DE102010024705A1

DE102010024705A1 - Aktive Klappenentlüftung über Formgedächtnislegierung

Info

Publication number: DE102010024705A1
Application number: DE102010024705A
Authority: DE
Inventors: Paul W. Ypsilanti Alexander; Xiujie Troy Gao; Alan L. Grosse Pointe Browne; Mark A. Richmond Voss; Derek L. Shelby Township Patterson; Lei Troy Hao; Chandra S. Troy Namuduri; James Holbrook Costa Mesa Brown; Aragorn Whittier Zolno; John N. Franklin Owens; Alexander Bloomfield Hills Millerman; Kevin B. Washington Rober; Suresh Farmington Hills Gopalakrishnan; Sanjeev M. Troy Naik
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2009-06-26
Filing date: 2010-06-23
Publication date: 2011-02-03
Anticipated expiration: 2030-06-24
Also published as: US20140349560A1; DE102010024705B4; US20100330894A1; US9346345B2; CN101934708A; CN101934708B; US8821224B2

Abstract

Eine Entlüftungsanordnung ist innerhalb eines Innenraumes eines Fahrzeuges zum Öffnen und Schließen einer fluidtechnischen Verbindung zwischen dem Innenraum und einem Äußeren des Fahrzeuges angeordnet. Die Entlüftungsanordnung umfasst ein Gehäuse, das eine Vielzahl von Öffnungen definiert, und eine Vielzahl von Flügeln, die in den Öffnungen angeordnet sind. Ein Aktuatormechanismus bewegt die Flügel zwischen einer offenen Position und einer geschlossenen Position und umfasst ein Formgedächtnislegierungselement (SMA-Element) zum Betätigen der Flügel zwischen den offenen und geschlossenen Positionen. Das SMA-Element wird aktiviert, wenn eine Klappe des Fahrzeuges offen ist, um die Flügel in die offene Position zu bewegen und dadurch die fluidtechnische Verbindung zwischen dem Innenraum und dem Äußeren zu öffnen, um einen übermäßigen Luftdruckaufbau während des Schließens der Klappe zu verringern.

Description

Querverweis auf verwandte Anmeldungen
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung Serien-Nr. 61/220,806, eingereicht am 26. Juni 2009, deren Offenbarungsgehalt hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist.
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Entlüftungsanordnung für einen Innenraum eines Fahrzeuges und im Spezielleren eine Entlüftungsanordnung zum Verringern von übermäßigem Luftdruckaufbau in Ansprechen auf ein Schließen einer Klappe des Fahrzeuges.
Hintergrund der Erfindung
Kraftfahrzeuge umfassen eine Karosserie, die einen Innenraum, z. B. einen Fahrgastraum oder einen Kofferraum, definiert. Der Innenraum ist durch eine Klappe wie z. B. eine Tür oder einen Kofferraumdeckel verschlossen. Die Klappe und/oder die Karosserie umfasst/en Dichtungen, um den Verschluss fest gegen die Karosserie abzudichten und zu verhindern, dass Schmutz, Wasser, Lärm etc. aus der Umgebung eines Umfanges des Verschlusses in den Innenraum des Fahrzeuges gelangen. Diese Dichtungen verhindern auch, dass Luft entweicht, wenn die Klappe geschlossen wird, wodurch eine Erhöhung des Luftdruckes innerhalb des Innenraumes des Fahrzeuges verursacht wird. Der erhöhte Luftdruck innerhalb des Innenraumes widersteht dem Schließen der Klappe und erhöht daher den Aufwand, der erforderlich ist, um die Klappe zu schließen.
Um den Aufbau von Luftdruck innerhalb des Innenraumes des Fahrzeuges beim Schließen der Klappe zu verringern, sind manche Fahrzeuge mit passiven Überdruckventilen ausgestattet. Die passiven Überdruckventile öffnen in Ansprechen auf einen erhöhten Luftruck innerhalb des Innenraumes des Fahrzeuges, um zuzulassen, dass Luft innerhalb des Innenraumes des Fahrzeuges entweicht, um dadurch den Luftdruck innerhalb des Innenraumes des Fahrzeuges zu reduzieren und den Aufwand zum Schließen der Klappe zu reduzieren. Die passiven Überduckventile können eine flexible Schließklappe wie z. B. eine Gummiverschließklappe umfassen, die durch den während des Schließens der Klappe erzeugten erhöhten Luftdruck aufgestoßen wird. Diese Typen von passiven Überduckventilen sind vorgespannt, um zu schließen, sobald der Luftdruck innerhalb des Innenraumes des Fahrzeuges dem Umgebungsluftdruck außerhalb des Fahrzeuges entspricht.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist eine Entlüftungsanordnung zum selektiven Öffnen und Schließen eines Innenraumes eines Fahrzeuges vorgesehen, um zuzulassen, dass Luft innerhalb des Innenraumes des Fahrzeuges aus dem Innenraum des Fahrzeuges entweicht. Die Entlüftungsanordnung umfasst ein Gehäuse, das eine Vielzahl von Öffnungen definiert. Die Entlüftungsanordnung umfasst ferner eine Vielzahl von Flügeln, wobei einer der Vielzahl von Flügeln innerhalb jeder der Vielzahl von Öffnungen angeordnet ist. Jeder der Vielzahl von Flügeln ist verschwenkbar an dem Gehäuse befestigt und ist zur übereinstimmenden Bewegung zwischen einer offenen Position und einer geschlossenen Position ausgebildet. Die offene Position lässt eine Fluidströmung durch die Vielzahl von Öffnungen hindurch zu. Die geschlossene Position verhindert eine Fluidströmung durch die Vielzahl von Öffnungen hindurch. Die Entlüftungsanordnung umfasst ferner einen Aktuatormechanismus, der an dem Gehäuse befestigt und mit zumindest einem der Vielzahl von Flügeln gekoppelt ist. Der Aktuatormechanismus ist ausgebildet, um die Vielzahl von Flügeln zwischen der offenen Position und der geschlossenen Position zu bewegen. Der Aktuatormechanismus umfasst ein Getriebe, das mit den Flügeln gekoppelt und ausgebildet ist, um eine Drehung auf die Flügel zu übertragen, und ein Formgedächtnislegierungselement, das mit dem Getriebe gekoppelt ist. Das Formgedächtnislegierungselement ist ausgebildet, um das Getriebe in Ansprechen auf ein elektrisches Signal zu betätigen.
Es ist auch ein Verfahren zum Bedienen einer Klappe an einem Fahrzeug offenbart. Das Fahrzeug definiert einen Innenraum und umfasst eine Entlüftungsanordnung, die zwischen einer offenen Position und einer geschlossenen Position bewegbar ist. Die offene Position lässt eine Fluidströmung in den und aus dem Innenraum des Fahrzeuges zu. Die geschlossene Position verhindert eine Fluidströmung in den und aus dem Innenraum des Fahrzeuges. Das Verfahren umfasst, dass die Klappe geöffnet wird; der Entlüftungsanordnung automatisch signalisiert wird, sich in Ansprechen auf das Öffnen der Klappe in die offene Position zu bewegen; die Klappe geschlossen wird; und der Entlüftungsanordnung automatisch signalisiert wird, sich in Ansprechen auf das Schließen der Klappe in die geschlossene Position zu bewegen.
Demgemäß sieht die Entlüftungsanordnung eine aktive Entlüftungsanordnung vor, die proaktiv eine fluidtechnische Verbindung zwischen dem Innenraum des Fahrzeuges und einem Äußeren des Fahrzeuges öffnet, um den Luftdruck innerhalb des Innenraumes während des Schließens der Klappe zu verringern. Das proaktive Bewegen der Entlüftungsanordnung in die offene Position, sobald die Klappe geöffnet wird, eliminiert die Notwendigkeit, den Luftdruck innerhalb des Innenraumes während des Schließens der Klappe aufzubauen, bevor die fluidtechnische Verbindung geöffnet wird, um übermäßigen Luftdruck zu verringern und dadurch den Aufwand, der zum Schließen der Klappe erforderlich ist, zu reduzieren.
Die oben stehenden Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der besten Arten, die Erfindung auszuführen, in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen ohne weiteres verständlich.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung einer Entlüftungsanordnung.
2 ist eine perspektivische Darstellung der Entlüftungsanordnung in einer geschlossenen Position.
3 ist eine perspektivische Darstellung der Entlüftungsanordnung in einer offenen Position.
4 ist eine partielle, fragmentarische, perspektivische Darstellung eines Aktuatormechanismus der Entlüftungsanordnung in der geschlossenen Position.
5 ist eine partielle, fragmentarische, perspektivische Darstellung des Aktuatormechanismus der Entlüftungsanordnung in der offenen Position.
6 ist eine partielle, fragmentarische, perspektivische Darstellung des Aktuatormechanismus.
7 ist eine seitliche Draufsicht der in einem Fahrzeug eingebauten Entlüftungsanordnung.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Unter Bezugnahme auf die Fig., in denen gleiche Ziffern in den verschiedenen Zeichnungen durchweg einander entsprechende Teile bezeichnen, ist eine Entlüftungsanordnung allgemein bei 20 gezeigt. Die Entlüftungsanordnung 20 ist für ein Fahrzeug und öffnet und schließt eine fluidtechnische Verbindung zwischen einem Innenraum 21 des Fahrzeuges und einem Äußeren des Fahrzeuges. Die offene fluidtechnische Verbindung zwischen dem Innenraum 21 und dem Äußeren des Fahrzeuges verringert übermäßigen Luftdruck von innerhalb des Innenraumes 21 in Ansprechen auf das Schließen einer Klappe 23 des Fahrzeuges.
Unter Bezugnahme auf 1 umfasst die Entlüftungsanordnung 20 ein Gehäuse 22, eine Vielzahl von Flügeln 24, die verschwenkbar an dem Gehäuse 22 befestigt sind, und einen Aktuatormechanismus 26, der an dem Gehäuse 22 befestigt und ausgebildet ist, um die Vielzahl von Flügeln 24 übereinstimmend zwischen einer offenen Position und einer geschlossenen Position zu bewegen. Die geschlossene Position, die in 2 gezeigt ist, verhindert eine fluidtechnische Verbindung zwischen dem Innenraum 21 des Fahrzeuges und dem Äußeren des Fahrzeuges. Die offene Position, die in 3 gezeigt ist, lässt eine fluidtechnische Verbindung zwischen dem Innenraum 21 des Fahrzeuges und dem Äußeren des Fahrzeuges zu. Während die in den Fig. gezeigte und beschriebene Entlüftungsanordnung 20 fünf Flügel 24 umfasst, sind in den 2 und 3 der Übersicht halber nur zwei der fünf Flügel 24 gezeigt.
Das Gehäuse 22 definiert eine Vielzahl von Öffnungen 28. Wie gezeigt, definiert das Gehäuse 22 fünf verschiedene Öffnungen 28. Es sollte jedoch einzusehen sein, dass das Gehäuse 22 eine beliebige Anzahl von Öffnungen 28 umfassen kann, und dass die Vielzahl von Flügeln 24 eine entsprechende Anzahl von Flügeln 24 umfassen wird. Es sollte auch einzusehen sein, dass die Öffnungen 28 und die Flügel 24 anders als gezeigt dimensioniert und/oder ausgebildet sein können, um spezifischen Konstruktionsanforderungen und Packaging-Beschränkungen gerecht zu werden.
Einer der Flügel 24 ist benachbart zu jeder der Öffnungen 28 angeordnet. Die Flügel 24 sind zwischen der offenen Position und der geschlossenen Position bewegbar, um die fluidtechnische Verbindung durch die Öffnungen 28 hindurch zu öffnen und zu schließen. Die Entlüftungsanordnung 20 umfasst eine Dichtung auf zumindest einem von dem Gehäuse 28 und/oder den Flügeln 24, um die Flügel 24 fest gegen das Gehäuse 22 abzudichten, wenn sich die Flügel 24 in der geschlossenen Position befinden. Die Dichtung kann ein beliebiges geeignetes Material umfassen und daraus gefertigt sein, dass zu einer Abdichtung zwischen den Flügeln 24 und dem Gehäuse 22 in der Lage ist, um zu verhindern, dass Schmutz, Staub, Wasser und Lärm in den Innenraum 21 des Fahrzeuges gelangen, wenn sich die Flügel 24 in der geschlossenen Position befinden. Es sollte auch einzusehen sein, dass die Dichtung in jeder beliebigen geeigneten Form und Konfiguration ausgebildet sein kann, um den Konstruktionsanforderungen und -enschränkungen des Fahrzeuges gerecht zu werden.
Jeder der Flügel 24 umfasst eine erste Kante 30 benachbart zu einer Schwenkachse 32, um die der Flügel 24 relativ zu dem Gehäuse 22 verschwenkt. Die Flügel 24 sind mit dem Gehäuse 22 entlang der Schwenkachse 32 benachbart zu der ersten Kante 30 der Flügel 24 gekoppelt. Die Flügel 24 können auf eine beliebige geeignete Weise verschwenkbar mit dem Gehäuse 22 gekoppelt sein. Es wird in Erwägung gezogen, dass die Flügel 24 einen Vorsprung umfassen können, der sich nach außen entlang der Schwenkachse 32 erstreckt, wobei der Vorsprung innerhalb einer durch das Gehäuse 22 definierten Vertiefung aufgenommen ist, um die verschwenkbare Verbindung zwischen den Flügeln 24 und dem Gehäuse 22 herzustellen. Es wird alternativ in Erwägung gezogen, dass die Entlüftungsanordnung 20 einen Stift 34 umfassen kann, der sich durch das Gehäuse 22 hindurch in eine durch die Flügel 24 definierte Bohrung 36 erstreckt und drehbar durch eine Buchse 38 getragen ist, um die verschwenkbare Verbindung zwischen den Flügeln 24 und dem Gehäuse 22 herzustellen. Es sollte einzusehen sein, dass die verschwenkbare Verbindung zwischen den Flügeln 24 und dem Gehäuse 22 auf eine andere Weise, die hierin nicht gezeigt oder beschrieben ist, bewerkstelligt sein kann und eine Kombination verschiedener Arten von Schwenkverbindungen umfassen kann.
Jeder der Flügel 24 umfasst eine zweite Kante 40, allgemein parallel zu und beabstandet von der ersten Kante 30. Ein Verbindungselement 42 koppelt jeden der Flügel 24 benachbart zu der zweiten Kante 40 miteinander, um die Flügel 24 übereinstimmend zu bewegen. Demzufolge, wie später unten stehend in größerem Detail beschrieben wird, ist der Aktuatormechanismus 26 mit zumindest einem der Flügel 24 gekoppelt, der hierin nachfolgend als ein Antriebsflügel 44 bezeichnet ist, um den Antriebsflügel 44 zwischen der offenen Position und der geschlossenen Position zu bewegen. Das Verbindungselement 42 koppelt den Antriebsflügel 44 mit den weiteren übrigen Flügeln 24 um die übrigen Flügel 24 übereinstimmend mit dem Antriebsflügel 44 zwischen der offenen Position und der geschlossenen Position zu bewegen. Die Entlüftungsanordnung 20 umfasst eine Vielzahl von Nieten 46, die das Verbindungselement 42 und die Flügel 24 miteinander verbinden. Es sollte einzusehen sein, dass die Flügel 24 während der Bewegung zwischen der offenen Position und der geschlossenen Position relativ zu dem Verbindungselement 42 verschwenkbar sind. Es sollte auch einzusehen sein, dass das Verbindungselement 42 auf eine andere Weise, die hierin nicht gezeigt oder beschrieben ist, verschwenkbar an den Flügeln 24 befestigt sein kann.
Das Gehäuse 22 und die Flügel 24 können ein beliebiges geeignetes Material wie z. B. ein Kunststoffmaterial, ein Verbundmaterial, ein Metallmaterial oder ein anderes ähnliches steifes Material umfassen und daraus gefertigt sein, das in der Lage ist, deren Form während des Betriebes zu erhalten, um eine feste Dichtung zwischen den Flügeln 24 und dem Gehäuse 22 sicherzustellen.
Das Gehäuse 22 kann wie unten stehend beschrieben an den Flügeln 24 montiert werden. Das Gehäuse 22 umfasst eine erste Hälfte und eine zweite Hälfte. Die erste Hälfte und die zweite Hälfte des Gehäuses 22 sind für eine Schnappsitzverbindung dazwischen ausgebildet. Zuerst wird das Verbindungselement 42 an den Flügeln 24 montiert. Dann werden die Flügel 24 in Position relativ zu einer von der ersten Hälfte und der zweiten Hälfte positioniert. Dann werden die erste Hälfte und die zweite Hälfte des Gehäuses 22 zusammengeschnappt, um die Flügel 24 dazwischen anzuordnen. Es sollte einzusehen sein, dass das Gehäuse 22 auf eine andere Weise, die hierin nicht gezeigt oder beschrieben ist, an den Flügeln 24 montiert werden kann.
Unter neuerlicher Bezugnahme auf 1 umfasst der Aktuatormechanismus 26 eine Ummantelung 52. Die Ummantelung 52 kann über eine Vielzahl von Aktuatorbefestigungselementen 54 über eine Schnappsitzverbindung an dem Gehäuse 22 befestigt sein oder kann alternativ einteilig mit dem Gehäuse 22 gebildet sein. Die Ummantelung 52 beherbergt und trägt ein Getriebe 55. Das Getriebe 55 ist ausgebildet, um die Flügel 24 zu drehen. Das Getriebe 55 umfasst ein Flügelzahnrad 56 und einen Zahnhebel 60. Die Ummantelung trägt verschwenkbar das Flügelzahnrad 56. Eine Antriebswelle 58 koppelt das Flügelzahnrad 56 an den Antriebsflügel 44, um den Antriebsflügel 44 zwischen der offenen Position und der geschlossenen Position zu bewegen. Das Flügelzahnrad 56 und der Antriebsflügel 44 sind zur Drehbewegung mit der Antriebswelle 58 verzahnt. Die Antriebswelle 58 als solche kann einen D-förmigen Querschnitt oder dergleichen umfassen, wobei das Flügelzahnrad 56 und der Antriebsflügel 44 eine dementsprechend geformte Vertiefung zur Aufnahme der Antriebswelle 58 darin in verblockendem rotatorischem Eingriff definieren.
Die Ummantelung trägt verschwenkbar den Zahnhebel 60. Das Flügelzahnrad 56 und der Zahnhebel 60 sind in kämmendem Eingriff miteinander angeordnet. Unter Bezugnahme auf 4 sind das Flügelzahnrad 56 und der Zahnhebel 60 in der geschlossenen Position gezeigt. Unter Bezugnahme auf 5 sind das Flügelzahnrad 56 und der Zahnhebel 60 in der offenen Position gezeigt. Bei Betätigung durch den Aktuatormechanismus 26 dreht sich der Zahnhebel 60 im Uhrzeigersinn, wie durch den Pfeil 62 angezeigt. In Ansprechen darauf, dass sich der Zahnhebel 60 im Uhrzeigersinn dreht, dreht sich das Flügelzahnrad 56 gegen den Uhrzeigersinn, wie durch den Pfeil 64 angezeigt. Die verzahnte Verbindung zwischen dem Flügelzahnrad 56, der Antriebswelle 58 und dem Antriebsflügel 44 bewirkt, dass sich der Antriebsflügel 44 relativ zu dem Gehäuse 22 aus der geschlossenen Position in die offene Position dreht. Eine Feder 66 ist mit dem Zahnhebel 60 gekoppelt und ist ausgebildet, um den Zahnhebel 60 zurück in die geschlossene Position zu drängen. Demgemäß, wie in größerem Detail unten stehend beschrieben wird, bewegt die Feder 66 den Zahnhebel 60 aus der offenen Position, die in 5 gezeigt ist, in die geschlossen Position, die in 4 gezeigt ist. Es sollte einzusehen sein, dass das Getriebe 55 auf eine andere Weise ausgebildet sein kann, die in der Lage ist, die lineare Bewegung des SMA-Elements 68 in eine Drehbewegung der Antriebswelle 58 umzuwandeln. Es sollte auch einzusehen sein, dass die Feder 66 mit weiteren Komponenten der Entlüftungsanordnung wie z. B. einem der Flügel 24 gekoppelt sein kann, um die Flügel in die geschlossene Position zu drängen.
Unter Bezugnahme auf die 1, 4 und 5 umfasst der Aktuatormechanismus 26 ein Formgedächtnislegierungs(SMA)-Element 68. Das SMA-Element 68 ist mit dem Getriebe 55 gekoppelt und ist ausgebildet, um das Getriebe 55 in Ansprechen auf ein elektrisches Signal zu betätigen. Das SMA-Element 68 umfasst ein erstes Ende, das mit dem Zahnhebel 60 gekoppelt ist, und ein zweites Ende, das mit der Ummantelung 52 gekoppelt ist. Das SMA-Element 68 kann mit dem Zahnhebel 60 und der Ummantelung 52 auf eine beliebige geeignete Weise einschließlich der Verwendung von Schnellverbindungsverbindern gekoppelt sein. Das SMA-Element 68 wird durch einen Kanal 70 hindurch geführt, der durch die Ummantelung 52 definiert ist, um sicherzustellen, dass das SMA-Element 68 von jeglichen Wärme entwickelnden Komponenten des Aktuatormechanismus 26 getrennt ist. Alternativ kann die Ummantelung 52 eine Wand 96 definieren, um das SMA-Element 68 von jeglichen Wärme entwickelnden Komponenten des Aktuatormechanismus 26 zu trennen. Die Trennung des SMA-Elements 68 von den elektrischen Komponenten stellt sicher, dass es zu keinem Kurzschluss des SMA-Elements 68 zu irgendeiner von den elektrischen Komponenten innerhalb des Aktuatormechanismus 26 kommt.
In Ansprechen auf einen elektrischen Strom erwärmt sich das SMA-Element 68 und zieht sich zusammen. Die Kontraktion des SMA-Elements 68 bewirkt, dass sich der Zahnhebel 60 aus der geschlossenen Position, die in 4 gezeigt ist, in die offene Position dreht, die in 5 gezeigt ist. Bei Nichtvorhandensein des elektrischen Stroms kühlt das SMA-Element 68 ab und kehrt in eine ursprüngliche Form, d. h. Länge, des SMA-Elements 68 zurück. Wie oben beschrieben, drängt die Feder 66 den Zahnhebel 60 in die geschlossene Position, wenn sich das SMA-Element 68 während des Abkühlens des SMA-Elements 68 ausdehnt. Wie gezeigt, bewegt der Aktuatormechanismus 26 die Flügel 24 zwischen der offenen Position und der geschlossenen Position. Es sollte jedoch einzusehen sein, dass der Aktuatormechanismus 26 die Flügel 24 in jede beliebige Zwischenposition zwischen der offenen Position und der geschlossenen Position bewegen und die Zwischenposition als Endposition halten kann.
Das SMA-Element 68 umfasst eine Formgedächtnislegierung und ist daraus gefertigt. Geeignete 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. Die zwei Phasen, die in Formgedächtnislegierungen vorkommen, werden oft als Martensit- und Austenitphase bezeichnet. Die Martensitphase ist eine relativ weiche und leicht verformbare Phase der Formgedächtnislegierungen, die allgemein bei niedrigeren Temperaturen vorkommt. Die Austenitphase, die stärkere Phase von Formgedächtnislegierungen, kommt bei höheren Temperaturen vor. Formgedächtnismaterialien, die aus Formgedächtnislegierungszusammensetzungen gebildet sind, welche Formgedächtniseffekte in eine Richtung zeigen, bilden sich nicht automatisch zurück und es ist wahrscheinlich, dass sie, abhängig von dem Formgedächtnismaterialaufbau, eine äußere mechanische Kraft benötigen werden, um die Formorientierung zurückzubilden, die sie zuvor gezeigt haben. Formgedächtnismaterialien, die einen intrinsischen Formgedächtniseffekt zeigen, sind aus einer Formgedächtnislegierungszusammensetzung hergestellt, die sie automatisch zurückbilden wird.
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 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 Formgedächtnismaterial typischerweise Formgedächtniseffekte sowie ein hohes Dämpfungsvermögen. Das inhärente hohe Dämpfungsvermögen der Formgedächtnislegierungen kann verwendet werden, um die Energie absorbierenden Eigenschaften weiter zu erhöhen.
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-Zinklegierungen, 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-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.
Der Aktuatormechanismus 26 umfasst ferner eine Leiterplattenanordnung (PCBA von Printed Circuit Board Assembly 72). Ein feststehender Leitungsdraht 74 ist an dem zweiten Ende des SMA-Elements 68 und der PCBA 72 befestigt. Ein beweglicher Leitungsdraht 76 ist an dem ersten Ende des SMA-Elements 68 und der PCBA 72 befestigt. Der feststehende Leitungsdraht 74 und der bewegliche Leitungsdraht 76 leiten einen elektrischen Strom zwischen der PCBA 72 und dem SMA-Element 68, um das SMA-Element 68 zu betätigen.
Unter Bezugnahme auch auf 6 umfasst die PCBA 72 eine Leiterplatte 78 und einen Leistungstransistor 80, der auf der Leiterplatte 78 montiert ist. Der Leistungstransistor 80 schaltet das SMA-Element 68 ein, indem er den elektrischen Strom zu dem SMA-Element 68 sendet, und schaltet das SMA-Element 68 aus, indem er den elektrischen Strom zu dem SMA-Element 68 unterbricht.
Die PCBA 72 umfasst ferner einen Mikrocontroller 82, der auf der Leiterplatte 78 montiert ist. Der Leistungstransistor 80 kommuniziert mit dem Mikrocontroller 82. Wenn der Aktuatormechanismus 26 betrieben wird, stellt der Mikrocontroller ein pulsweitenmoduliertes Signal bereit, das den Leistungstransistor 80 und die dem SMA-Element 68 zugeführte Leistung steuert. Der Mikrocontroller 82 umfasst ein Programm, das eine Steuerung überall von zwei Positionen (ein und aus) zu einer unendlichen Position bereitstellt. Das Programm kann das pulsweitenmodulierte Signal für viele Faktoren wie z. B. die Umgebungstemperatur anpassen.
Die PCBA 72 umfasst ferner einen Leistungsverbinder 84, der auf der Leiterplatte 78 montiert ist. Der Leistungsverbinder 84 kommuniziert mit dem Mikrocontroller 82. Der Leistungsverbinder 84 ist ein Verbinder für eine integrierte Leiterplatte 78, der eine einfache Befestigung an dem SMA-Element 68 gestattet.
Die PCBA 72 umfasst ferner einen Thermistor 86, der auf der Leiterplatte 78 montiert ist. Der Thermistor 86 kommuniziert mit dem Mikrocontroller 82. Der Thermistor 86 misst die Umgebungstemperaturen für den Mikrocontroller 82. Der Thermistor 86 ist auf der Leiterplatte 78, entfernt von jeglichen Komponenten angeordnet, die Wärme entwickeln können.
Die PCBA 72 umfasst ferner einen Kabelbaumverbinder 88, der auf der Leiterplatte 78 montiert ist. Der Kabelbaumverbinder 88 kommuniziert mit dem Mikrocontroller 82. Der Kabelbaumverbinder 88 verbindet die Entlüftungsanordnung 20 mit dem Fahrzeug, um ein Signal, d. h. Leistung, von dem Fahrzeug zu empfangen, um die Entlüftungsanordnung 20 zu betätigen.
Unter neuerlicher Bezugnahme auf 1 umfasst der Aktuatormechanismus 26 ferner ein Potentiometer 90. Das Potentiometer 90 kommuniziert mit dem Mikrocontroller 82 und stellt Information, die sich auf die Position der Antriebswelle 58 bezieht, und somit Information, die sich auf die Position des Flügelzahnrads 56 und des Antriebsflügels 44 bezieht, an den Mikrocontroller 82 bereit. Das Potentiometer 90 ist in die Leiterplatte 78 integriert und ist mit der Antriebswelle 58 gekoppelt. Im Spezielleren erstreckt sich die Antriebswelle 58 durch eine verzahnte Öffnung hindurch, die durch das Potentiometer 90 definiert ist, um die Drehung der Antriebswelle 58 zu messen. Da das Potentiometer 90 mit der Leiterplatte 78 und der Antriebswelle 58 gekoppelt ist, ist die genaue Positionierung der PCBA 72 innerhalb der Ummantelung 52 zwingend erforderlich, um sicherzustellen, dass die Antriebswelle 58 während des Betriebes nicht festläuft. Als solche ist die PCBA 72 mithilfe von Befestigungselementen, einer Schnappsitzverbindung oder auf eine andere Weise, die in der Lage ist, die richtige Position des Potentiometers 90 relativ zu der Antriebswelle 58 sicherzustellen und aufrechtzuerhalten, an der Ummantelung 52 befestigt.
Der Aktuatormechanismus kann ein elektronisches Überlastungsschutzsystem umfassen, um zu verhindern, dass das SMA-Element 68 einer übermäßigen Belastung ausgesetzt ist. Der Mikrocontroller 82 wird betrieben, um das elektronische Überlastungsschutzsystem zu steuern. Das elektronische Überlastungsschutzsystem kann das Potentiometer 90, den Thermistor 86 und einen auf dem Mikrocontroller 82 betreibbaren Algorithmus umfassen. Das elektronische Überlastungsschutzsystem dient dazu, die Leistung zu dem SMA-Element 68 in dem Fall zu unterbrechen, in dem die Flügel 24 von einer Bewegung zurückgehalten werden. Im Speziellen kann der Mikrocontroller 82 die Leistung zu dem SMA-Element 68 in dem Fall unterbrechen, in dem das Potentiometer 90 erfasst, dass die Flügel 24 von einer Bewegung zurückgehalten werden. Es sollte einzusehen sein, dass das elektronische Überlastungsschutzsystem anders als hierin beschrieben in einer Weise ausgebildet sein kann, die in der Lage ist, das SMA-Element 68 vor Schaden zu schützen.
Der Aktuatormechanismus 26 umfasst ferner einen Deckel 92. Der Deckel 92 ist an der Ummantelung 52 befestigt und dichtet die verschiedenen Komponenten des Aktuatormechanismus 26 zwischen der Ummantelung 52 und dem Deckel 92 ab. Der Deckel 92 kann einen Schnappsitz zu der Ummantelung 52 umfassen. Alternativ kann der Deckel 92 mithilfe einer Vielzahl von Befestigungselementen an der Ummantelung 52 befestigt sein.
Unter Bezugnahme auf 7 kann die Entlüftungsanordnung 20 ferner einen Grill 94 umfassen. Der Grill 94 ist ein inneres Zierteil des Fahrzeuges und verhindert, dass Fremdkörper in die Entlüftungsanordnung 20 gelangen und zwischen den Flügeln 24 und dem Gehäuse 22 hängen bleiben. Vorzugsweise befestigt eine Schnappsitzverbindung den Grill 94 an dem Gehäuse 22. Es sollte jedoch einzusehen sein, dass der Grill 94 auf eine andere Weise an dem Gehäuse 22 befestigt sein kann. Wie in 7 gezeigt, ist die Entlüftungsanordnung 20 an dem Fahrzeug befestigt. Das Gehäuse 22 umfasst einen oder mehrere Clips, der/die einteilig mit dem Gehäuse 22 ausgebildet ist/sind. Die Clips befestigen das Gehäuse 22 an einer Wand 96 des Fahrzeuges. Das Gehäuse 22 umfasst einen Dichtungsring um den Außenumfang des Gehäuses 22 herum, um es gegen die Wand 96 des Fahrzeuges abzudichten und zu verhindern, dass Staub, Schmutz, Wasser, Luft oder Lärm um den Außenumfang der Entlüftungsanordnung 20 herum in den Innenraum 21 des Fahrzeuges gelangen. Der Dichtungsring kann jede beliebige geeignete Art und Konfiguration von Dichtungsring umfassen. Der Grill 94 nimmt einen Innenteppich 98 zwischen dem Gehäuse 22 und dem Grill von innerhalb des Innenraumes 21 des Fahrzeuges in die Mitte, um den Einbau zu vervollständigen.
Im Betrieb ist die Entlüftungsanordnung 20 innerhalb des Innenraumes 21 des Fahrzeuges an dem Fahrzeug befestigt, wie oben beschrieben. Der Innenraum 21 des Fahrzeuges kann z. B. als ein Kofferraum definiert sein und die Klappe 23 kann als ein Kofferraumdeckel definiert sein. Die normale Position der Entlüftungsanordnung 20 ist die geschlossene Position, in der alle Flügel 24 gegen das Gehäuse 22 abgedichtet sind, um eine fluidtechnische Verbindung zwischen dem Innenraum 21 und dem Äußeren des Fahrzeuges zu verhindern. Wie oben beschrieben, spannt die Feder 66 innerhalb des Aktuatormechanismus 26 den Zahnhebel 60 in die geschlossene Position vor. Die durch die Feder 66 gelieferte Dichtkraft in Kombination mit den starren Flügeln 24 und den Dichtungen zwischen den Flügeln 24 und dem Gehäuse 22 eliminiert das Eindringen von Luft, Wasser, Schmutz, Staub oder Lärm in die Klappe 23.
Die Entlüftungsanordnung 20 wird bei Bedarf aktiv geöffnet, d. h., die Entlüftungsanordnung 20 wird automatisch vor dem Schließen der Klappe 23 geöffnet. Vorzugsweise löst die Position der Klappe 23 den Betrieb der Entlüftungsanordnung 20 aus. Das Fahrzeug umfasst einen Fahrzeugcontroller und ein Sensorsystem zum Erfassen einer Position der Klappe 23, z. B. einer offenen Position oder einer geschlossenen Position. Sobald das Sensorsystem angibt, dass die Klappe 23 offen ist, schaltet der Fahrzeugcontroller weitere Fahrzeugsysteme wie z. B. Innenleuchten etc. zu. Der Fahrzeugcontroller und das Sensorsystem werden auch verwendet, um die Entlüftungsanordnung 20 zu steuern. Demzufolge signalisiert der Fahrzeugcontroller der Entlüftungsanordnung 20, sich in die offene Position zu bewegen, sobald das Sensorsystem erfasst, dass die Klappe 23 offen ist. Das Signal an die Entlüftungsanordnung 20 ist die Vorrichtungsleistungsversorgung, d. h., der Fahrzeugcontroller signalisiert der Entlüftungsanordnung 20, sich in die offene Position zu bewegen, indem er der Entlüftungsanordnung 20 Leistung zuführt. Der Mikrocontroller 82 in dem Aktuatormechanismus 26 leitet den elektrischen Strom zu dem SMA-Element 68, wodurch bewirkt wird, dass sich das SMA-Element 68 erwärmt. Wenn die Temperatur des SMA-Elements 68 ansteigt, zieht sich das SMA-Element 68 zusammen und dreht den Zahnhebel 60 und damit die Flügel 24 in die offene Position.
Die Flügel 24 der Entlüftungsanordnung 20 bleiben in der offenen Position, bis das Sensorsystem erfasst, dass die Klappe 23 geschlossen ist. Als solche wird die fluidtechnische Verbindung von innerhalb des Innenraumes 21 zu dem Äußeren des Fahrzeuges aktiv geöffnet, d. h. automatisch geöffnet, sooft die Klappe 23 geöffnet wird. Die fluidtechnische Verbindung bleibt offen, bis die Klappe 23 geschlossen wird. Daher ist kein Luftdruckaufbau innerhalb des Innenraumes 21 vorhanden, wenn sich die Klappe schließt, da die Luft über die Entlüftungsanordnung 20 ungehindert aus dem Innenraum 21 entweichen kann, wenn die Klappe 23 geschlossen wird. Das Verhindern eines Druckaufbaus vor dem Schließen der Klappe 23 reduziert in hohem Maß den Schließaufwand, der erforderlich ist, um die Klappe zu schließen. Sobald das Sensorsystem erfasst, dass die Klappe 23 geschlossen ist, trennt der Fahrzeugcontroller die Leistungsversorgung an den Aktuatormechanismus 26 und unterbricht dadurch den elektrischen Strom zu dem SMA-Element 68. Ohne den elektrischen Strom beginnt das SMA-Element 68 abzukühlen und kehrt zu der ursprünglichen Länge des SMA-Elements 68 zurück. Die Feder 66 drängt den Zahnhebel 60 und damit die Flügel 24 automatisch zurück in die geschlossene Position.
Alternativ, in dem Fall, in dem die Klappe 23 offen bleibt, kann der Aktuatormechanismus 26 ausgebildet sein, um die Flügel 24 nach Ablauf eines vorbestimmten Zeitintervalls in die geschlossene Position zu bewegen.
Die Entlüftungsanordnung 20 kann ein Warnmerkmal umfassen, das ausgebildet ist, um einen Bediener zu benachrichtigen, dass die Entlüftungsanordnung 20 in der offenen Position angeordnet ist. Das Warnmerkmal kann die Hintergrundbeleuchtung der Flügel, eine Warnleuchte in dem Fahrzeug, einen Summer oder ein anderes System zur Benachrichtigung des Fahrers, dass sich die Entlüftungsanordnung 20 in der offenen Position befindet, umfassen.
Während die besten Arten, die Erfindung auszuführen, im Detail beschrieben wurden, wird ein Fachmann auf dem Gebiet, auf das sich diese Erfindung bezieht, verschiedene alternative Ausgestaltungen und Ausführungsformen erkennen, um die Erfindung innerhalb des Schutzumfanges der beiliegenden Ansprüche praktisch umzusetzen.

Claims

Entlüftungsanordnung zum selektiven Öffnen und Schließen eines Innenraumes eines Fahrzeuges, um zuzulassen, dass Luft innerhalb des Innenraumes des Fahrzeuges aus dem Innenraum des Fahrzeuges entweicht, wobei die Entlüftungsanordnung umfasst: ein Gehäuse, das eine Vielzahl von Öffnungen definiert; eine Vielzahl von Flügeln, wobei einer der Vielzahl von Flügeln innerhalb jeder der Vielzahl von Öffnungen angeordnet ist und jeder der Vielzahl von Flügeln verschwenkbar an dem Gehäuse befestigt ist und zur übereinstimmenden Bewegung zwischen einer offenen Position und einer geschlossenen Position ausgebildet ist, wobei die offene Position eine Fluidströmung durch die Vielzahl von Öffnungen hindurch zulässt und die geschlossene Position eine Fluidströmung durch die Vielzahl von Öffnungen hindurch verhindert; und einen Aktuatormechanismus, der an dem Gehäuse befestigt und mit zumindest einem der Vielzahl von Flügeln gekoppelt und ausgebildet ist, um die Vielzahl von Flügeln zwischen der offenen Position und der geschlossenen Position zu bewegen; wobei der Aktuatormechanismus ein Getriebe umfasst, das mit zumindest einem der Vielzahl von Flügeln gekoppelt und ausgebildet ist, um eine Drehung auf den zumindest einen der Vielzahl von Flügeln zu übertragen, und ferner ein Formgedächtnislegierungselement umfasst, das mit dem Getriebe gekoppelt und ausgebildet ist, um das Getriebe in Ansprechen auf ein elektrisches Signal zu betätigen.
Entlüftungsanordnung nach Anspruch 1, wobei sich das Formgedächtnislegierungselement in Ansprechen auf Wärme, die durch das elektrische Signal erzeugt wird, zusammenzieht.
Entlüftungsanordnung nach Anspruch 1, wobei der Aktuatormechanismus eine Ummantelung umfasst und wobei das Getriebe ein Flügelzahnrad, das drehbar durch die Ummantelung getragen ist, und einen Zahnhebel umfasst, der drehbar durch die Ummantelung getragen ist und in kämmendem Eingriff mit dem Flügelzahnrad steht.
Entlüftungsanordnung nach Anspruch 3, ferner umfassend eine Antriebswelle, die das Getriebe und den zumindest einen der Vielzahl von Flügeln miteinander verbindet und ausgebildet ist, um eine Drehbewegung zwischen dem Getriebe und dem zumindest einen der Vielzahl von Flügeln zu übertragen.
Entlüftungsanordnung nach Anspruch 4, wobei die Antriebswelle mit dem Flügelzahnrad zur Drehung mit dem Flügelzahnrad gekoppelt ist.
Entlüftungsanordnung nach Anspruch 3, wobei das Formgedächtnislegierungselement ein erstes Ende, das mit dem Zahnhebel gekoppelt ist, und ein zweites Ende, das mit der Ummantelung gekoppelt ist, umfasst.
Entlüftungsanordnung nach Anspruch 1, wobei der Aktuatormechanismus eine Feder umfasst, die mit dem Getriebe gekoppelt und ausgebildet ist, um die Flügel in die geschlossene Position zu drängen.
Entlüftungsanordnung nach Anspruch 1, wobei der Aktuatormechanismus eine Leiterplattenanordnung, die zumindest einen Draht umfasst, der die Leiterplattenanordnung mit dem Formgedächtnislegierungselement verbindet, und einen Mikrocontroller umfasst, der ausgebildet ist, um das Formgedächtnislegierungselement zu steuern.
Entlüftungsanordnung nach Anspruch 8, ferner umfassend ein Potentiometer, das mit dem Mikrocontroller gekoppelt und ausgebildet ist, um eine Position der Flügel zu erfassen.
Entlüftungsanordnung nach Anspruch 9, ferner umfassend ein elektronisches Überlastschutzsystem, wobei der Mikrocontroller betrieben wird, um das elektronische Überlastschutzsystem zu steuern.