DE102009053111A1

DE102009053111A1 - Durch aktives Material aktivierte Druckabbauventile und Verwendungsverfahren

Info

Publication number: DE102009053111A1
Application number: DE102009053111A
Authority: DE
Inventors: Paul W. Ypsilanti Alexander; Xiujie Troy Gao; Alan L. Grosse Pointe Browne; Mark A. Richmond Voss; Derek L. Township Patterson; John N. Franklin Owens; James Holbrook Costa Mesa Brown; Brian D. Upland Hu
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2008-11-14
Filing date: 2009-11-13
Publication date: 2010-07-29
Anticipated expiration: 2029-11-14
Also published as: US20140273790A1; DE102009053111B4; CN101994862B; US20100112924A1; CN101994862A; US8708787B2

Abstract

Ein Druckentlastungsventil umfasst ein Gehäuse und einen Flügel, der in eine offene Stellung bzw. eine geschlossene Stellung beweglich ist. Ein Linearaktuator ist mechanisch zwischen dem beweglichen Flügel und das Gehäuse geschaltet. Der Linearaktuator ist eine Drahteinrichtung, die aus einer Formgedächtnislegierung gefertigt ist. Ein betätigbares Verriegelungssystem ist derart ausgestaltet, dass es den beweglichen Flügel für einen unbestimmten Zeitraum in der offenen Stellung bzw. der geschlossenen Stellung festhält.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung ist eine Teilfortsetzung der U.S. Anmeldung Nr. 12/254,692, die am 20. Oktober 2008 eingereicht wurde, und beansprucht auch die Priorität der vorläufigen U.S. Anmeldung 61/114,580, die am 14. November 2008 eingereicht wurde, deren beider Offenbarungsgehalt hierin durch Bezugnahme mit aufgenommen ist.
TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung betrifft allgemein Luftdruckentlastungsventile und genauer Druckentlastungsventile und Verfahren zum Regeln von Zuständen in einem Innenraum unter Verwendung einer Betätigung mit aktivem Material.
HINTERGRUND
Es ist festzustellen, dass Druckdifferenzen zwischen inneren Räumlichkeiten oder Räumen und der Außenumgebung unerwünschte Zustande hervorrufen können. Beispielsweise können sie in einem Milieu eines Kraftfahrzeugs eine Zunahme eines ”Dröhnens” (d. h. eines Unbehagens durch einen niedrigen Lärmpegel), einer erforderlichen Türschließkraft, und insbesondere dann, wenn sie plötzlich erfolgen, eines Unbehagens für die Insassen der Räumlichkeit hervorrufen. Somit gibt es Druckentlastungsven tile (PRVs von Pressure Relief Valves) zum Reduzieren einer Druckdifferenz, die bei einem Schließen eines verschwenkbaren Plattenelements (z. B. einer Tür, Hubklappe, Heckklappe usw.) oder eines Fensters, einer Aktivierung des HLK-Systems oder einer Airbagentfaltung, und einem Öffnen eines Fensters während einer Bewegung des Fahrzeuges, sodass ein Bernoulli-Effekt hervorgerufen wird, zunehmen kann. Diese Ventile sind im Allgemeinen in einem inneren Plattenelement angeordnet, das eine Schnittstelle zwischen dem Raum und der Umgebung herstellt (z. B. dem Konstruktionsplattenelement zwischen dem Rücksitz und dem Kofferraum, dem Konstruktionsplattenelement zwischen dem Boden und der Außenumgebung, dem Konstruktionsplattenelement zwischen dem Armaturenbrett und dem Motorraum und dergleichen). Konstruktiv umfassen herkömmliche PRVs zumindest einen Kanal, der die innere Räumlichkeit und die Außenumgebung fluidtechnisch koppelt, und eine bewegliche Klappe (z. B. ein Tor), das über einer durch den Kanal definierten Öffnung angeordnet ist. Die Klappe wird in Ansprechen auf die Druckdifferenz passiv betätigt. Wenn beispielsweise der Luftdruck in dem Innenraum größer als der Außenluftdruck ist, öffnet sich die Klappe, um den erhöhten Druck zu kompensieren sowie abzuschwächen, und wenn der Luftdruck des Innenraums kleiner als der Außenluftdruck ist, bedeckt die bewegliche Klappe die Öffnung, um zu verhindern, dass Luft in den Innenraum eintritt.
In jüngerer Zeit sind aktive PRVs, die einen Antriebsmechanismus zum Öffnen und/oder zum Schließen der Klappe benutzen, entwickelt worden, um sich einigen der Einschränkungen von passiven PRVs zu widmen. Bei diesen Ausgestaltungen ist nicht länger eine Druckdifferenz erforderlich, um das PRV zu betätigen; sondern es ist festzustellen, dass stattdessen, über eine sensorische oder manuelle Eingabe, aktive PRVs durch andere Zustände ausgelöst und dazu verwendet werden können, diese anzuspre chen, wie etwa eine schlecht Luftqualität entweder innerhalb oder außerhalb des Raumes, zu hohe Temperatur, eine Detektion von einem Sensor und der Betrieb oder die Beschaffenheit eines zugehörigen Systems. Jedoch haben aktive PRVs in der Technik auch verschiedene Probleme. Beispielsweise erfordern aktive PRVs aus dem Stand der Technik, einschließlich jene, die Motoren, Solenoide und eine Betätigung mit aktivem Material benutzen (wie sie etwa durch das eigene U.S. Patent Nr. 7,204,472 A dargestellt sind), um die Bewegung der Klappe zu bewirken, typischerweise eine konstante Leistung, um das Ventil in dem betätigten Zustand zu halten. Dies führt unvermeidlich zu einem Zug an der Leistungsversorgung. Mit Bezug auf PRVs auf der Basis von aktivem Material aus dem Stand der Technik ist das Fehlen eines Lastbegrenzungsschutzes, das zu einem Unvermögen führt, einen Ausfall und die zugehörigen Kosten zu vermeiden, ebenfalls ein Problem. Es ist beispielsweise festzustellen, dass dort, wo das Öffnen der Klappe durch einen Fremdkörper blockiert wird, das Element aus aktivem Material in diesen PRVs überhitzen, beschädigt werden oder auf andere Weise versagen kann.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Ventil umfasst ein Gehäuse, das eine Öffnung definiert, die eine Fluidverbindung zwischen einem Fahrzeugraum und einer Außenumgebung bereitstellt. Das Ventil umfasst darüber hinaus einen beweglichen Flügel, der schwenkbar mit dem Gehäuse verbunden und in eine offene Stellung bzw. eine geschlossene Stellung beweglich ist. Ein erster Linearaktuator ist mechanisch zwischen den beweglichen Flügel und das Gehäuse geschaltet und umfasst einen ersten Linearaktuator mit einer ersten Drahteinrichtung, die aus einer Formgedächtnislegierung gefertigt ist. Eine erste Leistungsversorgung ist elektrisch mit dem ersten Linearaktuator gekoppelt, um eine Phasenumwandlung in der Formgedächtnislegierung des ersten Linearaktuators zu bewirken und somit den Flügel in die offene Stellung bzw. die geschlossene Stellung zu bewegen, wenn die erste Leistungsversorgung in Ansprechen auf ein erstes Aktivierungssignal von einem Controller aktiviert ist. Ein betätigbares Verriegelungssystem ist ausgestaltet, um den beweglichen Flügel über einen unbestimmten Zeitraum in der offenen bzw. der geschlossenen Stellung zu halten.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Eine bevorzugte Ausführungsform/bevorzugte Ausführungsformen der Offenbarung wird/werden nachstehend ausführlich anhand der beigefügten Zeichnungsfiguren beschrieben, in denen:
1 eine Aufrissansicht eines Fahrzeugs ist, das gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Offenbarung eine Mehrzahl von PRVs mit aktivem Material, die mit einem ersten und zweiten Sensor gekoppelt sind, einen Controller und eine Leistungsversorgung umfasst;
2 eine Perspektivansicht eines aktiven PRV gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Offenbarung ist;
3 eine perspektivische schematische Ansicht eines PRV mit einer einzigen verschwenkbaren Tür gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist;
3A ein Seitenaufriss des in 3 gezeigten PRV ist, der die Klappe in einem geschlossenen Zustand und einen Aktuator mit aktivem Material besonders veranschaulicht, der einen Form gedächtnisdraht und eine Vorspannfeder, die mit diesem antreibend gekoppelt ist, umfasst;
3B ein Seitenaufriss des in den 3–3A gezeigten PRV ist, wobei sich die Klappe in einem offenen Zustand befindet, der durch die Aktivierung des Drahts bewirkt wird,
3C ein Seitenaufriss des in den 3–3B gezeigten PRV ist, wobei die Bewegung der Klappe durch einen Fremdkörper behindert wird, wenn der Draht aktiviert worden ist;
3D ein Seitenaufriss des in den 3–3C gezeigten PRV ist, wobei der Lastbegrenzungsschutz in Eingriff ist, um eine sekundäre Ausgangsstrecke für das Element infolge der Blockierung bereitzustellen;
4 ein Seitenaufriss eines PRV auf der Basis von aktivem Material gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist, der die Schwenkachse der Klappe, und eines Verriegelungsmechanismus auf Sperrklinkenbasis besonders veranschaulicht, der eine Klinke, einen Zahnradverbinder, einen Formgedächtnisdraht und eine Vorspannfeder in einer vergrößerten Ansicht umfasst;
4A eine vergrößerte Ansicht der Schwenkachse und des Verriegelungsmechanismus, die in 4 gezeigt sind, ist, wobei die Klappe in einen offenen Zustand geschwungen ist, sodass das Zahnrad mit der Klinke in Eingriff steht;
4B eine vergrößerte Ansicht der Schwenkachse und des Verriegelungsmechanismus, die in 4 gezeigt sind, ist, wobei der Draht aktiviert worden ist, um die Klinke und das Zahnrad außer Eingriff zu bringen;
4C eine vergrößerte Ansicht der Schwenkachse und des Verriegelungsmechanismus, die in 4 gezeigt sind, ist, wobei die Klappe in den geschlossenen Zustand zurückgeführt worden ist, aber der Draht nicht abkühlen gelassen wurde;
5 eine Perspektivansicht eines PRV auf der Basis von aktivem Material gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist, das mehrere horizontale Schwenkachsen und zugehörige Klappen aufweist;
6 eine Perspektivansicht eines PRV auf der Basis von aktivem Material gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist, das mehrere vertikale Schwenkachsen und zugehörige Klappen aufweist;
7 ein Seitenaufriss des in 5 gezeigten PRV und ein Aufriss von oben des in 6 gezeigten PRV gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist, wobei ein einzelner Aktuator mit aktivem Material mit den Klappen in Eingriff steht;
7A ein Seitenaufriss des in 7 gezeigten PRV gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist, wobei eine Mehrzahl von separat fungierenden Aktuatoren mit aktivem Material mit den Klappen zu variierenden Graden in Eingriff steht;
8 eine Perspektivansicht eines Einklappen-PRV gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist, das eine Schwenkachse aufweist, die in der Mitte angeordnet ist;
8A eine Seitenaufrissansicht des in 8 gezeigten PRV ist, wobei die Klappe in einen vollständig offenen Zustand und in der Art einer verdeckten Linie, zurück in den vollständig geschlossenen Zustand verschwenkt gezeigt ist;
9 eine Perspektivansicht, genommen aus dem Inneren, eines PRV gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist, das eine zusammenklappbare Klappe und ein in der Mitte angeordnetes Gelenk, einen Formgedächtnisdraht in der Ausgestaltung als Bogensehne und einen Kanal umfasst, der einen Schlitz bildet, in welchem bewirkt wird, dass sich das Gelenk durch den Bogensehnendraht umsetzt;
9A ein Seitenaufriss des in 9 gezeigten PRV ist, der die Klappe in einem geschlossenen Zustand besonders veranschaulicht;
9B ein Seitenaufriss des in 9 gezeigten PRV ist, der die Klappe in dem vollständig offenen Zustand besonders veranschaulicht, wobei der Draht aktiviert und das Gelenk umgesetzt worden ist;
10 ein Flussdiagramm eines Verfahrens für ein PRV auf der Basis von aktivem Material gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist; und
11 bis 15 schematische Schaubilder eines Druckabbauventils, das ein betätigbares Verriegelungssystem umfasst, sind.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die vorliegende Offenbarung betrifft neuartige Ausgestaltungen eines durch aktives Material betätigten Druckentlastungsventils (PRV von Pressure Relief Valve) 10 und Verfahren zum Verändern eines zusammenwirkend definierten Zustandes, wie etwa einer Druckdifferenz, zwischen einem Innenraum oder einer Räumlichkeit 12 und einer Außenumgebung 14. In den hierin besprochenen veranschaulichten und bevorzugten Ausführungsformen werden PRVs 10 auf der Basis von aktivem Material mit Bezug auf ein Fahrzeug 16, wie etwa ein Kraftfahrzeug, ein LKW, ein SUV, eine Schiffskabine oder ein Flugzeug, angewandt und benutzt, jedoch ist festzustellen, dass die Vorteile und der Nutzen der vorliegenden Offenbarung bei anderen Anwendungen oder immer dann, wenn das Steuern von Zuständen, wie etwa einer Druckdifferenz oder einer Luftströmung, zwischen fluidtechnisch gekoppelten Räumlichkeiten erwünscht ist, genutzt werden können. Beispielsweise ist festzustellen, dass die vorliegende Offenbarung bei privaten und gewerblichen Strömungseinrichtungen angewandt werden kann.
Bei der vorliegenden Offenbarung liefert die Verwendung der aktiven Materialien ein Mittel zum selektiven Öffnen und Schließen der Druckentlastungsventile bei Vorhandensein oder Fehlen einer Luftdruckdifferenz. So mit besitzen die hierin offenbarten aktiven Druckentlastungsventile eine zusätzliche Funktionalität gegenüber der bisher bekannten. Beispielsweise kann, wie es nachstehend ausführlicher offenbart ist, das bevorzugte PRV programmiert sein, um bei Detektion eines Zustandes oder eines Ereignisses zu öffnen. Das heißt, das bevorzugte PRV 10 kann derart programmiert sein, dass es öffnet, wenn eine bestimmte Temperatur in dem Innenraum überschritten wird, sodass das PRV als eine ”intelligente” Belüftungseinrichtung fungiert, die betreibbar ist, um den Innenraum selektiv zu kühlen; und, wenn das Fahrzeug beispielsweise einen Sensor 18 zum Detektieren einer Kohlenmonoxidkonzentration umfasst, könnte das aktive Druckentlastungsventil derart ausgestaltet sein, dass es öffnet, wenn eine bestimmte Kohlenmonoxidkonzentration darin detektiert wird, wodurch übermäßiges Kohlenmonoxid aus dem Innenraum 12 diffundieren kann. Gleichermaßen können, wie es hierin weiter besprochen wird, andere Sensoren 18, wie etwa Thermoelemente, Thermistoren, Barometer, Voraufprallsensoren, Feuchtigkeitsdetektoren oder dergleichen, ähnlich dazu benutzt werden, andere Zustände zu detektieren und eine PRV-Funktion auszulösen.
Fachleute werden feststellen, dass es für die Benutzung des aktiven PRV 10 der vorliegenden Offenbarung eine Mehrzahl von Betriebsmodi gibt, die einschließen, aber nicht darauf beschränkt sind, a) dass ein oder mehrere Aktuatoren mit aktivem Material bewirken, dass die Ventilklappe/Ventilklappen öffnet/öffnen, b) dass ein oder mehrere Aktuatoren mit aktivem Material bewirken, dass die Ventilklappe/ Ventilklappen schließt/schließen, c) dass ein oder mehrere Aktuatoren mit aktivem Material bewirken, dass die Ventilklappe/Ventilklappen sowohl öffnet/öffnen als auch schließt/schließen, oder d) dass ein oder mehrere aktive Materialien verwendet werden, um auswählbare einzelne oder Teilgruppen von Elementen einer Mehrelementklappe selektiv zu öffnen und zu schließen. Bei spielhafte Ausführungsformen dieser Fälle werden in Teil (II) unten veranschaulicht und weiter beschrieben.
Wie hierin verwendet, soll dem Ausdruck ”aktives Material” seine übliche Bedeutung zu Teil werden, wie sie Fachleute verstehen, und er umfasst jedes Material oder jeden Verbundwerkstoff, das/der eine reversible Änderung einer fundamentalen (z. B. chemischen oder intrinsischen physikalischen) Eigenschaft zeigt, wenn es/er einer äußeren Signalquelle ausgesetzt wird. Somit sollen aktive Materialien diejenigen Zusammensetzungen umfassen, die in Ansprechen auf das Aktivierungssignal, welches für unterschiedliche aktive Materialien den Typ von elektrischen, magnetischen, thermischen und dergleichen Feldern annehmen kann, eine Änderung der Steifigkeitseigenschaften, der Form und/oder der Abmessungen zeigen können.
Geeignete aktive Materialien zur Verwendung mit der vorliegenden Offenbarung umfassen, sind aber nicht beschränkt auf Formgedächtnismaterialien, wie Formgedächtnislegierungen und Formgedächtnispolymere. Formgedächtnismaterialien beziehen sich allgemein auf Materialien oder Zusammensetzungen, die die Fähigkeit besitzen, sich an ihre ursprüngliche zumindest eine Eigenschaft, wie z. B. die Form, zu erinnern, die später abgerufen werden kann, indem ein äußerer Stimulus angewendet wird. Somit ist die Verformung gegenüber der ursprünglichen Form ein temporärer Zustand. Auf diese Weise können sich Formgedächtnismaterialien in Ansprechen auf ein Aktivierungssignal in die eingelernte Form ändern. Geeignete Formgedächtnismaterialien umfassen die vorstehend genannten Formgedächtnislegierungen (SMA) und Formgedächtnispolymere (SMP) sowie Formgedächtniskeramiken, elektroaktive Polymere (EAP), ferromagnetische SMA, elektrorheologische (ER) Zusammensetzungen, magnetorheologische (MR) Zusammensetzungen, dielektrische Elastomere, ioni sche Polymer-Metall-Verbundwerkstoffe (IPMC), piezoelektrische Polymere, piezoelektrische Keramiken, verschiedene Kombinationen der vorstehenden Materialien und dergleichen.
Formgedächtnislegierungen (SMA) beziehen sich allgemein auf eine Gruppe von metallischen Materialien, die die Fähigkeit besitzen, zu einer zuvor definierten Form oder Größe zurückzukehren, wenn sie einem geeigneten thermischen Stimulus unterworfen werden. Formgedächtnislegierungen sind in der Lage, Phasenübergänge zu vollführen, in denen ihre Fließgrenze, Steifigkeit, Abmessung und/oder Form als eine Funktion der Temperatur verändert werden. Der Ausdruck ”Fließgrenze” bezieht sich auf eine Spannung, bei der ein Material eine genau angegebene Abweichung von der Proportionalität zwischen Spannung und Dehnung zeigt. Im Allgemeinen können Formgedächtnislegierungen in der Niedertemperatur- oder Martensitphase plastisch verformt werden und werden sich, wenn sie irgendeiner höheren Temperatur ausgesetzt sind, in eine Austenitphase oder Hauptphase umwandeln und in ihre Form vor der Verformung zurückkehren. Materialien, die diesen Formgedächtniseffekt nur bei Erwärmung zeigen, werden als ein Formgedächtnis in einer Richtung besitzend bezeichnet. Diejenigen Materialien, die auch ein Formgedächtnis nach dem Wiederabkühlen zeigen, werden als ein Formgedächtnisverhalten in zwei Richtungen besitzend bezeichnet.
Formgedächtnislegierungen liegen in mehreren verschiedenen temperaturabhängigen Phasen vor. Die am häufigsten verwendeten dieser Phasen sind die sogenannten Martensit- und Austenitphasen, die oben erläutert sind. In der nachfolgenden Erläuterung bezieht sich die Martensitphase allgemein auf die stärker verformbare Phase niedrigerer Temperatur, wohingegen sich die Austenitphase allgemein auf die starrere Phase höherer Temperatur bezieht. Wenn sich die Formgedächtnislegierung in der Mar tensitphase befindet und erwärmt wird, beginnt sie, sich in die Austenitphase zu ändern. Die Temperatur, bei der dieses Phänomen beginnt, wird oft als Austenit-Anfangstemperatur (A_s) bezeichnet. Die Temperatur, bei der dieses Phänomen abgeschlossen ist, wird die Austenit-Endtemperatur (A_f) genannt.
Wenn sich die Formgedächtnislegierung in der Austenitphase befindet und abgekühlt wird, beginnt sie, sich in die Martensitphase zu andern, und die Temperatur, bei der dieses Phänomen beginnt, wird als die Martensit-Anfangstemperatur (M_s) bezeichnet. Die Temperatur, bei der der Austenit aufhört, sich in Martensit umzuwandeln, wird die Martensit-Endtemperatur (M_f) genannt. Im Allgemeinen sind die Formgedächtnislegierungen in ihrer martensitischen Phase weicher und leichter verformbar und in ihrer austenitischen Phase härter, steifer und/oder starrer. Im Hinblick auf das zuvor Gesagte ist ein geeignetes Aktivierungssignal zur Verwendung mit Formgedächtnislegierungen ein thermisches Aktivierungssignal mit einer Größenordnung, die ausreicht, um Umwandlungen zwischen den Martensit- und Austenitphasen zu bewirken.
Formgedächtnislegierungen können abhängig von der Legierungszusammensetzung und der bisherigen Verarbeitung einen Formgedächtniseffekt in eine Richtung, einen intrinsischen Effekt in zwei Richtungen oder einen extrinsischen Formgedächtniseffekt in zwei Richtungen zeigen. Geglühte Formgedächtnislegierungen zeigen typischerweise nur den Formgedächtniseffekt in eine Richtung. Ein ausreichendes Erwärmen anschließend an eine Verformung des Formgedächtnismaterials bei niedriger Temperatur wird den Übergang der Art von Martensit nach Austenit induzieren und das Material wird seine ursprüngliche, geglühte Form wiedererlangen. Somit werden Formgedächtniseffekte in eine Richtung nur beim Erwärmen beobachtet. Aktive Materialien, die Formgedächtnislegierungszu sammensetzungen einschließen, die Gedächtniseffekte in einer Richtung zeigen, bilden sich nicht automatisch zurück und werden wahrscheinlich eine äußere mechanische Kraft erfordern, um sich in die Form zurückzubilden, die zuvor für die Luftströmungssteuerung geeignet war.
Intrinsische und extrinsische Zweirichtungs-Formgedächtnismaterialien zeichnen sich durch einen Formübergang beim Erwärmen von der Martensitphase in die Austenitphase sowie einen zusätzlichen Formübergang beim Abkühlen von der Austenitphase zurück in die Martensitphase aus. Aktive Materialien, die einen intrinsischen Formgedächtniseffekt zeigen, sind aus einer Formgedächtnislegierungszusammensetzung hergestellt, die bewirken wird, dass sich die aktiven Materialien infolge der oben angeführten Phasenumwandlungen automatisch selbst zurückbilden. Ein intrinsisches Formgedächtnisverhalten in zwei Richtungen muss in dem Formgedächtnismaterial durch Bearbeitung induziert werden. Solche Prozeduren umfassen eine extreme Verformung des Materials während es sich in der Martensitphase befindet, ein Erwärmen/Abkühlen unter Zwang oder Belastung, oder eine Oberflächenmodifizierung durch z. B. Laserglühen, Polieren oder Kugelstrahlen. Sobald dem Material beigebracht wurde, den Formgedächtniseffekt in zwei Richtungen zu zeigen, ist die Formänderung zwischen den Niedertemperatur- und Hochtemperaturzuständen allgemein reversibel und bleibt über eine hohe Zahl von thermischen Zyklen hinweg erhalten. Im Gegensatz dazu sind aktive Materialien, die die extrinsischen Formgedächtniseffekte in zwei Richtungen zeigen, Verbund- oder Mehrkomponentenmaterialien, die eine Formgedächtnislegierungszusammensetzung, welche einen Effekt in eine Richtung zeigt, mit einem weiteren Element kombinieren, das eine Rückstellkraft bereitstellt, um die ursprüngliche Form zurückzubilden.
Die Temperatur, bei der sich die Formgedächtnislegierung bei Erwärmung an ihre Hochtemperaturform erinnert, kann durch geringfügige Änderungen der Zusammensetzung der Legierung und durch Wärmebehandlung angepasst werden. In Nickel-Titan-Formgedächtnislegierungen kann sie z. B. von über etwa 100°C auf unter etwa –100°C geändert werden. Der Formwiedererlangungsprozess findet über einen Bereich von nur wenigen Graden statt, und der Anfang oder das Ende der Umwandlung kann, abhängig von der gewünschten Anwendung und Legierungszusammensetzung, innerhalb von einem oder zwei Graden gesteuert werden. Die mechanischen Eigenschaften der Formgedächtnislegierung variieren stark über den Temperaturbereich, der ihre Umwandlung überspannt, und verleihen dem System typischerweise Formgedächtniseffekte, superelastische Effekte und ein hohes Dämpfungsvermögen.
Geeignete Formgedächtnislegierungsmaterialien umfassen ohne Einschränkung Legierungen auf Nickel-Titan-Basis, Legierungen auf Indium-Titan-Basis, Legierungen auf Nickel-Aluminium-Basis, Legierungen auf Nickel-Gallium-Basis, Legierungen auf Kupferbasis (z. B. Kupfer-Zink-Legierungen, Kupfer-Aluminium-Legierungen, Kupfer-Gold- und Kupfer-Zinn-Legierungen), Legierungen auf Gold-Cadmium-Basis, Legierungen auf Silber-Cadmium-Basis, Legierungen auf Indium-Cadmium-Basis, Legierungen auf Mangan-Kupfer-Basis, Legierungen auf Eisen-Platin-Basis, Legierungen auf Eisen-Platin-Basis, Legierungen auf Eisen-Palladium-Basis und dergleichen. Die Legierungen können binär, ternär oder von irgendeiner höheren Ordnung sein, vorausgesetzt die Legierungszusammensetzung zeigt einen Formgedächtniseffekt, wie z. B. eine Änderung der Formorientierung, des Dämpfungsvermögens und dergleichen.
Es ist daher festzustellen, dass SMAs zu Zwecken dieser Offenbarung einen Modulanstieg des 2,5-fachen und eine Abmessungsänderung von bis zu 8% (abhängig von dem Betrag an Vordehnung) zeigen, wenn sie über ihre Martensit/Austenit-Phasenumwandlungstemperatur erwärmt werden. Es ist festzustellen, dass thermisch induzierte SMA-Phasenumwandlungen in eine Richtung verlaufen, sodass ein Vorspannkraft-Rückstellmechanismus (wie etwa eine Feder) erforderlich sein würde, um die SMA in ihre Ausgangskonfiguration zurückzubringen, sobald das angelegte Feld weggenommen wird. Ein Joule'sches Erwärmen kann verwendet werden, um das gesamte System elektronisch steuerbar zu machen. Spannungsinduzierte Phasenwechsel in SMAs verlaufen jedoch von Natur aus in zwei Richtungen. Das Anlegen einer ausreichenden Spannung, wenn sich die SMA in ihrer austenitischen Phase befindet, wird bewirken, dass sie sich in ihre martensitische Phase mit niedrigerem Modul umwandelt, in der sie eine ”superelastische” Verformung von bis zu 8% zeigen kann. Die Wegnahme der angewandten Spannung wird bewirken, dass sich die SMA in ihre austenitische Phase zurückstellt und dabei ihre Ausgangsform und den höheren Modul wiedererlangt.
Ferromagnetische SMAs (FSMAs), die eine Unterklasse der SMAs sind, können in der vorliegenden Offenbarung ebenfalls verwendet werden. Diese Materialien verhalten sich wie herkömmliche SMA-Materialien, die eine spannungs- oder thermisch induzierte Phasenumwandlung zwischen Martensit und Austenit zeigen. Außerdem sind FSMAs ferromagnetisch und besitzen eine starke magnetokristalline Anisotropie, was zulässt, dass ein äußeres magnetisches Feld die Orientierung/den Anteil von feldausgerichteten martensitischen Varianten beeinflusst. Wenn das magnetische Feld entfernt wird, kann das Material ein vollständiges Formgedächtnis in zwei Richtungen, ein partielles in zwei Richtungen oder eines in eine Richtung zeigen. Für ein partielles oder Formgedächtnis in eine Richtung kann ein äußerer Stimulus, eine Temperatur, ein magnetisches Feld oder eine Spannung zulassen, dass das Material in seinen Ausgangszustand zu rückkehrt. Ein vollkommenes Formgedächtnis in zwei Richtungen kann für eine proportionale Steuerung, bei der eine kontinuierliche Energie zugeführt wird, verwendet werden. Ein Formgedächtnis in eine Richtung ist am nützlichsten für Schienenfüllanwendungen. Äußere magnetische Felder werden in Kraftfahrzeuganwendungen im Allgemeinen über Elektromagnete mit einem weichmagnetischen Kern erzeugt, wenngleich für ein schnelles Ansprechen auch ein Paar Helmholtz-Spulen verwendet werden kann.
Formgedächtnispolymere (SMP) beziehen sich im Allgemeinen auf eine Gruppe von Polymermaterialien, die die Fähigkeit zeigen, in eine zuvor definierte Form zurückzukehren, wenn sie einem geeigneten thermischen Stimulus ausgesetzt werden. Formgedächtnispolymere sind in der Lage, Phasenübergänge zu vollführen, bei denen ihre Form als Funktion der Temperatur geändert wird. Im Allgemeinen weisen SMP zwei Hauptsegmente auf, nämlich ein hartes Segment und ein weiches Segment. Die zuvor definierte oder permanente Form kann durch Schmelzen oder verarbeiten des Polymers bei einer höheren Temperatur als der höchste thermische Übergang gefolgt von einem Kühlen unter diese thermische Übergangstemperatur eingestellt werden. Der höchste thermische Übergang ist üblicherweise die Glasübergangstemperatur (T_g) oder der Schmelzpunkt des harten Segments. Eine temporäre Form kann eingestellt werden, indem das Material auf eine Temperatur erwärmt wird, die höher ist als die T_g oder die Übergangstemperatur des weichen Segments aber niedriger ist als die T_g oder der Schmelzpunkt des harten Segments. Die temporäre Form wird eingestellt, während das Material bei der Übergangstemperatur des weichen Segments verarbeitet wird, gefolgt von einem Kühlen, um die Form zu fixieren. Das Material kann in die permanente Form zurückgeführt werden, indem das Material über die Übergangstemperatur des weichen Segments erwärmt wird.
Beispielsweise kann die permanente Form des Polymermaterials ein Draht sein, der eine im Wesentlichen gerade gerichtete Form aufweist und eine erste Länge definiert, während die temporäre Form ein ähnlicher Draht sein kann, der eine zweite Länge definiert, die kürzer ist als die erste. In einer anderen Ausführungsform kann das Material eine Feder darstellen, die einen ersten Elastizitätsmodul aufweist, wenn sie aktiviert ist, und einen zweiten Modul, wenn sie deaktiviert ist.
Die Temperatur, welche zur Wiederherstellung der permanenten Form erforderlich ist, kann auf eine beliebige Temperatur zwischen etwa –63°C und etwa 120°C oder darüber eingestellt werden. Das Konstruieren der Zusammensetzung und Struktur des Polymers selbst kann die Auswahl einer besonderen Temperatur für eine gewünschte Anwendung zulassen. Eine bevorzugte Temperatur für die Formwiederherstellung ist größer als oder gleich etwa –30°C, stärker bevorzugt größer als oder gleich etwa 0°C und am stärksten bevorzugt eine Temperatur größer als oder gleich etwa 50°C. Ebenfalls ist eine bevorzugte Temperatur für die Formwiederherstellung geringer als oder gleich etwa 120°C und am stärksten bevorzugt geringer als oder gleich etwa 120°C und größer als oder gleich etwa 80°C.
Geeignete Formgedächtnispolymere umfassen Thermoplaste, warmhärtende Materialien, sich gegenseitig durchdringende Netze, sich gegenseitig halbdurchdringende Netze oder vermischte Netze. Die Polymere können ein einzelnes Polymer oder eine Mischung von Polymeren sein. Die Polymere können geradkettige oder verzweigtkettige thermoplastische Elastomere mit Seitenketten oder dendritischen Strukturelementen sein. Geeignete Polymerkomponenten zur Bildung eines Formgedächtnispolymers umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf Polyphosphazene, Polyvinylalkohole, Polyamide, Polyesteramide, Polyaminosäuren, Polyanhydride, Polycarbonate, Polyacrylate, Polyalkylene, Polyacrylamide, Polyalkylenglycole, Polyalkylenoxide, Polyalkylenterephthalate, Polyorthoester, Polyvinylether, Polyvinylester, Polyvinylhalogenide, Polyester, Polylactide, Polyglycolide, Polysiloxane, Polyurethane, Polyether, Polyetheramide, Polyetherester und Copolymere hiervon. Beispiele von geeigneten Polyacrylaten umfassen Polymethylmethacrylat, Polyethylmethacrylat, Polybutylmethacrylat, Polyisobutylmethacrylat, Polyhexylmethacrylat, Polyisodecylmethacrylat, Polylaurylmethacrylat, Polyphenylmethacrylat, Polymethylacrylat, Polyisopropylacrylat, Polyisobutylacrylat und Polyoctadecylacrylat. Beispiele von anderen geeigneten Polymeren umfassen: Polystyrol, Polypropylen, Polyvinylphenol, Polyvinylpyrrolidon, chloriertes Polybutylen, Poly(octadecylvinylether) ethylenvinylacetat, Polyethylen, Polyethylenoxid-polyethylenterephthalat, Polyethylen/Nylon (Pfropfcopolymer), Polycaprolactone-Polyamid (Blockcopolymer), Polycaprolactondimethacrylat-n-butylacrylat, polyhedrales oligomeres Polynorbornylsilsesquioxan, Polyvinylchlorid, Urethan/Butadiencopolymere, Polyurethanblockcopolymere, Styrol-Butadien-Styrolblockcopolymere und dergleichen.
Somit ist zu Zwecken dieser Offenbarung festzustellen, dass SMP einen drastischen Abfall im Modul zeigen, wenn sie über die Glasübergangstemperatur ihres Bestandteils hinaus erwärmt werden, der eine niedrigere Glasübergangstemperatur aufweist. Wenn die Belastung/Verformung aufrecht erhalten wird, während die Temperatur abfallen gelassen wird, wird die verformte Form in dem SMP festgelegt, bis es wieder erwärmt wird, während es nicht unter Last steht, unter welcher Bedingung es in die Form wie bei der Formung zurückkehren wird. Obgleich SMP in verschiedenen Block-, Bahn-, Platten-, Gitter-, Streben-, Faser- oder Schaumformen verwendet werden können, erfordern sie ständig Leistung, um in ihrem Zustand mit niedrigem Modul zu bleiben. Somit sind sie für eine reversible Festlegung einer Form des Einsatzes 10 geeignet.
Geeignete piezoelektrische Materialien umfassen, sollen jedoch nicht beschränkt sein auf anorganische Verbindungen, organische Verbindungen und Metalle. Was organische Materialien betrifft, so können alle Polymermaterialien mit einer nicht zentralsymmetrischen Struktur und (einer) Gruppe(n) mit einem starken Dipolmoment an der Hauptkette oder an der Seitenkette oder an beiden Ketten innerhalb der Moleküle als geeignete Kandidaten für den piezoelektrischen Film verwendet werden. Beispielhafte Polymere umfassen zum Beispiel, sind jedoch nicht beschränkt auf Polynatrium-4-Styrolsulfonat, Poly(Polyvinylamin-Hauptketten-Azochromophor) und ihre Derivate; Polyfluorkohlenwasserstoffe, umfassend Polyvinylidenfluorid, sein Copolymer Vinylidenfluorid (”VDF”), Co-Trifluorethylen und seine Derivate; Polychlorkohlenwasserstoffe, umfassend Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid und seine Derivate; Polyacrylnitrile und ihre Derivate; Polycarbonsäuren, umfassend Polymethacrylsäure und deren Derivate; Polyharnstoffe und ihre Derivate; Polyurethane und ihre Derivate; Biomoleküle wie z. B. Poly-L-Milchsäuren und ihre Derivate und Zellmembranproteine wie auch Phosphat-Biomoleküle wie z. B. Phosphodilipide; Polyaniline und deren Derivate und alle Derivate der Tetramine; Polyamide, umfassend aromatische Polyamide und Polyimide, umfassend Kapton und Polyetherimid und ihre Derivate; alle Membranpolymere; Poly-N-Vinylpyrrolidon (PVP)-Homopolymer und seine Derivate und Zufalls-PVP-Covinylacetat-Copolymere; und alle aromatischen Polymere mit Dipolmomentgruppen in der Hauptkette oder Seitenketten oder sowohl in der Hauptkette als auch den Seitenketten, und Mischungen davon.
Piezoelektrische Materialien können auch Metalle umfassen, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Blei, Antimon, Mangan, Tantal, Zirkonium, Niob, Lanthan, Platin, Palladium, Nickel, Wolfram, Aluminium, Strontium, Titan, Barium, Calcium, Chrom, Silber, Eisen, Silizium, Kupfer, Le gierungen mit zumindest einem der vorstehenden Metalle und Oxide mit zumindest einem der vorstehenden Metalle besteht. Geeignete Metalloxide umfassen SiO₂, Al₂O₃, ZrO₂, TiO₂, SrTiO₃, PbTiO₃, BaTiO₃, FeO₃, Fe₃O₄, ZnO und Mischungen hiervon, sowie Verbindungen der Gruppe VIA und IIB wie CdSe, CdS, GaAs, AgCaSe₂, ZnSe, GaP, InP, ZnS und Mischungen hiervon. Vorzugsweise ist das piezoelektrische Material aus der Gruppe gewählt, die aus Polyvinylidenfluorid, Bleizirconattitanat und Bariumtitanat und Mischungen daraus besteht.
Geeignete magnetorheologische Fluidmaterialien umfassen, sollen jedoch nicht beschränkt sein auf ferromagnetische oder paramagnetische Teilchen, die in einem Trägerfluid dispergiert sind. Geeignete Teilchen umfassen Eisen; Eisenlegierungen, wie etwa jene, die Aluminium, Silizium, Kobalt, Nickel, Vanadium, Molybdän, Chrom, Wolfram, Mangan und/oder Kupfer umfassen; Eisenoxide, die Fe₂O₃ und Fe₃O₄ umfassen; Eisennitrid; Eisencarbid; Carbonyleisen; Nickel und Nickellegierungen; Kobalt und Kobaltlegierungen; Chromdioxid; rostfreien Stahl, Siliziumstahl und dergleichen. Beispiele von geeigneten Teilchen umfassen Reineisenpulver, reduzierte Eisenpulver, Mischungen von Eisenoxidpulver/Reineisenpulver und Mischungen von Eisenoxidpulver/reduziertem Eisenpulver. Ein bevorzugtes, magnetisch ansprechendes, teilchenförmiges Material ist Carbonyleisen, bevorzugt reduziertes Carbonyleisen.
Die Teilchengröße sollte derart ausgewählt sein, dass die Teilchen Multidomäneneigenschaften zeigen, wenn sie einem magnetischen Feld ausgesetzt werden. Durchmessergrößen für die Teilchen können kleiner als oder gleich etwa 1000 Mikrometer sein, wobei kleiner als oder gleich etwa 500 Mikrometer bevorzugt ist und kleiner als oder gleich etwa 100 Mikrometer stärker bevorzugt ist. Ebenfalls bevorzugt ist ein Teilchendurchmesser von größer als oder gleich etwa 0,1 Mikrometer, wobei größer als oder gleich etwa 0,5 mehr bevorzugt ist und größer als oder gleich etwa 10 Mikrometer besonders bevorzugt ist. Die Teilchen sind bevorzugt in einer Menge zwischen etwa 5,0 bis etwa 50 Vol.-% der gesamten MR-Fluidzusammensetzung vorhanden.
Geeignete Trägerfluide umfassen organische Flüssigkeiten, insbesondere nichtpolare organische Flüssigkeiten. Beispiele umfassen, sind aber nicht beschränkt auf Silikonöle; Mineralöle; Paraffinöle; Silikoncopolymere; Weißöle; Hydrauliköle; Transformatorenöle; halogenierte organische Flüssigkeiten, wie etwa chlorierte Kohlenwasserstoffe, halogenierte Paraffine, perfluorierte Polyether und fluorierte Kohlenwasserstoffe; Diester; Polyoxyalkylene; fluorierte Silikone; Cyanoalkylsiloxane; Glykole; synthetische Kohlenwasserstofföle, die ungesättigte und gesättigte umfassen; und Kombinationen, die zumindest eines der vorstehenden Fluide umfassen.
Die Viskosität der Trägerkomponente kann kleiner als oder gleich etwa 100000 Centipoise sein, wobei kleiner als oder gleich etwa 10000 Centipoise bevorzugt ist und kleiner als oder gleich etwa 1000 Centipoise stärker bevorzugt ist. Ebenso bevorzugt ist eine Viskosität von größer als oder gleich etwa 1 Centipoise, wobei größer als oder gleich etwa 250 Centipoise bevorzugt ist und größer als oder gleich etwa 500 Centipoise besonders bevorzugt ist.
Wässrige Trägerfluide können ebenfalls verwendet werden, insbesondere jene, die hydrophile Mineraltone wie Bentonit oder Hectorit umfassen. Das wässrige Trägerfluid kann Wasser oder Wasser mit einer kleinen Menge an polaren, wassermischbaren, organischen Lösungsmitteln, wie etwa Methanol, Ethanol, Propanol, Dimethylsulfoxid, Dimethylformamid, Ethylencarbonat, Propylencarbonat, Aceton, Tetrahydrofuran, Diethylether, Ethylenglykol, Propylenglykol und dergleichen umfassen. Die Menge an polaren organischen Lösungsmitteln ist kleiner als oder gleich etwa 5,0 Volumen-% des Gesamt-MR-Fluids und bevorzugt kleiner als oder gleich etwa 3,0%. Ebenso ist die Menge an polaren organischen Lösungsmitteln bevorzugt größer als oder gleich etwa 0,1 Volumen-% und stärker bevorzugt größer als oder gleich etwa 1,0 Volumen-% des Gesamt-MR-Fluids. Der pH des wässrigen Trägerfluids ist bevorzugt kleiner als oder gleich etwa 13 und bevorzugt kleiner als oder gleich etwa 9,0. Ebenso ist der pH des wässrigen Trägerfluids größer als oder gleich etwa 5,0 und bevorzugt größer als oder gleich etwa 8,0.
Es kann natürliches oder synthetisches Bentonit oder Hectorit verwendet werden. Die Menge an Bentonit oder Hectorit in dem MR-Fluid ist kleiner als oder gleich etwa 10 Gewichtsprozent des Gesamt-MR-Fluids, bevorzugt kleiner als oder gleich etwa 8,0 Gewichtsprozent und stärker bevorzugt kleiner als oder gleich etwa 6,0 Gewichtsprozent. Bevorzugt ist das Bentonit oder Hectorit in einer Menge von größer als oder gleich etwa 0,1 Gewichtsprozent, stärker bevorzugt größer als oder gleich etwa 1,0 Gewichtsprozent und besonders bevorzugt größer als oder gleich etwa 2,0 Gewichtsprozent des Gesamt-MR-Fluids vorhanden.
Optionale Komponenten des MR-Fluids umfassen Tone, Organotone, Carboxylatseifen, Dispersionsmittel, Korrosionsinhibitoren, Schmiermittel, Antiverschleisszusätze für extremen Druck, Antioxidantien, thixotrope Mittel und konventionelle Suspensionsmittel. Carboxylatseifen umfassen Eisenoleat, Eisennapthenat, Eisenstearat, Aluminium-di- und tri-stearat, Lithiumstearat, Calciumstearat, Zinkstearat und Natriumstearat und Tenside, wie etwa Sulfonate, Phosphatester, Stearinsäure, Glycerolmonooleat, Sorbitansesquioleat, Laurate, Fettsäuren, Fettalkohole, fluoraliphatische Polymerester und Titanat-, Aluminat- und Zirkonatkopplungsmittel und dergleichen. Polyalkylendiole, wie etwa Polyethylenglykol und teilweise verestere Polyole, können ebenfalls enthalten sein.
Geeignete MR-Elastomermaterialien umfassen, sollen aber nicht beschränkt sein auf eine elastische Polymermatrix mit einer Suspension aus ferromagnetischen oder paramagnetischen Teilchen, wobei die Teilchen oben beschrieben sind. Geeignete Polymermatrizen umfassen, sind aber nicht beschränkt auf Polyalphaolefine, Naturkautschuk, Silikon, Polybutadien, Polyethylen, Polyisopren und dergleichen.
Elektroaktive Polymere umfassen diejenigen Polymermaterialien, die in Ansprechen auf elektrische oder mechanische Felder piezoelektrische, pyroelektrische oder elektrostriktive Eigenschaften zeigen. Ein Beispiel von einem elektrostriktiv-gepfropften Elastomer mit einem piezoelektrischen Polyvinylidenfluoridtrifluorethylen-copolymer. Diese Kombination hat die Fähigkeit zur Erzeugung einer variierenden Menge von ferroelektrischen-elektrostriktiven molekularen Verbundsystemen. Diese können als piezoelektrischer Sensor oder auch als elektrostriktiver Aktuator betrieben werden.
Materialien, die zur Verwendung als ein elektroaktives Polymer geeignet sind, können jedes/jeden im Wesentlichen isolierende/isolierenden Polymer oder Kautschuk (oder eine Kombination davon) umfassen, das/der sich in Ansprechen auf eine elektrostatische Kraft verformt oder dessen Verformung zu einer Änderung eines elektrischen Feldes führt. Beispielhafte Materialien, die zur Verwendung als ein vorgedehntes Polymer geeignet sind, umfassen Silikonelastomere, Acrylelastomere, Polyurethane, thermoplastische Elastomere, Copolymere mit PVDF, Haftklebstoffe, Fluorelastomere, Polymere, die Silikon- und Acrylkomponenten umfassen, und dergleichen. Polymere, die Silikon- und Acrylkomponenten umfassen, können z. B. Copolymere mit Silikon- und Acrylkomponenten und Polymermischungen mit einem Silikonelastomer und einem Acrylelastomer umfassen.
Materialien, die als ein elektroaktives Polymer verwendet werden, können auf der Basis einer oder mehrerer Materialeigenschaften, wie z. B. einer hohen elektrischen Durchschlagfestigkeit, eines niedrigen Elastizitätsmoduls (für große oder kleine Verformungen), einer hohen Dielektrizitätskonstante und dergleichen ausgewählt sein. In einer Ausführungsform ist das Polymer derart gewählt, dass es einen Elastizitätsmodul von höchstens etwa 100 MPa aufweist. In einer weiteren Ausführungsform ist das Polymer derart gewählt, dass es einen maximalen Betätigungsdruck zwischen etwa 0,05 MPa und etwa 10 MPa und bevorzugt zwischen etwa 0,3 MPa und etwa 3 MPa aufweist. In einer weiteren Ausführungsform ist das Polymer derart gewählt, dass es eine Dielektrizitätskonstante zwischen etwa 2 und etwa 20 und bevorzugt zwischen etwa 2,5 und etwa 12 aufweist. Die vorliegende Offenbarung soll nicht auf diese Bereiche beschränkt sein. Idealerweise wären Materialien mit einer höheren Dielektrizitätskonstante als die oben angegebenen Bereiche wünschenswert, wenn die Materialien sowohl eine hohe Dielektrizitätskonstante als auch eine hohe Durchschlagfestigkeit hätten. In vielen Fällen können elektroaktive Polymere als Dünnfilme hergestellt und implementiert sein. Dicken, die für diese Dünnfilme geeignet sind, können unter 50 Mikrometer liegen.
Da sich elektroaktive Polymere bei hohen Dehnungen durchbiegen können, sollten sich an den Polymeren befestigte Elektroden ebenso durchbiegen, ohne die mechanische oder elektrische Leistung zu beeinträchtigen. Im Allgemeinen können zur Verwendung geeignete Elektroden jede Form aufweisen und aus jedem Material sein, vorausgesetzt sie sind in der Lage, eine geeignete Spannung an ein elektroaktives Polymer zu liefern oder von diesem eine geeignete Spannung zu empfangen. Die Spannung kann entweder konstant sein oder sich mit der Zeit ändern. In einer Ausführungsform kleben die Elektroden an einer Oberfläche des Polymers. Elektroden, die an dem Polymer kleben, sind bevorzugt nachgiebig und passen sich der sich verändernden Form des Polymers an. Dementsprechend kann die vorliegende Offenbarung nachgiebige Elektroden umfassen, die sich der Form eines elektroaktiven Polymers, an dem sie befestigt sind, anpassen. Die Elektroden können nur an einem Abschnitt eines elektroaktiven Polymers angebracht sein und eine aktive Fläche gemäß ihrer Geometrie definieren. Verschiedene zur Verwendung mit der vorliegenden Offenbarung geeignete Arten von Elektroden schließen strukturierte Elektroden mit Metallbahnen und Ladungsverteilungsschichten, texturierte Elektroden mit verschiedenen Maßen außerhalb der Ebene, leitfähige Fette wie z. B. Kohlefette oder Silberpasten, kolloidale Suspensionen, leitfähige Materialien mit einem hohen Aspektverhältnis wie z. B. Kohlenstofffilamente und Kohlenstoff-Nanoröhrchen und Mischungen aus ionisch leitfähigen Materialien ein.
Materialien, die für Elektroden der vorliegenden Offenbarung verwendet werden, können variieren. Geeignete Materialien, die in einer Elektrode verwendet werden, können Grafit, Ruß, kolloidale Suspensionen, dünne Metalle, die Silber und Gold umfassen, silbergefüllte und kohlenstoffgefüllte Gele und Polymere und ionisch oder elektronisch leitfähige Polymere umfassen. Es ist einzusehen, dass bestimmte Elektrodenmaterialien mit bestimmten Polymeren gut funktionieren können und mit anderen nicht so gut funktionieren können. Zum Beispiel funktionieren Kohlenstofffilamente gut mit Acrylelastomerpolymeren und nicht so gut mit Silikonpolymeren.
Der konstruktiven Ausgestaltung der Offenbarung zugewandt, sind verschiedene Ausführungsformen eines aktiven Druckentlastungsventils 10 gezeigt, das in den 1–10 eine Betätigung mit aktivem Material benutzt. Im Allgemeinen umfasst das PRV 10 ein Gehäuse (oder einen Kanal) 20, das eine Öffnung 22 (2) definiert; ein Scharnier 24, das drehbar an dem Gehäuse 20 befestigt ist; eine starre Klappe 26 in Schwenkverbindung mit dem Scharnier 24; und einen Steuerverbinder 28 in Wirkverbindung mit einem Aktuator 30 auf der Basis von aktivem Material. Das Gehäuse 20 kann fest an dem Fahrzeug 16, wie es in 1 gezeigt ist, oder einer anderen Struktur befestigt sein. Obwohl es einzeln beschrieben und veranschaulicht ist, ist festzustellen, dass mehrere PRV benutzt werden und separat mit Bezug auf den Innenraum gesteuert werden können ( 1).
Die Öffnung 22 steht mit dem Innenraum 12 und der Außenumgebung 14 in Fluidverbindung. Auf diese Weise kann ein selektives Öffnen und Schließen der Klappe 26 dazu verwendet werden, eine Fluidströmung zwischen dem Innenraum 12 und der Außenumgebung 14 zu regulieren. Um eine Fluidströmung weiter zu verhindern, kann das PRV 10 ferner eine elastische Dichtung (nicht gezeigt) umfassen, die um die Öffnung 22 herum und zwischen der Klappe 26 und dem Gehäuse 20 angeordnet ist, um von diesen zusammengedrückt zu werden. Wie es nachstehend weiter beschrieben wird, können mehrere Klappen, die gemeinsam oder einzeln arbeiten, oder andere Verstellmittel angewandt werden, um die Fluidverbindung variabel zu steuern.
Eine Leistungsversorgung 32 steht in Wirkverbindung mit dem Aktuator 30 und ist betreibbar, um ein geeignetes Aktivierungssignal bereitzustellen (1). Die Leistungsversorgung 32 kann automatisch über eine Fernsteuerung angefordert und durch eine PWM, einen Regler oder einen Leistungswiderstand in Reihe reguliert werden. Beispielsweise in dem Fall von Aktuatoren, die thermisch aktiviertes Formgedächtnismaterial umfassen, kann ein Strom durch die Leistungsversorgung 32 zugeführt werden, um eine Joule'sche Erwärmung zu bewirken, wenn dies vom Fahrzeuginsassen angefordert wird. Alternativ kann die Leistungsversorgung 32 von einer Umgebungsenergie- oder Umgebungsbedingungsquelle, wie etwa Strahlung von der Sonne, kommen, sodass das PRV 10 passiv aktiviert wird.
Unter Bezugnahme auf die 3–3D ist ein PRV 10 gezeigt, das eine starre Klappe 26 aufweist, die schwenkbar entlang der Oberseite des Gehäuses 20 montiert ist, so dass eine Schwenkachse definiert ist, die in den 3 und 3A als ”p” bezeichnet ist. Der Verbinder 28 weist einen Schwenkarm auf, der einen Anlenkpunkt, der konzentrisch mit der Schwenkachse der Klappe 26 ausgerichtet ist, einen langen Arm 34 und einen kurzen Arm 36 definiert. Der lange Arm 34 erstreckt sich gemeinsam mit der Klappe 26 und definiert eine erste Armlänge, die gleich der Längsabmessung der Klappe 26 ist. Der kurze Arm 36 weist eine zweite Armlänge auf, die bevorzugt kleiner als die Hälfte, stärker bevorzugt kleiner als ein Viertel, und am stärksten bevorzugt kleiner als ein Achtel der ersten Armlänge ist.
Ein Element 38 aus aktivem Material mit definierter Länge ist an dem kurzen Arm 36 angebracht. In den 3–3D besteht das Element 38 aus einem Formgedächtnisdraht, der an einem Ende an dem kurzen Arm 36 und an dem anderen Ende an dem Gehäuse 20 oder Fahrzeug 16 angebracht ist. Nach einer Aktivierung durch die Leistungsversorgung 32 nimmt die Länge des Drahtes 38 ab, was bewirkt, dass die starre Klappe 26 sich um ihre Achse verschwenkt. Bei Unterbrechung des Aktivierungssignals kehrt der Draht 38 in seine ursprüngliche Abmessung zurück oder erfährt eine plastische Verformung, abhängig von dem aktiven Material, das angewandt wird, um das Schließen der Klappe 26 zu bewirken. Wie es in den 3A–b gezeigt ist, wird bewirkt, dass der Draht 38, sobald er aktiviert ist, infolge der Drehung des kurzen Arms 36 verschwenkt, und um eine Spannungsansammlung und/oder eine Krümmung an dem anderen Ende zu verhindern, ist es wünschenswert, den Draht 38 und das Gehäuse 20 schwenkbar zu verbinden.
Es ist festzustellen, dass der bevorzugte Draht 38 Spannungs- und Dehnungswerte von 170 MPa bzw. 2,5% aufweist, um zu einer Dichtungskraft von 2 N zu führen, wenn er aktiviert ist, und dass zwischen 2,5 und 12 V und 2 Ampere Strom erforderlich sind, um das PRV 10 zu betätigen.
Stärker bevorzugt ist, wie es in 3B gezeigt ist, eine Zugfeder 40 auch an dem kurzen Arm 36 angebracht und derart ausgestaltet, dass die plastische Verformung erzeugt wird und/oder ein Schließen der Klappe 26 bewirkt wird, sodass die Klappe 26 im leistungsfreien Zustand gegen das Gehäuse 20 gehalten ist (alternativ kann eine Torsionsfeder um die Schwenkachse herum angeordnet und derart ausgestaltet sein, dass sie auf die gleiche Weise wirkt). Die Vorspannfeder 40 kann den Formgedächtnisdraht 38 strecken, um eine spannungsinduzierte Umwandlung in eine Martensitphase zusätzlich zu der zu bewirken, die durch das Kühlen hervorgerufen wird.
Mit Bezug auf den Fall b) oben ist festzustellen, dass die vorstehend erwähnten Ausgestaltungen umgekehrt werden könnten, wobei eine Druckfeder (nicht gezeigt) arbeitet, um die Klappe 26 so anzutreiben, dass sie aufgeht, und der Draht 38 arbeitet, um das Ventil selektiv zu schließen. Mit Bezug auf den Fall c) ist auch festzustellen, dass zwei antagonistische Aktuatoren 30 mit aktivem Material, einer, der die Klappe 26 äffen würde, und ein anderer, der die schließen würde (oder alternativ ein einzelner Aktuator mit einem Effekt in zwei Richtungen), benutzt werden könnten.
Ein Aspekt der Offenbarung betrifft den Einschluss eines Lastbegrenzungsschutzes 52, um eine Dehnungs-/Spannungsentlastungsfähigkeit bereitzustellen und dadurch die Lebensdauer des Elements 38 zu erhöhen. In dieser Hinsicht ist festzustellen, dass, wenn ein aktives Material eine Umwandlung erfährt, aber verhindert wird, dass es die resultierende physikalische Änderung vollführt (z. B. ein gestreckter SMA-Draht über seine Umwandlungstemperatur hinaus erwärmt wird, aber nicht zugelassen wird, dass der Draht in seinen ungespannten Zustand zurückkehrt) nachteilige Einflüsse auf das Verhalten und/oder die Langlebigkeit der Materialien auftreten können. Bei der vorliegenden Erfindung ist beispielsweise vorhersehbar, dass entweder durch einen Fremdkörper 54 (3C–d) oder eine andere Form von Beeinflussung (z. B. ein herausverformtes Karosserieplattenelement, das eine Bewegung blockiert, oder Eis-/Schmutzaufbau an der Ventilklappe) verhindert werden könnte, dass die Klappe 26 sich bei Betätigung bewegt. Um eine Beschädigung des Aktuatorelements 38 zu verhindern, ist somit bevorzugt eine sekundäre Ausgangsstrecke für die ausgelöste Bewegung enthalten, die zulässt, dass das Element 38 auf das Aktivierungssignal ansprechen kann, während der Zustand der Klappe 26 unverändert bleibt.
Beispielsweise kann der Draht 38 ferner mit einer Zugfeder 56 verbunden sein, die in Reihe damit gegenüber dem Verbinder 28 platziert ist (3A–d). Die Feder 56 wird bis zu einem Punkt gestreckt, an dem ihre aufgebrachte Vorbelastung dem Belastungsniveau entspricht, bei dem festzustellen ist, dass der Aktuator 30 beginnen würde, eine zu große Kraft zu erfahren, wenn er blockiert wäre. Infolgedessen wird eine Aktivierung des Aktuators 30 zunächst eine Kraft aufbringen, die versucht, die Klappe 26 zu öffnen, aber wenn das Kraftniveau die Vorbelastung in der Feder übersteigt (z. B. die Klappe 26 blockiert ist), wird der Draht 38 stattdessen die Feder weiter strecken, wodurch eine Ausgangsstrecke für die Drahtdehnung bereitgestellt wird und die Unversehrtheit des aktiven PRV 10 bewahrt wird.
Stärker bevorzugt und wie es in den 3–3D gezeigt ist, kann der Schutz 52 ferner einen Hebel 58 zwischen dem Element 38 und der Feder 56 umfassen. Der Hebel 58 definiert einen ersten und einen zweiten Arm 60, 62 und eine Schwenkachse. Das Element 38 ist an einem der Arme angebracht, sodass es von der Achse eine erste Distanz beabstandet ist. Die Feder 56 ist an dem anderen Arm angebracht und von der Achse eine zweite Distanz, die größer ist als die erste, beabstandet, um einen Hebelarm bereitzustellen.
Es ist auch festzustellen, dass für den Fall, dass der Überlastschutz versagt, eine mechanische Verbindung, wie etwa ein Seil an dem Inneren eines PRV 10 angebracht sein kann, auf das zugegriffen und an dem gezogen werden kann, um das PRV 10 zu schließen, sollte es in einem teilweise oder vollständig offenen Zustand versagen, insbesondere in dem Fall von Ausführungsformen mit Mechanismen mit einem Öffnen durch eine Vorspannfeder und einem Schließen auf der Basis von aktivem Material.
Das PRV 10 umfasst bevorzugt einen Verriegelungsmechanismus, wie etwa der Typ, der in den 4–4C gezeigt ist. In dieser Ausgestaltung umfasst der Mechanismus eine Klinke 44, die gegen einen Widerstand um eine Achse zwischen eingerückten und ausgerückten Stellungen verschwenkbar ist, und der Verbinder 28 weist ein drehbares Zahnrad 46 auf, das zumindest einen Zahn definiert, der derart ausgestaltet ist, dass er die Klinke 44 fängt, wenn sie sich in der eingerückten Stellung befindet.
Stärker bevorzugt weist das Zahnrad 46 mehrere Zähne auf, um mit der Klinke 44 in mehreren inkrementellen Stellungen in Eingriff gelangen zu können, was zu variablen Öffnungsgraden (z. B. zwischen 17° und 52°) für die Klappe 26 führt. In der veranschaulichten Ausführungsform ist eine vorspannende Verriegelungsfeder 48, die an der Klinke 44 angebracht ist, derart ausgestaltet, dass sie bewirkt, dass der Mechanismus 42 mit der Klappe 26 in Eingriff gelangt, und ein zweites Element aus aktivem Material (z. B. Formgedächtnisdraht) 50, das eine Aktivierungskraft aufweist, die größer ist als die Federkonstante der Feder 48, ist an der Klinke 44 gegenüber angebracht. Wie es in 4B gezeigt ist, ist das zweite Element 50 betreibbar, um zu bewirken, dass der Mechanismus 42 außer Eingriff gelangt und die Klappe 26 freigibt, wenn es aktiviert wird. Es ist festzustellen, dass alternativ die Rollen des Elements 50 und der Feder 48 umgekehrt werden können, indem ihre Verbindungspunkte relativ zu der Klinke 44 ausgetauscht werden; das heißt, das zweite Element 50 könnte derart ausgestaltet sein, dass es bewirkt, dass der Mechanismus 42 mit der Klappe 26 in Eingriff gelangt, wenn es aktiviert wird, und die Vorspannfeder 48 weist eine Federkonstante auf, die kleiner ist als die Aktivierungskraft, sodass sie derart ausgestaltet ist, dass sie bewirkt, dass der Mechanismus 42 nur dann außer Eingriff gelangt und die Klappe 26 freigibt, wenn das zweite Element 50 deaktiviert ist.
Auf der Basis dieser Ausgestaltungen sind Betätigungszeiten von weniger als fünf Sekunden, eine ungefähre Lebensdauer von 100000 Betätigungen und eine Arbeitsumgebung zwischen –40 und 90°C beobachtet worden.
In anderen Ausführungsformen zeigen die 5–7A PRVs 10 mit einer Mehrzahl von horizontal oder vertikal orientierten Klappen 26, die jeweils schwenkbar mit dem Gehäuse 20 verbunden sind, um eine gleiche Mehrzahl von Schwenkachsen zu definieren. Ein einzelner Aktuator 30 kann mit jeder der Klappen 26 verbunden und derart ausgestaltet sein, dass er eine kongruente Bewegung bewirkt, wie es zuvor beschrieben und in 7 gezeigt ist, oder stärker bevorzugt kann ein separater Aktuator 30 mit aktivem Material eine Bewegung einer zugehörigen Klappe 26 steuern, wie es in 7A gezeigt ist. Wieder sind die Klappen 26 bevorzugt derart vorgespannt, dass sie einen Abschnitt der Öffnung dicht verschließen, wenn das assoziative Element 38 deaktiviert ist. Es liegt auch im Bereich der Offenbarung, verschiedentlich rotierende, faltende, gleitende oder irisartige Klappen 26 in Übereinstimmung mit der Offenbarung anzuwenden.
In einer anderen Ausführungsform kann die Klappe 26 eine Schwenkachse in der Mitte anwenden, um um ihre Längsmittellinie rotieren zu können, wie es in 8 und 8A gezeigt ist. Es ist festzustellen, dass sich in dieser Ausgestaltung die Hälfte der Klappe in dem Gehäuse 20 erstreckt, wenn sie im offenen Zustand ist, was zu weniger Vorstand in den Raum 12 hinein führt. Es ist in Erwägung zu ziehen, dass in dieser Ausgestaltung andere auf aktivem Material beruhende Aktuatoren, wie etwa ein Drehmomentrohr, das mit einer antagonistisch vorgespannten Torsionsfeder gekoppelt ist, eingesetzt werden können.
Schließlich kann in einer nochmals anderen bevorzugten Ausführungsform das Gehäuse 20 einen Schlitz 66 in der Mitte definieren und ein erstes und ein zweites Klappeneingriffsquerelement 68, 70 gegenüber dem Schlitz 66 umfassen (9–9B). Die Klappe 26 ist in dieser Ausgestaltung um das Schwenkgelenk in der Mitte, das durch ein Scharnier 24 gebildet ist, zusammenklappbar. Das Gelenk ist in dem Schlitz 66 angeordnet. Die Elemente 68, 70 bewirken, dass die Klappe 26 durch Falten zusammenklappt, wenn bewirkt wird, dass sich das Gelenk in Richtung des Inneren des Gehäuses 20 umsetzt. In dieser Ausgestaltung ist bevorzugt ein Formgedächtnisdraht 38 mit dem Gelenk gekoppelt und definiert eine Ausgestaltung als Bogensehne (9A, b). Infolge einer trigonometrischen Beziehung bewirkt die Ausgestaltung als Bogensehne, wenn der Draht 38 aktiviert ist, dass das Gelenk um eine Distanz umgesetzt wird, die größer ist als die Drahtverschiebung (d. h. eine Längenänderung). Eine Rückstellfeder 72, die eine Federkonstante aufweist, die kleiner ist als die Aktivierungskraft des Drahtes 38, ist in dem Schlitz 66 angeordnet und derart ausgestaltet, dass sie einen Eingriff mit dem Gelenk aufrechterhält und dieses nach außen hin vorspannt. Schließlich ist eine Torsionsfeder 74 koaxial mit dem Scharnier 24 ausgerichtet, an der Klappe 26 angebracht und derart ausgestaltet, dass wenn bewirkt wird, dass die Klappe 26 zusammenklappt, d. h. durch das Umsetzen des Gelenks nach innen, wobei bewirkt wird, dass die Feder 74 potentielle Energie speichert. Wenn der Draht 38 deaktiviert wird und bewirkt wird, dass das Gelenk nach außen wandert, gibt die Torsionsfeder 74 ihre Energie frei, um weiter zu bewirken, dass die Klappe 26 in den geschlossenen Zustand zurückkehrt und in diesem abgedichtet ist.
Im Betrieb kann ein selektives Öffnen der starren Klappe 26 durch einen Controller 64 bewirkt werden, der nachrichtentechnisch mit der Leistungsversorgung 32 und einem Sensor/Sensoren 18 und/oder einer Eingabeeinrichtung verbunden ist. Der Controller 64 kann derart vorprogrammiert sein, dass die Leistungsversorgung 32 das Aktivierungssignal liefert, wobei Algorithmen verwendet werden, die auf einem Sensoreingang beruhen, wie es zuvor beschrieben wurde und in 10 beispielhaft dargestellt ist. Beispielsweise kann der Luftdruck mit einem Sensor zum Anzeigen, wenn während der Fahrzeugbewegung ein Fenster geöffnet wird, wenn ein Airbag ausgelöst wird, oder beim Schließen einer Tür oder dergleichen überwacht werden. Alternativ können andere Sensoreingänge, wie etwa eine Temperatur, die anzeigt, dass die Innentemperatur des Fahrzeugs einen voreingestellten Temperaturschwellenwert überschritten hat, und dergleichen, angewandt werden. Ferner können andere Sensoreingänge einen Gassensor umfassen, wie es erwünscht sein kann, um eine Kohlenmonoxidkonzentration in dem Innenraum zu detektieren.
Es ist festzustellen, dass in anderen Ausführungsformen der Betrieb (entweder Öffnen oder Schließen) des PRV 10 durch die Betätigung eines HLK-Systems ausgelöst werden könnte, das betreibbar ist, um den Innenraum 12 aufzubereiten, oder durch Empfang von Telematikinformation, die zusammenwirkend von einem GPS- oder anderen Positionsbestimmungssystem und einer Kartendatenbank ermittelt wird (10), die beide auch nachrichtentechnisch mit dem Controller 64 gekoppelt sind und beispielsweise zum Einsatz in einem Milieu eines Kraftfahrzeugs geeignet sind.
11 bis 15 zeigen schematisch eine Luftströmungssteuereinrichtung, z. B. das vorstehend erwähnte Druckabbauventil 10, das Ausführungsformen einer betätigbaren Verriegelung umfasst. Das Druckabbauventil 10 umfasst ein Gehäuse 20, das eine oder mehrere Öffnungen 22 dort hindurch aufweist. Jede Öffnung 22 weist eine entsprechende starre Klappe oder einen beweglichen Flügel/bewegliche Flügel 26 auf, der/die schwenkbar an dem Gehäuse 20 an einem Anlenkpunkt 24 montiert ist/sind. Daran ist eine Federeinrichtung 23 angeordnet, die eine Federvorspannung aufweist, die eine Schließkraft auf den beweglichen Flügel/die beweglichen Flügel 26 relativ zu dem Gehäuse 20 ausübt. Die Federeinrichtung 23 weist vorzugsweise eine Federkonstante auf, die ausreicht, um zu bewirken, dass der bewegliche Flügel/die beweglichen Flügel 26 eine Umgebungsdichtung über die Öffnung 22 des Druckentlastungsventils 10 hinweg hält/halten. Ein Linearaktuator 30 umfasst ein Ende, das die mit dem beweglichen Flügel/den beweglichen Flügeln 26 verbunden ist, und ein distales Ende, das mit dem Gehäuse 20 verbunden ist. Der Linearak tuator ist vorzugsweise eine Drahteinrichtung, die aus Formgedächtnislegierungs-(SMA)-Materialien gefertigt ist, die nachstehend als SMA-Draht 30 bezeichnet wird. Der vorstehend erwähnte Controller 64 steuert die elektrische Leistungsversorgung 32, um Joule'sche Leistung für den SMA-Draht 30 in Ansprechen auf einen Aktivierungsbefehl zu steuern. Wenn die Leistungsversorgung 32 elektrische Leistung zu dem SMA-Draht 30 überträgt, die ausreicht, um dessen Temperatur zu erhöhen und eine Phasenumwandlung in dem SMA-Material zu bewirken, wird in dem SMA-Draht 30 eine Dehnung eingeleitet, die bewirkt, dass er sich in der Länge zusammenzieht und dementsprechend den beweglichen Flügel/die beweglichen Flügel 26 in eine offene Stellung drängt, wodurch eine Luftströmung über das Druckabbauventil 10 hinweg gestartet wird. Die offene Stellung kann eine vollständig geöffnete Stellung sein, z. B. hat/haben sich der bewegliche Flügel/die beweglichen Flügel 26 zu seinem/ihrem maximalen Verfahr- oder Anlenkpunkt bewegt. Alternativ kann die offene Stellung eine teilweise geöffnete Stellung sein, die geringer ist als ein maximaler Verfahr- oder Anlenkpunkt des beweglichen Flügels/der beweglichen Flügel 26.
Wenn sich der bewegliche Flügel/die beweglichen Flügel 26 in der geschlossenen Stellung befindet/befinden, gibt es keine Luftströmung durch die Öffnung/Öffnungen 22. Wenn sich der bewegliche Flügel/die beweglichen Flügel 26 in der offenen Stellung befinden, gibt es eine Luftströmung und einen Druckausgleich durch die Öffnung/Öffnungen 22 hindurch. Der Betrag an Luftströmung und Druckausgleich durch die Öffnung/die Öffnungen 22 hängt von der Größe der befohlenen Offenstellung ab. Die betätigbare Verriegelung ist ausgestaltet, um den beweglichen Flügel/die beweglichen Flügel 26 zu verriegeln und zu halten, wenn er/sie in die offene Stellung gedrängt ist/sind. Alternativ oder in Kombination kann die betätigbare Verriegelung ausgestaltet sein, um den beweglichen Flügel/die beweglichen Flügel 26 zu verriegeln und zu halten, wenn er/sie in die geschlossene Stellung gedrängt ist/sind.
Der Aktivierungsbefehl zum Aktivieren des Druckabbauventils 10, um den beweglichen Flügel/die beweglichen Flügel 26 in die offene Stellung zu drängen, kann in Vorwegnahme eines anstehenden Ereignisses, wie etwa das Schließen einer Schwingplatte, z. B. einer Tür, eines Fensters oder eines Kofferraumdeckels erfolgen. Die Leistungsversorgung 32 liefert elektrische Leistung an den SMA-Draht 30, was bewirkt, dass er sich in Längsrichtung zusammenzieht, wodurch der bewegliche Flügel/die beweglichen Flügel 26 geöffnet werden. Es kann eine unbestimmte Zeitdauer zwischen dem Aktivierungsbefehl, um den beweglichen Flügel/die beweglichen Flügel 26 zu öffnen, und dem Auftreten des vorweggenommenen, anstehenden Ereignisses liegen. Während der Zeitverzögerung hält die betätigbare Verriegelung den beweglichen Flügel/die beweglichen Flügel 26 in der offenen Stellung. Die betätigbare Verriegelung deaktiviert vorzugsweise im Anschluss an das Auftreten des vorweggenommenen, anstehenden Ereignisses, was zulässt, dass die Federeinrichtung den beweglichen Flügel/die beweglichen Flügel 26 in die geschlossene Stellung drängt, wenn sich der SMA-Draht 30 ausdehnt.
Die 11A und 11B zeigen das Druckabbauventil 10 mit einer ersten Ausführungsform der betätigbaren Verriegelung, um den beweglichen Flügel/die beweglichen Flügel 26 in der offenen Stellung festzuhalten, die ein SMA-Verriegelungssystems bei anstehender Leistung umfasst. In dieser Ausführungsform liefert die Leistungsversorgung 32 elektrische Leistung an den SMA-Draht 30, um den beweglichen Flügel/die beweglichen Flügel 26 entsprechend eines Aktivierungsbefehls von dem Controller 64 in eine gewünschte Orientierung zu öffnen. Es ist zu verstehen, dass ein Aktivierungsbefehl eine gewünschte Antwort von der Leistungsversorgung be wirkt und somit eine Aktivierung der Leistungsversorgung und Deaktivierung der Leistungsversorgung zum Beispiel gemäß jeweiligen Zuständen eines binären Aktivierungsbefehls mit einschließt. Die Leistungsversorgung 32 hält dann elektrische Leistung für den SMA-Draht 30 aufrecht, um die Temperatur des SMA-Drahtes 30 bei oder über einer Übergangstemperatur zu halten, sobald der bewegliche Flügel/die beweglichen Flügel 26 seine/ihre gewünschte Orientierung oder Stellung erreicht/erreichen, indem fortgefahren wird, dem SMA-Draht 30 elektrische Leistung zuzuführen. Solange die Leistungsversorgung 32 die elektrische Leistung zuführt, ist der SMA-Draht 30 heiß, und der bewegliche Flügel/die beweglichen Flügel 26 bleiben offen. In einer Ausführungsform steuert die Leistungsversorgung 32 elektrische Leistung in Ansprechen auf einen Eingang von einem Mikroschalter, der ausgelöst wird, wenn der bewegliche Flügel/die beweglichen Flügel 26 die offene Stellung erreicht/erreichen, und somit die elektrische Leistung deaktiviert wird. Wenn der SMA-Draht 30 abkühlt und sich ausdehnt und zulässt, dass sich der bewegliche Flügel/die beweglichen Flügel 26 von dem Mikroschalter zurückzieht/zurückziehen, wird somit die elektrische Leistungsversorgung 32 aktiviert und elektrische Leistung für den SMA-Draht 30 wiederhergestellt. Dieser Prozess arbeitet so lange, wie der Aktivierungsbefehl zum Öffnen des Druckabbauventils 10 aktiv ist, wodurch die Phasenumwandlung in der Formgedächtnislegierung periodisch aufrecht erhalten wird, um den beweglichen Flügel in der offenen Stellung festzuhalten. Ein fotoelektrischer Unterbrecher oder ein Hall-Effekt-Sensor kann anstelle eines Mikroschalters verwendet werden, um die Phasenumwandlung in der Formgedächtnislegierung periodisch aufrecht zu erhalten und somit den beweglichen Flügel in der offenen Stellung festzuhalten. Um ein Schließen des beweglichen Flügels/der beweglichen Flügel 26 im Anschluss an das Auftreten des vorweggenommenen, anstehenden Ereignisses zu bewirken, unterbricht die Leistungsversorgung 32 die elektrische Leistung für den SMA-Draht 30, was zulässt, dass er sich abkühlen und ausdehnen kann. Eine Rückstellkraft von der Feder 23 bewirkt ein Schließen des beweglichen Flügels/der beweglichen Flügel 26. Gleichermaßen wird ein Verlust von elektrischer Fahrzeugleistung dazu führen, dass der bewegliche Flügel/die beweglichen Flügel 26 schließt/schließen. Dies schließt die Leistungsversorgung 32 mit ein, die ausgestaltet ist, um elektrische Leistung zu dem Linearaktuator zu übertragen, der den SMA-Draht 30 umfasst, um eine Phasenumwandlung in der Formgedächtnislegierung des SMA-Drahts 30 zu bewirken und somit den beweglichen Flügel/die beweglichen Flügel 26 in Ansprechen auf den Aktivierungsbefehl in die offene Stellung oder die geschlossene Stellung zu drängen, wobei die offene Stellung eine teilweise geöffnete Stellung umfasst.
Die 12A und 12B zeigen das Druckabbauventil 10 mit einer anderen Ausführungsform der betätigbaren Verriegelung, um den beweglichen Flügel/die beweglichen Flügel 26 in der offenen Stellung festzuhalten, die eine Sperrklinkeneinrichtung 33 umfasst. In dieser Ausführungsform liefert die Leistungsversorgung 32 elektrische Leistung an den SMA-Draht 30, um den beweglichen Flügel/die beweglichen Flügel 26 in eine gewünschte Orientierung oder Stellung zu öffnen. Ein vorstehendes Element 31, z. B. ein starrer Stift, steht von einem von dem beweglichen/den beweglichen Flügeln 26 nach außen hin vor und gelangt automatisch mit der Sperrklinkeneinrichtung 33 in Eingriff, wenn sich das vorstehende Element 31 mit dem Öffnen des beweglichen Flügels/der beweglichen Flügel 26 dreht. Wenn die elektrische Leistung für den SMA-Draht 30 unterbrochen wird, wird der bewegliche Flügel/werden die beweglichen Flügel 26 durch die Wirkung der Feder 23 an dem beweglichen Flügel/den beweglichen Flügeln 26 an seiner/ihrer Stelle gehalten, wobei das vorstehende Element 31 in die Sperrklinkeneinrichtung 33 einrastet, wenn sich der SMA-Draht 30 abkühlt. Um ein Schließen des beweglichen Flügels/der beweglichen Flü gel 26 zu bewirken, liefert die Leistungsversorgung 32 nachfolgend elektrische Leistung an den SMA-Draht 30, wobei sich der SMA-Draht 30 zusammenzieht und darüber hinaus den beweglichen Flügel/die beweglichen Flügel 26 dreht und das vorstehende Element 31 von der Sperrklinkeneinrichtung 33 außer Eingriff bringt. Die elektrische Leistung für den SMA-Draht 30 wird wieder unterbrochen, was zulässt, dass sich der SMA-Draht 30 abkühlen und den beweglichen Flügel/die beweglichen Flügel 26 schließen kann.
Die 13A und 13B zeigen das Druckabbauventil 10 mit einer anderen Ausführungsform der betätigbaren Verriegelung, um den beweglichen Flügel/die beweglichen Flügel 26 an der offenen Stellung festzuhalten, die eine mechanische Verriegelung 33' umfasst. Die mechanische Verriegelung 33' ist schwenkbar an dem Gehäuse 20 an einen Anlenkpunkt angebracht und ist an einer Zugfeder 27 an einem zweiten Punkt angebracht und ist an einem zweiten SMA-Draht 30' an einem dritten Punkt angebracht. Die Zugfeder 27 und der zweite SMA-Draht 30' üben entgegengerichtete Kräfte über den Anlenkpunkt hinweg aus. Wenn der zweite SMA-Draht 30' nicht betätigt ist, befindet sich die mechanische Verriegelung 33' in einer offenen, unverriegelten Stellung. In dieser Ausführungsform liefert die Leistungsversorgung 32 elektrische Leistung an den SMA-Draht 30, um den beweglichen Flügel/die beweglichen Flügel 26 bei oder über eine gewünschte Orientierung oder Stellung hinaus zu öffnen. Ein vorstehendes Element 31', das von einem von dem beweglichen Flügel/den beweglichen Flügeln 26 nach außen hin vorsteht, rotiert über die mechanische Verriegelung 27 hinaus. Eine zweite Leistungsversorgung 32' liefert elektrische Leistung an den zweiten SMA-Draht 30', wodurch eine Dehnung in dem SMA-Material eingeleitet und bewirkt wird, dass er sich zusammenzieht, wobei die Federkraft der Zugfeder 27 überwunden wird, sodass die mechanische Verriegelung 33' mit dem vorstehenden Element 31' in Eingriff gelangt und den beweglichen Flügel/die beweglichen Flügel 26 in der offenen Stellung hält. Die Leistungsversorgung 32 kann anschließend deaktiviert werden. Die zweite Leistungsversorgung 32' fährt fort, elektrische Leistung an den SMA-Draht 30' zu liefern, die ausreicht, um die mechanische Verriegelung 33' in dem geschlossenen Zustand festzuhalten. Um ein Schließen des beweglichen Flügels/der beweglichen Flügel 26 zu bewirken, hört die zweite Leistungsversorgung 32' auf, elektrische Leistung an den zweiten SMA-Draht 30' zu liefern, was zulässt, dass er sich derart ausdehnen kann, dass die Federkraft der Zugfeder 27 die mechanische Verriegelung 33' so drangt, dass sie von dem vorstehenden Element 31' außer Eingriff gelangt, wobei eine Rückstellkraft von der Feder 23 ein Schließen des beweglichen Flügels/der beweglichen Flügel 26 bewirkt. Gleichermaßen wird ein Verlust von elektrischer Fahrzeugleistung dazu führen, dass der bewegliche Flügel/die beweglichen Flügel 26 schließt/schließen.
Die 14A und 14B zeigen das Druckabbauventil 10 mit einer anderen Ausführungsform einer betätigbaren Verriegelung, um den beweglichen Flügel/die beweglichen Flügel 26 in der offenen Stellung zu halten, die eine elektromagnetische Verriegelung umfasst. Die elektromagnetische Verriegelung umfasst einen Elektromagneten 35, der an einem Abschnitt des Gehäuses 20 montiert ist, und ein Zielelement 37, das an einem Abschnitt von einem von dem beweglichen Flügel/den beweglichen Flügeln 26 montiert ist. Das Zielelement 37 umfasst Eisenmetall und ist an dem beweglichen Flügel/den beweglichen Flügeln 26 auf eine solche Weise montiert, dass es an den Elektromagneten 35 angrenzt, wenn der bewegliche Flügel/die beweglichen Flügel 26 geöffnet ist/sind. In dieser Ausführungsform liefert die Leistungsversorgung 32 elektrische Leistung an den SMA-Draht 30, um den beweglichen Flügel/die beweglichen Flügel 26 in eine gewünschte Orientierung oder Stellung zu öffnen. Der Elektromagnet 35 wird mit elektrischer Leistung, die von einer Elektromagnetleistungsversorgung 32A ausgeht, aktiviert und von dem Controller 64 gesteuert, der mit der Elektromagnetleistungsversorgung 32A nachrichtentechnisch gekoppelt ist. Wenn das Zielelement 37 sich dem aktivierten Elektromagneten 35 nähert oder mit diesem in Kontakt gelangt, hält die elektromagnetische Kraft das Zielelement 37 und somit den beweglichen Flügel/die beweglichen Flügel 26 in der offenen Stellung. Leistung von der Leistungsversorgung 32 für den SMA-Draht 30 kann unterbrochen werden. Um ein Schließen des beweglichen Flügels/der beweglichen Flügel 26 zu bewirken, deaktiviert die Elektromagnetleistungsversorgung 32A den Elektromagneten 35, was zulässt, dass er das elektromagnetische Halten an dem Zielelement 37 lösen kann. Eine Rückstellkraft von der Feder 23 bewirkt ein Schließen des beweglichen Flügels/der beweglichen Flügel 26. Gleichermaßen wird ein Verlust von elektrischer Fahrzeugleistung dazu führen, dass der bewegliche Flügel/die beweglichen Flügel 26 schließt/schließen.
Die 15A und 15B zeigen das Druckabbauventil 10 mit einer anderen Ausführungsform der betätigbaren Verriegelung, um den beweglichen Flügel/die beweglichen Flügel 26 in der offenen Stellung festzuhalten, einschließlich einer mechanischen Sprungverriegelung. Die mechanische Sprungverriegelung umfasst in einer Ausführungsform einen Schwenkarm 21, der starr mit dem beweglichen Flügel/den beweglichen Flügeln 26 gekoppelt ist, die beide schwenkbar mit dem Gehäuse 20 an einem Anlenkpunkt 24 verbunden sind. Der Schwenkarm 21 umfasst ein zweites drehbares Ende, das am gleichen Ende mit einem ersten Ende eines Federelements 23A und Enden eines ersten SMA-Drahts 30A und eines zweiten SMA-Drahts 30B gekoppelt ist. Ein zweites Ende des Federelements 23A ist mit dem Gehäuse 20 an einem Federanbringungspunkt P verbunden. Distale Enden des ersten SMA-Drahts 30A und des zweiten SMA-Drahts 30B sind jeweils mit dem Gehäuse 20 an Anbringungspunkten A bzw. B gekoppelt. Die Anbringungspunkte A und B befinden sich links bzw. rechts von einer Linie C. Die Linie C ist durch den Anlenkpunkt 24 und dem Federanbringungspunkt P definiert. Die Kraft des Federelements 23A dreht den Schwenkarm 21 und den beweglichen Flügel/die beweglichen Flügel 26 um den Anlenkpunkt 24 herum, wobei die Drehung von einem ersten oder zweiten Anschlag 39A bzw. 39B unterbrochen wird. Wenn im Betrieb der Schwenkarm 21 sich in einer ersten Stellung an dem ersten Anschlag 39A befindet, wobei der bewegliche Flügel/die beweglichen Flügel 26 in einer geschlossenen Stellung ist/ sind, liefert die erste Leistungsversorgung 32 elektrische Leistung an den ersten SMA-Draht 30A, was bewirkt, dass er eine Zugkraft auf das zweite drehbare Ende des Schwenkarms 21 ausübt und es sprungartig in einer zweiten Richtung bewegt. Die erste Leistungsversorgung 32 kann deaktiviert werden, was zulässt, dass sich der erste SMA-Draht 30A abkühlen und ausdehnen kann. Die Kraft des Federelements 23A dreht den Schwenkarm 21 und den beweglichen Flügel/die beweglichen Flügel 26 um den Anlenkpunkt 24 herum bis zu dem zweiten Anschlag 39B, wobei der bewegliche Flügel/die beweglichen Flügel 26 geöffnet werden. Wenn im Betrieb der Schwenkarm 21 sich in der zweiten Stellung an dem zweiten Anschlag 39B befindet, wobei der bewegliche Flügel/die beweglichen Flügel 26 in der offenen Stellung ist/sind, liefert die zweite Leistungsversorgung 32' elektrische Leistung an den zweiten SMA-Draht 30B, was bewirkt, dass er eine Zugkraft auf das zweite drehbare Ende des Schwenkarms 21 ausübt und ihn sprungartig in der ersten Richtung bewegt. Die zweite Leistungsversorgung 32' kann deaktiviert werden, was zulässt, dass sich der zweite SMA-Draht 30B abkühlen und ausdehnen kann. Die Kraft des Federelements 23 dreht den Schwenkarm 21 und den beweglichen Flügel/die beweglichen Flügel 26 um den Anlenkpunkt 24 herum zu dem ersten Anschlag 39A, wobei der bewegliche Flügel/die beweglichen Flügel 26 in die geschlossene Stellung bewegt wird/werden. Alternativ umfasst die mechanische Sprungverriegelung, dass der Schwenkarm 21 und der bewegliche Flügel/die beweglichen Flügel 26 gemeinsam untergebracht sind.
Die hierin offenbarten Bereiche sind inklusive und kombinierbar (z. B. Bereiche von ”bis zu etwa 25 Gewichts-% oder im Spezielleren etwa 5 Gewichts-% bis etwa 20 Gewichts-%” sind inklusive der Endpunkte und aller Zwischenwerte der Bereiche von ”etwa 5 Gewichts-% bis etwa 25 Gewichts-%” usw.). ”Kombination” ist inklusive Mischungen, Gemischen, Legierungen, Reaktionsprodukten und dergleichen. Ferner bezeichnen die Ausdrücke ”erste/r/s”, ”zweite/r/s” und dergleichen hierin keinerlei Reihenfolge, Menge oder Wichtigkeit, sondern dienen dazu, ein Element von einem anderen zu unterscheiden, und die Begriffe ”ein/e/s” bezeichnen hierin keine Beschränkung einer Menge, sondern bezeichnen vielmehr das Vorhandensein von zumindest einem genannten Gegenstand. Die Angabe ”etwa”, die in Verbindung mit einer Größe verwendet wird, versteht sich einschließlich des angegebenen Werts und besitzt die durch den Kontext bestimmte Bedeutung (umfasst z. B. den der Messung der speziellen Größe zugehörigen Fehlergrad). Das Suffix ”(s)”, ”(e)”, ”(n)”, wie es hierin verwendet wird, soll sowohl den Singular als auch den Plural des Begriffes umfassen, den es modifiziert, und umfasst daher einen oder mehrere von diesem Begriff (z. B. umfasst/en der/die Farbstoff/e einen oder mehrere Farbstoffe). Die Bezugnahme über die gesamte Beschreibung auf ”eine bestimmte Ausführungsform”, ”eine weitere Ausführungsform”, ”eine Ausführungsform” und dergleichen bedeutet, dass ein bestimmtes Element (z. B. ein Merkmal, eine Struktur und/oder eine Eigenschaft), das in Verbindung mit der Ausführungsform beschrieben ist, in zumindest einer hierin beschriebenen Ausführungsform enthalten ist und in anderen Ausführungsformen vorhanden sein kann oder nicht. Zusätzlich ist zu verstehen, dass die beschriebenen Elemente in den verschiedenen Ausführungsformen in jeder geeigneten Weise kombiniert sein können.
Geeignete Algorithmen, eine Verarbeitungsfähigkeit und Sensoreingänge liegen in Anbetracht dieser Offenbarung innerhalb des Könnens des Fachmanns. Diese Offenbarung ist anhand beispielhafter Ausführungsformen beschrieben worden; wobei Fachleute verstehen werden, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können und Elemente durch Äquivalente davon ersetzt werden können, ohne vom Schutzumfang der Offenbarung abzuweichen. Zusätzlich können viele Modifikationen vorgenommen werden, um eine besondere Situation oder ein besonderes Material an die Lehren der Offenbarung anzupassen, ohne von deren wesentlichem Umfang abzuweichen. Daher soll die Offenbarung nicht auf eine besondere Ausführungsform beschränkt sein, die als die beste Ausführungsart offenbart ist, die zur Ausführung dieser Offenbarung in Betracht gezogen wird, sondern die Offenbarung soll alle Ausführungsformen umfassen, die in den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche fallen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- US 7204472 A [0004]

Claims

Ventil, umfassend: ein Gehäuse, das eine Öffnung definiert, die eine Fluidverbindung zwischen einem Fahrzeugraum und einer Außenumgebung hersteht; einen beweglichen Flügel, der schwenkbar mit dem Gehäuse verbunden und in eine offene Stellung bzw. eine geschlossene Stellung beweglich ist; einen ersten Linearaktuator, der mechanisch zwischen den beweglichen Flügel und das Gehäuse geschaltet ist, wobei der Linearaktuator eine erste Drahteinrichtung umfasst, die aus einer Formgedächtnislegierung gefertigt ist; eine erste Leistungsversorgung, die elektrisch mit dem ersten Linearaktuator gekoppelt ist, um eine Phasenumwandlung in der Formgedächtnislegierung des ersten Linearaktuators zu bewirken und somit den Flügel in die offene Stellung bzw. die geschlossene Stellung zu bewegen, wenn die erste Leistungsversorgung in Ansprechen auf ein erstes Aktivierungssignal von einem Controller aktiviert ist; und ein betätigbares Verriegelungssystem, wobei das betätigbare Verriegelungssystem ausgestaltet ist, um den beweglichen Flügel für einen unbestimmten Zeitraum in der offenen Stellung bzw. der geschlossenen Stellung zu halten.
Ventil nach Anspruch 1, wobei die offene Stellung eine teilweise geöffnete Stellung bzw. eine vollständig geöffnete Stellung umfasst.
Ventil nach Anspruch 2, wobei das betätigbare Verriegelungssystem eine erste Leistungsversorgung umfasst, die periodisch aktiviert ist, um die Phasenumwandlung in der Formgedächtnislegierung aufrechtzuerhalten und somit den beweglichen Flügel in der offenen Stellung festzuhalten.
Ventil nach Anspruch 1, wobei das betätigbare Verriegelungssystem eine mechanische Sperrklinkeneinrichtung umfasst, die mit einem vorstehenden Element an dem beweglichen Flügel in Eingriff gelangt, wenn sich der bewegliche Flügel in die offene Stellung bewegt ist, wobei vorzugsweise die mechanische Sperrklinkeneinrichtung von dem vorstehenden Element an dem beweglichen Flügel außer Eingriff gelangt, wenn der erste Linearaktuator den beweglichen Flügel im Anschluss davon weiter rotiert, dass die mechanische Sperrklinkeneinrichtung mit dem vorstehenden Element an dem beweglichen Flügel in Eingriff gelangt ist.
Ventil nach Anspruch 1, wobei das betätigbare Verriegelungssystem eine mechanische Verriegelungseinrichtung, die mit einem zweiten Linearaktuator gekoppelt ist, der eine zweite Drahteinrichtung umfasst, die aus einer Formgedächtnislegierung gefertigt ist, und eine zweite Leistungsversorgung umfasst, die elektrisch mit dem zweiten Linearaktuator gekoppelt ist, um eine Phasenumwandlung in der Formgedächtnisle gierung des zweiten Linearaktuators zu bewirken und somit die mechanische Verriegelungseinrichtung zu bewegen, wenn die zweite Leistungsversorgung in Ansprechen auf einen zweiten Aktivierungsbefehl von einem Controller aktiviert ist, um mit einem vorstehenden Element an dem beweglichen Flügel entgegengesetzt zu einer Feder, die die mechanische Verriegelungseinrichtung von dem Eingriff mit dem vorstehenden Element weg vorspannt, in Eingriff zu gelangen.
Ventil nach Anspruch 5, wobei die mechanische Verriegelungseinrichtung, um von dem vorstehenden Element an dem beweglichen Flügel außer Eingriff zu gelangen, durch die Feder bewegt wird, die die mechanische Verriegelungseinrichtung von dem Eingriff mit dem vorstehenden Element weg vorspannt, wenn die zweite Leistungsversorgung in Ansprechen auf den zweiten Aktivierungsbefehl von dem Controller deaktiviert ist.
Ventil nach Anspruch 1, wobei das betätigbare Verriegelungssystem eine elektromagnetische Einrichtung umfasst, die mit einer zweiten Leistungsversorgung gekoppelt ist, um sich magnetisch an ein Eisenzielelement an dem beweglichen Flügel zu koppeln, wenn die zweite Leistungsversorgung in Ansprechen auf einen zweiten Aktivierungsbefehl von dem Controller aktiviert ist und sich der bewegliche Flügel in der offenen Stellung befindet, wobei das Eisenzielelement an die elektromagnetische Einrichtung angrenzt, wobei vorzugsweise die elektromagnetische Einrichtung sich von dem Eisenzielelement an dem beweglichen Flügel magnetisch entkoppelt, wenn die zweite Leistungsversorgung in Ansprechen auf den zweiten Aktivierungsbefehl von dem Controller deaktiviert ist.
Ventil nach Anspruch 1, wobei das betätigbare Verriegelungssystem eine mechanische Sprungverriegelung, die den beweglichen Flügel aufweist, welche mit einem Federelement, dem ersten Linearaktuator und einem zweiten Linearaktuator gekoppelt ist, wobei der zweite Linearaktuator eine Drahteinrichtung umfasst, die aus einer Formgedächtnislegierung gefertigt ist, und eine zweite Leistungsversorgung umfasst, die elektrisch mit dem zweiten Linearaktuator gekoppelt ist, um eine Phasenumwandlung in der Formgedächtnislegierung des ersten Linearaktuators zu bewirken und somit den Flügel zu der anderen von der offenen Stellung bzw. der geschlossenen Stellung zu bewegen, wenn die zweite Leistungsversorgung in Ansprechen auf einen zweiten Aktivierungsbefehl von dem Controller aktiviert ist, wobei das Federelement bewirkt, dass der Flügel in einer gegenwärtigen von der offenen Stellung bzw. der geschlossenen Stellung gehalten ist, wenn die erste Leistungsversorgung sowie die zweite Leistungsversorgung deaktiviert sind.
Ventil, umfassend: ein Gehäuse, das eine Öffnung definiert, die eine Fluidverbindung zwischen einem Fahrzeugraum und einer Außenumgebung herstellt; einen beweglichen Flügel, der schwenkbar mit dem Gehäuse verbunden und in eine offene Stellung beweglich ist, wobei der bewegliche Flügel eine Federeinrichtung mit einer Vorspannfeder umfasst, die den beweglichen Flügel in eine geschlossene Stellung rela tiv zu dem Gehäuse in ausreichendem Maße drängt, um eine Umgebungsdichtung über die Öffnung hinweg aufrecht zu erhalten; einen ersten Linearaktuator, der mechanisch zwischen den beweglichen Flügel und das Gehäuse geschaltet ist, wobei der erste Linearaktuator eine erste Drahteinrichtung umfasst, die aus einer Formgedächtnislegierung gefertigt ist; eine erste Leistungsversorgung, die ausgestaltet ist, um elektrische Leistung zu dem ersten Linearaktuator zu übertragen und somit eine Phasenumwandlung in der Formgedächtnislegierung des ersten Linearaktuators zu bewirken und somit den beweglichen Flügel in Ansprechen auf einen ersten Aktivierungsbefehl von einem Controller in die offene Stellung zu drangen; und ein betätigbares Verriegelungssystem, wobei das betätigbare Verriegelungssystem ausgestaltet ist, um den beweglichen Flügel für einen unbestimmten Zeitraum in der offenen Stellung festzuhalten.
Ventil nach Anspruch 9, wobei das betätigbare Verriegelungssystem umfasst, dass die erste Leistungsversorgung periodisch aktiviert ist, um die Phasenumwandlung in der Formgedächtnislegierung aufrecht zu erhalten und somit den beweglichen Flügel in der offenen Stellung festzuhalten, und/oder wobei das betätigbare Verriegelungssystem eine mechanische Sperrklinkeneinrichtung umfasst, die mit einem vorstehenden Element an dem beweglichen Flügel in Eingriff gelangt, wenn der bewegliche Flügel in die offene Stellung bewegt ist, und/oder wobei das betätigbare Verriegelungssystem eine mechanische Verriegelungseinrichtung, die mit einem zweiten Linearaktuator gekoppelt ist, der eine zweite Drahteinrichtung umfasst, die aus einer Formgedächtnislegierung gefertigt ist, und eine zweite Leistungsversorgung umfasst, die elektrisch mit dem zweiten Linearaktuator gekoppelt ist, um eine Phasenumwandlung in der Formgedächtnislegierung des zweiten Linearaktuators zu bewirken und somit die mechanische Verriegelungseinrichtung zu bewegen, wenn die zweite Leistungsversorgung in Ansprechen auf ein zweites Aktivierungssignal von dem Controller aktiviert ist, um mit einem vorstehenden Element an dem beweglichen Flügel entgegengesetzt zu einer Feder, die die mechanische Verriegelungseinrichtung von dem Eingriff mit dem vorstehenden Element weg vorspannt, in Eingriff zu gelangen, und/oder wobei das betätigbare Verriegelungssystem eine elektromagnetische Einrichtung umfasst, die mit einer zweiten Leistungsversorgung gekoppelt ist, um sich magnetisch an ein Eisenzielelement an dem beweglichen Flügel zu koppeln, wenn die zweite Leistungsversorgung in Ansprechen auf einen zweiten Aktivierungsbefehl von dem Controller aktiviert ist und sich der bewegliche Flügel in der offenen Stellung befindet, wobei das Eisenzielelement an die elektromagnetische Einrichtung angrenzt, und/oder wobei das betätigbare Verriegelungssystem eine mechanische Sprungverriegelung, die den beweglichen Flügel aufweist, welche mit einem Federelement, dem ersten Linearaktuator und einem zweiten Linearaktuator gekoppelt ist, wobei der zweite Linearaktuator eine Drahteinrichtung umfasst, die aus einer Formgedächtnislegierung gefertigt ist, und eine zweite Leistungsversorgung umfasst, die elektrisch mit dem zweiten Linearaktuator gekoppelt ist, um eine Phasenumwandlung in der Formgedächtnislegierung des ersten Linearaktuators zu bewirken und somit den Flügel in die andere von der offenen Stellung bzw. der geschlossenen Stellung zu bewegen, wenn die zweite Leistungsversorgung in Ansprechen auf einen zweiten Aktivierungsbefehl von dem Controller aktiviert ist, wobei das Federelement bewirkt, dass der Flügel in einer gegenwärtigen von der offenen Stellung bzw. der geschlossenen Stellung gehalten ist, wenn die erste Leistungsversorgung sowie die zweite Leistungsversorgung deaktiviert sind, und/oder wobei die offene Stellung eine teilweise geöffnete Stellung bzw. eine vollständig geöffnete Stellung umfasst.