DE3910839A1 - Vorrichtung und steuerung eines organs zum oeffnen und verschliessen einer lueftungsoeffnung eines raums - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Steuerung eines Organs zum Öffnen und Verschließen einer Lüftungsöffnung eines Raums.

In Räumen von Gebäuden, Fahrzeugen, Schiffen und dergleichen werden Lüftungs­ öffnungen für die Zufuhr von Frischluft und/oder für die Abgabe verbrauchter Luft vorgesehen. Wenn kein Luftaustausch zwischen dem Raum und der äußeren Atmosphäre notwendig ist, werden die Lüftungsöffnungen gewöhnlich durch Klappen verschlossen. Damit können z. B. unerwünschte Wärmeverluste vermieden werden. Es ist möglich, Lüftungsöffnungen durch schwenkbare Klappen zu verschließen, die unter der Einwirkung der Schwerkraft die jeweilige Lüftungsöffnung abdecken und durch den Luftstrom eines Gebläses geöffnet werden, das einen Luftaustausch zwischen dem jeweiligen Raum und der äußeren Atmosphäre bewirkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Stellung eines Organs, das zum Öffnen und Verschließen einer Lüftungsöffnung geeignet ist, in Abhängigkeit vom Schadstoffgehalt in der Atmosphäre mit möglichst geringem Aufwand zu steuern.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Organ mit mindestens einem aus einer Formgedächtnislegierung bestehend Aktor verbunden ist, durch den das Organ bei einer ersten Form des Aktors in Öffnungs- oder Schließstellung eingestellt ist, daß der Aktor in einem einen elektro­ chemischen Sensor enthaltenden Steuerkreis angeordnet ist und daß der von der Luft der äußeren Atmosphäre beaufschlagte Sensor in Abhängigkeit von der Schadstoffkonzentration der Atmosphäre einen Stromfluß über den Aktor auslöst, der durch Erwärmung eine Formänderung des Aktors hervorruft, durch den das Organ in Schließ- oder Öffnungsstellung eingestellt wird. Bei dieser Vorrichtung ist der Antriebsmechanismus für das Organ sehr einfach aufgebaut und beansprucht ein geringes Volumen. Dies ist insbesondere für Fahrzeuge, Flugzeuge oder Schiffe günstig, bei denen sich durch Gewichtsreduzierung Treibstoff einsparen läßt. Außerdem kann die Vorrichtung durch den einfachen Aufbau wirtschaftlich hergestellt und eingebaut werden.

Vorzugsweise ist das Organ von der Federvorspannung einer Feder beansprucht, die auf das Organ eine in Öffnungs- oder Schließstellung wirkende Kraft ausübt, während der aus der Formgedächtnislegierung bestehende Aktor durch den Einwegeffekt bei Erwärmung ab einer Temperaturgrenze das Organ entgegen der Federvorspannung durch die Feder in Schließ- oder Öffnungsstellung zieht. Bei dieser Vorrichtung wird ein Aktor mit Einwegeffekt ausgenutzt, wodurch sich der elektrische Steuerkreis vereinfacht, da für die Formänderung nur eine durch einen entsprechenden Strom leicht erreichbare Formänderung in einem bestimmten Temperaturbereich hervorgerufen werden muß.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Organ eine Klappe einer Lüftungsöffnung in einem Kraftfahrzeug, das für die Steuerung der Klappe einen elektronischen Sensor aufweist. Dieser Sensor, der insbesondere eine Dreielektrodenzelle sein kann, ermöglicht die additive Messung des Schad­ stoffgehalts, d. h. es werden sowohl Kohlenmonoxid als auch organische Luftverunreinigungen und Stickoxide erfaßt. Damit erfolgt die Klappenein­ stellung in Abhängigkeit von den durch Fahrzeuge verursachten wesentlichen Schadstoffen. Überschreitet der Schadstoffgehalt dieser Stoffe additiv eine vorgebbare Schwelle, dann wird die Klappe geschlossen, so daß keine weiteren Schadstoffe in das Kraftfahrzeuginnere eindrigen können.

Ein im Kraftfahrzeug angeordnetes Gebläse für die Frischluftzufuhr kann in Abhängigkeit von der Klappenposition ein- oder ausgeschaltet sein. Es ist auch möglich, das Gebläse so anzuordnen, daß es unabhängig vom Sensor ständig eingeschaltet ist und bei geschlossener Klappe die Luft im Kraftfahrzeug­ inneren umwälzt.

Besonders günstig ist es, wenn durch den Sensor beim Überschreiten des vorgebbaren Schwellenwerts in der aus der Frmgedächtnislegierung bestehenden Aktor kurzzeitig ein höherer Strom als der für die Formänderungstemperatur notwendige Mindeststrom erzeugt wird. Durch den höheren Strom wird die Formänderungstemperatur sehr schnell erreicht, so daß die Klappe bei der Überschreitung der Schadstoffschwelle schnell anspricht.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines in einer Zeichnung darge­ stellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben, aus dem sich weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile ergeben. Es zeigt

Fig. 1 eine Vorrichtung zur Steuerung eines Organs zum Öffnen und Verschließen einer Lüftungsöffnung in einem Kraftfahrzeug im Schema,

Fig. 2 ein bei der Vorrichtung gem. Fig. 1 verwendeter Sensor und die nachgeschalteten Bauelemente im Blockschaltbild.

In der Karosserie 1 eines Kraftfahrzeugs befindet sich eine Lüftungsöffnung 2, die durch eine um eine Achse 3 schwenkbare Klappe 4 geschlossen oder geöffnet werden kann. An der Klappe 4 greift unter einem gewissen Hebelarm eine Feder 5, insbesondere eine Spiralfeder an, durch die eine in Öffnungs­ stellung der Klappe 4 gerichtete Kraft auf die Klappe 4 ausgeübt wird. Weiterhin greift an der Klappe 4 unter einem gewissen Hebelarm ein Aktor 6 an, der aus einer Formgedächtnislegierung besteht. Formgedächtnislegierungen sind an sich z. B. aus der Zeitschrift ZwF 81 (1986) 12, Seiten 703-708 bekannt. Der Aktor 6 ist als Feder, vorzugsweise als Spiralfeder, ausge­ bildet, da durch die Federform größere Längenänderungen erreicht werden können. Wenn der Aktor 6 eine im Bereich der im Fahrzeuginneren auftretenden Temperaturen liegende Temperatur hat, übt er keine Kraft auf die Klappe 4 aus. Die Klappe wird daher von der Feder 5 offengehalten. Neben dem Aktor 6 und der Feder 5 ist noch eine nicht näher dargestellte Handverstellein­ richtung für die Klappe 4 vorgesehen, mit der die Klappe 4 zwangsweise geschlossen werden oder in einer Zwischenstellung zwischen vollständiger Öffnung und vollständigem Schließen gebracht werden kann. Falls die Klappe 4 aus Metall besteht und leitend mit der Karosserie verbunden ist, ist der Aktor 6 unter Zwischenschaltung eines Isolierstücks 7 an der Klappe 4 befestigt. Dem Aktor 6 wurde eine Hochtemperaturform aufgeprägt, in der auf die Klappe 4 eine Zugspannung ausgeübt wird, die in Schließrichtung der Klappe 4 wirkt. Die auf die Klappe 4 einwirkenden Kräfte sind durch Auswahl der Kräfte des Aktors 6 und der Feder 5 oder durch Einstellung der Hebelarme, an denen die Kräfte angreifen, so aufeinander abgestimmt, daß in der Hochtemperaturform die vom Aktor 6 ausgehende Kraft ausreicht, um die Klappe 4 zu verschließen. Es wird ein Aktor 6 mit Einwegeffekt benutzt. Möglich ist aber auch die Verwendung eines Aktors mit Zweiwegeffekt, wobei dann die Feder 5 entfallen kann.

Der Aktor 6 ist über eine Leitung 8 mit einer Steuerung 9 verbunden. Die Steuerung 9 ist an Eingängen an einen Sensor 10 angeschlossen, durch den die Schadstoffkonzentration in der Atmosphäre außerhalb des Kraftfahrzeugs gemessen wird. Der Sensor 10 kann im Motorraumbereich angeordnet sein, wobei eine Öffnung zur Außenseite des Kraftfahrzeugs vorgesehen ist. Bei dem Sensor 10 handelt es sich um eine elektrochemische Zelle mit drei Elektroden 11, 12, 13. Die Elektrode 11 ist als Gasdiffusionselektrode ausgebildet und dient als von der Luft beaufschlagte Meß- bzw. Arbeitselektrode. Die Elektroden 12 und 13 sind die Bezugs- und Gegenelektroden in Form von Gasdiffusionselektroden. Als Elektrolyt ist Schwefelsäure oder Phosphorsäure vorgesehen. Die Elektro­ den 12, 13 werden ebenfalls von Luft beaufschlagt. Die Elektroden 11-13 sind mit einem Potentiostaten 14 verbunden. Meßgröße ist der konzentrationsab­ hängige Diffusionsgrenzstrom, wodurch ein linearer Zusammenhang zwischen Luftverunreinigung und Grenzstrom erhalten wird. Die Luftverunreinigungen, bei denen es sich vorwiegend um reaktive Substanzen handelt, werden elektro­ chemisch umgesetzt und meßtechnisch erfaßt. Die Messung erfolgt z. B. bezüglich Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffen und Stickoxiden sowie weiterer reaktiver Substanzen additiv. Der Sensor 10 ist über nicht näher bezeichnete Leitungen mit einem Vergleicher 15 in der Steuerung 9 verbunden. Der Vergleicher 15 stellt fest, ob das vom Potentiostaten 14 ausgegebene Meßsignal eine von einem Referenzgeber vorgegebenen Schwellenwert übersteigt. Dem Vergleicher 15 ist in der Steuerung 9 ein Zeitglied 17 nachgeschaltet, dessen Ausgang ein Schaltelement 18 steuert, das in Reihe mit dem Aktor 6 an die Pole 19, 20 einer Spannungsquelle gelegt ist. In Reihe mit dem Schaltele­ ment 18 ist die Reihenschaltung eines Widerstands 21 und eines weiteren Schaltelements 22 angeordnet, das direkt vom Ausgang des Vergleichers 15 ein- und ausgeschaltet wird.

Wenn der Sensor 10 eine den Schwellenwert überschreitende Schadstoffkon­ zentration feststellt, dann schließt der Vergleicher 15 das Schaltelement 22 und stößt das Zeitglied 17 an, das für eine einstellbare Zeit das Schalt­ element 18 schließt. Über das Schaltelement 18 wird ein erhöhter Strom in den Aktor 6 eingespeist, deren Formänderungstemperatur in kurzer Zeit über­ schritten wird, so daß derAktor 6 innerhalb einer sehr kurzen Ansprechzeit eine Kraft zum Verschließen der Klappe 4 aufbringt. Nach Ablauf der Ver­ zögerungszeit öffnet das Zeitglied 17 das Schaltelement, wodurch der Strom im Aktor 6 um einen vom Widerstand 21 abhängigen Wert reduziert wird. Dieser Strom reicht aus, um die Hochtemperaturform des Aktors 6 aufrecht zu erhalten. Unterschreitet der Schadstoffgehalt den vorgegebenen Schwellenwert, dann öffnet der Vergleicher 15 das Schaltglied 22, wodurch der Strom im Aktor 6 unterbrochen wird. Der Aktor 6 kühlt sich ab und verliert seine, auf die Erzeugung der Federkraft gerichtete Form, so daß die Feder 5 die Klappe 4 öffnet.

Durch die oben beschriebene, einfach aufgebaute und wenig Volumen be­ anspruchende Vorrichtung ist es möglich, den Innenraum von Kraftfahrzeugen bei unerwünscht hoher Schadstoffkonzentration in der Umgebung des Kraftfahr­ zeugs gegen das Ansaugen von äußerer Luft zu sperren. Die Vorrichtung eignet sich auch in Verbindung mit Klimaanlagen. Eine entsprechend aufgebaute Vorrichtung kann auch in anderen Transportmitteln oder auch stationär in Gebäuden eingesetzt werden.

Claims (6)

1. Vorrichtung zur Steuerung eines Organs zum Öffnen und Verschließen einer Lüftungsöffnung eines Raums, dadurch gekennzeichnet, daß das Organ mit mindestens einem aus einer Formgedächtnislegierung be­ stehenden Aktor (6) verbunden ist, durch den das Organ bei einer ersten Form des Aktors (6) in Öffnungs- oder Schließstellung eingestellt ist, daß der Aktor (6) in einem, einen elektrochemischen Sensor (10) enthaltenden Steuerkreis angeordnet ist und daß der von der Luft der äußeren Atmosphäre beaufschlagte Sensor (10) in Abhängigkeit von der Schadstoffkonzentration der Atmosphäre einen Stromfluß über den Aktor (6) auslöst, der durch Erwärmung eine Formänderung des Aktors (6) hervorruft, durch den das Organ in Schließ- oder Öffnungsstellung einge­ stellt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Organ von der Federvorspannung einer Feder (5) beansprucht ist, die auf das Organ eine in Öffnungs- oder Schließ­ stellung wirkende Kraft ausübt, wobei der aus der Formgedächtnis­ legierung bestehende Aktor (6) durch den Einwegeffekt bei Erwärmung das Organ entgegen der Federvorspannung der Feder in Schließ- oder Öffnungsstellung zieht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Organ eine Klappe (4) einer Lüftungsöffnung (2) eines Kraftfahr­ zeugs ist, das für die Steuerung der Klappe (4) den elektrochemischen Sensor aufweist.

4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Sensor (10) bei Überschreiten eines vorgebbaren Schwellen­ werts in dem aus der Formgedächtnislegierung bestehenden Aktor (6) kurzzeitig ein höherer Strom als der für die Formänderungstemperatur notwendige Mindeststrom erzeugt wird.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor eine Meßelektrode, eine Gegenelektrode und eine Bezugs­ elektrode in Säure aufweist und daß die Elektroden, die als Gas­ diffusionselektroden ausgebildet sind, an einem Potentionstaten ange­ schlossen sind.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (10) an eine Steuerung (9) angeschlossen ist, die einen von einem Schwellenwert beaufschlagten Vergleicher (15) enthält, der mindestens ein in Reihe mit dem Aktor (6) angeordnetes Schaltelement (22) steuert, über das der aus der Formgedächtnislegierung bestehende Aktor (6) an eine Betriebsspannung anlegbar ist.