DE19933956B4 - Electrical circuit arrangement with temperature compensation for a shape memory metal - Google Patents

Electrical circuit arrangement with temperature compensation for a shape memory metal Download PDF

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    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H61/00Electrothermal relays
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    • H01H61/0107Details making use of shape memory materials

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  • Thermally Actuated Switches (AREA)

Abstract

Elektrische Schaltungsanordnung (1), umfassend
– ein Formgedächtnis-Metall (3), über welches zur Erwärmung und damit zur Formänderung bei einer Umwandlungstemperatur ein Strom führbar ist, wobei der zum Erreichen der Umwandlungstemperatur und damit zum Auslösen der Formänderung notwendige Sollstrom (Isoll) mit zunehmenden Umgebungstemperatur abnimmt,
– einen parallel zum Formgedächtnis-Metall (3) geschalteten Heißleiter (5), und
– eine Stromquelle (2), die einen konstanten Gesamtstrom (Iges) abgibt, der bei Raumtemperatur der Summe aus dem Sollstrom (Isoll) des Formgedächtnis-Metalls (3) und dem Strom (IHeißleiter) des Heißleiters (5) entspricht,
wobei zur Kompensation der Abhängigkeit des Sollstroms zum Auslösen der Formänderung von der Umgebungstemperatur die Widerstandscharakteristik des Heißleiters (5) so gewählt ist, dass dieser mit steigender Umgebungstemperatur im Wesentlichen den aufgrund der Temperaturabhängigkeit des Sollstroms überschüssigen Strom aufnehmen kann.
Electrical circuit arrangement (1) comprising
- A shape memory metal (3), via which a current is feasible for heating and thus the change in shape at a transition temperature, wherein the required to achieve the transformation temperature and thus to initiate the change in shape nominal current (I soll ) decreases with increasing ambient temperature,
- A parallel to the shape memory metal (3) connected thermistor (5), and
- A current source (2), which outputs a constant total current (I ges ), which corresponds to the sum of the desired current (I soll ) of the shape memory metal (3) and the current (I thermistor ) of the thermistor (5),
wherein the resistance characteristic of the thermistor (5) is selected to compensate for the dependence of the desired current for triggering the change in shape of the ambient temperature so that it can absorb with increasing ambient temperature substantially the excess due to the temperature dependence of the desired current excess current.

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Schaltungsanordnung umfassend.

  • – ein Formgedächtnis-Metall, über welches zur Erwärmung und damit zur Formänderung bei einer Umwandlungstemperatur ein Strom führbar ist,
  • – und eine Stromquelle zur Bereitstellung des dem Formgedächtnis-Metall zuführbaren Stroms.
The invention relates to an electrical circuit arrangement comprising.
  • A shape-memory metal over which a current can be conducted for heating and thus for changing the shape at a transformation temperature,
  • - And a current source for providing the shape memory metal feedable stream.

In solchen Schaltungsanordnungen können als besondere Bauelemente Schaltelemente oder Aktuatoren verwendet werden, wobei der eigentliche Schaltvorgang, mittels welchem beispielsweise ein Stromkreis geöffnet oder geschlossen wird, mittels der durch vorzugsweise pulsförmiges Anlegen eines Stromes erreichbaren Formänderung des Formgedächtnis-Metalls erreicht wird. Solche Metalle, zumeist Legierungen auf Basis eines CuAlNi-Systems oder eines NiTi-Systems werden auch als Memory-Legierungen bezeichnet. Sie zeichnen sich dadurch aus, dass sie infolge geeigneter Behandlung aufgrund einer martensitischen Umwandlung ihre Gestalt in Abhängigkeit von der Temperatur ändern. Voraussetzung für das Auftreten des Formgedächtniseffektes ist eine Umwandlung von einer Kristallstruktur in eine martensitische Struktur mit einer bestimmten Stapelfolge. Diese Umwandlung ist reversibel, was darauf zurückzuführen ist, dass beider Umwandlung des Martensits zum Austenit nur geringe elastische Spannungen entstehen, die praktische keine irreversible Verformung infolge Versetzungsbewegung bewirken. Bei diesen Formgedächtnis-Metallen wird in der Regel zwischen Einweg- und Zweiwegeffekt unterschieden. Beim Einwegeffekt wird die ursprüngliche Form nach einer stärken, scheinbar plastischen Verformung wieder angenommen, wenn das Metall erwärmt wird. Als Zweiwegeeffekt bezeichnet man die Verformung, bei der das Metall hystereseartig beim Aufheizen und Abkühlen sich in seiner jeweils temperaturbezo gene Form ändert, d.h., das Metall nimmt bei Temperaturänderung in einem für jede Legierung charakteristischen Temperaturbereich die jeweils "eintrainierte" Form an.In such circuits can as special components switching elements or actuators are used wherein the actual switching operation, by means of which, for example a circuit opened or closed, by means of by preferably pulse-shaped application a current achievable shape change of the shape memory metal is reached. Such metals, mostly alloys based on a CuAlNi systems or a NiTi system are also referred to as memory alloys. They are characterized by the fact that they are due to appropriate treatment due a martensitic transformation of their shape in dependence change from the temperature. requirement for the Occurrence of the shape memory effect is a transformation from a crystal structure into a martensitic one Structure with a specific stacking sequence. This conversion is reversible, which is due to that in the transformation of martensite to austenite only slight elasticity Tensions arise, the practical no irreversible deformation effect due to dislocation movement. In these shape memory metals As a rule, a distinction is made between one-way and two-way effect. The one-way effect is the original Form after a strengthening, apparently plastic deformation assumed again when the metal heated becomes. As a two-way effect is called the deformation in which the metal hysteresis as it heats up and cools down in its respective temperature-related shape changes, that is, the metal increases with temperature change in one for each alloy characteristic temperature range in each "trained" form.

Wie beschrieben können als gängige Formgedächtnismaterialien vor allem CuAlNi-Legierungen und NiTi-Legierungen genannt werden. Die Größe des Memory-Effektes und die Stabilität der Memory-Eigenschaften von NiTi sind denen von CuAlNi überlegen. Allerdings sind die Umwandlungstemperaturen, also die Temperaturen, bei denen die Verformung beginnt und die auch als "Austenitstart-Temperatur" bezeichnet werden, der NiTi-Legierungen auf maximal 100°C beschränkt. Dagegen weisen Cu-AlNi-Legierungen Umwandlungstemperaturen bis ca. 200°C, mitunter auch darüber auf, so dass diese Legierungen auch bei hohen Umgebungstemperaturen (bis ca. 180°C; zum Vergleich: NiTi-Legierungen bis maximal 80°C) eingesetzt werden können. Solche Einsätze sind beispielsweise auf dem Automobilsektor oder im Bereich elektronischer Schaltungstechnik denkbar. Die Stabilität dieser Legierungen gegen Alterung bei erhöhten Temperaturen ist jedoch gering. Infolge der Temperaturbelastung degradieren diese Legierungen, was sich in einem kontinuierlichen Verändern der Umwandlungstemperatur sowie einer geringer werdenden Verformung äußern kann. Um auch bei hohen Schaltzahlen stabile Memory-Eigenschaften zu gewährleisten, muss deshalb eine Überhitzung der Materialien im Betrieb vermieden werden. Solche Überhitzungen treten bei Bauelementen mit einem elektrisch angesteuerten Formgedächtnis-Metall bei erhöhter Umgebungstemperatur auf, da bei der gegenüber der Raumtemperatur deutlich erhöhten Umgebungstemperatur ein gleichbleibender Heizstrompuls über das Formgedächtnis-Metall geführt wird, der zu einer bestimmten Temperaturerhöhung führt, die quasi "additiv" zur ohnehin erhöhten Temperatur hinzutritt, was zur Zerstörung des Bauelements führen kann. Zwar muss zum Schalten die Legierung auf eine bestimmte Temperatur oberhalb der Umwandlungstemperatur erwärmt werden, z.B. 20°–40° höher. Diese "Überhitzung" ist bei den kurzen Schalt- bzw. Erwärmungszyklen auch auf Dauer nicht schädlich. Die Schädigung tritt bei häufiger deutlicher Erwärmung über der Umwandlungstemperatur auf, zu der es bei Einsatz bei erhöhter Umgebungstemperatur aber ohne weiteres kommen kann. Solche erhöhten Umgebungstemperaturen von beispielsweise bis ca. 80°C treten z.B. bei einem Automobil unterhalb der Motorhaube oder aber in Schaltschränken ohne weiteres auf. Ein Einsatz der beschriebenen Bauelemente unter solchen hinsichtlich der Temperatur stark variierenden Bedingungen ist nicht möglich.As can be described as common Shape memory materials especially CuAlNi alloys and NiTi alloys are called. The size of the memory effect and the stability The memory properties of NiTi are superior to those of CuAlNi. However, the transformation temperatures, ie the temperatures, where the deformation starts and which is also called "austenite start temperature", of NiTi alloys to a maximum of 100 ° C limited. In contrast, Cu-AlNi alloys Conversion temperatures up to about 200 ° C, sometimes over it, so that these alloys even at high ambient temperatures (up to about 180 ° C; for comparison: NiTi alloys up to 80 ° C) can be used. Such inserts are For example, in the automotive sector or in the field of electronic Circuit technology conceivable. The stability of these alloys against Aging at elevated Temperatures are low. As a result of the temperature load degrade these alloys, resulting in a continuous Change the transformation temperature and a decreasing deformation can express. To ensure stable memory characteristics even at high switching speeds must therefore be overheated materials are avoided during operation. Such overheating occur in devices with an electrically driven shape memory metal at elevated Ambient temperature, as at the room temperature compared to room temperature significantly increased a constant heating current pulse is passed through the shape memory metal, which leads to a certain increase in temperature, the quasi "additive" to the already elevated temperature added, causing destruction lead of the device can. Although the alloy has to be switched to a certain temperature for switching are heated above the transition temperature, e.g. 20 ° -40 ° higher. This "overheating" is in the short switching or heating cycles not harmful even in the long term. The injury occurs more frequently significant warming over the Conversion temperature, to which it is used at elevated ambient temperature but can come easily. Such elevated ambient temperatures from, for example, to about 80 ° C enter e.g. in an automobile under the bonnet or else in control cabinets without further ado. An insert of the described components under Such is highly variable with respect to the temperature conditions not possible.

Aus der JP 01-143301 A (Abstract) geht ein Aktuator hervor, der ein helixförmig gestaltetes Element aus einer Formgedächtnis-Legierung enthält. Dieses Aktuatorelement ist mittels einer Heizungsvorrichtung auf eine Umwandlungstemperatur der Legierung aufzuheizen. Um eine temperaturkontrollierte Aufheizung des Aktuatorelementes zu gewährleisten, ist die Heizungsvorrichtung als ein rohrförmiges, das Aktuatorelement umschließendes Heizelement aus einem PTC-Material gestaltet.Out JP 01-143301 A (abstract) discloses an actuator, the one helically comprises a shaped memory alloy element. This Actuator element is by means of a heating device to a transition temperature to heat the alloy. To a temperature-controlled heating to ensure the actuator element For example, as a tubular heater, the heater is the actuator element enclosing Heating element made of a PTC material.

Auch bei dem aus der JP 09-231891 A (Abstract) entnehmbaren Strombegrenzungsunterbrecher ist eine temperaturkontrollierte Aufheizung eines Aktuatorelementes aus einer Formgedächtnis-Legierung vorgesehen. Hierzu ist das Aktuatorelement ebenfalls von einer Heizungsvorrichtung aus PTC-Material umgeben.Also in the JP 09-231891 A (Abstract) removable current limiting interrupter is a temperature-controlled heating of an actuator element made of a shape memory alloy. For this purpose, the actuator element is also of a heating device surrounded by PTC material.

Aus der DE 35 38 964 C2 und der DE 30 22 168 A1 ist es prinzipiell bekannt, temperaturbedingte Schwankungen der elektrischen Messgrößen von Ultraschallwandlern bzw. des Haltestroms von Haftrelais mittels Integration von temperaturabhängigen Widerständen in die Stromkreise dieser Einrichtungen zu eliminieren.From the DE 35 38 964 C2 and the DE 30 22 168 A1 In principle, it is known to eliminate temperature-induced fluctuations in the electrical measured quantities of ultrasonic transducers or of the holding current of relay by means of integration of temperature-dependent resistors in the circuits of these devices.

Der Erfindung liegt somit das Problem zugrunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art anzugeben, deren Formgedächtnis-Metall zumindest innerhalb eines bestimmten Temperaturschwankungsbereichs unter Anwendung eines Heizstroms einsetzbar ist, ohne dass innerhalb dieses Temperaturbereichs betriebsbedingte Überhitzungen zu befürchten sind.Of the The invention is therefore based on the problem, a circuit arrangement specify the type mentioned, the shape memory metal at least within a certain temperature fluctuation range can be used without the use of a heating current This temperature range operational overheating are to be feared.

Zur Lösung dieses Problems sollen die in Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen vorgesehen sein. to solution This problem should be the measures specified in claim 1 be provided.

Bei der Schaltungsanordnung ist also über deren elektrisch ansteuerbares Formgedächtnis-Metall zur Erwärmung und damit zur Formänderung ein Strom, vorzugsweise pulsförmig, führbar, wobei eine Strombegrenzung erfolgt, mit der eine unbeabsichtigte Temperaturänderung des Metalls, die in einer Änderung des zum Erreichen einer vorbestimmten Erwärmungstemperatur erforderlichen Stroms resultiert, innerhalb eines unterhalb der Umwandlungstemperatur des Metalls liegenden Temperaturänderungsbereichs zumindest teilweise derart kompensierbar ist, dass bei Anliegen eines unabhängig von der Temperatur konstanten Stroms im wesentlichen lediglich der zum Erreichen der vorbestimmten Erwärmungstemperatur noch erforderliche Strom über das Metall geführt wird.at the circuit arrangement is therefore on the electrically controllable Shape-memory metal for warming and thus to the change in shape a current, preferably pulse-shaped, feasible wherein a current limit occurs, with an unintentional temperature change of the metal, in a change of the required to reach a predetermined heating temperature Current results within one below the transformation temperature lying of the metal temperature change range at least partially so compensated that when concerns one independently of the temperature constant current substantially only the still required to reach the predetermined heating temperature Electricity over that Metal guided becomes.

Mit der erfindungsgemäß vorgesehenen Einrichtung wird vorteilhaft erreicht, dass der überschüssige Stromanteil abgeführt wird und nicht über das Formgedächtnis-Metall fließt, sondern lediglich der Stromanteil, der zur "Resterwärmung" auf die oberhalb der Umwandlungstemperatur liegende "Betriebstemperatur" ausgehend von der erhöhten Temperatur des Metalls noch erforderlich ist. Als "unbeabsichtigte Temperaturänderung" ist dabei eine nicht aktiv bzw. bewusst erzielte Erwärmung des Metalls zu verstehen, die beispielsweise aus einer Erhöhung der Umgebungstemperatur, wie sie z. B. im Motorraum eines Autos beim Betrieb desselben auftritt, vorkommt. Es wird also erreicht, dass über das Metall nur noch der Stromanteil geführt wird, der bei der gegebenen Ist-Temperatur des Metalls erforderlich ist, um es auf die die Verformung herbeiführende Umwandlungstemperatur zu erwärmen. Ein Überhitzen wird hierdurch ausgeschossen, so dass mit besonderem Vorteil Formgedächtnis-Metalle auch dort einsetzbar sind, wo mit beachtlichen Temperaturschwankungen zu rechnen ist, wobei dieser Schwankungsbereich maximal so groß sein kann, wie die Einrichtung im Stande ist zu kompensieren.With the inventively provided Device is advantageously achieved that the excess power component is dissipated and not over the shape memory metal flows, but only the proportion of electricity to the "Resterwärmung" on the above the transformation temperature lying "operating temperature" starting from the increased Temperature of the metal is still required. As "unintentional temperature change" is not one actively or deliberately scored warming of the metal, for example, from an increase in the ambient temperature, as they are z. B. occurs in the engine compartment of a car while operating the same, occurs. It is thus achieved that on the metal only the Electricity share led which is at the given actual temperature of the metal is required to bring it to the deformation-inducing transformation temperature to warm up. Overheating will thereby imposed, so that with particular advantage shape memory metals can also be used where with considerable temperature fluctuations is to be expected, whereby this fluctuation range can be maximally so large how the device is able to compensate.

Zu einer Strombegrenzung soll erfindungsgemäß ein zum Formgedächtnis-Metall parallel geschalteter Heißleiter vorgesehen sein. Der parallel geschaltete Heißleiter zeichnet sich dadurch aus, dass sein elektrischer Widerstand mit zunehmender Temperatur sinkt und damit der Anteil des Stroms, der über den Heißleiter abfließt, zunimmt. Dieser Leiter wird abhängig von der thermischen Stromkennlinie des Formgedächtnis-Metalls gewählt, d.h., es wird zunächst bestimmt, welcher Strom bei einer bestimmten Ausgangstemperatur des Metalls noch erforderlich ist, um die Resterwärmung bei jeweils konstanter Strompulszeit zu erreichen. Ausgehend von dem hierdurch ermittelbaren Verhalten kann dann der entsprechende Leiter gewählt werden, dessen Widerstandsverhalten eine Kompensation des überschüssigen Stromanteils des bei jeder Temperatur konstant anliegenden Stroms ermöglicht. Dabei sollte zweckmäßigerweise eine Temperaturänderung bis wenigstens 60°C, insbesondere bis wenigstens 80°C – ausgehend von der Raumtemperatur – kompensierbar sein, wobei dies letztlich abhängig vom jeweils verwendeten Formgedächtnis-Metall und den spezifischen Umwandlungstemperaturen ist. Dabei ist darauf hinzuweisen, dass natürlich auch Ausgestaltungen derart möglich sind, dass bei Verwendung einer CuAlNi-Legierung mit einer Umwandlungstemperatur von ca. 180°C und einem beabsichtigten Einsatztemperaturbereich von z. B. 100–150°C eine Kompensation nur in diesem Temperaturbereich ausreichend ist, da andere, niedrigere Temperaturen im Betriebsfall nicht auftreten und folglich hierfür keine Kompensation vorzusehen ist.To a current limit according to the invention to a shape memory metal parallel connected thermistor be provided. The parallel connected thermistor is characterized by it out that its electrical resistance with increasing temperature decreases and thus the proportion of the current flowing through the thermistor, increases. This leader becomes dependent selected from the thermal current characteristic of the shape memory metal, i. it will be first determines which current at a given outlet temperature the metal is still needed to assist in the heating of the rest each to achieve a constant current pulse time. Starting from the This behavior can then be determined by the appropriate leader chosen whose resistance behavior is a compensation of the excess current component allows the constantly applied at each temperature current. It should expediently a temperature change up to at least 60 ° C, in particular up to at least 80 ° C - starting from room temperature - compensatable this being ultimately dependent of the shape memory metal used in each case and the specific transformation temperatures. It is on it to point out that, of course Also embodiments possible are that when using a CuAlNi alloy with a transformation temperature from about 180 ° C and an intended use temperature range of, for. B. 100-150 ° C compensation only in this temperature range is sufficient, since others, lower Temperatures do not occur during operation and therefore no compensation is to be provided.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:Further Advantages, features and details of the invention will become apparent the embodiments described below and with reference to the Drawings. Showing:

1 eine Prinzipskizze einer Schaltungsanordnung eines erfindungsgemäßen Bauelements unter Verwendung eines Heißleiters, 1 a schematic diagram of a circuit arrangement of a device according to the invention using a thermistor,

2 ein Diagramm zur Darstellung des am Formgedächtnis-Metall anliegenden Soll- und Ist-Stroms bei Verwendung eines Heißleiters bei einer Strompulszeit von 2 Sekunden, und 2 a diagram showing the applied to the shape memory metal target and actual current when using a thermistor at a current pulse time of 2 seconds, and

3 ein Diagramm zur Darstellung des am Formgedächtnis-Metall anliegenden Soll- und Ist-Stroms bei Verwendung eines Heißleiters bei einer Strompulszeit von 1 Sekunde. 3 a diagram showing the applied to the shape memory metal target and actual current when using a thermistor at a current pulse time of 1 second.

1 zeigt eine prinzipielle Schaltungsanordnung 1 nach der Erfindung mit einem Bauelement, beispielsweise einem Schaltelement oder sonstigen Aktuator. Die Schaltungsanordnung umfasst eine Stromquelle 2, mittels welcher ein konstanter Gesamtstrom Iges gepulst gebbar ist. Die Schaltungsanordnung um fasst ferner ein Formgedächtnis-Metall 3 in Form eines Drahtes, welcher beispielsweise 10 mm lang und 0,6 mm im Durchmesser sein kann. Über diesen ist zur Erwärmung auf die Umwandlungstemperatur, bei welcher die Formänderung eintritt, ein temperaturabhängiger Soll-Strom Isoll zu führen, dessen Größe von der Ist-Temperatur des Formgedächtnis-Metalls, die in der Regel von der Umgebungstemperatur vorgegeben ist, abhängig ist. Parallel zu dem Formgedächtnis-Metall 3 ist eine Einrichtung 4 in Form eines Heißleiters 5 geschaltet, über welche der überschüssige Stromanteil (IHeißleiter), welcher nicht zum Erwärmen auf die oberhalb der Umwandlungstemperatur liegende "Betriebstemperatur" erforderlich ist und der in dem Fall, dass er über das Formgedächtnis-Metall fließen würde, zu einer Überhitzung desselben führen würde, geführt wird. Je höher die Ist-Temperatur des Metalls, desto niedriger ist Isoll und desto höher ist IHeißleiter. So wird erreicht, dass unabhängig von der Ist-Temperatur das Metall gerade auf die gewünschte Temperatur erwärmt wird. Die Strombilanz lautet also wie folgt: Iges = konstant = Isoll + IHeißleiter 1 shows a basic circuit arrangement 1 according to the invention with a component, such as a switching element or other Actuator. The circuit arrangement comprises a current source 2 , by means of which a constant total current I ges is pulsed gebbar. The circuit arrangement further includes a shape memory metal 3 in the form of a wire, which may for example be 10 mm long and 0.6 mm in diameter. About this is to be heated to the transition temperature at which the deformation occurs, a temperature-dependent target current I want to lead, the size of which depends on the actual temperature of the shape memory metal, which is usually specified on the ambient temperature dependent. Parallel to the shape memory metal 3 is a facility 4 in the form of a thermistor 5 over which the excess current component (I thermistor ) which is not required to heat to the "operating temperature" above the transition temperature and which, in the event that it flows over the shape memory metal, would result in overheating thereof, to be led. The higher the actual temperature of the metal, the lower I soll and the higher I thermistor . This ensures that regardless of the actual temperature, the metal is just heated to the desired temperature. The electricity balance is thus as follows: I ges = constant = I should + I thermistor

Dabei ist der Heißleiter derart gewählt, dass sich sein Widerstand so ändert, dass mit steigender Temperatur im Wesentlichen der Strom "abgezweigt" wird, der laut IHeißleiter = Iges – Isoll (temperaturabhängig) überschüssig ist.In this case, the thermistor is chosen such that its resistance changes so that with increasing temperature essentially the current is "branched off", which according to I thermistor = I ges - I soll (temperature-dependent) is excess.

2 zeigt ein Diagramm, in dem der experimentell ermittelte Soll-Strom Isoll und der bei Einsatz eines Heißleiters tatsächlich über das Formgedächtnis-Metall fließende Ist-Strom Iist aufgetragen sind. Längs der Abszisse ist hier die Temperatur, längs der Ordinate der am Formgedächtnis-Metall anliegende Strom aufgetragen. Verwendet wurde ein Formgedächtnis-Metall aus einer CuAlNi-Legierung mit einer Austenitstart-Temperatur von As = 160°C. Bei dieser Temperatur beginnt die für die Formänderung verantwortliche Umwandlung des Martensits einen Austenit, die bei der Austenitfinish-Temperatur abgeschlossen ist. Die Temperaturdifferenz beträgt ca. 5 K. 2 shows a diagram in which the experimentally determined target current I soll and the current actually flowing through the shape memory metal when using a thermistor actual current I is applied. Along the abscissa, the temperature is plotted along the ordinate of the current applied to the shape memory metal. A shape memory metal made of a CuAlNi alloy with an austenite start temperature of A s = 160 ° C. was used. At this temperature, the transformation of the martensite responsible for the change in shape starts an austenite, which is completed at the austenite finish temperature. The temperature difference is about 5 K.

Im Allgemeinen wird die Austenitstart-Temperatur als Umwandlungstemperatur bezeichnet. Die Strompulszeit betrug 2 Sekunden, der anliegende, konstante Gesamtstrom Iges betrug 17,26 A. Als Heißleiter wurde ein Heißleiter der Firma Siemens-Matsushita mit der Typenbezeichnung 5464-10M verwendet. Die zum Schalten erforderliche "Betriebstemperatur" liegt bei diesem Beispiel bei ca. 200°C bei Raumtemperatur.In general, the austenite start temperature is referred to as the transition temperature. The current pulse time was 2 seconds, the applied, constant total current I ges was 17.26 A. As a thermistor, a thermistor from Siemens-Matsushita with the type designation 5464-10M was used. The "operating temperature" required for switching in this example is about 200 ° C at room temperature.

Wie der Graphik zu entnehmen ist, sinkt der Strombedarf zum Aufheizen des Metalldrahts bei einer Pulsdauer von 2 Sekunden von 15 A bei 25°C auf 12, 6 A bei 80°C (Isoll-Kurve). Solche Schwankungen der Umgebungstemperatur treten zum Beispiel bei Automobilanwendungen ohne weiteres auf. Würde in diesem Fall keine Kompensation erfolgen, würde die Temperatur des Drahtes während des Strompulses bei konstant anliegenden 15 A von ca. 200°C bei 25°C auf bis zu 300°C bei 80°C steigen. Der Draht würde also stark überhitzt, was zur Degradation bis hin zur Zerstörung führen kann. Bei Verwendung des Heißleiters jedoch zeigt sich, dass der tatsächlich über den Draht fließende Ist-Strom Iist annähernd dem Soll-Strom Isoll entspricht. Wie beschrieben liegt bei jedem Messpunkt ein konstanter Gesamtstrom von 17,26 A an. Infolge der Temperaturänderung ändert sich der Widerstand des Heißleiters, so dass der über diesen fließende Heißleiterstrom IHeißleiter steigt, der Ist-Stromanteil nimmt dagegen ab, wie der Figur deutlich zu entnehmen ist. Das Beispiel zeigt, dass in diesem Fall eine hinreichende Kompensation im Temperaturbereich 25°C–80°C erreicht wurde. Für den Einsatz bedeutet dies, dass ein solches Bauelement ohne weiteres im Temperaturbereich 25°C–80°C eingesetzt werden kann, da bedingt durch die Kompensationswirkung des Heißleiters erreicht wird, dass zumindest in diesem Temperaturbereich an dem Memorymetall nur der zum Erwärmen auf die vorbestimmte Temperatur tatsächlich erforderliche Stromanteil anliegt.As can be seen from the graph, the power requirement for heating the metal wire decreases with a pulse duration of 2 seconds from 15 A at 25 ° C to 12, 6 A at 80 ° C (I soll curve). Such ambient temperature variations readily occur, for example, in automotive applications. If no compensation were made in this case, the temperature of the wire would rise during the current pulse at constant 15 A of about 200 ° C at 25 ° C up to 300 ° C at 80 ° C. The wire would be so much overheated, which can lead to degradation to destruction. When using the thermistor, however, it turns out that the actual current I flowing over the wire is approximately equal to the desired current I soll . As described, a constant total current of 17.26 A is present at each measuring point. As a result of the change in temperature, the resistance of the thermistor changes, so that the current flowing through this thermistor current I thermistor increases, the actual current share decreases, however, as the figure is clear. The example shows that in this case a sufficient compensation in the temperature range 25 ° C-80 ° C was achieved. For use, this means that such a device can be used readily in the temperature range 25 ° C-80 ° C, as is achieved due to the compensation effect of the thermistor that at least in this temperature range on the memory metal only to heat to the predetermined Temperature actually required power component is applied.

3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel mit denselben Versuchskomponenten. Im Gegensatz zum vorbeschriebenen Beispiel betrug hier jedoch die Pulsdauer lediglich 1 Sekunde, der konstant anliegende Gesamtstrom betrug 21 A, war also etwas höher als beim vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel, da bedingt durch die wesentlich kürzere Pulszeit mehr Strom zum Erwärmen fließen muss. Bei Betrachtung der Soll-Stromkurve zeigt sich, dass dieser von ca. 20,7 A bei 25°C auf 16 A bei 80°C sinkt. Wie der Ist-Stromkurve zu entnehmen ist, wurde auch hier durch Einsatz des Heißleiters, der ebenfalls von der Fa. Siemens-Matsushita stammt, eine hinreichende Strombegrenzung erreicht, die Kurve des Ist-Stroms Iist entspricht in guter Näherung der Kurve des Soll-Stroms Isoll. 3 shows a further embodiment with the same experimental components. In contrast to the example described above, however, the pulse duration was only 1 second, the constant total current was 21 A, was thus somewhat higher than in the above-described embodiment, because due to the much shorter pulse time more current must flow to heat. When looking at the nominal current curve, it shows that it drops from approx. 20.7 A at 25 ° C to 16 A at 80 ° C. As the actual current curve can be seen, was also here by using the thermistor, which comes also from the company. Siemens Matsushita, a sufficient current limit is reached, the curve of the actual current I is equal to a good approximation, the curve of the target Electricity I should .

Claims (4)

Elektrische Schaltungsanordnung (1), umfassend – ein Formgedächtnis-Metall (3), über welches zur Erwärmung und damit zur Formänderung bei einer Umwandlungstemperatur ein Strom führbar ist, wobei der zum Erreichen der Umwandlungstemperatur und damit zum Auslösen der Formänderung notwendige Sollstrom (Isoll) mit zunehmenden Umgebungstemperatur abnimmt, – einen parallel zum Formgedächtnis-Metall (3) geschalteten Heißleiter (5), und – eine Stromquelle (2), die einen konstanten Gesamtstrom (Iges) abgibt, der bei Raumtemperatur der Summe aus dem Sollstrom (Isoll) des Formgedächtnis-Metalls (3) und dem Strom (IHeißleiter) des Heißleiters (5) entspricht, wobei zur Kompensation der Abhängigkeit des Sollstroms zum Auslösen der Formänderung von der Umgebungstemperatur die Widerstandscharakteristik des Heißleiters (5) so gewählt ist, dass dieser mit steigender Umgebungstemperatur im Wesentlichen den aufgrund der Temperaturabhängigkeit des Sollstroms überschüssigen Strom aufnehmen kann.Electrical circuit arrangement ( 1 ), comprising - a shape memory metal ( 3 ), over which a current can be conducted for heating and thus for a change in shape at a transformation temperature, the desired current (I soll ) required to reach the transformation temperature and thus triggering the change in shape decrease with increasing ambient temperature, - a shape memory metal ( 3 ) connected thermistor ( 5 ), and - a power source ( 2 ), which gives a constant total current (I ges ), which at room temperature the sum of the desired current (I soll ) of the shape memory metal ( 3 ) and the current (I thermistor ) of the thermistor ( 5 ), wherein to compensate for the dependence of the desired current for triggering the change in shape from the ambient temperature, the resistance characteristic of the thermistor ( 5 ) is selected so that it can absorb with increasing ambient temperature substantially the excess due to the temperature dependence of the desired current excess current. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gesamtstrom (Iges) pulsförmig zuführbar ist.Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the total current (I ges ) can be fed in a pulse shape. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Temperaturänderungen bis wenigstens 60°C, insbesondere bis wenigstens 80°C kompensierbar ist.Circuit arrangement according to claim 1 or 2, characterized characterized in that a temperature changes up to at least 60 ° C, in particular until at least 80 ° C is compensable. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Formgedächtnis-Metall (3) eine CuAlNi-Legierung oder eine NiTi-Legierung ist.Circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the shape memory metal ( 3 ) is a CuAlNi alloy or a NiTi alloy.
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