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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Überhitzungsschutzsystem.
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Diskussion des Standes der Technik
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Formgedächtnislegierungs-Aktuatoren (SMA-Aktuatoren) werden durch Erwärmen des SMA-Materials auf eine Temperatur, die über einem vorgeschriebenen Wert liegt, aktiviert. Dies veranlasst, dass das Material einen Phasenübergang von einem Martensit- zu einem Austenitzustand durchläuft, wobei es sich zusammenzieht und in dem Prozess zum Verrichten von Arbeit verwendet wird. Üblicherweise werden SMA-Drähte durch resistives Erwärmen durch Anlegen eines elektrischen Stroms durch den Draht erwärmt. Ein Bedenken bei dieser Vorgehensweise ist die Überhitzung (d. h., dass eine übermäßigen Wärmeenergie über die hinaus angelegt wird, die zum Betätigen des Drahts erforderlich ist). Überhitzung verursacht längere Abkühlzeiten und somit eine verringerte Systemansprechbandbreite und kann in einigen Fällen den Draht beschädigen. Somit ist es erwünscht, ein effektives und robustes Mittel zu besitzen, um eine Drahtüberhitzung zu verhindern. Herkömmlich werden verschiedene externe Sensoren und/oder mechanischen Vorrichtungen wie etwa Temperatursensoren verwendet, um Bedenken hinsichtlich der Überhitzung zu mildern. Allerdings tragen diese Vorkehrungen zur Komplexität, zu den Kosten und zu den Packungsanforderungen herkömmlicher Aktuatoren bei.
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Herkömmliche Überhitzungsschutzsysteme und Überhitzungsschutzstromkreise sind aus den Druckschriften
US 4 987 314 A und
US 2007 / 0 175 213 A1 bekannt. Bezüglich des weitergehenden Standes der Technik sei an dieser Stelle auf die Druckschriften
US 3 946 242 A und
US 4 860 040 A verwiesen.
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KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung ist auf diese Bedenken gerichtet und stellt neue Systeme zur Schaffung eines Überhitzungsschutzes für einen SMA-Aktuator unter Nutzung eines SMA-Schaltelements oder Stromkreishilfsmittels dar. Unter anderem ist die Erfindung nutzbar, um zu ermöglichen, dass der SMA-Aktuator für längere Zeitdauern ohne Überhitzung des Drahts in dem Ein-Zustand aufrechterhalten wird.
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Erfindungsgemäß wird ein Überhitzungsschutzsystemmit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgestellt.
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Die Offenbarung kann leichter verstanden werden mit Bezug auf die folgende ausführliche Beschreibung verschiedener Merkmale der Offenbarung und die hier enthaltenen Beispiele.
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Figurenliste
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Im Folgenden ist (sind) eine bevorzugte Ausführungsform (bevorzugte Ausführungsformen) der Erfindung ausführlich mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungsfiguren in einem beispielhaften Maßstab beschrieben, wobei:
- 1 ein Diagramm eines Überhitzungsschutzsystems in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist, das einen Stromkreis bildet und eine elektrische Leistungsquelle, einen Formgedächtnislegierungs-Aktuatordraht, der antriebstechnisch mit einer Last gekoppelt ist, einen SMA-Schaltdraht, der elektrisch und thermisch mit dem Aktuator gekoppelt ist, einen elektrischen Nichtleiter und eine Rückstellfeder, die antriebstechnisch mit dem Nichtleiter gekoppelt ist, enthält;
- 1a ein Diagramm des in 1 gezeigten Systems ist, in dem der Aktuator, jedoch nicht der SMA-Schaltdraht aktiviert worden ist;
- 1b ein Diagramm des in 1 gezeigten Systems ist, in dem der SMA-Schaltdraht ebenfalls aktiviert worden ist, um zu veranlassen, dass der Nichtleiter die Drähte und die Feder trennt, um Energie zu speichern;
- 2 ein Diagramm des in 1 gezeigten Systems in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist, das ferner eine Mehrzahl elektrischer Leiter und Wärmeleiter enthält, die die Drähte miteinander verbinden, wobei einer der Leiter mit dem SMA-Schaltdraht und mit dem Nichtleiter verbunden ist und die verbleibenden Leiter und den Aktuatordraht gleitend in Eingriff bringt;
- 3 ein Diagramm des in 1 und 2 gezeigten Systems in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist, bei dem eine Mehrzahl Aktuatordrähte zu der Last parallel geschaltet sind und der SMA-Schaltdraht mittig positioniert ist;
- 4 ein Diagramm des in 1 gezeigten Systems in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist, bei dem ein wärmeleitendes und elektrisch nicht leitendes Querelement ferner den Aktuator und die SMA-Schaltdrähte miteinander verbindet;
- 5 ein Diagramm eines Überhitzungsschutzsystems in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist, das einen Stromkreis bildet und eine elektrische Leistungsquelle, einen Formgedächtnislegierungs-Aktuatordraht, der antriebstechnisch mit einer Last gekoppelt ist, einen SMA-Schaltdraht, der elektrisch und thermisch mit dem Aktuatordraht gekoppelt ist und antriebstechnisch mit einem Schalter gekoppelt ist, und eine Rückstellfeder, die dem Schaltdraht gegenüberliegend antriebstechnisch mit dem Schalter gekoppelt ist, enthält;
- 5a ein Diagramm des in 5 gezeigten Systems ist, bei dem der Aktuatordraht aktiviert worden ist, um die Last zu verlagern;
- 5b ein Diagramm des in 5a gezeigten Systems ist, bei dem der SMA-Schaltdraht ebenfalls aktiviert worden ist, um den Schalter umzuschalten und den Stromkreis zu öffnen;
- 6 ein Diagramm eines Überhitzungsschutzsystems in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist, das einen Stromkreis bildet und eine elektrische Leistungsquelle, einen Formgedächtnislegierungs-Aktuatordraht, der antriebstechnisch mit einer Last gekoppelt ist, einen SMA-Schaltdraht, der elektrisch und thermisch mit einem Aktuatordraht gekoppelt ist und eine größere Querschnittsfläche als dieser bietet, einen elektrischen Nichtleiter und eine Rückstellfeder, die antriebstechnisch mit dem Nichtleiter gekoppelt ist, enthält;
- 6a ein Diagramm des in 6 gezeigten Systems ist, bei dem der Aktuatordraht aktiviert worden ist, um die Last zu verlagern;
- 6b ein Diagramm des in 6a gezeigten Systems ist, bei dem der SMA-Schaltdraht ebenfalls aktiviert worden ist, um zu veranlassen, dass der Nichtleiter den Stromkreis öffnet;
- 7 ein Diagramm eines Überhitzungsschutzsystems in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist, das einen Stromkreis bildet und eine elektrische Leistungsquelle, einen Formgedächtnislegierungs-Aktuatordraht, der antriebstechnisch mit einer Last gekoppelt ist, einen SMA-Schaltdraht, der elektrisch mit dem Aktuatordraht gekoppelt ist, einen Widerstand, der zu dem SMA-Schaltdraht parallel geschaltet ist, einen elektrischen Nichtleiter, der mit dem SMA-Schaltdraht gekoppelt ist, und eine Rückstellfeder, die antriebstechnisch mit dem Nichtleiter gekoppelt ist, enthält;
- 8 ein Diagramm eines Überhitzungsschutzsystems in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist, das eine elektrische Leistungsquelle, einen Formgedächtnislegierungs-Aktuatordraht, der antriebstechnisch mit einer Last gekoppelt ist, einen SMA-Schaltdraht, der zu dem Aktuator draht elektrisch parallel geschaltet ist, einen Widerstand, der zu dem SMA-Schaltdraht in Reihe geschaltet ist, einen elektrischen Schalter, der mechanisch mit dem SMA-Schaltdraht gekoppelt ist, und eine Rückstellfeder, die antriebstechnisch mit dem elektrischen Schalter gekoppelt ist, enthält;
- 9 ein Diagramm eines Überhitzungsschutzsystems in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist, das einen Stromkreis bildet und eine elektrische Leistungsquelle, einen Formgedächtnislegierungs-Aktuatordraht, der antriebstechnisch mit einer Last gekoppelt ist, und einen ersten und einen zweiten miteinander verbundenen SMA-Schaltdraht, die elektrisch und thermisch mit dem Aktuatordraht gekoppelt sind, enthält, wobei die SMA-Schaltdrähte einen verlagerbaren Scheitelpunkt bilden, der mit einem elektrischen Kontakt in Eingriff ist, um den Stromkreis zu schließen;
- 9a ein Diagramm des in 9 gezeigten Systems ist, wobei der Aktuatordraht aktiviert worden ist, um die Last zu verlagern;
- 9b ein Diagramm des in 9a gezeigten Systems ist, bei dem die SMA-Schaltdrähte ebenfalls aktiviert worden sind, um zu veranlassen, dass der Scheitelpunkt von dem Kontakt beabstandet wird und den Stromkreis öffnet;
- 10 ein Diagramm eines Überhitzungsschutzsystems in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist, das einen Stromkreis bildet und eine elektrische Leistungsquelle, einen Formgedächtnislegierungs-Aktuatordraht, der antriebstechnisch mit einer Last gekoppelt ist, und einen ersten und einen zweiten miteinander verbundenen Schaltdraht, die über einen elektrischen Umschalter elektrisch und thermisch mit dem Aktuatordraht gekoppelt sind, enthält, wobei die Schaltdrähte einen verlagerbaren Scheitelpunkt bilden, der mit dem Schalter in Eingriff ist, um den Stromkreis zu schließen;
- 10a ein Diagramm des in 10 gezeigten Systems ist, bei dem der Aktuatordraht aktiviert worden ist, um die Last zu verlagern;
- 10b ein Diagramm des in 10a gezeigten Systems ist, wobei die Schaltdrähte ebenfalls aktiviert worden sind, um zu veranlassen, dass der Scheitelpunkt den Schalter umschaltet und den Stromkreis öffnet;
- 11 ein Teildiagramm eines Systems in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist, das einen Aktuatordraht und ein Stromkreishilfsmittel, das so konfiguriert ist, dass es den an den Draht gelieferten Strom ändert, umfasst;
- 12 ein Teildiagramm des in 11 gezeigten Systems in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist, bei dem das Hilfsmittel ein Transistor ist, der antriebstechnisch mit dem Ausgangsanschlussstift eines Controllers gekoppelt ist;
- 13 ein Diagramm eines Systems in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist, das einen Aktuatordraht, einen Controller und ein Transistor- und Widerstandshilfsmittel, die zusammenwirkend konfiguriert sind, um eine bordinterne Detektierung eines Schaltens zu bewirken, umfasst; und
- 14 ein Diagramm eines Systems in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Erfindung ist, das einen Aktuatordraht, einen Controller und ein Wheatstone-Brücken-Stromkreishilfsmittel umfasst, wobei die Brücke einen Heizdraht enthält.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen ist dem Wesen nach lediglich beispielhaft. Wie hier beschrieben und dargestellt ist, wird ein neues Überhitzungsschutzsystem 10 zur Verwendung mit einem Formgedächtnislegierungs-Aktuatorelement (SMA-Aktuatorelement) (z. B. Draht) 12 angenommen; allerdings liegt es sicher im Umfang der Erfindung, die Vorteile des Systems 10 mit anderen thermisch oder elektrisch aktivierten aktiven Materialien, die anfällig für Überhitzung sind, oder in anderen Anwendungen und Konfigurationen, wie sie der Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet erkennen kann, zu nutzen.
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In einem ersten Aspekt nutzt das System 10 den Formgedächtniseffekt eines SMA-Schaltelements (z. B. Drahts) 14, um das Aktivierungssignal des Aktuatorelements 12 zu unterbrechen. Das heißt, das System 10 enthält einen SMA-Schaltdraht 14, der nicht direkt bei der Verrichtung mechanischer Nutzarbeit genutzt wird, aber thermisch mit dem Aktuatordraht (aktiven Draht) 12 verbunden und um ihn zu deaktivieren betreibbar ist. Wie der Begriff „Draht“ hier verwendet wird, wird er nicht in einem beschränkenden Sinn verwendet und soll andere, ähnliche geometrische Konfigurationen, die Zugbelastungsstärke-/Dehnungsfähigkeiten bieten, wie etwa Kabel, Bündel, Litzen, Seile, Streifen, Ketten und andere Elemente enthalten. Verschiedene Ausführungsformen des Systems 10 sind in 1-10b gezeigt, wobei die elektrische Konnektivität des Schalt- und des Aktuatordrahts 14, 12 jeweils wahlweise unterbrechbar ist, wenn der Aktuatordraht 12 überhitzt ist oder vorhergesagt wird, dass er überhitzt wird.
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In einem zweiten Aspekt der Erfindung bietet das System 10 allgemein einen Stromkreis 16, der aus dem Aktuatorelement 12, einer elektrischen Leistungsquelle 18, die zum Erzeugen eines ausreichenden Aktivierungssignals betreibbar ist, und wenigstens einem Stromkreishilfsmittel 20, das zum Ändern des Signals betreibbar ist, besteht. Wie der Begriff „Stromkreishilfsmittel‟ hier verwendet wird, soll er irgendein elektrisches Bauelement bedeuten, das, wenn es zu dem Stromkreis 16 hinzugefügt wird, autonom zum Ändern des Stromflusses und somit des durch die Leistungsquelle 18 erzeugten Aktivierungssignals, wenn eine vorgegebene Aktuatortemperatur erreicht ist (der Schaltdraht 14, wobei er durch Joule'sche Wärme erwärmt wird, bildet ein Stromkreishilfsmittel 20), fungiert. Somit wird gewürdigt werden, dass es notwendig sein kann, das Hilfsmittel 20 mit einem geeigneten Sensor, einer geeigneten Steuerung und/oder einer geeigneten Kommunikationstechnologie zu kombinieren. Zum Beispiel kann ein Wärmekügelchen verwendet werden, um In-situ-Drahttemperaturen zu liefern. Beispiele von Stromkreishilfsmitteln sind hier weiter beschrieben und in 11-12 dargestellt.
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Wie es hier verwendet wird, bezieht sich Formgedächtnislegierungen (SMAs) auf eine Gruppe von Metallmaterialien, die die Fähigkeit zeigen, zu einer zuvor definierten Form oder Größe zurückzukehren, wenn sie einem geeigneten Wärmestimulus ausgesetzt werden. Formgedächtnislegierungen können Phasenübergänge durchlaufen, in denen ihre Fließfestigkeit, Steifheit, Dimension und/oder Form als Funktion der Temperatur geändert werden. Der Begriff „Fließfestigkeit“ bezieht sich auf die mechanische Spannung, bei der ein Material eine spezifizierte Abweichung von der Proportionalität von Spannung und Dehnung zeigt. Im Allgemeinen können Formgedächtnislegierungen bei der Niedertemperatur- oder Martensitphase pseudoplastisch verformt werden und gehen in eine Austenitphase oder Ursprungsphase über, wenn sie einer höheren Temperatur ausgesetzt werden, wobei sie zu ihrer Form vor der Verformung zurückkehren. Materialien, die diesen Formgedächtniseffekt nur beim Erwärmen zeigen, werden als solche mit einem Einweg-Formgedächtnisverhalten bezeichnet. Jene Materialien, die auch beim Abkühlen ein Formgedächtnis zeigen, werden als solche mit einem Zweiweg-Formgedächtnisverhalten bezeichnet.
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Formgedächtnislegierungen gibt es in mehreren verschiedenen temperaturabhängigen Phasen. Die am häufigsten genutzten dieser Phasen sind die sogenannte Martensit- und die sogenannte Austenitphase, die oben diskutiert sind. In der folgenden Diskussion bezieht sich die Martensitphase allgemein auf die stärker verformbare Phase bei niedrigerer Temperatur, während sich die Austenitphase allgemein auf die starrere Phase bei höherer Temperatur bezieht. Wenn die Formgedächtnislegierung in der Martensitphase ist und erwärmt wird, beginnt sie sich in die Austenitphase zu ändern. Die Temperatur, bei der diese Erscheinung beginnt, wird häufig als Austenitstarttemperatur (AS) bezeichnet. Die Temperatur, bei der diese Erscheinung abgeschlossen ist, wird die Austenitendtemperatur (Af) genannt.
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Wenn die Formgedächtnislegierung in der Austenitphase ist und abgekühlt wird, beginnt sie sich in die Martensitphase zu ändern, wobei die Temperatur, bei der diese Erscheinung beginnt, als die Martensitstarttemperatur (MS) bezeichnet wird. Die Temperatur, bei der Austenit aufhört, in Martensit überzugehen, wird die Martensitendtemperatur (Mf) genannt. Im Allgemeinen sind die Formgedächtnislegierungen in ihrer Martensitphase weicher und leichter verformbar und in der Austenitphase härter, steifer und/oder starrer. Angesichts des Vorstehenden ist ein geeignetes Aktivierungssignal zur Verwendung mit Formgedächtnislegierungen ein thermisches Aktivierungssignal mit einer Stärke, die Übergänge zwischen der Martensit- und der Austenitphase veranlasst.
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In Abhängigkeit von der Legierungszusammensetzung und Verarbeitungshistorie können Formgedächtnislegierungen einen Einwegformgedächtnis-Effekt, einen intrinsischen Zweiwegeffekt oder einen extrinsischen Zweiwegformgedächtnis-Effekt zeigen. Ausgeglühte Formgedächtnislegierungen zeigen üblicherweise nur den Einwegformgedächtnis-Effekt. Ausreichende Erwärmung nach der Niedertemperaturverformung des Formgedächtnismaterials induziert den Übergang vom Martensit- zum Austenittyp, wobei das Material die ursprüngliche, ausgeglühte Form wiederherstellt. Somit werden Einwegformgedächtnis-Effekte nur beim Erwärmen beobachtet. Aktive Materialien, die Formgedächtnislegierungs-Zusammensetzungen umfassen, die Einweggedächtniseffekte zeigen, formen sich nicht automatisch zurück und werden wahrscheinlich eine externe mechanische Kraft erfordern, um die Form zurückzuformen.
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Intrinsische und extrinsische Zweiwegformgedächtnis-Materialien sind durch einen Formübergang sowohl beim Erwärmen von der Martensitphase zu der Austenitphase als auch durch einen zusätzlichen Formübergang beim Abkühlen von der Austenitphase zurück zu der Martensitphase charakterisiert. Aktive Materialien, die einen intrinsischen Formgedächtniseffekt zeigen, werden aus einer Formgedächtnislegierungs-Zusammensetzung hergestellt, die veranlasst, dass sich die aktiven Materialien im Ergebnis der oben erwähnten Phasenübergänge automatisch selbst zurückformen. Ein intrinsisches Zweiwegformgedächtnis-Verhalten muss in dem Formgedächtnismaterial durch Verarbeitung induziert werden. Solche Prozeduren enthalten die extreme Verformung des Materials, während es in der Martensitphase ist, das Erwärmen-Abkühlen unter einem Zwang oder einer Last oder eine Oberflächenänderung wie etwa Laserausglühen, Polieren oder Kugelstrahlen. Wenn das Material trainiert worden ist, um einen Zweiwegformgedächtnis-Effekt zu zeigen, ist die Formänderung zwischen dem Nieder- und dem Hochtemperaturzustand allgemein reversibel und hält über eine hohe Anzahl thermischer Zyklen an. Im Gegensatz dazu sind aktive Materialien, die die extrinsischen Zweiwegformgedächtnis-Effekte zeigen, Verbund- oder Mehrkomponentenmaterialien, die eine Formgedächtnislegierungs-Zusammensetzung, die einen Einwegeffekt zeigt, mit einem anderen Element kombinieren, das eine Wiederherstellungskraft zum Rückformen der Ursprungsform liefert.
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Die Temperatur, bei der sich die Formgedächtnislegierung an ihre Hochtemperaturform erinnert, wenn sie erwärmt wird, kann durch geringfügige Änderungen der Zusammensetzung der Legierung und durch Wärmebehandlung eingestellt werden. Zum Beispiel kann sie in Nickel-Titan-Formgedächtnislegierungen von über etwa 100 °C bis unter etwa -100°C geändert werden. Der Formwiederherstellungsprozess tritt über einen Bereich von nur wenigen Grad auf, und der Beginn oder das Ende des Übergangs kann in Abhängigkeit von der gewünschten Anwendung und der Legierungszusammensetzung innerhalb eines Grads oder zweier gesteuert werden. Die mechanischen Eigenschaften der Formgedächtnislegierung variieren über den Temperaturbereich, der ihren Übergang überspannt, stark, wobei sie für das System 10 üblicherweise Formgedächtniseffekte, superelastische Effekte und eine hohes Dämpfungsvermögen bereitstellen.
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Geeignete Formgedächtnislegierungs-Materialien enthalten ohne Beschränkung Legierungen auf Nickel-Titan-Grundlage, Legierungen auf Indium-Titan-Grundlage, Legierungen auf Nickel-Aluminium-Grundlage, Legierungen auf Nickel-Gallium-Grundlage, Legierungen auf Kupfergrundlage (z. B. Kupfer-Zink-Legierungen, Kupfer-Aluminium-Legierungen, Kupfer-Gold- und Kupfer-ZinnLegierungen), Legierungen auf Gold-Cad-mium-Grundlage, Legierungen auf Silber-Cadmium-Grundlage, Legierungen auf Indium-Cadmium-Grundlage, Legierungen auf Mangan-Kupfer-Grundlage, Legierungen auf Eisen-Platin-Grundlage, Legierungen auf Eisen-Platin-Grundlage, Legierungen auf Eisen-Palladium-Grundlage und dergleichen. Solange die Legierungszusammensetzung einen Formgedächtniseffekt, z. B. eine Änderung der Formorientierung, des Dämpfungsvermögens und dergleichen, zeigt, können die Legierungen binär, ternär oder von irgendeiner höheren Ordnung sein.
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Es wird gewürdigt werden, dass SMAs eine Zunahme des Elastizitätsmoduls vom 2,5-fachen und eine Dimensionsänderung (Wiederherstellung der pseudoplastischen Verformung, die in der Martensitphase induziert wird) von bis zu 8 % (in Abhängigkeit von der Stärke der Vordehnung) zeigen, wenn sie über ihre Martensit-zu-Austenit-Phasenübergangstemperatur erwärmt werden. Es wird gewürdigt werden, dass thermisch induzierte SMA-Phasenübergänge Einwegübergänge sind, sodass ein Vorbelastungskraft-Rückstellmechanismus (wie etwa eine Feder) erforderlich wäre, um die SMA auf ihre Anfangskonfiguration zurückzustellen, wenn das angelegte Feld entfernt wird. Um das Gesamtsystem elektronisch steuerbar zu machen, kann eine Joule'sche Erwärmung verwendet werden.
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Zurückkehrend zu der strukturellen Konfiguration der vorliegenden Erfindung zeigt 1 ein Überhitzungsschutzsystem 10, das einen Stromkreis 16 bildet und eine elektrische Leistungsquelle 18, einen Formgedächtnislegierungs-Aktuatordraht 12, der antriebstechnisch mit einer Last 22 gekoppelt ist, einen SMA-Schaltdraht 14, der elektrisch und thermisch mit dem Aktuatordraht 12 gekoppelt ist, einen elektrischen Nichtleiter 24 und eine Rückstellfeder (oder ein anderes Vorbelastungselement) 26, das vorzugsweise für den Nichtleiter 24 vorgesehen und antriebstechnisch mit ihm gekoppelt ist, enthält. Es wird gewürdigt werden, dass der elektrische Nichtleiter 24 einen elektrischen Schalter bedeutet, der in einer Vielzahl im Gebiet bekannter Arten implementiert werden kann und auf die Bereitstellung der Fähigkeit zum Öffnen und Schließen des elektrischen Stromkreises 16 in Ansprechen auf die Wirkung des SMA-Schaltdrahts 14 gerichtet ist. Die mehreren hier beschriebenen Komponenten können einteilig oder variabel kombiniert werden, wobei die Verbindung zwischen benachbarten Teilen unter Verwendung geeigneter Verfahren wie etwa Kleben, Schweißen usw. ausgeführt wird.
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In 1 ist der Übergangstemperaturbereich des SMA-Schaltdrahts 14 vorzugsweise geringfügig (z. B. nicht mehr als 50 %, bevorzugter 25 % und am meisten bevorzugt 10 %) höher als der Übergangstemperaturbereich des Aktuatordrahts 12. Wenn die Temperatur des Aktuatordrahts 12 höher als sein Übergangstemperaturbereich ist, wird veranlasst, dass sich der Aktuatordraht 12 zusammenzieht und die Last 22 bewegt (1a). Wenn die Temperatur des Schaltdrahts 14 höher als sein Übergangstemperaturbereich ist, zieht sich der Schaltdraht 14 zusammen und veranlasst, dass die elektrische Konnektivität der Drähte 12, 14 unterbrochen wird (1b); das heißt, er veranlasst, dass der Nichtleiter 24 an eine Position zwischen den Drähten 12, 14 gleitet. Dies beendet das Aktivierungssignal zu beiden Drähten 12, 14 und speichert potentielle Energie in der Feder 26.
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Wenn sich die Drähte 12, 14 unter die Übergangstemperatur des Schaltdrahts 14 abkühlen, zieht sie die Rückstellfeder 26, die allgemein an dem Ende des Schaltdrahts 14 befestigt gezeigt ist, in ihre normalen (oder deaktivierten) Positionen zurück, um wieder eine elektrische Verbindung herzustellen. Alternativ wird gewürdigt werden, dass der Schaltdraht (die Schaltdrähte) 14 einen Zweiwegformgedächtnis-Effekt zeigen können, sodass die elektrische Konnektivität autonom wiederhergestellt wird, wenn er deaktiviert wird. Somit kann in dieser Konfiguration die elektrische Leistung durch den Schaltdraht 14 ein- und ausgeschaltet werden, ohne die Last 22 zu stören.
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Insbesondere ist der Aktuatordraht 12 in 1-1b an einem Ende mit der festen Struktur 28 und an dem anderen Ende mit der Last 22 verbunden. Der SMA-Schaltdraht 14 ist an einem Ende mit der festen Struktur 28 und an dem anderen Ende mit einem elektrischen Nichtleiter 24 verbunden. Außerdem ist die Rückstellfeder 26 an der festen Struktur 28 verankert. Der elektrische Nichtleiter 24 ist vorzugsweise ein guter Wärmeleiter. Ein elektrischer Leiter/Wärmeleiter 30 ist zwischen den SMA-Drähten 12, 14 positioniert und so konfiguriert, dass dazwischen Elektrizität und Wärme übertragen werden können und dass zwischen dem elektrischen Leiter/Wärmeleiter 30 und dem Aktuatordraht 12 sowie zwischen dem elektrischen Leiter/Wärmeleiter 30, dem Schaltdraht 14 und dem daran befestigten elektrischen Nichtleiter 24 eine mechanische Relativverlagerung verwirklicht werden kann.
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Die Leistungsquelle 18 ist mit den Drähten 12, 14 verbunden, die so konfiguriert sind, dass sie eine elektrische Reihenschaltung 16 von einem Anschluss der elektrischen Leistungsquelle 18 zu dem Schaltdraht 14 über den elektrischen Leiter/Wärmeleiter 30 zu dem Aktuatordraht 12 und schließlich über den anderen Anschluss der Quelle 18 speisen. Wenn die Temperaturen der Drähte 12, 14 unter ihren Übergangstemperaturbereichen sind, sind beide in dem Martensitzustand, ist die Last 22 nicht bewegt und hat die Rückstellfeder 26 ausreichend Kraft, um zu veranlassen, dass der Schaltdraht 14 die elektrische Konnektivität mit dem Aktuatordraht 12 über den elektrischen Leiter/Wärmeleiter 30 aufrechterhält.
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Während dem System 10 elektrische Leistung zugeführt wird, werden die Drähte 12, 14 über einen Prozess, der als „Joule'sche Erwärmung“ bekannt ist, erwärmt. Wenn die Temperatur der Drähte 12, 14 den Übergangstemperaturbereich für den Aktuatordraht 12 übersteigt, durchläuft er einen Phasenübergang von Martensit zu Austenit, der veranlasst, dass er sich zusammenzieht und die Last 22 zieht. Falls die Übergangstemperatur für den Schaltdraht 14 in dieser Phase höher als die für den Aktuatordraht 12 ist, bleibt der Schaltdraht 14 in dem Martensitzustand und der elektrische Stromkreis bleibt ein, sodass die Drähte 12, 14 weiter resistiv erwärmt werden. Wenn die Temperatur der Drähte 12, 14 ihre jeweiligen Übergangstemperaturen übersteigt, durchläuft der Schaltdraht 14 einen Phasenübergang von Martensit zu Austenit, der veranlasst, dass er sich zusammenzieht und den elektrischen Nichtleiter 24 bewegt und den elektrischen Leiter/Wärmeleiter 30 berührt, was somit veranlasst, dass die elektrische Verbindung zwischen den Drähten 12, 14 unterbrochen wird. Diese Aktion stellt sicher, dass die Drähte 12, 14 nicht über den Übergangstemperaturbereich des Schaltdrahts 14 hinaus erwärmt werden. Wenn sich die Drähte 12, 14 unter die Übergangstemperatur des Schaltdrahts 14 abkühlen, kehrt sich der Prozess um und wird die elektrische Konnektivität wieder aufgenommen.
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Es wird gewürdigt werden, dass die Übergangstemperatur der Drähte 12, 14 dieselbe sein könnte, wobei die Übergangstemperatur des Schaltdrahts 14 vorzugsweise aber höher als die des Aktuatordrahts 12 ist, um eine robuste Betätigung sicherzustellen. In einem solchen Fall kann der Schaltdraht 14 die elektrische Leistungsquelle 18 ein- und ausschalten, ohne dass sich der Aktuatordraht 12 von dem Austenitzustand ändert, was somit ermöglicht, dass die Position der Last 22 aufrechterhalten wird, bis die Leistungsquelle 18 dauerhaft abgeschaltet wird.
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In 2 verbinden eine Mehrzahl elektrischer Leiter und Wärmeleiter 30a-c die Drähte 12, 14, um die SMA-Draht-Wechselwirkung mit den Gleitkräften zu verringern. Genauer ist einer der Leiter 30a mit dem Schaltdraht 14 und mit dem Nichtleiter 24 verbunden, ist ein zweiter 30b mit dem Aktuatordraht 12 verbunden und verbindet ein dritter 30c quer den ersten und den zweiten Leiter 30a, b. Vorzugsweise sind der erste und der zweite 30a, b an ihren distalen Enden mit den Drähten 12, 14 verbunden. Der erste Leiter 30a ist leitend mit den verbleibenden Leitern 30b, c in Eingriff und ist in Längsrichtung konfiguriert, um den Querleiter 30b auf der Grundlage der verfügbaren Dehnung des Schaltdrahts 14 zu trennen. Diese Ausführungsform ist wieder geeignet für Anwendungen, bei denen es nicht erwünscht ist, die Drähte 12, 14 einer reibenden Bewegung auszusetzen.
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Wie in 3 gezeigt ist, wird gewürdigt werden, dass eine Mehrzahl von Aktuatordrähten 12 zu der Last 22 parallel geschaltet sein können. Zum Beispiel und wie gezeigt ist, kann jeder Aktuatordraht 12 mit einer Querverbindung 32 vernetzt sein, die weiter mit der Last 22 verbunden ist. Die Verbindung 32 ist hier vorzugsweise beschränkt, um nur eine Linearbewegung zu bieten, und kann somit so konfiguriert sein, dass sie innerhalb eines Kanals oder einer Bahn (nicht gezeigt) aufgenommen ist. Dies verringert die Notwendigkeit, eine kongruente (d. h. allgemein gleichzeitige und äquivalente) Aktivierung für alle Drähte 12 sicherzustellen. Wo der Schaltdraht 14 thermisch mit jedem Draht 12 gekoppelt sein soll, ist es bevorzugt, dass er mittig positioniert ist (3), um eine wahrheitsgetreuere Ablesung der Gesamt- oder Summentemperatur der Drähte 12 zu erhalten.
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Wie in 4 gezeigt ist, kann wenigstens ein wärmeleitendes und elektrisch nichtleitendes Querelement 34 vorgesehen sein, um den Aktuator- und den Schaltdraht 12, 14 miteinander zu verbinden. Der elektrische Stromkreis 16 kann hier mit dem distalen Ende des SMA-Schaltdrahts 14 verbunden und zum Umgehen des Schaltdrahts 14 konfiguriert sein. In dieser Konfiguration wird der SMA-Schaltdraht 14 nicht elektrisch erwärmt; vielmehr wird er durch Wärmeübertragung von dem Aktuatordraht 12 erwärmt. Wie in den vorhergehenden Fällen veranlasst die Aktivierung des SMA-Schaltdrahts 14, dass der elektrische Stromkreis geöffnet wird. Es wird gewürdigt werden, dass eine gute thermische Verbindung zwischen den Drähten 12, 14 entlang ihrer Längsprofile notwendig ist, um die Wärmegleichförmigkeit besser sicherzustellen.
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In einer anderen Ausführungsform enthält das System 10 einen SMA-Schaltdraht 14, der elektrisch und thermisch mit dem Aktuatordraht 12 gekoppelt ist und antriebstechnisch mit einem Schalter 36 gekoppelt ist (5-5b). Der Schalter 36 umfasst ein Hauptelement 38, das elektrisch mit dem Aktuatordraht 12 verbunden ist, und einen Kontakt 40, der elektrisch mit dem Schaltdraht 14 verbunden ist (oder umgekehrt). Die Rückstellfeder 26 ist ebenfalls antriebstechnisch mit dem Hauptelement 38 gekoppelt, wirkt dem Schaltdraht 14 aber entgegen. Wie beispielhaft in 5b gezeigt ist, kann durch Schwenken des Hauptelements 38 um eine Achse in einer ersten Richtung veranlasst werden, dass sich der Schalter 36 öffnet, wenn der Schaltdraht 14 aktiviert wird. Hier wird veranlasst, dass die Feder 26 Energie speichert. Wenn die Feder 26 deaktiviert wird, veranlasst sie, dass das Element 38 um die Achse in der entgegengesetzten Richtung rückwärts schwenkt und wieder mit dem Kontakt 40 in Eingriff gelangt, um den Stromkreis 16 zu schließen. Es wird gewürdigt werden, dass in dieser Konfiguration weniger Drahtzusammenziehung erforderlich ist, um den Stromkreis 16 zu öffnen. Außerdem wird gewürdigt werden, dass es eine große Vielfalt von Schaltertypen gibt und dass diese geeignet genutzt werden können, um den beschriebenen Effekt zu verwirklichen. Die in 5-5b gezeigte Konfiguration dient zur Veranschaulichung des Grundkonzepts.
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Es wird gewürdigt werden, dass sich die Drähte 12, 14 in einem anderen Aspekt der Erfindung auf andere Weise in Bezug auf die physikalische Eigenschaft, den Ort und/oder die Konfiguration unterscheiden können, um die gewünschten ungleichen Aktivierungszeitdauern zu bewirken. Zum Beispiel kann der Schaltdraht 14 gleich dem Aktuatordraht 12 sein, aber in einer kühleren Umgebung positioniert sein (z. B. einer stärkeren Luftströmung ausgesetzt sein), was dazu führt, dass der Schaltdraht 14 im Vergleich zu dem Aktuatordraht 12 längere Erwärmungszeitdauern und kürzere Abkühlzeitdauern erfährt. Dies fördert weiter einen stationären Ein-Zustand für den Aktuatordraht 12.
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In 6-6b bietet der Schaltdraht 14 eine größere Querschnittsfläche als der Aktuatordraht 12. Ein einzelner Schaltdraht 14 kann eine größere Fläche als der Aktuatordraht 12 bieten; oder es können eine Mehrzahl von Schaltdrähten 14 genutzt werden, die einzelne Querschnittsflächen, die nicht größer als die Aktuatordrahtfläche sind, aber eine Gesamtfläche, die größer als die des Aktuatordrahts ist, bieten. Somit wird veranlasst, dass der Schaltdraht 14 langsamer aktiviert wird, selbst wenn die Drähte 12, 14 gleiche Zusammensetzungen und Übergangstemperaturbereiche bieten.
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In dieser Konfiguration kann der Schaltdraht 14 wie zuvor dargestellt thermisch und elektrisch mit dem Aktuatordraht 12 gekoppelt sein; oder allein elektrisch damit gekoppelt sein (6-6b). Im letzteren Fall ist der Schaltdraht 14 vorzugsweise so konfiguriert, dass er aktiviert wird, wenn vorhergesagt wird, dass sich der Aktuatordraht 12 zu überhitzen beginnt, einschließlich eines Sicherheitsfaktors, der vom Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet leicht bestimmbar ist. Zum Beispiel kann das Querschnittsflächenverhältnis so gewählt werden, dass dieses Ergebnis erzeugt wird. Wie zuvor beschrieben wurde, veranlasst der Schaltdraht 14, dass der Nichtleiter 24 den Stromkreis 16 öffnet, wenn er aktiviert wird (6b).
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In einer anderen Ausführungsform wird die Energiedissipation durch ein weiteres Stromkreishilfsmittel wie etwa einen zu dem Schaltdraht 14 parallel geschalteten Widerstand 42 (7) geliefert. Im Ergebnis geht durch den Schaltdraht 14 weniger Strom und wird er somit langsamer erwärmt als der Aktuatordraht 12. Der Schaltdraht 14 und der Energiedissipationswiderstand 42 sind zusammenwirkend konfiguriert, sodass der Schalt-draht 14 aktiviert wird, wenn vorhergesagt wird, dass der Aktuatordraht 12 eine Überhitzung erfährt, einschließlich eines Sicherheitsfaktors.
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Es wird gewürdigt werden, dass der Schalt- und der Aktuatordraht 12, 14 alternativ auch parallel geschaltet sein können (8). Der Schaltdraht 14 muss hier noch einmal eine langsamere Erwärmungsrate erfahren und ist vorzugsweise voll aktiviert, wenn vorhergesagt wird, dass der Aktuatordraht 12 eine Überhitzung zu erfahren beginnt. Um eine langsamere Erwärmungsrate zu bewirken, kann der Schaltdraht 14 z. B. mit einem Widerstand 42 (8) in Reihe geschaltet sein. Das System ist so konfiguriert, dass der elektrische Stromkreis 16 geöffnet wird, wenn der SMA-Schaltdraht 14 aktiviert wird.
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In anderen Ausführungsformen sind der erste und der zweite miteinander verbundene Schaltdraht 14a, b mit dem Aktuatordraht 12 elektrisch gekoppelt (9-10b) und zusammenwirkend zum wahlweisen Öffnen des Stromkreises 16 konfiguriert. In 9 sind die Drähte 14a, b so verbunden, dass ein Scheitelpunkt 44 und distale Enden definiert sind. Die Schaltdrähte 14a, b sind, vorzugsweise an den distalen Enden, die verlagerbar befestigt sind, elektrisch mit dem Aktuatordraht 12 gekoppelt, um zwei getrennte Zweige zu bilden. Der Scheitelpunkt 44 ist verlagerbar und zum Eingriff mit einem elektrischen Kontakt 46 konfiguriert, der ferner den Stromkreis 16 bildet, wenn die Drähte 14a, b in dem vollständig deaktivierten (oder normalen) Zustand sind. In dieser Konfiguration ist der Stromkreis 16 geschlossen, um zuzulassen, dass der Aktivierungsstrom über den Aktuator- und über den Schaltdraht 12, 14 fließt.
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Wenn die Schaltdrähte 14a, b auf eine Temperatur jenseits ihrer Austenitendtemperatur(en) erwärmt werden, wird veranlasst, dass sie sich zusammenziehen, sodass der Scheitelpunkt 44 von dem Kontakt 46 wegwandert (9b). Die Schaltdrähte 14a, b sind hier wieder so konfiguriert, dass sie später als der Aktuatordraht 12 aktiviert werden, und können dementsprechend eine Übergangstemperatur oder eine Gesamtquerschnittsfläche bieten, die größer als die von dem Aktuatordraht 12 gebotene ist, da über jeden Zweig nur die Hälfte des Stroms fließt. Es wird gewürdigt werden, dass jeder Schaltdraht 14 eine kleinere Querschnittsfläche als der Aktuatordraht 12 bieten kann, da über jeden Zweig nur die Hälfte des Stroms fließt. Außerdem wird gewürdigt werden, dass der Scheitelpunkt 44 die Verlagerung in Übereinstimmung mit der durch die Geometrie der Drähte 14a, b gebildeten trigonometrischen Beziehung verstärkt, was die Drahtkosten proportional verringert. Obgleich dies nicht gezeigt ist, kann eine Rückstellfeder verwendet werden, um den Scheitelpunkt in Kontakt mit dem Kontakt 46 zurückzuschieben.
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In 10-10b sind der erste und der zweite miteinander verbundene Schaltdraht 14a, b über einen elektrischen Umschalter 48 elektrisch mit dem Aktuatordraht 12 gekoppelt. Insbesondere umfasst der Umschalter 48 einen verlagerbaren elektrischen Stab 50 und eine Schnapparmbrücke 52. Die Brücke 52 ist elektrisch mit der Leistungsquelle 18 gekoppelt und zum wahlweisen Ineingriffbringen eines Ruhekontakts 52a oder eines Arbeitskontakts 52b betreibbar. Die Brücke 52 bildet einen bistabilen Mechanismus und erzielt insbesondere eine von zwei stabilen Positionen, wenn sie veranlasst wird, über die Mitte hinaus zu schwingen. Wie in der dargestellten Ausführungsform gezeigt ist, sind die Schaltdrähte 14a, b benachbart zu dem Schalter 48 positioniert, sodass der Scheitelpunkt 44 mit dem Stab 50 in Eingriff gelangen kann, wenn die Drähte 14a, b aktiviert werden. Der Eingriff veranlasst, dass der Stab 50 nach innen in Richtung der Brücke 52 schwebt und auf sie auftrifft, um zu veranlassen, dass die Brücke 52 über die Mitte hinaus in die offene stabile Position schwingt (10b). Eine Rückstellfeder oder ein auf andere Weise vorbelastender Mechanismus (nicht gezeigt) ist vorgesehen, um die Brücke 52 in Richtung der geschlossenen stabilen Position und des Stabs 50 zurückzuschieben, wenn die Drähte 14a, b deaktiviert werden.
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Schließlich wird gewürdigt werden, dass der Schaltdraht 14 zum Vorspannen des Aktuatordrahts 12 verwendet werden kann, obgleich dies außerhalb der oben erwähnten Ausführungsformen liegt. Die Nennleistung der Leistungsquelle wird hier verringert, sodass veranlasst wird, dass in dem Stromkreis 16 ein niedrigerer Strom fließt, der unfähig ist, den Aktuatordraht 12 zu aktivieren. Der Schaltdraht 14 bietet einen Übergangstemperaturbereich, der wesentlich (z. B. mehr als 25 %) niedriger als der des Aktuatordrahts 12 ist, und die Drähte 12, 14 sind in nächster Nähe. Genauer bietet der Schaltdraht 14 eine Austenitendtemperatur, die gleich der Zielvorspanntemperatur ist. Wenn die Drähte 12, 14 im Betrieb in einem kalten Zustand sind, wird veranlasst, dass der Schaltdraht 14 den Stromkreis durch eine Rückstellfeder 26 schließt (1). Wenn sie geschlossen ist, werden die Drähte 12, 14 durch einen niedrigeren Strom auf die Vorspanntemperatur erwärmt. Eine Ansteuerschaltung (nicht gezeigt) kann dann den Aktuatordraht 12 besser ansteuern. Wenn der Schaltdraht 14 erwärmt worden ist, wird er betätigt, wodurch veranlasst wird, dass der elektrische Nichtleiter 24 den Stromfluss zu dem Aktuatordraht 12 unterbricht. Solange die Umgebungstemperatur und/oder die Drahttemperaturen bei oder über der Vorspanntemperatur bleiben, bleibt der Stromkreis 16 offen.
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Es wird gewürdigt werden, dass andere Stromkreishilfsmittel 20 verwendet werden können, um den Stromkreisdraht 14 zu ersetzen, wie beispielhaft in 11-12 gezeigt ist. Das heißt, die vorliegende Erfindung umfasst ferner einen Stromkreis 16, der einen Formgedächtnislegierungs-Aktuatordraht 12 und wenigstens ein Stromkreishilfsmittel 20, das zum Steuern (d. h. Variieren und/oder Ein-/Ausschalten) des über den Aktuatordraht 12 zugeführten Stroms fungiert, umfasst. Geeignete Stromkreishilfsmittel 20 zur Verwendung hierin enthalten z. B. thermisch aktivierte Stromkreishilfsmittel 20 wie etwa eine inline zurücksetzbare Sicherung, die elektrisch oder thermisch aktiviert wird, um den Stromkreis 16 zu öffnen (11). Die Sicherung kann ferner ein zweites Formgedächtnislegierungs-Element enthalten, das den Stromkreis bildet, und einen zweiten Übergangstemperaturbereich bieten, der höher als der Aktuatordrahtbereich ist.
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Das Hilfsmittel 20 kann außerdem eine lastaktivierte Vorrichtung wie etwa ein piezoelektrisches Element oder eine mit dem Aktuatordraht 12 in Reihe geschaltete Membran bilden und zum Ändern des Widerstands bei Belastung betreibbar sein. Das piezoresistive Hilfsmittel 20 fungiert zum Verringern des Aktivierungsstroms, wenn die Last hoch ist, was wiederum die Temperatur des SMA-Aktuators 12 verringert und die Last verringert (11).
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Zusätzliche Beispiele von Stromkreishilfsmitteln 20 enthalten einen veränderlichen Widerstand oder ein Potentiometer, der/das elektrisch oder thermisch aktiviert wird, um den Widerstand einer Reihenschaltung zu ändern, die den Aktuatordraht 12 enthält (11), einen wahlweise einführbaren Widerstand, eine Induktivität, die mit dem Aktuatordraht 12 in Reihe geschaltet werden und wahlweise beeinflusst werden kann, um den Betätigungsstrom anzuhalten, einen Kondensator, der mit dem Draht 12 in Reihe geschaltet werden kann und wahlweise beeinflusst werden kann, um den Betätigungsstrom anzuhalten, einen Transistor in dem Stromkreis, der den Strom zu dem Element einstellt (12).
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Genauer kann ein variables lineares Potentiometer/Drehpotentiometer mit dem Aktuatordraht 12 in Reihe geschaltet sein, wobei der Schleifer oder der Drehknopf durch die Bewegung des Aktuators bewegt wird. Vorzugsweise weist das Potentiometer ein Widerstandsprofil der Art auf, dass es zu Beginn (oder im Normalzustand) keine resistive Last darstellt, aber wenn der Aktuatordraht 12 in der Nähe des Endes seines Übergangstemperaturbereichs [engl.: „transportation temperature ränge“] ist, eine resistive Last darstellt, die ausreicht, das Erhöhen der Temperatur des Aktuators 12 anzuhalten und sie dort hält, bis der Strom abgeschaltet wird. Auf diese Weise wird eine Überhitzung verhindert.
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In 12 ist ein Transistor 20 in den analogen Ausgangsanschlussstift 54a eines Controllers 54 gesteckt, der programmierbar zum Ändern des Eingangssignals des Transistors 20 konfiguriert ist. Der Transistor kann als ein Verstärker oder Schalter fungieren. Der bevorzugte Controller 54 ist kommunikationstechnisch mit der Quelle 18, mit dem Aktuatordraht 12 und mit dem Hilfsmittel 20 gekoppelt und zum Identifizieren eines Überhitzungsereignisses und zum Veranlassen, dass das Hilfsmittel 20 den Strom ändert, wenn das Ereignis identifiziert wird, konfiguriert.
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Darüber hinaus und wie in 13 gezeigt ist, wird gewürdigt werden, dass das Transistor- und das Widerstandshilfsmittel 20a, b kombiniert werden können, um eine bordinterne Detektierung und Reaktion auf ein Schalten zu bewirken. Nachdem der Controller 54 angewiesen hat, dass der Transistor 20a Strom über den SMA-Aktuator 12 durchlässt, beginnt er hier den Spannungspegel über den Überwachungsanschlussstift 54b zu überwachen. Jedes Mal, wenn der Transistor 20a auf offen umgeschaltet wird, detektiert der Überwachungsanschlussstift 54b ein Spannungsumkippen von tief auf hoch. Der Controller 54 verwendet diese Informationen, um den Befehlsanschlussstift 54c abzusenken und somit den Strom zu dem Aktuator 12 abzuschalten.
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Schließlich wird gewürdigt werden, dass in einem anderen Kombinationshilfsmittel 20 eine Wheatstone-Brücke 20c verwendet werden kann, um eine Temperaturkompensation bereitzustellen, bei der ein Zweig im Wesentlichen aus einem Heizdraht (14) 56 besteht. Das heißt, als ein Element der Wheatstone-Brücke 20c kann ein Sensordraht mit einer Länge von 1 mm verwendet werden, der sich viel schneller als der SMA-Betätigungsdraht 12 erwärmt und das Gleichgewicht erreicht. Der Heizdraht (d. h. der Abtastdraht) 56 wirkt als ein veränderlicher Widerstand, dessen Nennzeiteinstellung für eine spezifische Temperatur eingestellt wird. Eine Abweichung von dieser Nenntemperatur führt zu einer Änderung der Wärme, die notwendig ist, damit der Aktuator 12 einen Übergang durchläuft. Das heißt, bei der Nenntemperatur erwärmt sich der Abtastdraht 56 in einer Nennzeit von der Anfangstemperatur auf die Abtasttemperatur; beim Erreichen der Abtasttemperatur bringt der Widerstand des Abtastdrahts 56 die Wheatstone-Brücke 20c ins Gleichgewicht. Der Abtastdraht 56 ist vorzugsweise aus Wolfram hergestellt, sodass sein Widerstand zunimmt, während die Temperatur zunimmt.
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Wenn der Aktuator 12 aktiviert werden soll, pulst der Controller 54 die Brücke 20c für eine spezifizierte Zeit mit einer konstanten Spannung oder mit einem konstanten Strom, die/der ausreicht, damit der Heizdraht 56 ein Gleichgewicht erreicht.
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Am Ende des Impulses misst der Controller 54 die Fehlerspannung über die Brücke 20c und verwendet sie, um die Leistung, die den Aktuator 12 erwärmt, zu konditionieren. Wenn die Fehlerspannung null ist, wird der Aktuator 12 unter Verwendung eines normalen Strom/Spannungs-Profils erwärmt. Wenn ein von null verschiedener Wert detektiert wird, wie etwa in dem Fall, dass die Umgebungstemperatur niedriger als die Nenntemperatur ist oder es einen wesentlichen Wärmeverlust wegen Wind gibt, kann der Aktuator 12 mit einem höheren Leistungsprofil erwärmt werden. Falls der Fehler einen Stromfluss in der Gegenrichtung erzeugt, wie etwa in dem Fall, dass die Umgebungstemperatur höher als die Nenntemperatur ist, kann ein niedrigeres Leistungsprofil verwendet werden, um eine gleichbleibende Betätigung zu bewirken.
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In einem anderen Modus kann der Brückenfehler durch den Controller 54 ununterbrochen überwacht werden, bis er das Gleichgewicht erreicht. Die Endfehlergröße und/oder andere aus dem Brückenfehler erhaltene Informationen (wie etwa der Anstieg) können verwendet werden, um die zum Erwärmen des SMA-Drahts 12 verwendete Leistung für gleichbleibendes Verhalten einzustellen. Falls sich die Umgebungsbedingungen, in denen der SMA-Draht 12 liegt, schnell ändern, kann der Brückenfehler ununterbrochen überwacht werden und können die erhaltenen Informationen verwendet werden, um die Leistung zu dem Aktuator 12 in Echtzeit einzustellen. In einer abermals anderen Ausführungsform kann ein gesteuerter Spannungs- oder Stromanstieg von dem Controller 54 verwendet werden, um die Brücke 20c zu erwärmen, bis sie ins Gleichgewicht gelangt. Unter Verwendung der Zeit, die es dauert, bis sie ins Gleichgewicht gelangt (und anderer Informationen wie etwa der Amplitude und des Anstiegs der Steigung), können die Umgebungsbedingungen so unterschieden werden, dass der SMA gleichbleibend mit Leistung versorgt werden kann. Es wird gewürdigt werden, dass die Umgebungsbedingungen während der Abkühldauer des Heizdrahts 56 erhalten und unabhängig oder zusammen mit anderen Informationen (wie etwa während der Erwärmung erhaltenen Informationen) verwendet werden können, um die Bedingungen zu erhärten oder zu bestätigen.
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Wie sie hier verwendet werden, bezeichnen die Begriffe „erstes“, „zweites“ und dergleichen außerdem keine Reihenfolge der Wichtigkeit, sondern werden vielmehr zur Unterscheidung eines Elements von einem anderen verwendet, und bezeichnen die Begriffe „das“, „ein“ und „eine“ keine Beschränkung der Menge, sondern bezeichnen vielmehr die Anwesenheit wenigstens eines der erwähnten Gegenstände. Alle Bereiche, die auf dieselbe Menge einer gegebenen Komponente oder eines gegebenen Messwerts gerichtet sind, enthalten die Endpunkte und sind unabhängig kombinierbar.
