DE10217061A1 - Durchflusseinsteller für strömende Medien - Google Patents

Abstract

Der Durchflusseinsteller (1) für strömende Medien enthält als ein Schließelement (5) einen beweglich gelagerten Stellschieber, mittels dessen jeweils eine von mehreren Öffnungen (3, 4), durch die das Medium strömen kann, verschließbar ist. Das Schließelement (5) ist senkrecht zur Strömungsrichtung in die jeweilige Stellung über zwei mit ihm bewegungsgekoppelte und separat bestrombare Stellaktoren (8, 9) aus einer Formgedächtnis-Legierung mit Ein-Weg-Effekt bewegbar. Dabei ist die Form jedes Stellaktors (8, 9) nur zur Einnahme der jeweiligen Position des Stellschiebers (5) mittels Bestromens zu ändern.

Description

• Die Erfindung betrifft einen Durchflusseinsteller für strömende Medien mit einem beweglich gelagerten Schließelement, mittels dessen jeweils eine von mehreren Öffnungen, durch die das Medium strömen kann, verschließbar ist, und das zwei mit dem Schließelement bewegungsgekoppelte und separat erwärmbare Stellaktoren aus einer Formgedächtnis-Legierung umfasst, wobei jeder Stellaktor bei einer vorbestimmten Erwärmung seine Form so ändert, dass das Schließelement formänderungsbedingt in eine jeweilige, vorbestimmte Stellung über ein Stellmittel zu bewegen ist. Ein entsprechender Durchflusseinsteller geht aus der DE 198 22 735 A1 hervor.
• Derartige Durchflusseinsteller kommen beispielsweise in Geschirrspülmaschinen zum Einsatz. Mittels ihnen ist es dort möglich, das Spülwasser verschiedenen an den Durchflusseinsteller angeschlossenen Rohrleitungen zuzuführen, die bei diesem Anwendungsfall jeweils zu einem separaten Sprüharm führen, von denen einer im oberen und der andere im unteren. Spülmaschinenbereich angeordnet ist. Durch entsprechende Einstellung des Schließelements kann man hier beliebige Spülprogramme ablaufen lassen.
• Bei bekannten Geschirrspülmaschinen umfasst der Durchflusseinsteller einen Elektromotor, über den eine das Schließelement bildende Lochscheibe über die Öffnungen gedreht wird, wobei jeweils die Öffnung geöffnet und mediumführend ist, vor die das Loch gedreht wurde. Nachteilig dabei ist, dass die bei dem bekannten Durchflusseinsteller verwendeten Elemente teuer sind und beachtlich viel Platz einnehmen.
• Wegen dieser Schwierigkeit wird bei dem aus der eingangs genannten DE 198 22 735 A1 zu entnehmenden Durchflusseinsteller, der ein Ventil darstellt, statt eines Elektromotors ein Ventilstellglied vorgesehen, das mittels zweier Federn aus einer Formgedächtnis-Legierung in zwei Arbeitsstellungen bringbar ist, in welchen das Ventilstellglied jeweils den Strömungsweg zwischen einem Zuflussanschluss und zweier Abflussanschlüsse freigibt. Das Ventilstellglied ist somit im Strömungsweg des Mediums angeordnet, wo es zwischen zwei den Strömungsweg seitlich abdichtenden, verschiebbaren Dichtungsscheiben starr befestigt ist. Durch eine Erwärmung der Federn aus der Formgedächtnis-Legierung wird eine Verschiebung des Ventilsitzes in die jeweilige Endstellung bewirkt, in der ein Dichtkegel des Ventilstellgliedes in einen entsprechenden Ventilsitz einrastet und so den Strömungsweg blockiert. Die Erwärmung der Federn erfolgt jedoch jeweils indirekt über eine konzentrische Heizspirale. Damit ist die Einnahme der jeweiligen Stellung des Ventilstellgliedes entsprechend träge. Außerdem wirkt auf die den jeweils freigegebenen Strömungsweg begrenzende Dichtungsscheibe der Druck des strömenden Mediums, so dass zum Aufbau einer entsprechenden Gegenkraft die zugehörende Feder aus der Formgedächtnis-Legierung permanent erwärmt werden muss. Der entsprechende apparative Aufwand ist bei dem bekannten Durchflusseinsteller dementsprechend hoch.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, den Durchflusseinsteller mit den eingangs genannten Merkmalen dahingehend auszugestalten, dass bei ihm mit geringerem apparativen Aufwand die jeweilige Stellung eines Schließelementes ermöglicht wird.
• Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dabei soll das Schließelement als ein zungenartiger Stellschieber ausgebildet sein, der senkrecht zur Strömungsrichtung des Mediums bewegbar ist, und sollen die aus einer Ein- Weg-Effekt zeigenden Formgedächtnis-Legierung ausgebildeten Stellaktoren nur zur Einnahme der jeweiligen Position des Stellschiebers mittels Bestromens aufzuwärmen sein.
• Die mit dieser Ausgestaltung des Durchflusseinstellers verbundenen Vorteile sind insbesondere darin zu sehen, dass mit der besonderen Gestaltungsform und der besonderen Anordnung des Schließelementes ein Versperren des jeweiligen Strömungsweges möglich ist, ohne dass es eines besonders großen Kraftaufwandes seitens der Stellaktoren bedarf. Da die Stellaktoren durch Bestromen erwärmt werden, ist ihr schnelles Aufheizen zu gewährleisten, so dass die Einnahme der jeweiligen Position des Stellschiebers entsprechend schnell erfolgt.
• Besonders vorteilhaft ist es, dass die Stellaktoren aus Formgedächtnis-Legierungen mit Ein-Weg-Effekt gebildet sind. Damit wird ermöglicht, dass der zur Einnahe einer neuen Position des Stellgliedes zu erwärmende Stellaktor nur kurzfristig während des Stellvorganges zu erwärmen ist. Denn die Ein- Weg-Eigenschaft gewährleistet, dass auch nach einem Abkühlen des zuvor aktivierten Stellaktors dieser seine Form beibehält. Es ist somit eine quasi nur pulsartige Bestromung der einzelnen Stellaktoren erforderlich, der nicht nur schnelle Umschaltvorgänge gewährleistet, sondern auch während eines Dauerbetriebs des Durchflusseinstellers einen entsprechend geringen elektrischen Leistungsbedarf bedingt.
• Dabei können die Stellaktoren derart arbeiten, dass das Schließelement bei jeweiliger Bestromung der Stellaktoren in entgegengesetzte Richtung bewegbar ist. Das heißt, wird der eine Stellaktor bestromt, so bewegt sich das Schließelement in die eine diesem Aktor zugeordnete Richtung. Wird der andere Stellaktor bestromt wird das Schließelement in die entgegengesetzte Richtung bewegt.
• Besonders zweckmäßig ist es, wenn bei gleichzeitiger Bestromung beider Stellaktoren das Schließelement in eine Mittelstellung zwischen zwei Öffnungen, diese höchstenfalls teilweise schließend bringbar ist. Dies bietet die Möglichkeit, z. B. im Falle einer Anwendung des Durchflusseinstellers bei einer Geschirrspülmaschine im Bedarfsfall auch beide Öffnungen mit dem Spülwasser versorgen zu können, so dass beide Sprüharme versorgt werden.
• Die Stellaktoren selbst sind zweckmäßigerweise über einen Hebelmechanismus mit dem Schließelement bewegungsgekoppelt. Als Schließelement kann z. B. ein schwenkgelagerter Stellschieber sein, der anstelle der Schwenklagerung aber auch verschiebbar gelagert sein kann. Denkbar ist auch die Verwendung einer Dichtkugel oder dergleichen.
• Gemäß einer ersten Erfindungsausgestaltung sind die Stellaktoren als zwei separate Federelemente ausgebildet. Als Federelemente können Spiralfedern eingesetzt werden, gleichermaßen denkbar sind aber auch z. B. Blattfedern oder Blattfederpakete. Die Federelemente können dabei derart angeordnet sein, dass die Wirkrichtungen der formwandlungsbedingten Änderungen im Wesentlichen direkt einander entgegengerichtet sind. Das heißt, die Federelemente bewegen sich also formwandlungsbedingt gegeneinander. Dabei sind zweckmäßigerweise die als Spiralfedern ausgebildeten Federelemente in einer Ebene nebeneinander liegend angeordnet, sie greifen an einem zwischen ihnen angeordneten, mit dem Schließelement bewegungsgekoppelten Hebelmechanismus an.
• Alternativ hierzu ist es auch denkbar, dass die Federelemente derart angeordnet sind, dass die Wirkrichtung in ihrer formwandlungsbedingten Änderung in Wesentlichen parallel zueinander liegen. Hier sind die z. B. als Spiralfedern ausgebildeten Federelemente parallel nebeneinanderliegend angeordnet und greifen an einem zwischen ihnen angeordneten, mit dem Schließelement bewegungsgekoppelten Hebelmechanismus an. Auch diese Ausgestaltungsmöglichkeit ist bei Blattfedern gleichermaßen realisierbar.
• Alternativ zur Verwendung von Federelementen können nach einer zweiten Erfindungsalternative die Stellaktoren auch in Form eines Drahts ausgebildet sein. Auch ein Draht zeigt wie ein Federelement eine hinreichende formwandlungsbedingte Längenänderung, die, da sie quasi direkt ist, bezogen auf die Länge des Drahtes im Vergleich zur Länge z. B. der Spiralfeder demgegenüber noch größer ist.
• Nach einer ersten Erfindungsalternative kann dabei jeder Stellaktor mittels eines separaten Drahts gebildet sein, wobei jeder Draht insoweit mit dem Hebelmechanismus bewegungsgekoppelt ist. Alternativ dazu bietet sich auch die Möglichkeit, die beiden Stellaktoren mittels eines gemeinsamen Drahts zu realisieren, der abschnittsweise unter Bildung je eines Stellaktors bestrombar ist. Durch geeignete Positionierung der zum Bestromen des jeweiligen Abschnitts erforderlichen Kontakte kann auf diese einfache Weise unter Verwendung lediglich eines Drahtes der jeweilige Stellaktor gebildet werden. Zur Realisierung dieser Ausführungsform kann der Draht mit seinen beiden Enden an einem mit dem Schließelement bewegungsgekoppelten Hebelmechanismus angeordnet sein, wo ein erster der Bestromung dienender Kontakt realisiert ist. Vorzugsweise in der Mitte bezogen auf die Länge des Drahtes ist ein zweiter feststehender Bestromungskontakt positioniert, mit dem der Draht z. B. über eine Crimpverbindung elektrisch verbunden ist.
• Alternativ hierzu kann die zwei separate. Drähte vorsehende Erfindungsausgestaltung in der Form realisiert sein, dass jeder Draht mit einem Ende an einem mit dem Schließelement bewegungsgekoppelten Hebelmechanismus angeordnet ist, wo jeweils ein erster der Bestromung dienender Kontakt realisiert ist, und wobei das jeweils andere Ende eines Drahtes mit einem zweiten Bestromungskontakt verbunden ist. Hier braucht man also zwei separate zweite Bestromungskontakte. Jedoch können auch hier beide Drähtchen an einem gemeinsamen zweiten Bestromungskontakt liegen, ähnlich wie bei der Ein-Draht- Ausführungsform, wobei jedoch hier zwei separate Drähte verwendet werden.
• Generell sind zweckmäßigerweise die jeweiligen mit dem Hebelmechanismus verbundenen Drahtenden an den äußeren Enden des Hebelarms angeordnet.
• Nach einer zweckmäßigen Weiterbildung des Erfindungsgedankens kann vorgesehen sein, dass der oder die Drähte umgelenkt und einander kreuzend von den ersten zu dem oder den zweiten Bestromungskontakten verlaufen. Insbesondere die Umlenkung bietet die Möglichkeit, die Drähte zumindest nahe des Hebelmechanismus unter einem bestimmten Winkel zu diesem verlaufen zu lassen, was für die Krafteinleitung während der formwandlungsbedingten Verkürzung des jeweiligen Stellaktors und damit der Hebelbewegung von Vorteil ist.
• Im Falle der Ausführungsform der Stellaktoren in Form eines oder zweier Drähte ist es zweckmäßig, wenn der oder die Drähte in einer schlauchartigen Hülle, insbesondere aus Teflon geführt sind. Dies bietet eine einfache Verlegbarkeit der Drähte, in einer Teflonhülle sind die Drähte auch sehr reibungsarm aufgenommen.
• Das Stellmittel und der Hebelmechanismus sind zweckmäßigerweise an einer Seite der Seitenwand eines Einstellergehäuses und das Schließelement an der anderen Seite angeordnet, wobei der Hebelmechanismus mit dem Schließelement über eine die Wand durchsetzende Verbindung gekoppelt ist. Dabei kann der Hebelmechanismus wenigstens einen um eine Achse verschwenkbaren Hebelarm umfassen, wobei der Hebelarm und das schwenkbar gelagerte Schließelement um dieselbe Achse schwenkbar sind.
• Der Hebelmechanismus umfasst zweckmäßigerweise zwei um eine gemeinsame Achse schwenkbare Hebelarme, wobei die Hebelarme einstückig miteinander verbunden sein können. Alternativ hierzu können die Hebelarme auch separat bewegbar sein, wobei an jedem Hebelarm ein vorspringender Mitnehmer vorgesehen ist, der in eine an einer drehbaren Mitnehmerplatte vorgesehene Mitnehmernut eingreift, wobei die Mitnehmerplatte mit dem Schließelement bewegungsgekoppelt ist.
• Schließlich kann vorgesehen sein, dass jedem Stellaktor insbesondere dem oder den drahtförmigen Stellaktoren ein Rückstellglied zugeordnet ist, das bei einer Formwandlung des Stellglieds eine Rückstellkraft erzeugt. Als Stellaktoren werden zweckmäßigerweise Ein-Weg-Aktoren verwendet, die bei Erwärmen über eine bestimmte Umwandlungstemperatur ihre Form wandeln, diese gewandelte Form aber beim Abkühlen beibehalten. Bekannte Ein-Weg-Aktoren zeigen bei einer Temperaturerhöhung ab Erreichen der genannten Umwandlungstemperatur eine Phasenänderung von Martensit zu Austenit und ein Kornwachstum in Richtung einer aufgeprägten Vorzugsrichtung, womit die Wandlung der Form von der des kalten Zustands in eine andere, aufgeprägte Form einhergeht. Martensit ist im Vergleich zu Austenit deutlich weicher, das heißt, die Phase ändert sich von weich zu hart, was es ermöglicht, mittels derartiger Aktoren beachtliche Kräfte übertragen zu können. Nach dem Erkalten behält der Aktor die eingenommene Form bei, das heißt, er wandelt seine Form nicht zurück, wohl aber die Phase. Beim Abkühlen wandelt sich also der Austenit wieder in den weicheren Martensit um.
• Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen
• Fig. 1 eine Prinzipdarstellung eines Durchflusseinstellers einer ersten Ausführungsform mit zwei Federelementen mit dem Schließelement in einer ersten Stellung,
• Fig. 2 der Durchflusseinsteller aus Fig. 1 mit dem in einer zweiten Stellung befindlichen Schließelement,
• Fig. 3 den Durchflusseinsteller aus Fig. 1 mit in einer Mittelstellung befindlichem Schließelement,
• Fig. 4 einen Durchflusseinsteller einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform mit zwei Federelementen,
• Fig. 5 einen Durchflusseinsteller einer dritten erfindungsgemäßen Ausführungsform mit aus einem Draht bestehenden Stellaktoren mit einem sich in einer Mittelstellung befindlichen Schließelement,
• Fig. 6 eine teils geschnittene Draufsicht des Durchflusseinstellers aus Fig. 5 zur Darstellung der Bewegungskopplung, und
• Fig. 7-11 den Durchflusseinsteller aus Fig. 5 in verschiedenen Stellpositionen.
• Bei einem Durchflusseinsteller nach der Erfindung umfasst dessen Stellmittel zwei mit einem besonderen Schließelement bewegungsgekoppelte und separat bestrombare Stellaktoren aus einer Formgedächtnis-Legierung. Dabei kann jeder Stellaktor bei einer Bestromung seine Form ändern, so dass das Schließelement formänderungsbedingt in eine jeweilige, vorgegebene Stellung bewegt wird.
• Fig. 1 zeigt in Form einer Prinzipskizze einen erfindungsgemäßen Durchflusseinsteller 1 einer ersten Ausführungsform. An einem Wandabschnitt 2 z. B. eines Durchflusseinstellergehäuses sind zwei Öffnungen 3, 4 vorgesehen, durch die ein flüssiges oder gasförmiges Medium strömen kann. Bei dem Wandabschnitt kann es sich z. B. um ein separates Durchflusseinstellergehäuse handeln, an das bzw. an dessen Öffnungen 3, 4 entsprechende Rohrleitungen, z. B. Wasserrohrleitungen angeschlossen werden können. Gleichermaßen kann es sich dabei auch um jeden beliebigen Wandabschnitt eines sonstigen Geräts oder dergleichen handeln, wo einer solcher erfindungsgemäßer Durchflusseinsteller angebracht werden kann, ohne dass er zwingend über ein eigenes Gehäuse verfügt.
• Welche der beiden Öffnungen 3, 4 oder ob beide Öffnungen 3, 4 einen Mediumsdurchtritt zulassen wird über ein Schließelement 5 bestimmt, welches über einen Hebelmechanismus 6 mit einem Stellmittel 7 bewegungsgekoppelt ist. Das Schließelement 5 liegt auf der einen Seite des Wandabschnitts 2, das Stellmittel 7 sowie der Hebelmechanismus 6 auf der anderen Seite.
• Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Schließelement als zungenartiger, um eine Achse A schwenkbar gelagerter Stellschieber ausgebildet, die in Strömungsrichtung des zu versperrenden Mediums weist. Der Stellschieber ist somit in einer Ebene senkrecht zur Strömungsrichtung zu bewegen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel verschließt das Schließelement 5 gerade die Öffnung 4. Über einen Hebel 8, der ebenfalls um die Achse A schwenkbar ist und der fest mit dem Schließelement 5 bewegungsgekoppelt ist, ist das Stellmittel 7 bewegungsgekoppelt angeschlossen. Das Stellmittel 7 umfasst im gezeigten Ausführungsbeispiel zwei separate Stellaktoren 8, 9, die im gezeigten Ausführungsbeispiel als Spiralfedern 10, 11 ausgebildet sind. Die Spiralfedern 10, 11 bestehen aus einer Formgedächtnis-Legierung und sind als Ein-Weg-Aktoren ausgebildet (vgl. beispielsweise das Buch von D. Stöckel [Hrsg.]: "Legierungen mit Formgedächtnis", Expert-Verlag, Ehningen (DE), 1988, insbesondere die Seiten 64 bis 79). Über ein am Hebel 8 schwenkbar gelagertes Kopplungsstück 12 greifen die mit ihren beiden anderen Enden an jeweiligen Gegenlagern 13, 14 gegengelagerten Spiralfedern 10, 11 am Hebelmechanismus 6 an.
• Jede Spiralfeder 10, 11 ist über geeignete Zuleitungen 15, 16, 17, 18 bestrombar, kann also im Bedarfsfall erwärmt werden. Bei Erwärmung von z. B. Raumtemperatur über eine bestimmte Umwandlungstemperatur hinaus wandelt eine Formgedächtnis- Legierung ihre Form. Im gezeigten Ausführungsbeispiel einer Spiralfeder verlängert sich selbige. Dies führt im Beispiel gemäß Fig. 1 dazu, dass bei Bestromung der Spiralfeder 10 - ausgehend z. B. von der in Fig. 3 gezeigten Ausgangsstellung, bei der beide Spiralfedern 10, 11 gleich lang sind und das Schließelement 5 in der Mitte steht - der Hebelarm 8 um die Achse A nach links geschwenkt wird, gleichzeitig wird die Spiralfeder 11 zusammengedrückt und aufgrund der Schwenkbewegung auch das Stellelement 5 nach rechts die Öffnung 4 abdeckend geschwenkt. Bei der temperaturbedingten Formwandlung wandelt sich die Phase der Formgedächtnis-Legierung vom weichen Martensit in die harten Austenit-Phase. Da diese Phase härter ist als die Martensit-Phase, in der nach wie vor die Spiralfeder 11 vorliegt, kann die Spiralfeder 11 zusammengedrückt werden.
• Nach Einnehmen der in Fig. 1 gezeigten, die Öffnung 4 schließenden Position wird die Bestromung des Stellaktors 8 wieder beendet, das heißt, er wird nicht länger erwärmt. Er kühlt sich ab und wechselt seine Phase vom harten Austenit wieder in den weichen Martensit, behält aber seine Form bei. In diesem Moment liegen die beiden Spiralfedern 10, 11 in der gleichen Phase vor.
• Die Rückstellkraft der Spiralfeder 11 ist nicht groß genug die Spiralfeder 10 zusammenzudrücken, was zu einer ungewollten Bewegung des Schließelements führen würde.
• Bei dem Durchflusseinsteller nach der Erfindung erfolgt also die Einnahme der jeweiligen Position des Stellschiebers nur mittels einer kurzen, quasi pulsartigen Bestromung des jeweiligen Aktors.
• Nach Ablauf einer bestimmten Haltezeit von z. B. 60 sec muss das Stellelement 5 z. B. bei Einsatz des Durchflusseinstellers in einer Geschirrspülmaschine in die andere Stellung, die Öffnung 3 abdecken bewegt werden. Hierzu wird nun, siehe Fig. 2, die Spiralfeder 11 über die Umwandlungstemperatur hinaus erwärmt. Dies führt nun zu einer Phasenänderung vom weichen Martensit in den harten Austenit, die Spiralfeder 11 streckt sich, der Hebelarm 8 wird um die Achse A nach rechts und mithin das Stellelement 5 nach links verschwenkt, bis die Öffnung 3 abgedeckt ist. Die im weichen Martensit-Gefüge vorliegende Spiralfeder 10 wird hierbei entsprechend komprimiert. Nach Beendigung der Bestromung kühlt auch hier die Spiralfeder 11 ab und geht wieder in das weichere Martensit-Gefüge über, ein erneuter Schaltvorgang kann einsetzen.
• Fig. 3 zeigt das Schließelement 5 in einer Mittelstellung 5, in der keine der Öffnungen 3, 4 abgedeckt sind. In dieser Stellung kann es durch gleichzeitiges Bestromen beider Spiralfedern 10, 11 gebracht werden, die dann gleichzeitig ihre Form ändern und die sich dann gegeneinander aufheben.
• Mit einer derartigen Ausgestaltung eines Durchflusseinstellers kann innerhalb sehr kurzer Zeit, nämlich innerhalb weniger Sekunden eine beachtliche Kraft von bis zu 50 N erzeugt werden, um das Schließelement ein hinreichendes Wegstück bewegen zu können. Der Durchflusseinsteller bzw. das Stellmittel 7 lässt ohne Probleme mehrere hunderttausend Schaltzyklen zu, ohne dass das Stellmittel in seiner Funktion beeinträchtigt wäre.
• Fig. 4 zeigt eine zweite erfindungsgemäße Ausführungsform eines Durchflusseinstellers 19. Auch bei diesem ist das zungenartige Schließelement 20 über einen Hebelmechanismus 21 mit dem Stellmittel 22 bewegungsgekoppelt, wobei Schließelement 20 und der Hebelmechanismus 21 um die gleiche Achse A verschwenkt werden können. Auch hier umfasst das Stellmittel 22 zwei separat bestrombare Stellaktoren 23, 24 in Form der Spiralfedern 25, 26, die über geeignete Zuleitungen bestromt werden können. Jedoch ist hier der Hebelmechanismus anders aufgebaut, auch sind die Spiralfedern 25, 26 anders angeordnet. Der Hebelmechanismus 21 umfasst einen Hebel 27, der aus zwei Hebelarmen 28, 29 besteht. Er ist nach Art einer Wippe gelagert. An den beiden Enden der Hebelarme 28, 29 greifen unterseitig die Spiralfedern 25, 26 an, die ihrerseits mit den anderen Enden an entsprechenden Gegenlagern 30, 31 gelagert sind. Sie sind also hier parallel angeordnet und nicht fluchtend wie bei der vorhergehenden Ausführungsform. Je nachdem welche Spiralfeder 25, 26 bestromt wird verlängert sich diese und drückt nach oben, wodurch der Hebel 27 entsprechend nach links oder rechts geschwenkt wird. Die Funktionsweise ist insoweit die gleiche wie die bezüglich der Ausführungsform gemäß Fig. 1-3.
• Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Durchflusssteinstellers.
• Dieser Durchflusseinsteller 32 umfasst ebenfalls ein Schließelement 33, das mit einem Hebelmechanismus 34 und über diesen mit einem Stellmittel 35 gekoppelt ist. Auch hier dient das Schließelement 33 zum wahlweisen Verschließen einer Öffnung 36, 37, wobei auch eine Mittelstellung (siehe Fig. 5) eingenommen werden kann.
• Im Gegensatz zu den vorher beschriebenen Ausführungsformen besteht hier jedoch das Stellmittel 35 aus zwei separat bestrombaren drahtförmigen Stellaktoren 38, 39, die in einer vorzugsweise aus Kunststoff, z. B. Teflon bestehenden schlauchartigen Umhüllung 52 (die nur teilweise dargestellt ist) geführt sind. Die im gezeigten Beispiel unteren Enden sind mit jeweils einem Hebelarm 40, 41 des Hebelmechanismus 34 verbunden, wo ein erster Bestromungskontakt realisiert ist. Der zweite Bestromungskontakt 42 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel als gemeinsamer Bestromungskontakt realisiert. Die Ausgestaltung kann entweder derart sein, dass jeder Stellaktor 38, 39 über einen separaten Drahtabschnitt gebildet ist, die beide mit dem zweiten Bestromungskontakt 42verbunden sind. Alternativ und zweckmäßig ist die Erfindungsalternative, die Stellaktoren 38, 39 mittels eines einzigen Drahtstückes zu bilden, an dem der zweiten Bestromungskontakt 42 angecrimpt ist. Auf jeden Fall kann jeder der Stellaktoren 38, 39 durch Bestromen zwischen dem jeweils ersten Bestromungskontakt und dem zweiten Bestromungskontakt separat erwärmt werden.
• Der Hebelmechanismus umfasst wie beschrieben im gezeigten Bespiel zwei Hebel 40, 41, die um die Achse A separat verschwenkt werden können. Unterhalb der Hebelarme 40, 41 ist eine Mitnehmerplatte 43 angeordnet, die ebenfalls um die Achse A verschwenkbar ist und die mit dem unter dem Wandabschnitt 53 befindlichen Schließelement 33 bewegungsgekoppelt ist. Die Mitnehmerplatte 43 weist bogenförmige Mitnehmernuten 44, 45 auf, in die jeweils ein Mitnehmerzapfen 46, 47, der jeweils am Hebelarm 40 bzw. 41 angeformt ist, eingreift. Schließlich sind hier der Hebelarme 40, 41 über je ein Rückstellelement in Form einer Spiralfeder 48, 49 federgelagert. Wird ein Hebelarm ausgelenkt, wird die Feder gelängt und erzeugt eine Rückstellkraft.
• Wird nun ausgehend von der in Fig. 5 gezeigten Stellung der rechte Stellaktor 38 bestromt, so wandelt er seine Form und verkürzt sich formwandlungsbedingt. Hierbei wird, da der zweite Bestromungskontakt 42 und damit der dortige Drahtabschnitt feststehend ist, der Hebelarm 40 um die Achse A nach oben verschwenkt. Während der Verschwenkbewegung schlägt der Mitnehmerzapfen 46 an das obere Ende der Nut 44 an und nimmt die Mitnehmerplatte 43 mit. Aufgrund der Bewegungskopplung wird dabei auch das Schließelement 33 um die Achse A nach links verschwenkt, die Öffnung 37 abdeckend. In der Endstellung liegen, siehe Fig. 7, die beiden Mitnehmerzapfen 46, 47 an den jeweiligen oberen Nutenden der Mitnehmernuten 44, 45 an. Ersichtlich wird bei der Verschwenkbewegung des Hebelarms 40 die Rückstellfeder 48 gelängt. Nach Beendigung der Bestromung kühlt der Stellaktor 38 ab und geht wieder in die weiche Martensit-Phase über. Aufgrund der Rückstellkraft der Rückstellfeder 48 wird der Hebelarm 40 und mit ihm der Stellaktor 38 wieder in die in Fig. 8 gezeigte Stellung zurückgezogen, das Schließelement 33 verbleibt jedoch in der Position, da der Mitnehmerzapfen 46 lediglich in der Mitnehmernut 44 nach unten wandert, eine Mitnahme aber nicht erfolgt.
• Soll nun die Öffnung 36 verschlossen werden so wird der Stellaktor 39 separat bestromt. Dies führt zu einer Verkürzung dieses Stellaktors, siehe Fig. 9, und zu einer Verschwenkung des Hebelarms 41. Der Mitnehmerzapfen 47 schlägt am oberen Nutende an und nimmt bei weiterem Verschwenken die Mitnehmerplatte 43 mit. Hierdurch wird das Schließelement 33 in die in Fig. 9 gezeigte, die Öffnung 36 verschließende Stellung gebracht. In der Endstellung liegen die beiden Mitnehmerzapfen 46, 47 wiederum an oder nahe den oberen Nutenden.
• Nach Beendigung der Bestromung kühlt auch hier der Stellaktor 39 rasch ab, nach Rückwandlung in das weiche Martensit-Gefüge führt auch hier die gespannte Rückstellfeder 49 den zweiten Hebelarm wieder zurück, dabei den Stellaktor 39 wieder verlängernd.
• Um die in Fig. 5 gezeigte Mittelstellung zu erreichen ist es erforderlich, gleichzeitig beide Stellaktoren 38, 39 zu bestromen. Dies führt zu einer gleichzeitigen Verkürzung beider Stellaktoren und zu einem Verschwenken beider Hebelarmen 40, 41. Die Mitnehmernuten sind derart angeordnet, dass ab einer bestimmten Verschwenkung beide Mitnehmerzapfen am oberen Ende der Mitnehmernuten 44, 45 anschlagen und hierdurch beide Stellaktoren sich in ihrer Wirkung aufheben. Das Schließelement 33 verbleibt in einer Mittelstellung.
• Fig. 12 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform eines Durchflusseinstellers 46 in Form einer Prinzipskizze. Der Aufbau entspricht dem gemäß Fig. 5 ff., jedoch sind hier die drahtförmigen Stellaktoren 47, 48 über zwei obere Umlenkstücke 50 und über ein unteres Umlenkstück 51 derart umgelenkt, dass sie einander kreuzen. Das heißt, der rechte Stellaktor 47 ist mit einem Ende am linken Hebelarm und der linke Stellaktor 48 mit einem Ende am rechten Hebelarm angeordnet. Dies ermöglicht es, eine definierte unter einem Winkel zur Längsachse des jeweiligen Hebelarms stehende Krafteinleitung bei der vorformungsbedingten Verkürzung zu realisieren. Ersichtlich steht gemäß Fig. 12 der jeweilige Stellaktor mit seinem hebelarmseitigen Ende unter einem bestimmten, von 90° abweichenden Winkel zum lediglich exemplarisch dargestellten Hebelarm.
• Sämtliche beschriebenen Ausführungsformen lassen auf einfache und sichere Weise das insbesondere zyklenartige Öffnen und Schließen der jeweiligen dem Durchflusseinsteller zugeordneten Öffnungen zu. Der Vorteil der Ausführungsform nach den Fig. 5 ff. liegt insbesondere darin, dass die Stellaktoren in Form des oder der Drähte noch billiger sind als die in Form der Spiralfedern. Ein weiterer Aspekt ist der Umstand, dass der Draht wesentlich schneller erwärmt werden kann, da er dünner ist als der gewickelte Federdraht.
• Festzuhalten ist abschließend, dass die beschriebene Verwendungsmöglichkeit eines solchen erfindungsgemäßen Durchflusseinstellers bei einer Geschirrspülmaschine lediglich exemplarisch ist. Ein solcher Durchflusseinsteller kann überall dort eingesetzt werden, wo Öffnungen für ein strömendes flüssiges oder gasförmiges Medium geöffnet oder geschlossen werden sollen, also z. B. in beliebiger Rohrleitungsanlagen jeder Ausführungsform, das heißt, dass sie in Maschinen oder Geräten zum Einsatz kommen können oder z. B. bei Hausinstallationen und dergleichen.
• Wie ausgeführt bestehen sämtliche gezeigten Aktoren bzw. Aktorstreifen zumindest teilweise aus einer bekannten Formgedächtnis-Legierung. Beispiele solcher Legierungen sind Ti-Ni- Legierungen, wobei die Ti-Komponente als auch die Ni- Komponente die Hauptkomponenten bilden und noch weitere Legierungspartner vorhanden sein können. Daneben sind auch Cu- Al-Legierungen mit weiteren Legierungspartnern bekannt, wobei der Anteil der Al-Komponente größer oder kleiner als der des weiteren Legierungspartners sein kann. Als besonders geeignet sind Ti-Ni-Legierungen anzusehen. So gehen z. B. aus "Materials Science and Engineering", Vol. A 202, 1995, Seiten 148 bis 156 verschieden zusammengesetzte Ti-Ni- und Ti-Ni-Cu- Legierungen hervor. In "Intermetallic", Vol. 3, 1995, Seiten 35 bis 46 und "Scripta METALLURGICA et MATERIALIA", Vol. 27, 1992, Seiten 1097 bis 1102 sind verschiedene Ti₅₀Ni_50-xPd_x- Formgedächtnis-Legierungen beschrieben. Statt der Ti-Ni- Legierungen sind selbstverständlich auch andere Formgedächtnis-Legierungen geeignet. So kommen beispielsweise Cu-Al- Formgedächtnis-Legierungen in Frage. Eine entsprechende Cu- Zn24A13-Legierung ist aus "Z. Metallkde.", Bd. 79, H. 10, 1988, Seiten 678 bis 683 zu entnehmen. In "Scripta Materialiat Vol. 34, No. 2, 1996, Seiten 255 bis 260 ist eine weitere Cu-Al-Ni-Formgedächtnis-Legierung beschrieben. Selbstverständlich können zu den vorerwähnten binären oder ternären Legierungen noch weitere Legierungspartner wie z. B. Hf, Pd, Au, Pt, Cr oder gegebenenfalls Ti in an sich bekannter Weise hinzulegiert sein. Beispielsweise liegt der Anteil dieser mindestens einen weiteren Komponente unter 5 Atom-Prozent. Er kann jedoch auch davon stärker abweichen. Weitere mögliche Legierungspartner verschiedener binärer Memory-Metalle, u. a. auch für Ni-Mn-Legierungen, sind in "Transactions of the ASME", Vol. 121, Jan. 1999, Seiten 98 bis 101 genannt.

Claims (26)

1. Durchflusseinsteller für strömende Medien mit einem beweglich gelagerten Schließelement, mittels dessen jeweils eine von mehreren Öffnungen, durch die das Medium strömen kann, verschließbar ist, und das zwei mit dem Schließelement bewegungsgekoppelte und separat erwärmbare Stellaktoren aus einer Formgedächtnis-Legierung umfasst, wobei jeder Stellaktor bei einer vorbestimmten Erwärmung seine Form so ändert, dass das Schließelement formänderungsbedingt in eine jeweilige, vorbestimmte Stellung über ein Stellmittel zu bewegen ist, dadurch gekennzeichnet,
dass das Schließelement (5, 20, 33) als zungenartiger Stellschieber ausgebildet ist, der senkrecht zur Strömungsrichtung des Mediums bewegbar ist,
und
dass die aus einer einen Ein-Weg-Effekt zeigenden Formgedächtnis-Legierung ausgebildeten Stellaktoren (8, 9, 23, 24, 38, 39, 47, 48) nur zur Einnahme der jeweiligen Position des Stellschiebers mittels Bestromens aufzuwärmen sind.

2. Durchflusseinsteller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellaktoren (8, 9, 23, 24, 38, 39, 47, 48) derart arbeiten, dass das Schließelement (5, 20, 33) bei jeweiliger Bestromung der Stellaktoren (8, 9, 23, 24, 38, 39, 47, 48) in entgegengesetzte Richtungen bewegbar ist.

3. Durchflusseinsteller nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei gleichzeitiger Bestromung beider Stellaktoren (8, 9, 23, 24, 38, 39, 47, 48) das Schließelement (5, 20, 33) in eine Mittelstellung zwischen zwei Öffnungen (3, 4, 36, 37), diese höchstenfalls teilweise schließend bringbar ist.

4. Durchflusseinsteller nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellaktoren (8, 9, 23, 24, 38, 39, 47, 48) über einen Hebelmechanismus (6, 21, 34) mit dem Schließelement (5, 20, 33) bewegungsgekoppelt sind.

5. Durchflusseinsteller nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellaktoren (8, 9, 23, 24) zwei separate Federelemente sind.

6. Durchflusseinsteller nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente als Spiralfedern (10, 11, 25, 26) ausgebildet sind.

7. Durchflusseinsteller nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente (10, 11) derart angeordnet sind, dass die Wirkrichtungen der formwandlungsbedingten Änderungen im Wesentlichen direkt einander entgegengerichtet sind.

8. Durchflusseinsteller nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die als Spiralfedern (10, 11) ausgebildeten Federelemente in einer Ebene nebeneinander liegend angeordnet sind und an einem zwischen ihnen angeordneten, mit dem Schließelement (5) bewegungsgekoppelten Hebelmechanismus (6) angreifen.

9. Durchflusseinsteller nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente (25, 26) derart angeordnet sind, dass die Wirkrichtungen ihrer formwandlungsbedingten Änderungen im Wesentlichen parallel zueinander liegen.

10. Durchflusseinsteller nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die als Spiralfedern (25, 26) ausgebildeten Federelemente parallel nebeneinander liegend angeordnet sind und an einem zwischen ihnen angeordneten, mit dem Schließelement (20) bewegungsgekoppelten Hebelmechanismus (21) angreifen.

11. Durchflusseinsteller nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellaktoren (38, 39, 47, 48) in Form eines Drahts ausgebildet sind.

12. Durchflusseinsteller nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Stellaktor (38, 39, 47, 48) mittels eines separaten Drahts gebildet ist, oder dass die Stellaktoren (38, 39, 47, 48) mittels eines gemeinsamen Drahts gebildet sind, der abschnittsweise unter Bildung je eines Stellaktors bestrombar ist.

13. Durchflusseinsteller nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Draht mit seinen Enden an einem mit dem Schließelement (33) bewegungsgekoppelten Hebelmechanismus (34) angeordnet ist, wo jeweils ein erster der Bestromung dienender Kontakt realisiert ist, und mit einem vorzugsweise in der Mitte bezogen auf die Länge des Drahts positionierten zweiten Bestromungskontakt (42) verbunden ist.

14. Durchflusseinsteller nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Draht mit einem Ende an einem mit dem Schließelement bewegungsgekoppelten Hebelmechanismus angeordnet ist, wo jeweils ein erster der Bestromung dienender Kontakt realisiert ist, und mit seinem anderen Ende mit einem zweiten Bestromungskontakt verbunden ist.

15. Durchflusseinsteiler nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass beide Drähte an einem gemeinsamen zweiten Bestromungskontakt (42) liegen.

16. Durchflusseinsteller nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen mit dem Hebelmechanismus (34) verbundenen Drahtenden im Bereich der äußeren Enden eines Hebelarms (40, 41) angeordnet sind.

17. Durchflusseinsteller nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Drähte umgelenkt und einander kreuzend von den ersten zu dem oder den zweiten Bestromungskontakten verlaufen.

18. Durchflusseinsteller nach einem der Ansprüche 11 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Drähte in einer schlauchartigen Hülle (52) geführt sind.

19. Durchflusseinsteller nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülle (52) aus Teflon ist.

20. Durchflusseinsteller nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließelement (5, 20, 33) schwenkbar gelagert ist.

21. Durchflusseinsteller nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stellmittel (7, 22, 35) und der Hebelmechanismus (6, 21, 34) an einer Seite einer Wand (2, 53) eines Einstellergehäuses und das Schließelement an der anderen Seite angeordnet ist, wobei der Hebelmechanismus (6, 21, 34) mit dem Schließelement (5, 20, 33) über eine die Wand (2, 44) durchsetzende Verbindung gekoppelt ist.

22. Durchflusseinsteller nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebelmechanismus(6; 21, 34) wenigstens einen um eine Achse (A) verschwenk- baren Hebelarm (8, 28, 29, 40, 41) umfasst, wobei der Hebelarm (8, 28, 29, 40, 41) und das schwenkbar gelagerte Schließelement (5, 20, 33) um dieselbe Achse (A) schwenkbar sind.

23. Durchflusseinsteller nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebelmechanismus (21, 34) zwei um eine gemeinsame Achse (A) schwenkbare Hebelarme (28, 29, 40, 41) umfasst.

24. Durchflusseinsteller nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Hebelarme (28, 29) einstückig miteinander sind.

25. Durchflusseinsteller nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Hebelarme (40, 41) separat bewegbar sind, und dass an jedem Hebelarm (40, 41) ein vorspringender Mitnehmer (4 6, 47) vorgesehen ist, der in eine an einer drehbaren Mitnehmerplatte (43) vorgesehene Mitnehmernut (44, 45) eingreift, wobei die Mitnehmerplatte (43) mit dem Schließelement (33) bewegungsgekoppelt ist.

26. Durchflusseinsteller nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Stellaktor (8, 9, 23, 24, 38, 39, 47, 48), insbesondere den drahtförmigen Stellaktoren ein Rückstellglied (48, 49), insbesondere eine Rückstellfeder zugeordnet ist, das bei einer Formwandlung des Stellglieds eine Rückstellkraft erzeugt.