DE60005075T2

DE60005075T2 - Steuereinheit mit induktionsbeheizter Formgedächtnis-Betätigungseinrichtung

Info

Publication number: DE60005075T2
Application number: DE60005075T
Authority: DE
Inventors: Francesco Butera; Enrico Bianconi
Original assignee: Denso Thermal Systems SpA
Current assignee: Denso Thermal Systems SpA
Priority date: 1999-02-26
Filing date: 2000-02-24
Publication date: 2004-07-08
Anticipated expiration: 2020-02-25
Also published as: ES2206171T3; DE60005075D1; ITTO990148A1; EP1031444A2; IT1308394B1; EP1031444B1; EP1031444A3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung eines bewegbaren Elements, wie beispielsweise eines ausrichtbaren Ablenkblechs eines Klimatisierungssystems eines Kraftfahrzeugs, mit einem Trägerkörper bzw. Haltekörper, einem aus einer Formgedächtnis-Metalllegierung hergestellten Betätigungselement, welches durch den Trägerkörper getragen wird und ausgelegt ist, mit dem gesteuerten Element verbunden zu werden, sowie Einrichtungen zur Veranlassung einer Erwärmung des Betätigungselements, um eine zugehörige Aktivierung herbeizuführen.
In der Druckschrift DE-A-4113504 ist eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 offenbart. Diese Druckschrift offenbart ein steuerbares Torsionselement, das einen vorgespannten Draht umfasst, der aus einer Legierung hergestellt ist, die um ein vorgespanntes Torsionselement gewunden ist. Der Draht wird induktiv erwärmt. Das Material des Torsionselements ist Al, während das Material des Drahtes eine Ni-Ti-Legierung ist.
Eine weitere Vorrichtung des vorstehend angegebenen Typs ist beispielsweise in der europäischen Patentanmeldung Nr. EP 0 895 885 des vorliegenden Anmelders beschrieben und veranschaulicht. Diese bekannte Vorrichtung schließt die Verwendung eines Formgedächtnis-Betätigungselements zur Steuerung des Ablenkblechs eines Kraftfahrzeug- Klimatisierungssystems ein. Die Verwendung von Betätigungselementen, die aus Formgedächtnis-Metalllegierungen, typischerweise Nickel- und Titanlegierungen, hergestellt sind, ist seit einiger Zeit bekannt und in der technischen Literatur beschrieben. Wenn eine voreingestellte Übergangstemperatur erreicht ist, beispielsweise in der Größenordnung von 100°C, machen diese Elemente eine Verformung durch. In dem in der europäischen Patentanmeldung EP 0 895 885 veranschaulichten Beispiel ist das Formgedächtnis-Betätigungselement eine Torsionsfeder bzw. ein Torsionsstab, die/der durch den Joule-Effekt mittels eines Anlegens einer elektrischen Spannung erwärmt wird, die einen Durchgang eines elektrischen Stroms durch dieses Element verursacht.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Vorrichtung des vorstehend bezeichneten Typs bereitzustellen, die einerseits einen relativ einfachen und preiswerten Aufbau aufweist und andererseits einen außerordentlich effektiven Betrieb und eine hohe Leistungsfähigkeit bereitstellt.
Um die vorstehende Aufgabe zu lösen, ist der Gegenstand der Erfindung eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1.
Die vorstehend genannten Einrichtungen umfassen eine Primärwicklung, die mit einem Kern verbunden ist, eine Einrichtung zur Zufuhr eines Stroms zu der Primärwicklung und eine sekundäre Schaltung, von der das Formgedächtnis-Betätigungselement, das durch induzierten Stroms zu durchlaufen ist, einen Teil bildet. Elastische Einrichtungen sind bereitgestellt, die zwischen dem Betätigungselement und dem Körper der Vorrichtung gesetzt sind und die darauf gerichtet sind, das Betätigungselement zurück in den Startzustand zu bringen, wenn es deaktiviert ist. Dank der vorstehend beschriebenen kennzeichnenden Merkmale ist es möglich, eine Erwärmung des Formgedächtnis-Körpers mit einer relativ niedrigen Versorgungsspannung zu erhalten. Zusätzlich liegt ein weiterer wichtiger Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Vergleich zu den bekannten Vorrichtungen in der Tatsache, dass sich die so erhaltene Erwärmung bei dem Formgedächtnis-Betätigungselement befindet, wohingegen die Teile der Vorrichtung, die mit ihm verbunden sind, und insbesondere die elektronische Versorgungsschaltung, frei von dieser Erwärmung sind (wie es stattdessen bei der bekannten Vorrichtung auftritt).
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügt Zeichnung ersichtlich, welche lediglich als ein nicht begrenzendes Beispiel bereitgestellt sind. Es zeigen:
1 eine schematische Seitenansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
2 eine Endansicht der Vorrichtung gemäß 1,
3 eine perspektivische Darstellung eines vergrößerten Maßstabes der Vorrichtung gemäß 1 und 2, die entsprechend der Querschnittslinie III-III in 2 entnommen ist,
4 eine perspektivische Explosionsdarstellung der Vorrichtung gemäß 3,
5 eine schematische Querschnittsdarstellung der Vorrichtung, die darauf gerichtet ist, das Arbeitsprinzip der Vorrichtung zu zeigen, und
6 ein Diagramm der elektrischen Schaltung, die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung verbunden ist.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnung bezeichnet Bezugszeichen 1 insgesamt eine Vorrichtung zur Steuerung einer Drehung eines (nicht gezeigten) ausrichtbaren Ablenkblechs eines Kraftfahrzeug-Klimatisierungssystems. Die Vorrichtung 1 umfasst einen becherförmigen bzw. topfförmigen zylindrischen Körper 2, der aus Aluminium hergestellt ist, mit einer Bodenwand 3, bei der ein Ende 4 eines Betätigungselements 5 befestigt ist, welches eine Torsionsfeder bzw. einen Torsionsstab umfasst, die/der aus einer Formgedächtnis-Metallegierung hergestellt ist. Das Ende der Torsionsfeder 5, das dem Ende 4 entgegengesetzt ist, ist eingerichtet, mit dem (nicht gezeigten) ausrichtbaren Ablenkblech verbunden zu werden. Ein Stromdurchgang durch den Stab bzw. die Feder 5 verursacht eine zugehörige Erwärmung durch den Joule-Effekt sowie den folgenden Übergang von einem Ruhezustand zu einem Aktivzustand, wobei der Stab eine Torsionsverformung erfährt, die einer Drehung des gesteuerten Elements um die Achse des Stabs 5 entspricht. Mit dem Stab 5 ist eine röhrenförmige Ummantelung 6 (siehe auch 4) steif verbunden, die longitudinale Schlitze 6a aufweist, welche ein Kühlen des Stabs 5 begünstigen, wenn der Aktivierungsbefehl endet. Die Ummantelung 6 ist bei einem Ende mit einem becherartigen Element 7 verbunden, das in einem ihm gegenüberliegend gesetzten Element 8 aufgenommen wird, welches ebenso wie ein Becher geformt ist und einen Endstift 9 aufweist, der steif bei der Feder 5 befestigt ist. Eine Spiralfeder 10 ist koaxial um das becherartige Element 8 gesetzt und weist einen Endstift 11, der bei dem Körper 2 befestigt ist, sowie bei dem entgegengesetzten Ende einen (in den Zeichnungen nicht sichtbaren) Stift auf, der innerhalb eines Schlitzes 12 des becherartigen Elements 8 aufgenommen wird.
Unter Bezugnahme auf 5 wird ein Durchgang eines elektrischen Stroms durch den Stab bzw. die Feder 5 zur Verursachung einer Erwärmung des letzteren mittels elektromagnetischer Induktion erhalten. Der Stab 5 bildet tatsächlich zusammen mit dem Körper 2 eine sekundäre Wicklung (mit einer einzelnen Windung), in der ein elektrischer Strom nachfolgend zu einem Anlegen von Wechselspannungsimpulsen an eine Primärwicklung (die in dem veranschaulichten Beispiel zwei Wicklungen 13, 14 umfasst) induziert wird, die mit einem Kern 15 verbunden ist, welcher in dem veranschaulichten Beispiel die Form eines kreisförmigen oder ringförmigen Elements aufweist, das um den Stab 5 gesetzt ist. Diese Situation ist schematisch in der Schaltung gemäß 6 dargestellt, in der veranschaulicht ist, dass eine elektronische Versorgungskarte 17 Wechselspannungsimpulse an die Primärwicklung dank eines Zwischenschaltens von zwei MOSFET 16 anlegt. Diese Impulse erzeugen ein magnetisches Wechselfeld, das eine elektromotorische Kraft, und somit einen elektrischen Strom, durch den Stab 5 induziert, welcher sich somit durch den Joule-Effekt erwärmt. In den 4 und 3 kann die elektronische Karte 17, die mit dem Körper 2 der Vorrichtung verbunden ist, ebenso gesehen werden.
Während eines Betriebs veranlasst die elektronische Steuerungsschaltung in der vorstehen beschriebenen Weise einen Stromdurchgang durch den Stab 5, wobei dieser Strom eine Erwärmung und ein folgende Aktivierung des Stabes bestimmt. Der Stab durchläuft somit eine Torsionsverformung, die eine Drehung des gesteuerten Organs verursacht. Wenn der Befehl endet, und mit der nachfolgenden Abkühlung des Stabes, kehrt der letztere zu dem zugehörigen Ruhezustand zurück, was durch die Feder 10 unterstützt wird.
Das Formgedächtnis-Betätigungselement kann aus einem Draht, dessen Länge sich ändert, wenn es aktiviert wird, oder aus einem flexiblen Element, das gebeugt wird, oder auch aus einer Feder bestehen, die sich ausdehnt und zusammenzieht. Zusätzlich ist die Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung allgemein und folglich nicht auf die vorstehend veranschaulichte Verwendung begrenzt, die lediglich zur Bereitstellung eines Beispiels angegeben ist, die eine Steuerung eines ausrichtbaren Ablenkblechs oder ein Kraftfahrzeug-Klimatisierungssystem betrifft.
Schließlich ist das System mit einer Erfassungseinrichtung zur Erfassung der Position des Betätigungselements versehen, wobei die Erfassungseinrichtung mit der elektronischen Steuerungseinheit verbunden ist. Die Erfassungseinrichtung, die in der beigefügten Zeichnung mit Bezugszeichen 18 bezeichnet ist, umfasst ein Potentiometer in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel, das veranschaulicht worden ist. Dieses Potentiometer kann auf jede beliebige bekannte Art und Weise hergestellt sein und ist folglich in der Zeichnung nicht ausführlich gezeigt worden.

Claims

Vorrichtung zur Steuerung eines bewegbaren Elements, beispielsweise für ein ausrichtbares Ablenkblech eines Klimatisierungssystems eines Kraftfahrzeugs, mit einem Trägerkörper (2), einem aus einer Formgedächtnis-Metalllegierung hergestellten Betätigungselement (5), welches durch den Trägerkörper (2) getragen wird und ausgelegt ist, mit dem gesteuerten Element verbunden zu werden, sowie Einrichtungen (13–17) zur Veranlassung einer Erwärmung des Betätigungselements (5), um eine zugehörige Aktivierung zu bestimmen, wobei die Einrichtungen ausgelegt sind, eine Erwärmung des Betätigungselements (5) durch eine elektromagnetische Induktion zu veranlassen, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement (5) die Form einer Torsionsfeder aufweist und der Körper (2) eine becherartige zylindrische Gestaltung mit einer Bodenwand (3) aufweist, bei der ein Ende (4) des Betätigungselements (5) befestigt ist, und dass ein Kern (15), der ein ringförmiges Element umfasst, um das Betätigungselement (5) herum gesetzt ist, und dass eine elastische Einrichtung (10), die eine Spiralfeder umfasst, einen Endstift aufweist, der bei dem Betätigungselement (5) befestigt ist, und bei dem entgegengesetzten Ende einen Stift (11) aufweist, der bei dem Körper (2) der Vorrichtung befestigt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen (13–17) zur Veranlassung einer Erwärmung der Betätigungseinrichtung (5) eine Primärwicklung (13, 14), die mit dem Kern (15) verbunden ist, eine Einrichtung (17) zum Zuführen eines Stroms zu der Primärwicklung (13, 14) und eine sekundäre Schaltung (12) umfassen, von der das Formgedächtnis-Betätigungselement (5), das durch einen induzierten Strom zu durchlaufen ist, einen Teil bildet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elastische Einrichtung (10) zwischen das Betätigungselement (5) und den Körper (2) der Vorrichtung gesetzt ist, wobei die elastische Einrichtung (10) darauf gerichtet ist, das Betätigungselement (5) zurück in den Startzustand zu bringen, wenn das letztere deaktiviert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit einer Sensoreinrichtung (18) zur Erfassung der Position des Betätigungselements (5) versehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (18) ein Potentiometer umfasst.