DE102012223596B4

DE102012223596B4 - System zum selektiven betätigen eines sicherheitsmechanismus zum schutz vor elektrischem schlag und verfahren zum betreiben solch eines systems

Info

Publication number: DE102012223596B4
Application number: DE102012223596.5A
Authority: DE
Inventors: Nicholas W. Pinto IV.; Alan L. Browne; Nancy L. Johnson
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2011-12-22
Filing date: 2012-12-18
Publication date: 2022-03-24
Anticipated expiration: 2032-12-19
Also published as: CN103178456A; DE102012223596A1; CN103178456B; US20130162056A1; US9543103B2

Abstract

System (200) zum selektiven Betätigen eines Sicherheitsmechanismus zum Schutz vor elektrischem Schlag unter Verwendung eines umwandelbaren Materials (212), wobei das System (200) den Sicherheitsmechanismus und das umwandelbare Material (212) umfasst und wobei das umwandelbare Material (212):mit einer elektrischen Komponente (202), die eine elektrische Ladung aufweist, elektrisch verbindbar ist;beruhend auf einem Strom, der sich durch Fließen der elektrischen Ladung von der elektrischen Komponente (202) ergibt, zwischen einer verformten Gestalt und einer unverformten Gestalt wechseln kann; undmit dem Sicherheitsmechanismus mechanisch verbunden ist, so dass ein Wechsel des umwandelbaren Materials (212) eine Bewegung des Sicherheitsmechanismus bewirkt;wobei das umwandelbare Material (212) in dem System (200) konfiguriert und ausgelegt ist, um als Reaktion auf das Einwirken des Stroms zu seiner unverformten Gestalt zu wechseln und dadurch den Sicherheitsmechanismus zu betätigten;dadurch gekennzeichnet , dassdas System (200) weiterhin ein Verbindungsglied (206) umfasst, wobei das Verbindungsglied (206):mit einem ersten elektrischen Schalter (208) verbunden ist, wobei sich der erste elektrische Schalter (208) zwischen der elektrischen Komponente (202) und einer Stromquelle befindet und zwischen einer offenen Stellung des ersten elektrischen Schalters (208) und einer geschlossenen Stellung des ersten elektrischen Schalters (208) bewegbar ist; undmit einem positionierten zweiten elektrischen Schalter (210) verbunden ist, wobei sich der zweite elektrische Schalter (210) zwischen der elektrischen Komponente (202) und dem umwandelbaren Material (212) befindet und zwischen einer offenen Stellung des zweiten elektrischen Schalters (210) und einer geschlossenen Stellung des zweiten elektrischen Schalters (210) bewegbar ist;wobei das Verbindungsglied (206) zwischen einer ersten Stellung und einer zweiten Stellung bewegbar ist; undin dem System (200) konfiguriert und ausgelegt ist, um:den ersten elektrischen Schalter (208) zu seiner offenen Stellung zu bewegen, wenn das Verbindungsglied (206) zu der ersten Stellung bewegt wird, wodurch ein elektrischer Strom mittels des ersten elektrischen Schalters (208) am Fließen von der Stromquelle zu der elektrischen Komponente (202) gehindert wird; undden zweiten elektrischen Schalter (210) zu seiner geschlossenen Stellung zu bewegen, wenn das Verbindungsglied (206) zu seiner ersten Stellung bewegt wird, wodurch mittels des zweiten elektrischen Schalters (210) ein Fließen eines elektrischen Stroms von der elektrischen Komponente (202) zu dem umwandelbaren Material (212) zugelassen wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen das Aktivieren von Sicherheitsmechanismen unter Verwenden eines intelligenten Materials und insbesondere ein System gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zum selektiven Betätigen eines Sicherheitsmechanismus zum Schutz vor elektrischem Schlag und ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 5 zum Betreiben solch eines Systems.
Ein gattungsgemäßes System geht der Art nach im Wesentlichen aus den Druckschriften DE 42 09 815 A1 und US 5 563 390 A hervor. Ein gattungsgemäßes Verfahren geht der Art nach im Wesentlichen aus der JP H01 - 163 478 A hervor.
Bezüglich des weitergehenden Standes der Technik sei an dieser Stelle auf die CN 2 346 890 Y verwiesen.
HINTERGRUND
Um Menschen vor einem elektrischen Schlag durch elektrische Vorrichtungen wie etwa Unterbrecherkästen, andere Arten von Schaltkästen und Batteriesysteme zu schützen, werden verschiedene Sicherheitsmerkmale verwendet. Es gibt auch Sicherheitsmerkmale, um Menschen vor anderen gefährlichen Bedingungen wie etwa starker Hitze, Kälte oder hohen Strahlungswerten zu schützen.
Ein gemeinsames Sicherheitsmerkmal bei Unterbrecherkästen oder Schaltkästen ist ein mechanischer Verriegelungsmechanismus, der automatisch einrückt, sobald ein Stromhauptschalter eingeschaltet wird.
Unter Hinwendung auf die Figuren und insbesondere die ersten Figuren zeigt 1 ein Beispiel eines Unterbrecherkastens oder Schaltkastens 100, der allgemein als Stromkasten bezeichnet wird. Der Stromkasten 100 wird in einer Umgebung 102, wie etwa einem Montagewerk oder einer Fabrik, verwendet. Der Stromkasten 100 weist einen Eingang 103 zum Aufnehmen einer Stromhauptquelle 104, wie etwa eines Stromzufuhrkabels, auf.
Der in 1 gezeigte Stromkasten 100 umfasst eine Abdeckplatte oder Tür 106 oder eine andere Zugangskomponente oder ein anderes Zugangsmerkmal. Manche Stromkästen 100 (in 1 nicht gezeigt) sind offen, wobei ihnen eine solche Tür fehlt. Der Kasten 100 kann auch eine herkömmliche Verriegelung 108 umfassen, die durch einen Auslöseschalter 110 lösbar ist. Und der Kasten 100 kann einen Stromunterbrecher oder Schalter 112 aufweisen, der das Einspeisen von Strom zu dem Kasten von der Stromquelle 104 steuert. In manchen Fällen sind die Verriegelung und der Schalter indirekt verbunden, so dass das Umlegen des Schalters, um den Strom einzuschalten, auch zu einem Verriegeln der Verriegelung führt.
Zumindest manche Ausführungsformen mit einem solchen Schalter 112 oder einem anderen aktivierenden Merkmal, das selektiv von einer Person aktiviert werden kann, können als Aktivbetätigungssysteme bezeichnet werden, wobei sie konfiguriert und ausgelegt sind, um zum Betätigen eines oder mehrerer Sicherheitsmechanismen - z.B. eines Verriegelungsmechanismus, eines Blockiermechanismus und eines Mechanismus zum Geschlossenhalten einer elektrischen Verbindung zwischen der Quelle und einer Last (z.B. Alarm(e), Widerstand/Widerstände, etc.), aktiv betätigt zu werden, wodurch ein Ableiten einer unerwünschten elektrischen Ladung gefördert wird. Der vorrangig in Verbindung mit 2-8 beschriebene Mechanismus besteht aus den vorherigen zwei Mechanismen, dem Verriegelungs- und dem Blockiermechanismus.
Wenn der Hauptstrom zu solchen Kästen abgeschaltet wird - z.B. der Hauptstromschalter 112 abgeschaltet wird (und eine Hauptverriegelung hier automatisch gelöst werden kann), kann aber in dem System noch Reststrom vorhanden sein, wie etwa durch fehlendes Entladen aus jeder Subeinheit in dem Kasten oder durch eine Fehlverdrahtung des Systems. In diesem Fall kann Personal, das auf den Kasten zugreift, in der Meinung, dass sie sicher sind, da der Kasten entriegelt/zu öffnen ist und/- oder da der Schalter abgeschaltet ist, unerwünschterweise der Ladung ausgesetzt werden.
Manche Kästen weisen sekundäre Stromzuführungen auf, die falsch verdrahtet sein können, so dass Strom davon unerwünschterweise bestimmte Teile des Systems 200 erreicht, mit denen Bediener in Kontakt kommen könnten. Eine beispielhafte sekundäre Stromzuführung ist in 1 durch das Bezugszeichen 105 bezeichnet. Zum Beispiel könnte das System 200 eine separate Wechselstromleitung, wie etwa eine 120-Volt-Leitung (beispielsweise einphasig oder dreiphasig) umfassen, und wenn ein Teil des Systems falsch verdrahtet ist, könnte sein Strom zurück in eine Hauptmaschine eingespeist werden, so dass dem System immer noch Strom zugeführt werden könnte, selbst wenn ein Hauptschalter oder Unterbreeher abgeschaltet ist und die mechanische Verriegelung gelöst ist. Als weiteres Beispiel könnte das System 200 eine Gleichstromleitung umfassen, wie etwa bei Kondensatorstromschaltschränken, die mit Gleichstrommotorantrieben verbunden sind.
Personal, das auf den Kasten zugreift, kann wiederum in der Meinung, dass sie aufgrund des Öffnens des Kastens sicher sind, unerwünschterweise der Ladung ausgesetzt werden.
Das Risiko eines Schlags ist auch in Verbindung mit elektrischen Vorrichtungen mit einer lokalen Batteriequelle, einschließlich Kraftfahrzeugen und anderen Fahrzeugen, gegeben. In einem Notfall könnte zum Beispiel eine aus der Batterie stammende Ladung theoretisch verschiedene Teile außerhalb und nahe derselben erreichen.
Bezüglich Temperatur und Strahlung besteht ein übliches Sicherheitssystem darin, ein farbempfindliches Material zu verwenden, das sein Erscheinungsbild ändert, wenn es Wärme, Kälte oder Strahlung ausgesetzt wird, wodurch Menschen vor dem Zustand gewarnt werden. Andere Systeme nutzen Messgeräte, wie etwa ein Thermometer oder einen Strahlungsmesser, um Menschen zu warnen. Ein Nachteil dieser Verfahren ist, dass sie den Menschen, die die Warnung unter Umständen nicht bemerken, immer noch Zugriff auf den gefährlichen Zustand, der eintreten kann, ermöglichen.
Systeme und Verfahren zum Schützen von Personen vor einer elektrischen Ladung und anderen unerwünschten Bedingungen (z.B. Wärme, Kälte, Strahlung) sind in diesen und ähnlichen Szenarien wünschenswert.
ZUSAMMENFASSUNG
Erfindungsgemäß wird ein System mit den Merkmalen des Anspruchs 1 zum selektiven Betätigen eines Sicherheitsmechanismus unter Verwenden eines umwandelbaren Materials vorgeschlagen, um vor einem elektrischen Schlag zu schützen. Das System umfasst das umwandelbare Material, welches: (1) mit einer elektrischen Komponente mit einer unerwünschten elektrischen Ladung elektrisch verbindbar ist und (2) beruhend auf einer Stromzufuhr, die sich aus der elektrischen Ladung an der elektrischen Komponente ergibt, zwischen einer zeitweiligen Gestalt und einer ursprünglichen Gestalt wechseln kann. Das umwandelbare Material ist auch (3) mit dem Sicherheitsmechanismus mechanisch verbunden, so dass ein Wechsel des umwandelbaren Materials eine Bewegung des Sicherheitsmechanismus bewirkt. Das umwandelbare Material ist weiterhin (4) in dem System konfiguriert und ausgelegt, um als Reaktion auf das Einwirken der Stromzufuhr zu seiner ursprünglichen Gestalt zu wechseln und dadurch den Sicherheitsmechanismus zu betätigten.
Ferner wird ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 5 zum Betreiben eines Systems unter Verwenden eines umwandelbaren Materials vorgeschlagen, um zum Schutz vor einem elektrischen Schlag selektiv einen Sicherheitsmechanismus zu betätigen. Das Verfahren umfasst das Schließen eines elektrischen Schalters, der zwischen dem umwandelbaren Material und einer elektrischen Komponente mit der unerwünschten elektrischen Ladung positioniert ist, wodurch ein Fließen eines durch die Ladung hervorgerufenen elektrischen Stroms von der elektrischen Komponente zu dem umwandelbaren Material zugelassen wird. Das Verfahren umfasst auch als Reaktion auf das Schließen des elektrischen Schalters das Aufnehmen des elektrischen Stroms an dem umwandelbaren Material und als Reaktion auf das Aufnehmen des elektrischen Stroms das Wechsein des umwandelbaren Materials von einer zeitweiligen Gestalt zu einer ursprünglichen Gestalt des Materials. Das Verfahren umfasst weiterhin, dass das umwandelbare Material durch Wechseln zu seiner ursprünglichen Gestalt eine Betätigung des Sicherheitsmechanismus bewirkt.
In einer bestimmten Ausführungsform umfasst der Sicherheitsmechanismus in den vorstehend erwähnten Ausgestaltungen eine Komponente, die eine elektrische Verbindung zwischen einer unerwünschten elektrischen Ladung und einem Sicherheitssubsystem, das die unerwünschte elektrische Ladung ableitet und/oder meldet, geschlossen hält. In einer bestimmten Ausführungsform umfasst der Sicherheitsmechanismus in den vorstehend erwähnten Ausgestaltungen einen Verriegelungsmechanismus oder einen Blockiermechanismus.
In einer anderen Ausgestaltung sieht die vorliegende Erfindung ein ein umwandelbares Material verwendendes System zum selektiven Betätigen eines Sicherheitsmechanismus vor, um vor einem Einwirken eines unerwünschten Reizes zu schützen. Das System umfasst ein Vorspannungselement und den Sicherheitsmechanismus. Der Sicherheitsmechanismus ist konfiguriert, um gegen eine Kraft des Vorspannelements durch Wirken des umwandelbaren Materials selektiv zu einer eingerückten Stellung oder einer ausgerückten Stellung bewegt zu werden. Das System umfasst auch das umwandelbare Material, das in dieser Ausgestaltung in dem System so konfiguriert und ausgelegt ist, dass bei Betrieb des Systems, wenn das umwandelbare Material dem Reiz ausgesetzt wird, das umwandelbare Material von einer ersten Form zu einer zweiten Form wechselt, wodurch eine Bewegung des Sicherheitsmechanismus hervorgerufen wird. In einer bestimmten Ausführungsform umfasst der Sicherheitsmechanismus eine Verriegelung und/oder Abschirmung. In einer bestimmten Ausführungsform kann der Reiz verschiedentlich eines oder mehrere von Wärme, Fehlen von Wärme (z.B. Kälte) und Strahlung sein.
Andere Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend teils offensichtlich und teils aufgezeigt.
Figurenliste

1 veranschaulicht einen herkömmlichen Unterbrecher- oder Schaltkasten.
2 veranschaulicht ein Subsystem zum automatischen Verriegeln eines elektrischen Systems in einem nicht betätigten Zustand, während ein System-Hauptstromschalter eingeschaltet ist, nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Technologie.
3 veranschaulicht das Subsystem von 2 in einem nicht betätigten Zustand, während der System-Hauptstromschalter abgeschaltet ist, nach einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie.
4 veranschaulicht das Subsystem von 2 in einem betätigten Zustand, während der System-Hauptstromschalter abgeschaltet ist, nach einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie.
5 veranschaulicht einen Unterbrecher- oder Schaltkasten nach der vorliegenden Technologie.
6 veranschaulicht ein Verfahren zum Betreiben der hierin beschriebenen Systeme.
7 veranschaulicht ein Subsystem zum automatischen Abschirmen von Komponenten in einem nicht betätigten Zustand, während ein System-Hauptstromschalter eingeschaltet ist, nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Technologie.
8 veranschaulicht das Subsystem von 7 in einem betätigten Zustand, während der System-Hauptstromschalter abgeschaltet ist, nach einer Ausführungsform der vorliegenden Technologie.
9 veranschaulicht ein Subsystem zum automatischen Verriegeln eines elektrischen Systems mit einer auslösenden Komponente in einem unbetätigten Zustand nach einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Technologie.
10 veranschaulicht eine erste beispielhafte auslösende Komponente in einem nicht betätigten Zustand für das in 9 gezeigte Subsystem.
11 veranschaulicht die erste beispielhafte auslösende Komponente von 10 in einem betätigten Zustand.
12 veranschaulicht eine zweite beispielhafte auslösende Komponente in einem betätigten Zustand.
13 veranschaulicht eine zweite beispielhafte auslösende Komponente in einem nicht betätigten Zustand für das in 9 gezeigte Subsystem.
14 veranschaulicht die zweite beispielhafte auslösende Komponente von 13 in einem betätigten Zustand.
15 veranschaulicht das Subsystem von 9 in einem betätigten Zustand nach einer Ausführungsform der vorlegenden Technologie.
16 und 17 veranschaulichen ein Subsystem zum automatischen Verriegeln eines Systems als Reaktion auf einen vorbestimmten Reiz nach einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Technologie.

EINGEHENDE BESCHREIBUNG
Nach Bedarf werden detaillierte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung hierin offenbart. Die offenbarten Ausführungsformen sind lediglich Beispiele, die in verschiedenen und alternativen Formen und Kombinationen derselben verkörpert werden können. Wie hierin verwendet bezeichnen zum Beispiel „beispielhaft“ und ähnliche Begriffe breit gefasst Ausführungsformen, die als Veranschaulichung, Exemplar, Modell oder Muster dienen.
Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu, und manche Merkmale können übertrieben groß oder minimiert sein, um etwa Einzelheiten von bestimmten Komponenten zu zeigen. In manchen Fällen wurden gut bekannte Komponenten, Systeme, Materialien oder Verfahren nicht eingehend beschrieben, um ein eine verwirrende Darstellung der vorliegenden Offenbarung zu vermeiden.
Überblick über die Erfindung
Die vorliegende Technologie nutzt umwandelbare Materialien, wie etwa intelligente Materialien und insbesondere Formgedächtnislegierungen (SMA, kurz vom engl. Shape Memory Alloys), die bei einer niedrigen Temperatur mühelos verformt werden können, sich aber über ihrer Umwandlungstemperatur zu einem viel stärkeren Zustand (bei Formgedächtnislegierungen ist dies eine in etwa 2,5-fache Zunahme des Moduls) umwandeln.
In verschiedenen bestimmten Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Offenbarung Systeme und Verfahren zum Betätigen von Sicherheitsverriegelungen und Alarmen unter Verwenden eines umwandelbaren Materials. Die Offenbarung beschreibt auch Systeme und Verfahren zum Beseitigen einer unerwünschten elektrischen Ladung von einer lokalen Quelle, wie etwa einer Batterie, unter Verwenden eines intelligenten Materials.
Im Allgemeinen sind umwandelbare Materialien, wie etwa intelligente Materialien, solche, die ein oder mehrere Eigenschaften aufweisen, die in gesteuerter Weise durch externe Reize, wie etwa Temperatur, elektrisches Feld, Spannung, Magnetfeld oder pH-Wert, geändert werden können. Übliche intelligente Materialien umfassen piezoelektrische Materialien, Formgedächtnislegierungen, Formgedächtnispolymere, magnetostriktive Materialien, magnetische Formgedächtnislegierungen, pH-empfindliche Polymere, auf Temperatur ansprechende Polymere und chrome Materialien.
Während überführbare Materialien der Einfachheit halber hierin meist als intelligente Materialien bezeichnet werde, sollen die Nutzungen des Begriffs intelligent das Material nicht auf eine bestimmte Art von umwandelbarem Material beschränken, und Verweise auf intelligente Materialien sollten hierin so verstanden werden, dass sie breitere Auslegungen umfassen, wodurch das Material ein anderes umwandelbares Material sein kann als nur das, das als intelligentes Material betrachtetet wird.
Die meisten Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung nutzen intelligente Materialien, die konfiguriert sind, um sich als Reaktion auf eine Strom- oder Wärmezufuhr zu ändern. Übliche intelligente Materialien dieser Art sind Formgedächtnislegierungen.
Eine Formgedächtnislegierung ist eine Metalllegierung, die sich an eine kalt geformte Gestalt erinnert. Diese Gestalt kann auch als ursprünglicher, anfänglicher oder dauerhafter Zustand bezeichnet werden. Wenn die Legierung durch eine angelegte Last von dieser ursprünglichen Gestalt verformt wurde, kehrt sie als Reaktion auf das Einwirken einer Zufuhr von Wärme oder elektrischem Strom zu dieser zurück, d.h. weist Formgedächtnis auf. Formgedächtnislegierungen sind üblicherweise durch Bezeichnungen, die die folgenden umfassen, bekannt: SMA, intelligentes Metall, Gedächtnismetall, Gedächtnislegierung, Formgedächtnisdraht und intelligente Legierung.
Im manchen Ausführungsformen umfasst die vorliegende Technologie das Verbinden des intelligenten Materials mit einem Teil, der eine unerwünschte elektrische Ladung aufweist. Ein beispielhaftes Teil ist eine Schaltkastenleitung mit einer unerwünschten Restladung, wie etwa von Elektrizität, die in Komponenten des Kastens bleibt, nachdem der Strom zu dem Kasten bereits unterbrochen wurde. In einem anderen Beispiel gibt es mindestens eine sekundäre Stromquelle für den Kasten, wie etwa eine kleine Stromleitung, die von einer Hauptstromleitung (z.B. Hauptstromleitung 104) getrennt ist. In einem noch anderen Beispiel ist in einem System oder einem elektrischen Subsystem desselben eine unerwünschte Ladung vorhanden, die aus einer lokalen Stromquelle stammt, wie etwa einer Batterie.
Die Technologie umfasst auch einen oder mehrere Sicherheitsmechanismen, die mit dem intelligenten Material verbunden sind. Die Sicherheitsmechanismen sind bezüglich des intelligenten Materials konfiguriert und ausgelegt, um durch das intelligente Material betätigt zu werden.
Als Reaktion auf das Verbinden des intelligenten Materials mit dem elektrifizierten Teil dringt Strom in das Material ein, was dessen Wechseln von seinem zeitweiligen verformten Zustand zu seiner anfänglichen dauerhaften Gestalt bewirkt. Durch Ändern seiner Gestalt betätigt das intelligente Material den zugeordneten Sicherheitsmechanismus, wie etwa durch Ziehen einer Sicherheitsverriegelung an Ort und Stelle, Bewegen einer Abdeckplatte in eine Stellung, die Bedienerzugriff zu elektrifizierten Komponenten blockiert, und/oder Geschlossenhalten eines Schaltkreises, der unerwünschte Ladung ableitet.
Das System kann auch eine elektrische Masse umfassen, die mit der die unerwünschte Ladung aufweisenden Komponente verbunden ist. Das intelligente Material kann zwischen der geladenen Komponente und der Masse (z.B. durch eine Last wie etwa einen Widerstand, Alarme, eine induktive Spule etc.) angeschlossen sein und/oder die Verbindung zwischen der geladenen Komponente und der Masse zusammenhalten.
In manchen Ausführungsformen umfasst das System einen oder mehrere Alarme, die in dem Schaltkreis zwischen dem elektrifizierten Teil und der Masse angeschlossen sind. Beispielhafte Alarme umfassen optische Alarme, wie etwa eine Leuchte, und akustische Alarme, wie etwa eine Sirene oder Hupe, und sehen auch ein passives Mittel zum Melden an ein Überwachungssystem vor. In manchen Ausführungsformen kann das Überwachungssystem ein beliebiges zentrales computerisiertes und/oder bemanntes System zum Nachverfolgen und Melden relevanter Vorgänge an Personal und/oder andere Systeme sein. Ein relevanter Vorgang könnte zum Beispiel das Einrücken eines eine SMA umfassenden Sicherheitssystems als Reaktion auf Reize wie etwa: (i) Joulesches Erwärmen durch einen unerwünschten elektrischen Strom, (ii) unerwünschte Änderung der Umgebungstemperatur, wie etwa Wärme von einem Feuer oder Motorraum (z.B. einem Kühler) oder aus einer kryogenen Umgebung, wie etwa einem Behälter oder Raum, der flüssigen Stickstoff enthält, (iii) unerwünschte Strahlung sein. Das Überwachungssystem umfasst in manchen Ausführungsformen ein Fernbearbeitungszentrum, wie etwa das OnStar®-System (OnStar ist eine eingetragene Marke von OnStar, LLC, einem Tochterunternehmen von General Motors Corporation).
Vorteile der vorliegenden Technologie umfassen das Schützen von Personen vor einem elektrischen Schlag durch eines oder mehrere von automatischem Verriegeln eines Gehäuses, Blockieren des Zugriffs auf geladene Komponenten, Vorsehen einer optischen oder akustischen Meldung der unerwünschten Ladung und Ableiten der Ladung. Andere Vorteile umfassen das Vorsehen solcher Schutzmöglichkeiten unter Verwenden von unerwünschter Elektrizität und damit ohne Verwendung und damit Einsparung anderer Elektrizität. Das Vorsehen erfolgt in jedem Fall auch ohne die Kosten oder andere Belastungen, die mit komplexen Vorrichtungen wie etwa einer Computerrecheneinheit in Verbindung stehen. Als noch weiterer Vorteil sind die Technologie einiger Ausführungsformen der vorliegenden Technologie konfiguriert und ausgelegt, um ihre erwünschten Funktionen (z.B. Verriegeln, Blockieren, Ableiten, Warnen) nicht nur automatisch, sondern auch bis die Ausführung nicht länger erforderlich ist - d.h. bis die unerwünschte Ladung beseitigt oder zumindest in gewissem Umfang abgeschwächt wurde - auszuführen.
Figur 2
Zurück zu den Figuren veranschaulicht 2 ein schematisches Blockdiagramm einer Umgebung bzw. eines Systems 200, in der/dem die vorliegende Technologie implementiert ist. Die in 2 gezeigten Komponenten können alle ein Teil einer einzigen Einrichtung, wie etwa eines Strom- oder Schaltkastens, sein.
Das System 200 umfasst mindestens eine Systemkomponente 202, die durch eine von einer Stromzufuhr 104, wie etwa der in 1 gezeigten Stromleitung 104, erhaltene Elektrizität betrieben wird. Die Systemkomponente(n) 202 kann/können ein breites Spektrum an elektrischen Vorrichtungen oder Teilen umfassen, wie etwa Sicherungen, Rechenschaltkreise, Kondensatorbänke (Gruppen von Kondensatoren, die gemeinsam gruppiert sind, um eine größere Ladung aufzubauen), Elektromotorantriebe und Bremsen, Temperatursteuerungen und programmierbare Logiksteuergeräte (PLC).
Eine Stromleitung 204, die die Zufuhr 104 und die Systemkomponente 202 verbindet, ist selektiv zu öffnen/schließen. Zum Beispiel kann in einer Ausführungsform die Verbindung mittels eines Aktors 112, wie etwa des in 1 gezeigten Stromschalters, geöffnet und geschlossen werden. Wenn sich der Aktor 112 in einer eingeschalteten Stellung befindet, wie sie in 2 gezeigt ist, hält ein Verbindungsglied 206, das mit dem Aktor 112 verbunden oder ein Teil desselben ist, einen ersten elektrischen Schalter 208 in einer geschlossenen Stellung, wie ebenfalls in 2 gezeigt ist. Das Verbindungsglied 206 umfasst einen oder mehrere Teile. Der erste elektrische Schalter 208 ist zwischen der Systemkomponente 202 und der Stromzufuhr 104 angeschlossen. Wenn der erste elektrische Schalter 208 geschlossen ist, wie in 2 gezeigt ist, fließt Strom 209 von der Stromzufuhr 104 zu der Systemkomponente 202.
In manchen Ausführungsformen soll die Stromleitung 204 Teil der elektrischen Komponente 202 sein. In Ausführungsformen, die zum Beispiel dazu dienen, einen Zugriff auf die elektrische Komponente zu beschränken, um zu vermeiden, dass eine Person einen Schlag erhält (siehe z.B. 4 und 8), kann man sagen, dass die Schutzvorrichtungen allgemein den Zugriff der Person auf die elektrische Komponente beschränken, die mit der elektrischen Komponente 202 elektrisch verbundene leitende Teile wie etwa die Leitungen 204, 210 umfassen kann (siehe z.B. 8). Die elektrische Komponente 202 kann einen oder zahlreiche leitende Teile umfassen, die eine unerwünschte Ladung führen können.
Das System 200 ist auch so konfiguriert, dass ein zweiter elektrischer Schalter 210 offen ist, wenn sich der Stromschalter in der eingeschalteten Stellung befindet. Der zweite elektrische Schalter 210 ist zwischen der Komponente 202 und einem umwandelbaren Material 212, etwa einem intelligenten Material, angeschlossen.
Beispielhafte intelligente Materialien zur Verwendung in dieser Ausgestaltung, d.h. Formgedächtnislegierungen, sind vorstehend beschrieben. Wie in 2 und 3 schematisch gezeigt ist, ist das Verbindungsglied 206 konfiguriert und ausgelegt, um (i) ein Schließen des ersten elektrischen Schalters 208 und gleichzeitig ein Öffnen des zweiten elektrischen Schalters 210 zu bewirken, wenn sich der Stromschalter 112 in seiner eingeschalteten Stellung befindet (2), und (ii) ein Öffnen des ersten elektrischen Schalters 208 und gleichzeitig Schließen des zweiten elektrischen Schalters 210 zu bewirken, wenn sich der Stromschalter 112 in seiner ausgeschalteten Stellung befindet (3).
Das intelligente Material 212 ist direkt oder indirekt mit einem Sicherheitsmechanismus, wie etwa einer Verriegelungskomponente 214, verbunden. In dem Beispiel von 2 ist das intelligente Material 212 mittels einer Zwischenkomponente 213 mit der Verriegelungskomponente 214 verbunden. In diesem Beispiel und in anderen Ausführungsformen dient die Zwischenkomponente 213 dazu, eine erste Bewegung des intelligenten Materials zu einer zweiten Bewegung der Verriegelungskomponente 214 umzusetzen, wie weiter unten beschrieben wird.
In manchen Ausführungsformen wird die Verriegelungskomponente 214 durch eine Vorspannkomponente 216, wie etwa eine Zugfeder, hin zu der in 2 gezeigten unverriegelten Stellung vorgespannt. Die Vorspannkomponente 216 könnte alternativ oder zusätzlich andere Federn, wie etwa eine Spiralfeder oder eine ungefederte Vorspannvorrichtung, umfassen.
Die Verriegelungskomponente 214 kann beliebige übliche Verriegelungsteile, wie etwa einen Riegel oder einen Stift, umfassen, wie beispielhaft in 2 gezeigt ist. Der Verriegelungsteil der Verriegelungskomponente 214 ist mit einem komplementierenden Teil 218, wie etwa einer Platte oder einer anderen Sicherungskomponente mit einer Aufnahme 220 zum Aufnehmen eines Riegels oder Stifts, verbindbar. Der komplementierende Teil 218 ist Teil des von dem intelligenten Material 212 betätigten Sicherheitsmechanismus und in manchen Ausführungsformen soll der komplementierende Teil 218 ein Teil der Verriegelungskomponente 214 sein. In manchen Ausführungsformen soll das intelligente Material 212 ein Teil dessen sein, was als Sicherheitsmechanismus bezeichnet wird, wobei es selektiv andere Teile des Sicherheitsmechanismus betätigt, während es in anderen Ausführungsformen selektiv getrennte Teile des Sicherheitsmechanismus verbinden und betätigen soll.
Figur 3
Als Reaktion auf das Schalten des Aktors 112 zu einer abgeschalteten Stellung, wie in 3 gezeigt ist, wird eine Verbindung zwischen der Stromzufuhr 104 und der Komponente 202 unterbrochen. Als Reaktion auf das Schalten des Schalters zu seiner abgeschalteten Stellung bewegt das Verbindungsglied 206 insbesondere, wie gezeigt, (a) den ersten elektrischen Schalter 208 zu einer unterbrochenen Stellung, die die Verbindung zwischen der Zufuhr 104 und der Komponente 202 unterbricht/öffnet, und (b) bewegt den zweiten elektrischen Schalter 210 zu einer verbundenen Stellung, die eine Verbindung zwischen der Komponente und dem intelligenten Material schließt.
Wenn der zweite elektrische Schalter 210 geschlossen ist, fließt eine unerwünschte elektrische Ladung, die in der Systemkomponente 202 vorhanden ist, als Strom 219 von der Systemkomponente 202 durch den zweiten elektrischen Schalter 210 zu dem intelligenten Material 212, wie in 3 gezeigt ist.
Figur 4
Als Reaktion auf das Verbundensein des intelligenten Materials 212 mit der elektrifizierten Systemkomponente 202 dringt der Strom 219 in das Material 212 ein bzw. beeinflusst (z.B. erwärmt) es, was das Material von seiner schematisch in 2 und 3 gezeigten verformten Gestalt zu seiner schematisch in 4 gezeigten anfänglichen dauerhaften Gestalt zurückkehren lässt. Die Verformung ist schematisch durch mit dem Bezugszeichen 221 bezeichnete Pfeile gezeigt.
Wie in 4 gezeigt ist, ist das intelligente Material 212 mit einem ersten Fügeteil oder -abschnitt 222 an, benachbart zu oder nahe einer Schnittstelle des intelligenten Materials 212 und der Zwischenkomponente 213 verbunden. In dem gezeigten Beispiel umfasst das Teil ein rotationslineares Merkmal, das das intelligente Material und die Zwischenkomponente 213 zueinander bei einem Winkel und linear bewegen lässt. Die beispielhafte lineare Bewegung, die an dem ersten Fügeteil oder -abschnitt 222 durch das Verformen des intelligenten Materials 212 bewirkt wird, ist in 4 durch einen durch das Bezugszeichen 223 bezeichneten Pfeil gezeigt.
Die Zwischenkomponente 213 dreht wiederum (in der schematischen Ansicht von 4 gegen den Uhrzeigersinn) um einen Drehpunkt 227, was eine Bewegung eines zweiten Fügeteils oder -abschnitts 224 bewirkt. Der zweite Fügeabschnitt dieses Beispiels umfasst wie der erste ebenfalls ein rotationslineares Merkmal. Durch das Drehen und Bewegen des ersten Fügeabschnitts 222 nach links (Pfeil 223) wird der zweite Fügeabschnitt 224 veranlasst, sich nach rechts zu drehen und zu bewegen, wie in 4 durch einen mit dem Bezugszeichen 225 bezeichneten Pfeil gezeigt ist. Hierin vorgesehene Richtungshinweise, wie etwa links, rechts, nach oben, nach unten, sind willkürlich und werden für die Erleichterung der Beschreibung und das Verständnis der Konzepte der vorliegenden Technologie gegeben.
Der zweite Fügeabschnitt 224, der sich in der schematischen Ansicht von 4 nach rechts bewegt, bewirkt, dass sich die Verriegelungskomponente 214 gleichfalls nach rechts bewegt. Die Verriegelungskomponente 214, die sich ausreichend nach rechts bewegt, greift mit dem komplementierenden Riegelteil 218, wie etwa einer Platte, durch Eintreten in eine Aufnahme 220 desselben. Der komplementierende Riegelteil 218 ist an der schematisch in 4 gezeigten Position durch Inpassungtreten mit der (z.B. aufnehmenden) Verriegelungskomponente 214 ortsfest gesichert.
Die das intelligente Material 212 und die Verriegelungskomponente 214 verbindenden Teile können allgemein als Zwischenteile bezeichnet werden. Diese umfassen mindestens die Zwischenkomponente 213. Der erste Fügeabschnitt 222 kann ein Teil der Zwischenteile oder eines Subsystems, das das intelligente Material 212. umfasst, sein. Der zweite Fügeabschnitt 225 kann ein Teil der Zwischenteile oder eines Subsystems, das die Verriegelungskomponente 214 umfasst, sein.
In manchen Ausführungsformen gibt es keine Zwischenteile. Vielmehr ist das intelligente Material 212, das wie beschrieben zusätzliche Verbindungsmerkmale umfassen kann, wie etwa den ersten Fügeabschnitt 22, effektiv direkt mit einem Sicherheitsmechanismus verbunden, der in dem Beispiel von 2-5 die Verriegelungskomponente 214 umfasst, wobei die Verriegelungskomponente zusätzliche Verbindungsmerkmale umfassen kann, wie etwa wie ebenfalls beschrieben den zweiten Fügeabschnitt 224.
Es versteht sich auch, dass gezeigte Zwischenteile lediglich schematische Darstellungen von verschiedenen Formen von Zwischenteilen neben einer reinen Schwenkanordnung sind. In einer erwogenen Ausführungsform umfassen die Zwischenteile zum Beispiel eine Zahnstangen-Ritzel-Anordnung. Zum Beispiel kann ein Ritzel zugeordnet sein, um mit der Bewegung des intelligenten Materials aufgrund seiner Verformung zu drehen, und eine Zahnstange kann sowohl mit dem Ritzel als auch der Verriegelungskomponente 214 verbunden sein, so dass die Zahnstange als Reaktion auf die Drehung des Ritzels linear umsetzt.
Das intelligente Material 212 soll in manchen Ausführungsformen Teil eines Ladung ableitenden oder abbauenden Subsystems sein. Eine Funktion des Subsystems ist das Ableiten oder Abschwächen einer unerwünschten Ladung in dem System 200 und insbesondere zum Beispiel einer unerwünschten Ladung von der/den elektrischen Komponente(n) 202. In manchen Ausführungsformen (in 2 nicht näher gezeigt) ist das intelligente Material 212 nicht Teil des die Ladung ableitenden oder abbauenden Subsystems.
Wie vorstehend erwähnt umfasst das System 200 in manchen Ausführungsformen eine oder mehrere Warnungen oder Alarme 230, 232. Die Alarme 230, 232 werden im Schaltkreis als Reaktion auf das Betätigen des intelligenten Materials 212 und/oder währenddessen mit der elektrischen Komponente 202 verbunden. Zum Beispiel sind in dem Beispiel von 2-4 die Alarme 230, 232 mit dem elektrischen Schalter 210 verbunden, so dass bei Bewegen des Schalters 210 von seiner offenen Stellung (2 und 3) zu seiner geschlossenen Stellung (4) der Strom 219, der von der elektrischen Komponente 202 abgeleitet wird, zu den Alarmen 230, 232 fließt.
Die Alarme 230, 232 können bezüglich des intelligenten Materials 212 in verschiedenen Positionen positioniert werden. Während sie zum Beispiel in 4 zwischen dem intelligenten Material 212 und einer elektrischen Masse 234 positioniert gezeigt sind, sind die Figuren und die Beschreibung auch so auszulegen, dass sie einen oder mehrere der Alarme 230, 232 zwischen dem intelligenten Material 212 und dem elektrischen Schalter 210 positioniert vorsehen.
Während zwei Alarme gezeigt sind, umfassen die Alarme 230, 232 in manchen Ausführungsformen eine beliebige Anzahl an getrennten oder kombinierten Alarmvorrichtungen. Die beispielhaft dargestellten Alarmvorrichtungen umfassen einen optischen Alarm 230, wie etwa eine Leuchte, und einen akustischen Alarm 232, wie etwa eine Hupe oder eine Sirene.
In manchen Ausführungsformen kann in Betracht gezogen werden, dass die Alarme 230, 232 ein Überwachungssystem oder zumindest eine Verbindung zu einem solchen Überwachungssystem zum Liefern von Signalen (z.B. eines elektrischen Signals), einer Meldung (z.B. einer Email, einer telefonischen Mitteilung), Ton, Licht, etc. zu einem solchen Überwachungssystem umfassen. In manchen Ausführungsformen kann das Überwachungssystem ein beliebiges zentrales computerisiertes und/oder bemanntes System zum Nachverfolgen und Melden relevanter Vorgänge an Personal und/oder andere Systeme sein. Ein relevanter Vorgang könnte zum Beispiel das Einrücken eines eine SMA umfassenden Sicherheitssystems als Reaktion auf Reize wie etwa: (i) Joulesches Erwärmen durch einen unerwünschten elektrischen Strom, (ii) unerwünschte Änderung einer Umfeld- oder Umgebungstemperatur, wie etwa Wärme von einem Feuer oder aus einer kryogenen Umgebung, wie etwa einem Behälter oder Raum, der flüssigen Stickstoff enthält, (iii) unerwünschte Strahlung sein. Das Überwachungssystem umfasst in manchen Ausführungsformen ein Fernbearbeitungszentrum, wie etwa das vorstehend erwähnte OnStar®-System.
In Ausführungsformen, in denen die Alarme 230, 232 vorhanden und positioniert sind, um Strom 219, der aus der unerwünschten Ladung der elektrischen Komponente 202 stammt, aufzunehmen, sollen die Alarme Teil des vorstehend erwähnten, die Ladung ableitenden oder abbauenden Subsystems sein. Die relevanten Alarme tragen somit zu der Funktion des Ableitens oder Abschwächens einer unerwünschten Ladung in dem System 200 und insbesondere zum Beispiel einer unerwünschten Ladung an der/den elektrischen Komponente(n) 202 bei. Die Alarme tun dies durch Abziehen eines Teils des Stroms für ihren Betrieb.
Die vorstehend erwähnte elektrische Masse 234 soll, wenn sie wie beschrieben vorhanden ist, ebenfalls Teil des vorstehend erwähnten, die Ladung ableitenden oder abbauenden Subsystems sein, die zu der Funktion des Ableitens oder Abschwächens einer unerwünschten Ladung in dem System 200 und insbesondere zum Beispiel einer unerwünschten Ladung von der/den elektrischen Komponente(n) 202 beiträgt.
Das System 200 kann auch einen oder mehrere Widerstände 236 umfassen. Der Widerstand 236 kann bezüglich des intelligenten Materials 212 an verschiedenen Positionen positioniert werden. Während er zum Beispiel in 4 zwischen dem intelligenten Material 212 und der elektrischen Masse 234 positioniert gezeigt ist, sind die Figuren und die Beschreibung auch so auszulegen, dass sie einen oder mehrere Widerstände 236, die zwischen dem intelligenten Material 212 und dem elektrischen Schalter 210 positioniert sind vorsehen. In Ausführungsformen, bei denen der Widerstand 236 vorhanden und positioniert ist, um Strom 219, der von der unerwünschten Ladung der elektrischen Komponente 202 stammt, aufzunehmen, wird der Widerstand 236 als Teil des vorstehend erwähnten, die Ladung ableitenden oder abbauenden Subsystems gesehen. Relevante Widerstände 236 tragen somit zu der Funktion des Ableitens oder Abschwächens einer unerwünschten Ladung in dem System 200 und insbesondere von zum Beispiel unerwünschter Ladung an der/den elektrischen Komponente(n) 202 bei. Der Widerstand 236 tut dies durch Abziehen eines Teils des Stroms mittels seiner Widerstandseigenschaften.
Während sie schematisch in dem System 200 gezeigt ist, versteht sich, dass die elektrische Masse 234 oder Teile derselben außerhalb des Systems 200 sein können. Dieselbe Möglichkeit besteht für jeden der in Verbindung mit den vorgesehenen Systemen beschriebenen und gezeigten Teile. Zum Beispiel können ein oder mehrere der Teile der Systeme 200, 700, die in 2-4 und 6-9 gezeigt sind, vollständig oder teilweise in dem System sein oder vollständig oder teilweise außerhalb des Systems und mit diesem verbunden sein. Neben dem Beispiel des teilweisen oder vollständigen Vorliegens der elektrischen Masse 234 außerhalb des Systems 200 und mit diesem verbunden können beliebige der elektrischen Komponente 202, der Alarme 230, 232, des Widerstands 236 und der gesamte oder ein Teil des Sicherheitsmechanismus (z.B. die komplimentierende Riegelkomponente 218/220) teilweise oder vollständig außerhalb des Systems 200 und mit diesem verbunden sein.
In manchen Ausführungsformen ist das System 200 so konfiguriert und ausgelegt, dass eine Bewegung des intelligenten Materials 112 durch dessen Wiedereinnehmen der Gestalt (Formgedächtnis) bewirkt, dass eine Verbindung (z.B. der zweite elektrische Schalter 210) zwischen der elektrischen Komponente 202 und dem ableitenden oder abbauenden Subsystem geschlossen gehalten wird. Diese Funktion ist in der schematischen Darstellung von 14 ersichtlich. Durch diese Anordnung wird eine Verbindung zwischen den elektrischen Komponenten und den Komponenten des ableitenden/abbauenden Subsystems beibehalten, solange eine unerwünschte Ladung zu dem intelligenten Material 212 fließt, was es in seinem unverformten Zustand verbleiben lässt, z.B. zusammengezogen verglichen mit einer pseudoplastisch verformten Gestalt. Wenn bei einer solchen Ausführungsform die unerwünschte Ladung beseitigt oder hinreichend reduziert wird, wird das intelligente Material 212 durch das Vorspannelement 216 (z.B. das in 8 gezeigte Vorspannelement 216) gedehnt, um zu oder zumindest deutlich hin zu seiner gedehnten Einbaugestalt zurückzukehren, und dadurch stoppt das intelligente Material 212 das Geschlossenhalten der Verbindung zwischen der elektrischen Komponente und dem ableitenden/abbauenden Subsystem vollständig oder in gewissem Maße. Der Betrieb der in 14 gezeigten Komponenten wird nachstehend näher beschrieben.
Figur 5
5 zeigt ein beispielhaftes System 200 in der Form eines Anschlusskastens, wie etwa eines Schalt- oder Stromkastens. Der komplementierende Riegelteil 218 und die Aufnahme 220 sind mit einer Tür 106 des Systems verbunden gezeigt. In einer Ausführungsform umfasst das System 200 ein teilweises oder vollständiges Gehäuse mit einer Öffnung 502, die bemessen und geformt ist, um den komplimentären Verriegelungsteil aufzunehmen. Die Teile und der Betrieb des Systems 200, die in 2-5 gezeigt sind, werden weiter unten in Verbindung mit 6 beschrieben.
Figur 6
6 zeigt ein beispielhaftes Verfahren 600 für den Betrieb der Technologie der vorliegenden Offenbarung. Es versteht sich, dass die Schritte des Verfahrens 600 nicht unbedingt in einer bestimmten Reihenfolge dargelegt werden und dass die Durchführung einiger oder aller Schritte in einer anderen Reihenfolge möglich ist und in Betracht gezogen wird. Die Schritte wurden für eine einfache Beschreibung und Darstellung in der aufgezeigten Reihenfolge aufgeführt. Es können Schritte hinzugefügt, ausgelassen und/oder gleichzeitig durchgeführt werden, ohne vom Schutzumfang der beigefügten Ansprüche abzuweichen. Es versteht sich auch, dass das gezeigte Verfahren 600 jederzeit beendet werden kann.
Das Verfahren 600 beginnt und der Fluss rückt zu Feld 602 vor, wo ein Strom zu dem System 200 eingeschaltet werden kann, wie etwa durch das Schalten des Schalters 112 zu seiner eingeschalteten Stellung, wodurch Strom mittels der primären Stromzufuhr 104 (in 2-5 gezeigte Komponenten) zu dem System 200 fließen kann. Wenn in einer Ausführungsform die Tür 106 geschlossen ist und der Strom zu dem System 200 eingeschaltet wird, wird die Tür 106 gegenüber einem Öffnen verriegelt. In diesem Fall kann ein Öffnen der Tür 106 zum Beispiel durch den herkömmlichen Riegel 108 verhindert werden. Und in diesem Fall wird die herkömmliche Entriegelung 110 deaktiviert oder ihre übliche entriegelnde Wirkung anderweitig blockiert.
Bei Feld 604 wird ein Strom zu dem System 200 abgeschaltet, wie etwa durch das Schalten des Schalters 112 zu seiner abgeschalteten Stellung, wodurch ein Fließen von Strom von der primären Stromzufuhr 104 zu dem System 200 gestoppt wird. In manchen Ausführungsformen bewirkt dieser Schaltvorgang auch ein Ausrücken des herkömmlichen Riegels (z.B. des Riegels 108). Wie vorstehend beschrieben und in Verbindung mit 2 und 3 gezeigt unterbricht die Stromabschaltfunktion ein erstes Verbindungsglied 208 zu der elektrischen Komponente 202 und verbindet ein zweites Verbindungsglied 210 mit der elektrischen Komponente 202.
Als Reaktion auf das Abschalten des Stroms und des Schließens des zweiten Verbindungsglieds 210 beginnt bei Feld 606 eine unerwünschte Ladung in der elektrischen Komponente 202, die elektrisch mit der Stromleitung 204 verbunden ist, als der beschriebene Strom 219 (in 3 und 4 gezeigt) durch die Leitung 204, durch das zweite Verbindungsglied 210 und hin zu dem intelligenten Material 212 zu fließen.
Wie vorgesehen kann die unerwünschte Ladung aus einem oder mehreren verschiedenen Gründen vorliegen. Zum Beispiel kann ein Reststrom noch in dem System 200 vorhanden sein, wenn er nicht von jeder der einen oder mehreren Subeinheiten des Systems 200 (z.B. den elektrischen Komponenten 202) entladen wurde. Personal, das auf den Kasten zugreift, kann in diesem Fall in der Meinung, dass sie aufgrund des Entriegelns des Kastens sicher sind, unerwünschterweise der Ladung ausgesetzt werden. Als weitere beispielhafte Quelle für eine unerwünschte Ladung weisen einige Systeme (z.B. Strom- oder Schaltkästen) sekundäre Stromzuführen auf - z.B. zusätzlich zu der in 1-5 gezeigten primären Stromzuführung 104.
Unabhängig von der/den Quelle(n) der unerwünschten Ladung in dem System (z.B. elektrische Komponente 202) können bei Fehlen eines Betriebs der vorliegenden Technologie Komponenten des Systems 200 (z.B. der Stromkasten) geladen bleiben, selbst nachdem der Hauptschalter umgelegt und der mechanische Riegel gelöst wurde. In diesem herkömmlichen Fall könnten Personen, die auf den Kasten zugreifen, in der Meinung, dass es aufgrund des Öffnens des Kastens und/oder des Abschaltens des Schalters sicher ist, auf den Kasten zuzugreifen, unerwünschterweise der Ladung ausgesetzt werden.
Bei Feld 608 erreicht der elektrische Strom 219 (3 und 4) das intelligente Material 212, und das intelligente Material 212 macht sich als Reaktion darauf daran, zu seinem unverformten Zustand zurückzukehren. Wie insbesondere zum Beispiel vorstehend dargestellt wurde, dringt als Reaktion auf das Verbinden des intelligenten Materials 212 mit der elektrischen Komponente 202 der Strom 219 in das Material 212 ein oder beeinflusst (z.B. erwärmt) es zumindest, was das Material von seiner pseudoplastisch verformten Gestalt, die schematisch in 2 und 3 gezeigt ist, zu seiner unverformten dauerhaften Gestalt, die schematisch in 4. gezeigt ist, zurückkehren lässt. Die Wiederherstellung nach Verformung ist schematisch durch Pfeile, die durch das Bezugszeichen 221 in 4 bezeichnet sind, gezeigt.
Bei Feld 610 überwindet die Wiederherstellung nach Verformung des intelligenten Materials 212 ein Vorspannelement/Vorspannelemente, um einen Sicherheitsmechanismus, wie etwa die Verriegelungsmerkmale 214, 218, 220, wie vorstehend beschrieben zu betätigen. Das System 200 kann insbesondere zum Beispiel ein oder mehrere Zwischenteile, wie etwa einen Schwenkzapfen oder eine Zahnstangen-Ritzel-Anordnung, umfassen.
Während der Sicherheitsmechanismus, der durch die Wiederherstellung nach Verformung des intelligenten Materials 212 in der in 2-5 gezeigten Ausführungsform betätigt wird, die Verriegelungsmerkmale 214, 218, 220 umfasst, umfasst der Sicherheitsmechanismus, der durch eine solche Wiederherstellung nach Verformung in der in 7 und 8 gezeigten Ausführungsform betätigt wird, eine Abdeckung oder eine andere Blockierkomponente, wie nachstehend in Verbindung mit diesen Figuren näher beschrieben wird.
In der Ausführungsform von 9-10 umfasst der Sicherheitsmechanismus das Geschlossenhalten einer Verbindung zwischen der elektrischen Komponente 202 und einem ableitenden/abbauenden Subsystem, das das intelligente Material 212 umfasst, so dass Strom von einer unerwünschten Ladung zwischen der Komponente 202 und dem Subsystem fließen kann, bis die unerwünschte Ladung beseitigt oder auf ein hinreichendes Maß reduziert wird, wie nachstehend in Verbindung mit diesen Figuren näher beschrieben wird.
Bei Feld 612 erreicht der elektrische Strom 219 von der unerwünschten Ladung Alarme 230, 232, die vorstehend beschrieben sind. Die Alarme dienen dazu, Personal auf eine oder mehrere Weisen zu warnen, wie etwa durch optische oder akustische Warnungen, dass in dem System 200 noch unerwünschter Strom vorhanden ist.
Bei Feld 614 erreicht der elektrische Strom 219 von der unerwünschten Ladung andere Teile, wie etwa einen oder mehrere Widerstände 236 und eine elektrische Masse 234.
Wie vorstehend vorgesehen können verschiedene hierin beschriebene Komponenten unterschiedliche Funktionen haben. Zum Beispiel kann das intelligente Material 212 dazu dienen, einen oder mehrere Sicherheitsmechanismen zu betätigen (z.B. einen Riegel, eine Abdeckung und/oder eine elektrische Verbindung bewegen und ortsfest halten (um ein Ladungsableiten zu fördern)) sowie die unerwünschte Ladung und den unerwünschten Strom zu dissipieren. Andere Merkmale, die als die unerwünschte Ladung und den unerwünschten Strom dissipierend beschrieben werden (d.h. ein Teil des die Ladung ableitenden oder abbauenden Subsystems) umfassen die Alarme, den Widerstand und die elektrische Masse.
Bei dem optionalen Feld 616 wird der gesamte oder ein ausreichender Betrag der Ladung aus dem System 200 - z.B. der/den elektrischen Komponente(n) 202 - abgeleitet. Schritt 616 wird hier als optional bezeichnet, da bei manchen Szenarien die unerwünschte Ladung von solcher Größe ist, dass sie nicht einfach abgeleitet wird. In dem Beispiel des Betreibens des Kastens durch eine sekundäre Quelle (z.B. die separate Wechselstromleitung, wie etwa eine 120-Volt-Leitung) und der falschen Verbindung dieser sekundären Quelle wird beispielsweise die Ladung der sekundären Quelle wahrscheinlich nicht vollständig von dem intelligenten Material 212 und anderen Komponenten der vorliegenden Technologie abgeleitet oder zumindest nicht für lange Zeit.
In Fällen, in denen der Vorgang 616 durchgeführt wird, verschwindet der Strom 219, der zuvor zu dem intelligenten Material 212 floss, oder wird in solchem Maße reduziert, dass das intelligente Material 212 unter der Wirkung des Vorspannelements 216 zurück zu seiner verformten Einbaugestalt (der in 2 und 3 gezeigten verformten Gestalt) wechselt. Als Reaktion darauf wird der Sicherheitsmechanismus/die Sicherheitsmechanismen (z.B. Bewegen und ortsfestes Halten eines Riegels, einer Abdeckung und/oder einer elektrischen Verbindung (um Ladungsableitung zu fördern)) gelöst. Dieses Lösen oder Zurückkehren werden in manchen Ausführungsformen durch eine Rückstellvorspannung, die durch ein Vorspannmerkmal 216, wie etwa die vorstehend beschriebene Zugfeder, erleichtert.
Als weiteres Ergebnis davon, dass der Strom bei Feld 616 aufhört oder hinreichend niedrig wird, würden alle zuvor betätigten Alarme aufhören, ihre Warnmeldung zu liefern.
In einer in Betracht gezogenen Ausführungsform umfasst das Verfahren 600 auch einen Vorgang 618 des Analysierens, Diagnostizierens und möglicherweise Ausführens einer Wartung des Systems. Die Wartung kann zum Beispiel das Zurückstellen oder Austauschen von Merkmalen der hierin beschriebenen Sicherheitstechnologie umfassen. Die Analyse- und Diagnosefunktionen könnten das Ermitteln umfassen, dass die unerwünschte Ladung durch falsches Verdrahten in Verbindung mit der sekundären Zufuhrstromleitung 105 verursacht wurde. Eine Anschlusswartung könnte das Korrigieren der falschen Verdrahtung umfassen.
Der Prozess 600 kann enden 620 oder wiederholt werden, wie durch die Rückführlinie, die in 6 durch das Verbindungsglied 2 bezeichnet ist, angedeutet ist.
Figuren 7 und 8
7 und 8 zeigen ein beispielhaftes System 700 nach einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Technologie. Auf diese Ausführungsform, die eine blockierende Abdeckung umfasst, wurde vorstehend hingewiesen.
Die Ausführungsform von 7 und 8 ist gleich oder in vielerlei Hinsicht ähnlich der Ausführungsform von 2-5. Gemeinsame Merkmale sind in den Figuren durch gemeinsame Bezugszeichen deutlich gemacht. Gemeinsame Merkmale und Funktionen werden hier der Kürze halber nicht erneut beschrieben, und die vorstehende Erläuterung derselben sollte in diesem Abschnitt über die Ausführungsformen von 7 und 8 enthalten betrachtet werden.
Eine primäre Differenz zwischen den Ausführungsformen ist, dass an Stelle des Zeigens der Verriegelungsmerkmale (z.B. der Merkmale 214, 218, 220 in 2-5) 7 und 8 ein Blockier- oder Abdeckmerkmal 702 zeigen. Während dieses Merkmal hierin der Einfachheit halber als Abdeckung 702 bezeichnet wird, ist die Form des Merkmals nicht darauf beschränkt, was herkömmlicherweise unter einer Abdeckung verstanden wird. Das Merkmal 702 kann auch zum Beispiel als Blockier- oder Abdeckungselement 702 oder Blockier- oder Abdeckungsmerkmal, -komponente, -teil etc. 702 bezeichnet werden.
Das Abdeckmerkmal 702 oder einfach die Abdeckung 702 kann eine oder mehrere Komponenten umfassen. In 7 ist eine einzelne primäre Komponente, eine Abdeckung oder Abdeckplatte 704 gezeigt. Mit der Abdeckplatte 704 verbundene Elemente können auch als Teil der Abdeckung 702 betrachtet werden, wie etwa der nachstehend beschriebene Verbindungspunkt 706. Wie vorstehend vorgesehen besteht ein primärer Zweck des Abdeckmerkmals 702 darin, selektiv von und zumindest zu einer Position in dem System 700 bewegbar zu sein, an der das Abdeckmerkmal einen Bedienerzugriff auf elektrifizierte Komponenten blockiert.
Die Abdeckung 704 kann eine beliebige einer großen Vielzahl von Gestalten und Formen aufweisen, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Technologie abzuweichen. Zum Beispiel ist die Abdeckung 704 in manchen Ausführungsformen planar oder umfasst zumindest ein planares Element. Die Abdeckung 704 ist in 7 und 8 durch eine Rechteckform gezeigt, doch da die Figuren schematisch sind, ist die Abdeckung nicht auf eine Rechteckform beschränkt. In einer Ausführungsform ist die Abdeckung so geformt (z.B. kundenspezifisch geformt), dass sie eine Gestalt aufweist, die den elektrischen Elementen entspricht, die sie blockieren soll, wenn sie zu ihrer Blockierposition bewegt wird.
Das intelligente Material 212, das gleich oder ähnlich zu dem in Verbindung mit 2-5 beschriebenen sein kann, ist in der Ausführungsform von 7 und 8 mit dem Abdeckmerkmal 702 verbunden. Das intelligente Material 212 ist an einem oder mehreren Verbindungspunkten 706 mit der Abdeckung 702 verbunden. Durch den/die Verbindungspunkt(e) 706 setzt sich eine bestimmte Bewegung des intelligenten Materials 212 zu einer bestimmten entsprechenden Bewegung der Abdeckung 702 um.
In dieser Ausführungsform kann das intelligente Material 212 in der gleichen Weise betätigt werden, wie es in den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen von 2-5 betätigt wird. Nach dem Betätigen wechselt das intelligente Material seine Gestalt etwa durch Zusammenziehen, d.h. Wiedererlangen seiner pseudoelastischen Verformung, die durch das Vorspannelement 216 auferlegt wurde. Durch diese Änderung der Gestalt bewegt sich der Verbindungspunkt 706, wodurch die Abdeckung 702 bewegt wird. In dem schematischen Beispiel von 7 und 8 wechselt das intelligente Material 212 von seiner in 7 gezeigten Gestalt zu seiner in 8 gezeigten Gestalt, was eine Bewegung des Verbindungspunkts 706 und der verbundenen Abdeckung 702 von ihren jeweiligen Positionen in 7 zu denen von 8 bewirkt.
Die beispielhafte Gestaltänderung des intelligenten Materials 212 ist in 8 durch Pfeile, die durch das Bezugszeichen 708 bezeichnet sind, angedeutet. Eine Bewegung der Abdeckung 702 ist in 8 durch Pfeile, die durch das Bezugszeichen 710 bezeichnet sind, angedeutet.
Das System 700, einschließlich des intelligenten Materials 212, der Abdeckung 702 und zugehöriger Teile sind so konfiguriert und ausgelegt, dass die Abdeckung 702 bei Bewegen zu ihrer Blockierposition oder ihrem Blockierzustand, der in 8 schematisch gezeigt ist, den Zugriff auf elektrische Teile des Systems 700 blockiert oder abdeckt, die elektrisch geladen sind oder sein können und anderweitig für Personal zugänglich sind oder sein können. Die blockierten elektrischen Teile können die elektrischen Komponenten 202 selbst oder Drähte und/oder andere elektrische Konstrukte sein, die damit verbunden sind. Lediglich zur Veranschaulichung und als Beispiel ist die Abdeckung 702 in 8 bestimmte der elektrischen Drähte und Verbinder, die von der elektrischen Komponente 202 kommen, abdeckend gezeigt. Das System 200 kann genauso einfach so ausgelegt werden, dass alle diese Drähte und Verbinder, die elektrische Komponente(n) und/oder andere elektrisch geladene oder möglicherweise geladene Elemente durch das Merkmal 702 blockiert werden, wenn sich das System 700 in dem Blockierzustand befindet.
Wie vorstehend in Verbindung mit 2-5 erwähnt kann ein System nach der vorliegenden Technologie mehr als einen Sicherheitsmechanismus umfassen. Zum Beispiel kann ein intelligentes Material 212 in einem System konfiguriert und verbunden sein und dazu dienen, einen Sicherheitsriegel in eine eingerückte Stellung zu ziehen, eine Abdeckplatte 704 in eine Position zu bewegen, in der sie einen Bedienerzugriff auf elektrifizierte Komponenten blockiert, und/oder einen unerwünschte Ladung ableitenden Schaltkreis geschlossen halten - wobei die letztere Funktion (des Geschlossenhaltens) in 14 allgemein gezeigt und nachstehend in Verbindung mit dieser Figur weiter beschrieben wird.
Der Betrieb des Systems 700 von 7 und 8 ähnelt dem Betrieb des Systems 200, das in Verbindung mit 2-5 und insbesondere mit 6 beschrieben ist. Ein primärer Unterschied liegt darin, dass im Vergleich zu dem Sicherheitsmechanismus, auf den in dem System 200 von 2-5 und 6 abgestellt wird, bei dem es sich um Riegelmerkmale handelt, der Sicherheitsmechanismus, auf den in dem System 700 von 7 und 8 abgestellt wird, die Abdeckung 702 ist. Wie in der Beschreibung des Verfahrens 600 von 6 vorgesehen, könnte der hierin beschriebene Sicherheitsmechanismus zusätzlich zu oder statt des Riegelmechanismus die Abdeckung 702 sein.
Figur 9
9 zeigt ein System 900 nach einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Technologie. Das System 900 umfasst eine auslösende Komponente 902, die konfiguriert und ausgelegt ist, um ein Schließen eines elektrischen Verbindungsglieds 904 selektiv zu bewirken.
Das elektrische Verbindungsglied 904 ist mit einer Stromquelle 906 verbunden. Das System 900 kann auch eine oder mehrere elektrische Massen 908, 234 umfassen. Die Stromquelle ist in manchen bestimmten Ausführungsformen eine lokale Stromquelle, wie etwa eine Batterie.
Ein Ziel des Systems 900 ist es, bei einer ausgewählten Zeit ausreichend Ladung von der Stromquelle 906 abzuleiten oder abzubauen. Durch die vorliegende Technologie würde die auslösende Komponente 902 das Schließen des elektrischen Verbindungsglieds 904 auslösen, wodurch ein Ableitvorgang aufgenommen würde, um die Ladung vron der Batterie und vorzugsweise etwaigen anderen Elementen, an denen zu diesem Zeitpunkt Ladung vorhanden ist, abzuleiten oder freizusetzen.
10 und 13 zeigen zwei andere Ausführungsformen der auslösenden Komponente 902.
Figur 10
In 10 umfasst die auslösende Komponente 902 (9) eine Sensoranordnung 902¹, die konfiguriert ist, um auf eine bestimmte Bewegung oder einen bestimmten Vorgang zu reagieren. In einer bestimmten Ausführungsform ist die Sensoranordnung 902¹ eine Kugel-Schlauch-Sensor-Anordnung oder eine andere Art von Aufprallsensor oder Sensor für starke Bewegung. In dieser Ausführungsform ist ein aktivierendes Element 902^1-1, wie etwa eine Kugel, konfiguriert und ausgelegt, um ein Haltemerkmal 902^1-2, wie etwa eine Dünnschicht, lösbare Halter, Finger oder dergleichen, als Reaktion auf eine ausreichende Kraft 910, wie sie etwa bei einem Aufprallvorgang hervorgerufen wird, zu passieren.
Figur 11
11 zeigt die Merkmale von 10, nachdem die gezeigte auslösende Komponente (z.B. Sensoranordnung) 902¹ aktiviert wurde, etwa durch eine Kraft 910. Wie gezeigt wurde das aktivierende Element 902^1-1 durch die Kraft 910 veranlasst, die Haltewirkung des Haltemerkmals 902^1-2 zu überwinden und weiter das elektrische Verbindungsglied 904 zu kontaktieren und zu schließen.
Figur 10
10 zeigt eine Ausführungsform, in der die Kugel 902^1-1 ein leitendes Material umfasst und das System so ausgelegt ist, dass die Kugel, wenn sie an Ort und Stelle fällt, einen Schaltkreis vollendet, wie in der Figur gezeigt ist, was Strom von der Quelle 906 fließen lässt, was in 12 teilweise durch Strichlinien und in 9 und 10 deutlicher gezeigt ist.
In einer Ausführungsform umfasst die Kugel 902^1-1 Stahl oder ein anderes leitendes Metall oder leitendes Material. Der Widerstand/die Widerstände 236 können, wie in allen gezeigten Ausführungsformen, ein Strombegrenzer sein, der konfiguriert ist, um durch Begrenzen der Strommenge, die durch den Schaltzweig einschließlich der SMA fließen kann, zu steuern, wodurch vermieden wird, dass die SMA einem zu hohen Strom ausgesetzt wird.
Durch Komplettieren des in 12 gezeigten Schaltkreises, der die Quelle 906, die Kugel 902^1-1 und die SMA 212 umfasst, erhält die SMA 212 Strom von der Quelle 906. Durch diesen Strom erwärmt sich die SMA 212 durch Joulesches Erwärmen, wodurch die SMA 212 veranlasst wird, sich zu ihrer ursprünglichen Konfiguration zusammenzuziehen. Die Quelle 906 kann mittels dieses Schaltkreises geleert werden. In 12 ist auch ersichtlich, dass das System so konfiguriert und ausgelegt werden kann, dass ein zweites Schaltkreisfließen, ebenfalls von der Quelle 906, aber direkt zu der SMA 212 und nicht durch die Kugel 902^1-1, vorgesehen wird. In dieser Ausführungsform ist das System robust konfiguriert und ausgelegt, wobei der Strom zwei alternativen Fortbewegungsstrecken hat - z.B. wenn eine Strecke unterbrochen ist, kann eine Ladung in der Quelle 906 immer noch mittels der anderen Strecke durch die SMA 212 abgeleitet werden.
In einer erwogenen Ausführungsform ist das System so ausgelegt, dass die Kugel den Schließabschnitt 904 nicht körperlich zu seiner geschlossenen Position bewegt (z.B. an der in der Figur durch das Bezugszeichen 915 angedeuteten Fläche; das System ist vielmehr so ausgelegt, dass dort zwischen der Kugel und dem Schließabschnitt 904 Platz vorhanden ist). Vielmehr erzeugt die Kugel durch Kontaktieren der Kontakte 911, 913 den ersten Schaltkreis, was Strom zu der SMA 212 fließen lässt, und die SMA zieht sich als Reaktion zusammen, wodurch der Schließabschnitt 904 geschlossen wird.
Figur 13
In 13 umfasst die auslösende Komponente 902 (9) eine Relaisanordnung 902² oder eine übliche Signalquelle, die konfiguriert ist, um auf ein Eingangssignal durch Bewirken eines Schließens des elektrischen Verbindungsglieds 904 zu reagieren. Die Relaisanordnung umfasst eine auslösende Komponente, die eine Relaisanordnung 902² umfasst.
Figur 14
14 zeigt die Merkmale von 13 nach dem Aktivieren der auslösenden Komponente 902², wie etwa durch ein elektrisches Signal oder eine elektronische Meldung 912. Wie gezeigt bewirkt das aktivierende Element 902² als Reaktion auf das Signal oder die Meldung 912 ein Schließen des Verbindungsglieds 904. In einer Ausführungsform vollzieht das Relais 902² dies durch Fließenlassen eines Stroms zu dem intelligenten Material 212 etwa mittels des Relais 902² oder einer anderen Signalquelle durch die zwischen dem Relais und dem intelligenten Material 212 gezeigte Leitung. In einer erwogenen Ausführungsform bewirkt das Relais 902² das Schließen durch Bewirken, dass sich ein Gelenk 914, wie etwa ein Scharnier, nahe zu dem Verbindungsglied 904 bewegt. In einer anderen erwogenen Ausführungsform bewirkt das Relais das Schließen durch Veranlassen einer Bewegung eines Verbindungsendes 916 des Verbindungsglieds 904 (z.B. durch Ziehen oder Schieben). In manchen Ausführungsformen leitet das Relais eine Verbindung zwischen dem Strom oder der Ladung, der Quelle und dem Aktor (SMA), der dem Strom ausgesetzt wird, ein, und arbeitet wie beschrieben, um die Verbindung geschlossen zu halten, bis der Strom über eine Punkt hinaus abgeleitet wird, der genügend Strom vorsehen kann, um die SMA in ihrem betätigten Zustand zu halten.
Figur 15
15 zeigt das System 900, nachdem die auslösende Komponente 902 unabhängig von der Art (z.B. 902¹ oder 902²) gearbeitet hat, um das elektrische Verbindungsglied 904 zu schließen. Wenn das elektrische Verbindungsglied 904 geschlossen ist, kann Strom 920 von der Stromquelle 906 und/oder etwaigen anderen geladenen Elementen, die mit dem Verbindungsglied 904 verbunden sind, durch das Verbindungsglied 904 und zu dem intelligenten Material 212 fließen. Als Reaktion auf das Einwirken des Stroms 920 wechselt das intelligente Material 212 wie vorstehend beschrieben die Gestalt. Zum Beispiel zieht sich das intelligente Material 212 zusammen. Durch Wechseln zu einer unverformten Gestalt zieht das intelligente Material 212 an einem Kontaktstück 922, das mit dem intelligenten Material 212 und dem elektrischen Verbindungsglied 904 verbunden ist, wodurch das elektrische Verbindungsglied 904 hin zu seiner bereits vorliegenden geschlossenen Stellung gehalten wird.
Sobald das System ausgelöst hat, was das Schließen des elektrischen Verbindungsglieds 904 umfasst, bleibt auf diese Weise das Verbindungsglied 904 durch den Betrieb der das intelligente Material 212 umfassenden Technologie geschlossen, bis, falls überhaupt, die gesamte oder ein ausreichender Betrag der Ladung von der Stromquelle und/oder etwaigen anderen geladenen Elementen, die mit dem Verbindungsglied 904 verbunden sind, abgeleitet wird. Durch diese Vorgänge erhalten Personen, die Teile des Systems 700 berühren, durch die Ladung, die theoretisch von der Stromquelle 906 kommen könnte, weniger wahrscheinlich einen Schlag, und falls sie einen Schlag erhalten sollten, erhalten sie einen Schlag durch eine kleinere und möglicherweise viel kleinere Ladung als es der Fall wäre, wenn das Ableiten bis zu diesem Zeitpunkt nicht erfolgt wäre.
Die Alarme 230, 232, der Widerstand 236 und die elektrische Masse 234 können im Wesentlichen in gleicher Weise wie vorstehend in Verbindung mit anderen Ausführungsformen beschrieben arbeiten.
In einer Ausführungsform umfasst das System 900 eine Vorspannkomponente, wie etwa die ausdrücklich in 2-4, 16 und 17 gezeigte, die in dem System konfiguriert und ausgelegt ist, um den Schließabschnitt 904 zu einer offenen Stellung (z.B. zu der in 9 gezeigten Stellung) vorzuspannen. Wie in diesen anderen Figuren gezeigt und in Verbindung mit den verschiedenen Ausführungsformen in der vorliegenden Offenbarung beschrieben kann die Vorspannkomponente eine Feder, etwa zu Beispiel eine Druck- oder Zugfeder, umfassen. Wenn in der Ausführungsform von 15 der durch die SMA 212 fließende Strom ausreichend abnimmt, wie etwa nach Bedarf durch ausreichendes Leeren der Quelle 906, kühlt die SMA 212 ab, was die SMA schwächer, mit einem niedrigeren Elastizitätsmodul, macht, wodurch das Vorspannelement die Kraft der SMA 212 überwinden kann und das Vorspannelement dadurch die Verbindung 904 aufziehen kann.
Figur 16
16 zeigt ein System 1100 zum Betätigen eines Sicherheitsmechanismus 1102. Das System 1100 kann verwendet werden, um Personen vor einer oder mehreren von verschiedenen Bedingungen, die Wärme, Kälte oder Strahlung umfassen, zu schützen. Zum Beispiel kann das System in Verbindung mit einer Öffnung, wie etwa einer Tür eines Dampftunnels, eines Ofens oder Raums oder einer anderen Struktur, die die Personen vor einer unerwünschten Hitze trennen könnte, verwendet werden oder diese umfassen. Bezüglich Kälte kann das System in Verbindung mit einer Öffnung, wie etwa einer Tür einer kryogenen Kammer oder eines Raums oder anderen Struktur, die die Personen vor einer unerwünschten niedrigen Temperatur trennen könnte, verwendet werden oder diese umfassen. Bezüglich Strahlung kann das System in Verbindung mit einer Öffnung, wie etwa einer Tür eines Strahlungsbehälters, eines Raums oder anderen Struktur, die die Personen vor unerwünschter Strahlungsexposition trennen könnte, verwendet werden oder diese umfassen.
Als bestimmtes Beispiel bezüglich eines Schutzes vor unerwünschter Hitze kann in einem Kraftfahrzeug oder anderen Fahrzeug das System 1100 verwendet werden, um Personen vor Kontakt mit einem Kühler mittels des Kühlerverschlusses zu schützen, wenn die Hitze und der Druck darin über Werten liegen, denen man direkt ausgesetzt werden sollte. Zum Beispiel kann der Basisteil oder die Fläche 1116, die in 16 gezeigt und nachstehend beschrieben sind, ein Kühlerverschluss sein oder mit diesem verbunden sein. Die Figuren sollen analog das System 1100 für Verriegelungskomponenten wie etwa eine Tür eines Raums, eine Tür eines Dampftunnels etc. zeigen.
Das System 1100 umfasst ein umwandelbares Material 1104, wie etwa ein intelligentes Material, das in einer Ausführungsform eine Formgedächtnislegierung (SMA) ist, wie sie vorstehend hierin beschrieben sind. In manchen Ausführungsformen soll der Sicherheitsmechanismus 1102 ein Teil des Systems 1100 sein, und in anderen Ausführungsformen tritt er einfach mit dem System 1100 in Wechselwirkung.
Das umwandelbare Material 1104 kann in einer recht unterschiedlichen Weise bemessen, geformt und ausgelegt sein, die ausreicht, um den Sicherheitsmechanismus zu betätigen, wenn das Material von einer ersten Form zu einer zweiten Form wechselt (sich z.B. zusammenzieht). In der in 16 ausdrücklich veranschaulichten Ausführungsform hat das Material 1104 z.B. die SMA eine längliche Form. Ferner erstreckt sich in dieser Ausführungsform das Material 1104, das eine geometrische Form eines Drahts oder Kabels haben kann, zwischen zwei Verbindungspunkten, wie etwa den in 16 und 17 gezeigten beispielhaften Punkten 1106. An einem Zwischenabschnitt des Materials 1104 tritt das Material 1104 mit einem Kontaktpunkt 1108 des Sicherheitsmechanismus 1102 in Eingriff.
16 soll auch kombiniert mit anderen Figuren (z.B. 2-4 und 7-10) und entsprechenden Beschreibungen das umwandelbare Material 1104 auch mit einer länglichen Form, aber statt der ausdrücklich in 16 gezeigten Anordnung mit einer Ausführungsform zeigen, bei der das umwandelbare Material 1104 direkt an einem Teil (z.B. Teil 213 in 2, Teil 216 in 7 oder Teil 904 in 9) zieht, um den Sicherheitsmechanismus 1102 zu betätigen. Ein solcher Teil kann als Teil des Sicherheitsmechanismus betrachtet werden oder mit dem Sicherheitsmechanismus 1102 verbunden sein.
Auch wenn in der in 16 gezeigten Ausführungsform der Sicherheitsmechanismus 1102 eine Verriegelungskomponente 1110 umfasst, soll die Figur in Verbindung mit den anderen Figuren (z.B. 7 und 8) und den vorliegenden Beschreibungen auch konstruktiv eine Ausführungsform zeigen, bei der der Sicherheitsmechanismus 1102 eine Abdeckung oder Abschirmung (wie die Abschirmung 702 von 7 und 8) ist.
Die Verriegelungskomponente 1110 ist mit einem Vorspannelement 1112 verbunden, das in dem System konfiguriert und ausgelegt ist, um den Sicherheitsmechanismus 1102 zu einer nicht eingerückten Position (in 16 schematisch gezeigt) vorzuspannen. Dieses Vorspannen der Verriegelungskomponente 1110 erfolgt in dem Beispiel von 16 nach links, wie durch die Pfeile 1113 gezeigt ist. In dem Beispiel von 16 ist die Vorspannkomponente 1112 eine Druckfeder.
Die Feder dieses Beispiels ist an einem ersten Ende mit einem Flansch 1114 oder einem anderen Vorspannkontaktteil der Verriegelungskomponente 1110 verbunden oder zumindest positioniert, um selektiv mit diesem zu greifen. Die Feder dieses Beispiels ist an einem zweiten Ende mit einem Teil wie etwa einem Basisteil oder einer Fläche 1116 verbunden oder zumindest positioniert, um mit diesem selektiv zu greifen. Wie gezeigt kann die Fläche 1116 ein Teil eines komplementierenden Verriegelungsteils 1118 sein, der in manchen Ausführungsformen analog zu dem in 2 gezeigten komplementierenden Teil 218 ist.
In einer Ausführungsform ist die Vorspannkomponente eine Zugfeder, die direkt oder indirekt mit der Verriegelungskomponente 1110 verbunden ist, etwa die in der Ausführungsform von 2 gezeigte Feder 216.
Die Verriegelungskomponente 1110 umfasst einen Eingriffabschnitt 1120, der positioniert und ausgelegt ist, um in einen Aufnahmeteil 1122 (wie z.B. die Aufnahme 220 von 2) eingeführt zu werden oder anderweitig damit zu greifen. In Fällen, da der Basisteil 1116 und der Aufnahmeteil 1122 Teil einer sich drehenden Vorrichtung, wie etwa eines Kraftfahrzeug-Kühlerverschlusses, sind oder damit verbunden sind, kann der Eingriffabschnitt 1120 als Raste bezeichnet werden, die den Zweck hat, ein Bewegen des Basisteils 1116 (z.B. Drehen, um den Verschluss abzunehmen) zu verhindern.
In einer Ausführungsform ist das umwandelbare Material 1104 ein intelligentes SMA-Material, das bei einer in 16 gezeigten zeitweiligen Gestalt ausgelegt ist, während es eine niedrige Temperatur aufweist, bei der die SMA einen relativ niedrigen Modul aufweist. Insbesondere kann die SMA 1104 bei einer niedrigen Temperatur durch das Vorspannelement 1112 (oder von Hand) pseudoplastisch verformt werden, wodurch der Sicherheitsmechanismus 1102 zu einer in 16 gezeigten ausgerückten Position bewegt wird. Diese gleichen Konzepte können auf die umwandelbaren Materialien und Konfigurationen sowie Anordnungen derselben in Verbindung mit den Ausführungsformen von 2-4 und 7-10 übertragen werden.
Figur 17
17 zeigt das System 1100 von 16 mit dem Sicherheitsmechanismus 1102 zu seinem eingerückten Zustand bewegt. Das System 1100 wird durch das Aktivieren des umwandelbaren Materials 1104, z.B. der SMA, zu diesem eingerückten Zustand bewegt. Die SMA 1104 aktiviert durch Zusammenziehen, wenn sie einem ausreichenden Reizen ausgesetzt wird.
Es ist ersichtlich, dass in der in 17 ausdrücklich gezeigten Ausführungsform das Zusammenziehen der SMA 1104 eine Betätigungskraft 1124 gegen den Kontaktpunkt 1108 des Sicherheitsmechanismus 1102 (d.h. nach rechts in dem Schaubild von 17) bewirkt, da die Verbindungspunkte 1106 fest sind. Diese Kraft 1124 bewirkt, dass sich der Sicherheitsmechanismus 1102 ebenfalls bewegt - d.h. in dem Schaubild von 17 nach rechts, wie durch einen Bewegungspfeil 1125 gezeigt ist. Die SMA 1104 und die Vorspannkomponente 1112 werden gewählt, und die relevanten Komponenten, die diese umfassen, werden so konfiguriert und ausgelegt, dass, wenn die SMA 1104 ausreichenden Reizen ausgesetzt wird, die dadurch erzeugte Kraft 1124 ausreicht, um die Vorspannung des Vorspannelements 1112 zu überwinden (d.h. in den Schaubildern von 16 und 17 nach links (siehe z.B. Pfeil 1113 in 16)).
Wenn sich der Sicherheitsmechanismus 1102 in 17 nach rechts bewegt, wird sein Eingriffabschnitt 1120 (z.B. Raste) zu seiner eingerückten Position in dem Aufnahmeteil 1122 bewegt (z.B. dem Aufnahmeteil eines Kraftfahrzeug-Kühlerverschlusses oder eines anderen Basisteils 1116).
Die Konzepte der vorliegenden Ausführungsformen bezüglich der SMA-Aktivierung und die Ergebnisse der Aktivierung können anlog in unterschiedlichen Konfigurationen und Anordnungen verwendet werden, wie etwa durch Verwenden einer SMA-Anordnung wie sie in 2-4 gezeigt ist. Somit könnte zum Beispiel eine Anordnung wie die in 2-4 gezeigte konfiguriert und ausgelegt werden, um von einem anderen ausreichenden Reizen als Jouleschen Erwärmen aus einem elektrischen Strom betätigt zu werden, wie etwa durch ausreichende Wärme, ausreichendes Fehlen von Wärme (z.B. Kälte), ausreichende Strahlung oder die anderen hierin aufgeführten Reize.
Diese in Verbindung mit dem Verriegeln beschriebenen Konzepte können gleichzeitig oder stattdessen gleichermaßen bei den Abschirmungsanwendungen verwendet werden (z.B. in Verbindung mit der Abschirmung 702 von 7). In diesem Fall könnte die Abschirmung eine Wärmeabschirmung, wie etwa eine wärme-, feuer- und/oder flammenbeständige Abschirmung, einer benötigen Größe und Gestalt sein.
Wenn der Reize entfernt wird oder in hinreichendem Maß oder um einen hinreichenden Betrag abnimmt, wie etwa bei einem hinreichenden Abkühlen einer Temperatur in einem Kraftfahrzeugkühler (eine Temperatur, der die SMA 1104 ausgesetzt ist), kühlt die SMA ab und nimmt dadurch wieder ihren verformbaren Niedertemperaturzustand ein, wodurch der Vorspannmechanismus 1112 erneut den Sicherheitsmechanismus 1102 aus seinem Eingriff - d.h. hin zu dem in 16 gezeigten Zustand - schieben kann. Auf diese Weise kann bei der relevanten Temperatur in einem sicheren Bereich die dem Basisteil 1116, etwa einem Kühlerverschluss, zugeordnete Öffnung sicher von Personal abgenommen oder geöffnet werden.
Es versteht sich für den Fachmann, dass die gleichen Konzepte auf Szenarien übertragen werden können, bei denen das System 1100 ausgelegt ist, um Personen vor Kälte zu schützen, wie etwa in einer kryogenen Umgebung. Als erstes primäres Beispiel kann das System 1100 so konfiguriert und ausgelegt sein (z.B. Wahl/Eigenschaften/Positionierung etc. der SMA 1104 und des Vorspannelements 1112), dass der Eingriffabschnitt 1120 eingerückt ist, wenn die SMA einer Temperatur ausgesetzt wird, die unter einer ausgewählten Temperatur liegt. Diese Ausführungsform kann dazu dienen, Personal vor extrem niedrigen Temperaturen, wie etwa solchen in einem Behälter oder Raum mit flüssigem Stickstoff oder einer anderen sehr kalten Substanz, zu schützen.
Bei einer Implementierung ist das System 1100 so ausgelegt, dass der Mechanismus 1102 als Reaktion darauf, dass die Temperatur, der die SMA 1104 ausgesetzt wird, ausreichend hoch (d.h. nicht zu kalt) ist, ausgerückt wird. Bei diesem Fall kann das Vorspannelement 1112 konfiguriert und ausgelegt sein, um den Sicherheitsmechanismus 1102 hin zu dem eingerückten oder ausgerückten Zustand vorzuspannen.
Als zweites primäres Beispiel kann das System 1100 so konfiguriert und ausgelegt sein (z.B. Wahl/Eigenschaften/Positionierung etc. der SMA 1104 und des Vorspannelements 1112), dass der Eingriffabschnitt 1120 eingerückt ist, wenn die SMA einer Strahlung ausgesetzt wird, die über oder unter einem ausgewählten Strahlungswert liegt. Diese Ausführungsform kann dazu dienen, Personal vor hohen Strahlungswerten, wie etwa solchen in einem Behälter oder in- oder außerhalb eines Raums, zu schützen. Bei dieser Ausführungsform würde die SMA 1104 zumindest teilweise mit einer Beschichtung (z.B. Hülse, Stück(en), Streifen etc.) eines zweiten Materials bedeckt sein, das konfiguriert ist, um sich als Reaktion auf bestimmte Strahlungswerte zu erwärmen oder abzukühlen. In diesem Fall sollten die Figuren ein solches teilweises oder vollständiges Abdecken durch die Linien, die darin die SMA 1104 umgeben (oder z.B. die Linien für das Element 212 in den anderen Figuren) zeigen. Wenn bei Betrieb zum Beispiel die abgedeckte SMA 1104 einer hohen Strahlung ausgesetzt wird, erwärmt sich die Abdeckung, was ein Zusammenziehen der SMA bewirkt, wodurch der Verriegelungsteil oder Abschirmungsteil in seine Position bewegt wird. In diesem Fall kann der Abschirmungsteil eine Strahlungsabschirmung einer erforderlichen Größe und Gestalt sein.
In manchen Ausführungsformen umfasst das System 1100 (oder eine der früheren Ausführungsformen, z.B. 200, 700) einen Handauslöser, der in 17 schematisch durch das Bezugszeichen 1126 gezeigt ist, und soll analog in Verbindung mit den anderen veranschaulichten und beschriebenen Systemen 200, 700 gezeigt sein. Die Entriegelung 1126 kann konfiguriert sein, um zum Beispiel durch einen besonderen Schlüssel oder ein besonderes Werkzeug oder auch durch ein einfaches Werkzeug, wie etwa einen Schraubenzieher oder ein anderes langes Instrument, das von Personen, wie etwa Einsatzkräften (z.B. Feuerwehrleuten) verwendet wird, betätigt zu werden. In einer Ausführungsform kann der Handauslöser 1126 von Hand aktiviert werden. Wie durch die Darstellung in 17 ersichtlich ist, bewegt ein Betrieb des Handauslösers 1126 den Sicherheitsmechanismus 1102 aus der in 17 gezeigten eingerückten Position hin zu der in 16 gezeigten nicht eingerückten Position.
Schlussfolgerung
Wie vorgesehen umfassen Vorteile der vorliegenden Technologie in einer oder mehreren von vielen verschiedenen Weisen das Schützen von Personen vor einem elektrischen Schlag. Andere Vorteile umfassen das Vorsehen dieses Schutzes (1) unter Verwenden von unerwünschter Elektrizität und damit ohne die Verwendung von und damit Einsparung von anderer Elektrizität und (2) ohne die Kosten oder anderen Probleme (z.B. Wartung), die mit komplexen Vorrichtungen wie etwa einer Rechnerverarbeitungseinrichtung in Verbindung stehen. Ein anderer Vorteil ist, dass das System so konfiguriert und ausgelegt ist, dass es seine erwünschten Funktionen nicht nur automatisch, sondern auch bis die Notwendigkeit einer Durchführung nicht länger erforderlich ist, durchführt - d.h. bis die unerwünschte Ladung beseitigt oder zumindest in ausreichendem Maße abgeschwächt wurde. In diesem Fall bewirkt das Vorspannelement ein Zurückstellen des Aktors (z.B. ein Dehnen zu seinem zeitweiligen Zustand).
Hierin werden verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung offenbart. Die offenbarten Ausführungsformen sind lediglich Beispiele, die in verschiedenen und alternativen Formen und Kombinationen derselben verkörpert werden können.
Manche Ausführungsformen der vorliegenden Technologie können als Passivbetätigungssysteme bezeichnet werden, die konfiguriert und ausgelegt sind, um einen oder mehrere Sicherheitsmechanismen - z.B. Verriegelungsmechanismus, Blockiermechanismus und Mechanismus zum Geschlossenhalten einer elektrischen Verbindung - passiv zu betätigen, wodurch ein Ableiten einer unerwünschten elektrischen Ladung gefördert wird. Der passive Aspekt solcher Systeme betrifft eine Fähigkeit des Systems, den Sicherheitsmechanismus/die Sicherheitsmechanismen automatisch zu betätigen, ohne durch einen elektrischen Strom und/oder ein Signal von einem komplexen Rechen- oder Steuervorrichtungssystem ausgelöst oder gesteuert zu werden. Stattdessen wird eine Aktivierung lediglich durch einen umgebungs- oder situationsbedingten Zustand ausgelöst, wie etwa eine unerwünschte Temperatur (unerwünschte Umgebungstemperatur), einen unerwünschten Strom aus einer Restladung in einer Komponente (z.B. Stromkasten), durch unerwünschte Strahlung oder einen elektrischen Strom von einem sekundären (z.B. Steuer-)Signal zu einer Komponente (z.B. Steuerkasten). In dem letzteren Beispiel wird der elektrische Strom nicht ausgebildet und zu dem vorliegenden Sicherheitssystem zum Zweck des Betreibens des Sicherheitssystems übertragen, sondern der Strom wird vielmehr Vorrichtungen geliefert, die getrennt von dem Sicherheitssystem sind (z.B. zu einer Vorrichtung wie etwa einem Schaltkasten und insbesondere Steueraspekten desselben, verglichen vielleicht mit Antriebsaspekten desselben). Diesbezüglich kann das System als passiv bezeichnet werden.

Claims

System (200) zum selektiven Betätigen eines Sicherheitsmechanismus zum Schutz vor elektrischem Schlag unter Verwendung eines umwandelbaren Materials (212), wobei das System (200) den Sicherheitsmechanismus und das umwandelbare Material (212) umfasst und wobei das umwandelbare Material (212): mit einer elektrischen Komponente (202), die eine elektrische Ladung aufweist, elektrisch verbindbar ist; beruhend auf einem Strom, der sich durch Fließen der elektrischen Ladung von der elektrischen Komponente (202) ergibt, zwischen einer verformten Gestalt und einer unverformten Gestalt wechseln kann; und mit dem Sicherheitsmechanismus mechanisch verbunden ist, so dass ein Wechsel des umwandelbaren Materials (212) eine Bewegung des Sicherheitsmechanismus bewirkt; wobei das umwandelbare Material (212) in dem System (200) konfiguriert und ausgelegt ist, um als Reaktion auf das Einwirken des Stroms zu seiner unverformten Gestalt zu wechseln und dadurch den Sicherheitsmechanismus zu betätigten; dadurch gekennzeichnet , dass das System (200) weiterhin ein Verbindungsglied (206) umfasst, wobei das Verbindungsglied (206): mit einem ersten elektrischen Schalter (208) verbunden ist, wobei sich der erste elektrische Schalter (208) zwischen der elektrischen Komponente (202) und einer Stromquelle befindet und zwischen einer offenen Stellung des ersten elektrischen Schalters (208) und einer geschlossenen Stellung des ersten elektrischen Schalters (208) bewegbar ist; und mit einem positionierten zweiten elektrischen Schalter (210) verbunden ist, wobei sich der zweite elektrische Schalter (210) zwischen der elektrischen Komponente (202) und dem umwandelbaren Material (212) befindet und zwischen einer offenen Stellung des zweiten elektrischen Schalters (210) und einer geschlossenen Stellung des zweiten elektrischen Schalters (210) bewegbar ist; wobei das Verbindungsglied (206) zwischen einer ersten Stellung und einer zweiten Stellung bewegbar ist; und in dem System (200) konfiguriert und ausgelegt ist, um: den ersten elektrischen Schalter (208) zu seiner offenen Stellung zu bewegen, wenn das Verbindungsglied (206) zu der ersten Stellung bewegt wird, wodurch ein elektrischer Strom mittels des ersten elektrischen Schalters (208) am Fließen von der Stromquelle zu der elektrischen Komponente (202) gehindert wird; und den zweiten elektrischen Schalter (210) zu seiner geschlossenen Stellung zu bewegen, wenn das Verbindungsglied (206) zu seiner ersten Stellung bewegt wird, wodurch mittels des zweiten elektrischen Schalters (210) ein Fließen eines elektrischen Stroms von der elektrischen Komponente (202) zu dem umwandelbaren Material (212) zugelassen wird.
System (200) nach Anspruch 1, wobei der Sicherheitsmechanismus eine bewegliche Verriegelungskomponente (214) umfasst.
System (200) nach Anspruch 1, wobei: das System (200) sich in einem betätigten Zustand befindet, wenn das umwandelbare Material (212) den Sicherheitsmechanismus betätigt; das System (200) weiterhin ein Warnmerkmal umfasst, das in dem System (200) konfiguriert und ausgelegt ist, um eine Warnmeldung auszugeben, während sich das System (200) in dem betätigten Zustand befindet; das System (200) weiterhin ein ableitendes Subsystem umfasst, das in dem System (200) konfiguriert und ausgelegt ist, um eine elektrische Ladung in der elektrischen Komponente (202) zu reduzieren; und das Warnmerkmal ein Teil des ableitenden Subsystems ist.
System (200) nach Anspruch 1, wobei: das System (200) sich in einem betätigten Zustand befindet, wenn das umwandelbare Material (212) den Sicherheitsmechanismus betätigt; das System (200) sich in einem unbetätigten Zustand befindet, wenn das umwandelbare Material (212) den Sicherheitsmechanismus nicht betätigt; und das System (200) weiterhin eine Vorspannvorrichtung umfasst, die konfiguriert und mit dem Sicherheitsmechanismus verbunden ist, um das System (200) hin zu dem unbetätigten Zustand vorzuspannen.
Verfahren zum Betreiben eines Systems (200) unter Verwendung eines umwandelbaren Materials (212), um einen Sicherheitsmechanismus selektiv zu betätigen, um vor elektrischem Schlag zu schützen, umfassend: Schließen eines elektrischen Schalters (208), der zwischen dem umwandelbaren Material (212) und einer elektrischen Komponente (202) mit einer elektrischen Ladung positioniert ist, wodurch ein Fließen eines durch die Ladung hervorgerufenen elektrischen Stroms von der elektrischen Komponente (202) zu dem umwandelbaren Material (212) zugelassen wird; Aufnehmen des elektrischen Stroms an dem umwandelbaren Material (212) als Reaktion auf das Schließen des elektrischen Schalters (208); Wechseln des umwandelbaren Materials (212) als Reaktion auf das Aufnehmen des elektrischen Stroms von einer verformten Gestalt des Materials (212) zu einer unverformten Gestalt des Materials (212); und Bewirken einer Betätigung des Sicherheitsmechanismus durch das Wechseln des umwandelbaren Materials (212) zu seiner unverformten Gestalt; dadurch gekennzeichnet , dass der Sicherheitsmechanismus eine bewegbare Verriegelungskomponente (214) umfasst, die bei Betätigung ein der elektrischen Komponente (202) zugeordnetes Zugriffsmerkmal verriegelt, um ei-nen körperlichen Zugriff auf die elektrische Komponente (202) zu beschränken.