DE102015103105A1

DE102015103105A1 - System mit dämpfergesteuertem schalter zur bewegungssteuerung eines formgedächtnislegierungs-aktuators

Info

Publication number: DE102015103105A1
Application number: DE102015103105.1A
Authority: DE
Inventors: Paul W. Alexander; Nancy L. Johnson; Jonathan E. Luntz; Diann Brei; Clover Thebolt; Brent Utter
Original assignee: University of Michigan; GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: University of Michigan; GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2014-03-11
Filing date: 2015-03-04
Publication date: 2015-09-17
Anticipated expiration: 2035-03-05
Also published as: US9394888B2; CN104908679A; DE102015103105B4; US20150260170A1; CN104908679B

Abstract

Ein System zum Steuern einer Bewegung eines Formgedächtnislegierungs(SMA, vom engl. shape memory alloy)-Aktuators umfasst einen Dämpfer, der mit dem SMA-Aktuator funktionell verbindbar ist und einen bewegbaren Abschnitt aufweist, der sich mit dem SMA-Aktuator bewegt, wenn sich der SMA-Aktuator während einer elektrischen Aktivierung zusammenzieht. Ein elektronischer Schalter ist mit dem SMA-Aktuator und mit dem Dämpfer funktionell verbindbar. Der elektronische Schalter weist eine offene Position, in der ein elektrischer Stromfluss zu dem SMA-Aktuator verhindert wird, und eine geschlossene Position auf, in der ein elektrischer Stromfluss zu dem SMA-Aktuator gestattet wird. Ein Vorspannelement wendet eine Vorspannkraft an, die den elektronischen Schalter in die geschlossene Position drängt. Der Dämpfer überwindet das Vorspannelement, um den Schalter nur dann in die offene Position zu bewegen, wenn eine Geschwindigkeit des bewegbaren Abschnitts einer vorbestimmten Schwellengeschwindigkeit entspricht oder diese überschreitet, und um in die geschlossene Position zurückzukehren, wenn die Geschwindigkeit des bewegbaren Abschnitts unter die vorbestimmte Schwellengeschwindigkeit fällt.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 61/951 264, eingereicht am 11. März 2014, die hierin durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen ist.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegenden Lehren umfassen allgemein ein System zum Steuern der Bewegung eines Formgedächtnislegierungs-Aktuators.
HINTERGRUND
Aktivmaterial-Aktuatoren verwenden ein aktives Material, das sich umwandelt, wenn es aktiviert wird, um eine Betätigungsbewegung bereitzustellen. Formgedächtnislegierungen sind eine Art von einem aktiven Material, das sich umwandelt, wenn es z. B. durch ohmsche Erwärmung, wenn ein elektrischer Strom angelegt wird, aktiviert wird. Im Allgemeinen weisen Formgedächtnislegierungs-Aktuatoren insofern Vorteile gegenüber herkömmlichen Aktuatoren wie z. B. Elektromotoren auf, als sie weniger kostspielig, kompakter und leichtgewichtiger bei leisem Betrieb und mit weniger Komponenten sein können. Die Geschwindigkeit der Umwandlung einer Formgedächtnislegierung während eines Betätigungsvorganges erfolgt jedoch allgemein nicht linear und nicht gleichmäßig und ist empfindlich gegenüber äußeren Faktoren wie z. B. Spannungsschwankungen, Umgebungstemperaturunterschieden und wechselnden äußeren Kräften.
ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein System zum Steuern der Bewegung eines Formgedächtnislegierungs(SMA)-Aktuators. Das System regelt die Geschwindigkeit mithilfe von Komponenten, die relativ unkomplex und relativ kostengünstig sind. Das System ist passiv, sodass die Komplexität und die Kosten einer positionsbasierten Steuerung, die eine erfasste Rückmeldung erfordert, vermieden werden. Überdies kann das System ausgestaltet werden, um eine Geschwindigkeit des SMA-Aktuators über einen Bereich von angewendeten Spannungen und Belastungen zu regeln.
In einer Ausführungsform umfasst ein System zum Steuern einer Bewegung eines SMA-Aktuators einen Dämpfer, der mit dem SMA-Aktuator funktionell verbindbar ist und einen bewegbaren Abschnitt aufweist, der ausgestaltet ist, um sich mit dem SMA-Aktuator zu bewegen, wenn sich der SMA-Aktuator während einer elektrischen Aktivierung zusammenzieht. Ein elektronischer Schalter ist mit dem SMA-Aktuator und mit dem Dämpfer funktionell verbindbar. Der elektronische Schalter, der hierin als ein dämpfergesteuerter Schalter (DSC, vom engl. damper-controlled switch) bezeichnet wird, weist eine offene Position, in der ein elektrischer Stromfluss zu dem SMA-Aktuator durch den elektronischen Schalter hindurch verhindert wird, und eine geschlossene Position auf, in der ein elektrischer Stromfluss zu dem SMA-Aktuator durch den elektronischen Schalter hindurch gestattet wird. Ein Vorspannelement wendet eine Vorspannkraft auf den Dämpfer an, die den elektronischen Schalter in die geschlossene Position drängt. Der Dämpfer ist ausgestaltet, um die Vorspannkraft des Vorspannelements zu überwinden, um den Schalter nur dann in die offene Position zu bewegen, wenn eine Geschwindigkeit des bewegbaren Abschnitts einer vorbestimmten Schwellengeschwindigkeit entspricht oder diese überschreitet, und um infolge der Vorspannkraft des Vorspannelements in die geschlossene Position zurückzukehren, wenn die Geschwindigkeit des bewegbaren Abschnitts unter die vorbestimmte Schwellengeschwindigkeit fällt.
Das System kann ein Einstellmerkmal umfassen, das mit dem Vorspannelement funktionell verbunden und einstellbar ist, um eine Vorbelastung auf dem Vorspannelement zu ändern. Durch Ändern der Vorbelastung auf dem Vorspannelement wird das Ausmaß der Vorspannkraft und die vorbestimmte Schwellengeschwindigkeit, mit der sich der Schalter öffnen wird, modifiziert.
Das System kann in vielerlei Anwendungen eingesetzt werden, in denen eine Regelung der Verlagerungsgeschwindigkeit einer durch einen SMA-Aktuator bewegbaren Komponente vorteilhaft ist. Das System kann z. B. in einem Fahrzeug eingesetzt werden, um eine Betätigung einer Komponente zu steuern. In einer Ausführungsform wird das System in einem Fahrzeug verwendet, um die Betätigung eines ausfahrbaren Handgriffes zu steuern. Das System kann auch in Nicht-Automobil-Anwendungen verwendet werden. Außerdem kann ein gegebenes System eine Bewegung in einem Bereich von Spannungen und einem Bereich von Belastungen regeln, was es ohne Modifikation für eine Vielfalt unterschiedlicher Anwendungen geeignet macht.
Die oben stehenden Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Lehren sind aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der besten Arten, die vorliegenden Lehren auszuführen, in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen ohne weiteres verständlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Illustration in perspektivischer Darstellung eines Systems mit einer rotierenden Ausführungsform eines dämpfergesteuerten Schalters und einem elektrisch aktivierbaren Formgedächtnislegierungs-Aktuators mit einer zugehörigen Rückstellfeder.
2 ist eine schematische Illustration in Seitenansicht eines Abschnitts des Systems von 1 mit dem Schalter in einer geschlossenen Position.
3 ist eine schematische Illustration in Seitenansicht eines Abschnitts des Systems von 1 mit dem Schalter in einer offenen Position.
4 ist eine schematische Illustration in Seitenansicht eines Abschnitts des Systems von 1 mit dem in eine geschlossene Position zurückgekehrten Schalter.
5 ist eine schematische Illustration in Draufsicht eines Abschnitts des Systems von 1, welche Abschnitte eines Dämpfers in Strichlinien zeigt.
6 ist eine schematische Illustration in fragmentarischer perspektivischer Darstellung einer alternativen Ausführungsform einer Welle, eines Dämpfers und eines Dämpfergehäuses zur Verwendung in dem System von 1.
7 ist eine schematische Illustration in fragmentarischer perspektivischer Darstellung eines Abschnitts des Dämpfers und der Welle von 6 mit einem Abschnitt eines elektrischen Kabels.
8 ist eine schematische Illustration eines Dämpfergehäuses des Dämpfers von 6 und eines Vorspannelements.
9 ist eine graphische Darstellung der Position in Millimetern gegen die Zeit in Sekunden für ein Ende des Formgedächtnislegierungs-Aktuators von 1 während einer Betätigung bei verschiedenen Vorbelastungen des Vorspannelements, die durch die Anzahl der Grade angezeigt sind, um die ein Vorbelastungseinstellmerkmal gedreht wird.
10 ist eine graphische Darstellung der durchschnittlichen Geschwindigkeit in Millimetern pro Sekunde des Formgedächtnislegierungs-Aktuators von 1 gegen die Anzahl der Grade, um die ein Vorbelastungseinstellmerkmal gedreht wird, um verschiedene Vorbelastungen des Vorspannelements von 1 aufzubauen.
11 ist eine graphische Darstellung der Position in Millimetern gegen die Zeit in Sekunden für ein Ende des Formgedächtnislegierungs-Aktuators von 1 während einer Betätigung für verschiedene Spannungen in Volt, die an den Formgedächtnislegierungs-Aktuator angelegt werden, wenn er ohne den dämpfergesteuerten Schalter verwendet wird.
12 ist eine graphische Darstellung der Position in Millimetern gegen die Zeit in Sekunden für ein Ende des Formgedächtnislegierungs-Aktuators von 1 während einer Betätigung für verschiedene Spannungen in Volt, die an den Formgedächtnislegierungs-Aktuator angelegt werden, wenn er mit dem dämpfergesteuerten Schalter verwendet wird.
13 ist eine graphische Darstellung zwischen der durchschnittlichen Geschwindigkeit in Millimetern pro Sekunde gegen die Spannung in Volt des Formgedächtnislegierungs-Aktuators von 1, sowohl mit dem als auch ohne den dämpfergesteuerten Schalter.
14 ist eine graphische Darstellung des Verhältnisses zwischen durchschnittlichen und der Spitzengeschwindigkeit gegen die Spannung in Volt des Formgedächtnislegierungs-Aktuators von 1, sowohl mit dem als auch ohne den dämpfergesteuerten Schalter.
15 ist eine graphische Darstellung der Position in Millimetern gegen die Zeit in Sekunden für ein Ende des Formgedächtnislegierungs-Aktuators von 1 während einer Betätigung bei 10 Volt für verschiedene Belastungen in Kilogramm, die auf den Formgedächtnislegierungs-Aktuator angewendet werden, wenn er ohne den dämpfergesteuerten Schalter verwendet wird.
16 ist eine graphische Darstellung der Position in Millimetern gegen die Zeit in Sekunden für ein Ende des Formgedächtnislegierungs-Aktuators von 1 während einer Betätigung bei 10 Volt für verschiedene Belastungen in Kilogramm, die auf den Formgedächtnislegierungs-Aktuator angewendet werden, wenn er mit dem dämpfergesteuerten Schalter verwendet wird.
17 ist eine graphische Darstellung der durchschnittlichen Geschwindigkeit in Millimetern pro Sekunde gegen die auf den Formgedächtnislegierungs-Aktuator von 1 angewendeten Belastungen in Kilogramm, sowohl mit dem als auch ohne den dämpfergesteuerten Schalter.
18 ist eine graphische Darstellung des Verhältnisses zwischen durchschnittlichen und der Spitzengeschwindigkeit gegen die auf den Formgedächtnislegierungs-Aktuators von 1 angewendeten Belastungen in Kilogramm, sowohl mit dem als auch ohne den dämpfergesteuerten Schalter.
19 ist eine graphische Darstellung der Geschwindigkeit in Millimetern auf der linken Achse gegen die Zeit in Sekunden und der Aktuatorposition in Millimetern auf der rechten Achse gegen die Zeit in Sekunden für ein Ende des Formgedächtnislegierungs-Aktuators von 1 während einer Betätigung sowohl mit dem als auch ohne den dämpfergesteuerten Schalter.
20 ist eine graphische Darstellung der angelegten Spannung in Volt auf der linken Achse gegen die Zeit in Sekunden und eine graphische Darstellung der Aktuatorposition in Millimetern auf der rechten Achse gegen die Zeit in Sekunden während einer Betätigung des Formgedächtnislegierungs-Aktuators von 1 mit dem dämpfergesteuerten Schalter.
21 ist eine schematische Illustration in partieller Querschnittsansicht einer anderen, linearen Ausführungsform eines Systems mit einem dämpfergesteuerten Schalter in einer geschlossenen Position und einem elektrisch aktivierbaren Formgedächtnislegierungs-Aktuator gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Lehren.
22 ist eine schematische Illustration in partieller Querschnittsansicht des Systems von 21 mit dem Schalter in einer offenen Position.
23 ist eine graphische Darstellung der durchschnittlichen Geschwindigkeit in Millimetern auf der linken Achse und der Aktuatorposition in Millimetern auf der rechten Achse gegen die Zeit in Sekunden für ein Ende des Formgedächtnislegierungs-Aktuators von 21 während einer Betätigung sowohl mit dem als auch ohne den linearen, dämpfergesteuerten Schalter.
24 ist eine schematische Illustration in fragmentarischer perspektivischer Darstellung eines Abschnitts eines Fahrzeuges, der eine Handgriffanordnung aufweist, wobei ein Handgriff in einer verstauten Position gezeigt ist, und wobei ein Formgedächtnislegierungs-Aktuator und das System von 1 in einer Basis der Handgriffanordnung verpackt sind.
25 ist eine schematische Illustration des Abschnitts des Fahrzeuges von 24, wobei der Handgriff in einer ausgefahrenen Position, wenn der Aktuator vollständig betätigt ist, gezeigt ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Bezug nehmend auf die Zeichnungen, in denen sich gleiche Bezugsziffern in den Ansichten durchweg auf gleiche Komponenten beziehen, zeigt 1 ein System 10 mit einem Formgedächtnislegierungs(SMA)-Aktuator 12, der einen SMA-Draht 14 umfasst. Der SMA-Aktuator 12 wird selektiv durch einen elektrischen Strom i betätigt, der von einer Stromquelle 16 mit einer gewählten Spannung geliefert wird. Wie hierin erörtert, erfährt der SMA-Draht 14 eine ohmsche Erwärmung, wenn er elektrisch aktiviert wird, die bewirkt, dass sich der SMA-Draht in die Richtung des Pfeiles A1 zusammenzieht. Das System 10 umfasst einen dämpfergesteuerten Schalter (DCS) 18, der öffnet und schließt, wie hierin beschrieben, um einen Stromfluss zu dem SMA-Draht 14 zu regeln, um so die Geschwindigkeit der Betätigung (d. h. des Zusammenziehens) des SMA-Drahtes 14 zu regeln.
Bezug nehmend auf die 1 und 5 ist im Spezielleren ein Dämpfer 20 mit dem SMA-Aktuator 12 funktionell verbunden. Der Dämpfer 20 umfasst einen Rotor 22, der an einer Welle 24 befestigt ist. Der Rotor 22 wird als ein bewegbarer Abschnitt des Dämpfers 20 bezeichnet, da er fixiert ist, um mit der Welle 24 um eine Mittelachse C1 der Welle 24 zu rotieren. Der SMA-Aktuator 12 umfasst ein Kabel 26 mit einem Ende 27, das an ein Ende 28 des SMA-Drahtes 14 gecrimpt oder anders daran fixiert ist. Ein anderes Ende 30 des SMA-Drahtes 14 wird mit einem fixierten Teil 32 feststehend gehalten. Ein Ende 34 des Kabels 26 ist in eine Entlüftungsschraube 31 eingeführt, die an einem verkeilten Wellenbund 36 fixiert ist, welcher konzentrisch auf der Welle 24 befestigt ist, um mit der Welle 24 zu rotieren. Das Kabel 26 wickelt sich im Uhrzeigersinn von dem Ende 27 zu dem Ende 34 um den Bund 36 herum. Wenn sich demzufolge der SMA-Draht 14 zusammenzieht, neigt die Betätigungskraft des SMA-Drahtes 14 dazu, die Welle 24 in die Richtung gegen den Uhrzeigersinn des Pfeils A2 zu drehen.
Eine Rückstellfeder 38 ist auch mit dem bewegbaren Abschnitt (d. h. dem Rotor 22) des Dämpfers 20 funktionell verbunden. Ein Ende 40 der Rückstellfeder 38 ist durch ein Kabel 42 oder ein anderes Merkmal an dem fixierten Teil 32 fixiert. Ein anderes Kabel 44 weist ein Ende 46 auf, das an eine Ende 48 der Rückstellfeder 38 gecrimpt oder anders daran fixiert ist. Ein anderes Ende 50 des Kabels 44 ist an einer Entlüftungsschraube 53 fixiert, die an einem verkeilten Wellenbund 52 fixiert ist, welcher konzentrisch auf der Welle 24 befestigt ist, um mit der Welle 24 zu rotieren. Das Kabel 44 wickelt sich gegen den Uhrzeigersinn von dem Ende 48 zu dem Ende 50 um den Bund 52 herum. Die Rückstellfeder 38 steht unter Spannung und stellt eine Kraft auf dem Kabel 44 in die Richtung des Pfeils A3 bereit und neigt somit dazu, die Welle 24 in die Richtung des Uhrzeigersinnes des Pfeils A4 zu drehen. Demzufolge stellt die Rückstellfeder 38 anschließend an eine Betätigung des SMA-Drahtes 14 ein Rückstellkraft bereit, die den SMA-Draht 14 dazu drängt, in eine Ausgangsposition zurückzukehren. Die Ausgangsposition ist die Position des SMA-Drahtes 14, wenn er sich in der Martensitphase befindet, wie hierin erörtert. Die Ausgangsposition des SMA-Drahtes 14 kann z. B. die in 1 gezeigte Position mit dem Ende 28 in der gezeigten Position sein. Wenn der SMA-Draht 14 in der Austenitphase vollständig betätigt ist, kann sich das Ende 28 in eine Endposition 28A bewegen. Nach einer Betätigung wird die elektrische Leistung von der Stromquelle 16 entweder manuell oder zufolge eines Steuersignals von einem Steuersystem, das von dem System 10 getrennt ist, ausgeschaltet. Das Material des SMA-Drahtes 14 wird abkühlen und die Rückstellkraft der Rückstellfeder 38 wird dann in der Lage sein, den SMA-Draht 14 zu ziehen, sodass sich das Ende 28 zurück in die gezeigte Ausgangsposition bewegt, wenn sich das SMA-Material beim Zurückkehren in seinen Zustand vor der Betätigung ausdehnt.
Erneut Bezug nehmend auf 5 umfasst der Dämpfer 20 ferner eine Dämpferummantelung 54, die einen Hohlraum 56 bildet. Eine Platte 58 ist an dem Gehäuse 54 fixiert. In dem Hohlraum 56 zwischen der Platte 58 und dem Rotor 22 befindet sich ein Fluid 60. Der Rotor 22 erstreckt sich in den Hohlraum 56 hinein und ist bezüglich der Dämpferummantelung 54 bewegbar. In dem Hohlraum 56 zwischen der Platte 58 und dem Rotor 22 befindet sich ein Fluid 60. Wenn die Welle 24 mit einer Winkelgeschwindigkeit rotiert, die größer oder gleich der vorbestimmten Schwellen-Winkelgeschwindigkeit ist, welche einer vorbestimmten Schwellengeschwindigkeit des SMA-Drahtes 14 entspricht, wird ein Drehmoment durch den Dämpfer 20 zwischen dem Rotor 22 und der Dämpferummantelung 54 größer als das Drehmoment des Vorspannelements 76, und die Dämpferummantelung 54 hebt sich, sodass der DCS 18 öffnet. Eigenschaften des Dämpfers 20 wie z. B. die Viskosität des Fluids 60 und die Beabstandung der Platte 58 und des Rotors 22 werden so gewählt, dass bewirkt wird, dass der DCS 18 bei der vorbestimmten Schwellen-Winkelgeschwindigkeit öffnet. Wenn sich die Welle 24 aufgrund dessen verlangsamt, dass der SMA-Draht 14 nicht weiter erwärmt wird, nimmt die Differenz der Geschwindigkeit des Rotors 22 und der Dämpferummantelung 54 ab, was das Dämpferdrehmoment verringert. Dann drückt das Vorspannelement 76 die Dämpferummantelung 54 zurück nach unten, was den DCS 18 schließt, wodurch zugelassen wird, dass sich der SMA-Draht 14 wieder erwärmt. Es können andere Ausgestaltungen des Dämpfers 20 innerhalb des Schutzumfanges der vorliegenden Lehren verwendet werden.
Wie in den 1–5 gezeigt, umfasst die Dämpferummantelung 54 nach außen verlaufende Arme 62, 64. Der DCS 18 umfasst einen ersten Kontakt 66, der an dem Arm 62 der Dämpferummantelung 54 befestigt ist. Alternativ könnte der erste Kontakt 66 integral in der Dämpferummantelung 54 gebildet sein, wie z. B. wenn die Dämpferummantelung 54 ein elektrisch leitfähiges Material ist. Ein zweiter Kontakt 68 ist an einem fixierten Teil 70 befestigt. Ein elektrischer Draht 72 verbindet die Stromquelle 16 mit dem fixierten Teil 70. Das fixierte Teil 70 kann leitfähig sein und somit den Draht 72 mit dem zweiten Kontakt 68 elektrisch verbinden. Alternativ kann sich der Draht 72 durch eine Mitte des fixierten Teils 70 hindurch erstrecken, um eine direkte Verbindung zu dem zweiten Kontakt 68 herzustellen.
Die Stromquelle 16 kann durch ein Steuersignal oder manuell, z. B. durch einen Druckknopf, aktiviert werden, um die Versorgung mit elektrischer Leistung mit einer gewählten Spannung durch den Draht 72 hindurch zu ermöglichen. Wenn der DCS 18 geschlossen ist, steht der erste Kontakt 66 in physikalischem Kontakt mit dem zweiten Kontakt 68 und Strom fließt von der Stromquelle 16 durch den Draht 72 und den DCS 18 hindurch und durch einen zweiten elektrischen Draht 74 hindurch, der mit dem Ende 30 des SMA-Drahtes 14 an dem fixierten Teil 32 verbunden ist. Sowohl die Stromquelle 16 als auch der SMA-Draht 14 sind bei G geerdet. Demzufolge ist der DCS 18 durch den Draht 74 mit dem SMA-Draht 14 des SMA-Aktuators 12 funktionell verbindbar und er ist mit dem Dämpfer 20 funktionell verbunden, da der erste Kontakt 66 auf dem Dämpferarm 62 befestigt ist.
Formgedächtnislegierungen können einen Formgedächtniseffekt zeigen. Das heißt, der SMA-Draht 14 kann eine Festzustands-, kristallographische Phasenänderung über ein Umschalten zwischen einer Martensitphase, d. h. „Martensit”, und einer Austenitphase, d. h. Austenit”, erfahren. Die Martensitphase ist eine relativ weiche und leicht deformierbare Phase der Formgedächtnislegierungen, die allgemein bei niedrigeren Temperaturen existiert. Die Austenitphase, die stärkere Phase der Formgedächtnislegierungen, tritt bei höheren Temperaturen auf. Die Temperatur, bei der sich die Formgedächtnislegierung an ihre Hochtemperaturform erinnert, als die Austenitphasen-Umwandlungstemperatur bezeichnet, kann durch Ausüben einer Belastung und anderer Verfahren eingestellt werden. Demzufolge kann eine Temperaturdifferenz zwischen der Austenitphase und der Martensitphase die Phasenumwandlungs-Delta-T sein. Anders ausgedrückt kann der SMA-Draht 14 eher eine Verschiebungsumwandlung als eine Diffusionsumwandlung erfahren, um zwischen Martensit und Austenit umzuschalten. Eine verschiebende Umwandlung ist eine strukturelle Änderung, die durch die koordinierte Verlagerung von Atomen (oder Gruppen von Atomen) bezüglich ihrer Nachbarn stattfindet. Im Allgemeinen bezieht sich die Martensitphase auf die Phase vergleichsweise niedrigerer Temperatur, und sie ist oft leichter verformbar – d. h. der Elastizitätsmodul ist ungefähr 2,5-mal kleiner – als die Austenitphase vergleichsweise höherer Temperatur.
Die Temperatur, bei der der SMA-Draht 14 beginnt, sich von der Austenitphase in die Martensitphase zu ändern, ist als die Martensit-Anfangstemperatur M_s bekannt. Die Temperatur, bei der der SMA-Draht 14 die Änderung von der Austenitphase in die Martensitphase beendet, ist als die Martensit-Endtemperatur M_f bekannt. In ähnlicher Weise ist, wenn der SMA-Draht 14 erwärmt wird, die Temperatur, bei der der SMA-Draht 14 beginnt, sich von der Martensitphase in die Austenitphase zu ändern, als die Austenit-Anfangstemperatur A_s bekannt. Die Temperatur, bei der der SMA-Draht 14 die Änderung von der Martensitphase in die Austenitphase beendet, ist als die Austenit-Endtemperatur A_f bekannt.
Daher kann sich der SMA-Draht 14 durch einen kalten Zustand auszeichnen, d. h., wenn eine Temperatur des SMA-Teils unter der Martensit-Endtemperatur M_f des SMA-Drahtes 14 liegt. Gleichermaßen kann sich der SMA-Draht 14 durch einen heißen Zustand auszeichnen, also wenn die Temperatur des SMA-Drahtes 14 über der Austenit-Endtemperatur A_f des SMA-Drahtes 14 liegt.
Im Betrieb kann der SMA-Draht 14, der vorgedehnt oder einer Zugspannung unterworfen ist, beim Ändern der kristallographischen Phase eine Abmessung ändern, um dadurch thermische Energie in mechanische Energie umzuwandeln. Die thermische Energie resultiert aus einer ohmschen Erwärmung über elektrischen Strom. Das heißt, der SMA-Draht 14 kann die kristallographische Phase von Martensit zu Austenit ändern und sich dadurch abmessungstechnisch zusammenziehen, wenn er pseudoplastisch vorgedehnt wird, um so thermische Energie in mechanische Energie umzuwandeln. Hingegen kann der SMA-Draht 14 die kristallographische Phase von Austenit zu Martensit ändern, und wenn er unter Spannung steht, sich dabei abmessungstechnisch ausdehnen und gestreckt werden.
Pseudoplastisch vorgedehnt bezieht sich auf ein Strecken des SMA-Drahtes 14, während er sich in der Martensitphase befindet, sodass die durch den SMA-Draht 14 unter dieser Belastungsbedingung gezeigte Dehnung nicht vollständig zurückgewonnen wird, wenn er nicht belastet ist, wobei eine rein elastische Dehnung vollständig zurückgewonnen würde. In dem Fall des SMA-Drahtes 14 ist es möglich, das Material so zu belasten, dass die elastische Dehngrenze überstiegen wird und eine Verformung in der martensitischen Kristallstruktur des Materials stattfindet, bevor die wahre plastische Dehngrenze des Materials überschritten wird. Eine Dehnung dieser Art zwischen diesen beiden Grenzen ist eine pseudoplastische Dehnung, die deshalb so bezeichnet wird, da es scheint, dass es sich nach Wegnehmen der Belastung plastisch verformt hat. Wenn jedoch bis zu dem Punkt erwärmt wird, an dem sich der SMA-Draht 14 in seine Austenitphase umwandelt, kann diese Dehnung zurückgewonnen werden, wobei der SMA-Draht 14 zu der ursprünglichen Länge zurückkehrt, die vor Ausüben der Belastung zu beobachten war.
Wenngleich eine ohmsche Erwärmung des SMA-Drahtes 14 gestattet ist, wenn der DCS 18 geschlossen ist, weist der DCS 18 auch eine offene Position auf, in 3 gezeigt, in der ein elektrischer Stromfluss zu dem SMA-Draht 14 des SMA-Aktuators 12 durch den DCS 18 hindurch verhindert ist, da der erste Kontakt 66 von dem zweiten Kontakt 68 beabstandet ist und nicht mit diesem in Kontakt steht.
Das System 10 umfasst ein Vorspannelement 76, das eine Vorspannkraft und ein Drehmoment auf den Dämpfer 20 ausübt, welches den DCS 18 in die geschlossene Position drängt. Das in 1 gezeigte Vorspannelement 76 ist eine Druckfeder, die mit einem feststehenden äußeren Gehäuse 78 des Dämpfers 20 und dem Dämpferarm 62 verbunden ist und sich dazwischen erstreckt. Die Welle 24 ist zur Rotation durch eine Halterung 55 gehalten, die sich von dem feststehenden Gehäuse 78 weg erstreckt. Die Welle 24 erstreckt sich durch eine Öffnung in der Halterung 55 hindurch. Die Öffnung ist dimensioniert, um eine Rotation der Welle 24 bezüglich der Halterung 55 zu gestatten.
Ein Einstellmerkmal 80 kann auf dem feststehenden äußeren Gehäuse 78 positioniert und mit dem Vorspannelement 76 funktionell verbunden sein. Das in 1 gezeigte Einstellmerkmal 80 umfasst einen Knopf 82 mit einem Innengewinde auf einer Schraube 84 mit einem Außengewinde. Das Einstellmerkmal 80 ist einstellbar, indem der Knopf 82 derart gedreht wird, dass der Knopf 82 die Schraube 84 hinauf oder hinunter läuft, wie durch den Pfeil A5 angezeigt, um dadurch die Komprimierung des Vorspannelements 76 zu ändern und eine Vorbelastung auf dem Vorspannelement 76 zu ändern. Die Vorbelastung des Vorspannelements 76 entspricht dem Ausmaß der Vorspannkraft, welche das Vorspannelement 76 auf dem Arm 62 ausübt, um den Arm 62 in die in 1 gezeigte Position vorzuspannen, in der der DCS 18 geschlossen ist.
Wenn der SMA-Draht 14 mit elektrischem Strom aktiviert wird, erwärmt er sich, was bewirkt, dass er sich in der Länge zusammenzieht. Wenn die Geschwindigkeit des Zusammenziehens kleiner ist als eine vorbestimmte Schwellengeschwindigkeit, wird die Welle 24 in der Richtung A2 gegen den Uhrzeigersinn mit einer Winkelgeschwindigkeit rotieren, die in direkter Beziehung zu der Geschwindigkeit des SMA-Drahtes 14 steht, und das Drehmoment durch den Dämpfer 20 hindurch wird kleiner sein als das Drehmoment des Vorspannelements 76, sodass der DCS 18 geschlossen bleiben wird. Wenn jedoch die Geschwindigkeit des SMA-Drahtes 14 größer oder gleich der vorbestimmten Schwellengeschwindigkeit ist, wird die Winkelgeschwindigkeit der Welle 24 die vorbestimmte Schwellen-Winkelgeschwindigkeit überschreiten, und das Drehmoment durch den Dämpfer 20 hindurch wird das Vorspanndrehmoment des Vorspannelements 76 überwinden, das wirksam ist, um den Arm 62 in der Position von 2 zu halten, wobei der DCS 18 geschlossen ist. Der Arm 62 der Dämpferummantelung 54 wird gegen das Vorspannelement 76 pressen und die Vorspannkraft des Vorspannelements 76 überwinden und so zulassen, dass sich der Arm 62 aus der in 2 gezeigten Position in eine Position hebt, in der der DCS 18 offen ist, wie z. B die in 3 gezeigte Position. Mit dem offenen DCS 18 hört der elektrische Stromfluss zu dem SMA-Draht 14 auf, um so die Aktivierung des SMA-Materials zu stoppen und das Zusammenziehen des SMA-Drahtes 14 zu verlangsamen. Wie in 3 angezeigt, ist die Welle 24 um einen Winkel B1 rotiert, wenn sich der DCS 18 in der offenen Position befindet. Der Winkel B1 kann von einer Startposition des Endes 34 des an dem SMA-Draht 14 angebrachten Kabels 26 zu der Position des Endes 34, wenn sich das Dämpfergehäuse 54 hebt, um den DCS 18 zu öffnen, gemessen werden.
Ohne elektrische Aktivierung wird die Temperatur des SMA-Drahtes 14 beginnen, abzukühlen, und die Geschwindigkeit des Zusammenziehens des SMA-Drahtes 14 und die Winkelgeschwindigkeit der Welle 24 und des Rotors 22 werden sich verlangsamen. Sobald die Geschwindigkeit des SMA-Drahtes 14 unter die vorbestimmte Schwellengeschwindigkeit fällt, verlangsamt sich die Winkelgeschwindigkeit der Welle 24 und des Rotors 22, wodurch das Drehmoment durch den Dämpfer 20 hindurch reduziert wird, sodass das Drehmoment des Vorspannelements 76 bewirkt, dass die Dämpferummantelung 54 in die Position von 2 zurückkehrt, und der DCS 18 schließt wieder. Während der Zeit, in der sich der SMA-Draht 14 aus der offenen Position von 3 zurück in die geschlossene Position von 4 bewegt, zieht sich der SMA-Draht 14 weiterhin zusammen, wie durch den Winkel B2 (in 4 gezeigt), der größer ist als der Winkel B1, angezeigt. Allerdings findet dieses Zusammenziehen bei Geschwindigkeiten statt, die kleiner sind als die vorbestimmte Schwellengeschwindigkeit. Mit dem geschlossenen DCS 18 beginnt ein elektrischer Stromfluss durch den DCS 18 hindurch zu dem SMA-Draht 14 erneut, und die Geschwindigkeit des Zusammenziehens des SMA-Drahtes 14 nimmt wieder zu. Der DCS 18 kann in dieser Weise während des Betätigungsvorganges des SMA-Drahtes 14, wenn er von Martensit zu Austenit übergeht, wiederholt öffnen und schließen, um so eine elektrische Aktivierung des SMA-Drahtes 14 in einer oszillierenden Ein/Aus-Weise bereitzustellen, um die Geschwindigkeit des SMA-Drahtes zu regeln. Der Ein/Aus-Betrieb des DCS 18 zufolge der Verlagerung der Welle 24 und der relativen Drehmomente des Dämpfers 20 und des Vorspannelements 76 imitiert eine aktive Steuerung des SMA-Drahtes 14, verwendet aber passive Komponenten, da das System 10 keine Rückmeldung der Position des SMA-Drahtes 14 benötigt, um die Bewegung des SMA-Drahtes 14 zu steuern. Demzufolge sind Sensoren und andere kostspielige Komponenten, die empfindlich gegenüber Umweltfaktoren sein könnten, nicht notwendig, um eine Bewegung einer an dem SMA-Aktuator 12 angebrachten Komponente bereitzustellen, die als relativ gleichmäßig im Vergleich zu der Bewegung einer Komponente wahrgenommen wird, die nicht durch das System 10 gesteuert wird. Am Ende des Betätigungsvorganges findet eine letzte Umwandlung des SMA-Drahtes 14 bei einer Geschwindigkeit unter der vorbestimmten Schwellengeschwindigkeit mit einer Winkeldrehung der Welle 24 unter der vorbestimmten Schwellen-Winkelgeschwindigkeit statt, und es findet kein weiteres Umschalten mehr statt.
Eine Bewegungssteuerung des SMA-Drahtes 14 mithilfe des Systems 10 ist abstimmbar, was die Verwendung in einer Vielfalt von Anwendungen zulässt. Beispielsweise kann die Vorbelastung des Vorspannelements 76 mithilfe des Einstellungsmerkmals 80, z. B. durch Drehen des Knopfes 82, abgestimmt werden. Außerdem kann die Steifigkeit des Vorspannelements 76 ausgewählt sein, um einen erwünschten Bereich von Belastungen des Vorspannelements 76 über den Komprimierungsbereich des Vorspannelements 76 bereitzustellen, wenn sich der Arm 62 aus der Position von 2 in die Position von 3 bewegt. Überdies können die Dämpfereigenschaften wie z. B. die Viskosität des Fluids in dem Dämpfer 20 ausgewählt werden, um das Drehmoment und die Winkelgeschwindigkeit, mit der der Dämpfer 20 den DCS 18 dazu bringen wird, zu öffnen, genau festzulegen.
6 ist eine schematische Illustration in fragmentarischer perspektivischer Darstellung einer alternativen Ausführungsform einer Welle 124, eines Dämpfers 120, eines Rotors 122, einer Dämpferummantelung 154 und eines Dämpfergehäuses 178 zur Verwendung anstelle der entsprechenden Komponenten in dem System 10 von 1. Entsprechende Komponenten, die funktionieren, wie mit Bezug auf Komponenten in den 1–5 beschrieben, sind mit um 100 erhöhten Bezugsziffern bezeichnet. Im Spezielleren umfasst ein dämpfergesteuerter Schalter (DCS) 118 einen ersten Kontakt 166, der sich mit dem Arm 162 der Dämpferummantelung 154 bewegt, und einen zweiten Kontakt 168, der an dem Dämpfergehäuse 178 fixiert ist. Ein in 7 gezeigtes elektrisches Kabel 174 stellt eine Verbindung zu dem ersten Kontakt 166 her, um Leistung an den SMA-Draht 14 von 1 zu liefern. Bolzen 169 gestatten es, einen Basisabschnitt 179 des Dämpfergehäuses 178 in einer gewünschten Position für eine spezifische Anwendung zu fixieren.
8 zeigt ein Vorspannelement, das eine Torsionsfeder 176 ist. Die Torsionsfeder 176 weist ein Ende 181 auf, das mithilfe einer Schraube 167 (in 7 gezeigt), die sich durch die Dämpferummantelung 154 hindurch erstreckt, fixiert werden kann, um eine Platte 158 (in 8 gezeigt) des Dämpfers 120 an der Dämpferummantelung 154 anzubringen. Das Ende 181 wirkt durch die Schraube 167 auf die Dämpferummantelung 154, sodass ein Drehmoment durch den Dämpfer 20 das Vorspanndrehmoment der Torsionsfeder 176 überschreiten muss, damit sich die Dämpferummantelung 154 dreht, um den Arm 162 anzuheben und zu bewirken, dass sich der erste Kontakt 166 von dem zweiten Kontakt 168 weg bewegt und der Schalter 118 öffnet. Das Vorspanndrehmoment (d. h. die Vorbelastung) der Torsionsfeder 176 kann durch Drehen eines Einstellknopfes 182 (in 7 gezeigt) eingestellt werden, der einen Schlitz aufweist, durch den hindurch sich ein anderes Ende 183 der Torsionsfeder 176 erstreckt. Der Knopf 182 rotiert innerhalb einer Buchse, die in das Gehäuse 178 hinein fixiert ist. Sobald der Knopf 182 auf eine gewünschte Einstellung eingestellt ist, wird er durch eine in der Seite der Buchse befestigte Stellschraube an Ort und Stelle gehalten, die gegen den Knopf 182 festgezogen werden kann, um ihn an Ort und Stelle zu halten oder zuzulassen, dass er rotiert wird. Es sind andere Mittel zum Sperren des Knopfes 182 an Ort und Stelle möglich, u. a. indem man sich einfach auf eine Reibung zwischen ihm und einer entsprechend gebauten Buchse stützt.
Ein Prototypsystem 10 wurde in einer experimentellen Apparatur getestet, welche den SMA-Aktuator 12 und eine Datenerfassungs-Hardware umfasste. Der getestete SMA-Draht 14 war ein Dynalloy FLEXINOL 90C-Draht mit einer Länge von 18 Zoll und einem Durchmesser von 0,012 Zoll. Das Kabel 26 war ein KEVLAR-Garn. Zum Sammeln von Daten an dem System 10 wurde eine Kraftmesszelle (nicht gezeigt) mit dem Ende 30 des SMA-Drahtes 14 funktionell verbunden, und ein Drehwertgeber (nicht gezeigt) wurde mit dem Ende der Welle 24 dem DCS 18 entgegengesetzt verbunden.
9 ist eine graphische Darstellung der Position p des SMA-Drahtes 14, z. B. der Position des Endes 28, gegen die Zeit t in Sekunden für verschiedene Vorbelastungen des Vorspannelements 76, während eine konstante Stromversorgungsspannung von der Stromquelle 16 bereitgestellt wurde. Die Abstimmbarkeit der vorbestimmten Schwellengeschwindigkeit wurde durch Variieren der Vorbelastung des Vorspannelements 76 durch Drehen des Geschwindigkeitsschwellenabstimmungs-Einstellknopfes 82 in 45-Grad(1/8-Drehung)-Inkrementen, eines für jeden Betätigungsvorgang, untersucht. Es sind Kurven 200, 202, 204, 206, 208 und 210 angezeigt, in denen sich der Einstellknopf 182 bei 90 Grad, 135 Grad, 180 Grad, 225 Grad, 270 Grad bzw. bei 315 Grad befindet. Zusätzliche Kurven (nicht gezeigt), bei denen der Knopf 82 in 45-Grad-Inkrementen von 360 Grad bis zu einem Maximum von 810 Grad weiter gedreht wurde, resultierten in einem noch stärkeren Anstieg als die Linie für die 315-Grad-Knopfposition und hatten eine Betätigung innerhalb einer kürzeren Zeitspanne zur Folge. 9 illustriert, dass, wenn die Federvorbelastung des Vorspannelements 76 erhöht wurde, der Anstieg der Kurve zunahm (d. h. die Betätigungszeit ist kürzer), da der DCS 18 durch das Vorspannelement 76 für einen höheren prozentuellen Anteil der Betätigungsvorgangszeit nach unten in der geschlossenen Position gehalten wurde.
In 10 zeigt die flache Region der Kurve 22 der durchschnittlichen Geschwindigkeit v in Millimetern pro Sekunde gegen den Vorspannelement 76-Vorbelastungswinkel d in Grad bei der 0- und 45-Grad-Einstellung des Einstellknopfes 82 an, dass die Federvorbelastung nicht ausreichte, um die Grenzreibung zu überwinden, und somit blieb der DCS 18, sobald er offen war, offen und es fand keine weitere Bewegung statt, d. h. der vollständige Betätigungsvorgang erfolgte nicht. Um eine vollständige Betätigung zu erreichen, war eine Minimaleinstellung von 90 Grad erforderlich. Bei höheren Vorbelastungen pendelt sich die durchschnittliche Geschwindigkeit beginnend bei einer Einstellung von 720 Grad (zwei Umdrehungen des Einstellknopfes 82) ein. Dies stellt die gegenteilige Situation dar, in der die Vorbelastung des Vorspannelements 76 so hoch ist, dass der DCS 18 immer geschlossen bleibt, wobei im Wesentlichen ein Betätigungsvorgang des SMA-Aktuators 12 ohne den DCS 18 wiederholt wird, da der DCS 18 kein Schalten induziert. Diese zwei Extreme bilden einen Betriebsfähigkeitsbereich von erreichbaren konstanten Geschwindigkeiten für eine gegebene Spannung (8 V), die beinahe zwei Größenordnungen überspannt.
Wie in den 11–18 angezeigt, sind der Dämpfer 20 und der DCS 18 ausgestaltet, um die Geschwindigkeit des SMA-Drahtes 14, der Welle 24 und des bewegbaren Abschnitts des Dämpfers 20 (d. h. des Rotors 22) über einen Bereich von Belastungen und Spannungen zu begrenzen, die auf den SMA-Aktuator 12 angewendet werden. 11 zeigt Kurven der Position p in Millimetern (mm) gegen die Zeit t in Sekunden für das Ende 28 des SMA-Drahtes 14 von 1 während einer Betätigung für verschiedene Spannungen in Volt (V) der Stromquelle 16, die auf den SMA-Draht 14 angewendet werden, wenn er ohne den DCS 18 (oder mit dem immer geschlossenen DCS 18) verwendet wird. Die Kurven 222, 224, 226, 228, 230, 232 und 234 stehen für die Spannungen 6 V, 7 V, 8 V, 9 V, 10 V, 11 V bzw. 12 V. Die Bewegungsbahn des SMA-Aktuators 12 ohne den arbeitenden DCS 18 (d. h., ohne dass der DCS 18 zwischen der offenen und der geschlossenen Position oszilliert) ändert sich deutlich mit steigender Spannung und wird schneller, wenn die Spannung zunimmt.
12 ist eine Kurve der Position p in Millimetern (mm) gegen die Zeit t in Sekunden für das Ende 28 des SMA-Drahtes 14 von 1 während einer Betätigung für verschiedene Spannungen in Volt (V) der Stromquelle 16, die auf den SMA-Draht 14 angewendet werden, wenn er mit dem DCS 18 verwendet wird. Die Kurven 236, 238, 240, 242, 244, 246 und 248 stehen für die Spannungen 6 V, 7 V, 8 V, 9 V, 10 V, 11 V bzw. 12 V. Im Gegensatz zu 11 zeigt 12, dass die Bewegungsbahn des SMA-Aktuators 12, verstärkt durch den arbeitenden DCS 18 etwas über 7 V variiert, wobei die Kurven eine enge Gruppe bilden.
13 zeigt Kurven der durchschnittlichen Geschwindigkeit v in Millimetern (mm) pro Sekunde gegen die Spannung in Volt (V) der Stromquelle 16, die auf den SMA-Aktuator 12 von 1 angewendet wird, wobei der DCS 18 arbeitet, und Kurven sowohl mit dem (Kurve 250) als auch ohne den (Kurve 252) arbeitenden DCS 18. Die Bewegungsbahn des SMA-Aktuators 12 ohne den arbeitenden DCS 18 ändert sich deutlich mit steigender Spannung und wird schneller, wenn die Spannung zunimmt. Im Gegensatz dazu variiert die Bewegungsbahn des SMA-Aktuators 12, verstärkt durch den arbeitenden DCS 18 etwas über 7 V, wobei die Kurven eine enge Gruppe bilden. Der SMA-Aktuator 12 ohne den arbeitenden DCS 18 produzierte einen 15-fachen Anstieg der durchschnittlichen Geschwindigkeit von 2,5 mm/s bei 6 V auf 36,5 mm/s bei 16 V, während der SMA-Aktuator 12 mit dem arbeitenden DCS 18 einen Anstieg der durchschnittlichen Geschwindigkeit um weniger als das 3-Fache von 2 mm/s bei 6 V auf 5,5 mm/s bei 16 V ergab, was die Änderung der durchschnittlichen Geschwindigkeit in diesem Spannungsbereich um 90 Prozent reduzierte.
14 zeigt Kurven des Verhältnisses r zwischen der durchschnittlichen Geschwindigkeit und der Spitzengeschwindigkeit gegen die Spannung in Volt (V) des SMA-Aktuators 12 von 1, sowohl mit dem (Kurve 254) als auch ohne den (Kurve 256) arbeitenden DCS 18. Als eine Metrik, welche die Gleichmäßigkeit der Bewegung anzeigt, wurde das Verhältnis r der durchschnittlichen Geschwindigkeit, dividiert durch die Spitzengeschwindigkeit während des vollständigen Betätigungsvorganges für jede Spannung berechnet. Eine Bewegungsgleichmäßigkeit von 100 Prozent ist ideal, wobei dies eine konstante Geschwindigkeit über den gesamten Betätigungsvorgang hinweg darstellt, wohingegen ein Wert von nahe Null eine Spitze der Geschwindigkeit an einem Punkt in dem Betätigungsvorgang darstellt. Der SMA-Aktuator 12 ohne den arbeitenden DCS 18 (Kurve 254) produzierte eine gleichbleibend langsame Bewegungsgleichmäßigkeit von ungefähr 33 Prozent über alle Spannungen, was anzeigt, dass die Bewegung schlecht geregelt wird, dass aber die Form der Bewegungsbahn über die gesamten Spannungen hinweg relativ ähnlich ist. Im Vergleich dazu lieferte der durch den arbeitenden DCS 18 verstärkte SMA-Aktuator 12 eine Bewegungsgleichmäßigkeit von 39 Prozent bei 6 V, verbesserte sich aber stetig auf 69 Prozent bei 8 V und erreichte 87 Prozent bei 16 V. Unter 8 V war die Leistungsverbesserung aufgrund des Zusatzes des DCS 18 infolgedessen weniger signifikant, als beinahe kein Umschalten stattfindet. Wenn allerdings die Spannung und damit die Länge der Umschaltperiode innerhalb des Betätigungsvorganges zunimmt, nimmt die Bewegungsgleichmäßigkeit zu. Bei 8 V findet ein Umschalten während ungefähr 70 Prozent des Betätigungsereignisses statt, und bei 16 V findet ein Umschalten während ungefähr 92 Prozent des Betätigungsvorganges statt, was die entsprechende Verbesserung der Bewegungsgleichmäßigkeit mit sich bringt. Bei 8 V verdoppelt der DCS 18 die Bewegungsqualität effektiv und er verbessert die Bewegungsqualität bei höheren Spannungen weiter.
Diese Studie begründet, dass der DCS 18, wie über die Welle 24, den Dämpfer 20 und das Vorspannelement 76 gesteuert, über einen weiten Bereich von Betriebsspannungen wirksam ist und demzufolge für einen viel größeren Bereich von Anwendungen als nur für einen Aktuator geeignet ist, der einen SMA-Draht 14 verwendet. Des Weiteren stellt für Anwendungen, in denen die Systemspannung über einen Bereich schwankt, das Hinzufügen des DCS 18 zu dem SMA-Aktuator 12 sicher, dass die gewünschte Bewegung nicht beeinträchtigt wird. Schließlich ist das Erreichen einer Spannungsunempfindlichkeit mithilfe des DCS 18 wahrscheinlich kostengünstiger als andere, komplexere Steuerungsansätze.
Die Empfindlichkeit des DCS 18 gegenüber Schwankungen bei der Belastung wurde mithilfe der Durchführung von Betätigungsvorgängen des SMA-Aktuators 12 mit dem und ohne den DCS 18 gemessen, während eine Reihe diskreter Belastungen angewendet wurde und der Knopf 82 um 360 Grad gedreht wurde. 15 zeigt Kurven der Position p in Millimetern (mm) gegen die Zeit t in Sekunden für ein Ende 28 des SMA-Drahtes 14 von 1 während einer Betätigung bei 10 V für verschiedene Belastungen in Kilogramm (kg), die auf den SMA-Draht 14 angewendet werden, wenn er ohne den DCS 18 verwendet wird. Die Kurve 258 ist mit einer Belastung von 0,81 kg. Die Kurve 260 ist mit einer Belastung von 1,04 kg. Die Kurve 262 ist mit einer Belastung von 1,24 kg. 16 zeigt Kurven der Position p in Millimetern (mm) gegen die Zeit t in Sekunden für ein Ende 28 des SMA-Drahtes 14 von 1 während einer Betätigung bei 10 V für verschiedene Belastungen in Kilogramm (kg), die auf den SMA-Draht 14 angewendet werden, wenn er mit dem DCS 18 verwendet wird. Die Kurve 264 ist mit einer Belastung von 0,81 kg. Die Kurve 266 ist mit einer Belastung von 1,04 kg. Die Kurve 268 ist mit einer Belastung von 1,24 kg. Die Belastung wurde variiert, z. B. durch Ändern der Position des Rückstellfeder-Befestigungsblockes (z. B. des feststehenden Teils 32 oder eines separaten Befestigungsblockes, wenn der SMA-Draht 14 und die Rückstellfeder 38 an unterschiedlichen feststehenden Teilen 32 fixiert sind), um dadurch die Vorbelastung auf dem Vorspannelement 76 und die Zugspannung auf dem SMA-Draht 14 zu ändern. Der SMA-Draht 14 wurde einem vollständigen Betätigungsvorgangszyklus unterworfen und die Bewegungsbahn wurde für beide Szenarien bei jeder Belastungseinstellung aufgezeichnet. Die von dem SMA-Aktuator 12 ohne den DCS 18 erzeugten Bewegungsbahnen (15) wurden mit den Bewegungsbahnen verglichen, die von dem SMA-Aktuator 12 verstärkt durch den arbeitenden DCS 18 erzeugt wurden (16), wobei die Kurven enger gruppiert sind.
17 zeigt Kurven der durchschnittlichen Geschwindigkeit v in Millimetern (mm) pro Sekunde gegen Belastungen L in Kilogramm (kg), die auf den SMA-Draht 14 von 1 sowohl mit dem (Kurve 270) als auch ohne den (Kurve 272) arbeitenden DCS 18 angewendet werden. Die Messwerte sind in der Kurve 270 mit Dreiecken und in der Kurve 272 mit Kreisen angezeigt. 18 zeigt Kurven des Verhältnisses r zwischen durchschnittlichen Geschwindigkeit und der Spitzengeschwindigkeit gegen die Belastung L in Kilogramm (kg), die auf den SMA-Draht 14 von 1 sowohl mit dem (Kurve 274) als auch ohne den (Kurve 276) arbeitenden DCS 18 angewendet wurde. Die Messwerte sind in der Kurve 274 mit Dreiecken und in der Kurve 276 mit Kreisen angezeigt. Während der SMA-Aktuator 12 ohne den DCS 18 eine 9-prozentige Abnahme der durchschnittlichen Geschwindigkeit von 6,7 mm/s bei 0,78 kg auf 6,1 mm/s bei 1,24 kg zeigte, zeigte der durch den arbeitenden DCS 18 verstärkte SMA-Aktuator 12 nur eine 2-prozentige Abnahme der durchschnittlichen Geschwindigkeit von 3,74 mm/s auf 3,66 mm/s über die gleiche Änderung der Spitzenbelastung. Außerdem zeigte sich, dass der durch den arbeitenden DCS 18 verstärkte SMA-Aktuator 12 mehr als die doppelte Bewegungsgleichmäßigkeit des SMA-Aktuators 12 ohne den DCS 18 aufweist. Im Speziellen produzierte der SMA-Aktuator 12 ohne den arbeitenden DCS 18 eine durchschnittliche Bewegungsgleichmäßigkeit von nur 33 Prozent, wohingegen der durch den DCS verstärkte SMA-Aktuator 12 eine durchschnittliche Bewegungsgleichmäßigkeit von 69 Prozent ergab. Die Verbesserung gestattet es, SMA-Aktuatoren für eine breitere Vielfalt von Anwendungen angesichts des vergrößerten Bereiches des Belastungsvermögens oder in Anwendungen zu wählen, bei denen die Belastung bekanntermaßen schwankt. Dies ermöglicht es auch, den/die gleichen DCS 18, Dämpfer 20 und Dämpferummantelung 54 für unterschiedliche Betätigungsanwendungen einzusetzen, ohne die Größe oder Bauart des DCS 18, des Dämpfers 20 und der Dämpferummantelung 54 zu verändern, um das Mechanismusvolumen zu erhöhen, Kosten zu senken und die Robustheit zu verbessern.
19 zeigt Kurven der Geschwindigkeit v des Endes 28 des SMA-Drahtes 14 (1) in Millimetern pro Sekunde (mm/s) auf der linken Achse und der Position P des Endes 28 des SMA-Drahtes 14 (1) in Millimetern auf der rechten Achse gegen die Zeit in Sekunden (s) während einer Betätigung sowohl mit dem als auch ohne den arbeitenden DCS 18. Die Kurve 280 zeigt die Geschwindigkeit v gegen die Zeit t mit dem arbeitenden DCS 18. Die Kurve 282 zeigt die Geschwindigkeit v gegen die Zeit t ohne den arbeitenden DCS 18. Die Kurve 284 zeigt die Position p gegen die Zeit t mit dem arbeitenden DCS 18. Die Kurve 286 zeigt die Position p gegen die Zeit t ohne den arbeitenden DCS 18.
Das Hinzufügen des arbeitenden DCS 18 produzierte eine nahezu konstante Geschwindigkeit des SMA-Aktuators 12, der deutlich besser funktioniert als der SMA-Aktuator 12 ohne den DCS 18. Die SMA-Draht 14-Bewegung ohne den arbeitenden DCS 18 bei 7 V produziert ein Geschwindigkeitsprofil, das während des Umwandlungsprozesses des SMA-Drahtmaterials allmählich ansteigt, während derselbe SMA-Draht 14, der bei 8 V mit dem arbeitenden DCS 18 funktionell verbunden ist, eine nahezu konstante Wellen 24-Rotationsgeschwindigkeit über die gleiche Zeitspanne produziert. Diese Verbesserung kann durch Vergleichen des Bereiches von der Grundgeschwindigkeit bis zu der Spitzengeschwindigkeit des SMA-Drahtes 14 für den SMA-Aktuator 12 mit dem arbeitenden DCS 18 während der geregelten Umwandlungsperiode mit dem Bereich von der Grundgeschwindigkeit bis zu der Spitzengeschwindigkeit des SMA-Drahtes 14 für den SMA-Aktuator 12 ohne den arbeitenden DCS 18 während der gleichen Zeitspanne quantifiziert werden. Während die Geschwindigkeit des SMA-Aktuators 12 ohne den arbeitenden DCS 18 in einem Bereich von 1 mm/s bis zu einer Spitze bei 12 mm/s lag, blieb die Geschwindigkeit des Aktuators 12 mit dem gleichen SMA-Draht 14, versehen mit dem arbeitenden DCS 18, innerhalb des schmalen Bereiches von 5 mm/s bis 6 mm/s, was den Geschwindigkeitsbereich um den Faktor 11 reduziert.
20 ist eine Kurve der angelegten Spannung V in Volt (V) auf der linken Achse gegen die Zeit t in Sekunden (s) und eine Kurve der Position p des Endes 28 des SMA-Drahtes 14 in Millimetern (mm) auf der rechten Achse gegen die Zeit t in Sekunden (s) während einer Betätigung des SMA-Aktuators 12 von 1 mit dem arbeitenden DCS 18. Die Kurve 290 zeigt die angelegte Spannung gegen die Zeit, und die Kurve 292 zeigt die Position gegen die Zeit des SMA-Drahtes 14 mit dem arbeitenden DCS 18. Die Kurve 292 demonstriert die aufeinanderfolgenden Stufen der Materialumwandlung des SMA-Drahtes 14 mit dem arbeitenden DCS 18. In Stufe I, von null bis ca. 0,5 Sekunden, wird elektrische Leistung an den SMA-Draht 14 geliefert, es findet jedoch keine Bewegung statt, bis die Austenit-Anfangstemperatur des SMA-Drahtes 14 erreicht ist. Zu Beginn von Stufe II zieht sich der SMA-Draht 14 zusammen, wenn er beginnt, sich von Martensit in Austenit umzuwandeln, was bewirkt, dass die Welle 24 rotiert, aber die Drehzahlen sind immer noch langsam genug, sodass der Dämpfer 20 nicht eingreift. Nach 0,9 Sekunden, in Stufe III, bewirkt die zunehmende Rate der Materialumwandlung des SMA-Drahtes 14 und das damit verbundene Zusammenziehen des SMA-Drahtes 14 jedoch, dass die Rotationsgeschwindigkeit der Welle 24 den kritischen Punkt erreicht, bei dem der DCS 18 zu öffnen und zu schließen beginnt, um den Strom zu dem SMA-Draht 14 zu regeln, was eine nahezu konstante SMA-Aktuator 12-Geschwindigkeit zur Folge hat. Dieses Umschalten zwischen 0 und 8 Volt findet mit einer Schaltfrequenz von ca. 27 Hz statt, wie durch die Kurve 290 angezeigt. Dies dauert weitere 2,4 Sekunden bis zu Stufe IV an, in der der SMA-Draht 14 eine vollständige Umwandlung in die Austenitphase erreicht, und die Zusammenziehgeschwindigkeit verlangsamt sich unter die vorbestimmte Schwellengeschwindigkeit, sodass die Geschwindigkeit der Welle 24 unter eine vorbestimmte Drehzahl-Schaltschwelle fällt (d. h. der DCS 18 öffnet nicht), wobei die Geschwindigkeit des SMA-Drahtes 14 allmählich nach weiteren 0,6 Sekunden auf null abnimmt. Die hohe Schaltfrequenz ermöglicht es, dass der DCS 18 sofort auf den SMA-Draht 14-Umwandlungsprozess reagiert und die SMA-Aktuator 12-Geschwindigkeit innerhalb eines schmalen Bereiches einschränkt, um eine aktive Steuerung mithilfe passiver Komponenten zu imitieren, die eine Bewegung mit nahezu konstanter Geschwindigkeit des SMA-Drahtes 14 während Stufe III zur Folge hat.
Eine Komponente, die an dem durch den SMA-Aktuator 12 zu bewegenden SMA-Draht 14 funktionell angebracht ist, bewegt sich daher mit einer Geschwindigkeit, die für einen Beobachter konstant erscheint. Mit Bezugnahme auf die 24 und 25 ist das System 10 z. B. in einem Fahrzeug 300 implementiert. Im Spezielleren ist das System 10 in einer Basis 302 einer Handgriffanordnung 304 eingebaut. Die Basis 302 ist an einer Säule oder einer anderen strukturellen Komponente befestigt, die von einer Verkleidung 306 abgedeckt ist. Die Handgriffanordnung 304 umfasst einen Handgriff 308, der um eine Drehachse PA1 verschwenkbar ist, um zwischen einer verstauten Position von 24 und einer ausgefahrenen Position von 25 zu verschwenken. Eine Torsionsfeder 338, die konzentrisch mit der Drehachse PA1 ist, spannt den Handgriff 308 in die verstaute Position vor. Die Torsionsfeder 338 wirkt als eine Rückstellfeder anstelle der Rückstellfeder 38 von 1. Der Dämpfer 20 und eine Schwenkachse 324 sind konzentrisch mit der Drehachse PA1 positioniert. Wenn das System 10 betrieben wird, wie mit Bezugnahme auf 1 beschrieben, bewirkt ein Zusammenziehen des SMA-Drahtes 14, dass der Handgriff 308 um die Drehachse PA1 in der Richtung gegen den Uhrzeigersinn in 24 in die ausgefahrene Position von 25 rotiert. Nach einer Betätigung wird die Torsionsfeder 338 wirksam, um den Griff 308 zurück in die verstaute Position von 24 zu bewegen. Für einen Beobachter resultiert die Bewegungsregelung des Systems 0 im Auftreten einer nahezu konstanten Geschwindigkeit des ausfahrenden Handgriffes 308 aus der verstauten Position von 24 in die ausgefahrene Position von 25.
Die 21 und 22 zeigen eine alternative Ausführungsform eines Systems 410 mit einem SMA-Aktuator 412. Das System 410 umfasst einen Lineardämpfer 420 zum Steuern eines dämpfergesteuerten Inline-Schalters (DCS) 418. Der Dämpfer 420 und der DCS 418 werden als linear und inline bezeichnet, da sich das Dämpfungselement in einer linearen und nicht in einer rotatorischen Weise verschiebt, und sie passen inline mit der Unterbringung des SMA-Draht 14-Pakets, und das System 410 ist daher sehr kompakt. Anders ausgedrückt ist das gesamte System 410 entlang eine Mittelachse C2 angeordnet, entlang der sich der Dämpfer 420 bewegt und sich der SMA-Draht 14 zusammenzieht. Das System 410 ist von relativ geringerer Komplexität als das System 10 und weist weniger Komponenten auf.
Das System 410 funktioniert insofern ähnlich wie das System 10 mit dem Rotationsdämpfer 20, als es auch einen Dämpfer 420 verwendet, der gegen ein Vorspannelement 476 wirkt, welches als eine Feder gezeigt ist, um einen DCS 418 innerhalb einer abstimmbaren vorbestimmten Schwellengeschwindigkeit des Dämpfers 420 zu öffnen und eine Betätigung mit nahezu konstanter Geschwindigkeit und relativer Unempfindlichkeit gegenüber einer Spannung und Belastung zu liefern.
Das System 410 umfasst einen Dämpfer 420, der mit dem SMA-Aktuator 12 funktionell verbunden ist, und weist einen bewegbaren Abschnitt auf, der ein Schaft 424 ist, welcher ausgestaltet ist, um sich in der Richtung des Pfeils A6 mit dem SMA-Draht 14 zu verschieben, wenn sich der SMA-Draht 14 während einer elektrischen Aktivierung zusammenzieht. Der Dämpfer 420 umfasst ferner einen Bund 458, der einen Abschnitt des Schafts 424 konzentrisch umgibt. Das System umfasst ein Gehäuse 459, das rohrförmig sein kann und das den Bund 458 konzentrisch umgibt, und durch das hindurch sich der Schaft 424 erstreckt. Das Gehäuse 459 ist hohl und kann als ein Gehäuserohr bezeichnet werden. Ein viskoses Fluid ist innerhalb des Bundes 458 in einem Hohlraum 456 eingeschlossen, durch den hindurch sich der Schaft 424 erstreckt. Ein mit einem Gewinde versehenes Ende 483 stellt eine Schraubverbindung zu dem Gehäuse 459 her, um ein Ende des Gehäuses 459 zu schließen, umfasst aber eine Öffnung, durch die hindurch sich der Schaft 424 verschieben kann.
Der elektronische, dämpfergesteuerte Schalter (DCS) 418 umfasst einen ersten Kontakt 466, der auf dem elektrisch leitfähigen Bund 458 befestigt oder durch diesen gebildet ist. Der DCS 418 umfasst einen zweiten Kontakt 468, der eine feststehende Kontaktschraube ist, welche an dem Gehäuse 459 fixiert ist. Die Stromquelle 16 ist durch ein elektrisches Kabel 72 mit dem zweiten Kontakt 468 verbunden. Auch der Schaft 424 ist elektrisch leitfähig, und der Bund 458 bleibt immer in Gleit- oder feststehendem Kontakt auf dem Schaft 424. Die Stromquelle 16 ist nur dann mit dem SMA-Draht 14 des SMA-Aktuators 12 funktionell verbunden, wenn der DCS 418 geschlossen ist. Somit weist der DCS 418 eine offene Position (22) auf, in der ein elektrischer Stromfluss zu dem SMA-Draht 14 des SMA-Aktuators 12 durch den DCS 418 hindurch verhindert wird, und er weist eine geschlossene Position (21) auf, in der ein elektrischer Stromfluss zu dem SMA-Draht 14 durch den DCS 418 hindurch gestattet wird.
Das Vorspannelement 476 wendet eine Vorspannkraft auf den Dämpferbund 458 an, die den DCS 418 in die geschlossene Position drängt. Ein Einstellmerkmal 480 umfasst eine mit einem Außengewinde versehene Vorbelastungs-Einstellschraube 482, die in Innengewinde des Gehäuses 459 geschraubt ist. Durch Drehen der Einstellschraube 482 wird die Vorbelastung des Vorspannelements 476 eingestellt, was das Ausmaß der auf den Bund 458 wirkenden Vorspannkraft ändert.
Dies wiederum ändert die vorbestimmte Schwellengeschwindigkeit, mit der sich der Bund 458 mit dem Schaft 424 bewegen wird und der DCS 418 öffnen wird.
Wenn die Geschwindigkeit des SMA-Drahtes 14 und somit die Geschwindigkeit des Schafts 424 die vorbestimmte Schwellengeschwindigkeit überschreitet, zieht eine Verlagerung des Schafts 424 durch ein viskoses Fluid 460 hindurch den Bund 458 in die Verlagerungsrichtung des Schafts 424, und die Vorspannkraft des Vorspannelements 476 wird überwunden. Der DCS 418 wird sich somit in die offene Position bewegen. Elektrische Leistung von der Stromquelle 16 wird nicht zu dem SMA-Draht 14 fließen, und das Zusammenziehen des SMA-Drahtes 14 wird sich verlangsamen. Demzufolge wird sich auch der Schaft 424 verlangsamen. Wenn sich die Geschwindigkeit des Schafts 424 bis zu einer Geschwindigkeit unter der vorbestimmten Schwellengeschwindigkeit verlangsamt, wird der Bund 458 nicht durch den sich bewegenden Schaft 424 bewegt, und die Vorspannkraft des Vorspannelements 476 wird den Bund 458 in die Position von 21 zurückstellen, wobei der DCS 418 geschlossen wird. Der DCS 418 wird während einer Betätigung des SMA-Drahtes 14 in dieser Weise zwischen den geschlossenen und offenen Positionen oszillieren, um die Verlagerung des SMA-Drahtes 14 und einer an dem Schaft 424 angebrachten Komponente (nicht gezeigt) für eine Verlagerung mit dem Schaft 424 zu regeln. Der SMA-Draht 14 ist an einem fixierten Teil 432A und an dem Schaft 424 verankert. Eine Rückstellfeder 438 ist mit dem Schaft 424 funktionell verbunden und an einem fixierten Teil 432B verankert, um eine Rückstellkraft bereitzustellen, die den SMA-Aktuator 12 mit dem SMA-Draht 14 dazu drängt, anschließend an eine Betätigung in eine Ausgangsposition (wie z. B. die Position von 21) zurückzukehren. Eine Komponente, die durch den Aktuator 12 bewegt werden soll, könnte mit dem Schaft 424 benachbart zu der Rückstellfeder 438 verbunden sein. Wie bei dem System 10 sind der Dämpfer 420 und der DCS 418 des Systems 410 ausgestaltet, um die Geschwindigkeit des Schafts 424 über einen Bereich von Belastungen und Spannungen, die auf den SMA-Aktuator 412 angewendet werden, zu begrenzen.
23 zeigt Kurven der durchschnittlichen Geschwindigkeit v in Millimetern pro Sekunde (mm/s) auf der linken Achse gegen die Zeit t in Sekunden (s) für ein Ende des Drahtes 14 des SMA-Aktuators 412 von 21 während einer Betätigung sowohl mit dem (Kurve 500) als auch ohne den (Kurve 502) arbeitenden DCS 418. 23 zeigt auch Kurven der Aktuatorposition p in Millimetern auf der rechten Achse gegen die Zeit t in Sekunden (s) für ein Ende des SMA-Drahtes 14 des SMA-Aktuators 412 von 21 während einer Betätigung sowohl mit dem (Kurve 504) als auch ohne den (Kurve 506) arbeitenden DCS 418. Die Aktuatorposition p ändert sich mit einer konstanteren, nahezu linearen Rate mit der Zeit t mit dem arbeitenden DCS 418 (Kurve 504) als ohne den arbeitenden DCS 418 (Kurve 506).
Während die besten Arten, die vielen Aspekte der vorliegenden Lehren auszuführen, im Detail beschrieben wurden, werden Fachleute auf dem Gebiet, auf das sich diese Lehren beziehen, verschiedene alternative Aspekte zur praktischen Umsetzung der vorliegenden Lehren erkennen, die innerhalb des Schutzumfanges der beiliegenden Ansprüche liegen.

Claims

System zum Steuern einer Bewegung eines Formgedächtnislegierungs-Aktuators, wobei das System umfasst: einen Dämpfer, der mit dem Formgedächtnislegierungs-Aktuator funktionell verbindbar ist und einen bewegbaren Abschnitt aufweist, der ausgestaltet ist, um sich mit dem Formgedächtnislegierungs-Aktuator zu bewegen, wenn sich der Formgedächtnislegierungs-Aktuator während einer elektrischen Aktivierung zusammenzieht; einen elektronischen Schalter, der mit dem Formgedächtnislegierungs-Aktuator und mit dem Dämpfer funktionell verbindbar ist, wobei der elektronische Schalter eine offene Position, in der ein elektrischer Stromfluss zu dem Formgedächtnislegierungs-Aktuator durch den elektronischen Schalter hindurch verhindert wird, und eine geschlossene Position, in der ein elektrischer Stromfluss zu dem Formgedächtnislegierungs-Aktuator durch den elektronischen Schalter hindurch gestattet wird, aufweist; ein Vorspannelement, das eine Vorspannkraft auf den Dämpfer ausübt, die den elektronischen Schalter in die geschlossene Position drängt; und wobei der Dämpfer ausgestaltet ist, um die Vorspannkraft des Vorspannelements zu überwinden, um den Schalter nur dann in die offene Position zu bewegen, wenn eine Geschwindigkeit des bewegbaren Abschnitts einer vorbestimmten Schwellengeschwindigkeit entspricht oder diese überschreitet, und um infolge der Vorspannkraft des Vorspannelements in die geschlossene Position zurückzukehren, wenn die Geschwindigkeit des bewegbaren Abschnitts unter die vorbestimmte Schwellengeschwindigkeit fällt.
System nach Anspruch 1, ferner umfassend: ein Einstellmerkmal, das mit dem Vorspannelement funktionell verbunden und einstellbar ist, um eine Vorbelastung auf dem Vorspannelement zu ändern und dadurch das Ausmaß der Vorspannkraft und die vorbestimmte Schwellengeschwindigkeit zu ändern.
System nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine Rückstellfeder, die mit dem bewegbaren Abschnitt des Dämpfers funktionell verbunden ist und eine Rückstellkraft bereitstellt, welche den Formgedächtnislegierungs-Aktuator dazu drängt, anschließend an eine Betätigung zu einer Ausgangsposition zurückzukehren.
System nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine Welle, die mit dem Formgedächtnislegierungs-Aktuator funktionell verbindbar ist, um zu rotieren, wenn sich der Formgedächtnislegierungs-Aktuator während einer elektrischen Aktivierung zusammenzieht; wobei: der bewegbare Abschnitt des Dämpfers ein an der Welle angebrachter Dämpferrotor ist; der Dämpfer ferner eine Dämpferummantelung umfasst; der Schalter einen ersten Kontakt, der an der Dämpferummantelung befestigt ist, und einen zweiten Kontakt, der bezüglich der Dämpferummantelung fixiert ist, umfasst; und die Dämpferummantelung sich bewegt, um den Schalter nur dann zu öffnen, wenn die Geschwindigkeit des Dämpferrotors die vorbestimmte Schwellengeschwindigkeit überschreitet.
System nach Anspruch 1, wobei der bewegbare Abschnitt des Dämpfers ein Schaft ist, der mit dem Formgedächtnislegierungs-Aktuator funktionell verbindbar ist, um sich entlang einer Länge des Schaftes zu verschieben, wenn sich der Formgedächtnislegierungs-Aktuator während einer elektrischen Aktivierung zusammenzieht; wobei: der Dämpfer ferner einen Bund, der den Schaft umgibt, und ein Gehäuse, das den Bund umgibt, und durch das sich den Schaft hindurch erstreckt, umfasst; der Schalter einen ersten Kontakt, der auf dem Bund befestigt oder durch diesen gebildet ist, und einen zweiten Kontakt, der an dem Gehäuse fixiert ist, umfasst; und der Bund den ersten Kontakt von dem zweiten Kontakt weg bewegt, um den Schalter nur dann zu öffnen, wenn die Geschwindigkeit des Schaftes die vorbestimmte Schwellengeschwindigkeit überschreitet.
System nach Anspruch 1, wobei der Dämpfer den Schalter während einer Aktivierung des Formgedächtnislegierungs-Aktuators wiederholt öffnet und schließt, um dadurch eine Geschwindigkeit des Aktuators zu begrenzen.
Fahrzeug, umfassend: eine Fahrzeugkomponente; einen Formgedächtnislegierungs-Aktuator, der ausgestaltet ist, um sich zusammenzuziehen, wenn er elektrisch aktiviert wird; wobei der Formgedächtnislegierungs-Aktuator mit der Fahrzeugkomponente funktionell verbunden ist, sodass sich die Fahrzeugkomponente mit dem Formgedächtnislegierungs-Aktuator bewegt; eine elektrische Stromquelle; einen Dämpfer, der mit dem Formgedächtnislegierungs-Aktuator funktionell verbunden ist und einen bewegbaren Abschnitt aufweist, der ausgestaltet ist, um sich mit dem Formgedächtnislegierungs-Aktuator zu bewegen, wenn sich der Formgedächtnislegierungs-Aktuator während einer elektrischen Aktivierung zusammenzieht; einen elektronischen Schalter, der mit dem Formgedächtnislegierungs-Aktuator und mit dem Dämpfer funktionell verbindbar ist, wobei der elektronische Schalter eine offene Position, in der ein elektrischer Stromfluss von der elektrischen Stromquelle zu dem Formgedächtnislegierungs-Aktuator durch den elektronischen Schalter hindurch verhindert wird, und eine geschlossene Position, in der ein elektrischer Stromfluss von der elektrischen Stromquelle zu dem Formgedächtnislegierungs-Aktuator durch den elektronischen Schalter hindurch gestattet wird, aufweist; ein Vorspannelement, das eine Vorspannkraft auf den Dämpfer ausübt, die den elektronischen Schalter in die geschlossene Position drängt; und wobei der Dämpfer ausgestaltet ist, um die Vorspannkraft des Vorspannelements zu überwinden, um den elektronischen Schalter nur dann in die offene Position zu bewegen, wenn eine Geschwindigkeit des bewegbaren Abschnitts einer vorbestimmten Schwellengeschwindigkeit entspricht oder diese überschreitet, und um infolge der Vorspannkraft des Vorspannelements in die geschlossene Position zurückzukehren, wenn die Geschwindigkeit des bewegbaren Abschnitts unter die vorbestimmte Schwellengeschwindigkeit fällt, wobei der Dämpfer dadurch eine Zusammenziehgeschwindigkeit des Formgedächtnislegierungs-Aktuators regelt.
Fahrzeug nach Anspruch 7, ferner umfassend: ein Einstellmerkmal, das mit dem Vorspannelement funktionell verbunden und einstellbar ist, um eine Vorbelastung auf dem Vorspannelement zu ändern und dadurch das Ausmaß der Vorspannkraft und die vorbestimmte Schwellengeschwindigkeit zu ändern.
Fahrzeug nach Anspruch 7, ferner umfassend: eine Welle, die mit dem Formgedächtnislegierungs-Aktuator funktionell verbindbar ist, um zu rotieren, wenn sich der Formgedächtnislegierungs-Aktuator während einer elektrischen Aktivierung zusammenzieht; wobei: der bewegbare Abschnitt des Dämpfers ein an der Welle angebrachter Dämpferrotor ist; der Dämpfer ferner eine Dämpferummantelung umfasst; der Schalter einen ersten Kontakt, der an der Dämpferummantelung angebracht ist, und einen zweiten Kontakt, der bezüglich der Dämpferummantelung fixiert ist, umfasst; und die Dämpferummantelung sich mit dem Dämpferrotor bewegt, um den Schalter nur dann zu öffnen, wenn die Geschwindigkeit des Dämpferrotors der vorbestimmten Schwellengeschwindigkeit entspricht oder diese überschreitet.
Fahrzeug nach Anspruch 7, wobei der bewegbare Abschnitt des Dämpfers ein Schaft ist, der mit dem Formgedächtnislegierungs-Aktuator funktionell verbindbar ist, um sich entlang einer Länge des Schaftes zu verschieben, wenn sich der Formgedächtnislegierungs-Aktuator während einer elektrischen Aktivierung zusammenzieht; wobei: der Dämpfer ferner einen Bund, der den Schaft umgibt, und ein Gehäuse, das den Bund umgibt, und durch das sich der Schaft hindurch erstreckt, umfasst; der Schalter einen ersten Kontakt, der auf dem Bund befestigt oder durch diesen gebildet ist, und einen zweiten Kontakt, der an dem Gehäuse fixiert ist, umfasst; und der Bund den ersten Kontakt von dem zweiten Kontakt weg bewegt, um den Schalter nur dann zu öffnen, wenn die Geschwindigkeit des Schaftes die vorbestimmte Schwellengeschwindigkeit überschreitet.