DE102012218131A1 - Verfahren zum Verringern der Wirkung einer Vorwärmzeitschwankung bei Formgedächtnislegierungsbetätigung - Google Patents

Abstract

Ein System und Verfahren zum Verringern der Wirkungen einer Vorwärmzeitraumschwankung bei der Formgedächtnislegierungsbetätigung umfassen das Erfassen des Beseitigens von Bewegungsverzögerung aufgrund von Durchhängen, Spiel und/oder elastischer Nachgiebigkeit des Aktors und Antriebsstrangs des Systems und das Ermitteln einer Aktoraktivierung infolge davon.

Description

• HINTERGRUND DER ERFINDUNG
• 1. Gebiet der Erfindung
• Die vorliegende Offenbarung betrifft im Allgemeinen Verfahren zum Verringern der Wirkung von Vorwärmzeitschwankung bei Aktoren aus Formgedächtnislegierung (SMA) und insbesondere ein System und Verfahren zum Umsetzen desselben, das die inhärenten Eigenschaften von Spiel und Durchhängen in dem System nutzt.
• 2. Erläuterung des Stands der Technik
• Aktoren aus Formgedächtnislegierung weisen infolge vieler inhärenter und externer Faktoren, einschließlich Umgebungstemperaturunterschieden, der Innentemperatur des Aktors (d. h. Grad an Abkühlung), Zusammensetzungsunterschieden von Aktor zu Aktor, der Zyklusdauer/Nutzung des Aktors und der Spannungsänderung (bei bedarfsweisem Aktivieren) von Schaltkreis zu Schaltkreis/Anwendung zu Anwendung bezüglich des Vorwärmzeitraums, d. h. der Zeit, die zum Erwärmen des SMA-Aktors bis kurz vor einer Aktivierung erforderlich ist, Schwankungen auf. Eine Schwankung des Vorwärmzeitraums bringt Probleme und Herausforderungen für Systembetriebe als Ganzes und insbesondere für software-basierte Peripheriegeräte/Algorithmen (z. B. Überlastschutz-Software), die auf einen Vorwärmzeitraum als Auslöser oder für Rückmeldung bauen, mit sich. Zum Ausgleich wurden Aktoren mit großen Vorwärmzeitraum-Toleranzen implementiert; diese Toleranzen bringen aber ihre eigenen Probleme mit sich. Unter anderem reduzieren große Toleranzen die Präzision und können zur Ineffizienz des Systems führen. Bei einem Überlastschutz-Algorithmus kann zum Beispiel Ungenauigkeit ferner zu dem mangelnden rechtzeitigen Beheben einer Überlastbedingung führen.
• KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
• Die vorliegende Erfindung bietet ein Verfahren zum Verringern der Wirkung einer Vorwärmzeitraumschwankung bei einer Betätigung einer Formgedächtnislegierung, die Durchhängen, Spiel oder elastische Nachgiebigkeit nutzt, die typischerweise den meisten Systemen innewohnen. Insbesondere nutzen das System und Verfahren der Erfindung das Beseitigen von Durchhängen, Spiel oder elastischer Nachgiebigkeit als präziseren Indikator für eine SMA-Aktivierung verglichen mit herkömmlichen Maßnahmen, die auf einem Zeit- und Signalprofil beruhen, und verwendet diesen Indikator, um eine Systemleistung besser zu prognostizieren oder zu steuern. Dadurch ist die Erfindung zum Vorsehen von präziseren und effektiveren softwarebasierten Peripheriegeräten/Algorithmen ohne Hinzufügen von Hardware brauchbar, was Vorrichtungen ergibt, die in einem breiteren Bereich von Bedingungen ordnungsgemäß funktionieren. Somit ist die Erfindung zum Ausweiten der Anwendung von softwarebasierten Maßnahmen, die verglichen mit mechanischen Entsprechungen die Anzahl an beweglichen Teilen, die Komplexität und Kosten des Gesamtsystems verringern, brauchbar. Schließlich ist die Erfindung weiterhin zum Bereitstellen von neuartigen Mitteln zum Erwerben von sekundären Informationen, die zum Verbessern von Leistung verwendet werden können, brauchbar.
• Im Allgemeinen betrifft die Erfindung ein Verfahren, das zur Implementierung durch ein System ausgelegt ist, das einen Formgedächtnislegierungsaktor und einen Antriebsstrang umfasst. Das System ist so konfiguriert, dass in dem Aktor und/oder Antriebsstrang jeweils ein zulässiger Grad an Durchhängen, Spiel oder elastischer Nachgiebigkeit aufgewiesen wird, wenn sich das System in dem nicht betätigten Zustand befindet. Das Verfahren umfasst die Schritte des Beaufschlagens des Aktors mit einem Aktivierungssignal, des Bewirkens des Vorwärmens und dann des Aktivierens des Aktors, um mindestens einen Teil des Durchhängens, Spiels oder der elastischen Nachgiebigkeit zu beseitigen, des Erfassens des Beseitigens und darauf beruhend des Ermittelns eines Starts der Aktivierung des Aktors.
• In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung, und wobei eine Aktivierung des Drahts eine Durchführung auslöst, umfasst das Verfahren das ständige Beaufschlagen des Aktors mit einem Aktivierungssignal, das Überwachen der Dauer des Beaufschlagens des Aktors mit dem Signal, das Erfassen des Starts des Beseitigens von Durchhängen, Spiel oder elastischer Nachgiebigkeit und das Ermitteln des Beginns der Umwandlung seitens des Aktors infolge des Erfassens des Beginns des Beseitigens, das Ermitteln sekundärer Informationen, wie etwa Vorwärmzeitraum, Verzögerung aufgrund von Spiel oder die Gesamtzeit bis zur Betätigung, beruhend auf der Dauer des Beaufschlagens und das Erfassen der Beendigung des Beseitigens des Durchhängens und/oder Spiels. Das Verfahren umfasst weiterhin die Schritte des Anpassens eines Algorithmus, eines Zeitgebers oder eines Schwellenwerts, die dazu dienen, die Durchführung beruhend auf den sekundären Informationen zu erzeugen. Schließlich wird die Durchführung infolge des Anpassens des Algorithmus, des Zeitgebers oder des Schwellenwerts verbessert.
• Die Offenbarung lässt sich unter Bezugnahme auf die folgende eingehende Beschreibung der verschiedenen Merkmale der Offenbarung und der darin enthaltenen Beispiele besser verstehen.
• KURZBESCHREIBUNG DER MEHREREN ANSICHTEN DER ZEICHNUNG
• Eine bevorzugte Ausführungsform(en) der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungsfiguren von beispielhaftem Maßstab näher beschrieben, wobei:
• 1 eine Ansicht eines Systems gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist, das einen Formgedächtnislegierungsdrahtaktor und Antriebsstrang mit mehreren Zahnrädern und Zahnstangen in nicht betätigten Zuständen umfasst, wobei der Aktor in dem nicht betätigten Zustand ein Durchhängen aufweist und der Antriebsstrang ein Spiel aufweist (d. h. einen Abstand zwischen den Zähnen);
• 1a eine Querschnittansicht des Drahtaktors und einer perforierten Lasche entlang A-A von 1 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist, wobei sich der Draht und die Lasche in deaktivierten und aktivierten (durch verdeckte Linien gezeigten) Stellungen befinden;
• 1b eine Teilansicht eines Antriebsstrangs ist, der ein Zahnrad und eine Zahnstange umfasst, die verzahnte Zahnrad- und Zahnstangenzähne festlegen, wobei ein Spiel als Änderung der Winkelposition der Zähne (vergleiche durchgehende und verdeckte Linienart) wiedergegeben ist;
• 1c eine Teilansicht eines Antriebsstrangs gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist, der ein erstes und zweites Zahnrad umfasst, die verzahnte Zähne aufweisen, wobei die Zähne magnetische Elemente umfassen, die dazu dienen, die Zähne zu beabstanden; und
• 2 eine Ansicht eines Systems ist, das einen Formgedächtnislegierungsdrahtaktor und Antriebsstrang umfasst, wobei es weiterhin gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung Mechanismen zum Rückstellen und Rückbilden von Durchhängen enthält.
• EINGEHENDE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
• Die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen ist lediglich beispielhafter Natur und soll in keiner Weise die Erfindung, ihre Anwendung oder Nutzungen beschränken.
• Die vorliegende Erfindung betrifft ein System 10 (1–2) und Verfahren zum Verringern der Wirkungen einer Vorwärmzeitraumschwankung bei Betätigung der Formgedächtnislegierung, um eine präzisere Ermittlung der Aktivierung zu bewirken; und insbesondere ein System 10 und Verfahren, das Durchhängen, Spiel (d. h. den Betrag der relativen Umsetzung bei angetriebenen Komponenten, der erforderlich ist, um die Antriebskraft von dem Aktor auf die Ausgabe/das Ziel zu übertragen) und/oder elastische Nachgiebigkeit (d. h. den Betrag der elastischen Durchbiegung, Kompression, Biegung oder des sonstigen strukturellen Nachgebens der Antriebskomponenten selbst während Übertragung), die dem System 10 zum Verwirklichen desselben innewohnen, verwendet. D. h. das System 10 weist auf eine der vorstehenden Weisen eine Bewegungsverzögerung auf, wie es typischerweise der Fall ist. Wie nachstehend weiter beschrieben wird, nutzt das System 10 Sensortechnologie, um das Beseitigen des Durchhängens, Spiels und/oder der elastischen Nachgiebigkeit zu detektieren, um eine SMA-Aktivierung zu erkennen sowie um bei Bedarf sekundäre Informationen zu ermitteln. Die Erfindung kann überall dort, wo SMA-Aktoren genutzt werden, und über einen breiten Bereich von Anwendungen eingesetzt werden. In vielen Systemen, die zum Beispiel eine aktive Lüftungsöffnung umfassen, kann die vorliegende Erfindung verwendet werden, um die Genauigkeit eines softwarebasierten Überlastschutz-Algorithmus zu verbessern und um insbesondere mit dem Nachverfolgen des Zeitraums eines maximal zulässigen Beaufschlagens zu einem Zeitpunkt, der zeitlich mehr dem tatsächlichen Moment der SMA-Aktivierung entspricht, zu beginnen, wenn keine Ausgabe detektiert wird (z. B. öffnen sich die Lüftungsschlitze nicht etc.).
• Wie hierin verwendet bezeichnen Formgedächtnislegierungen (SMA) im Allgemeinen eine Gruppe von Metallmaterialien, die die Fähigkeit aufweisen, zu einer vorher festgelegten Form oder Größe zurückzukehren, wenn sie einem geeigneten Wärmereiz unterzogen werden. Formgedächtnislegierungen können Phasenwechsel durchlaufen, bei denen ihre Streckgrenze, Steifigkeit, Abmessung und/oder Form als Funktion von Temperatur geändert werden. Der Begriff ”Streckgrenze” bezeichnet die Spannung, bei der ein Material eine festgelegte Abweichung von einer Proportionalität von Spannung und Dehnung aufweist. Im Allgemeinen können bei der Niedertemperatur- oder Martensitphase Formgedächtnislegierungen pseudoelastisch verformt werden und wechseln bei Einwirken einer höheren Temperatur zu einer Austenitphase oder Mutterphase, was sie zu ihrer Form vor der Verformung zurückführt.
• Formgedächtnislegierungen existieren in mehreren unterschiedlichen temperaturabhängigen Phasen. Die am häufigsten genutzten dieser Phasen sind die so genannte Martensit- und Austenitphase. In der folgenden Erläuterung bezeichnet die Martensitphase allgemein die verformbarere Phase niedrigerer Temperatur, wogegen die Austenitphase im Allgemeinen die steifere Phase höherer Temperatur bezeichnet. Wenn sich die Formgedächtnislegierung in der Martensitphase befindet und erwärmt wird, beginnt sie, in die Austenitphase zu wechseln. Die Temperatur, bei der dieses Phänomen einsetzt, wird häufig als Austenit-Starttemperatur (A_s) bezeichnet. Die Temperatur, bei der dieses Phänomen abgeschlossen ist, wird als die Austenit-Finish-Temperatur (A_f) bezeichnet.
• Wenn sich die Formgedächtnislegierung in der Austenitphase befindet und gekühlt wird, beginnt sie, in die Martensitphase zu wechseln, und die Temperatur, bei der dieses Phänomen einsetzt, wird als Martensit-Starttemperatur (M_s) bezeichnet). Die Temperatur, bei der Austenit das Wechseln zu Martensit beendet, wird als Martensit-Finish-Temperatur (M_f) bezeichnet). Im Allgemeinen sind die Formgedächtnislegierungen in ihrer Martensitphase weicher und leichter verformbar und in der Austenitphase härter, steifer und/oder starrer. Im Hinblick auf das Vorstehende ist ein geeignetes Aktivierungssignal zur Verwendung bei Formgedächtnislegierungen ein thermisches Aktivierungssignal mit einer Größenordnung, um Umwandlungen zwischen der Martensit- und der Austenitphase zu bewirken.
• Formgedächtnislegierungen können abhängig von der Legierungszusammensetzung und der Verarbeitungshistorie einen Einweg-Formgedächtniseffekt, einen intrinsischen Zweiweg-Formgedächtniseffekt oder einen extrinsischen Zweiweg-Formgedächtniseffekt aufzeigen. Geglühte Formgedächtnislegierungen weisen typischerweise nur den Einweg-Formgedächtniseffekt auf. Ein ausreichendes Erwärmen nach der Niedertemperaturverformung des Formgedächtnismaterials induziert den Übergang des Typs Martensit zu Austenit, und das Material nimmt wieder die ursprüngliche geglühte Form ein. Somit werden Einweg-Formgedächtniseffekte nur bei Erwärmen beobachtet. Aktive Materialien, die Formgedächtnislegierungszusammensetzungen umfassen, die Einweg-Gedächtniseffekte aufweisen, formen sich nicht automatisch zurück und erfordern wahrscheinlich eine mechanische Außenkraft, wenn festgestellt wird, dass es notwendig ist, die Vorrichtung zurückzustellen.
• Intrinsische und extrinsische Zweiweg-Formgedächtnismaterialien sind durch einen Formwechsel sowohl bei Erwärmen aus der Martensitphase zu der Austenitphase als auch durch einen zusätzlichen Formwechsel bei Abkühlen aus der Austenitphase zurück zur Martensitphase charakterisiert. Aktive Materialien, die einen intrinsischen Formgedächtniseffekt aufweisen, werden aus einer Formgedächtnislegierungszusammensetzung hergestellt, die die aktiven Materialien veranlasst, sich infolge der vorstehend erwähnten Phasenumwandlungen automatisch wieder umzuwandeln. Ein intrinsischen Zweiweg-Formgedächtnisverhalten muss durch Bearbeitung in dem Formgedächtnismaterial induziert werden. Solche Verfahrensweisen umfassen eine extreme Verformung des Materials, während es sich in der Martensitphase befindet, Erwärmen-Abkühlen unter Zwang oder Last oder Oberflächenabwandlung, wie etwa Laserhärten, Polieren oder Kugelstrahlen. Sobald das Material gelernt hat, den Zweiweg-Formgedächtniseffekt aufzuweisen, ist die Formänderung zwischen dem Nieder- und dem Hochtemperaturzustand im Allgemeinen reversibel und besteht über eine große Anzahl von Wärmezyklen fort. Aktive Materialien dagegen, die die extrinsischen Zweiweg-Formgedächtniseffekte aufweisen, sind Verbundwerkstoffe oder Mehrkomponenten-Werkstoffe, die eine Formgedächtnislegierungszusammensetzung, die einen Einwegeffekt aufweist, mit einem anderen Element, das eine Rückstellkraft zum Rückbilden der ursprünglichen Form vorsieht, kombinieren.
• Die Temperatur, bei der sich die Formgedächtnislegierung an ihre Form bei hoher Temperatur erinnert, wenn sie erwärmt wird, kann durch geringfügige Änderungen der Zusammensetzung der Legierung und durch Wärmebehandlung angepasst werden. Bei Nickel-Titan-Formgedächtnislegierungen kann sie zum Beispiel von oberhalb von in etwa 100°C auf unterhalb von in etwa –100°C geändert werden. Der Formwiederherstellungsprozess tritt über einem Bereich von nur ein paar Grad auf, und das Einsetzen oder Beenden der Umwandlung kann abhängig von der erwünschten Anwendung und der Legierungszusammensetzung auf innerhalb ein oder zwei Grad gesteuert werden. Die mechanischen Eigenschaften der Formgedächtnislegierung schwanken stark über dem ihre Umwandlung überspannenden Temperaturbereich, wobei sie typischerweise dem System Formgedächtniseffekte, superelastische Effekte und hohe Dämpfungskapazität verleihen.
• Geeignete Formgedächtnislegierungsmaterialien umfassen ohne Einschränkung Legierungen auf Nickel-Titan-Basis, Legierungen auf Indium-Titan-Basis, Legierungen auf Nickel-Aluminium-Basis, Legierungen auf Nickel-Gallium-Gasis, Legierungen auf Kupfer-Basis (z. B. Kupfer-Zink-Legierungen, Kupfer-Aluminium-Legierungen, Kupfer-Gold- und Kupfer-Zinn-Legierungen), Legierungen auf Gold-Cadmium-Basis, Legierungen auf Silber-Cadmium-Basis, Legierungen auf Indium-Cadmium-Basis, Legierungen auf Mangan-Kupfer-Basis, Legierungen auf Eisen-Platin-Basis, Legierungen auf Eisen-Palladium-Basis und dergleichen. Die Legierungen können binär, ternär oder von irgendeiner höheren Ordnung sein, solange die Legierungszusammensetzung einen Formgedächtniseffekt, z. B. eine Änderung der Formorientierung, Dämpfungskapazität und dergleichen, aufweist.
• Es versteht sich, dass SMA eine Modulzunahme des 2,5-fachen und eine Maßänderung (Erholung von pseudoelastischer Verformung, die in der Martensitphase induziert wird) von bis zu 8% (abhängig von dem Vordehnungsbetrag) bei Erwärmen oberhalb ihrer Übergangstemperatur von der Martensit- zur Austenitphase aufweisen. Es versteht sich, dass thermisch induzierte SMA-Phasenwechsel Einwegwechsel sind, so dass ein Vorspannkraftrückstellmechanismus (wie etwa eine Feder) erforderlich sein würde, um die SMA zu ihrer Ausgangskonfiguration zurückzuführen, sobald das angelegte Feld entfernt wird. Um die gesamte Anlage elektronisch steuerbar zu machen, kann Joulesche Erwärmung genutzt werden.
• Zurück zu der Konfiguration und den Schritten der vorliegenden Erfindung zeigt 1 ein beispielhaftes System 10, das einen Formgedächtnislegierungsdrahtaktor 12 und einen Antriebsstrang 14 umfasst; zusammen stellen der Aktor 12 und der Antriebsstrang 14 einen Antrieb dar. Der Begriff ”Draht”, wie er hierin verwendet wird, ist nicht einschränkend und schließt andere gleichwertige geometrische Konfigurationen wie etwa Bündel, Geflechte, Kabel, Seile, Ketten, Streifen, etc. ein. Zudem versteht sich, dass der Aktor 12 andere Konfigurationen, wie etwa SMA-Federn, Blech, Torsionsrohre, etc., aufweisen kann. Wie zuvor erwähnt dient das System 10 zum Detektieren des Beseitigens mindestens eines Teils des Durchhängens, Spiels und/oder der elastischen Nachgiebigkeit und zum Korrelieren der Detektion mit dem Einsetzen der Aktivierung. In einer ersten Ausgestaltung der Erfindung ist der Aktor 12 so konfiguriert, dass er Durchhängen (d. h. ein bogenförmiges, sinusförmiges oder gebogenes Profil) aufweist, wenn er deaktiviert ist; und das Beseitigen des Durchhängens wird verwendet, um zu ermitteln, wann der Aktor aktiviert ist. Wenn insbesondere eine Betätigung erwünscht ist, setzt das Verfahren der Erfindung durch Erwärmen des SMA-Drahts 12 (z. B. durch Joulsches Erwärmen) über einem Vorwärmzeitraum bei einem ersten Schritt ein. D. h. der Draht 12 wird über einen unbestimmbaren Vorwärmzeitraum durch eine geeignete Signalquelle 16 (1) ständig einem Aktivierungssignal ausgesetzt.
• Trotz des unbestimmbaren Zeitraums wird durch physikalisches Erfassen des Beseitigens des Durchhängens bei einem zweiten Schritt eine im Allgemeinen präzise Aktivierungszeit detektiert. Somit versteht sich, dass ein externer Sensor 18 weiterhin einen Teil das System 10 bildet. Zum Beispiel kann ein Stellungssensor 18, wie etwa ein photoelektrischer Sensor, verwendet werden, um eine Änderung der Position einer reflektierenden Fläche 20a, die durch eine fest an dem Draht 12 angebrachte Lasche 20 ausgebildet ist (1 und 1a), oder des Drahts 12 selbst zu detektieren. Wie in 1a gezeigt ist, kann die Lasche 20 mehrere Durchgangsöffnungen 22 ausbilden und sich orthogonal zu dem Draht 12 erstrecken, wobei ein photoelektrischer Sensor 18 so ausgerichtet und positioniert ist, dass er abhängig von der Ausrichtung seiner Lichtquelle 21 mit einer Durchgangsöffnung 22 entweder einen ”EIN”- oder einen ”AUS”-Wert registriert. Wenn der Draht 12 zu einem Durchlaufen einer Umwandlung veranlasst wird und beginnt, sich zusammenzuziehen, beseitigt er anfänglich das Durchhängen unabhängig von Systemausgabebedingungen. Dies bewirkt, dass die Lasche 20 seitlich umsetzt und der Sensor 18 zwischen ”EIN”- und ”AUS”-Werten wechselt, wenn die Lichtquelle 21 zeitweise auf Durchgangsöffnungen 22 trifft. Die Änderung der Werte registriert eine detektierte Änderung der Flächenposition, die mit dem Beseitigen von Durchhängen korreliert ist. Somit versteht sich, dass die Lasche 20 vorzugsweise an dem Punkt (z. B. einem Scheitel des gebogenen Profils) oder dem Abschnitt des Drahts 12 angebracht ist, der die stärkste seitliche Versetzung erfährt, um das beobachtbare Beseitigen von Durchhang zu maximieren.
• Bevorzugter ist, dass eine maximale Verlagerung sichergestellt wird und ein Durchhängen erzeugt werden kann, indem die Lasche 20 magnetisiert und veranlasst wird, seitlich mit einem benachbarten Eisenmaterial 24 in Eingriff zu treten (1a). D. h. in einer bevorzugten Ausführungsform kann die Lasche 20 weiterhin dazu dienen, das Durchhängen durch seitliches Dehnen des Drahts 12 in seiner Martensitphase (z. B. mittels Schwerkraft, Magnetismus, etc.) selbst zu erzeugen. Der Draht 12 ist so konfiguriert, dass die Betätigung diese Wirkung mit minimaler Behinderung überwindet.
• Alternativ kann ein Lösen zwischen der Lasche 20 und dem benachbarten Material 24 direkt erfasst werden. D. h. das benachbarte Material 24 kann als Kontakt dienen, der geschlossen wird, wenn es mit dem Lasche 20 im Eingriff steht, und der geöffnet wird, wenn es aus diesem gelöst wird. Sobald eine Aktivierung durch Beseitigen von Durchhang ermittelt wird, rückt das Verfahren zu dem nächsten Schritt vor, wo das System 10 konfiguriert ist, um eine Rückmeldung zu dem System 10 auszulösen oder zu liefern, um eine Maßnahme auszuführen. In dem vorherigen Beispiel kann das System 10 weiterhin konfiguriert sein, um eine Überlastschutz-Routine auszulösen, die das Aktivierungssignal beendet, wenn ein Schwellenzeitraum der Beaufschlagung überschritten ist, ohne dass die erwünschte Ausgabe erreicht wurde. Somit umfasst das bevorzugte System 10 weiterhin ein Steuergerät 26, das kommunzierend mit dem Aktor 12, der Signalquelle 16 und dem Sensor 18 gekoppelt ist.
• Bei einem letzten Schritt ist das bevorzugte System 10 konfiguriert, um autonom die Ausgabe zurückzuführen und in dem Aktor 12 für anschließende Verwendung ein Durchhängen zulässigen Grads wiederherzustellen. Zu diesem Zweck kann die Lasche 20 durch das benachbarte magnetische Material 24 angezogen werden, wenn sich die SMA in ihrem deaktivierten Zustand befindet, um den Draht 12 zu dehnen. In einem in 2 gezeigten anderen Beispiel ist eine Zugfeder 28, die ein Federmodul k₁ aufweist, mit einem gleitenden Antriebsstrang 14, der dem Aktor 12 entgegenwirkt, angetrieben gekoppelt; der Antriebsstrang 14 umfasst innere und äußere ineinander schiebbare Teile 30, 32, wobei der Aktor 12 mit dem inneren Teil 30 gekoppelt ist und die Feder 28 mit dem äußeren Teil 32 gekoppelt ist (2); und eine Druckfeder 34 mit einem Federmodul k₂ < k₁ greift zwischenzeitlich mit den Teilen 30, 32, um sie hin zu dem in 2 gezeigten verbundenen Zustand zu treiben. Sobald der Aktor 12 deaktiviert und veranlasst wird, zu seiner Martensitphase zurückzukehren, bewirkt die Zugfeder 28 ein pseudoelastisches Dehnen des Drahts 12 und ein Zurückführen des Antriebsstrangs 14 zu seiner ursprünglichen Position. Um das Durchhängen autonom wiederherzustellen, umfassen der Antriebsstrang 14 weiterhin mindestens eine und bevorzugter mehrere Klinken 36 mit langgezogenen Armen 38 (2). Der Antriebsstrang 14 ist so konfiguriert, dass die Klinken 36 veranlasst werden zu drehen, wenn die Teile 30, 32 zu der ursprünglichen Position zurückgeführt werden; und umfasst zu diesem Zweck ein (nicht gezeigtes) Getriebe, das dazu dient, die lineare Bewegung in eine Drehverlagerung umzuwandeln. Wenn die Arme 38 mit dem inneren Teil 30 greifen, was ihn gegen die Wirkung der Druckfeder 34 in den äußeren Teil 32 treibt, wird der Draht 12 weiter gedehnt. Sobald eine halbe Umdrehung komplett ist, schnappen die Teile 30, 32 zurück in den verbundenen Zustand, wodurch ein Durchhängen des Drahts 12 erzeugt wird. Wie zuvor erwähnt kann ein Gewicht oder Magnetismus genutzt werden, um weiter ein Durchhängen in dem Draht 12 zu erzeugen.
• In einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung kann der Antriebsstrang 14 konstruiert sein, um neben oder anstatt eines Durchhängens des Aktors 12 einen zulässigen Grad an Spiel in dem System 10 vorzusehen. D. h. bei dieser Konfiguration kann der Draht 12 straff gespannt sein, was typischerweise erwünscht ist, um während Betätigung eine schnellere Reaktion zu bewirken. Zurück zu 1 und 1b, bei denen der Antriebsstrang 14 mehrere Zahnräder 40 und Zahnstangen 42 umfasst, die verzahnte Zähne 40a, 42a aufweisen, können die Zähne 40a, 42a beabstandet sein, um einen geeigneten Grad an Spiel (d. h. Nachgeben vor dem Antreiben der folgenden Komponente) zu erzeugen. Wie bei dem vorherigen Verfahren ist ein Stellungssensor 18 relativ zu dem Antriebsstrang 14 befestigt und dient dazu, den Beginn des Beseitigens des Spiels zu detektieren. In der gezeigten Ausführungsform ist ein Drehsensor 18, wie etwa ein Potentiometer, relativ zu dem ersten Abtriebs- oder Steuerzahnrad 40 positioniert, um das beobachtbare Beseitigen von Spiel zu steigern – es versteht sich, dass Spiel bei den folgenden Komponenten in dem Antriebsstrang 14 durch Steigern der Verlagerung eines vorgegebenen Zahnrads 40 oder einer vorgegebenen Zahnstange 42 bei Antreiben der folgenden Komponenten wiedergegeben wird. Weiterhin versteht sich, dass eine größere Nähe zu dem Aktor 12 zu einer schnelleren Detektion von Spielbeseitigung sowie einem höheren Betrag an detektierbarer Spielbeseitigung führt.
• Das bevorzugte System 10 umfasst weiterhin ein Steuergerät 26, das mit dem Stellungssensor 18 kommunizierend gekoppelt ist (auch in 1 gezeigt). Das Steuergerät 26 kann eine Maßnahme oder eine Durchführung ausführen (z. B. einen Überlastschutz-Algorithmus ausführen), sobald die Aktivierung des SMA-Drahts 12 durch Erfassen des Beseitigens von Spiels detektiert wird. Die Detektion der SMA-Aktivierung kann verwendet werden, um eine Zielausgabe zu prognostizieren, und wenn eine Rückmeldung bezüglich der Ausgabe vorgesehen wird, einen Fehler (z. B. Blockieren der Sollausgabe) erkennen. Das bevorzugte Verfahren umfasst das Rückführen des Antriebsstrangs 14 zu dem nicht betätigten Zustand und das autonome Rückbilden eines zulässigen Grads eines Spiels in dem Antriebsstrang 14 für künftige Nutzung. Bei dieser Konfiguration versteht sich zum Beispiel, dass Torsionsfedern 28, die koaxial mit jedem Zahnrad 40 ausgerichtet sind, zum Zurückstellen des Systems 10 verwendet werden können. Gleichermaßen können Zugfedern (nicht gezeigt) mit jeder Zahnstange 42 angetrieben gekoppelt sein, um eine Vorspannkraft zu bieten, die dem Aktor 12 entgegenwirkt. Alternativ kann Magnetismus verwendet werden; dieses Mal durch Abstoßen von verzahnten Zähnen 40a, 42a, wobei benachbarte Zahnflächen vor der Betätigung magnetische Elemente 44 gleicher Pole umfassen, und/oder anziehende benachbarte Flächen nach der Betätigung Elemente 44 mit Gegenpolen umfassen (1c).
• Wie zuvor erwähnt umfasst eine dritte Ausgestaltung der Erfindung das Messen von elastischer Nachgiebigkeit in dem Antriebsstrang 14, wie etwa Kompression bei Zahnradzähnen, etc. oder Biegen bei Achsstangen, Zahnstangen, Hebelarmen etc. Es versteht sich, dass neben der Materialzusammensetzung die geometrische Form der Antriebskomponenten eine wesentliche Rolle bei dem Betrag der aufgewiesenen elastischen Nachgiebigkeit spielt; je stärker eine Komponente zum Beispiel gestreckt wird, desto wahrscheinlicher ist es, dass eine elastische Nachgiebigkeit in Form von Biegen erzeugt wird. Hier ist der Sensor 18, wie etwa ein linearer Stellungssensor, vorzugsweise bei oder nahe an dem Aktor 12 positioniert, um die elastische Gesamtnachgiebigkeit in dem System 10 detektieren zu können. Die von dem Antriebsstrang 14 aufgewiesene elastische Gesamtnachgiebigkeit muss wiederum zulässig sein, um sich nicht auf den Effektivhub des Aktors 12 messbar auszuwirken.
• Zuletzt versteht sich, dass das Beseitigen von Durchhängen, Spiel und/oder elastischer Nachgiebigkeit auch verwendet werden kann, um sekundäre Informationen bereitzustellen, die dann verwendet werden könnten, um die Systemleistung zu verbessern. Zum Beispiel können neben dem Erkennen einer tatsächlichen SMA-Aktivierung der Vorwärmzeitraum, die Verzögerung, die Durchhängen/Spiel/elastischer Nachgiebigkeit zugeschrieben wird, und die Gesamtzeit bis zur Betätigung (d. h. Vorwärmzeitraum plus Verzögerung) ebenfalls durch Überwachen der Dauer des Einwirkens des Signals auf den Aktor 12 und Beobachten der Beseitigung von Durchhängen/Spiel/elastischer Nachgiebigkeit mit Zeit ermittelt werden. Der Vorwärmzeitraum, die Verzögerung und/oder die Gesamtzeit bis zu Betätigung können dann zum Beispiel verwendet werden, um einen Algorithmus, Zeitgeber oder Schwellenwert anzupassen, um das System 10 für eine vorgegebene Reihe von Bedingungen anzupassen. D. h. eine Steuersoftware kann programmierbar konfiguriert sein, um eine Variable anzupassen, um einheitliche Betätigungszeiten ab dem Zeitpunkt des Empfangs des Betätigungssignals bis zum Zeitpunkt des vollständigen Betätigens der Vorrichtung zu erreichen.
• Diese schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele, um die Erfindung, einschließlich der besten Betriebsart, zu offenbaren und um einen Fachmann ebenfalls zu befähigen, die Erfindung umzusetzen und zu nutzen. Der patentierbare Schutzumfang der Erfindung ist durch die Ansprüche festgelegt und kann andere Beispiele umfassen, die dem Fachmann einfallen. Solche anderen Beispiele sollen innerhalb des Schutzumfangs der Ansprüche liegen, wenn sie strukturelle Elemente aufweisen, die nicht von dem Wortlaut der Ansprüche abweichen, oder wenn sie gleichwertige strukturelle Elemente mit unwesentlichen Unterschieden gegenüber dem Wortlaut der Ansprüche umfassen.
• Wie hierin verwendet geben ferner die Begriffe ”erste/erster/erstes”, ”zweiter/zweite/zweites” und dergleichen keine Reihenfolge oder Bedeutung an, sondern werden vielmehr verwendet, um ein Element von einem anderen zu unterscheiden, und die Begriffe ”der/die/das” und ”eine/einer/eines” geben keine Mengenbeschränkung an, sondern zeigen vielmehr das Vorhandensein mindestens eines des genannten Gegenstands an. Alle Bereiche, die auf den gleichen Betrag einer bestimmten Komponente oder Messung abzielen, schließen die Endpunkte ein und sind unabhängig kombinierbar.
• Bezugszeichenliste

10

System

12

Aktor

14

Antriebsstrang

16

Signalquelle

18

Sensor

20

Lasche

20a

Fläche

21

Lichtquelle eines photoelektrischen Sensors

22

Durchgangsöffnung

24

benachbartes Eisenmaterial/Kontakt

26

Steuergerät

28

Rückstellmechanismus

30

gleitender innerer Teil

32

gleitender äußerer Teil

34

Druckfeder

36

Klinke

38

langgezogene Arme

40

Zahnräder

40a

Zähne

42

Zahnstangen

42a

Zähne

44

magnetische Elemente

Claims (10)

1. Verfahren, das zur Implementierung durch ein System, das einen Formgedächtnislegierungsaktor und einen durch den Aktor angetriebenen Antriebsstrang umfasst und eine Bewegungsverzögerung aufgrund mindestens eines von Durchhängen, Spiel und elastischer Nachgiebigkeit aufweist, das/die in dem System in einem nicht betätigten Zustand aufgewiesen werden, und zum Verringern der Wirkungen einer Vorwärmzeitraumschwankung bei Aktivieren des Aktors ausgelegt ist, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: a) Beaufschlagen des Aktors mit einem Aktivierungssignal; b) Bewirken, dass der Aktor sich umzuwandeln beginnt, und Beseitigen mindestens eines Teils der Bewegungsverzögerung infolge des Bewirkens, dass der Aktor sich umzuwandeln beginnt; c) Erfassen des Beseitigens des mindestens einen Teils der Bewegungsverzögerung; und d) autonomes Ermitteln einer Aktivierung des Aktors beruhend auf dem Erfassen des Beseitigens des mindestens einen Teils der Bewegungsverzögerung.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Bewegungsverzögerung auf einen zulässigen Grad an Durchhängen in dem Aktor zurückzuführen ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Aktor einen Punkt umfasst, eine eine Fläche ausbildende Lasche an dem Aktor an dem Punkt angebracht ist und Schritt c) weiterhin die Schritte des sicheren Positionierens eines Stellungssensors relativ zu dem Aktor umfasst, so dass der Sensor bereit ist, mit der Lasche selektiv in Eingriff zu treten und eine Änderung der Position des Punkts zu ermitteln.
4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Bewegungsverzögerung auf einen zulässigen Grad an Spiel in dem Antriebsstrang zurückzuführen ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei Schritt c) weiterhin die Schritte des Befestigens eines linearen Stellungssensors relativ zu dem Antriebsstrang umfasst.
6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das System weiterhin ein Steuergerät umfasst, das eine Maßnahme durchführen kann und das mit dem Sensor kommunizierend gekoppelt ist, wobei das Verfahren weiterhin umfasst: e) Veranlassen des Steuergeräts, die Maßnahme infolge des Ermittelns der Aktivierung des Aktors durchzuführen.
7. Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin umfassend: e) Rückstellen des Systems zu dem nicht betätigten Zustand und autonomes Rückbilden der Bewegungsverzögerung nach Ermitteln einer Aktivierung.
8. Verfahren, das zur Implementierung durch ein System, das eine Leistung erzeugen kann und das einen Formgedächtnislegierungsaktor umfasst, der angetrieben mit einem Antriebsstrang gekoppelt ist, wobei der Aktor und/oder Antriebsstrang im nicht betätigten Zustand eine Bewegungsverzögerung aufweist, und zum Verbessern der Leistung ausgelegt ist, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: a) ständiges Beaufschlagen des Aktors mit einem Aktivierungssignal, das dazu dient, ein Vorwärmen und den Beginn der Umwandlung durch den Aktor zu veranlassen; b) Überwachen der Dauer des Beaufschlagens des Aktors mit dem Signal und Beobachten der Bewegungsverzögerung mit Zeit; c) Erfassen des Beginns des Beseitigens mindestens eines Teils der Bewegungsverzögerung und Ermitteln der Aktivierung durch den Aktor infolge davon; d) Ermitteln einer sekundären Informationen infolge der Schritte b) und c); e) Anpassen eines Algorithmus, Zeitgebers oder Schwellenwerts beruhend auf der sekundären Information; und f) Verbessern der Leistung infolge des Anpassens des Algorithmus, Zeitgebers oder Schwellenwert.
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die sekundäre Information der Vorwärmzeitraum des Aktors ist.
10. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die sekundäre Information die Gesamtbetätigungszeit des Systems ist.

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