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Dokumentenidentifikation DE102004047354A1 06.04.2006
Titel Schaltungsanrordung umfassend wenigstens einen durch Zufuhr eines Strompulses oder Anlegen eines Magnetfelds in seiner Form veränderbaren Aktor
Anmelder Siemens AG, 80333 München, DE
Erfinder Rieger, Gotthard, Dr., 91058 Erlangen, DE;
Zeininger, Heinrich, Dr., 90587 Obermichelbach, DE;
Ludwig, Klaus, 91058 Erlangen, DE
DE-Anmeldedatum 29.09.2004
DE-Aktenzeichen 102004047354
Offenlegungstag 06.04.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 06.04.2006
IPC-Hauptklasse H01F 7/18(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse G01D 5/20(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   
Zusammenfassung Schaltungsanordnung, umfassend wenigstens einen durch Zufuhr eines Strompulses oder Anlegen eines Magnetfelds in seiner Form veränderbaren Aktor, der bei Erreichen einer bestimmten Temperatur oder bei Anliegen eines hinreichenden Magnetfelds seine Form ändert und sich änderungsbedingt bewegt, wobei ein über eine Spannungsversorgung (3) aufladbarer Kondensator (4) vorgesehen ist, der zur Gabe eines Strompulses zur Aktorerwärmung oder zur Magnetfelderzeugung durch Betätigen einer Schalteinrichtung (5, 6, 12) pulsartig entladbar ist.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung umfassend wenigstens einen durch Zufuhr eines Strompulses oder Anlegen eines Magnetfelds in seiner Form veränderbaren Aktor aus einer Formgedächtnislegierung, der bei Erreichen einer bestimmten Temperatur oder bei Anliegen eines hinreichenden Magnetfelds seine Form ändert und sich änderungsbedingt bewegt.

Über in ihrer Form veränderbare Aktoren können Stellaufgaben abgearbeitet werden, beispielsweise das Öffnen und Schließen eines Schalters oder das Bewegen von Gegenständen wie beispielsweise Klappen, Ventilen oder dergleichen. Als Aktoren können SMA-Aktoren (SMA = Shape-Memory-Alloy-Aktoren) oder MSM-Aktoren (MSM = Magnetic-Shape-Memory-Aktoren) verwendet werden.

SMA-Aktoren zeichnen sich dadurch aus, dass sie in Abhängigkeit ihrer Temperatur die Form ändern können. Man erreicht dies dadurch, dass man ihnen durch geeignete Formglühung eine Vorzugsrichtung aufprägt, in welcher sich die Körner bei der temperaturbedingten Phasenumwandlung bevorzugt ausrichten. Bekannt sind Ein-Weg-Aktoren, die bei einer Temperaturerhöhung ab Erreichen einer bestimmten Umwandlungstemperatur von der Form des kalten Zustands in eine andere wechseln, was durch die Phasenänderung von Martensit zu Austenit und das Kornwachstum in Richtung der aufgeprägten Vorzugsrichtung geschieht. Nach erneutem Erkalten bleibt der Aktor in der eingenommenen Form, das heißt, er wandelt seine Form nicht zurück. Zum Zurückführen sind beispielsweise mechanische Rückstellungen in Form von Rückstellfedern oder dergleichen vorzusehen. Als SMA-Aktoren sind ferner Zwei-Weg-Aktoren bekannt, die ihre Form zwischen "kaltem" und "warmem" Zustand automatisch wechseln.

Die MSM-Aktoren wandeln ihre Form bei Anliegen eines hinreichend hohen Magnetfelds. Sie werden wie auch SMA-Aktoren häufig in Form von Drähten, Federn oder Stäben ausgeführt und bestehen bevorzugt aus einer Heusler-Legierung oder einer NiMnGa-Legierung. Die Formänderung erfolgt als Linearbewegung, die auf durch das Anliegen eines Magnetfelds induzierte Verlagerungen der Korngrenzen im Martensit zurückzuführen sind. Das Formänderungsverhalten ist reversibel, das heißt, bei Anliegen eines um 90° gedrehten Magnetfelds kann die Korngrenzenverlagerung wieder zurückgeführt werden. Daneben ist es natürlich auch denkbar, dies mechanisch zu bewerkstelligen.

Die elektrische Ansteuerung sowohl der SMA- als auch der MSM-Aktoren (im einen Fall zur Erwärmung, im anderen Fall zur Magnetfelderzeugung) stellt in der Anwendung häufig eine schaltungstechnische Herausforderung dar, die sowohl durch die Rahmenbedingungen der Anwendung (Einbauvolumen, Sicherheitsfunktion, Kosten) und/oder durch die zur Verfügung stehende Stromversorgung (z.B. 230 V-Netzspannung) limitiert wird. Die 230 V-Netzspannung erfordert eine Transformation, da aufgrund der hohen Spannung und des geringen Widerstands zu hohe Ströme fließen würden, ferner ist häufig eine Phasenanschnittssteuerung für eine angepasste U-I-Kennlinie vonnöten. Im Übrigen ist für eine schnelle Auslösung der Formänderung des Aktorwerkstoffs zur Durchführung der ihm zugeordneten Stellaufgabe die elektrische Energie möglichst instantan im Aktorwerkstoff zu deponieren bzw. das magnetische Feld in kürzester Zeit in der erforderlichen Stärke aufzubauen. Wie beschrieben kommen bei bisherigen Ansteuerlösungen transformatorische DC- oder AC-Stromversorgungen in Verbindung mit Phasenanschnittssteuerungen etc. zum Einsatz, also Lösungen, die zur Bereitstellung von Strömen im Bereich mehrerer Ampere sowohl hohe Einbau-Volumina benötigen als auch hohe Kosten, die wesentlich über denen des Aktors selbst liegen können und daher erheblich in die Systemkosten eingehen, verursachen.

Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, eine Schaltungsanordnung anzugeben, die einfach konzipiert ist und die Bereitstellung der benötigten Energie zum Auslösen der Formänderung des Aktors in kürzester Zeit ermöglicht.

Zur Lösung dieses Problems ist bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art ein über eine Spannungsversorgung aufladbarer Kondensator vorgesehen, der zur Gabe eines Strompulses zur Aktorerwärmung oder zur Magnetfelderzeugung durch Betätigen eines Schaltelements pulsartig entladbar ist.

Die Erfindung schlägt zur Aktoransteuerung den Einsatz einer der Aktorikaufgabe angepassten Kondensatorentladung vor. Die Entladung eines Kondensators ermöglicht die extrem schnelle Bereitstellung der erforderlichen Energie, hier des erforderlichen Stroms, um den Aktor in kürzestmöglicher Zeit zu erwärmen bzw. in kürzestmöglicher Zeit das erforderliche Feld bzw. den hohen Feldpuls zu generieren. Die Energie des Kondensators steht – abgesehen von der sehr kurzen Zeit zur Aufladung nach einer vorangehenden Entladung – infolge der kontinuierlichen Aufladung des Kondensators über die Spannungsversorgung zu jedem Zeitpunkt zur Verfügung. Soll der Aktor schalten, so wird über die einfache Betätigung eines Schaltelements der Stromkreis geschlossen, der Kondensator kann die in ihm gespeicherte Energie konzentriert und schnell abgeben. Die Stromversorgung zum Laden des Kondensators kann mit geringer Leistung ausgelegt werden, weil der Kondensator die auf längere Zeit gespeicherte Energie schlagartig abgeben kann.

Der besondere Vorteil ist in der extrem schnellen, pulsartigen Bereitstellung der Energie zu sehen. Bei entsprechender Auslegung der Aktoren in ihrer Form bzw. im Querschnitt kann im Falle von SMA-Aktoren trotz der Hochohmigkeit die Energieeinleitung sehr schnell erfolgen, was zu der sehr schnellen Aufheizung und damit der schnellen Formänderung führt. Im Falle der MSM-Aktoren führt der sehr schnelle, hohe Feldpuls zur extrem schnellen Korngrenzenverlagerung und damit zur Formwandlung.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, die Schalteinrichtung derart auszubilden, dass sie einen Ausfall der Spannungsversorgung automatisch erfasst und automatisch die Entladung des Kondensators veranlasst. SMA- oder MSM-Aktoren kommen mitunter auch zur Durchführung sicherheitsrelevanter Stellaufgaben zum Einsatz, beispielsweise zum Schließen eines Ventils oder einer Klappe in einem Flüssigkeitskreislauf oder in Druckleitungen etc. um sicherzustellen, dass das über den Aktor betätigte Element im Falle einer Störung in einen nicht-kritischen Zustand überführt wird, erfolgt die erfindungsgemäße Selbstüberwachung der Einheit über die Schalteinrichtung. Beispielsweise kann ein Ventil zwangsweise geöffnet werden, um zu vermeiden, dass ein hoher oder übermäßiger Flüssigkeits- oder Gasdruck in einer Leitung oder einem Kessel bei Ausfall der Spannungsversorgung aufrecht bleibt, was gefährlich sein kann etc.. Hierzu dient die selbsttätige Überwachungsfunktion der über die Spannungsversorgung selbst versorgten Schalteinrichtung, die aufgrund ihrer eigenen Abhängigkeit von der Spannungsversorgung deren Funktion dauerhaft kontrolliert. Wird ein Ausfall der Spannungsversorgung, gleich welcher Art diese ist, erkannt, egal worauf dieser zurückzuführen ist, wird über die Schalteinrichtung automatisch die Entladung des Kondensators angesteuert und der Aktor zwangsweise betätigt, um das über den Aktor betätigte Element in eine unkritische, aus sicherheitstechnischer Sicht sichere Position zu bewegen. Dies wirkt sich insbesondere bei MSM-Aktoren vorteilhaft aus, da diese auch nach Abklingen des Feldes ihre Form beibehalten. SMA-Aktoren können z.B. in der entladungsbedingt eingenommenen Stellung zwangsweise in diesem sicherheitsrelevanten Fall mechanisch zurückgehalten werden, um ein abkühlungsbedingtes Rückstellen zu vermeiden. Ein solcher Ausfall kann z.B. ein Ausfall der gesamten Versorgung einer größeren Anlage, z.B. eines Kraftwerks oder von Teilen davon sein, so dass eine Zwangsbetätigung des dem Aktor zugeordneten Elements erforderlich ist, auch wenn diese nicht unmittelbar von der von der Schalteinrichtung direkt überwachten Spannungsversorgung versorgt wird. Denkbar ist aber auch der Fall, dass das Element direkt von der überwachten Spannungsversorgung gespeist wird, so dass sich deren Ausfall unmittelbar auf das Element auswirkt.

In einer ersten Erfindungsausgestaltung kann in diesem Zusammenhang vorgesehen sein, dass die Schaltungseinrichtung ein Relais, das den Entladestromkreis öffnet und schließt, umfasst, wobei das Relais an der Spannungsversorgung liegt und derart geschaltet ist, dass es bei arbeitender Spannungsversorgung das Schaltelement in der geöffneten Stellung hält und bei Ausfall der Spannungsversorgung das Schaltelement schließt.

Im Falle der Verwendung eines Relais bleibt das Relais z.B. geöffnet, wenn die Spannungsversorgung arbeitet und das Relais unter Spannung steht. Bei einem Ausfall fällt die Spannung abrupt ab und das Relais schließt, wodurch das mechanisch gekoppelte Schaltelement mitgenommen wird und den Entladestromkreis schließt.

Alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass die Schalteinrichtung einen Halbleiterschalter, insbesondere einen Transistor und eine mit der Spannungsversorgung verbundene Ansteuerschaltung umfasst, die bei arbeitender Spannungsversorgung den Halbleiterschalter in gesperrtem Zustand hält und bei Ausfall der Spannungsversorgung den Halbleiterschalter in Durchlass schaltet.

Hier wird die Funktion über eine entsprechend den Erfordernissen zum Ansteuern des Halbleiterschalters ausgelegte Ansteuerschaltung, die mit der Spannungsquelle kommuniziert, überwacht. Sobald ein Spannungsabfall erkannt wird, wird der bis dahin sperrende, den Entladestromkreis öffnende Halbleiterschalter leitend geschaltet und so der Entladestromkreis zur Aktorbetätigung geschlossen.

Beide Ausführungsformen stellen sehr einfache Realisierungen einer kontinuierlichen Funktionsüberwachungsschaltung dar, die in ihrer Funktion zuverlässig arbeiten und in ihrer Auslegung einfach gehalten und damit kostengünstig zu realisieren sind.

Damit eine Betätigung des Aktors nicht nur im Falle einer erfassten Störung möglich ist, sondern zu beliebigen Zeitpunkten, der Aktor also als reversibel betätigbares Stellelement eingesetzt werden kann, sieht eine Weiterbildung der Erfindung vor, dass eine mit dem Relais oder der Ansteuerschaltung kommunizierende Steuerungseinrichtung vorgesehen ist, über die das Relais oder die Ansteuerschaltung aktiv zum Betätigen des Schaltelements bzw. des Halbleiterschalters ansteuerbar ist. Diese Steuerungseinrichtung ist dabei so ausgelegt, dass über sie z.B. das Relais geschlossen werden kann, wenngleich diese korrekt über die Spannungsversorgung versorgt wird. Hierüber können beliebige Stellaufgaben abgearbeitet werden, wenngleich stets die Funktionskontrolle gegeben ist und im Störungsfall die Zwangsbetätigung eingeleitet werden kann.

Der verwendete Kondensator sollte eine hohe Kapazität von ca. 1000 bis 10000 &mgr;F aufweisen. Beispielsweise können Kondensatoren vom Typ "SuperCap" verwendet werden, welche die notwendige hohe Kapazität in einem sehr kleinen Kondensatorvolumen bereitstellen. Der geringe Innenwiderstand solcher Kondensatoren ermöglicht einen guten Wirkungsgrad sowie hohe Schaltzyklen bei hoher Schaltfrequenz, die im kHz-Bereich liegen kann, wobei die Schaltfrequenz bei MSM-Aktoren aufgrund der fehlenden Abkühlung im Vergleich zu SMA-Aktoren etwas höher sein kann. Hohe Schaltzyklen kommen dann zum tragen, wenn eine Steuerungseinrichtung für einen aktiven Schaltbetrieb vorgesehen ist.

Die Spannungsversorgung kann entweder eine Gleichspannung oder eine Wechselspannung mit einem nachgeschalteten Gleichrichter, insbesondere in Form einer Diode sein. Verwendet werden kann eine autarke Leistungsversorgung wie eine Batterie oder ein Akkumulator, gleichermaßen aber auch eine Netzspannung. Etwaige Transformationen, besondere Steuerungen oder dergleichen sind hier nicht erforderlich, da über die Leistungsversorgung lediglich die kontinuierliche Kondensatoraufladung bewerkstelligt werden muss, nicht aber eine direkte Beaufschlagung des Aktors selbst erfolgt.

Um sicherzustellen, dass sich der Kondensator ausschließlich über den Aktor entlädt, nicht aber über die Spannungsquelle, ist zweckmäßigerweise ein oder sind mehrere Widerstände vorgesehen, der oder die eine Entladung über die Spannungsversorgung und/oder das Relais oder die Ansteuerschaltung verhindern.

Das Schaltelement kann ein beliebiges Schaltelement sein, das den Entladestromkreis schließt. Denkbar ist wie beschrieben ein elektromagnetisches Relais. Alternativ kann auch ein Halbleiterschalter, insbesondere ein Transistor, verwendet werden. Das jeweilige Schaltelement wird, wenn ein aktiver Schaltbetrieb für den Aktor über eine Steuerungseinrichtung vorgesehen ist, nur sehr kurz für die Dauer der Entladung und damit die Dauer bis zum Erreichen der ausreichenden Erwärmung bzw. Feldstärke geschlossen und danach zur Ermöglichung der erneuten Kondensatoraufladung sofort wieder geöffnet. Bei Verwendung eines SMA-Aktors kann ein solcher verwendet werden, der bei hinreichender Abkühlung wieder in die Ausgangsform zurückgeht. Für die sicherheitsrelevante Zwangsabschaltung kann eine mechanische oder elektromechanische Rückhalteeinrichtung vorgesehen sein, die den Aktor in der erwärmungsbedingt eingenommenen Form arretiert, da in diesem Fall vermieden werden muss, dass das über ihn betätigte Element wieder zurückgestellt wird, z.B. ein unbedingt zu öffnendes Ventil also wieder geschlossen wird. Die Rückhalteeinrichtung kann z.B. ebenfalls über das Relais oder die Ansteuerschaltung angesteuert werden. Bei Verwendung eines an dem zu betätigbaren Element angeordneten MSM-Aktors, der vorteilhaft auch für Stellaufgaben verwendet werden kann, bei denen das zu betätigende Element und damit auch der Aktor über eine Wand o.dgl. von dem das Magnetfeld erzeugenden Schaltungsteil getrennt sind, nachdem es hier allein auf die magnetische Kopplung ankommt, ist eine solche Rückhalteeinrichtung nicht erforderlich, da dieser Aktor die einmal eingenommene Form nicht ohne erneuten Feldimpuls wechselt, er verbleibt also in der eingenommenen Form. Soll aber ein aktiver Schaltbetrieb erfolgen, wäre entweder über die Steuerungseinrichtung die Erzeugung eines magnetischen Ansteuerfelds mit um 90° gedrehter Feldrichtung einzuleiten, oder eine über die Steuerungseinrichtung ansteuerbare mechanische oder elektromechanische Rückholeinrichtung, über die der Aktor wieder in die Ausgangsstellung gezwungen wird, vorzusehen.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:

1 eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung nach einer ersten Ausführungsform,

2 eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Schaltungseinheit nach einer zweiten Ausführungsform, und

3 eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Schaltungseinheit nach einer dritten Ausführungsform.

1 zeigt eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung 1 einer ersten Ausführungsform, umfassend einen Aktor 2, im gezeigten Beispiel einen SMA-Aktor. Dieser ist mit einem nicht näher gezeigten Element verbunden, das er bedingt durch seinen steuerungsmäßig zu einem beliebigen Zeitpunkt auslösbaren Formänderungseffekt bewegen, also stellen kann. Denkbar ist beispielsweise ein zu öffnender oder zu schließender Ventilstößel oder eine Leitung öffnende und schließende Klappe etc. Bei dem SMA-Aktor kann es sich um einen beliebig hinsichtlich des verwendeten Legierungsmaterials ausgelegten Aktor handeln, es kann ein Ein- oder ein Zwei-Weg-Aktor sein.

Die Schaltungsanordnung 1 umfasst ferner eine Spannungsversorgung 3, bei der es sich um eine beliebige Versorgung handeln kann, z.B. eine Batterie, einen Akkumulator oder eine Netzversorgung. Über die Spannungsversorgung 3 wird ein Energiespeicher in Form eines Kondensators 4 kontinuierlich aufgeladen. Um die im Kondensator 4 gespeicherte Energie zu einem bestimmten Zeitpunkt zu entladen und dem Aktor 2 zur Verfügung zu stellen, so dass dieser bedingt durch den durch ihn fließenden Strom erwärmt wird und die Formänderung ab Erreichen der Phasenumwandlungstemperatur erfolgt, ist eine Schalteinrichtung umfassend ein Schaltelement in Form eines Relais 6 bestehend aus Spule und Schaltelement vorgesehen. Das Relais ist durch die von der gestrichelten Linie umfassten Spule und das Schaltelement 5 dargestellt. Das Relais 6 selber wird über eine Steuerungseinrichtung 7 angestoßen und selber über die Spannungsversorgung 3 versorgt. Zur Vermeidung, dass die Entladung des Kondensators 4 über die Spannungsversorgung 3 oder das Relais 6 erfolgt, sind im gezeigten Beispiel zwei Vorwiderstände 8 vorgesehen, von denen der zwischen Spannungsquelle 3 und Kondensator 4 geschaltete Vorwiderstand 8 hochohmiger als der zweite Vorwiderstand 8, der dem Relais 6 nachgeschaltet ist, sein sollte.

Soll nun der Aktor seine Stellaufgabe ausführen, wird über die Steuerungseinrichtung 7 das Relais 6 angesteuert, das das integrierte Schaltelement 5 betätigt, so dass der zum Aktor führende Stromkreis geschlossen wird. Im Moment des Schließens des Schaltelements 5 wird der Kondensator 4, der über die Spannungsversorgung 3 kontinuierlich vollständig aufgeladen ist, entladen, so dass ein hoch energetischer Puls auf den Aktor gegeben wird. Dieser erwärmt sich aufgrund der ihm übertragenen hohen Energie bzw. der hohen anliegenden Stromdichte in kürzester Zeit und nimmt den Phasenwechsel und mithin die Betätigung des ihm zugeordneten Stellelements vor. Solange das Schaltelement 5 geschlossen ist, fließt Strom über den Aktor, das heißt, dieser bleibt erwärmt und in der temperaturbedingt eingenommenen Form, wobei der Dauerstrom geringer als der Pulsstrom ist. Wird das Schaltelement 5 geöffnet, erfolgt die erneute Aufladung des Kondensators, der Aktor kühlt ab und kann beispielsweise über ein mechanisches Rückholelement, z.B. eine Rückholfeder, die nicht näher gezeigt ist, in die der niedrigen Temperatur zugeordnete Ausführungsposition zurückgebracht werden. Ein neuer Schaltzyklus kann erfolgen. Im Hinblick auf die extrem schnelle Aufladung wie auch Entladung des Kondensators 4 können hohe Schaltzyklen im kHz-Bereich realisiert werden.

Daneben dient die Schalteinrichtung der automatischen und kontinuierlichen Überwachung der Funktion der Spannungsversorgung 3. Das Relais 6 wird über die Spannungsversorgung 3 bei korrekter Funktion derselben kontinuierlich bestromt. In diesem Fall ist es offen, das Schaltelement wird hierüber ebenfalls in der geöffneten Stellung gehalten. Sobald aber ein Spannungsabfall eintritt, z.B. bei einem Defekt der Spannungsversorgung, wird das Relais 6 nicht mehr oder nicht mehr ausreichend bestromt, so dass es automatisch umschaltet und schließt, wobei das mechanisch gekoppelte integrierte Schaltelement 5 bewegt und der Entladestromkreis geschlossen wird. Der Kondensator 4 wird entladen und der Aktor erwärmt und damit betätigt, worüber z.B. das zu stellende Ventil betätigt und beispielsweise geöffnet wird.

2 zeigt eine Schaltungsanordnung 1, die im Wesentlichen der Schaltungsanordnung 1 aus 1 entspricht, jedoch ist hier als Aktor 2 ein SMS-Aktor vorgesehen. Der Aktor 2 ist als Spulenkern 9 ausgeführt, im gezeigten Beispiel in länglicher Form, ihn umgibt die Spule 10.

Des Weiteren ist hier als Spannungsversorgung 3 – anders als die Gleichspannungsquelle in 1 – eine Wechselspannungsquelle vorgesehen, der ein Gleichrichter, hier eine Diode 11, nachgeschaltet ist. Hierüber kann die kontinuierliche Aufladung des Kondensators 4 sichergestellt werden. Bei dieser Schaltungsanordnung wird im Falle des Schließens des Schaltelements 5 über das Relais 6 bei Ansteuerung über die Steuerungseinrichtung 7 die Spule 10 bestromt, die aufgrund des Strompulses einen hohen magnetischen Feldpuls erzeugt, der zur Formänderung des Aktors 2, hier also des Kerns 9, führt. Dieser führt eine Längendehnung aus, wie durch den Doppelpfeil dargestellt ist. Auch hier ist der Aktor 2, also der Kern 9, mit einem nicht näher gezeigten Stellelement gekoppelt, mit dem er mit dem einen Ende verbunden ist, während das andere Ende lagefest angeordnet ist.

Bei einem SMS-Aktor ist, nachdem der Aktor bei abfallendem Feld seine Form beibehält, eine länger dauernde Bestromung nicht erforderlich, vielmehr kann das Schaltelement 5 sofort wieder geöffnet werden. Die Rückstellung des Aktors 2 kann auch hier mechanisch über eine Rückholfeder oder dergleichen erfolgen, gegebenenfalls kann auch eine Erzeugung eines um 90° gedrehten Magnetfelds durch Umkehr des Stromflusses über die Spule 10 die Rückstellung bewirken.

Hinsichtlich der automatischen Überwachungsfunktion gelten die Ausführungen zur Schaltungsanordnung nach 1 entsprechend. Auch hier überwacht das von der Spannungsversorgung bestromte Relais 6 kontinuierlich die Funktion derselben und betätigt das Schaltelement 5 automatisch, so dass der Kondensator entladen und das Schaltmagnetfeld zur Aktorbetätigung aufgebaut werden kann.

Schließlich zeigt 3 eine weitere Ausführungsform einer Schaltungsanordnung 1, bei der als Aktor 2 wiederum ein SMA-Aktor vorgesehen ist. Als Schaltelement 5 kommt hier jedoch ein Halbleiterschalter in Form eines Transistors 12 zum Einsatz, der ebenfalls direkt über eine Steuerungseinrichtung 7 dann angesteuert und leitend wird, wenn der Aktor 2 zu betätigen ist. Auch hier erfolgt die kontinuierliche Aufladung des Aktors über eine in diesem Fall als Gleichspannungsquelle ausgebildete Spannungsquelle 3.

Die automatische Überwachungsfunktion ist hier über eine Ansteuerschaltung 13 realisiert, die mit der Spannungsversorgung 3 kommuniziert oder über diese versorgt wird. Sie ist zur Erfassung einer hinreichenden, auf einen Störfall hinweisenden Spannungserniedrigung ausgelegt. Wird eine solche erfasst, schaltet die Ansteuerschaltung 13 den Halbleiterschalter sofort in Durchlass, so dass der Entladestromkreis geschlossen wird, die pulsartige Entladung des Kondensators erfolgt und der Aktor zur Durchführung der zwangseingeleiteten Stellaufgabe angesteuert wird. Die Ansteuerschaltung 13 ist entsprechend der Ansteuererfordernisse des Halbleiterschalters 12 ausgelegt.

Abschließend ist festzuhalten, dass auch im Falle der Ausführungsformen gemäß der 1 und 2 die Steuerungseinrichtung das Schaltelement 5 direkt für den aktiven Schaltbetrieb ansteuern kann, wie dies bzgl. 3 beschrieben ist, bei der umgekehrt auch eine aktive Ansteuerung seitens der Steuerungseinrichtung 7 über die Ansteuerschaltung 13 möglich ist. Auch können sofern nötig Rückhalteinrichtungen für den im Störfall zwangsweise betätigten und ausgelenkten Aktor vorgesehen sein, die gegebenenfalls auch z.B. über das Relais oder die Ansteuerschaltung oder die Steuerungseinrichtung betätigt werden können.


Anspruch[de]
  1. Schaltungsanordnung umfassend wenigstens einen durch Zufuhr eines Strompulses oder Anlegen eines Magnetfelds in seiner Form veränderbaren Aktor, der bei Erreichen einer bestimmten Temperatur oder bei Anliegen eines hinreichenden Magnetfelds seine Form ändert und sich änderungsbedingt bewegt, dadurch gekennzeichnet, dass ein über eine Spannungsversorgung (3) aufladbarer Kondensator (4) vorgesehen ist, der zur Gabe eines Strompulses zur Aktorerwärmung oder zur Magnetfelderzeugung durch Betätigen einer Schalteinrichtung (5, 6, 12) pulsartig entladbar ist.
  2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung (5, 6, 12) derart ausgebildet ist, dass sie einen Ausfall der Spannungsversorgung (3) automatisch erfasst und automatisch die Entladung des Kondensators veranlasst.
  3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungseinrichtung ein Relais (6) und ein den Entladestromkreis öffnendes und schließendes, in das elektromagnetische Relais (6) integriertes Schaltelement (5) umfasst, wobei das Relais (6) an der Spannungsversorgung (3) liegt und derart geschaltet ist, dass es bei arbeitender Spannungsversorgung (3) das Schaltelement (5) in der geöffneten Stellung hält und bei Ausfall der Spannungsversorgung (3) das Schaltelement (5) schließt.
  4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung einen Halbleiterschalter (12), insbesondere einen Transistor und eine mit der Spannungsversorgung (3) verbundene Ansteuerschaltung umfasst, die bei arbeitender Spannungsversorgung (3) den Halbleiterschalter (12) in gesperrtem Zustand hält und bei Ausfall der Spannungsversorgung (3) den Halbleiterschalter (12) in Durchlass schaltet.
  5. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine mit der Schalteinrichtung, insbesondere mit dem Relais (6) oder der Ansteuerschaltung kommunizierende Steuerungseinrichtung (7) vorgesehen ist, über die die Steuereinrichtung, insbesondere das Relais (6) oder die Ansteuerschaltung aktiv zum Betätigen der Schalteinrichtung zur Kondensatorentladung, insbesondere zum Betätigen des Schaltelements (5) bzw. des Halbleiterschalters (12) ansteuerbar ist.
  6. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (4) eine Kapazität von 1000 bis 10000 &mgr;F aufweist.
  7. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie Spannungsversorgung (3) eine Gleichspannungs&sgr;ersorgung ist, oder dass die Spannungsversorgung (3) eine Wechselspannungsversorgung ist, der ein Gleichrichter, insbesondere eine Diode (11) nachgeschaltet ist.
  8. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Widerstände (8) vorgesehen ist, der oder die eine Entladung des Kondensators (4) über die Spannungsversorgung (3) und/oder das Relais (6) oder die Ansteuerschaltung verhindert.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






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