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Hintergrund der Erfindung
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1. Technisches Gebiet
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Die
Offenlegung betrifft allgemein thermische Sicherungen, Relais und
andere elektrische Komponenten (die hierin kollektiv als „Schaltungs”- oder „elektronische” Einrichtungen
bezeichnet werden), die geeignet sind, um in einer Schaltung verwendet
zu werden und zumindest eine Charakteristik derselben zu modifizieren;
und im Spezielleren eine Schaltungseinrichtung, die eine Betätigung mit
einem Formgedächtnismaterial
verwendet, um eine Funktionalität
zu bewirken.
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2. Stand der Technik
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Sicherungen,
Relais und Regelwiderstände wie
auch andere Komponenten wurden lange Zeit in der Elektronik implementiert,
um die Sicherheit und die Fähigkeiten
von Schaltungen zu verbessern. Zum Beispiel werden Thermosicherungen
oft verwendet, um wesentliche oder kostspielige Komponenten, Menschen
und die Umgebung vor Strom und thermischer Überlastung zu schützen; und
Relais werden oft verwendet, um eine Vorrichtung mit geringer Energiezufuhr
wie z. B. die Zündung
in einem Fahrzeug zur Betätigung
einer leistungsstarken Vorrichtung wie z. B. eines Anlassermotors
zuzulassen.
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In
Bezug auf Sicherungen ist einzusehen, dass traditionelle Sicherungen
permanente Unterbrechungen für
Vorrichtungen bieten, die sonst nur einen vorübergehenden Schutz benötigen. Überdies
ist es zunehmend schwierig, diese Sicherungen auszutauschen, da
die Vorrichtungen zunehmend komplex und zusammengedrängt werden.
Infolgedessen wurden manuell und selbstständig rücksetzbare Sicherungen entwickelt,
die z. B. ein Polymer mit einem positiven Temperaturkoeffizienten
(PTC) umfassen. Diese Sicherungen orientieren die Polymerketten neu
von kristallin zu amorph, wodurch der Strom auf einen nahezu „offenen
Zustand” reduziert
wird, wenn sie übermäßigem Strom
ausgesetzt sind. Beunruhigenderweise öffnen PTC-Sicherungen tatsächlich jedoch
nie die Schaltung, und da sie einen Widerstand auf molekularer Ebene
erzeugen, kann ihre Rücksetzfunktionalität schwierig
zu steuern sein.
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In
Bezug auf Relais und Regelwiderstände ist ein einfacher, kostengünstiger
und zuverlässiger Aufbau
oft wünschenswert
und/oder nützlich.
Allerdings sind die meisten auf dem technischen Gebiet bekannten
Relais elektromechanisch und oft mit einer komplexen Metallspule
und einem Anker aufgebaut, die nach wiederholter Verwendung dazu
neigen stecken zu bleiben. Außerdem
erfordert das Anlegen und Entfernen des Induktionsstromes an die
Spule oft die Verwendung von zusätzlichen
elektrischen Komponenten, um unerwünschten oder zerstörerischen
Energieeinstrom abzuführen.
Andere Relais, die auf dem technischen Gebiet bekannt sind, eliminieren
die Notwendigkeit elektromechanischer Vorrichtungen, enthalten jedoch
viele elektrische Komponenten, was die Kosten erhöht. Sie
sind auch anfällig
für Fehlzündungen
und Kurzschlüsse.
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Kurzzusammenfassung
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Als
Reaktion auf die zuvor erwähnten
Bedenken präsentiert
die Erfindung eine thermische Einrichtung auf der Basis eines Formgedächtnismaterials.
Als solches ist die Erfindung nützlich,
um eine Schaltung vollständig
zu öffnen
oder sonst zu modifizieren und eine genaue Steuerung der Rücksetzfunktionalität zu ermöglichen.
Somit schützt
die Erfindung die Schaltung und ihre Umgebung mit größerer Genauigkeit,
ohne die Schaltungsfunktionalität
zu reduzieren, und reduziert oder eliminiert zugleich die Kosten
für einen
Sicherungstausch. Die Erfindung kann auch in Niedrigtemperaturanwendungen
eingesetzt werden, für
die die derzeitige Thermosicherungstechnologie nicht geeignet ist.
Die Erfindung kann für
Anwendungen angepasst werden, die eine unterschiedliche Strom-,
Spannungs- oder Temperatur-Nennleistung erfordern, indem einfach
die Zusammensetzung, der Durchmesser oder die Länge des Formgedächtnismaterials
geändert
werden oder, indem die Betriebsbelastung verändert wird.
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Im
Allgemeinen betrifft die Erfindung eine Einrichtung, die geeignet
ist, eine Schaltung zu schützen
oder zu modifizieren und ein Element aus einem aktiven Material
umfasst. Das Element ist aus einem Formgedächtnismaterial gebildet, das
betrieben wird, um eine reversible Änderung zu erfahren, wenn es
einem Aktivierungssignal ausgesetzt wird. Die Einrichtung ist derart
ausgebildet, dass die Änderung
dazu dient, einen ersten Kontakt relativ zu einem zweiten zu bewegen,
sodass die Bewegung zumindest einen Abschnitt der Schaltung öffnet, schließt, oder
einen Ausgang derselben variiert. In einer Ausführungsform verwendet die Erfindung
z. B. die Formgedächtniseigenschaften
einer Formgedächtnislegierung
(SMA, von shape memory alloy) oder eines anderen Formgedächt nismaterials,
um ein Relais oder einen Regelwiderstand zu schaffen, der die Notwendigkeit
einer elektromagnetischen Steuerelektronik eliminiert.
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Weitere
Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden
detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen) und den beiliegenden
Zeichnungsfig. offensichtlich.
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Kurzbeschreibung der verschiedenen
Ansichten der Zeichnung
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung ist unten stehend unter Bezugnahmen auf die beiliegenden
Zeichnungsfig im Detail beschrieben, wobei:
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1a ein
Schema einer Schaltung gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist, die eine rücksetzbare
Sicherung verwendet, wobei die Sicherung in Reihe mit einer Leistungsquelle und
einer Last verbunden ist, um so die Schaltung vor elektrischem und
thermischen Schaden zu schützen;
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1b ein
Schema einer Schaltung gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist, die die Verwendung eines Relais beinhaltet, wobei
das Relais in Reihe mit einer Leistungsquelle und einer Last verbunden
ist, sodass ein Aktivierungssignal die Schaltung öffnet oder
schließt,
die die Last einschließt;
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1c ein
Schema einer Schaltung gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist, die die Verwendung eines Widerstands mit variablem
Ausgang beinhaltet, wobei der Widerstand in Reihe mit einer Leistungsquelle
und einer Last ver bunden ist, sodass ein Aktivierungssignal den
Widerstand der Schaltung variiert;
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2a ein
Aufriss einer rücksetzbaren
Sicherung gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung in einer geschlossenen Kontaktposition ist, wobei sich
ein Formgedächtniselement
in einer anfänglichen
Geometrie befindet, Strom durch die Sicherung fließen kann,
und eine Rückstellfeder nicht
belastet ist;
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2b ein
Aufriss der in 2a gezeigten rücksetzbaren
Sicherung gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung in einer offenen Kontaktposition ist, wobei das Formgedächtniselement eine
zweite Geometrie aufweist, die Schaltung infolgedessen geöffnet ist
und die Feder belastet ist;
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3a ein
Aufriss eines Relais, gemäß einer bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung ist, das ein Formgedächtniselement verwendet, wobei
das Formgedächtniselement
in einer nicht aktivierten Geometrie gezeigt ist, sodass die relativen
Positionen der Kontakte bewirken, dass die Schaltung offen ist, und
bei Empfang eines Aktivierungssignals das Formgedächtniselement
die Schaltung entlang der Strichlinie schließt; und
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3b ein
Aufriss eines Widerstands mit variablem Ausgang gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist, der ein Formgedächtniselement umfasst, das
antriebstechnisch mit einem Schiebekontakt gekoppelt ist und das
Element den Kontakt verschieben kann.
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Detaillierte Beschreibung
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Die
nachfolgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen ist lediglich
beispielhaft und soll die Erfindung, ihre Anwendung oder ihre Verwendungen
in keiner Weise einschränken.
Die vorliegende Erfindung kann in einem weiten Bereich von Anwendungen
von Nutzen sein; einschließlich
z. B. zum Schutz von Schaltungen und elektrischen Komponenten (1a und 2a,
b) und zur Steuerung, Aktivierung und für die Logik von Schaltungen (1b,
c und 3a, b). Das heißt, die Erfindung ist anwendbar,
wann immer die Vorzüge
und Vorteile der Verwendung von Schaltungsschutz und -handhabung
erwünscht
sind.
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Im
Allgemeinen bezieht sich die Erfindung auf ein Formgedächtniselement,
das ausgebildet ist, um einen Kontakt in Bezug auf einen anderen
Kontakt zu bewegen, um so eine Schaltung zu öffnen, zu schließen oder
sonst zumindest eine Charakteristik derselben zu modifizieren. Das
Element verwendet eine Betätigung
durch ein aktives Material, um eine Anwendung zu ermöglichen
und/oder eine Funktion zu verbessern.
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Geeignete
aktive Materialien zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung
umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf Formgedächtnislegierungen,
ferromagnetische Formgedächtnislegierungen und
andere aktive Materialien wie z. B. elektroaktive Polymere (EAP),
die als Aktuatoren unter faserartigen Konfigurationen bei Umgebungsbedingungen fungieren.
Diese Arten von aktiven Materialien besitzen die Fähigkeit,
sich an ihre/n ursprüngliche
Form und/oder Elastizitätsmodul
zu erinnern, die/der später
abgerufen werden kann, indem ein äußerer Stimulus angewendet wird.
Als solches ist die Verformung gegenüber der ursprünglichen
Form ein temporärer
Zustand. Auf diese Weise kann sich ein Element, das aus diesen Materialien
zusammengesetzt ist, in Ansprechen entweder auf ein An wenden oder Entfernen
eines Aktivierungssignals (abhängig
von dem Material und der Form, in der es verwendet wird) in die
eingelernte Form ändern.
Weitere aktive Materialien, die mit der vorliegenden Erfindung kompatibel sind,
umfassen Formgedächtnispolymere,
piezoelektrische Verbundstoffe, magnetorheologische Elastomere und
elektrorheologische Elastomere.
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Im
Spezielleren beziehen sich Formgedächtnislegierungen (SMAs) allgemein
auf eine Gruppe von metallischen Materialien, die die Fähigkeit
besitzen, zu einer zuvor definierten Form oder Größe zurückzukehren,
wenn sie einem entsprechenden thermischen Stimulus unterworfen werden.
Formgedächtnislegierungen
sind in der Lage, Phasenumwandlungen zu erfahren, 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 Niedrigtemperatur- oder Martensitphase pseudoplastisch verformt
werden und werden sich, wenn sie einer höheren Temperatur ausgesetzt
sind, in eine Austenitphase oder Mutterphase umwandeln und in ihre
Form vor der Verformung zurückkehren.
Materialien, die diesen Formgedächtniseffekt
nur beim Erwärmen
zeigen, werden als solche bezeichnet, die ein Formgedächtnis in
eine Richtung aufweisen. Jene Materialien, die auch beim Wiederabkühlen ein
Formgedächtnis
zeigen, werden als solche bezeichnet, die ein Formgedächtnisverhalten
in zwei Richtungen aufweisen.
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Formgedächtnislegierungen
liegen in mehreren verschiedenen temperaturabhängigen Phasen vor. Die am häufigsten
verwendeten dieser Phasen sind die sogenannte Martensit- und die
Austenitphase, 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 Martensitphase befindet und erwärmt wird, beginnt sie, sich
in die Austenitphase zu ändern.
Die Temperatur, bei der dieses Phänomen beginnt, wird oft als Austenit-Anfangstemperatur
(As) bezeichnet. Die Temperatur, bei der
dieses Phänomen
endet, wird oft als Austenit-Endtemperatur (Af)
bezeichnet.
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Wenn
sich die Formgedächtnislegierung
in der Austenitphase befindet und abgekühlt wird, beginnt sie, sich
in die Martensitphase zu ändern,
und die Temperatur, bei der dieses Phänomen beginnt, wird als Martensit-Anfangstemperatur
(Ms) bezeichnet. Die Temperatur, bei der
der Austenit aufhört,
sich in Martensit umzuwandeln, wird oft als Martensit-Endtemperatur
(Mf) bezeichnet.
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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 die Martensit/Austenit-Umwandlung induzieren
und das Material wird seine ursprüngliche, geglühte Form
wiedererlangen. Somit werden Formgedächtniseffekte in eine Richtung
nur beim Erwärmen
beobachtet. Aktive Materialien, die Formgedächtnislegierungszusammensetzungen
umfassen, welche Gedächtniseffekte
in eine Richtung zeigen, bilden sich nicht automatisch zurück und es ist
wahrscheinlich, dass sie eine äußere mechanische
Kraft benötigen,
um die Form zurückzubilden.
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Intrinsische
und extrinsische Zweirichtungs-Formgedächtnismaterialien sind durch
eine Formänderung
sowohl beim Erwärmen
von der Martensitphase in die Austenitphase als auch eine zusätzliche
Formänderung
beim Abkühlen
von der Austenitphase zurück
in die Martensitphase gekennzeichnet. 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 die 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,
einen Formgedächtniseffekt
in zwei Richtungen zu zeigen, ist die Formänderung zwischen den Niedrig-
und Hochtemperaturzuständen
allgemein reversibel und bleibt über
viele thermische Zyklen hinweg erhalten. Im Gegensatz dazu sind
aktive Materialien, die die extrinsischen Formgedächtniseffekte
in zwei Richtungen zeigen, Verbund- oder Mehrkomponentenmaterialien,
die eine Formgedächtnislegierungszusammensetzung
kombinieren, welche einen Effekt in eine Richtung mit einem weiteren
Element zeigt, das eine Rückstellkraft
bereitstellt, um die ursprüngliche
Form rückzubilden.
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Die
Temperatur, bei der sich die Formgedächtnislegierung an ihre Hochtemperaturform
erinnert, wenn sie erwärmt
wird, kann durch geringfügige Änderungen
in der Zusammensetzung der Legierung und durch Wärme behandlung 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.
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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-Aluminiumlegierungen,
Kupfer-Gold- und Kupfer-Zinnlegierungen), 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-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.
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Es
ist einzusehen, dass thermisch induzierte SMA-Phasenumwandlungen
in eine Richtung verlaufen, sodass ein Vorspannkraft-Rückstellmechanismus
(z. B. eine Feder) erforderlich sein würde, um die SMA in ihre Ausgangskonfiguration
zurückzubringen, sobald
das angelegte Feld wegge nommen wird. Eine Ohm'sche Heizung kann verwendet werden,
um das gesamte System elektronisch steuerbar zu machen.
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Es
ist einzusehen, dass sich die meisten Legierungen auf Nickel-Titan-Basis über einen
relativ kleinen Temperaturbereich umwandeln. Wenn die Spannung ansteigt,
gilt dies auch für
die Umwandlungstemperatur für
viele Legierungen. Um den Temperaturempfindlichkeits-Betriebsbereich
zu vergrößern, kann
es wünschenswert
sein, die Umwandlungstemperatur während der Umwandlung bevorzugt
dadurch zu beeinflussen, dass der Umwandlung mit einer abgestimmten
Federbelastung entgegengewirkt wird. Wenn die Legierung beginnt,
sich umzuwandeln, würde
sie die Feder dehnen und die Belastung und anschließende Spannung
auf der Legierung erhöhen.
Diese andere Spannung würde
bewirken, dass die Legierung verschiedene Umwandlungstemperaturen
annimmt und dadurch bewirken, dass die Legierung in einem weiteren
Bereich von Temperaturschwankungen anspricht.
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Wie
zuvor erwähnt,
können
elektroaktive Materialien anstelle einer SMA verwendet werden. Diese
Art von aktivem Material umfasst jene Polymermaterialien, die in
Ansprechen auf elektrische oder mechanische Felder piezoelektrische,
pyroelektrische oder elektrostriktive Eigenschaften zeigen. Ein
Beispiel ist ein elektrostriktives Pfropfelastomer mit einem piezoelektrischen
Polyvinylidenfluorid-Trifluorethylen-Copolymer. Diese Kombination besitzt
die Fähigkeit,
eine variable Menge von ferroelektrischen elektrostriktiven molekularen
Verbundsystemen zu produzieren. Diese können als ein piezoelektrischer
Sensor oder sogar als ein elektrostriktiver Aktuator betrieben werden.
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Materialien,
die zur Verwendung als ein elektroaktives Polymer geeignet sind,
können
jedes/n im Wesentliche isolierendes/n Polymer oder Gummi (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, die PVDF
umfassen, Haftkleber, Fluorelastomere, Polymere, die Silikon- und Akrylkomponenten
umfassen, und dergleichen. Polymere, die Silikon- und Acrylkomponenten
umfassen, können
z. B. Copolymere mit Silikon- und Acrylkomponenten, Polymermischungen
mit einem Silikonelastomer und einem Acrylelastomer umfassen.
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Wendet
man sich den 1a–c zu, wird eine elektronische
Einrichtung wie z. B eine rücksetzbare Sicherung 10 (1a),
ein Relais 12 (1b) oder ein
Widerstand 14 mit variablem Ausgang (1c)
in Verbindung mit einer Last 16 und einer Leistungsquelle 18 verwendet,
um eine Schaltung 19 zu vervollständigen. Mit Bezug auf die Sicherung 10 ist
die Last 16 wirksam vor schädigender/m Hitze oder Strom
geschützt
und in den Fällen
mit dem Relais 12 und dem Widerstand 14 mit variablem
Ausgang ist der Strom durch die Last wirksam über das Relais 12 und
den Widerstand 14 mit variablem Ausgang gesteuert.
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Wie
in den veranschaulichten Ausführungsformen
gezeigt, umfasst jede Einrichtung ein Formgedächtniselement 20,
welches ausgebildet ist, um die Einrichtung zwischen einer Vielzahl
von erreichbaren Konfigurationen (z. B. Positionen, Zuständen etc.)
zu modifizieren (z. B. umzuschalten, zu variieren etc.). In den 2a,
b, die sich auf die rücksetzbare Sicherung 10 beziehen,
wird das Element 20 z. B. betrieben, um einen ersten Kontakt 22a von
einem zweiten Kontakt 22b zu trennen, wenn das Element 20 einem
geeigneten Aktivierungssignal 26 ausgesetzt ist. Wenn die
Anwendung einen automatischen Rückstellmechanismus
erfordert (z. B. nur ein Formgedächtnis
in eine Richtung vorgesehen ist), ist vorzuziehen, dass eine Rückstellfeder 24 an
dem bewegbaren Kontakt 22a angebracht ist, die dazu dient, den
Kontakt 22a zurückzustellen,
sobald das Signal 26 entfernt wird. In den 2a,
b ist die Feder 24 mit dem Formgedächtnis element 20 konzentrisch
ausgerichtet gezeigt; es ist jedoch einzusehen, dass andere geometrische
Formen wie z. B. eine Blattfeder oder eine elektrisch und thermisch
isolierende Zugfeder, die die Kontakte 22a, b miteinander
verbindet, verwendet werden kann. Die 2b zeigt
das aktivierte Formgedächtniselement 20,
die belastete Rückstellfeder 24 (d.
h. sie speichert Energie) und die getrennten Kontakte 22a,
b.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
besteht das Formgedächtniselement 20 aus
einem SMA-Draht, wobei der Ausdruck „Draht” in einem nicht einschränkenden
Sinn verwendet wird und andere geometrische Formen wie z. B. Kabel,
Litzen, Bündel,
Streifen etc. beinhaltet. In dieser Konfiguration ist das Signal 26 ein
thermisches Aktivierungssignal, das direkt durch eine Ohm'sche Heizung, die
entworfen ist, um erreicht zu werden, wenn der durch die Schaltung 19 transportierte
Strom eine Schwellenstromstärke überschreitet,
oder indirekt durch eine externe Quelle (z. B. einen Fahrzeugmotor,
ein Kühlsystem
etc.) 30, erzeugt werden kann (2a, b). Wie
zuvor erwähnt,
kann das Element 20 jedoch auch eine FSMA oder ein EAP
umfassen, wobei das Signal 26 ein magnetisches Feld bzw.
ein elektrischer Strom ist. Die erfindungsgemäße Sicherung 10 ist besonders
nützlich
für Anwendungen,
bei denen Wärmeenergie
direkt oder als ein Nebenprodukt erzeugt wird, und die eine Kaffeekanne,
ein Batterieladegerät,
oder, mit Bezug auf ein Fahrzeug, ein Ladesystem, ein Bremsmodul,
einen Elektromotor und ein Batterieladegerät einschließen.
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In 3a ist
ein Formgedächtniselement 20 zur
Verwendung in einem Relais 12 geeignet. Das Formgedächtniselement 20 ist
antriebstechnisch mit einem Kippschalter 27 verbunden und
wird betrieben, um selektiv zu bewirken, dass sich ein erster Kontakt 22a relativ
zu einem anderen 22b bewegt, wenn das Element 20 einem
externen Signal 26 ausgesetzt wird. Wenn es die Anwendung
erfordert, kann die Orientierung der Kontakte 22 geändert sein, sodass
sich die Kontakte 22 trennen, wenn das Element 20 aktiviert
wird. Es ist einzusehen, dass das Element 20 antriebstechnisch
mit einer Vielzahl von Kippschaltern 27 verbunden sein
kann, um gleichzeitig eine Vielzahl von Schaltungen 19 zu
steuern. Wiederum kann das Formgedächtniselement 20 einen SMA-Draht
aufweisen, wobei das Signal 26 ein thermisches Aktivierungssignal
ist. In dieser Konfiguration ist die Erfindung speziell anwendbar,
um eine Schaltung in Abhängigkeit
von einer Temperaturbetätigung
wie z. B. bei einem Kraftfahrzeugkühlgebläse, einem Mikroprozessor-Kühlgebläse oder
einem flüssigkeitsgekühlten System
zu aktivieren.
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In 3b wird
das Element 20 als ein Widerstand 14 mit variablem
Ausgang (z. B. ein Potentiometer, Rheostat, Thermistor etc.) verwendet.
Das Element 20 ist antriebstechnisch mit einem Schiebekontakt 28 verbunden
und wird betrieben, um diesen zu bewegen, wenn das Element 20 einem
externen Signal 26 ausgesetzt wird. Das heißt, das
Element 20 ist ausgebildet, um den Schiebekontakt 28 zu
ziehen und/oder zu drücken
(wenn ein Formgedächtnis
in zwei Richtungen vorgesehen ist), um so den elektrischen Widerstand
zwischen den Kontakten 22, 28 zu erhöhen oder
zu verringern. Wiederum weist das Element 20 vorzugsweise
einen Formgedächtnisdraht auf.
Anwendungen, in denen der Wunsch, eine Schaltung zu aktivieren,
von der Temperatur abhängig
ist, wie z. B. bei einem Kraftfahrzeugkühlgebläse, sind bevorzugte Verwendungen.
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In
der Ausführungsform
mit variablem Ausgang ist die Formgedächtnislegierung vorzugsweise über eine
Verkröpfung,
ein Lötmittel
oder einen Bolzen (nicht gezeigt) mit dem Ende eines mit einer linearen
Feder belasteten Potentiometers (ebenfalls nicht gezeigt) verbunden.
Wenn ein Drehpotentiometer verwendet wird, kann in einer bevorzugten
Ausführungsform
ein gerades Stück
aus gezahntem Kunststoff oder einem anderen nicht leitfähigen Material
an der Legierung angebracht sein und ein zusammenpassendes Drehzahnrad
an der Welle des Drehpotentiometers angebracht sein, sodass, wenn die
Legierung eine Betätigung
ausführt,
das Zahnrad gedreht wird und bewirkt, dass der Schiebekontakt in dem
Potentiometer rotiert, was zu einer Änderung eines Stromes führt, der
durch eine Last in der Schaltung fließt. Die Formgedächtnislegierung
weist vorzugsweise einen Federrückstellung
oder -schalter auf, um nach einem Ereignis zurückgesetzt zu werden.
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Diese
Erfindung wurde unter Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungsformen
beschrieben; für
den Fachmann wird einzusehen sein, dass verschiedene Änderungen
vorgenommen und Elemente davon durch Äquivalente ersetzt sein können, ohne von
dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Überdies können zahlreiche Abwandlungen
vorgenommen werden, um ein/e bestimmte/s Situation oder Material
an die Lehre der Erfindung anzupassen, ohne von deren wesentlichem
Schutzumfang abzuweichen. Die Erfindung soll daher nicht auf die spezielle
Ausführungsform
beschränkt
sein, die als beste Art, diese Erfindung auszuführen, in Erwägung gezogen
wird, sondern die Erfindung wird alle Ausführungsformen einschließen, die
in den Schutzumfang der beiliegenden Ansprüche fallen.
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Die
Ausdrücke „ein/e/s/r” hierin
bedeuten keine Einschränkung
einer Menge, sondern bezeichnen vielmehr das Vorhandensein von mindestens einem
von dem genannten Gegenstand. Das Suffix „(s)”, wie hierin verwendet, soll
sowohl den Singular als auch den Plural des Begriffes umfassen,
den es modifiziert, und umfasst daher eines oder mehrere von diesem
Begriff. 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 Charakteristik), 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. Darüber hinaus sollte einzusehen
sein, dass die beschriebenen Elemente auf jede beliebige geeignete
Weise in den verschiedenen Ausführungsformen
kombiniert sein können.