Dispositivo de accionamiento que comprende elementos fabricados de una aleación con memoria de forma con un rango ampliado de temperaturas de trabajo.

Dispositivo de accionamiento (10; 20) que utiliza elementos fabricados de una aleación con memoria de forma,

que comprende:

- un primer elemento (11; 21) fabricado de una aleación con memoria de forma, capaz de modificar su forma con elcalentamiento, teniendo un primer extremo estacionario y un segundo extremo unido a una pieza mecánicacontrolada;

- medios (19, 19', 29, 29') para el calentamiento de dicho primer elemento fabricado de una aleación 10 con memoriade forma;

- medios antagonistas (14; 24) para permitir el retorno de dicho primer elemento a su forma original durante elenfriamiento, que tienen un primer extremo conectado al segundo extremo de dicho primer elemento, y unsegundo extremo conectado a un limitador interno (15; 25) del dispositivo de accionamiento; y

- medios capaces de mover dicho limitador interno del dispositivo de accionamiento para incrementar la cargaaplicada sobre dichos medios antagonistas cuando la temperatura exterior sobrepasa un valor Mf detransformación completa en la fase martensítica de dicho primer elemento fabricado de una aleación con memoriade forma,

caracterizado porque dichos medios capaces de mover dicho limitador interno del dispositivo de accionamiento sontales que reaccionan de manera autónoma a un incremento de la temperatura exterior.

Dispositivo de accionamiento que comprende elementos fabricados de una aleación con memoria de forma con un rango ampliado de temperaturas de trabajo

La presente invención se refiere a un dispositivo de accionamiento que comprende elementos fabricados de una aleación con memoria de forma, que mantiene su funcionalidad dentro de una gama de temperaturas que es más amplia que la de dispositivos de accionamiento similares.

Las aleaciones con memoria de forma, son conocidas habitualmente en el sector con el acrónimo “SMA”. Aunque se conocen varias composiciones de las SMA, las únicas utilizadas en la práctica son las de compuestos de Ni-Ti, que comprenden preferentemente del 54 al 55, 5% en peso de níquel y el resto de titanio (son posibles trazas de otros componentes) .

Como es conocido, una pieza mecánica fabricada de una aleación de Ni-Ti es capaz de cambiar entre dos formas como consecuencia de un cambio de temperatura que ocasiona una transición de fase en la microestructura de la aleación. La fase estable a las temperaturas más elevadas se denomina austenita, mientras que la que es estable a temperaturas más bajas se denomina martensita. La transformación entre las dos fases se produce de acuerdo con un ciclo de histéresis en un diagrama de temperatura-deformación, caracterizado por cuatro valores de la temperatura: durante el calentamiento, partiendo de las temperaturas bajas en las que la fase martensítica es estable se alcanza una temperatura AS en la que se inicia la transformación a la fase austenítica, y posteriormente se alcanza una temperatura Af (Af > AS) a la cual la transformación en austenita es completa; durante el enfriamiento, partiendo de una temperatura a la cual la fase austenítica es estable, se alcanza una temperatura Ms a la cual se inicia la transformación a la fase martensítica, y más tarde se alcanza una temperatura Mf (Mf < MS) a la cual dicha transformación es completa. En las patentes US 4.896.955 y EP 807276 se muestran diagramas de estos ciclos de histéresis.

Los dispositivos o componentes que comprenden elementos activos fabricados de una SMA (para mayor brevedad definidos en adelante como dispositivos de accionamiento SMA) son conocidos y estudiados principalmente en el sector del automóvil, para sustituir dispositivos de accionamiento que utilizan motores eléctricos, por ejemplo, en las cerraduras de automóviles; en esta descripción se hará referencia a continuación, en particular, a elementos SMA con forma de alambre, pero los dispositivos de accionamiento de la invención podrían utilizar asimismo estos elementos conformados como flejes o similares. En los dispositivos de accionamiento SMA propuestos hasta el presente, el calentamiento del alambre se consigue generalmente haciendo circular una corriente eléctrica por el mismo; la consiguiente transición de fase es espontánea y ejerce una fuerza apreciable, capaz de transmitir un movimiento a una pieza móvil que está unida al mismo. La transición contraria a la fase martensítica se produce como consecuencia del enfriamiento natural del alambre al desconectar la corriente, y la vuelta a las condiciones iniciales de forma se favorece mediante la aplicación de una fuerza (tal como un resorte antagonista o métodos similares) .

Hasta el presente, la utilización de dispositivos de accionamiento SMA en la industria del automóvil ha sido limitada debido a los requisitos impuestos por dicha industria, que exige a las piezas móviles una duración, como mínimo de

50.000 ciclos (por ejemplo, de apertura-cierre en el caso de un mecanismo de bloqueo) a temperaturas comprendidas dentro de una gama de -20 a + 80ºC. Los alambres de SMA fabricados de aleaciones de Ni-Ti tienen habitualmente un Mf < 80º C con la consecuencia de que la transición a la fase martensítica se produce solamente con grandes dificultades, o no se produce en absoluto, y el dispositivo de accionamiento no puede llevar a cabo un ciclo de funcionamiento completo.

Es sabido que incrementando la carga aplicada a un alambre de SMA, es posible cambiar su curva de histéresis hacia temperaturas más elevadas; por consiguiente, ejerciendo una tensión previa adecuada en el alambre, sería posible, en principio, obtener un dispositivo de accionamiento SMA capaz de funcionar correctamente incluso a 80ºC; sin embargo, una carga fuerte constante tendría el inconveniente de debilitar rápidamente el alambre, ocasionando de este modo su rotura o, por lo menos, la pérdida de funcionalidad del dispositivo de accionamiento después de unos pocos miles de ciclos.

La patente US 4.517.543 da a conocer la utilización de un tornillo que se puede mover axialmente para ajustar la carga aplicada a un medio antagonista y por tanto a un elemento SMA, subsistiendo el inconveniente de seguir requiriendo un ajuste manual de la carga, si bien no se da a conocer ninguna explicación de cómo modificar la carga cuando cambia la temperatura exterior.

Es un objetivo de la presente invención da a conocer un dispositivo de accionamiento SMA capaz de superar los problemas mencionados anteriormente.

Este objetivo se consigue con un dispositivo de accionamiento que comprende:

- un primer elemento fabricado de una aleación con memoria de forma, capaz de cambiar su forma con el calentamiento, con un primer extremo estacionario y un segundo extremo que está conectado a una pieza mecánica controlada;

- medios para el calentamiento de dicho primer elemento de una aleación con memoria de forma;

- medios antagonistas para permitir que dicho primer elemento vuelva a su forma original durante el enfriamiento, teniendo estos medios un primer extremo conectado al segundo extremo de dicho primer elemento y un segundo extremo conectado a un limitador interno del dispositivo de accionamiento; y

- medios capaces de mover dicho limitador interno del dispositivo de accionamiento para incrementar la carga aplicada sobre dichos medios antagonistas cuando la temperatura exterior sobrepasa un valor Mf de transformación completa en la fase de martensita de dicho primer elemento fabricado de una aleación con memoria de forma,

caracterizado porque dichos medios capaces de desplazar dicho limitador interno del dispositivo de accionamiento son tales que reaccionan de forma autónoma a un incremento de la temperatura exterior.

La invención se basa en la observación de que, incluso cuando los requerimientos de la aplicación final imponen unas temperaturas de ensayo relativamente elevadas, éstas no son las temperaturas constantes de funcionamiento de los dispositivos de accionamiento de SMA; habitualmente en la aplicación final, un dispositivo de accionamiento solamente debe realizar algunos de sus ciclos a temperaturas elevadas, y otros ciclos a temperaturas inferiores. Por consiguiente, es posible diseñar y utilizar un dispositivo de accionamiento en el que la carga aplicada sobre el elemento funcional de SMA pueda variar con la temperatura, de tal forma que su ciclo de histéresis se desarrolle por encima de la temperatura exterior para cada valor de la misma. Según la invención, se aplica al elemento funcional SMA una carga reducida a unas temperaturas exteriores relativamente bajas con el objeto de no someter dicho elemento a una tensión excesiva e inútil, y una carga más fuerte cuando la temperatura exterior sobrepasa un valor umbral, tal como de +80ºC.

Los medios para incrementar la carga aplicada sobre los medios antagonistas y, de este modo, indirectamente sobre el elemento funcional SMA, pueden ser diversos. Los medios para incrementar la carga son tales que reaccionan de forma autónoma a un incremento de la temperatura exterior; es posible por ejemplo, emplear un motor conectado a un sensor de temperatura; una parte metálica de una longitud suficiente (por ejemplo, enrollada en espiral) que se alarga cuando la temperatura aumenta; o una pieza bimetálica que varía su forma cuando se alcanza su umbral de temperatura.

En la realización preferente de la invención, los medios para desplazar el limitador interno del dispositivo de accionamiento y para incrementar la carga aplicada sobre los medios antagonistas están formados como un segundo elemento con memoria de forma en equilibrio térmico con el entorno que lo rodea y que tiene un extremo estacionario y un extremo unido al limitador interno del dispositivo de accionamiento; debiendo estar dimensionado este segundo elemento SMA de tal modo que ejerza durante la... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo de accionamiento (10; 20) que utiliza elementos fabricados de una aleación con memoria de forma,

que comprende: 5

- un primer elemento (11; 21) fabricado de una aleación con memoria de forma, capaz de modificar su forma con el calentamiento, teniendo un primer extremo estacionario y un segundo extremo unido a una pieza mecánica controlada;

- medios (19, 19’, 29, 29’) para el calentamiento de dicho primer elemento fabricado de una aleación con memoria de forma;

- medios antagonistas (14; 24) para permitir el retorno de dicho primer elemento a su forma original durante el

enfriamiento, que tienen un primer extremo conectado al segundo extremo de dicho primer elemento, y un 15 segundo extremo conectado a un limitador interno (15; 25) del dispositivo de accionamiento; y

- medios capaces de mover dicho limitador interno del dispositivo de accionamiento para incrementar la carga aplicada sobre dichos medios antagonistas cuando la temperatura exterior sobrepasa un valor Mf de transformación completa en la fase martensítica de dicho primer elemento fabricado de una aleación con memoria

de forma,

caracterizado porque dichos medios capaces de mover dicho limitador interno del dispositivo de accionamiento son tales que reaccionan de manera autónoma a un incremento de la temperatura exterior.

2. Dispositivo de accionamiento, según la reivindicación 1, en el que los medios para incrementar la carga están alojados en un elemento (16; 26) que los contiene.

3. Dispositivo de accionamiento, según la reivindicación 1, en el que los medios para mover el limitador interno son

escogidos entre un motor conectado a un sensor de temperatura, piezas metálicas que se alargan con el 30 calentamiento o elementos bimetálicos.

4. Dispositivo de accionamiento, según la reivindicación 1, en el que los medios para mover el limitador interno están formados por un segundo elemento (18; 28) fabricado de una aleación con memoria de forma en equilibrio térmico con el entorno que lo rodea, estando dimensionado de tal modo que durante la transición como consecuencia del

calentamiento ejerce una fuerza superior a la ejercida por dicho primer elemento fabricado de una aleación con memoria de forma y que tiene un primer extremo estacionario y un segundo extremo unido a dicho limitador interno del dispositivo de accionamiento.