DE102016108241A1

DE102016108241A1 - Adjusting means with an actuating element of a shape memory alloy and a dedicated working method

Info

Publication number: DE102016108241A1
Application number: DE102016108241.4A
Authority: DE
Inventors: Jens Drückhammer
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2016-05-03
Filing date: 2016-05-03
Publication date: 2017-11-09

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Stellmittel (5) mit einem Betätigungselement (2) aus einer Formgedächtnislegierung zur Einstellung von zwei unterschiedlichen Funktionsstellungen. Das Stellmittel (5) hat ein Kühlelement (6) mit einem drahtförmigen elektrothermischen Wandler (7), welcher als eine Wicklung das Betätigungselement (2) umschlingt. Hierdurch wird eine schnelle Stellbewegung zwischen den Funktionsstellungen nicht nur bei der Erwärmung, sondern auch bei der Abkühlung mittels des elektrothermischen Wandlers (7) erreicht. Durch die Bauform des Kühlelementes (6) in Form einer Wicklung wird der Wärmeübergang an der Umfangsfläche des Betätigungselementes (2) wesentlich verbessert und die erforderliche Kühlleistung in einem vergleichsweise kurzen Zeitraum übertragen. Zudem kann durch den Abstand benachbarter Windungen des elektrothermischen Wandlers (7) die Kühlwirkung in unterschiedlichen Längsabschnitten des Betätigungselementes (2) unterschiedlich eingestellt werden.The invention relates to an actuating means (5) with an actuating element (2) made of a shape memory alloy for setting two different functional positions. The adjusting means (5) has a cooling element (6) with a wire-shaped electrothermal transducer (7), which wraps around the actuating element (2) as a winding. As a result, a fast adjusting movement between the functional positions is achieved not only during the heating, but also during the cooling by means of the electrothermal converter (7). Due to the design of the cooling element (6) in the form of a winding, the heat transfer to the peripheral surface of the actuating element (2) is substantially improved and transferred the required cooling capacity in a relatively short period. In addition, by the spacing of adjacent turns of the electrothermal transducer (7), the cooling effect in different longitudinal sections of the actuating element (2) can be set differently.

Description

Die Erfindung betrifft ein insbesondere als ein Aktuator ausgeführtes Stellmittel, welches ein aus einer Formgedächtnislegierung bestehendes Betätigungselement zur Einstellung von zumindest zwei unterschiedlichen Funktionsstellungen aufweist, die durch eine thermisch induzierte Längenänderung des Betätigungselementes aufgrund einer mittels eines Heizelementes oder durch elektrische Widerstandserwärmung einstellbaren Temperaturänderung des Betätigungselementes einstellbar sind. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Arbeitsverfahren für ein solches Stellmittel.The invention relates to an actuating means designed in particular as an actuator, which has an actuating element consisting of a shape memory alloy for adjusting at least two different functional positions which are adjustable by a thermally induced change in length of the actuating element due to a temperature change of the actuating element which can be set by means of a heating element or electrical resistance heating , Furthermore, the invention relates to a working method for such an actuating means.

Derartige Stellmittel, insbesondere Zugaktuatoren, auf der Basis von Formgedächtnislegierungen in Drahtform sind aus dem Stand der Technik in unterschiedlichen Ausgestaltungen bekannt.Such adjusting means, in particular Zugaktuatoren, based on shape memory alloys in wire form are known from the prior art in different embodiments.

Formgedächtniselemente sind seit langem bekannt und werden auf verschiedenen Gebieten der Technik verwendet. Sie nutzen die Eigenschaft einiger Metalllegierungen, die eine Zustandsänderung erfahren können, wenn sich die Temperatur über einen Übergangswert hinaus ändert.Shape memory elements have long been known and used in various fields of technology. They use the property of some metal alloys that may experience a change in state when the temperature changes beyond a transient value.

Formgedächtnis-Aktuatoren werden bereits in vielen Bereichen angewendet, wie beispielsweise im Automobilbereich zum Steuern von Türschlössern von Kraftfahrzeugen, von Verteilungseinrichtungen in Klimaanlagensystemen für Kraftfahrzeuge oder bei Einstelleinrichtungen für Rückspiegel.Shape memory actuators are already being used in many fields, such as in the automotive field for controlling door locks of motor vehicles, distributors in air conditioning systems for motor vehicles or adjusting devices for rearview mirrors.

Wird ein Draht aus einer Formgedächtnislegierung erwärmt, so verkürzt sich der Draht nicht, solange er in der martensitischen Phase verbleibt. Beim Erreichen der Austenit-Phase gelangt der Draht in seinen verkürzten Zustand, das heißt der Draht weist die kürzeste Länge auf.When a shape memory alloy wire is heated, the wire does not shorten as long as it remains in the martensitic phase. When the austenite phase is reached, the wire reaches its shortened state, that is, the wire has the shortest length.

Es ist möglich, mechanische Verformungen von Formgedächtnislegierungen in der Niedrigtemperaturphase durch Wärmezufuhr rückgängig zu machen. Das Material erinnert sich an seine ursprüngliche Form. Dabei sind Dehnungen von typischerweise bis zu 8 % möglich.It is possible to reverse mechanical deformation of shape memory alloys in the low temperature phase by supplying heat. The material remembers its original form. In this case, strains of typically up to 8% are possible.

Allerdings bewirkt ein Abkühlen eines Materials mit Einwegeffekt nicht, dass die Formgedächtnislegierung wieder den verformten Zustand annimmt. Deshalb ist eine auf die Formgedächtnislegierung wirkende Vorspannkraft erforderlich, um eine Verformung während des Abkühlens zu erreichen.However, cooling a one-way-effect material does not cause the shape memory alloy to return to the deformed state. Therefore, a biasing force acting on the shape memory alloy is required to achieve deformation during cooling.

Stellmittel aus sogenanntem Formgedächtnis-Material nutzen daher die Eigenart dieses Materials, die äußere Form abhängig von der Materialtemperatur zu ändern. Der thermische Memory-Effekt ist eine intrinsische Eigenschaft von Formgedächtnislegierungen. Nach einer mechanischen Verformung unterhalb der Martensit-Start-Temperatur kehrt die Formgedächtnislegierung durch Erwärmung wieder in ihre Ursprungsform zurück und es findet eine Phasenumwandlung in die Austenitphase statt. Nach dem Abkühlen und der Phasenumwandlung in die Martensitphase bleibt diese Form bis zur erneuten Verformung erhalten.Adjusting means of so-called shape memory material therefore use the peculiarity of this material to change the outer shape depending on the material temperature. The thermal memory effect is an intrinsic property of shape memory alloys. After mechanical deformation below the martensite start temperature, the shape memory alloy returns to its original shape by heating, and phase transition to the austenite phase occurs. After cooling and phase transformation into the martensite phase, this form is retained until re-deformed.

Im Gegensatz zu einem Bimetall, das sich bei Erwärmung kontinuierlich verformt, reagiert die Formgedächtnislegierung spontan bei einer bestimmten Temperatur mit einer Formänderung.In contrast to a bimetal which deforms continuously when heated, the shape memory alloy reacts spontaneously at a certain temperature with a change in shape.

Im Gegensatz zu den Anwendungen in der Medizin und in der Haushaltstechnik muss im Automobilbereich ein Aktuator mit Formgedächtniseigenschaften jedoch in einem erheblich größeren Temperaturbereich zwischen ca. –30° und ca. +80° Celsius arbeiten. Die bekannten Legierungen, insbesondere die Nickel-Titanlegierungen verformen sich jedoch ab ca. 70° Celsius. Eine sichere Längenverstellung ist deshalb nicht über den gesamten Temperaturbereich des Drahtes gewährleistet.However, unlike medical and home appliance applications, in the automotive industry an actuator with shape memory properties has to operate in a much wider temperature range between about -30 ° and about + 80 ° Celsius. However, the known alloys, in particular the nickel-titanium alloys deform from about 70 ° Celsius. A safe length adjustment is therefore not guaranteed over the entire temperature range of the wire.

Die DE 10 2005 045 395 A1 betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines Aktuators, der unter Wärmeeinfluss längenveränderbar ist, wobei der Zustand des Aktuators ermittelt und dementsprechend eine Steuerung des Längenzustandes des Aktuators vorgenommen wird, wobei die Tatsache genutzt wird, dass der Innenwiderstand des Aktuators proportional zur Temperatur des Aktuators und damit zur Längenänderung bzw. zur Länge des Aktuators ist, solange sich der Aktuator in der Martensit-Phase befindet. In einem nächsten Schritt erfolgt das Bestromen des Aktuators, sodass dieser durch den fließenden Strom erwärmt wird. Dabei wird der Innenwiderstand des Aktuators ermittelt. Die Steuerung der Länge des Aktuators wird dann in Abhängigkeit des ermittelten Widerstandes vorgenommen. Da der Innenwiderstand des Aktuators exakt zu bestimmen ist, kann eine präzise Steuerung der Längenänderung des Aktuators vorgenommen werden. Dadurch kann ein variables Abkühlverhalten des Aktuators in unterschiedlichen Umgebungsbedingungen kompensiert werden. So können verschiedene Temperaturen, Luftgeschwindigkeiten oder Feuchtigkeiten in der Umgebung des Aktuators ausgeglichen werden.The DE 10 2005 045 395 A1 relates to a method and apparatus for controlling an actuator which is variable in length under the influence of heat, wherein the state of the actuator is determined and accordingly a control of the length condition of the actuator is made, taking advantage of the fact that the internal resistance of the actuator is proportional to the temperature of the actuator and thus to the length change or to the length of the actuator, as long as the actuator is in the martensite phase. In a next step, the actuator is energized so that it is heated by the flowing current. In this case, the internal resistance of the actuator is determined. The control of the length of the actuator is then carried out in dependence of the determined resistance. Since the internal resistance of the actuator is to be determined exactly, a precise control of the change in length of the actuator can be made. As a result, a variable cooling behavior of the actuator in different environmental conditions can be compensated. Thus, different temperatures, air velocities or humidities in the environment of the actuator can be compensated.

Die GB 1 066 587 A offenbart einen Bimetallschalter, der durch abwechselndes Heizen und Kühlen durch Nutzung des Peltiereffektes periodisch geschaltet wird.The GB 1 066 587 A discloses a bimetal switch which is periodically switched by alternately heating and cooling by utilizing the Peltier effect.

Die DE 26 52 495 A1 bezieht sich auf eine elektrische Schmelzsicherung für Gleichstrom mit stromrichtungsabhängiger Auslösung, wobei der Sicherungsdraht in Wärmekontakt an einer ihre Temperatur bei Stromrichtungsumkehr ändernden Fläche eines Peltierelementes angeordnet und mit diesem in Reihe geschaltet ist. Der Auslösezeitpunkt wird so durch die Erwärmung bzw. Abkühlung der den Sicherungsdraht umgebenden Peltierelementfläche beeinflusst, wodurch eine zusätzliche und stromrichtungsabhängige Verzögerung erreichbar ist.The DE 26 52 495 A1 refers to an electrical fuse for DC with current-direction-dependent tripping, wherein the fuse wire in thermal contact at one of their Temperature at the direction of current reversal changing surface of a Peltier element arranged and connected in series with this. The triggering time is thus influenced by the heating or cooling of the Peltierelementfläche surrounding the safety wire, whereby an additional and direction-dependent delay is achievable.

In der US 3,157,801 A wird ein Thermostat beschrieben, bei dem die temperaturabhängige Umschaltschwelle durch Beheizen oder Kühlen mittels Peltierelement verschoben werden kann.In the US 3,157,801 A a thermostat is described in which the temperature-dependent switching threshold can be moved by heating or cooling by Peltier element.

Ferner betrifft die DE 1 247 968 B einen elektrischen Antrieb für Zeitmesser mit elektrisch geheizten Elementen und temperaturgesteuerten Schaltern im frequenzbestimmenden Schwingungskreis. Das periodische Schalten wird durch abwechselndes Kühlen mittels Peltierelement bewirkt.Furthermore, the DE 1 247 968 B an electric drive for timepieces with electrically heated elements and temperature-controlled switches in the frequency-determining oscillation circuit. The periodic switching is effected by alternately cooling by means of Peltier element.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Stellmittel der eingangs genannten Art hinsichtlich seiner Reaktionsgeschwindigkeit wesentlich zu verbessern. Insbesondere soll die verkürzte Reaktionsgeschwindigkeit weitgehend unabhängig von den Umgebungsbedingungen, insbesondere den Umgebungstemperaturen, realisierbar sein. Weiterhin soll ein Arbeitsverfahren zum Betrieb des Stellmittels geschaffen werden, mit dem sich derart verkürzte Reaktionsgeschwindigkeiten erzielen lassen.Against this background, the invention has the object to significantly improve an actuating means of the type mentioned in terms of its reaction rate. In particular, the shortened reaction rate should be largely independent of the ambient conditions, in particular the ambient temperatures, feasible. Furthermore, a working method for the operation of the actuating means is to be created, with which such shortened reaction rates can be achieved.

Die erstgenannte Aufgabe wird gelöst mit einem Stellmittel gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.The first object is achieved with a control means according to the features of claim 1. The subclaims relate to particularly expedient developments of the invention.

Erfindungsgemäß ist also ein Stellmittel vorgesehen, das zumindest ein dem Betätigungselement zugeordnetes, einen beispielsweise mittels einer Steuereinheit aktivierbaren elektrothermischen Wandler, insbesondere ein Peltierelement aufweisendes, aktiv schaltbares Kühlelement hat. Hierdurch wird eine schnelle Stellbewegung zwischen den Funktionsstellungen nicht nur bei der Erwärmung, sondern auch bei der Abkühlung mittels des elektrothermischen Wandlers erreicht, indem die erforderliche Kühlleistung bzw. der Wärmeentzug in einem vergleichsweise kurzen Zeitraum von beispielsweise weniger als einer Sekunde übertragen wird. Somit wird die Verstellgeschwindigkeit zwischen den Funktionsstellungen deutlich erhöht. Dabei wird erfindungsgemäß unter dem Begriff Stellmittel ein Aktuator verstanden, mit dem statische Kräfte erzeugt oder mechanische Stellbewegungen vorgenommen werden können.According to the invention, therefore, an adjusting means is provided which has at least one actuating element assigned to the, for example by means of a control unit activatable electrothermal transducer, in particular a Peltierelement exhibiting, actively switchable cooling element. As a result, a fast adjusting movement between the functional positions not only in the heating, but also in the cooling by means of the electrothermal transducer is achieved by the required cooling capacity or heat extraction in a relatively short period of, for example, less than one second is transmitted. Thus, the adjustment speed between the functional positions is significantly increased. In this case, according to the invention, the term actuating means is understood to mean an actuator with which static forces are generated or mechanical adjusting movements can be performed.

Dabei sollen erfindungsgemäß unter dem Begriff der Formgedächtnislegierung auch Formgedächtnispolymere sowie alle weiteren Verbindungen einschließlich Kunststoffe verstanden werden, die einen Formgedächtniseffekt wie die nach dem Stand der Technik bekannten Formgedächtnislegierungen aufweisen.According to the invention, the term shape memory alloy should also be understood as meaning shape memory polymers as well as all other compounds, including plastics, which have a shape memory effect like the shape memory alloys known from the prior art.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung wird dadurch erreicht, dass das Kühlelement mittels eines thermischen Leiters mit dem Betätigungselement verbunden ist. Hierdurch wird lediglich die Kühlleistung des Kühlelementes auf das Betätigungselement übertragen, ohne dass diese unmittelbar aneinander fixiert oder zueinander benachbart angeordnet werden müssten. Vielmehr gelingt es so durch den beispielsweise auch als Wärmetauscher ausgeführten thermischen Leiter, den verfügbaren Bauraum optimal zu nutzen.A particularly advantageous embodiment of the invention is achieved in that the cooling element is connected by means of a thermal conductor to the actuating element. As a result, only the cooling capacity of the cooling element is transferred to the actuating element, without these having to be fixed directly to one another or arranged adjacent to one another. Rather, it is possible to optimally use the available space through the thermal conductor, for example, also designed as a heat exchanger.

Demgegenüber erweist sich eine weitere Ausgestaltung der Erfindung dann als besonders Erfolg versprechend, wenn das Kühlelement an dem Betätigungselement insbesondere umfangsseitig angeordnet ist. Hierdurch wird eine besonders kompakte Bauform erreicht und zudem werden mögliche Verluste bei der Kühlwirkung des Betätigungselementes vermieden.In contrast, a further embodiment of the invention proves to be particularly successful if the cooling element is arranged on the actuating element, in particular on the circumferential side. As a result, a particularly compact design is achieved and also possible losses in the cooling effect of the actuating element are avoided.

Das Kühlelement kann in Abhängigkeit der Beschaffenheit des Betätigungselementes eine geeignete Formgebung aufweisen und je nach Bauform auch in das Betätigungselement integriert oder mit diesem einteilig verbunden ausgeführt sein. Besonders vorteilhaft ist es hingegen, wenn der elektrothermische Wandler am Umfang des Betätigungselementes insbesondere parallel zur Haupterstreckung des Betätigungselementes als Wicklung oder in einer das Betätigungselement einschließenden Ringform angebracht ist, um so eine schnelle und gezielte Abkühlung des Betätigungselementes zu erreichen. Selbstverständlich kann das Kühlelement gemeinsam mit einem Heizelement zu einer Baueinheit verbunden sein, die an dem Betätigungselement angeordnet ist.The cooling element may have a suitable shape depending on the nature of the actuating element and, depending on the design, may also be integrated into the actuating element or be connected to it in one piece. On the other hand, it is particularly advantageous if the electrothermal transducer is mounted on the circumference of the actuating element, in particular parallel to the main extension of the actuating element as a winding or in an annular shape enclosing the actuating element so as to achieve a rapid and targeted cooling of the actuating element. Of course, the cooling element may be connected together with a heating element to form a structural unit which is arranged on the actuating element.

Umgekehrt kann der elektrothermische Wandler beispielsweise stabförmig ausgeführt sein und einen Kern bilden, welcher von einem aus der Formgedächtnislegierung bestehenden, beispielsweise spiral- oder schneckenförmigen Betätigungselement umschlungen oder umwickelt ist.Conversely, the electrothermal transducer can be designed, for example, rod-shaped and form a core, which is looped or wrapped by an existing, for example, helical or helical actuator consisting of the shape memory alloy.

Darüber hinaus kann gemäß einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung der elektrothermische Wandler alternativ als Kühlelement oder als Heizelement betrieben werden, sodass ein separates Heizelement entbehrlich ist. Hierdurch wird der Herstellungsaufwand sowie der Platzbedarf des Stellmittels weiter reduziert. Die Erwärmung des Stellmittels ist dabei nicht auf den elektrothermischen Wandler als Heizelement beschränkt. Vielmehr kann der elektrothermische Wandler auch ergänzend zu einem weiteren Heizelement, einer elektrischen Widerstandserwärmung des Stellmittels oder bei niedrigen Umgebungstemperaturen verwendet werden.In addition, according to a further particularly advantageous embodiment of the invention, the electrothermal transducer can alternatively be operated as a cooling element or as a heating element, so that a separate heating element is dispensable. As a result, the manufacturing cost and space requirements of the actuating means is further reduced. The heating of the actuating means is not limited to the electrothermal transducer as a heating element. Rather, the electrothermal transducer can also be used in addition to another heating element, an electrical resistance heating of the actuating means or at low ambient temperatures.

Das erfindungsgemäße Stellmittel kann in nahezu beliebigen Bauformen realisiert werden. Besonders vorteilhaft ist es hingegen, wenn das Betätigungselement als ein Draht oder Drahtbündel ausgeführt ist und als Zugmittel zur Übertragung von Betätigungskräften eingesetzt werden kann. Ein solches Drahtbündel kann beispielsweise auch mit in einer gestreckten Bauform realisierten Kühlelementen durchsetzt sein.The adjusting means according to the invention can be realized in almost any designs. In contrast, it is particularly advantageous if the actuating element is designed as a wire or wire bundle and can be used as a traction means for transmitting actuating forces. Such a wire bundle can be interspersed, for example, with cooling elements realized in a stretched design.

Darüber hinaus eignet sich der Draht oder das Drahtbündel für vielfältige Einsatzzwecke, wenn der Draht oder das Drahtbündel zumindest abschnittsweise eine gerade, gewickelte, gewendelte und/oder gekrümmte Form aufweist.In addition, the wire or wire bundle is suitable for a variety of purposes when the wire or wire bundle at least partially has a straight, wound, coiled and / or curved shape.

Verschiedene Abschnitte oder Bereiche des Betätigungselementes, beispielsweise einzelne Drähte oder Drahtbündel, können auch unabhängig voneinander mit einer vorbestimmten Kühlwirkung beaufschlagt werden, um so die Längenänderung des Betätigungselementes selektiv zu erzeugen. Infolgedessen kann die Gesamtlängenänderung oder die übertragbare Kraft des Stellmittels eingestellt werden. Vorzugsweise weist jedoch das Stellmittel genau zwei Funktionsstellungen auf.Different sections or regions of the actuating element, for example individual wires or wire bundles, can also be acted upon independently of one another with a predetermined cooling effect so as to selectively produce the change in length of the actuating element. As a result, the total length change or the transmittable force of the actuator can be adjusted. Preferably, however, the actuating means has exactly two functional positions.

Obwohl das Stellmittel zur Übertragung einer Stellbewegung, beispielsweise einer translatorischen oder einer Schwenkbewegung geeignet ist, hat es sich darüber hinaus als besonders praxisgerecht erwiesen, wenn das Betätigungselement als eine Verriegelung, insbesondere für eine schwenkbewegliche Klappe ausgeführt ist.Although the adjusting means is suitable for transmitting an adjusting movement, for example a translational or a pivoting movement, it has moreover proven to be particularly practical if the actuating element is designed as a lock, in particular for a pivotable flap.

Die Verbindung des elektrothermischen Wandlers mit dem Betätigungselement erfolgt beispielsweise durch ein thermisch leitfähiges elastisches Polymermaterial. Weiterhin können auch die elektrischen Anschlussverbindungen zu dem Betätigungselement aus einem elektrisch leitfähigen elastischen Polymermaterial bestehen. Beides ermöglicht ein breiteres Bewegungsspektrum des Stellmittels und verringert eine unerwünschte Beschränkung der Längenänderung aufgrund der elektrischen Kontaktierungen.The connection of the electrothermal transducer with the actuating element takes place for example by a thermally conductive elastic polymer material. Furthermore, the electrical connection connections to the actuating element can also consist of an electrically conductive elastic polymer material. Both allow for a wider range of motion of the actuator and reduce undesirable restriction on the length change due to the electrical contacts.

Die zweitgenannte Aufgabe, ein Arbeitsverfahren zum Betrieb des Stellmittels zu schaffen, bei dem zumindest zwei unterschiedliche Funktionsstellungen durch eine Temperaturänderung des Betätigungselementes eingestellt werden, wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Betätigungselement zur Einstellung einer ersten Funktionsstellung erwärmt wird und zur Einstellung einer zweiten Funktionsstellung mittels eines auf das Betätigungselement wirkenden, einen elektrothermischen Wandler aufweisenden Kühlelementes gekühlt wird. Hierdurch wird die Geschwindigkeit der Stellbewegung des Stellmittels durch die aktive Kühlung des Betätigungselementes wesentlich erhöht. Zudem kann auf die bei sogenannten Ein-Wege-Formgedächtnislegierungen erforderlichen Rückstellelemente, beispielsweise ein Federelement, verzichtet werden, indem durch die Kühlung in sinnvoller Weise unabhängig von den jeweiligen Umgebungsbedingungen die zur Rückkehr in die anderen Funktionsstellungen erforderliche Abkühlung des Betätigungselementes erreicht werden.The second-mentioned object to provide a working method for operating the actuating means, wherein at least two different functional positions are adjusted by a change in temperature of the actuating element, is inventively achieved in that the actuating element is heated to set a first functional position and to set a second functional position by means of a acting on the actuating element, an electrothermal transducer having cooling element is cooled. As a result, the speed of the adjusting movement of the actuating means is substantially increased by the active cooling of the actuating element. In addition, the required in so-called one-way shape memory alloys restoring elements, such as a spring element, can be omitted by the required cooling to return to the other functional positions cooling of the actuating element can be achieved by the cooling in a meaningful manner regardless of the particular environmental conditions.

Dabei hat es sich bereits als besonders praxisgerecht erwiesen, wenn das Betätigungselement zur Einstellung der ersten Funktionsstellung durch eine entsprechende elektrische Ansteuerung des elektrothermischen Wandlers erwärmt wird, sodass die jeweils erforderliche Erwärmung oder Abkühlung des Betätigungselementes, beispielsweise durch eine Umpolung des elektrischen Stromflusses durch den elektrothermischen Wandler, erreicht werden kann. Somit kann eine schnelle Änderung der Funktionsstellung bei zugleich einfachem Aufbau und kompakten Abmessungen realisiert werden.It has already proven to be particularly practical if the actuating element for adjusting the first functional position is heated by a corresponding electrical control of the electrothermal converter, so that the respective required heating or cooling of the actuating element, for example by a reversal of the electrical current flow through the electrothermal transducer , can be achieved. Thus, a rapid change of the functional position can be realized at the same time simple structure and compact dimensions.

Im Gegensatz zum Stand der Technik wird mit dem erfindungsgemäßen Stellmittel eine hinreichend schnelle und insbesondere auch eine einstellbare Kühlung des Betätigungselementes erreicht.In contrast to the prior art, a sufficiently fast and in particular an adjustable cooling of the actuating element is achieved with the adjusting means according to the invention.

Durch die individuelle Ansteuerung der entlang des Einzeldrahtes oder des Drahtbündels angeordneten elektrothermischen Wandler-Elemente ist eine lokale bzw. abschnittsweise Kühlung der einzelnen Drähte oder des Drahtbündels des Betätigungselementes möglich.Individual control of the electrothermal transducer elements arranged along the individual wire or the wire bundle makes it possible to locally or partially cool the individual wires or the wire bundle of the actuating element.

Mehr noch wird durch die lokale Kühlung eine kontinuierlich kraft- oder weggesteuerte Regelung des Stellmittels möglich, die insbesondere bei Aktuatoren für diverse Stell- oder Haltefunktion bei Kraftfahrzeugen Verwendung finden können. Der Draht oder das Drahtbündel weisen vorteilhaft einen runden Querschnitt auf.Moreover, the local cooling makes possible a continuous force-controlled or path-controlled regulation of the actuating means, which can be used in particular for actuators for various positioning or holding functions in motor vehicles. The wire or the wire bundle advantageously have a round cross section.

Eine Weiterbildung zeichnet sich dadurch aus, dass die elektrothermischen Wandler jeweils in einer Ringform ausgeführt sind und den Draht oder das Drahtbündel einschließen. Ringförmige Peltierelemente lassen sich einfach herstellen und erlauben weiterhin eine einfache Herstellung des Stellmittels.A further development is characterized in that the electrothermal transducers are each designed in a ring shape and enclose the wire or the wire bundle. Ring-shaped Peltier elements are easy to produce and also allow easy production of the actuating means.

Eine bevorzugte Weiterbildung des vorgeschlagenen Stellmittels zeichnet sich dadurch aus, dass entlang des Stellmittels insbesondere abwechselnd mit Peltierelementen des Kühlelementes zusätzliche Heizelemente zur lokalen Erwärmung des Betätigungselementes angeordnet sind. Hierdurch können mittels eines Steuermittels einzelne Peltierelemente und die gegebenenfalls vorhandenen Heizelemente individuell angesteuert werden. Vorzugsweise umschließen auch die Heizelemente das Betätigungselement vollständig konzentrisch.A preferred development of the proposed actuating means is characterized in that along the actuating means, in particular alternately with Peltier elements of the cooling element, additional heating elements for local heating of the Actuating element are arranged. In this way, by means of a control means individual Peltier elements and the optional heating elements can be controlled individually. Preferably, the heating elements surround the actuator completely concentric.

Indem gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung die Kühl- und Heizelemente in Richtung der Längserstreckung des Betätigungselementes an diesem abwechselnd angeordnet sind, gelingt es zudem, die thermisch induzierte Längenänderung auf einzelne Längsabschnitte des Betätigungselementes zu beschränken und damit eine sehr präzise Steuerung der Positionierung bzw. der Verformung des Betätigungselementes zu realisieren.By according to a further preferred embodiment, the cooling and heating elements are arranged alternately in the direction of the longitudinal extension of the actuating element on this, it is also possible to limit the thermally induced change in length to individual longitudinal sections of the actuating element and thus a very precise control of the positioning or deformation to realize the actuator.

Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt inThe invention allows numerous embodiments. To further clarify its basic principle, one of them is shown in the drawing and will be described below. This shows in

1 eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Stellmittel mit einem von einem Kühlelement seitlich eingeschlossenen Betätigungselement; 1 a plan view of an inventive actuating means with a laterally enclosed by a cooling element actuator;

2 eine Seitenansicht des in 1 gezeigten Stellmittels; 2 a side view of the in 1 shown actuating means;

3 eine Draufsicht auf eine Variante eines erfindungsgemäßen Stellmittels mit einem von einer Wicklung des Kühlelementes eingeschlossenen Betätigungselement; 3 a plan view of a variant of an actuating means according to the invention with an enclosed by a winding of the cooling element actuator;

4 eine Seitenansicht des in 3 gezeigten Stellmittels; 4 a side view of the in 3 shown actuating means;

5 eine Draufsicht auf eine weitere Variante eines Stellmittels mit einem von einer Wicklung eines thermischen Leiters eingeschlossenen Betätigungselement; 5 a top view of a further variant of an actuating means with an enclosed by a winding of a thermal conductor actuator;

6 eine Seitenansicht des in 5 gezeigten Stellmittels. 6 a side view of the in 5 shown actuating means.

Die Erfindung wird nachstehend anhand verschiedener Ausführungsformen näher erläutert. Ein erstes Ausführungsbeispiel ist in den 1 und 2 gezeigt, wobei 1 eine Draufsicht und 2 eine Seitenansicht eines als Aktuator ausgeführten Stellmittels 1 zeigt. Das Stellmittel 1 weist zur Einstellung zwei nicht weiter dargestellter unterschiedlich langer Funktionsstellungen ein aus einer Formgedächtnislegierung bestehendes Zwei-Wege Betätigungselement 2 auf. Am Umfang des Betätigungselementes 2 sind paarweise einander gegenüberliegend insgesamt vier als Peltierelemente ausgeführte elektrothermische Wandler 3 angeordnet, die gemeinsam ein auf das Betätigungselement 2 wirkendes Kühlelement 4 bilden und die entweder gemeinsam, paarweise oder einzeln ansteuerbar sind. Durch die übertragende Kühlwirkung kommt es zu der thermisch induzierten Längenänderung und damit zu einem Wechsel zwischen den beiden Funktionsstellungen des Betätigungselementes 2, welche durch eine anschließende Erwärmung zur Rückkehr in die andere Funktionsstellung reversibel beweglich ist. Hierzu wird das als Draht ausgeführte Betätigungselement 2 mit einem elektrischen Stromfluss beaufschlagt, sodass es aufgrund des elektrischen Widerstandes zu der Erwärmung kommt. Alternativ oder ergänzend können die elektrothermischen Wandler 3 durch elektrische Umpolung ebenfalls zur Erwärmung des Betätigungselementes 2 genutzt werden.The invention will be explained in more detail below with reference to various embodiments. A first embodiment is in the 1 and 2 shown, where 1 a top view and 2 a side view of an actuator designed as actuator 1 shows. The adjusting agent 1 For setting two non-illustrated different length functional positions has a two-way actuator consisting of a shape memory alloy 2 on. At the periphery of the actuating element 2 are in pairs opposite each other a total of four executed as Peltier electrothermal transducer 3 arranged, which together on the actuating element 2 acting cooling element 4 form and which can be controlled either together, in pairs or individually. Due to the transferred cooling effect, it comes to the thermally induced change in length and thus to a change between the two functional positions of the actuating element 2 , which is reversibly movable by a subsequent heating to return to the other functional position. For this purpose, the executed as a wire actuator 2 subjected to an electric current flow, so that it comes due to the electrical resistance to the heating. Alternatively or additionally, the electrothermal transducers 3 by electrical reversal also to heat the actuator 2 be used.

In den 3 und 4 ist eine Variante eines Stellmittels 5 in einer Draufsicht und in einer Seitenansicht dargestellt, wobei ein Kühlelement 6 mit einem drahtförmigen elektrothermischen Wandler 7 ausgestattet ist, welches als eine Wicklung das Betätigungselement 2 umschlingt. Hierdurch wird der Wärmeübergang durch die optimierte Kontaktfläche des elektrothermischen Wandlers 7 an der Umfangsfläche des Betätigungselementes 2 wesentlich verbessert. Zudem kann durch den Abstand bzw. die Steigung der Windungen des elektrothermischen Wandlers 7 die Kühlwirkung in unterschiedlichen Längsabschnitten des Betätigungselementes 2 unterschiedlich eingestellt werden, wie dies in 3 andeutungsweise dargestellt ist. Selbstverständlich kann die Wicklung abweichend von der dargestellten Bauform auch so angebracht werden, dass zwischen den einzelnen Windungen der Wicklung des elektrothermischen Wandlers 7 keine Zwischenräume auftreten.In the 3 and 4 is a variant of an actuating means 5 shown in a plan view and in a side view, wherein a cooling element 6 with a wire-shaped electrothermal transducer 7 is equipped, which as a winding, the actuator 2 wraps. As a result, the heat transfer through the optimized contact surface of the electrothermal transducer 7 on the peripheral surface of the actuating element 2 significantly improved. In addition, by the distance or the slope of the turns of the electrothermal transducer 7 the cooling effect in different longitudinal sections of the actuating element 2 be set differently, as in 3 is hinted at. Of course, the winding can be deviating from the illustrated design also mounted so that between the individual turns of the winding of the electrothermal transducer 7 no gaps occur.

Eine weitere Variante eines erfindungsgemäßen Stellmittels 8 ist in den 5 und 6 wiederum in einer Draufsicht und einer Seitenansicht gezeigt. Dabei ist das Betätigungselement 2 räumlich getrennt von einem elektrothermischen Wandler 9 eines Kühlelementes 10 angeordnet. Zur Übertragung der Kühlleistung von dem elektrothermischen Wandler 9 auf das Betätigungselement 2 hat das Kühlelement 10 einen als Draht oder Blechstreifen ausgeführten thermischer Leiter 11, der im Bereich des Betätigungselementes 2 eine an dessen Umfang anliegende Wicklung bildet. Hierdurch wird einerseits eine optimale Raumausnutzung ermöglicht, andererseits ist die Geometrie und Position des elektrothermischen Wandlers 9 dadurch unabhängig von dem Betätigungselement 2. Zudem können so ein oder mehrere gemeinsame elektrothermische Wandler 9 zum Kühlen verschiedener Betätigungselemente 2 genutzt werden.Another variant of a control agent according to the invention 8th is in the 5 and 6 again shown in a plan view and a side view. In this case, the actuating element 2 spatially separated from an electrothermal transducer 9 a cooling element 10 arranged. To transfer the cooling power from the electrothermal transducer 9 on the actuator 2 has the cooling element 10 a designed as a wire or metal strip thermal conductor 11 in the area of the actuator 2 forms a voltage applied to the circumference winding. As a result, on the one hand optimal space utilization is possible, on the other hand, the geometry and position of the electrothermal transducer 9 thereby independent of the actuating element 2 , In addition, so can one or more common electrothermal transducers 9 for cooling various actuators 2 be used.

Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Stellmittel actuating means
22: Betätigungselement actuator
33: elektrothermischer Wandler electrothermal transducer
44: Kühlelement cooling element
55: Stellmittel actuating means
66: Kühlelement cooling element
77: elektrothermischer Wandler electrothermal transducer
88th: Stellmittel actuating means
99: elektrothermischer Wandler electrothermal transducer
1010: Kühlelement cooling element
1111: Leiter ladder

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102005045395 A1 [0011]
GB 1066587A [0012]
DE 2652495 A1 [0013]
US 3,157,801 A [0014]
DE 1247968 B [0015]

Claims

Adjusting means ( 1 . 5 . 8th ) with an actuating element consisting of a shape memory alloy ( 2 ) for adjusting at least two different functional positions, which by a thermally induced change in length of the actuating element ( 2 ) due to a controllable temperature change of the actuating element ( 2 ) are adjustable, characterized by at least one of the actuating element ( 2 ), an electrically controllable, electrothermal transducer ( 3 ) having cooling element ( 4 . 6 . 10 ).

Adjusting means ( 1 . 5 . 8th ) according to claim 1, characterized in that the cooling element ( 4 . 6 . 10 ) by means of a thermal conductor ( 11 ) with the actuating element ( 2 ) connected is.

Adjusting means ( 1 . 5 . 8th ) according to claims 1 or 2, characterized in that the electrothermal transducer ( 3 ) on the actuating element ( 2 ) as a winding or in an actuating element ( 2 ) enclosing ring shape is attached.

Adjusting means ( 1 . 5 . 8th ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the electrothermal transducer ( 3 ) on the circumference of the actuating element ( 2 ) is arranged

Adjusting means ( 1 . 5 . 8th ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the actuating element ( 2 ) is designed as a wire or wire bundle.

Adjusting means ( 1 . 5 . 8th ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the wire or the wire bundle at least partially has a straight, wound, coiled and / or curved shape.

Adjusting means ( 1 . 5 . 8th ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the adjusting means ( 1 . 5 . 8th ) has exactly two functional positions.

Adjusting means ( 1 . 5 . 8th ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the actuating element ( 2 ) is designed as a lock, in particular a pivotable flap.

Adjusting means ( 1 . 5 . 8th ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the electrothermal transducer ( 3 ) is alternatively operable as a heating element or cooling element.

Working method of an actuating agent ( 1 . 5 . 8th ) according to at least one of the preceding claims with an actuating element consisting of a shape memory alloy ( 2 ), in which different functional positions by a change in temperature of the actuating element ( 2 ), characterized in that the actuating element ( 2 ) is heated to set a first functional position and for setting a second functional position by means of a on the actuating element ( 2 ) acting, electrically operated cooling element ( 4 . 6 . 10 ) is cooled.