DE602004006146T2

DE602004006146T2 - Formgedächtnisbetätigungseinrichtung mit Überspannungsschädensschutz

Info

Publication number: DE602004006146T2
Application number: DE602004006146T
Authority: DE
Inventors: Alessandro Zanella; Stefano Alacqua; Francesco Butera
Original assignee: Centro Ricerche Fiat SCpA
Current assignee: Centro Ricerche Fiat SCpA
Priority date: 2004-12-30
Filing date: 2004-12-30
Publication date: 2008-01-10
Anticipated expiration: 2024-12-31
Also published as: ATE360761T1; US20060148296A1; CN1796807A; JP2006189045A; JP4612537B2; EP1677014B1; DE602004006146D1; EP1677014A1; CN100445581C; US7764159B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Formgedächtnisbetätigungseinrichtung der Art, umfassend ein gestrecktes Element in der Form eines Kabels oder einer Stange, und aufweisend ein Ende, verbunden mit einem gesteuerten Bauteil, in welcher:

– zumindest ein Abschnitt des gestreckten Elements aus einem Formgedächtnismaterial aufgebaut ist, welches eine Formveränderung aufgrund Erwärmung durchmachen kann, zu dem Zweck, das gesteuerte Bauteil zu steuern; und
– ein elektrischer Versorgungsschaltkreis vorhanden ist, um das gestreckte Formgedächtniselement dazu zu bringen, von einem elektrischen Strom durchquert zu werden für den Zweck, seine Wärme zu übertragen.

Eine Formgedächtnisbetätigungseinrichtung des Typs wie oben beschrieben, ist durch den vorliegenden Anmelder in dem Dokument Nr. WO 03/003137 A1 vorgeschlagen worden. Verbesserungen an dieser Einrichtung bildeten den Gegenstand der europäischen Patentanmeldung Nr. EP-A-1 443 227 und der europäischen Patentanmeldung Nr. 04 425 373.0 , beide eingereicht in dem Namen des vorliegenden Anmelders (die letztere zu dem Zeitpunkt der Einreichung der vorliegenden Patentanmeldung immer noch geheim).
Mit der Absicht, die vorher vorgeschlagenen Einrichtungen weiter zu verbessern, ist der Gegenstand der vorliegenden Erfindung eine Formgedächtnisbetätigungseinrichtung mit all den Kennzeichen, die oben beschrieben worden sind, und ist weiter dadurch gekennzeichnet, dass die vorher erwähnte Vorrichtung umfasst Sensormittel zum Erfassen eines Überschreitens eines vorher festgelegten Schwel lenwerts der axialen Last, die auf das Formgedächtniselement während seiner Aktivierung aufgebracht wird.
Entsprechend einem weiteren Kennzeichen umfassen die vorher erwähnten Sensormittel ein axial nachgiebiges Element, wirksam zwischen das Ende des gestreckten Formgedächtniselements und das gesteuerte Bauteil gesetzt, wobei das nachgiebige Element gestaltet ist, um beim Überschreiten des Schwellenwerts der axialen Last axial nachzugeben, so dass die Bewegung des Endes des gestreckten Elements nicht auf das gesteuerte Bauteil übertragen wird, wenn die darauf aufgebrachte Last den vorher festgelegten Schwellenwert überschreitet.
Entsprechend einem weiteren vorgezogenen Kennzeichen ist das vorher erwähnte nachgiebige Element eine Feder, vorzugsweise eine Schraubenfeder, die axial zwischen einem ersten Körper, verbunden mit dem Ende des Formgedächtniselements, und einem zweiten Körper, wirksam verbunden mit dem gesteuerten Bauteil, gesetzt ist.
In der bevorzugten Ausführungsform umfasst die Betätigungseinrichtung weiterhin Mittel zum Unterbrechen der elektrischen Versorgung des Formgedächtniselements, wenn die Sensormittel ein Überschreiten des Schwellenwerts der axialen Last auf das Formgedächtniselement wahrnehmen. Die Mittel zum Unterbrechen der elektrischen Versorgung umfassen vorzugsweise einen elektrischen Kontakt, eingesetzt in den Versorgungsschaltkreis und bestehend aus zwei Kontaktelementen, die sich voneinander wegbewegen, wenn das nachgiebige Element bei Überschreiten des vorher beschriebenen Schwellenwerts der axialen Last nachgibt.
Nochmals in dem Falle der vorher erwähnten bevorzugten Ausführungsform wird ein erstes Kontaktelement des elektrischen Kontakts getragen durch einen ersten Körper, verbunden mit dem Ende des Formgedächtniselements, das zweite Kontaktelement wird durch einen zweiten Körper getragen, wirksam verbunden mit dem gesteuerten Bauteil, so dass beim Nachgeben des nachgiebigen Elements während der Aktivierung des Formgedächtniselements der erste Körper in Bezug zu dem zweiten Körper versetzt wird, was zu einem Unterbrechen des elektrischen Kontakts führt.
Entsprechend einem weiteren bevorzugten Kennzeichen gibt es weiterhin voraussehende Mittel zur Regulation der Last auf die vorher erwähnte Feder zu dem Zweck einer Regulation des Schwellenwerts, bei welchem die Einrichtung zum Unterbrechen der elektrischen Versorgung des Formgedächtniselements auslöst. Die letztere kann aus einem einzelnen Formgedächtnisdraht bestehen oder aber ebenso aus einer Vielzahl gestreckter Elemente, z.B. einer Vielzahl von Formgedächtnisdrähten, die parallel zueinander angeordnet sind.
Weitere Kennzeichen und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung in Bezug zu dem beigefügten Satz von Zeichnungen ersichtlich, welche rein als nichtbeschränkende Beispiele gestaltet sind und in welchen:
1 eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht ist einer Ausführungsform der früher durch den vorliegenden Anmelder vorgeschlagenen Betätigungseinrichtung, im Wesentlichen entsprechend zu 5 der internationalen Patentanmeldung Nr. WO 03/003137 ;
2 eine teilweise geschnittene perspektivische Ansicht des Formgedächtniskabels ist, das einen Teil des Betätigers bildet, entsprechend zu der schon in der europäischen Patentanmeldung Nr. EP-A-1 443 227 vorgeschlagenen Lösung;
3 und 4 ein Detail der Betätigungseinrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung in zwei verschiedenen Betriebsbedingungen zeigen; und
5 eine perspektivische Ansicht einer Variante des Details in 4 ist.
In Bezug zu 1 ist darin ein Anwendungsbeispiel des vorher vorgeschlagenen Betätigers gezeigt, um das Schließen der Heckklappentür oder des hinteren Kofferraums eines Motorfahrzeugs zu steuern.
Es gibt betrachtete Standards, die den Hersteller zwingen, die Möglichkeit, das Schloss manuell vom Inneren des Fahrzeugs zu bedienen, in Betracht zu ziehen, um eine Person, die unabsichtlich in dem Motorfahrzeug eingeschlossen geblieben ist, in die Lage zu versetzen, die Heckklappentür zu öffnen. In dem gezeigten Beispiel kann der Betätiger manuell bedient werden durch einen Ring 100, welcher über einen Ring 101 mit der Hülse 3 einer flexiblen Kabelbetätigungseinrichtung verbunden ist. Auf der Hülse 3 ist eine Buchse 102 gesichert, konstruiert, um Bezug zu einer befestigten Arretierung 103 zu haben, die einen Teil der Struktur 104 der Schließeinrichtung der Heckklappentür bildet. Der zusammenwirkende Einfluss der auf der Hülse 3 befestigten Buchse 102 und der Arretierung 103 verhindert Versetzungen der Hülse 3 in eine Richtung gegensätzlich zu der Betätigung. Innerhalb der Hülse 3 ist ein flexibles Kabel 2 aus Formgedächtnismaterial (natürlich ist es auch möglich, die Einrichtung mit einem starren Kabel anstatt einem flexiblen Kabel auszustatten) gesetzt, welches an einem Ende 2a an einem zylindrischen Körper 5 abgesichert ist, welcher wiederum durch einen in die Wand des Gehäuses des Schlosses 104 gemachten Schlitz 105 mit dem gesteuerten Bauteil des Schlosses verbunden ist (nicht gezeigt). Es sind weiterhin ausgestaltet Mittel einer elektrischen Versorgung (nicht gezeigt) zum Anlegen einer elektrischen Spannung an die zwei gegenüberliegenden Enden des Formgedächtniskabels 2, um zu bewirken, dass es sich verkürzt. Wenn der Betätiger manuell bedient wird durch Einwirken auf den Ring 100, wird die mechanische Anziehungskraft durch die Hülse 3 übertragen, welche in Richtung nach rechts gesetzt ist, wie in 1 gesehen, und bewirkt so ein Wegbewegen der Buchse 102 von der befestigten Arretierung 103. Die Versetzung der Hülse 3 bewirkt eine entsprechende Versetzung des zylindrischen Körpers 5, insoweit, wie an dem Ende der Hülse 3 ein Ring 11 verankert ist, welcher Bezug hat zu einer Endoberfläche 5a eines inneren Hohlraums des zylindrischen Körpers 5. Die Versetzung des letzte ren bewirkt folglich eine Betätigung des gesteuerten Bauteils, welches, wie schon erwähnt, mit dem zylindrischen Körper 5 verbunden ist durch eine den Schlitz 105 durchlaufende Verbindung.
In dem Fall, anstatt elektrischer Betätigung, bleibt die Hülse 3 stationär, weil sie nicht in Richtung nach links versetzt werden kann, folgend auf das Einwirken auf die Buchse 102 gegen die befestigte Arretierung 103, während das Formgedächtniskabel 2 verkürzt ist, und so ein Verschieben des Zylinders 5 auf der Hülse 3 bewirkt (so dass der Ring 11 sich von der Kontrastoberfläche 5a wegbewegt, die Einwirkung einer Feder 200 überwindend) und nochmals eine Betätigung des gesteuerten Bauteils.
Der Vorteil, die Hülse der Betätigungseinrichtung als ein Element zur mechanischen Übertragung zu verwenden in dem Fall manueller Betätigung, besteht in der Tatsache, dass es auf diese Art immer möglich ist, Betrieb der Einrichtung zu garantieren, auch in dem Fall unabsichtlichen Versagens des flexiblen Formgedächtniskabels.
Es mag bekannt sein, dass in dem Fall der vorher vorgeschlagenen Lösung (in 1 gezeigt) zwischen dem Kabel 2 und der Hülse 3 eine Zwischenschicht 106 aus synthetischem Material, welches mit der Hülse 3 verbunden ist und daran befestigt ist, eingesetzt ist. Die Schicht hat nur eine Abstandsfunktion, so dass während des Betriebs der Einrichtung eine relative Bewegung des flexiblen Kabels in Bezug dazu erzeugt wird.
In dem Fall der Lösung, welche auch schon vorgeschlagen wurde (gezeigt in 2), ist stattdessen mit dem flexiblen Kabel eine Struktur eines anderen Typs verbunden. Auch in diesem Fall ist zwischen dem flexiblen Kabel 2 aus einem Formgedächtnismaterial und der entsprechenden flexiblen Hülse 3 eine Zwischenschicht 106 vorgesehen, welche in dem gezeigten Fall aus einer metallischen Hülse besteht. Der Unterschied in Bezug zu der in 1 gezeigten Lösung liegt in der Tatsache, dass in diesem Fall auf dem Kabel aus einem Formgedächtnismaterial 2 eine Beschichtungsschicht 110 gebildet ist, welche an dem Formgedächtniskabel 2 haftet und aus einem Elastomer-Silikon-Material oder synthetischem Material ausgewählt ist, derart, um sowohl Kühlen des Kabels 2 nach Beenden des Stromdurchgangs und eine Rückkehr des Kabels 2 in seine Ruhestellung als Ergebnis der elastischen Rückkehr der Beschichtung 110 zu begünstigen.
Die Beschichtung 110, welche an dem Kabel 2 haftet, erfüllt die Funktion einer längsgerichtet verteilten Feder, welche Druck unterworfen wird, wenn das Kabel 2 sich entsprechend seiner Aktivierung verkürzt und folglich eine Rückkehr des Kabels in die Ruheposition auf Kosten seiner elastischen Rückkehr begünstigt.
Die Gestaltung des Formgedächtniskabels kann alles Mögliche sein. Es ist weiterhin möglich, eine Anzahl Formgedächtniskabel innerhalb derselben Beschichtung zu extrudieren, parallel zueinander angeordnet. Ebenso möglich ist eine U-förmige Kabelgestaltung mit einem ansteigenden Ast und einem absteigenden Ast und die zwei Enden des Kabels einander gegenüber, welche unter anderem den Vorteil ermöglicht einer passenden elektrischen Verbindung des Kabels mit den elektrischen Versorgungsmitteln.
In 3 und 4 sind die Teile gleich zu denjenigen in 1 und 2 mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Die Figuren zeigen in einem vergrößerten Maßstab das Detail des Betätigers gegenüber dem Ende 2a des Formgedächtniskabels. In dem Beispiel, das in 3 und 4 gezeigt ist, sind tatsächlich voraussehend zwei Formgedächtniskabel 2 parallel zueinander angeordnet, eingebettet in eine Elasto-Silikon-Hülse 110 und die jeweiligen Enden 2a zu zwei Metallkörpern 202a, 202b abgesichert, wobei die Enden deren Oberfläche von einer Buchse aus elektrisch isolierendem Material 300, in welchem die Metallkörper 202a, 202b eingebettet sind. Die isolierende Buchse 300 hat einen Endflansch 300a. Die Elasto-Silikon-Hülse kann innerhalb einer röhrenförmigen Metallführung 106 versetzt werden, die eine Endoberfläche 106a hat. Axial zwischen die Endoberfläche 106a und den Flansch 300a der isolierenden Buchse 300 gesetzt, ist ein nachgiebiges Sicherheitselement 210, vorzugsweise in der Form einer Schraubenfeder. Die Enden der zwei Kabel 2, die abseits von den Enden 2a sind, sind entsprechend mit den zwei Enden des elektrischen Versorgungsschaltkreises verbunden. Der Schaltkreis schließt durch den Kontakt der zwei Kontaktelemente 202a, 202b mit einem Kontaktelement 220, getragen durch die Bodenwand eines becherähnlichen Elements 221, welches in einer axial verstellbaren Position abgesichert ist (mittels eingezogener oder gerändelter Kupplungen 222), zu der Metallführung 106. Die Möglichkeit, die axiale Position des becherähnlichen Elements 221 einzustellen in Bezug zu der Metallführung 106, ermöglicht, dass die Last des Sicherheitselements 210 entsprechend eingestellt wird. Das becherähnliche Element 221 ist wirksam mit dem gesteuerten Bauteil verbunden.
Betrieb der Einrichtung wird im Folgenden beschrieben. Wenn die elektrische Zufuhr aktiviert ist, werden die zwei Strecken des Formgedächtnisdrahts 2 zusammengezogen, und begründen eine Versetzung in Richtung nach links (wie in den Zeichnungen gesehen) der Kontakte 202a, 202b. Wenn die aufgebrachte Last kleiner als der entsprechende Schwellenwert bleibt, nach Nachgeben des elastischen Elements 210, bleibt das elastische Element 210 undeformiert und überträgt die Bewegung der Halbbuchsen zu dem becherähnlichen Element 221 und dabei zu dem gesteuerten Bauteil. Wenn die axiale Last, der die Formgedächtnisdrähte 2 unterworfen sind, folgend ihrer Aktivierung den vordefinierten Schwellenwert wie oben erwähnt überschreiten, gibt das elastische Element 210 nach, so dass sich die Kontakte 202a, 202b in Richtung nach links (4) versetzen, ohne eine entsprechende Bewegung auf das becherähnliche Element 221 zu übertragen. Diese relative Bewegung begründet ein Wegbewegen der zwei Kontaktelemente 202a, 202b von dem Kontaktelement 220, mit der folglichen Unterbrechung der elektrischen Zufuhr.
Dank der vorher erwähnten Anordnung wurde folglich ein Schutz der Formgedächtnisbetätigungseinrichtung erhalten gegen übermäßige mechanische Span nungen und gegen eine übermäßige elektrische Zufuhr. Die Unterbrechung der elektrischen Zufuhr begründet die Rückkehr des Formgedächtniselements in seine Ruhestellung.
5 zeigt eine Variante, welche einen einzelnen Formgedächtnisdraht 2 vorsieht. In der Figur und in 3 und 4 haben entsprechende Teile dieselben Referenznummern. In dem Fall der Variante hat der einzelne Draht 2 ein metallisches Ende 202 an seinem Ende befestigt, welches in elektrischem Kontakt mit dem Bodenteil des Elements 221 ist. Wenn die Feder 210 unverformt ist, überquert der elektrische Strom den Draht 2 bis zu dem Ende 202 und passiert daher durch das Element 221 und den Körper der Hülse 106, welche metallisch ist, um zu dem anderen Ende der elektrischen Zufuhr zurückzukehren. Es ist ebenso möglich, eine Hülse 106 aus synthetischem Material einzusetzen, aber ausgestattet mit einem metallischen Pfad zum Schließen des elektrischen Kreislaufs. Dasselbe gilt für das becherähnliche Element 221. Eine isolierende Buchse 400 wird ringförmig zwischen die Feder 210 und das Metallende 202 (darin eingesetzt) und die Hülse 106 (an die Außenseite eingesetzt) eingesetzt.
Natürlich, ohne Präjudiz zu den Prinzipien der Erfindung, können die Details der Konstruktion und die Ausführungsform weit variieren in Abhängigkeit zu dem, was hier beschrieben und gezeigt wurde rein als Beispiel, ohne dabei den Bereich der vorliegenden Erfindung, wie durch die Ansprüche definiert, zu verlassen.

Claims

Betätigungseinrichtung, umfassend ein gestrecktes Element (2) in der Form eines Kabels oder einer Stange, aufweisend ein Ende (2a), verbunden mit einem gesteuerten Bauteil, in welcher: – zumindest ein Abschnitt des gestreckten Elements (2) aus einem Formgedächtnismaterial aufgebaut ist, welches eine Formveränderung aufgrund Erwärmung durchmachen kann, zu dem Zweck, das gesteuerte Bauteil zu steuern; und – ein elektrischer Versorgungsschaltkreis vorhanden ist, um das gestreckte Element (2) dazu zu bringen, von einem elektrischen Strom durchquert zu werden, um seine Wärme zu übertragen, wobei die Einrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass sie Sensormittel (210) umfasst zum Erfassen eines Überschreitens eines vorher festgelegten Schwellenwertes der axialen Last, die auf das Formgedächtniselement (2) während seiner Aktivierung aufgebracht wird.
Betätigungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensormittel ein axial nachgiebiges Element (210) umfassen, wirksam zwischen das Ende (2a) des gestreckten Elements und das gesteuerte Bauteil gesetzt, wobei das nachgiebige Element (210) gestaltet ist, um beim Überschreiten des Schwellenwerts der axialen Last axial nachzugeben, so dass die Bewegung des Endes (2a) des gestreckten Elements (2) nicht auf das gesteuerte Bauteil übertragen wird, wenn die darauf aufgebrachte Last den vorher festgelegten Schwellenwert überschreitet.
Betätigungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das nachgiebige Element (210) eine Feder ist.
Betätigungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das nachgiebige Element (210) eine Schraubenfeder ist, die axial zwischen einen ersten Körper (202), verbunden mit dem Ende (2a) des Formgedächtniselements, und einen zweiten Körper (106), wirksam verbunden mit dem gesteuerten Bauteil, gesetzt ist.
Betätigungseinrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 2–4, dadurch gekennzeichnet, dass sie darüber hinaus Mittel zum Unterbrechen der elektrischen Versorgung des Formgedächtniselements (2) umfasst, wenn die Sensormittel (210) ein Überschreiten des Schwellenwertes der axialen Last auf das Formgedächtniselement wahrnehmen.
Betätigungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Unterbrechen der elektrischen Versorgung einen elektrischen Kontakt umfassen, der in den Versorgungsschaltkreis eingesetzt ist und aus zwei Kontaktelementen (202; 202a, 202b; 220) besteht, welche sich voneinander weg bewegen, wenn das nachgiebige Element (210) bei Überschreiten des vorher beschriebenen Schwellenwertes der axialen Last nachgibt.
Betätigungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Kontaktelement des elektrischen Kontakts aus einem ersten Körper (202; 202a; 202b) besteht, verbunden mit dem Ende (2a) des Formgedächtniselements (2), wobei das zweite Kontaktelement (220) durch einen zweiten Körper (221) getragen wird, wirksam verbunden mit dem gesteuerten Bauteil, so dass beim Nachgeben des nachgiebigen Elements (210) während der Aktivierung des Formgedächtniselements (2) der erste Körper in Bezug zu dem zweiten Körper versetzt wird, was zu einem Unterbrechen des elektrischen Kontakts führt.
Betätigungseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Formgedächtniselement (2) innerhalb einer röhrenförmigen Führung (106) mit einer Endoberfläche (106a) gesetzt ist und dass das nachgiebige Element (210) wirksam zwischen die Endoberfläche (106a) der röhrenförmigen Führung (106) gesetzt ist.
Betätigungseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Kontaktelement (220) durch eine Bodenwand getragen wird, die dem ersten Kontaktelement (220) zugewandt ist und einen Teil eines Bauteils (221) bildet, welches mit der röhrenförmigen Führung (106) in einer einstellbaren Position verbunden ist.
Betätigungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass voraussehende Mittel (222) vorhanden sind zur Regulation der Last auf die Feder (210).
Betätigungseinrichtung nach irgendeinem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das gestreckte Formgedächtniselement einen oder mehrere Formgedächtnisdrähte (2) umfasst, welche parallel angeordnet sind.