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Dokumentenidentifikation DE602004001337T2 16.11.2006
EP-Veröffentlichungsnummer 0001593844
Titel Bistabiler Schalter mit Formgedächtnismetall
Anmelder C.R.F. S.C.P.A., Orbassano, IT
Erfinder Biasiotto, Marco, 10100 Torino, IT;
Butera, Francesco, 10100 Torino, IT;
Alacqua, Stefano, 10090 Rivoli Cascine Vica (Torino), IT
Vertreter HOFFMANN & EITLE, 81925 München
DE-Aktenzeichen 602004001337
Vertragsstaaten AT, BE, BG, CH, CY, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, FR, GB, GR, HU, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PL, PT, RO, SE, SI, SK, TR
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 03.05.2004
EP-Aktenzeichen 044253144
EP-Offenlegungsdatum 09.11.2005
EP date of grant 21.06.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 16.11.2006
IPC-Hauptklasse F03G 7/06(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse A61B 1/005(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf das Gebiet der Formgedächtnisschalter.

Formgedächtnislegierungen sind seit langem in verschiedenen Bereichen entwickelt und verwendet worden. Solche Materialien zeigen die Eigenschaft, dass sie eine Transformation unterlaufen, wenn sich ihre Temperatur über einen Übergangswert ändert. Durch Ausnutzen dieser Eigenschaft werden Formgedächtnisschalter verwendet, die z.B. aus Formgedächtnisdrähten bestehen, welche, wenn sie über die Übergangstemperatur erwärmt werden, einer Kontraktion unterworfen sind. Die Erwärmung wird in einigen Anwendungen dadurch induziert, dass ein elektrischer Strom durch den Draht geschickt wird, um ihn so durch den Joule-Effekt zu erwärmen.

Die Anmelderin ist die Inhaberin verschiedener Patente und Patentanmeldungen in Bezug auf verschiedene Anwendungen von Formgedächtnisschaltern.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf einen Formgedächtnisschalter der bistabilen Art, d.h. einer Art mit zwei Arbeitspositionen, zwischen welchen er sich bei jeder Betätigung bewegt, wobei die jedes Mal erreichte Position dann stabil gehalten wird, selbst nachdem der Schalter deaktiviert wurde. In anderen Worten verursacht bei den Schaltern dieser Art jede nachfolgende Aktivierung des Schalters sein Umschalten von einem Arbeitszustand zum anderen, und wenn die Aktivierung endet, verbleibt der Schalter in der Position, die er erreicht hat. Daher unterscheiden sich solche Schalter von Schaltern der monostabilen Art, bei denen die Schalterbetätigung stets das Verschieben des Schalters in eine der beiden Arbeitspositionen verursacht, während wenn die Betätigung endet, der Schalter stets in die andere Arbeitsposition zurückkehrt.

Der Vorteil von bistabilen Schaltern besteht offensichtlich darin, dass unabhängig vom Arbeitszustand, in welchem der Schalter gehalten werden soll, es nicht notwendig ist, Energie zu verbrachen (z.B. um Strom durch den Formgedächtnisdraht zu schicken), um ihn in einer solchen Position zu halten.

Ein Formgedächtnisschalter einer bistabilen Art wurde bereits von der Anmelderin im europäischen Patent EP 1 241 351 B1 vorgeschlagen. Ein bistabiler Formgedächtnisschalter der im Oberbegriff des Anspruchs 1 bezeichneten Art ist aus der US 4,965,545 A bekannt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen bistabilen Schalter mit Formgedächtnis zu entwickeln, der einen extrem einfachen Aufbau aufweist und billig ist, und gleichzeitig in seiner Arbeitsweise zuverlässig ist.

Im Hinblick auf das Lösen dieser Aufgabe ist der Gegenstand der Erfindung ein bistabiler Schalter mit Formgedächtnis, der dadurch gekennzeichnet ist, dass er die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.

Bei dem Schalter entsprechend der Erfindung ist es der einzige Zweck der Formgedächtnisvorrichtung, das bewegliche Element dazu zu bringen, seine mittige Ruheposition zu überschreiten. Sobald dieses Ziel erreicht wurde, wird die Verschiebung des beweglichen Elements zur neuen Arbeitsposition durch die Feder bestimmt, die auch die Funktion hat, die neue, so erhaltene Arbeitsposition nach Deaktivierung der Formgedächtnisvorrichtung beizubehalten, sowie die Funktion hat, Teil des elektrischen VersorgungsStromkreises zu sein.

Daher ist der Schalter entsprechend der Erfindung durch eine hervorragende Einfachheit und Betriebszuverlässigkeit sowie durch einen verringerten Energieverbrauch gekennzeichnet.

Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung werden sich aus der folgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen ergeben, die als nicht beschränkendes Beispiel gegeben werden:

1 ist eine diagrammatische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform des Schalters entsprechend der Erfindung, und

2, 3 zeigen den Schalter der 1 in zwei verschiedenen Arbeitszuständen.

In den Zeichnungen bezeichnet Bezugsziffer 1 allgemein einen bistabilen Schalter mit Formgedächtnis. Der Schalter umfasst eine feste Tragestruktur 2, die in den Zeichnungen nur diagrammatisch gezeigt ist und irgendeinen Aufbau und Form aufweisen kann. Der Schalter umfasst ein bewegliches Element 3 in Form einer drehbar um eine Achse 4 auf der festen Stützstruktur 2 angebrachten Rolle. Um die Rolle 3 ist ein einzelner Formgedächtnisdraht 5 herumgeführt, dessen beide Enden 5a, 5b an der festen Tragestruktur 2 befestigt sind und der auch in Entsprechung mit einem Punkt 6 fest an der Rolle 3 befestigt ist. Eine Spiralfeder 7 ist mit einem Ende 8 fest mit der festen Tragestruktur 2 verbunden und zwar an einem. Punkt, der auf der Vertikalen (in der Zeichnung) liegt, die durch die Rotationsachse 4 geht, und das entgegengesetzte Ende ist an der Rolle 3 befestigt, in Entsprechung mit demselben Punkt 6, an dem der Formgedächtnisdraht 5 befestigt ist.

Bezugsziffer 9 zeigt allgemein eine elektrische Stromversorgungsvorrichtung für den Formgedächtnisdraht 5. Diese Vorrichtung umfasst einen ersten Stromkreis 9a, der eine Feder 7 und den Teil des Drahts 5 beinhaltet, der von dem Ende 5a zum festen Punkt 6 der Rolle geht. Der zweite Stromkreis 9b umfasst noch die Feder 7 und den Teil des Drahtes 5, der von dem festen Punkt 6 zum anderen Ende 5b des Drahts geht. Die Bezugsziffer 10 zeigt diagrammatisch eine elektrische Stromquelle und die Bezugsziffer 11 zeigt einen Schalter, der in der Lage ist, den Stromfluss durch den ersten Stromkreis 9a oder durch den zweiten Stromkreis 9b zu aktivieren.

1 zeigt den Schalter entsprechend der Erfindung in einer Zwischenphase seiner Funktion, in der der Stromkreis 9b aktiviert worden ist. In einer solchen Phase ist der Teil des Formgedächtnisdrahts 5 zwischen dem festen Punkt 6 und dem Ende 5b aufgrund des von dem Stromfluss bestimmten Erwärmens der Kontraktion unterworfen. In dieser Phase wird stattdessen der Teil des Drahts 5 zwischen dem Ende 5a und dem Punkt 6 gelockert. Daher übt in der obigen Phase der Formgedächtnisdraht eine Kraft F auf die Rolle 3 auf, die sie zur Drehung im Uhrzeigersinn (in Bezug auf die Zeichnung) bewegt. Die Aktivierung des Stromkreises 9b schreitet bis unmittelbar nach Erreichen der Position des Totpunkts (genauen Mittelpunkts) fort, wie in 3 gezeigt. In dieser Position sind die Enden 6, 8 der Feder 7 und die Drehachse 4 dazwischen miteinander ausgerichtet. Während in der in 1 gezeigten Phase die Kontraktion des Abschnitts 65b des Drahtes 5 die Drehung der Rolle 3 im Uhrzeigersinn gegen die Wirkung der Feder 7 bestimmt, kann daher mit dem Überschreiten des Zustands der 3 die Aktivierung des Stromkreises 9b gestoppt werden, da es die Feder 7 selbst ist, die die Drehung der Rolle 3 im Uhrzeigersinn vorwärts treiben will. Diese Drehung schreitet dann voran, bis eine Arbeitsposition des Endes der Rolle 3, die in 2 gezeigt ist, erreicht wird. Solch eine Position kann einem nicht verformten Zustand der Feder 7 oder dem Eingriff einer Oberfläche der Rolle 3 gegen eine entsprechende feste Endoberfläche (nicht gezeigt) entsprechen, die ein weiteres Verkürzen der Feder 7 verhindert. Sobald die Arbeitsposition, in 2 gezeigt, erreicht worden ist, wird diese Position ohne irgendeinen Energieverbrauch gehalten, bis der Benutzer es wünscht, den Schalter in den entgegengesetzten Betriebszustand zu schalten. In diesem Fall wird der Schalter 11 betätigt, um elektrischen Strom durch den Stromkreis 9a zu liefern. Dies wird die Verkürzung des Abschnitts des Drahts 5a6 mit der daraus folgenden Drehung der Rolle 3 im Uhrzeigersinn gegen die Wirkung der Feder 7 bestimmen. Die Aktivierung des Stromkreises 9a wird fortgesetzt, bis unmittelbar nachdem die Totpunktposition, in 3 gezeigt, erreicht wurde, wonach die Feder 7 selbst die Drehung der Rolle 3 im entgegengesetzten Uhrzeigersinn vorwärts treibt, bis eine spiegelsymmetrische Position in Bezug auf jene der 2 erreicht wird. Wieder wird dies Position aufgrund derselben Feder 7 beibehalten, ohne die Notwendigkeit irgendeines Energieverbrauchs.

Die möglichen Anwendungen des Schalters entsprechend der Erfindung sind vielfältig. Tatsächlich kann ein solcher Schalter überall dort eingesetzt werden, wo die Verschiebung eines beweglichen Elements erfordert wird (im gezeigten Fall ein oszillierendes Element um eine Drehachse), zwischen zwei Endbetriebspositionen. Dies ist z.B. der Fall einer Luftablenkplatte für Kraftfahrzeugklimasysteme, die zwischen zwei Endarbeitspositionen oszilliert.

Natürlich können ohne Beeinträchtigung des Prinzips der Erfindung konstruktionelle Details und Ausführungsformen weit in Bezug auf das variieren, was beschrieben und als bloßes Beispiel veranschaulicht wurde, jedoch ohne den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Z.B. könnte das bewegliche Element 3 ein elastisch verformbares Element sein, um so zwischen zwei Endarbeitspositionen zu oszillieren, und die Federvorrichtung, die das bewegliche Element zu einer der Endpositionen zurücktreiben will, abhängig von der Tatsache, dass es sich auf einer Seite der Totpunktposition befindet, könnte auch dieselbe Elastizität wie das verformbare Element aufweisen.


Anspruch[de]
Bistabiler Schalter mit Formgedächtnis, umfassend ein Element (3), das beweglich auf einer Stützstruktur (2) angebracht ist und eine genau mittige Zwischenposition und zwei Endpositionen aufweist, und eine Federvorrichtung (7), die dazu tendiert, das bewegliche Element (3) zu einer der Endpositionen zurück zu bringen, in Abhängigkeit davon, dass es sich auf einer der Seiten in Bezug auf die genau mittige Position befindet, und eine Formgedächtnisvorrichtung (5, 9), um eine Verschiebung des beweglichen Elements (3) von einer der Endpositionen zu bewirken, und zwar gegen die Wirkung der obigen Federvorrichtung (7), zumindest bis die genau mittige Position überwunden wird,

wobei das elastische Mittel aus einer Federvorrichtung (7) besteht, die zwischen das bewegliche Element (3) und die feste Stützstruktur (2) zwischengestellt ist,

wobei das bewegliche Element (3) drehbar um eine Drehachse (4) auf der Stützstruktur (2) befestigt ist, und die obige Federvorrichtung (7) aus einer Spiralfeder besteht, deren ein Ende (8) an einem von der Drehachse (4) des drehbaren Elements (3) beabstandeten Punkt mit der Stützstruktur (2) verbunden ist und deren anderes Ende an einem von der Drehachse (4) beabstandeten Punkt (6) mit dem drehbaren Element (3) verbunden ist,

wobei die Formgedächtnisvorrichtung (5) mindestens einen Formgedächtnisdraht sowie Mittel zum Zuführen eines elektrischen Stroms durch ihn umfasst,

wobei das drehbare Element (3) in der Form einer Rolle ist und der Formgedächtnisdraht (5) mit beiden Enden (5a, 5b) an der festen Stützstruktur (2) angeschlossen ist und um das Rollenelement (3) herum abgelenkt wird, wobei der Formgedächtnisdraht (5) weiter steif mit dem drehbaren Element (3) verbunden ist,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Zuführvorrichtung (9) geeignet ist, um selektiv elektrischen Strom durch einen ersten Stromkreis (9a), welcher die Feder (7) und einen ersten Abschnitt (5a6) des Formgedächtnisdrahts (5) umfasst, und durch einen zweiten Stromkreis (9b), der dieselbe Feder (7) und einen zweiten Abschnitt (65b) des Formgedächtnisdrahts (5) umfasst, durchzuführen.
Bistabiler Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Formgedächtnisvorrichtung eine Vielzahl von Formgedächtnisdrähten umfasst, die dazwischen parallel angeordnet sind.






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