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TECHNISCHES GEBIET
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für ein Fluidsystem und insbesondere allgemein eine Vorrichtung, die derart angepasst sein kann, den Druckpegel in einem Fluidsystem zu steuern oder zu überwachen. Genauer basiert die Vorrichtung auf einer Formgedächtnislegierung.
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HINTERGRUND
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Aktive Materialien umfassen diejenigen Zusammensetzungen, die eine Änderung hinsichtlich Steifigkeitseigenschaften, Form und/oder Abmessungen in Ansprechen auf ein Aktivierungssignal aufweisen, das abhängig von den verschiedenen Typen von aktiven Materialien mechanisch (Spannung oder Dehnung), elektrisch, magnetisch, thermisch oder ein ähnliches Gebiet sein kann. Formgedächtnislegierungen, eine Klasse aktiver Materialien, wenn sie sich in ihrem Zustand mit Austenitphase befinden, besitzen die Fähigkeit, sich in Ansprechen auf eine Aktivierungsspannung reversibel zu verformen.
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Die Druckschrift
DE 10 2009 047 834 A1 offenbart ein Druckentlastungsventil, welches mittels eines aktiven Materials mit Formgedächtnisverhalten über Änderungen in der Umgebung betätigbar ist. Somit wird selektiv ein Öffnen oder Schließen des Druckentlastungsventils in gesteuerter Art und Weise erreicht. Über eine Leistungsversorgung wird ein in seiner Länge veränderbarer Draht mit einem Aktivierungssignal beaufschlagt, um so bei Aktivierung eine Längenänderung zu bewirken. Über eine mechanische Kopplung wird eine in einem Gehäuse vorgesehene Klappe, welche eine Öffnung im Gehäuse verschließen kann, geöffnet oder geschlossen.
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Die Druckschrift
DE 44 01 375 C2 betrifft eine Restdrucksperrvorrichtung für einen Dampfdruckkochtopf. Über eine Membran, die zwischen zwei Druckregimen ausgebildet ist, kann ein Druckanzeigestößel entgegen der Federkraft einer mit dem Druckanzeigestößel gekoppelten Druckfeder entsprechend einem im Innern eines zu überwachenden Dampfdruckkochtopfs beweg werden. So kann einerseits der Druck im Innern des Topfes über das Herausschieben eines Anzeigeknopfes angezeigt werden. Gleichzeitig kann so druckabhängig ein Entriegelungsvorgang eines Verriegelungsknopfes durch gekoppeltes Verschieben eines Sperrelements verhindert werden.
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Die Druckschrift
US 2009/0315696 A1 lehrt eine Vorrichtung zum Aufrechterhalten eines geeigneten Reifendrucks durch Verwendung eines Elements mit einem aktiven Material, um einen herrschenden Reifendruck zu messen oder einen Überdruck eines Reifens zu modifizieren. Das Element mit oder aus einem aktiven Material fungiert als Drucksensor oder als Aktuator für eine Pumpe zum Erhöhen des Reifendrucks.
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Die Druckschrift
DE 10 2005 051 999 A1 beschreibt eine Vorrichtung zum Überwachen des Einnehmens einer vorbestimmten Betriebsstellung mittels eines beweglichen Stellgliedes, welches mittels eines Stellantriebs längs eines Stellwegs antreibbar ist. Ein die Stellung charakterisierendes Signal kann mittels eines Senders an einen Empfänger übertragen werden.
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Die Druckschrift
US 2007/0063540 A1 beschreibt einen Mechanismus zum Anheben einer Abdeckung unter Verwendung eines aktiven Materials, welches Teil eines Ventilelements ist und mittels eines Steuergeräts gesteuert wird, um einen Kolben zur Betätigung mit einem Druckmittel gesteuert zu beaufschlagen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung für ein Fluidsystem anzugeben, mit welchem auf besonders einfache und gleichwohl zuverlässige Art und Weise ein Zugriff auf das unter Druck stehende Fluidsystem kontrolliert werden kann.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird bei einer Vorrichtung für ein Fluidsystem erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindungen Vorrichtung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Es ist eine Vorrichtung vorgesehen, die derart angepasst sein kann, einen Druckpegel für ein Fluidsystem zu steuern oder zu überwachen. Die Vorrichtung umfasst ein Element, das aus einer Formgedächtnislegierung in einem Zustand einer Austenitphase besteht. Das Element ist derart konfiguriert, dass es in Ansprechen auf eine Aktivierungsspannung einer Phasenänderung von einer Austenitphase mit hohem Modul zu einer Martensitphase mit geringem Modul ausgesetzt ist. Die Phasenänderung wird durch Strecken des Elements begleitet; wobei diese Streckung, die reversibel ist, als Superelastizität bezeichnet wird. Bei einer Ausführungsform definiert das Element zwei Enden, so dass ein Ende des Elements funktional mit einem fixierten Punkt verbunden ist. Ein anderes Ende des Elements ist funktional mit einem bewegbaren Element verbunden. Wenn sich das Element in Ansprechen auf die Aktivierungsspannung streckt, wird das bewegbare Element relativ zu dem fixierten Punkt verstellt. Die Vorrichtung kann als ein Druckentlastungsventil konfiguriert sein. Im Gegensatz zu herkömmlichen Druckentlastungsventilen bleibt das bewegbare Element bis zu dem Punkt nicht betätigt, zu dem die Aktivierungsspannung auftritt, wodurch eine im Wesentlichen mit Stufenfunktion erfolgende Steuerung des Drucks beibehalten wird. Alternativ dazu kann die Vorrichtung als eine Drucküberwachungsvorrichtung konfiguriert sein. alternativ dazu kann die Vorrichtung als eine Sperrvorrichtung konfiguriert sein, um selektiv eine Entfernung einer Kappe einer Baugruppe zu verhindern.
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Bei einer anderen Ausführungsform weist das Element eine erste Platte auf, die zumindest ein erstes Loch besitzt und funktionell mit einer zweiten Platte verbunden ist oder diese flankiert, die zumindest ein zweites Loch besitzt. Die zweite Platte ist derart konfiguriert, dass sie in Ansprechen auf eine Aktivierungsspannung einer Phasenänderung von einer Austenitphase mit hohem Modul zu einer Martensitphase mit geringem Modul ausgesetzt ist und sich verformt. Wenn sich die zweite Platte in Ansprechen auf die Aktivierungsspannung verformt, biegt sie sich auswärts, wodurch selektiv eine Strömung von Fluid von einem ersten Gebiet zu einem zweiten Gebiet des Fluidsystems zugelassen wird.
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Die obigen Merkmale und Vorteile und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden leicht aus der folgenden detaillierten Beschreibung der besten Arten zur Ausführung der Erfindung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen offensichtlich.
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Figurenliste
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- 1 ist eine graphische Darstellung von Eigenschaften einer Formgedächtnislegierung in einem superelastischen Modus;
- 2 ist eine schematische bruchstückhafte Ansicht teilweise im Schnitt einer ersten Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung;
- 3 ist eine schematische vergrößerte Ansicht eines Abschnitts von 2, die einen Kolben in einer ersten Position zeigt;
- 4 ist eine schematische vergrößerte Ansicht eines Abschnitts von 2, die den Kolben in einer zweiten Position zeigt;
- 5 ist eine schematische bruchstückhafte Ansicht teilweise im Schnitt einer zweiten Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung;
- 6 ist eine schematische perspektivische Darstellung eines Abschnitts einer Kühlerbaugruppe in einem Fahrzeug;
- 7 ist eine schematische Schnittansicht einer dritten Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung durch Achse 7-7 von 6, die einen Kolben in einer ersten Position zeigt;
- 8 ist eine schematische Schnittansicht der Vorrichtung von 7, die den Kolben in einer zweiten Position zeigt;
- 9 ist eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung;
- 10 ist eine schematische vergrößerte Ansicht eines Abschnitts von 9;
- 11 ist eine schematische Darstellung einer fünften Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung in einer ersten Position;
- 12 ist eine schematische Darstellung der Vorrichtung von 11 in einer zweiten Position;
- 13 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung eines Abschnitts der Vorrichtung von 11; und
- 14 ist eine schematische Darstellung eines Abschnitts einer Abgasbaugruppe in einem Fahrzeug.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Es ist eine Vorrichtung vorgesehen, die angepasst werden kann, um einen Druckpegel für ein Fluidsystem zu steuern oder zu überwachen. Die Vorrichtung weist ein Element auf, das aus einer Formgedächtnislegierung in einem Zustand einer Austenitphase besteht, die ein superelastisches Ansprechen auf eine angelegte Spannung (resultierend aus einer Druckdifferenz) aufweist. Bezug nehmend auf die Zeichnungen zeigt 1 graphisch physikalische Eigenschaften einer Formgedächtnislegierung in einem superelastischen Modus. Die Formgedächtnislegierung ist aus einer Nickel-Titan-Legierung mit einer Austenit-Endtemperatur geformt, die kleiner als die ist, die in der Gebrauchsumgebung für eine Anwendung auftritt, was in dem Fall der Landtransportindustrie etwa -40°C ist. Bei dem Beispiel hier wurde dies mit 0°C gewählt. Die y-Achse gibt eine Spannung oder einen Druck im GPa an und die x-Achse gibt eine prozentuale Änderung der Dehnung an. Bei einem Aktivierungsspannungsniveau weist eine Formgedächtnislegierung eine spannungsinduzierte Phasenänderung von einer Austenitphase mit hohem Modul zu einer Martensitphase mit geringem Modul und eine begleitende signifikante reversible Streckung der Formgedächtnislegierung mit geringer weiterer Zunahme der Spannung auf, wobei dies als Superelastizität bezeichnet ist. Mit anderen Worten verformt sich die Formgedächtnislegierung pseudoelastisch und reversibel bis zu 8 % bei nahezu konstanter Spannung.
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Bezug nehmend auf 1 zeigt Linie 2 eine Änderung um 7 % der Dehnung während der Verformung unter einer Aktivierungsspannung von etwa 0,4 GPa bei einer Temperatur von etwa 30° Celsius. Wie in 1 mit Linie 4 gezeigt ist, kehrt die Formgedächtnislegierung die Verformung bei einer Rückkehrspannung oder einem Druckpegel von etwa 0,2 GPa bei einer Temperatur von etwa 30° Celsius um. Linie 6 in 1 zeigt eine Änderung von nahezu 8 % in der Dehnung während der Verformung unter einer Aktivierungsspannung von etwa 0,6 GPa bei einer Temperatur von etwa 50° Celsius. Bezug nehmend auf Linie 8 kehrt die Formgedächtnislegierung die Verformung bei einer Rückkehrspannung oder einem Druckpegel von etwa 0,36 GPa bei einer Temperatur von etwa 50° Celsius um.
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Eine Anzahl von Ausführungsformen für die Vorrichtung werden nachfolgend beschrieben. Jede Vorrichtung umfasst ein Element, das aus einer Formgedächtnislegierung in einem Zustand austenitischer Phase besteht. Das aus der Formgedächtnislegierung gebildete Element kann eine beliebige geeignete Form oder Gestalt aufweisen. Zum Beispiel kann das Element eine Form besitzen, die aus der Gruppe von Federn, Binden, Drähten, Bändern, Schleifen, Bändeln, Litzen, Kabeln, Gittern bzw. Webarten, Platten, Flächenelementen und Kombinationen davon gewählt ist. Ferner kann die Formgedächtnislegierung irgendeine geeignete Zusammensetzung aufweisen. Insbesondere kann die Formgedächtnislegierung in Kombination ein Element umfassen, das aus der Gruppe von Kobalt, Nickel, Titan, Indium, Mangan, Eisen, Palladium, Zink, Kupfer, Silber, Gold, Cadmium, Zinn, Silizium, Platin und Gallium ausgewählt ist. Beispielsweise können geeignete Formgedächtnislegierungen Legierungen auf Nickel-Titan-Basis, Legierungen auf Nickel-Aluminium-Basis, Legierungen auf Nickel-Gallium-Basis, Legierungen auf Indium-Titan-Basis, Legierungen auf Indium-Cadmium-Basis, Legierungen auf Nickel-Kobalt-Aluminium-Basis, Legierungen auf Nickel-Mangan-Gallium-Basis, Legierungen auf Kupfer-Basis (z.B. Kupfer-Zink-Legierungen, Kupfer-Aluminium-Legierungen, Kupfer-Gold-Legierungen und Kupfer-ZinnLegierungen), Legierungen auf Gold-Cadmium-Basis, Legierungen auf Silber-Cadmium-Basis, Legierungen auf Mangan-Kupfer-Basis, Legierungen auf Eisen-Platin-Basis, Legierungen auf Eisen-Palladium-Basis und Kombinationen von einer oder mehreren von jeder dieser Kombinationen umfassen. Die Formgedächtnislegierung kann gemäß den gewünschten Betriebstemperaturen des jeweiligen Anwendungsfalls ausgewählt werden. In einem besonderen Beispiel kann die Formgedächtnislegierung Nickel und Titan umfassen.
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Unter Bezugnahme auf die 2 - 4 ist eine Vorrichtung 10 gezeigt, die eine erste Ausführungsform darstellt. Die Vorrichtung 10 ist als ein Druckentlastungsventil für ein Fluidsystem konfiguriert. Wie hier verwendet ist, umfasst Fluid sowohl Gase als auch Flüssigkeiten. Bezug nehmend auf 2 ist, während das hier gezeigte beispielhafte Fluidsystem allgemein Anwendung auf alle druckbeaufschlagten Fluidsysteme findet, hier als Teil einer Reifenbaugruppe 12 eines Fahrzeugs 14 gezeigt. Die Reifenbaugruppe 12 weist einen Ventilstößel 16 auf, in den ein Ventilkern 18 geschraubt ist. Der Ventilkern 18 kann ein Tellerventil sein, das durch eine Feder 20 umgeben ist. Der Ventilstößel 16 öffnet, um Luft in einen Reifen 22 einzuführen, und wird dann durch den Druck in dem Reifen 22 oder durch die Feder 20 oder beide automatisch geschlossen und abgedichtet gehalten. Die Vorrichtung 10 weist ein Element 24 auf, das aus einer Formgedächtnislegierung in einem Zustand einer austenitischen Phase besteht. Ein Ende des Elements 14 ist funktionell mit einem fixierten Punkt der Reifenbaugruppe 12, wie einer Wand 26 des Ventilstößels 16, funktionell verbunden. Ein anderes Ende des Elements 24 ist an einem bewegbaren Element befestigt, wie dem Kolben 30. Der Kolben 30 ist in einer Nut 32 zumindest teilweise definiert durch den Ventilstößel 16 positioniert. Die Nut 32 ist fluidtechnisch mit einem Durchlass 34 verbunden. Eine erste Seite 36 des Kolbens ist einem ersten Druck P1 ausgeführt, der der Druck in dem Reifen 22 ist. Eine zweite Seite 38 des Kolbens 30 ist einem zweiten Druck P2 ausgesetzt, der der Druck außerhalb des Reifens 22 ist. Die Druckdifferenz (Differenz zwischen P1 und P2) über die erste und zweite Seite 36, 38 des Kolbens 30 resultierend in einer Spannung oder einem Zug in dem Element 24.
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Wenn die Druckdifferenz unterhalb eines ersten kritischen Werts liegt, nimmt der Kolben 30 eine erste Position, wie in 3 gezeigt ist, ein, die im Wesentlichen die Strömung von Luft durch den Durchlass 34 von einem ersten Gebiet 42 innerhalb des Reifens 22 zu einem zweiten Gebiet 44 außerhalb des Reifens 22 verhindert. Wenn der erste Druck P1 relativ zu dem zweiten Druck P2 zunimmt, steigt der Zug in dem Element 24. Wenn die Druckdifferenz einen ersten kritischen Wert überschreitet, wird das Element 24 einer Phasenänderung von einer austenitischen Phase mit hohem Modul zu einer martensitischem Phase mit geringem Modul unterzogen. Die Phasenänderung ist durch reversibles Strecken (superelastische Verformung) des Elements 24 aus seiner ursprünglichen Länge begleitet. Bei einer Ausführungsform streckt sich das Element um etwa 8 % seiner ursprünglichen Länge. Wenn sich das Element 24 streckt, wird der Kolben 30 in eine zweite Position 46, die in 4 gezeigt ist, bewegt oder verstellt, die im Wesentlichen die Luftströmung durch den Durchlass 34 von dem ersten Gebiet 42 innerhalb des Reifens 22 zu dem zweiten Gebiet 44 außerhalb des Reifens 22 erlaubt, wie durch Pfeil 48 gezeigt ist.
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Wenn überschüssiges Fluid durch den Durchlass 34 entlüftet wird, wird die Druckdifferenz über die erste und zweite Seite 36, 38 des Kolbens 30 reduziert, wodurch der Zug in dem Element 24 reduziert wird. Wenn die Druckdifferenz auf einen zweiten kritischen Wert reduziert wird, erfolgt eine Rücksetzung oder Kontraktion des Elements 24 in seine ursprüngliche Länge und der Kolben 30 nimmt wieder die erste Position 40 (in 3 gezeigt) ein, die im Wesentlichen die Fluidströmung von dem ersten Gebiet 42 zu dem zweiten Gebiet 44 verhindert. Somit behält die Vorrichtung 10 passiv einen spezifischen Druckbereich in dem Reifen 22 durch Verwendung der nahezu konstanten Verformungsspannung Verformungsspannung bei, die die Formgedächtnislegierung während einer spannungsinduzierten Phasenumwandlung (Superelastizität) aufweist. Der Kolben 30 bleibt so lange nicht betätigt, bis die Druckdifferenz den ersten kritischen Wert überschreitet, wodurch eine Steuerung mit ungefährer Stufenfunktion des Systemdrucks beibehalten wird. Die Vorrichtung 10 kann in einer beliebigen Baugruppe, die ein Druckentlastungsventil erfordert, sowohl in Kraftfahrzeug- als auch Nicht-Kraftfahrzeug-Anwendungen verwendet werden.
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Bezug nehmend auf 5 ist eine Vorrichtung 110 gezeigt, die eine zweite Ausführungsform darstellt. Die Vorrichtung 110 ist als eine Drucküberwachungsvorrichtung für ein Fluidsystem konfiguriert. Das Fluidsystem kann Teil einer Reifenbaugruppe 112 eines Fahrzeugs 114 sein, wie in 3 gezeigt ist. Die Reifenbaugruppe 112 weist einen Ventilstößel 116 auf, in den ein Ventilkern 118 geschraubt ist. Der Ventilkern 118 ist ein von einer Feder 120 umgebenes Tellerventil. Der Ventilstößel 116 öffnet, um Luft in einen Reifen 122 einzuführen und wird dann durch den Druck in dem Reifen 122 oder durch die Feder 120 oder beide automatisch geschlossen und abgedichtet gehalten. Die Vorrichtung 110 weist ein Element 124 auf, das aus einer Formgedächtnislegierung in einem Zustand mit austenitischer Phase besteht. Ein Ende des Elements 124 ist funktionell mit einem fixierten Punkt, wie einer Wand 128, verbunden. Ein anderes Ende des Elements 124 ist an einem bewegbaren Element, wie dem Kolben 130, befestigt. Der Kolben 130 ist in einer Nut 132 positioniert und bewegbar. Bezug nehmend auf 5 ist eine erste Seite 136 des Kolbens 130 einem ersten Druck P1 ausgesetzt, der den Druck in dem Reifen 122 darstellt. Eine zweite Seite 138 des Kolbens 130 ist einem zweiten Druck P2 ausgesetzt, der dem Druck außerhalb des Reifens 122 entspricht. Die Druckdifferenz (Differenz zwischen P1 und P2) über die erste und zweite Seite 136, 138 des Kolbens 130 resultiert in einer Spannung oder einem Zug in dem Element 124.
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Bezug nehmend auf 5 nimmt, wenn die Druckdifferenz unter einem ersten kritischen Wert liegt, der Kolben 130 eine erste Position 140 ein. Wenn der erste Druck P1 relativ zu dem zweiten Druck P2 zunimmt, steigt der Zug in dem Element 124. Wenn die Druckdifferenz einen ersten kritischen Wert überschreitet, erfährt das Element 124 eine Phasenänderung von einer austenitischen Phase mit hohem Modul zu einer martensitischen Phase mit geringem Modul. Die Phasenänderung ist durch Strecken des Elements 124 aus seiner ursprünglichen Länge begleitet. Bei einer Ausführungsform streckt sich das Element 124 um etwa 8 % seiner ursprünglichen Länge. Wenn sich das Element 124 streckt, wird der Kolben 130 in der Nut 132 in einer ersten Richtung 142 bewegt oder verstellt. Wenn die Druckdifferenz auf einen zweiten kritischen Wert reduziert wird, erfolgt eine Rücksetzung oder Kontraktion des Elements 124 auf seine ursprüngliche Länge, und der Kolben 130 wird in der Nut 132 in einer zweiten Richtung (entgegengesetzt der Richtung 142) zu der ersten Position 140 verstellt. Ein Positionssensor 150 ist funktionell mit dem Kolben 130 zur Überwachung der Position des Kolbens 130 verbunden, die die Druckdifferenz in dem Reifen 122 reflektiert. Bezug nehmend auf 5 überträgt ein Sender 152 die Positionsdaten des Kolbens 130 an einen Empfänger 154 in dem Fahrzeug 114. Der Empfänger 154 sammelt die Positionsdaten des Kolbens 130 und kann derart konfiguriert sein, die Positionsdaten so um zuwandeln, dass eine Echtzeit-Reifendruckinformation (z.B. in Druck pro Quadratzoll) des Reifens 122 widergespiegelt wird. Der Empfänger 154 kann derart konfiguriert sein, die Echtzeit-Reifendruckinformation an einen Fahrer des Fahrzeugs 114 beispielsweise durch ein Armaturenbrett-Display oder eine vor geringem Druck warnende Leuchte zu berichten.
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Bezug nehmend auf die 6 - 8 ist eine Vorrichtung 210 gezeigt, die eine dritte Ausführungsform darstellt. Die Vorrichtung 210 ist als eine Sperrvorrichtung für einen Deckel oder eine Kappe einer Baugruppe konfiguriert. Die Vorrichtung 210 kann in einer beliebigen Baugruppe, die eine Kappe erfordert, in sowohl Kraftfahrzeug- als auch Nicht-Kraftfahrzeug-Anwendungen verwendet werden. 6 zeigt einen Abschnitt einer Kühlerbaugruppe 212 eines Fahrzeugs 214. Die Kühlerbaugruppe 212 weist eine Kappe 216 auf, die derart konfiguriert ist, eine Öffnung 218 eines Gehäuses 220 zu bedecken. Bezug nehmend auf die 7 - 8 weist die Vorrichtung 210 ein Element 224 auf, das aus einer Formgedächtnislegierung in einem Zustand mit austenitischer Phase besteht. Ein Ende des Elements 224 ist funktionell mit einem fixierten Punkt, wie einem Gehäuse 220, verbunden. Ein anderes Ende des Elements 224 ist an einem bewegbaren Element, wie dem Kolben 230, befestigt. Eine erste Seite 232 des Kolbens 230 ist einem ersten Druck P1 ausgesetzt, der den Druck innerhalb der Kühlerbaugruppe 212 darstellt. Eine zweite Seite 234 des Kolbens 230 ist einem zweiten Druck P2 ausgesetzt, der den Druck außerhalb der Kühlerbaugruppe 212 darstellt. Die Druckdifferenz (Differenz zwischen P1 und P2) über die erste und zweite Seite 232, 234 des Kolbens 230 resultiert in Spannung oder Zug in dem Element 224.
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Bezug nehmend auf 7 befindet sich, wenn die Druckdifferenz unterhalb eines ersten kritischen Werts liegt, der Kolben 230 in einer ersten Position, die ermöglicht, dass die Kappe 216 durch Drehung in der Richtung 236 entfernt werden kann. Wenn die Druckdifferenz einen ersten kritischen Wert überschreitet, erfährt das Element 224 eine Phasenänderung von einer austenitischen Phase mit hohem Modul zu einer martensitischen Phase mit geringem Modul. Die Phasenänderung ist durch Strecken des Elements 224 aus seiner ursprünglichen Länge begleitet. Bei einer Ausführungsform streckt sich das Element 224 um etwa 8 % seiner ursprünglichen Länge. Bezug nehmend auf 8 wird, wenn sich das Element 224 streckt, der Kolben 230 in eine zweite Position 242 bewegt oder verstellt und tritt mit einer Kerbe 244 in der Kappe 216 in Eingriff, wodurch eine Drehung und Entfernung der Kappe 216 verhindert wird. Somit verhindert die Vorrichtung 210 eine unbeabsichtigte manuelle Freigabe von zu stark druckbeaufschlagtem Fluid in einer Kühlerbaugruppe 212. Wenn die Druckdifferenz auf einen zweiten kritischen Wert reduziert wird, erfolgt eine Rücksetzung oder Kontraktion des Elements 224 auf seine ursprüngliche Länge, und der Kolben 230 nimmt wieder die erste Position 240 ein, die in 7 gezeigt ist, wobei er von der Kerbe ausrückt und eine Entfernung der Kappe 216 zulässt.
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Bezug nehmend auf die 9 - 10 ist eine Vorrichtung 310 gezeigt, die eine vierte Ausführungsform darstellt. Die Vorrichtung 310 ist als ein Druckentlastungsventil für ein Fluidsystem konfiguriert. Das Fluidsystem kann eine Kraftstoffleitungsbaugruppe 312 eines Fahrzeugs sein, wie in 9 gezeigt ist. Die Vorrichtung 310 kann in einer beliebigen Baugruppe, die ein Druckentlastungsventil erfordert, in sowohl Kraftfahrzeug- als auch Nicht-Kraftfahrzeug-Anwendungen verwendet werden. Bezug nehmend auf 9 weist die Baugruppe 312 einen Kraftstoffverteiler 316 auf, der Kraftstoff an einzelne Kraftstoffeinspritzeinrichtungen 318 des Fahrzeugs liefert. Die Baugruppe 312 weist eine Hochdruckkraftstoffpumpe 320 und einen Kraftstofftank 322 auf. 10 ist eine vergrößerte Ansicht eines Abschnitts von 9. Bezug nehmend auf 10 weist die Vorrichtung 310 ein Element 324 auf, das aus einer Formgedächtnislegierung in einem Zustand mit austenitischer Phase besteht. Ein Ende des Elements 324 ist funktionell mit einem fixierten Punkt der Baugruppe 312 verbunden, wie einer Wand 326, die innerhalb des Kraftstoffverteilers 316 positioniert ist. Ein anderes Ende des Elements 324 ist an einem bewegbaren Element befestigt, wie dem Ventil 330. Bezug nehmend auf 10 ist ein erstes Ende 332 des Ventils 330 funktionell mit einem fixierten Punkt der Baugruppe 312 (wie Verbindungsstelle 334 zwischen dem Kraftstoffverteiler 316 und einer Umgehung 338) verbunden, so dass sich das zweite Ende 336 des Ventils 330 drehen kann.
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Bezug nehmend auf 10 ist eine erste Seite 340 des Ventils 330 einem ersten Druck P1 ausgesetzt, der den Druck in einem ersten Gebiet 352 innerhalb des Kraftstoffverteilers 316 darstellt. Die zweite Seite 342 des Ventils 330 ist einem zweiten Druck P2 ausgesetzt, der den Druck in einem zweiten Gebiet 354 außerhalb des Kraftstoffverteilers 316 und in der Umgehung 338 darstellt. Die Druckdifferenz (Differenz zwischen P1 und P2) über die erste und zweite Seite 340, 342 des Ventils 330 resultiert in einer Spannung oder in einem Zug in dem Element 324.
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Bezug nehmend auf 10 nimmt, wenn die Druckdifferenz unterhalb eines ersten kritischen Werts liegt, das Ventil 330 eine erste Position 350 ein, die im Wesentlichen eine Fluidströmung von dem ersten Gebiet 352 zu dem zweiten Gebiet 354 verhindert. Wenn der erste Druck P1 relativ zu dem zweiten Druck P2 zunimmt, steigt der Zug in dem Element 324. Wenn die Druckdifferenz einen ersten kritischen Wert überschreitet, erfährt das Element 324 eine Phasenänderung von einer austenitischen Phase mit hohem Modul zu einer martensitischen Phase mit geringem Modul. Die Phasenänderung ist durch reversibles Strecken des Elements 324 aus seiner ursprünglichen Länge begleitet. Bei einer Ausführungsform streckt sich das Element 324 um etwa 8 % seiner ursprünglichen Länge. Bezug nehmend auf 10 wird, wenn sich das Element 324 streckt, das Ventil 330 in eine zweite Position 356 (in gestrichelten Linien gezeigt) bewegt, die im Wesentlichen die Fluidströmung von dem ersten Gebiet 352 zu dem zweiten Gebiet 354 erlaubt. Dies erlaubt eine Strömung oder Entlüftung von überschüssigem Fluid oder Kraftstoff von dem Kraftstoffverteiler 316 aus dem Kraftstoffverteiler 316 zu dem Kraftstofftank 322 durch die Umgehung 338, was zu einer Reduzierung der Druckdifferenz über die erste und zweite Seite 340, 342 des Ventils 330 führt. Wenn sich die Druckdifferenz auf über einen zweiten kritischen Wert reduziert, erfolgt eine Rücksetzung oder Kontraktion des Elements 324 auf seine ursprüngliche Länge, und das Ventil 330 nimmt wieder die erste Position 350 ein, die im Wesentlichen die Fluidströmung von dem ersten Gebiet 352 zu dem zweiten Gebiet 354 verhindert.
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Somit behält die Vorrichtung 310 passiv einen spezifischen Druck in der Baugruppe 312 durch Verwendung der nahezu konstanten Verformungsspannung der Formgedächtnislegierung bei, wenn sie sich reversibel „superelastisch“ aufgrund des spannungsinduzierten Phasenwechsels von Austenit zu Martensit verformt. Typischerweise ist ein Druckregler oder -solenoid 358 benachbart dem Kraftstoffverteiler 316 positioniert, wie in 9 gezeigt ist. Das Solenoid 358 steuert den Druck durch Öffnen einer Rückführleitung zu dem Kraftstofftank 322. Da die Vorrichtung 310 den Druck passiv steuert, kann sie in dem Fall eines Leistungsausfalls als Reserve für den Solenoid 358 verwendet werden. Alternativ dazu kann die Vorrichtung 310 als ein Ersatz für das Solenoid 358 verwendet werden.
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Bezug nehmend auf die 11 - 13 ist eine Vorrichtung 410 gezeigt, die eine fünfte Ausführungsform darstellt. Die Vorrichtung 410 weist eine erste Platte 412 mit einer hohen Biegesteifigkeit auf, die beispielsweise dadurch erreicht werden kann, dass sie aus einem Material mit hohem Modul, wie Stahl, und/oder einer geeigneten Schnittdicke hergestellt wird. Die erste Platte 42 besteht aus einem ersten Material, das derart konfiguriert ist, wesentliche Steifigkeit bereitzustellen und eine Verformung unter den Drücken zu minimieren, die in einer bestimmten Anwendung auftreten. Die erste Platte 412 ist funktionell mit einer zweiten Platte 414 verbunden oder flankiert diese, die aus der Formgedächtnislegierung in einer austenitischen Phase besteht. 13 ist eine Explosionsdarstellung, die die erste und zweite Platte 412, 414 und einen Dichtungsring 422 zeigt. Bezug nehmend auf die 11 - 12 ist der Dichtungsring 422 zwischen der ersten und zweiten Platte 412, 414 positioniert. Wie in den 11 - 13 gezeigt ist, weist die erste Platte 412 ein oder mehrere erste Löcher 416 auf, während die zweite Platte 414 ein oder mehrere zweite Löcher 418 aufweist, wobei die jeweiligen Löcher in den beiden Platten 412, 414 nicht ausgerichtet sind.
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Die Vorrichtung 410 kann als ein Druckentlastungsventil für ein Fluidsystem konfiguriert sein. Die Vorrichtung 410 kann in einer beliebigen Baugruppe, die ein Druckentlastungsventil erfordert, in sowohl Kraftfahrzeugals auch Nicht-Kraftfahrzeug-Anwendungen verwendet werden. 14 ist ein schematisches Schaubild eines Abschnitts einer Abgasbaugruppe 411 in einem Fahrzeug. Bezug nehmend auf 14 wird bei einem Beispiel die Vorrichtung 410 in einer Abgasbaugruppe 411 eingesetzt, die einen katalytischen Wandler 424 besitzt. Der katalytische Wandler 424 wird dazu verwendet, Emissionen von einem Motor 428 zu reduzieren. Ein Einlassrohr 426 speist den katalytischen Wandler 424 und ist funktionell mit dem Motor 428 verbunden. Der katalytische Wandler 424 kann funktionell mit einem Schalldämpfer 430 verbunden sein.
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Bezug nehmend auf die 11, 12 und 14 können die erste und zweite Platte 412, 414 in eine Durchbrechung 420 in dem katalytischen Wandler 424 oder dem Einlassrohr 426 eingepasst sein. Bezug nehmend auf die 11 - 12 ist eine erste Seite 440 der ersten Platte 412 einem ersten Druck P1 ausgesetzt, der den Druck in einem ersten Gebiet 442 der Baugruppe 412 darstellt. Bei einer Ausführungsform befindet sich das erste Gebiet 442 innerhalb des katalytischen Wandlers 424 (in 14 gezeigt). Bei einer anderen Ausführungsform befindet sich das erste Gebiet 442 innerhalb des Einlassrohres 426 (in 14 gezeigt). Eine zweite Seite 444 der zweiten Platte 414 ist einem zweiten Druck P2 ausgesetzt, der den Druck in einem zweiten Gebiet 446 der Baugruppe 412 darstellt. Die Druckdifferenz (Differenz zwischen P1 und P2) über die erste und zweite Seite 440, 444 resultiert in einer Spannung oder einem Zug in der ersten und zweiten Platte 412, 414.
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Bezug nehmend auf 11 sind, wenn die Druckdifferenz unterhalb eines ersten kritischen Werts liegt, das erste und zweite Loch 416, 418 nicht ausgerichtet, wodurch im Wesentlichen die Fluidströmung von dem ersten Gebiet 442 zu dem zweiten Gebiet 446 verhindert wird. Wenn die Druckdifferenz zunimmt, steigt die Spannung in der ersten und zweiten Platte 412, 414. Wenn die Druckdifferenz einen ersten kritischen Wert überschreitet, erfährt die zweite Platte 414, die aus einem SMA-Material in austenitischer Phase besteht, einen spannungsinduzierten Phasenwechsel von einer austenitischer Phase mit hohem Modul zu einer martensitischen Phase. Die Phasenänderung ist durch ein Strecken und eine BiegeVerformung der zweiten Platte 414 begleitet. Bezug nehmend auf 12 wird die zweite Platte 414 um ihren Umfang eingeschränkt, so dass sich die zweite Platte 414 auswärts biegt. Wie in 12 gezeigt ist, erfolgt das Biegen der zweiten Platte 414 so, dass das druckbeaufschlagte Fluid durch die Löcher 416 in der ersten Platte 412 und anschließend durch die Löcher 418 in der zweiten Platte 414 gelangen kann, d.h. Zulassen der Fluidströmung von dem ersten Gebiet 442 zu dem zweiten Gebiet 446.
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Wenn überschüssiges Fluid durch das erste und zweite Loch 416, 418 entlüftet wird, wird die Druckdifferenz über die erste und zweite Seite 440, 444 der ersten und zweiten Platte 412 bzw. 414 reduziert. Wenn die Druckdifferenz auf einen zweiten kritischen Wert reduziert wird, kehrt die zweite Platte 414 in die erste Position, die in 11 gezeigt ist, zurück, wodurch die Fluidströmung von dem ersten Gebiet 442 zu dem zweiten Gebiet 446 im Wesentlichen verhindert wird. Auf Grundlage des Strömungsvolumens, das in einer bestimmten Anwendung erforderlich ist, kann der Fachmann die Anzahl, Anordnung und Größen des ersten und zweiten Lochs 434, 436 wählen. Somit behält die Vorrichtung 410 passiv einen spezifischen Druck in der Baugruppe 412 durch Verwendung der nahezu konstanten Verformungsspannung der Formgedächtnislegierung in einem superelastischen Modus bei.
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Während die besten Arten zur Ausführung der Erfindung detailliert beschrieben worden sind, erkennt der Fachmann verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen zur Ausführung der Erfindung innerhalb des Schutzumfangs der angefügten Ansprüche.
