und alternativen Formen ausgeführt werden kann. Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgerecht, wobei einige Merkmale vergrößert oder verkleinert sind, um Einzelheiten bestimmter Komponenten zu zeigen. Deswegen sollten spezifische strukturelle und funktionelle Einzelheiten, die hier offenbart wurden, nicht als einschränkend interpretiert werden, sondern lediglich als repräsentative Grundlage für die Ansprüche und/oder als repräsentative Grundlage für die Erkenntnis eines Fachmanns, die Erfindung auf verschiedene Arten auszuführen.
  • Während Ausführungsformen der Erfindung dargestellt und beschrieben wurden, ist nicht vorgesehen, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen der Erfindung darstellen und beschreiben. Die in der Spezifikation verwendeten Worte sind eher beschreibend als einschränkend und es sollte klar sein, dass verschiedene Änderungen ausgeführt werden können, ohne vom Erfindungsgedanken und Umfang der Erfindung abzuweichen.

Claims (20)

  1. Formgedächtnissystem, gekennzeichnet durch ein erstes Formgedächtnislegierungselement (24) (SMA-Element), das so beschaffen ist, dass es in einer ersten Richtung angeregt werden kann; ein zweites SMA-Element (26), das mit dem ersten SMA-Element (24) verbunden und so beschaffen ist, dass es in einer zweiten Richtung angeregt werden kann, wobei die zweite Richtung von der ersten Richtung verschieden ist; wobei jedes SMA-Element (24, 26) mit elektrischer Masse verbunden ist; und eine Steuereinheit (32), die mit dem ersten und dem zweiten SMA-Element (24, 26) verbunden und so beschaffen ist, dass sie nacheinander einen Strom steuert, der an die SMA-Massen geliefert wird, und dadurch die SMA-Elemente (24, 26) in der Weise anregt, dass nacheinander das erste SMA-Element (24) in der ersten Richtung angeregt wird und anschließend das zweite SMA-Element (26) in der zweiten Richtung angeregt wird, damit das erste SMA-Element (24) in der zweiten Richtung bewegt wird.
  2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (32) so beschaffen ist, dass sie die Anregung von SMA-Elementen (24, 26) in Abhängigkeit von der Temperatur der Elemente begrenzt.
  3. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (32) so beschaffen ist, dass sie das zweite SMA-Element (26) während der Anregung des ersten SMA-Elements (24) anregt, um die Bewegung des ersten SMA-Elements (24) in der ersten Richtung zu steuern.
  4. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die SMA-Elemente (24, 26) in Bezug auf die erste und die zweite Richtung in der Weise angeordnet sind, dass ihre Anregung eine Druck-Zug-, eine Druck-Druck-, Zug-Druck- oder Zug-Zug-Operation erzeugt.
  5. System nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein bewegliches Element (28) in Verbindung mit dem ersten SMA-Element (24), wobei das bewegliche Element (28) bei Anregung des ersten SMA-Elements (24) in einer ersten Richtung beweglich ist und bei Anregung des zweiten SMA-Elements (26) in der zweiten Richtung beweglich ist.
  6. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegliche Element (28) eine Rastklinke mit formschlüssigem Eingriff ist, die zum Positionieren eines Fahrzeugsitzes (52) verwendet wird.
  7. Elektrisch betätigbare Rastklinke mit formschlüssigem Eingriff zur Verwendung beim Positionieren eines Fahrzeugsitzes (52), gekennzeichnet durch einen Verriegelungsmechanismus (60) zum Begrenzen der Bewegung des Fahrzeugsitzes (52) relativ zu einer Fahrzeugsitzschiene (65); ein erstes Formgedächtnislegierungselement (76) (SMA-Element) in Verbindung mit dem Verriegelungsmechanismus (60) und so beschaffen, dass es den Verriegelungsmechanismus (60) löst, um eine Bewegung des Fahrzeugsitzes (52) zu ermöglichen; und ein zweites SMA-Element (78) in Verbindung mit dem Verriegelungsmechanismus (60) und so beschaffen, dass es den Verriegelungsmechanismus (60) in Eingriff bringt, um eine Bewegung des Fahrzeugsitzes (52) zu verhindern.
  8. Rastklinke nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Verriegelungsmechanismus (60) mehrere Stifte (64-70) zum Aufnehmen in Öffnungen der Fahrzeugsitzschiene umfasst, wobei die Stifte (64-70) aus den Öffnungen entfernt werden, wenn der Verriegelungsmechanismus (60) gelöst ist, und die Stifte (64-70) in die Öffnungen eingesetzt werden, wenn der Verriegelungsmechanismus (60) in Eingriff ist.
  9. Rastklinke nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen Querstab (80), der sich durch eine Öffnung in jedem der Stifte (64-70) erstreckt, wobei die SMA-Elemente (76, 78) mit dem Querstab (80) in der Weise verbunden sind, dass die SMA-Elemente den Querstab (80) betätigen, um die Stifte (64-70) relativ zu den Öffnungen zu entfernen und einzusetzen.
  10. Rastklinke nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die SMA-Elemente (76, 78) so beschaffen sind, dass sie die Stifte (64-70) in einer Druck-Zug-, einer Druck-Druck-, einer Zug-Druck- oder einer Zug-Zug-Operation entfernen und einsetzen.
  11. Rastklinke nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine elektrische Masse für jedes der SMA-Elemente (76, 78), wobei die elektrische Masse so beschaffen ist, dass sie elektrischen Strom, der zum Anregen der SMA-Elemente (76, 78) verwendet wird, ableitet.
  12. Sitzschienenbaueinheit zum Einstellen einer Sitzbaueinheit eines Fahrzeugs, gekennzeichnet durch eine erste Schiene (56); eine zweite Schiene (58), die in Bezug auf die erste Schiene (56) beweglich ist; und einen elektrisch betreibbaren Rastklinkenmechanismus, der der zweiten Schiene (58) zugeordnet und funktionsfähig ist, um eine relative Bewegung der Schienen (56, 58) zu verhindern, wobei der Rastklinkenmechanismus mehrere Auslöseeinrichtungen (64-70) enthält, die zwischen einer verriegelten Position, in der die Auslöseeinrichtungen (64-70) an der ersten Schiene (56) in Eingriff sind, und einer entriegelten Position, in der die Auslöseeinrichtungen (64-70) von der ersten Schiene (56) gelöst sind, bewegt werden können.
  13. Sitzschienenbaueinheit nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch mindestens ein Formgedächtnislegierungselement (76) (SMA-Element), wobei das SMA-Element (76) so beschaffen ist, dass es das elektrische Eingreifen und Lösen der Auslöseeinrichtungen (64-70) ermöglicht.
  14. Sitzschienenbaueinheit nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch mindestens ein zusätzliches SMA-Element (78), so dass die Baueinheit mindestens ein erstes und ein zweites SMA-Element (76, 78) enthält, wobei das erste SMA-Element (76) dem elektrischen Lösen der Auslöseeinrichtungen (64-70) und das zweite SMA-Element (78) dem elektrischen Eingreifen der Auslöseeinrichtungen (64-70) zugeordnet ist.
  15. Sitzschienenbaueinheit nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch eine Steuereinheit zum elektrischen Steuern der Bewegung der SMA-Elemente (76, 78) und dadurch der Bewegung der Auslöseeinrichtungen (64-70).
  16. Sitzschienenbaueinheit nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit so beschaffen ist, dass sie die Anregung des SMA-Elements (76, 78) durch elektrische Stimulation steuert.
  17. Sitzschienenbaueinheit nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit so beschaffen ist, dass sie die Anregung des SMA-Elements (76, 78) in Abhängigkeit von der Temperatur der Elemente begrenzt.
  18. Sitzschienenbaueinheit nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Baueinheit mindestens ein erstes und ein zweites SMA-Element (76, 78) enthält und die Steuereinheit so beschaffen ist, dass sie das zweite SMA-Element (78) während der Anregung des ersten SMA-Elements (76) anregt, um einer Bewegung des ersten SMA-Elements (76) entgegenzuwirken.
  19. Sitzschienenbaueinheit nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die SMA-Elemente (76, 78) so angeordnet sind, dass ihre Anregung eine Druck-Zug-, eine Druck-Druck-, eine Zug-Druck- oder eine Zug-Zug-Operation erzeugt.
  20. Sitzschienenbaueinheit nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslöseeinrichtungen (64-70) Stifte sind, die mit einer Bewegung eines hiermit verbundenen Querstabelements (80) bewegt werden können, wobei das Querstabelement (80) mit mindestens einen elektrisch anregbaren Formgedächtnislegierungselement (76, 78) (SMA-Element) verbunden ist.
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