DE102010054118B4

DE102010054118B4 - Sensorsystem oder Sensor zur Detektion von mechanischen oder thermischen Messgrößen oder Systemzuständen

Info

Publication number: DE102010054118B4
Application number: DE102010054118.4A
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: FG-INNOVATION GmbH; FG Innovation GmbH
Current assignee: Otto Egelhof GmbH and Co KG
Priority date: 2010-12-10
Filing date: 2010-12-10
Publication date: 2016-03-10
Anticipated expiration: 2030-12-11
Also published as: DE102010054118A1; WO2012076247A3; WO2012076247A2

Abstract

Sensorsystem oder Sensor zur Detektion von mechanischen oder thermischen Messgrößen oder Systemzuständen mittels Formgedächtniselementen,
dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens ein Formgedächtniselement (1) mit sensorischen Fähigkeiten einen mechanischen Effekt oder einen thermischen Effekt aufweist,
wobei durch eine Speicherung von Systemzuständen durch bleibende Änderungen der Materialkennwerte das Formgedächtniselement (1) mit mechanischem Effekt als Bauelement vorgesehen ist, das neben seiner Funktion als Feder, Gelenk oder Dämpfer auch zur Überwachung der eigenen Lebensdauer oder Lastspielzahl vorgesehen ist,
wobei durch die Speicherung von Systemzuständen durch bleibende Änderungen der Materialkennwerte das Formgedächtniselement (1) mit thermischem Effekt als Bauelement vorgesehen ist, das neben seiner Funktion als Aktor auch zur Überwachung der eigenen Lebensdauer oder Lastspielzahl vorgesehen ist,
wobei durch die Speicherung von Systemzuständen durch bleibende Änderungen der Materialkennwerte das Formgedächtniselement (1) mit mechanischem Effekt als reines Sensorelement zur Überwachung der Lebensdauer oder der Lastspielzahl von technischen Systemen vorgesehen ist
und wobei durch eine Auslesung von Systemzuständen durch eine temporäre Änderung der Materialkennwerte das Formgedächtniselement (1) mit mechanischem Effekt als Bauelement vorgesehen ist, das neben seiner Funktion als Feder, Gelenk oder Dämpfer auch zur Überwachung der eigenen Funktionalität, des Stellweges und der Stellkraft vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Sensorsystem oder einen Sensor zur Detektion von mechanischen oder thermischen Messgrößen oder Systemzuständen mittels Formgedächtniselementen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Formgedächtniselemente sind aus dem Stand der Technik zur Erzeugung von Stellbewegungen bekannt, initiiert durch eine Erwärmung und eine damit verbundene kristalline Umwandlung. Weiterhin ist bekannt, dass Formgedächtniselemente durch ihren pseudoelastischen Effekt als Feder- oder Dämpfungselemente und als Festkörpergelenke einsetzbar sind. Bei beiden Anwendungsgebieten können sich Formgedächtniselemente an eine durch eine Glühbehandlung zuvor eingeprägte Form erinnern. Wird die kristalline Umwandlung dabei von einer äußeren mechanischen Spannung erzeugt, spricht man vom pseudoelastischen Effekt. Dieser Effekt wird vorwiegend dort angewendet, wo eine hohe elastische Verformbarkeit gefordert ist. Wird die kristalline Umwandlung dagegen durch eine thermische Energie erzeugt, so spricht man vom thermischen Effekt, welcher vorwiegend bei Aktoranwendungen zum Einsatz kommt. Über den Einsatz von Formgedächtniselementen im Bereich der Sensorik ist bis jetzt wenig bekannt. Als Sensoren werden Formgedächtniselemente heutzutage lediglich eingesetzt, um Temperatur bedingt zu schalten. Eine autarke Arbeitsweise der Formgedächtnisaktoren wird dabei zum einen durch die Temperatursensivität realisiert. Derartige temperaturgesteuerte Antriebe werden häufig als Ventilsteller eingesetzt, wie in der US 6 325 016 B1 und der US 5 743 466 beschrieben. Die Erwärmung erfolgt hier durch ein umgebendes Medium. Ein Nachteil dieser Systeme ist, dass die Erwärmung mittels eines Umgebungsmediums zwar das System intern regeln kann, jedoch keine externe Regelung der Stellbewegung zulässt. Zum anderen wird die Widerstandskennlinie eines Formgedächtnisaktorelementes dazu benutzt, die Längenänderung desselben zu regeln. Die Erwärmung erfolgt hier durch den elektrischen Eigenwiderstand des Formgedächtniselementes. Der Nachteil dieser Regelung besteht darin, dass sich die Widerstandeskennlinie des Formgedächtnisaktors von Charge zu Charge und aufgrund des Ermüdungsverhaltens mit der Zeit sehr stark ändert. Der Einsatz eines Formgedächtniselementes als Sensor ist jedoch nicht nur auf den Einsatz in Formgedächtnisaktorsystemen beschränkt, sondern Formgedächtniselemente sind generell zur Detektion von mechanischen oder thermischen Messgrößen oder Systemzuständen einsetzbar. Anwendungen, in denen Formgedächtnislegierungen nur als Sensor, jedoch nicht gleichzeitig als Aktor eingesetzt werden, sind bisher nicht bekannt. Die Detektion von mechanischen Größen, wie Abstände, Stellwege und Kräfte werden heutzutage beispielsweise von optischen oder kapazitiven Sensoren übernommen.
Aus der US 2003/196485 A1 ist ein Sensor bekannt, der nur zur Messung von mechanischen Spannungsverläufen vorgesehen ist und auf der Basis von pseudoelastischen Formgedächtnisdrähten arbeitet, deren elektrischer Widerstand ausgelesen wird. Die Verwendung von Formgedächtnisdrähten dient hier zur messbaren Widerstandsänderung und der Einsatz von Drähten aus Formgedächtnismaterial stellt eine Optimierung da. Die Drähte aus Formgedächtnismaterial werden nicht einzeln verwendet, sondern es sind immer mehrere Drähte als Netzwerk angeordnet, wobei für diese Netzanordnung, die entsprechende Verschaltung der einzelnen Drähte und die Algorithmen zum Auslesen der Sensorinformationen wesentlich ist, unabhängig von der Funktionalität eines einzelnen Drahtes und den besonderen Eigenschaften von Formgedächtnislegierungen.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Sensorsystem oder einen Sensor auf der Basis von Formgedächtniselementen zu schaffen, die sowohl zur Detektion mechanischer Messgrößen, vorzugsweise Abstände, Stellwege und Kräfte, als auch zur Detektion thermischer Messgrößen, vorzugsweise Temperaturen, sowie zur Detektion von Systemzuständen, vorzugsweise Lastspielzahlen, unzulässige Lastzustände einsetzbar sind, die einfach aufgebaut, kostengünstig herstellbar sowie für unterschiedliche Aufgabenbereiche anwendbar sind. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, mittels Formgedächtnisaktorsystemen über den Stand der Technik hinaus vorzugsweise Stellwege und Lastspielzahlen zu messen.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ein Sensorsystem oder einen Sensor zur Detektion von mechanischen oder thermischen Messgrößen oder Systemzuständen mittels Formgedächtniselementen vor, das dadurch gekennzeichnet ist, dass mindestens ein Formgedächtniselement mit sensorischen Fähigkeiten einen mechanischen (pseudoelastischen) oder einen thermischen Effekt aufweist, wobei durch Speicherung von Systemzuständen durch bleibende Änderungen der Materialkennwerte das Formgedächtniselement mit mechanischem Effekt als Bauelement vorgesehen ist, das neben seiner Funktion als Feder, Gelenk oder Dämpfer auch zur Überwachung der eigenen Lebensdauer oder Lastspielzahl vorgesehen ist, wobei durch eine Speicherung von Systemzuständen durch bleibende Änderungen der Materialkennwerte das Formgedächtniselement mit thermischem Effekt als Bauelement vorgesehen ist, das neben seiner Funktion als Aktor auch zur Überwachung der eigenen Lebensdauer oder Lastspielzahl vorgesehen ist,
wobei durch eine Speicherung von Systemzuständen durch bleibende Änderungen der Materialkennwerte das Formgedächtniselement mit mechanischem Effekt als reines Sensorelement zur Überwachung der Lebensdauer oder der Lastspielzahl von technischen Systemen vorgesehen ist, und wobei durch eine Auslesung von Systemzuständen durch eine temporäre Änderung der Materialkennwerte das Formgedächtniselement mit mechanischem Effekt als Bauelement vorgesehen ist, das neben seiner Funktion als Feder, Gelenk oder Dämpfer auch zur Überwachung der eigenen Funktionalität, des Stellweges und der Stellkraft vorgesehen ist. Da als physikalisches Sensorprinzip vorzugsweise die Änderung der elektrischen Widerstandskennlinie des Formgedächtnismaterials oder die Änderung des Spannungs-Dehnungs-Verhaltens dient, ist alternativ vorgesehen, dass Systemzustände durch das Formgedächtniselement aufgrund dauerhaft veränderlicher Materialkennwerte, insbesondere durch die dauerhafte Änderung der elektrischen Widerstandskurve oder der Spannungs-Dehnungs-Kurve speicherbar sind.
Vorteilhaft ist vorgesehen, dass zur Speicherung von Systemzuständen eine Einbringung von Versetzungen und anderen Gitterbaufehlern in das Kristallgitter des Formgedächtniselementes während des Belastens und die damit verbundene bleibende Änderung des elektrischen Widerstandes zur Detektion der Lebensdauer und der Lastspielzahl vorgesehen ist, und dass als messbarer veränderlicher Materialkennwert zur Erfassung sensorischer Informationen der elektrische Widerstand des Formgedächtniselementes erfassbar ist, der auf einer Änderung des Kristallgitters beruht. In Abhängigkeit von der zu messenden Größe kann die Änderung zum einen nur temporär auftreten, z. B. bei der kristallinen Umwandlung von Martensit in Austenit. Auf der Basis einer temporären Änderung des Kristallzustandes erfolgt die Überwachung der eigenen Funktionalität von passiven pseudoelastischen Bauelementen, wie Federn, Gelenken oder Dämpfern, die Überwachung des eigenen Stellweges und der eigenen Stellkraft von pseudoelastischen Federn oder Gelenken. Durch eine dauerhafte Veränderung des Kristallgitters von Formgedächtniselementen in Form der Einbringung von Versetzungen und anderen Gitterbaufehlern sind außerdem die Ermüdung von aktiven thermischen Bauelementen, wie Aktoren, die Überwachung der Lastspielzahl bzw. Ermüdung von technischen Systemen durch passive pseudoelastische Formgedächtniselemente, oder auch die Justierung und Veränderung der Sensorfunktion durch eine geregelte Erwärmung vorgesehen.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Formgedächtniselement drahtförmig ausgebildet ist, wobei das Formgedächtniselement seine sensorische Funktion sowohl in seiner Gesamteinheit als auch nur in einzelnen Abschnitten wahrnimmt, und wobei das Formgedächtniselement unterschiedliche konfigurierte Bereiche aufweist, so dass diese unterschiedliche sensorische Informationen aufnehmen.
Da bei einer Verformung des Formgedächtniselementes, beispielsweise durch ein Betätigungselement oder durch eine temperaturbedingte Beeinflussung des Formgedächtniselementes als messbarer veränderlicher Materialkennwert, der elektrische Widerstand des Formgedächtniselementes messbar ist, kann dieser Kennwert zur Detektion von Abständen, Stellbewegungen und Kräften genutzt werden. Durch die Kenntnis des spezifischen Spannungs-Dehnungs-Verhaltens der Beziehung zwischen Kraft und Verformung ist das Formgedächtniselement weiterhin zur Detektion von Kräften und Drücken einsetzbar. Es ist aber auch das spezifische Spannungs-Dehnungs-Verhalten des Formgedächtniselementes erfassbar.
Ist das Formgedächtniselement zur Detektion mechanischer Messgrößen, insbesondere Abstände, Stellwege und Kräfte, sowie zur Detektion thermischer Meßgrößen, insbesondere Temperaturen vorgesehen, erfolgt die Detektion aller Messgrößen kontinuierlich oder in Form von maximalen Größen. Wird der elektrische Widerstand als messbarer veränderlicher Materialkennwert des Formgedächtniselements zur Detektion von Temperaturen und Temperaturänderungen eingesetzt, kommt nicht, wie aus dem Stand der Technik bekannt, die Umwandlungstemperatur, sondern die Widerstandskennlinie des Formgedächtniselementes zur Anwendung. Grundlage hierfür ist die temperaturabhängige Änderung der Widerstandskennlinie. Die Detektion aller Messgrößen ist dazu kontinuierlich oder in Form von maximalen Größen vorgesehen, wobei die sensorisch erfassbaren Messgrößen separat oder zusammen detektierbar sind. Durch die charakteristische Kraft-Weg-Kennlinie eines Formgedächtniselementes ist auch ein Kraftzustand oder ein Kraftverlauf detektierbar.
Weiterhin ist vorteilhaft vorgesehen dass, dass durch eine Temperaturbeeinflussung der mechanischen Eigenschaften des Formgedächtniselementes mit mechanischem Effekt eine Sensorjustierung und eine Sensoreinstellbarkeit vorgesehen ist.
Eine vorteilhafte Ausführungsform wird darin gesehen, dass das Formgedächtniselement zur Weg- und Positionsregelung und zur Rückstellung eines Formgedächtnisaktorelementes, das den thermischen Effekt aufweist, vorgesehen ist.
Da das Formgedächtniselement neben der sensorischen Funktion die Funktionen eines Aktors, eines Gelenkes, einer Feder oder eines Dämpfers übernimmt, lassen sich mehrere Funktionen in einem Bauteil integrieren. Die sensorische Funktion des Formgedächtniselementes wird insbesondere dazu verwendet, die eigene Aktor-, Feder-, Dämpfungs- oder Gelenkfunktion zu überwachen. Überwacht wird hier beispielsweise das Ermüdungsverhalten oder die generelle Funktionalität des Formgedächtniselementes.
Nicht näher dargestellte Weiterbildungen bestehen darin, dass die Größe einer translatorischen oder rotatorischen Stellbewegung oder die Größe einer Kraft bei allen Ausführungsformen bei Bedarf anpassbar ist, insbesondere mittels eines Übersetzungsgetriebes oder eines Hebelgetriebes, wobei mittels eines Umformgetriebes eine Translationsbewegung in eine Rotationsbewegung oder umgekehrt umformbar vorgesehen ist. Das Sensorsystem oder der Sensor kann zum Einsatz in den unterschiedlichen Gebieten weiterhin als Baukastensystem ausgebildet sein und aus verschiedenen Grundmodulen sowie Umform- und Elektronikmodulen bestehen. Die Module sind als Baureihen ausgeführt, wobei die Module des Sensorsystems oder des Sensors standardisierte mechanische, elektrische und informationstechnische Schnittstellen aufweisen und für unterschiedliche Aufgabenbereiche anwendbar sind. Die genannten sensorisch erfassbaren Parameter sind dazu nicht nur separat, sondern auch zusammen detektierbar vorgesehen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von schematisch in Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Es zeigen:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sensorssystems mit einem Formgedächtniselement mit mechanischem Effekt;
2 ein zweites Ausführungsbeispiel des Sensorsystems mit einem Formgedächtniselement mit mechanischem Effekt, das zugleich als Rückstellelement für ein Formgedächtnisaktorelement dient;
3 ein weiteres Ausführungsbeispiel des Sensorsystems mit einem Formgedächtniselement mit mechanischem Effekt, das zugleich als Rückstellelement für ein Formgedächtnisaktorelement dient;
4 ein weiteres Ausführungsbeispiel des Sensorssystems mit einem Formgedächtniselement mit mechanischem Effekt zur Detektion von Kräften.
1 zeigt ein erfindungsgemäßes Sensorsystem mit einem Formgedächtniselement 1 mit mechanischem bzw. pseudoelastischem Effekt in einer Ausgangsstellung. Das als zylindrische Schraubenfeder ausgebildete Formgedächtniselement 1 ist in einem Gehäuse 2 angeordnet und stützt sich mit seinem einen Ende an einer Innenwand des Gehäuses 2 und mit seinem anderen Ende am Bund eines Betätigungselementes 3 ab, wobei das Betätigungselement 3 in einer Führung 4 so längsgeführt ist, dass es eine Translationsbewegung ausführt. Wirkt auf das Betätigungselement 3 eine äußere Linearbewegung, so führt das Betätigungselement 3 eine Längsbewegung aus und verformt dabei das angekoppelte Formgedächtniselement 1. Dabei erfolgt in dem Formgedächtniselement 1 eine spannungsinduzierte Martensitumwandlung. Die Menge des Martensits kann mittels Kontakte 5, 6, die an dem Formgedächtniselement 1 jeweils endseitig angeordnet sind, als elektrischer Widerstandswert ausgelesen werden, so dass dadurch die Größe des Stellweges des Betätigungselementes 3 messbar ist. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Sensorsystems. Das Betätigungselement 3 ist in der Führung 4 im Gehäuse 2 so längsgeführt, dass das Betätigungselement 3 ebenfalls eine Translationsbewegung ausführt, ist aber in diesem Ausführungsbeispiel mit einem, eine gestreckte Form aufweisenden Formgedächtniselement 1 und einem Formgedächtnisaktorelement 7 gekoppelt, die durch eine im Betätigungselement 3 angeordnete Querbohrung 8 gesteckt und mit ihren beiden freien Enden jeweils endseitig an den einander gegenüberliegen Gehäuseenden 9, 10 mit dem Gehäuse 2 fest verbunden sind. Das Formgedächtnisaktorelement 7 weist dabei einen thermischen Formgedächtniseffekt auf und ist in seiner Ausgangslage im wesentlichen v-förmig ausgebildet. Bei Erwärmung des Formgedächtnisaktorelementes 7 mittels elektrischer Energie, die über die am Formgedächtnisaktorelement 7 angeordneten Kontakte 11, 12 zugeführt wird, und bei Überschreitung der Umwandlungstemperatur zieht sich das Formgedächtnisaktorelement 7 zusammen und das Betätigungselement 3 wird dadurch nach oben gedrückt und führt eine translatorische Stellbewegung aus. Das Formgedächtniselement 1 weist in der Ausgangslage eine im wesentlichen gradlinig ausgebildete Form auf und wird bei der Bewegung des Betätigungselementes 3 verformt. Das Formgedächtniselement 1 weist den mechanischen bzw. pseudoelastischen Formgedächtniseffekt auf und übernimmt zwei Funktionen. Zum einen dient es als Rückstellelement für das Betätigungselement 3 und wird bei Abkühlung des Formgedächtnisaktorelementes 7 durch seine elastischen Eigenschaften das Betätigungselement 3 zurückstellen. Zum anderen übernimmt es Funktion eines Sensors, indem der eigene Verformungszustand und damit die Position des Betätigungselementes 3 durch den inneren elektrischen Widerstand detektiert wird. Dabei erfolgt in dem Formgedächtniselement 1 ebenfalls eine spannungsinduzierte Martensitumwandlung. Die Menge des Martensits wird dazu mittels der Kontakte 5, 6, die am Formgedächtniselement 1 angeordnet sind, als elektrischer Widerstandswert ausgelesen, so dass dadurch die Größe des Stellweges des Betätigungselementes 3 messbar ist. Das Formgedächtniselement 1 dient damit zur Weg- oder Positionsregelung eines Formgedächtnisaktorelementes 7. Das Formgedächtniselement 1 und das Formgedächtnisaktorelement 7 sind vorzugsweise als Drähte, Stäbe oder Bleche ausgebildet. Das Gehäuse 2 sowie das Betätigungselement 3 können je nach Einsatzgebiet unterschiedliche Formen aufweisen.
3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Sensorsystems, welches in seiner Wirkungsweise dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel entspricht. Das Formgedächtniselement 1 ist hier alternativ als zylindrische Schraubenfeder ausgeführt, die sich an der Innenwand des Gehäuses 2 und an einem Bund des Betätigungselementes 3 abstützt und durch die Führungen 4 gehalten wird. Das Formgedächtniselement 1 weist in diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls den pseudoelastischen Formgedächtniseffekt auf und übernimmt zwei Funktionen. Zum einen dient es als Rückstellelement für das Betätigungselement 3 und wird bei Abkühlung des Formgedächtnisaktorelementes 7, das einen thermischen Formgedächtniseffekt aufweist, dieses durch seine elastischen Eigenschaften in seine Ausgangslage zurückstellen. Zum anderen übernimmt es Funktion eines Sensors, indem der eigene Verformungszustand und damit die Position des Betätigungselementes 3 durch den inneren elektrischen Widerstand detektiert wird. Mittels der Kontakte 5, 6, die am Formgedächtniselement 1 angeordnet sind, wird der elektrischer Widerstandswert ausgelesen, so dass dadurch die Größe des Stellweges des Betätigungselementes 3 messbar ist. Bei Erwärmung des Formgedächtnisaktorelementes 7 mittels elektrischer Energie, die über die am Formgedächtnisaktorelement 7 angeordneten Kontakte 11, 12 zugeführt wird, und bei Überschreitung der Umwandlungstemperatur zieht sich das Formgedächtnisaktorelement 7 zusammen und das Betätigungselement 3 wird dadurch nach oben gedrückt und führt eine translatorische Stellbewegung aus.
4 zeigt ein erfindungsgemäßes Sensorsystem mit einem Formgedächtniselement 1 mit pseudoelastischem Effekt in einer Ausgangsstellung. Das vorzugsweise als Draht oder Blech ausgebildete Formgedächtniselement 1 ist in ebenfalls in einem Gehäuse 2 angeordnet. Das Betätigungselement 3 ist in einer Führung 4 im Gehäuse 2 so längsgeführt, dass das Betätigungselement 3 eine Translationsbewegung ausführen kann. Das Betätigungselement 3 ist mit dem Formgedächtniselement 1 gekoppelt. Das Formgedächtniselement 1 ist durch eine im Betätigungselement 3 angeordnete Querbohrung 8 gesteckt und mit seinen beiden freien Enden an den einander gegenüberliegen Gehäuseenden 9, 10 mit dem Gehäuse 2 fest verbunden. An einem innenliegenden Ende 13 des Betätigungselementes 3 ist ein Kontaktpad 14 und an einer Innenseite 15 des Gehäuses 2 ein weiterer Kontaktpad 16 angeordnet. Wirkt auf das Betätigungselement 3 eine äußere Kraft, so führt das Betätigungselement 3 eine Längsbewegung aus und verformt dabei das angekoppelte Formgedächtniselement 1 entsprechend seines spezifischen Kraft-Verformungs-Verhaltens. Ist eine zu messende Grenzkraft erreicht, berühren sich die Kontaktpads 14 und 16 einander. Dadurch wird mit Hilfe von Kontakten 17 und 18 ein Stromkreis geschlossen, der einen Leistungs- oder einen Signalstrom schaltet. Durch eine nicht näher dargestellte Erwärmung oder eine veränderliche Vorspannung des Formgedächtniselements 1 ist die zu messende Kraft einstellbar oder feinjustierbar vorgesehen.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die Ausführungsbeispiele, sondern ist in den angewandten Methoden variabel. Sie umfasst insbesondere auch Varianten, die durch Kombination von in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung beschriebenen Merkmale bzw. Elementen gebildet werden können. Alle in der vorstehenden Beschreibung erwähnten sowie aus den Zeichnungen entnehmbaren Merkmale sind weitere Bestandteile der Erfindung, auch wenn sie nicht besonders hervorgehoben und in den Ansprüchen erwähnt sind.
Bezugszeichenliste

1: Formgedächtnissensorelement
2: Gehäuse
3: Betätigungselement
4: Führung
5: Kontakt
6: Kontakt
7: Formgedächtnisaktorelement
8: Querbohrung im Betätigungselement
9: Gehäuseende
10: Gehäuseende
11: Kontakt
12: Kontakt
13: Ende des Betätigungselementes
14: Kontaktpad
15: Innenseite des Gehäuses
16: Kontaktpad
17: Kontakt
18: Kontakt

Claims

Sensorsystem oder Sensor zur Detektion von mechanischen oder thermischen Messgrößen oder Systemzuständen mittels Formgedächtniselementen, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Formgedächtniselement (1) mit sensorischen Fähigkeiten einen mechanischen Effekt oder einen thermischen Effekt aufweist, wobei durch eine Speicherung von Systemzuständen durch bleibende Änderungen der Materialkennwerte das Formgedächtniselement (1) mit mechanischem Effekt als Bauelement vorgesehen ist, das neben seiner Funktion als Feder, Gelenk oder Dämpfer auch zur Überwachung der eigenen Lebensdauer oder Lastspielzahl vorgesehen ist, wobei durch die Speicherung von Systemzuständen durch bleibende Änderungen der Materialkennwerte das Formgedächtniselement (1) mit thermischem Effekt als Bauelement vorgesehen ist, das neben seiner Funktion als Aktor auch zur Überwachung der eigenen Lebensdauer oder Lastspielzahl vorgesehen ist, wobei durch die Speicherung von Systemzuständen durch bleibende Änderungen der Materialkennwerte das Formgedächtniselement (1) mit mechanischem Effekt als reines Sensorelement zur Überwachung der Lebensdauer oder der Lastspielzahl von technischen Systemen vorgesehen ist und wobei durch eine Auslesung von Systemzuständen durch eine temporäre Änderung der Materialkennwerte das Formgedächtniselement (1) mit mechanischem Effekt als Bauelement vorgesehen ist, das neben seiner Funktion als Feder, Gelenk oder Dämpfer auch zur Überwachung der eigenen Funktionalität, des Stellweges und der Stellkraft vorgesehen ist.
Sensorsystem oder Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Speicherung von Systemzuständen eine Einbringung von Versetzungen und anderen Gitterbaufehlern in das Kristallgitter des Formgedächtniselementes (1) während des Belastens die damit verbundene bleibende Änderung des elektrischen Widerstandes zur Detektion der Lebensdauer und der Lastspielzahl vorgesehen ist.
Sensorsystem oder Sensor nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass als messbarer veränderlicher Materialkennwert zur Erfassung sensorischer Informationen der elektrische Widerstand des Formgedächtniselementes (1) erfassbar ist.
Sensorsystem oder Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Formgedächtniselement (1) drahtförmig ausgebildet ist, wobei das Formgedächtniselement (1) seine sensorische Funktion sowohl in seiner Gesamteinheit als auch nur in einzelnen Abschnitten wahrnimmt, und wobei das Formgedächtniselement (1) unterschiedliche konfigurierte Bereiche aufweist, so dass diese Bereiche unterschiedliche sensorische Informationen aufnehmen.
Sensorsystem oder Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Temperaturbeeinflussung der mechanischen Eigenschaften des Formgedächtniselementes (1) mit mechanischem Effekt eine Sensorjustierung und eine Sensoreinstellbarkeit vorgesehen ist.
Sensorsystem oder Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Formgedächtniselement (1) mit mechanischem Effekt zur Weg- und Positionsregelung und zur Rückstellung eines Formgedächtnisaktorelementes (7), das den thermischen Effekt aufweist, vorgesehen ist.