DE102008010055B4

DE102008010055B4 - Scharnier und Ausrichtverfahren auf Basis eines aktiven Materials

Info

Publication number: DE102008010055B4
Application number: DE200810010055
Authority: DE
Inventors: John A. Farmington Cafeo; Alan L. Grosse Pointe Browne; Gary L. Farmington Hills Jones; Nancy L. Northville Johnson
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2007-02-23
Filing date: 2008-02-20
Publication date: 2010-04-29
Anticipated expiration: 2028-02-21
Also published as: CN101260767A; US7967367B2; DE102008010055A1; US20080203760A1; US20110197394A1; US8246100B2; US7677639B2; US20100101050A1

Abstract

Verstellbares Scharnier (10) für eine Tür, Klappe oder dergleichen, das umfasst:
einen ersten Scharnierabschnitt (14) mit einer ersten Öffnung (21);
einen zweiten Scharnierabschnitt (18) mit einer zweiten Öffnung (23), die koaxial mit der ersten Öffnung (21) ausgerichtet ist;
einen Scharnierbolzen (20), der in der ersten und der zweiten Öffnung (21, 23) angeordnet ist, um den ersten und den zweiten Scharnierabschnitt (14, 18) zu verbinden, wobei der Scharnierbolzen (20) ferner einen Abstandhalter (24) zwischen Wänden, in denen die erste und die zweite Öffnung (21, 23) ausgebildet sind, und dem Scharnierbolzen aufweist, wobei der Abstandhalter (24) ein aktives Material umfasst; und
eine Aktivierungseinrichtung (28) in funktioneller Verbindung mit dem aktiven Material, wobei die Aktivierungseinrichtung (28) dazu dient, selektiv ein Aktivierungssignal an das aktive Material anzulegen und eine reversible Änderung zumindest einer Eigenschaft des aktiven Materials zu bewirken, wobei die Änderung der zumindest einen Eigenschaft wirksam ist, um dem...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein verstellbares Scharnier für eine Tür, Klappe oder dergleichen, ein Verfahren zum verstellbaren Befestigen einer Tür, Klappe oder dergleichen, ein Scharnier und eine verstellbare Arretierungsvorrichtung.
Die Ausrichtung wie auch das Bündigkeits- und Spalterscheinungsbild einer Fahrzeugtür basieren typischerweise auf der optischen Überprüfung und der Erfahrung eines Technikers an der Montagelinie. In anderen Fällen sind manuelle Halterungen speziell konstruiert, um die Tür in Bezug auf vorbestimmte Spezifikationen auszurichten. In beiden Fällen wird das Verfahren zum Verstellen des Bündigkeits- und Spalterscheinungsbilds und Ausrichten der Fahrzeugtür manuell durchgeführt. Es ist gängige Praxis, das Tür-, Karosserie- und Scharnierblech manuell zu verformen, indem die Tür gebogen, verdreht und geschoben wird, bis sie optisch akzeptabel ist. Auch die Arretierungsposition wird verstellt, indem auf sie geschlagen wird, um sie zu bewegen. Die Metallverformung und Arretierungsbewegung wird nicht gemessen. Diese Verstellbarkeit ist im Allgemeinen begrenzt und irreversibel. Da das Ausrichtverfahren manuell ist und auf einer optischen Überprüfung basiert, ist es schwierig, das Türeinstellverfahren quantitativ zu messen. Ohne quantitative Messungen ist die Entwicklung von statistischen Prozesssteuerungsverfahren unmöglich. Infolgedessen besteht die Tendenz, dass die Bündigkeits- und Spaltqualität von Fahrzeug zu Fahrzeug unterschiedlich ist.
Es gibt zwei Probleme, wenn eine Tür an eine Öffnung angepasst wird. Das erste besteht darin, dass sich die Tür an/in der richtigen Stelle und Orientierung (Position) innerhalb der Öffnung befinden muss. Das zweite besteht darin, dass die Konturen der Tür mit den Konturen der Öffnung übereinstimmen müssen. Die hierin offenbarte Erfindung befasst sich direkt mit dem ersten Problem.
Dem Fachmann ist bekannt, dass sechs unabhängige Freiheitsgrade (drei translatorische und drei rotatorische) ausreichen, um einen starren Körper an eine gewünschte Position anzupassen. Je mehr Freiheitsgrade den Scharnieren und Arretierungen innewohnen, umso geringer ist die Verformung, die erforderlich ist, um die Position der Tür zu verstellen. Derzeitige Scharniersysteme können zwei Freiheitsgrade zur Verstellung im Hinblick auf die Arretierungs- und Scharniermechanismen aufweisen. Es kann daher eine Blechverformung erforderlich sein, um die Position zu verstellen.
Zum problemlosen Ausrichten der Scharnierachse bei Kraftwagentüren, die mittels zweier im Abstand voneinander in einer gemeinsamen Scharnierachse anzuordnender Türscharniere am Türholm einer Kraftfahrzeugkarosserie angelenkt werden, wird in der DE 44 32 808 A1 ein einstellbares Scharniergelenk vorgeschlagen, bei welchem wenigstens eines der beiden Gelenkteile, Scharnierstift und/oder Scharnierauge vermittels einer Menge eines in einem geschlossenen Hohlraum aufgenommenen, elastisch verformbaren bzw. fließfähigen und aushärtbaren Materials ausrichtbar mit der Türe bzw. dem Türholm der Kraftfahrzeugkarosserie verbunden ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Tür, Klappe oder dergleichen ein Scharnier, eine Arretierung und ein Ausrichtverfahren zu entwickeln, bei dem die für die Verstellung des Verschlusses erforderliche Verformung den Scharnier- und Arretierungsmechanismen selbst innewohnen würde und dadurch eine Verformung des Blechs der Karosserie, der Türen und der Scharniere vermieden würde. Dies würde zulassen, dass das Ausrichtverfahren auf eine gleich bleibende, quantifizierbare und reversible Weise durchgeführt wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein verstellbares Scharnier mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 7, durch ein Scharnier mit den Merkmalen des Anspruchs 14 sowie durch eine verstellbare Arretierungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 20 gelöst.
In einer Lösung umfasst ein verstellbares Scharnier die Merkmale des Anspruchs 1.
Ein Verfahren zum verstellbaren Befestigen einer Tür, Klappe oder dergleichen an einer Fahrzeugkarosserie umfasst die Schritte des Anspruchs 7.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst ein Scharnier die Merkmale des Anspruchs 14.
In einer noch weiteren Ausführungsform umfasst eine verstellbare Arretiervorrichtung die Merkmale des Anspruchs 20.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand einiger in den Figuren dargestellter Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf die Fig., in denen gleiche Elemente gleich bezeichnet sind, ist:
1 eine schematische Veranschaulichung einer Ausführungsform eines verstellbaren Scharniers auf der Basis eines aktiven Materials;
2 eine schematische Veranschaulichung einer Ausführungsform einer Arretierungsvorrichtung auf der Basis eines aktiven Materials;
3 ein Flussdiagramm einer Ausführungsform eines Ausrichtverfahrens für ein Scharnier auf der Basis eines aktiven Materials;
4 eine Veranschaulichung des Ausrichtens einer Tür mithilfe eines Scharniers auf der Basis eines aktiven Materials, die (a) ein rotatorisch fehlausgerichtetes Türblech, (b) ein translatorisch fehlausgerichtetes Türblech und (c) ein korrekt ausgerichtetes Türblech zeigt; und
5 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines verstellbaren Scharniers auf der Basis eines aktiven Materials.
Im Gegensatz zu Scharnier-Ausrichtverfahren nach dem Stand der Technik basieren die hierin offenbarten Vorrichtungen (Scharnier und Arretierung) vorteilhafterweise auf aktiven Materialien. Wie hierin verwendet, soll der Begriff „Tür, Klappe oder dergleichen” jedes Blechteil einschließen, das gelenkig an einem Rahmen befestigt ist. Zum Beispiel soll der Begriff „Tür, Klappe oder dergleichen” allgemein eine Fahrzeug-Fahrgasttür, eine Fahrzeugmotorhaube, einen Fahrzeugkofferraumdeckel, ein Handschuhfachblech, ein Mittelkonsolenblech, Ladeklappen, Heckklappen, Lasthaken und dergleichen umfassen. Des Weiteren könnte der Begriff „Tür, Klappe oder dergleichen” eine Kühlschranktür, eine Schranktür oder dergleichen umfassen. In einer bevorzugten Ausführungsform bezieht er sich auf ein Blechteil, das bei der Montage eines Fahrzeugs verwendet wird, wie z. B. eine Tür.
Der Begriff „Fahrzeugkarosserie” wie hierin verwendet bezieht sich allgemein auf Teile des Fahrzeugs, an denen die Tür, Klappe oder dergleichen gelenkig befestigt werden kann und umfasst ohne Einschränkung Karosseriebleche, das Fahrwerk, Rahmen- und Unterrahmen-Komponenten, Holme, Säulen und dergleichen. Der Begriff „aktives Material” wie hierin verwendet bezieht sich allgemein auf ein Material, das beim Anlegen eines Aktivierungssignals eine Änderung einer Eigenschaft wie z. B. der Abmessung, der Form, der Scherkraft oder des Biegemoduls zeigt. Geeignete aktive Materialien umfassen ohne Einschränkung Formgedächtnispolymere (SMP), Formgedächtnislegierungen (SMA), magnetische Formgedächtnislegierungen (MSMA), magnetorheologische Elastomere (MR-Elastomere), elektroaktive Polymere (EAP), Kombinationen davon und dergleichen. Derartige Materialien kommen teilweise bei dem in der DE 11 2005 001 912 T5 beschriebenen Fahrzeughaubenhubmechanismus zum Einsatz, um damit infolge einer Aktivierung des Materials in einem Crashfall die Fahrzeughaube anheben zu können.
Abhängig von dem speziellen aktiven Material kann das Aktivierungssignal ohne Einschränkung die Form eines elektrischen Stromes, einer Temperaturänderung, eines magnetischen Felds, einer mechanischen Belastung oder Spannung und dergleichen besitzen.
Auch bezeichnen die Begriffe „erste/r/s”, „zweite/r/s” und dergleichen wie hierin verwendet keinerlei Reihenfolge oder Wichtigkeit, sondern dienen dazu, ein Element von einem anderen zu unterscheiden, und die Begriffe „der/die/das”, „ein/e” bezeichnen keine Beschränkung einer Menge, sondern bezeichnen das Vorhandensein von zumindest einem der Elemente, auf die Bezug genommen wird. Des Weiteren schließen alle Bereiche, die sich auf dieselbe Größe einer gegebenen Komponente oder Messung beziehen, die Endpunkte mit ein und sind unabhängig kombinierbar.
Wendet man sich nun 1 zu, so ist ein beispielhaftes verstellbares Scharnier 10 auf der Basis eines aktiven Materials dargestellt. Das verstellbare Scharnier soll weder auf diese spezielle Ausführungsform beschränkt sein, noch soll sie auf irgendein spezielles aktives Material darin beschränkt sein. Das verstellbare Scharnier 10 besitzt einen ersten Scharnierabschnitt 14, von dem ein Ende an einer Tür 12 angebracht ist, und einen zweiten Scharnierabschnitt 18, der an einer Fahrzeugkarosserie 16 angebracht ist, um die Tür 12 aufzunehmen. Der erste und der zweite Scharnierabschnitt 14, 18 umfassen Öffnungen, die in den Wänden 21 und 23 ausgebildet sind, in denen ein Scharnierbolzen 20 angeordnet ist. Der Scharnierbolzen 20 steht verschwenkbar mit dem ersten und dem zweiten Scharnierabschnitt 14, 18 in Eingriff, um eine Bewegung der Tür 12 in Bezug auf die Fahrzeugkarosserie 16 zu bewirken. Der Scharnierbolzen 20 kann ein beliebiges Element sein, das geeignet ist, um den ersten und den zweiten Abschnitt 14 und 18 zu verbinden, und eine Drehung zwischen diesen zulässt, z. B. ein Gelenkstift, ein Bolzen, ein Kupplungsbolzen, ein Stift, ein Haken und dergleichen. Ebenso können der erste und der zweite Scharnierabschnitt 14, 18 eine beliebige, in der Technik allgemein bekannte Art von Stütze sein, die geeignet ist, um den Scharnierbolzen 20 aufzunehmen, um die Tür 12 gelenkig an der Fahrzeugkarosserie 16 zu befestigen. Ein Abstandhalter 24 zwischen den Wänden, in denen die Öffnungen 21, 23 des ersten und des zweiten Scharnierabschnitts 14, 18 ausgebildet sind, ist aus einem aktiven Material hergestellt und ist in den Öffnungen 21, 23 derart angeordnet, um den Scharnierbolzen 20 von einem direkten Kontakt mit dem zweiten Scharnierabschnitt 18 zu trennen. Optional können auch eine Hülse 22 und eine Buchse 26 in den Öffnungen 21, 23 auf jeder Seite des Abstandhalters 24 angeordnet sein, um den Abstandhalter 24 von einem direkten Kontakt mit dem Scharnierbolzen 20 oder dem zweiten Scharnierabschnitt 18 zu trennen. Die Hülse 22 und/oder Buchse 26 selbst kann ebenfalls aus aktiven Materialien bestehen. Der Abstandhalter 24 steht in funktioneller Verbindung mit einer Aktivierungseinrichtung 28. Wie für den Fachmann auf diesem Gebiet offensichtlich sein wird, kann die Aktivierungseinrichtung 28, z. B. über ein Widerstandsheizelement, in Kontakt mit den aktiven Materialabschnitten stehen, die den Abstandhalter 24, die Hülse 22 und die Buchse 26 ausbilden, oder sie kann außen angeordnet sein, z. B. mithilfe einer Heißluftpistole.
Das durch die Aktivierungseinrichtung gelieferte Aktivierungssignal kann ein Wärmesignal, ein magnetisches Signal, ein elektrisches Signal, ein pneumatisches Signal, ein mechanisches Signal und dergleichen und Kombinationen umfassen, wobei das spezielle Aktivierungssignal von den Materialien und/oder der Ausgestaltung des aktiven Materials abhängig ist. Ein Wärmesignal kann angelegt werden, um die Eigenschaft des aktiven Materials zu ändern, das aus Formgedächtnislegierungen und/oder Formgedächtnispolymeren hergestellt ist. Ein elektrisches Signal kann angelegt werden, um die Eigenschaft des aktiven Materials zu ändern, das aus elektroaktiven Materialien, elektrostatischen und/oder elektronischen EAPs hergestellt ist. Ein magnetisches Feld kann angewendet (entfernt oder geändert) werden, um die Eigenschaft des aktiven Materials zu ändern, das aus magnetostriktiven Materialien wie z. B. MSMA und MR-Elastomeren hergestellt ist.
Wünschenswerterweise hält die Änderung der Eigenschaft des aktiven Materials für die Dauer des angelegten Aktivierungssignals an. Es ist ebenfalls wünschenswert, dass bei einer Unterbrechung des Aktivierungssignals die Eigenschaft im Wesentlichen in ihre ursprüngliche Form vor der Änderung zurückkehrt, wenn keine Kraft aufgebracht wird. Hingegen wird die Eigenschaft, wenn eine Kraft und/oder Belastung zum Zeitpunkt der Deaktivierung aufgebracht wird, bei der Deaktivierung in der neuen gewünschten Form verharren. Auf diese Weise können vorteilhafterweise die Reversibilität und viele Rückstellungen zum Ausrichten stattfinden.
In Abhängigkeit von dem speziellen gewählten Scharnier kann das aktive Material verformt werden, wenn die korrekte Ausrichtung der Tür in Bezug auf die Fahrzeugkarosserie hergestellt ist. Die Tür wird in Position gehalten, wenn das aktive Material deaktiviert wird, wodurch die Verformung des aktiven Materials in den Abstandhalter eingesperrt wird. Optional kann die Tür mehrere Scharniere an verschiedenen Punkten um seinen Umfang herum umfassen. Mehrere Scharniere können für eine erhöhte Sicherheit, eine erhöhte Drehsteifigkeit, eine erhöhte Energieabsorption bei einem Aufprallereignis und dergleichen sorgen.
Wendet man sich nun 2 zu, so ist eine beispielhafte Ausführungsform einer verstellbaren Arretierungsvorrichtung 200 zur Verwendung mit dem oben beschriebenen Scharnier veranschaulicht. Die verstellbare Arretierungsvorrichtung soll weder auf diese spezielle Ausführungsform beschränkt sein, noch soll sie auf irgendein spezielles aktives Material darin beschränkt sein. Die Arretierungsvorrichtung 200 weist einen Bügel 210 auf, von dem ein Ende an einer Fahrzeugkarosserie 212 angebracht ist. Der Bügel 210 umfasst Wände 214 durchdringende Öffnungen, in denen ein Raststift 216 angeordnet ist. Ein Abstandhalter 218 in den Wänden 214 ist aus einem aktiven Material hergestellt und ist in den die Wände 214 durchdringenden Öffnungen derart angeordnet, um den Raststift 216 von einem direkten Kontakt mit dem Bügel 210 zu trennen. Der Abstandhalter 218 steht in funktioneller Verbindung mit einer Aktivierungseinrichtung 220. Wie für den Fachmann auf diesem Gebiet offensichtlich sein wird, kann die Aktivierungseinrichtung 220, z. B. über ein Widerstandsheizelement, in Kontakt mit den aktiven Materialabschnitten stehen, die den Abstandhalter 218 bilden, oder sie kann außen angeordnet sein, z. B. mithilfe einer Heißluftpistole. Eine Arretierung 222 ist derart ausgestaltet, um mit dem Raststift 216 in Eingriff zu stehen und dadurch eine Schwingtür (nicht gezeigt) in Position zu halten. Die Arretierungsvorrichtung 200 lässt in Kombination mit dem oben offenbarten Scharnier 10 eine verstellbare Ausrichtung eines Verschlusses in Bezug auf eine Fahrzeugkarosserie bei einer Aktivierung der aktiven Materialien zu. Die unten beschriebenen Verfahren und Ausführungsformen als solche sollen sowohl Scharniere auf der Basis eines aktiven Materials als auch Arretierungsvorrichtungen auf der Basis eines aktiven Materials umfassen.
3 ist ein Flussdiagramm, das eine Ausführungsform eines Verfahrens für eine Türausrichtung unter Verwendung eines Scharniers und einer Arretierungsvorrichtung auf der Basis eines aktiven Materials wie oben beschrieben beispielhaft erklärt. Das Flussdiagramm enthält optionale Verfahrensschritte, die durch gestrichelte Kästchen angegeben sind. Das Verfahren umfasst allgemein, dass eine Tür gelenkig an einer Fahrzeugkarosserie befestigt wird, wie z. B. einen Türrahmen. Das Verfahren umfasst, dass Öffnungen in einem ersten Scharnierabschnitt, der an der Tür befestigt ist, mit Öffnungen, die in einem zweiten Scharnierabschnitt, der an der Fahrzeugkarosserie befestigt ist, angeordnet sind, ausgerichtet werden. Ein Abstandhalter, der aus einem aktiven Material gebildet ist, wird in die Öffnungen des ersten und des zweiten Scharnierabschnitts einge setzt, wonach dann ein Scharnierbolzen in den Öffnungen angeordnet wird, um die Tür verschwenkbar mit der Fahrzeugkarosserie zu verbinden. Eine Aktivierungseinrichtung ist funktionell mit dem aktiven Material verbunden. Um eine Ausrichtung der Tür in Bezug auf die Fahrzeugkarosserie zu bewirken, wird das aktive Material des Abstandhalters aktiviert, um eine Änderung einer Eigenschaft des aktiven Materials zu bewirken. Zum Beispiel würde, wenn der Abstandhalter aus einem SMP gebildet wäre, ein Erwärmen des SMP über die Umwandlungstemperatur der Niedrigtemperaturphase seinen Modul drastisch verringern, um so eine Bewegung der Tür um die Schwenkachse des Scharnierbolzens herum zuzulassen. Die Verwendung eines SMP zur Beschreibung des Flussdiagramms ist beispielhaft; weitere Arten von aktiven Materialien und deren Eigenschaften sind unten stehend in größerem Detail erläutert. Wenn die gewünschten Ausrichtungstoleranzen erreicht sind, wird das aktive Material deaktiviert. Zum Beispiel erhöht ein Abkühlen des SMP unter die Umwandlungstemperatur der Niedrigtemperaturphase seinen Modul, wodurch die Tür in einer feststehenden Position in Bezug auf die Fahrzeugkarosserie gesperrt wird. Der Vorgang kann beliebig oft wiederholt werden, um das gewünschte Bündigkeits- und Spalterscheinungsbild zu bewirken. Des Weiteren kann der Vorgang nicht nur während der Fertigung des Fahrzeugs, sondern jederzeit während der Nutzungsdauer des Fahrzeugs wiederholt werden.
Vorteilhafterweise können die in dem offenbarten Ausrichtverfahren verwendeten Scharniere und Arretierungsvorrichtungen auf der Basis eines aktiven Materials mehrere Bewegungsverstellrichtungen (z. B. bis zu sechs Freiheitsgrade) besitzen. Zum Beispiel können das offenbarte Scharnier, wie in 1 beschrieben, wie auch die in 2 beschriebene Arretierungsvorrichtung zumindest vier Freiheitsgrade besitzen. Das Scharnier wie nachfolgend in 5 beschrieben, besitzt zumindest fünf Freiheits grade. Bei einer Deaktivierung oder bei Nichtvorhandensein des Aktivierungssignals besitzen das Scharnier und die Arretierungsvorrichtungen zwei oder weniger Freiheitsgrade. Wie dem Fachmann gut bekannt ist, können die Freiheitsgrade z. B. Neigungsverstellung, Schwingverstellung, Schwenkverstellung, Pendelverstellung, Rollverstellung, Auf/Ab-Verstellung und dergleichen umfassen.
Wie durch die gestrichelten Kästchen von 3 angegeben, kann das oben offenbarte Verfahren ferner optionale Verfahrensschritte zum Ausrichten einer Tür umfassen. Zum Beispiel kann das Bündigkeits- und Spalterscheinungsbild der Tür in Bezug auf die Fahrzeugkarosserie gemessen werden. Dieses kann quantitativ mithilfe eines optischen Sensors oder dergleichen gemessen werden. Des Weiteren kann das Verfahren ferner umfassen, dass die optimale Position des Türblechs in Bezug auf die Fahrzeugkarosserie bestimmt wird. Zum Beispiel kann die Kinematik starrer Körper verwendet werden, um die optimale Position zu bestimmen und die erforderlichen Bewegungen für eine korrekte Ausrichtung zu berechnen. Außerdem kann an dem Türblech eine Fixiereinrichtung angebracht werden, bevor das aktive Material des verstellbaren Scharniers aktiviert wird. Nachdem das Scharnier auf der Basis eines aktiven Materials aktiviert ist, kann die Fixiereinrichtung das Türblech auf der Basis der durch den Schritt der Kinematik starrer Körper berechneten Bewegungen zu der gewünschten Stelle bewegen. Schließlich kann, sobald das Scharnier auf der Basis eines aktiven Materials deaktiviert ist, das Verfahren optional umfassen, dass die Bewegungsdaten gespeichert werden, um statistische Prozesssteuerungsverfahren zu erzeugen und die gleich bleibende Verschlussausrichtung von Fahrzeug zu Fahrzeug zu verbessern.
4 zeigt ein Fahrzeug 400 mit einer Fahrzeugkarosserie 410 und einem Türblech 412. Mehrere Scharniere und/oder Arretierungsvorrichtungen 414 auf der Basis eines aktiven Materials sind um das Fahrzeugtürblech 412 herum angeordnet. Die ausgezogenen Rechtecke geben die Stelle der Scharniere und Arretierungsvorrichtungen 414 auf der Basis eines aktiven Materials in jeder Fig. an. Vor dem Türausrichtungsverfahren kann ein Türblech, wenn es händisch an dem Türrahmen montiert wird, rotatorisch fehlausgerichtet (4(a)), translatorisch fehlausgerichtet (4(b)), in einer beliebigen Kombination aus translatorischer und rotatorischer Fehlausrichtung und dergleichen sein. Durch Verwendung eines aktiven Materials in den verstellbaren Scharnieren und Arretierungsvorrichtungen, wie oben beschrieben, kann eine Fixiereinrichtung verwendet werden, um die Tür auf der Basis vorhergehender quantitativer Messungen oder vorbestimmter Bündigkeits- und Spalterscheinungsbild-Spezifikationen auszurichten. In diesem Fall wird das aktive Material während des Fixierens aktiviert. Das aktive Material kann dann deaktiviert werden, um das Türblech in korrekter Ausrichtung in Bezug auf die Fahrzeugkarosserie zu halten, wie in 4(c) gezeigt. Wie veranschaulicht, sieht das offenbarte Verfahren auf der Basis eines aktiven Materials eine Ausrichtung in mehreren Richtungen vor.
5 zeigt ein weiteres Beispiel für ein verstellbares Scharnier 500 auf der Basis eines aktiven Materials. Das verstellbare Scharnier 500 weist einen ersten Scharnierabschnitt 510 und einen zweiten Scharnierabschnitt 512 auf. Der erste Scharnierabschnitt 510 kann mit einer Tür verbunden sein, während der zweite Scharnierabschnitt 512 mit einer Fahrzeugkarosserie verbunden sein kann. In dieser besonderen Ausführungsform kann der erste Scharnierabschnitt 510 aus einem aktiven Material bestehen. Das aktive Material könnte z. B. eine SMA mit einer porösen Struktur wie z. B. eine offene Zelle, ein Gitter und dergleichen sein. Im Betrieb könnte das Volumen des ersten Scharnierabschnitts 510 pseudoplastisch komprimiert werden, während im Martensitzustand mit niedri gerer Temperatur und niedrigerem Modul ein Spalt zwischen dem ersten Scharnierabschnitt 510 und dem zweiten Scharnierabschnitt 512 bleibt. Der Spalt würde eine Ausrichtung der Position der Tür in Bezug auf die Fahrzeugkarosserie zulassen. Sobald die gewünschte Ausrichtung des verstellbaren Scharniers hergestellt ist, könnte der erste SMA-Scharnierabschnitt 510 dann über seine Phasenübergangstemperatur erwärmt werden, um so die Formgedächtniseigenschaft der SMA zu aktivieren und zu bewirken, dass sich der erste Scharnierabschnitt 510 ausdehnt und den Spalt zwischen dem ersten Scharnierabschnitt 510 und dem zweiten Scharnierabschnitt 512 füllt. Wenn der Spalt gefüllt ist, steht der erste Scharnierabschnitt 510 mit dem zweiten Scharnierabschnitt 512 in Reibungseingriff. Die SMA kann dann abgekühlt werden, um den neuen verformten ersten Scharnierabschnitt 510 festzulegen und die gewünschte Position der Tür zu fixieren. Wiederum besitzt das offenbarte Scharnier vorteilhafterweise bis zu sechs Freiheitsgrade, wodurch eine Ausrichtung in bis zu sechs Richtungen zugelassen ist. Man beachte, dass eine gleichwertige Variante, für die das obige Verfahren Gültigkeit besitzt, eine ist, in der eine SMA durch eine MSMA ersetzt ist und das Anlegen eines magnetischen Feldes die thermische Aktivierung ersetzt.
Wie zuvor beschrieben, umfassen geeignete aktive Materialien für Abstandhalter, Scharnierabschnitte und dergleichen ohne Einschränkung Formgedächtnispolymere (SMP), Formgedächtnislegierungen (SMA), magnetische Formgedächtnislegierungen (MSMA), MR-Elastomere und EAPs.
„Formgedächtnispolymer” bezieht sich allgemein auf ein Polymermaterial, das beim Anlegen eines Aktivierungssignals eine Änderung einer Eigenschaft wie z. B. eines Elastizitätsmoduls, einer Form, einer Abmessung, einer Formorientierung oder einer Kombination, die zumindest eine der vorhergehenden Eigenschaften umfasst, zeigt. Formgedächtnispolymere können wärmeempfindlich (d. h., die Änderung der Eigenschaft wird durch ein thermisches Aktivierungssignal bewirkt), fotoempfindlich (d. h., die Änderung der Eigenschaft wird durch ein lichtbasiertes Aktivierungssignal bewirkt), feuchtigkeitsempfindlich (d. h., die Änderung der Eigenschaft wird durch ein Flüssigkeitsaktivierungssignal wie z. B. Feuchtigkeit, Wasserdampf oder Wasser bewirkt) oder eine Kombination sein.
Im Allgemeinen sind SMPs phasengetrennte Copolymere, die zumindest zwei verschiedene Einheiten umfassen, welche so beschrieben werden können, dass sie verschiedene Segmente innerhalb des SMP definieren, wobei jedes Segment unterschiedlich zu den Gesamteigenschaften des SMPs beiträgt. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „Segment” auf einen Block, einen Pfröpfling oder eine Sequenz derselben oder ähnlicher Monomer- oder Oligomereinheiten, die copolymerisiert sind, um das SMP zu bilden. Jedes Segment kann kristallin oder amorph sein und weist eine/n entsprechende/n Schmelzpunkt bzw. Erweichungstemperatur (Tg) auf. Der Begriff „Wärmeübergangstemperatur” wird hierin einfacherweise verwendet, um allgemein entweder auf eine Tg oder einen Schmelzpunkt Bezug zu nehmen, je nachdem, ob das Segment ein amorphes Segment oder ein kristallines Segment ist. Für SMPs, die (n) Segmente umfassen, kann gesagt werden, dass das SMP ein hartes Segment und (n – 1) weiche Segmente aufweist, wobei das harte Segment eine höhere Wärmeübergangstemperatur aufweist als jedes weiche Element. Somit weist das SMP (n) Wärmeübergangstemperaturen auf. Die Wärmeübergangstemperatur des harten Segments wird als die „letzte Übergangstemperatur” bezeichnet und die niedrigste Wärmeübergangstemperatur des so genannten „weichsten” Segments wird als die „erste Übergangstemperatur” bezeichnet. Es ist wichtig, darauf hinzuweisen, dass, wenn das SMP mehrere Segmente aufweist, die durch dieselbe Wärmeübergangstemperatur, die auch die letzte Übergangstemperatur ist, gekennzeichnet sind, gesagt werden kann, dass das SMP mehrere harte Segmente aufweist.
Wenn das SMP über die letzte Übergangstemperatur erwärmt wird, kann dem SMP-Material eine permanente Form verliehen werden. Eine permanente Form für das SMP kann durch ein nachfolgendes Abkühlen des SMPs unter diese Temperatur festgelegt oder ins Gedächtnis eingeprägt werden. Wie hierin verwendet sind die Begriffe „ursprüngliche Form”, „vorher definierte Form” und „permanente Form” gleichbedeutend und sollen untereinander austauschbar verwendet werden. Eine temporäre Form kann festgelegt werden, indem das Material auf eine Temperatur erwärmt wird, die höher als eine Wärmeübergangstemperatur eines jeglichen weichen Elements ist, jedoch unter der letzten Übergangstemperatur liegt, eine äußere Spannung oder Belastung aufgebracht wird, um das SMP zu verformen, und dann unter die bestimmte Wärmeübergangstemperatur des weichen Segments abgekühlt wird, während die verformende äußere Spannung oder Belastung aufrechterhalten wird.
Die permanente Form kann wiedererlangt werden, indem das Material, während die Spannung oder Belastung entfernt ist, über die bestimmte Wärmeübergangstemperatur des weichen Segments, jedoch unter die letzte Übergangstemperatur erwärmt wird. Es sollte somit einzusehen sein, dass es durch Kombinieren mehrerer weicher Segmente möglich ist, mehrere temporäre Formen zu zeigen, und es mit mehreren harten Segmenten möglich sein kann, mehrere permanente Formen zu zeigen. In ähnlicher Weise wird bei Verwendung eines Ansatzes mit einer Schichtung oder einem Verbund eine Kombination aus mehreren SMPs Übergänge zwischen mehreren temporären und permanenten Formen zeigen.
Für SMPs mit nur zwei Segmenten wird die temporäre Form des Formgedächtnispolymers bei der ersten Übergangstemperatur festgelegt, gefolgt von einem Abkühlen des SMPs unter Belastung, um die temporäre Form einzuschließen. Die temporäre Form wird solange beibehalten, wie das SMP unter der ersten Übergangstemperatur bleibt. Die permanente Form wird wiedergewonnen, wenn das SMP erneut über die erste Übergangstemperatur gebracht wird, während die Belastung entfernt wird. Ein Wiederholen der Erwärmungs-, Form- und Abkühlschritte kann die temporäre Form wiederholt zurücksetzen.
Die meisten SMPs zeigen einen Effekt „in eine Richtung”, wobei das SMP eine permanente Form aufweist. Beim Erwärmen des Formgedächtnispolymers über eine Wärmeübergangstemperatur eines weichen Segments ohne eine Spannung oder Belastung wird die permanente Form erreicht und die Form kehrt nicht ohne die Verwendung äußerer Kräfte zu der temporären Form zurück.
Als eine Alternative können einige Formgedächtnispolymerzusammensetzungen derart hergestellt sein, dass sie einen Effekt „in zwei Richtungen” zeigen, wobei das SMP zwei permanente Formen aufweist. Diese Systeme umfassen mindestens zwei Polymerkomponenten. Zum Beispiel könnte eine Komponente ein erstes vernetztes Polymer sein, während die andere Komponente ein anderes vernetztes Polymer ist. Die Komponenten werden durch Schichtverfahren kombiniert oder sind Durchdringungsnetzwerke, wobei die zwei Polymerkomponenten vernetzt sind, allerdings nicht miteinander. Durch Ändern der Temperatur ändert das Formgedächtnispolymer seine Form in der Richtung einer ersten permanenten Form oder einer zweiten permanenten Form. Jede der permanenten Formen gehört zu einer Komponente des SMP. Die Temperaturabhängigkeit der Gesamtform ist in der Tatsache begründet, dass die mechanischen Eigenschaften einer Komponente („Komponente A”) beinahe unabhängig von der Temperatur in dem betreffenden Temperaturintervall sind. Die mechanischen Eigenschaften der anderen Komponente („Komponente B”) sind von der Temperatur in dem betreffenden Temperaturintervall abhängig. In einer Ausführungsform wird die Komponente B bei niedrigen Temperaturen im Vergleich mit der Komponente A stärker, während die Komponente A bei hohen Temperaturen stärker ist und die tatsächliche Form bestimmt. Eine Gedächtniseinrichtung in zwei Richtungen kann hergestellt werden, indem die permanente Form der Komponente A („erste permanente Form”) festgelegt wird, die Einrichtung zu der permanenten Form der Komponente B („zweite permanente Form”) verformt wird und die permanente Form der Komponente B fixiert wird, während eine Spannung aufgebracht wird.
Es sollte für einen Fachmann einzusehen sein, dass es möglich ist, SMPs in vielen verschiedenen Formen und Gestalten auszugestalten. Die technische Ausführung der Zusammensetzung und Struktur des Polymers selbst kann die Wahl einer bestimmten Temperatur für eine gewünschte Anwendung zulassen. Zum Beispiel kann die letzte Übergangstemperatur je nach spezieller Anwendung zwischen etwa 0°C und etwa 300°C oder mehr betragen. Eine Temperatur für eine Formwiederherstellung (d. h. eine Wärmeübergangstemperatur für ein weiches Segment) kann etwa –30°C oder mehr betragen. Eine weitere Temperatur für eine Formwiederherstellung kann etwa 40°C oder mehr betragen. Eine weitere Temperatur für eine Formwiederherstellung kann etwa 100°C oder mehr betragen. Eine weitere Temperatur für eine Formwiederherstellung kann etwa 250°C oder weniger betragen. Eine noch weitere Temperatur für eine Formwiederherstellung kann etwa 200°C oder weniger betragen. Schließlich kann eine weitere Temperatur für eine Formwiederherstellung etwa 150°C oder weniger betragen.
Optional kann das SMP ausgewählt sein, um ein spannungsinduziertes Fließen bereitzustellen, das direkt (d. h. ohne Erwärmen des SMP über seine Wärmeübergangstemperatur, um es zu „erweichen”) verwendet werden kann, um das Fließen mit einer vorhandenen Fläche konform zu machen. Die maximale Dehnung, der das SMP in diesem Fall standhalten kann, kann in einigen Ausführungsformen mit dem Fall vergleichbar sein, in dem das SMP über seiner Wärmübergangstemperatur verformt wird.
Wenngleich Bezug auf wärmeempfindliche SMPs genommen wurde und weiter genommen wird, wird der Fachmann angesichts dieser Offenlegung erkennen, dass fotoempfindliche, feuchtigkeitsempfindliche SMPs und durch andere Verfahren aktivierte SMPs ohne weiteres zusätzlich zu oder anstelle von wärmeempfindlichen SMPs verwendet werden können. Zum Beispiel kann, anstatt Wärme zu verwenden, eine temporäre Form in einem fotoempfindlichen SMP festgelegt werden, indem das fotoempfindliche SMP mit Licht einer spezifischen Wellenlänge bestrahlt wird (während es belastet ist), das bewirkt, dass sich spezifische Vernetzungen ausbilden, und die Bestrahlung dann unterbrochen wird, während es noch immer belastet ist. Um in seine ursprüngliche Form zurückzukehren, kann das fotoempfindliche SMP mit dem Licht derselben oder einer verschiedenen spezifischen Wellenlänge angeregt werden (während die Belastung entfernt ist), das in der Lage ist, die spezifischen Vernetzungen zu spalten. Ebenso kann eine temporäre Form in einem feuchtigkeitsempfindlichen SMP festgelegt werden, indem spezifische funktionelle Gruppen oder Komponenten Feuchtigkeit (z. B. Feuchte, Wasser, Wasserdampf oder dergleichen) ausgesetzt werden, die wirksam sind, um eine spezifische Feuchtigkeitsmenge aufzunehmen, eine Belastung oder Spannung auf das feuchtigkeitsempfindliche SMP aufgebracht wird, und dann die spezifische Feuchtigkeitsmenge entfernt wird, während es noch immer belastet ist. Um in seine ur sprüngliche Form zurückzukehren, kann das feuchtigkeitsempfindliche SMP Feuchtigkeit ausgesetzt werden (während die Belastung entfernt ist).
Geeignete Formgedächtnispolymere können, unabhängig von dem speziellen Typ von SMP, Thermoplaste, Duroplaste, Durchdringungsnetzwerke, halbdurchdringende Netzwerke oder gemischte Netzwerke sein. Die SMP-„Einheiten” oder -„Segmente” können ein einzelnes Polymer oder eine Mischung von Polymeren sein. Die Polymere können lineare oder verzweigte Elastomere mit Seitenketten oder dentritischen Strukturelementen sein. Geeignete Polymerkomponenten zum Bilden eines Formgedächtnispolymers umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf Polyphosphazane, Polyvinylalkohole, Polyamide, Polyimide, Polyesteramide, Polyaminosäuren, Polyanhydride, Polycarbonate, Polyacrylate, Polyalkylene, Polyacrylamide, Polyalkylenglykole, Polyalkylenoxide, Polyalkylenterphthalate, Polyorthoester, Polyvinylether, Polyvinylester, Polyvinylhalogenide, Polyester, Polylaktide, Polyglykolide, Polysiloxane, Polyurethane, Polyether, Polyetheramide, Polyetherester und Copolymere davon. Beispiele für geeignete Polyacrylate umfassen Polymethylmethacrylat, Polyethylmethacrylat, Polybutylmethacrylat, Polyisobutylmethacrylat, Polyhexylmethacrylat, Polyisodecylmethacrylat, Polylaurylmethacrylat, Polyphenylmethacrylat, Polymethylacrylat, Polyisopropylacrylat, Polyisobutylacrylat und Polyoctadecylacrylat. Beispiele für weitere geeignete Polymere umfassen Polystyrol, Polypropylen, Polyvinylphenol, Polyvinylpyrrolidin, chloriertes Polybutylen, Polyoctadecylvinylether, Ethylenvinylacetat, Polyethylen, Polyethylenoxid-Polyethylen-Terephthalat, Polyethylen/Nylon (Pfropf-Copolymer), Polycaprolaktonpolyamid (Blockcopolymer), Polycaprolaktondimethacrylat-n-Butylacrylat, polyhedrales oligomeres Polynorbornylsilsequioxan, Polyvinylchlorid, Urethan/Butadien-Copolymere, polyurethanhaltige Blockcopolymere, Styrol-Butadienstyrol-Blockcopolymere und dergleichen umfassen. Das/die zum Bilden der verschiedenen Segmente in den oben be schriebenen SMPs verwendete/n Polymer/e sind entweder im Handel erhältlich oder können unter Verwendung von Routine-Chemie synthetisiert werden. Ein Fachmann kann die Polymere ohne weiteres unter Verwendung bekannter chemischer und Verarbeitungsverfahren ohne übermäßiges Experimentieren herstellen.
Wie ein Fachmann einsehen wird, kann die Durchführung einer Polymerisation verschiedener Segmente mithilfe eines Treibmittels einen Formgedächtnispolymerschaum bilden, wie er z. B. für bestimmte Anwendungen erwünscht sein kann. Das Treibmittel kann vom Zersetzungstyp (entwickelt ein Gas bei einer chemischen Zersetzung) oder vom Verdampfungstyp (das ohne chemische Reaktion verdampft) sein. Beispielhafte Treibmittel vom Zersetzungstyp umfassen, sollen jedoch nicht beschränkt sein auf Natriumbicarbonat, Azidverbindungen, Ammoniumcarbonat, Ammoniumnitrit, Leichtmetalle, die bei einer Reaktion mit Wasser Wasserstoff entwickeln, Azodicarbonamid, N,N'-Dinitrosopentamethylentetramin und dergleichen. Beispielhafte Treibmittel vom Verdampfungstyp umfassen, sollen jedoch nicht beschränkt sein auf Trichlormonofluormethan, Trichlortrifluorethan, Methylenchlorid, komprimierten Stickstoff und dergleichen.
Ähnlich wie Formgedächtnispolymere liegen Formgedächtnislegierungen in mehreren unterschiedlichen temperaturabhängigen Phasen vor. Die am häufigsten verwendeten dieser Phasen sind die so genannte Martensit- und die Austenitphase. In der nachfolgenden Erläuterung bezieht sich die Martensitphase allgemein auf die stärker verformbare Phase niedrigerer Temperatur, wohingegen sich die Austenitphase allgemein auf die starrere Phase höherer Temperatur bezieht. Wenn sich die Formgedächtnislegierung in der Martensitphase befindet und erwärmt wird, beginnt sie, sich in die Austenitphase zu ändern. Die Temperatur, bei der dieses Phänomen beginnt, wird oft als Austenit-Anfangstemperatur (As) bezeichnet. Die Temperatur, bei der dieses Phänomen endet, wird als Austenit-Endtemperatur (Af) bezeichnet. Wenn sich die Formgedächtnislegierung in der Austenitphase befindet und abgekühlt wird, beginnt sie, sich in die Martensitphase zu ändern, und die Temperatur, bei der dieses Phänomen beginnt, wird als Martensit-Anfangstemperatur (Ms) bezeichnet. Die Temperatur, bei der der Austenit aufhört, in den Martensit überzugehen, wird als Martensit-Endtemperatur (Mf) bezeichnet. Im Allgemeinen sind die Formgedächtnislegierungen in ihrer martensitischen Phase weicher und leichter verformbar und sie sind in der austenitischen Phase härter, fester und/oder starrer. Im Hinblick auf die vorhergehenden Eigenschaften erfolgt eine Ausdehnung der Formgedächtnislegierung vorzugsweise bei oder unterhalb der Austenit-Übergangstemperatur (bei oder unterhalb von As). Ein nachfolgendes Erwärmen über die Austenit-Übergangstemperatur bewirkt, dass die ausgedehnte Formgedächtnislegierung in ihre permanente Form zurückkehrt. Somit ist ein geeignetes Aktivierungssignal zur Verwendung mit Formgedächtnislegierungen ein thermisches Aktivierungssignal in einer Größenordnung, die Übergänge zwischen der Martensit- und der Austenitphase bewirkt.
Die Temperatur, bei der sich die Formgedächtnislegierung an ihre Hochtemperaturform erinnert, wenn sie erwärmt wird, kann durch geringfügige Änderungen in der Zusammensetzung der Legierung und durch eine Wärmebehandlung angepasst werden. In Nickel-Titan-Formgedächtnislegierungen kann sie z. B. von über etwa 100°C auf unter etwa –100°C geändert werden. Der Formwiederherstellungsprozess findet über einen Bereich von nur wenigen Grad statt und der Beginn oder das Ende des Übergangs kann, abhängig von der gewünschten Anwendung und Legierungszusammensetzung, auf innerhalb ein oder zwei Grad gesteuert sein. Die mechanischen Eigenschaften der Formgedächtnislegierung variieren stark über den Temperaturbereich, der ihren Übergang überspannt, und stellen typischerweise Formgedächtniseffekte, superelastische Effekte und ein hohes Dämpfungsvermögen bereit.
Geeignete Formgedächtnislegierungsmaterialien umfassen, sollen jedoch nicht beschränkt sein auf, Legierungen auf Nickel-Titan-Basis, Legierungen auf Indium-Titan-Basis, Legierungen auf Nickel-Aluminium-Basis, Legierungen auf Nickel-Gallium-Basis, Legierungen auf Kupferbasis (z. B. Kupfer-Zinklegierungen, Kupfer-Aluminiumlegierungen, Kupfer-Gold- und Kupfer-Zinnlegierungen), Legierungen auf Gold-Cadmium-Basis, Legierungen auf Silber-Cadmium-Basis, Legierungen auf Indium-Cadmium-Basis, Legierungen auf Mangan-Kupfer-Basis, Legierungen auf Eisen-Platin-Basis, Legierungen auf Eisen-Palladium-Basis und dergleichen. Die Legierungen können binär, ternär oder von irgendeiner höheren Ordnung sein, vorausgesetzt die Legierungszusammensetzung weist einen Formgedächtniseffekt auf wie z. B. eine Änderung der Formorientierung, Änderungen der Fließgrenze und/oder der Biegemoduleigenschaften, des Dämpfungsvermögens, der Superelastizität und dergleichen. Die Wahl einer geeigneten Formgedächtnislegierungszusammensetzung hängt von dem Temperaturbereich ab, in dem die Komponente arbeiten wird.
Magnetische Formgedächtnislegierungen (MSMA) funktionieren auf ähnliche Weise wie eine SMA, arbeiten jedoch unter Ansprechen auf magnetische Aktivierungssignale im Gegensatz zu temperaturbasierten Signalen. MSMAs sind bekannt dafür, dass sie eine ausgezeichnete Formgedächtnis-Ansprechgeschwindigkeit aufweisen. MSMAs besitzen eine Phasenübergangsstruktur (eine Zwillingskristallstruktur). Diese Zwillinge besitzen verschiedene magnetische und kristallographische Orientierungen. Wenn ein magnetisches Feld an die MSMA angelegt wird, werden die martensitischen Zelleinheiten (Magnetisierungsvektoren in den Zellen) entlang eines magnetischen Feldes neuorientiert, um eine Dehnung zu induzieren, die zu der Formänderung des Elements führt. Typische MSMA-Materialien umfassen, sollen jedoch nicht beschränkt sein, auf MSMAs auf der Basis von Eisen wie z. B. Fe-Pd- und Fe-Pt-Legierungen, MSMAs auf der Basis von Kupfer wie z. B. Cu-Al- und Cu-Al-Mn-Legierungen, und Legierungen auf der Basis von Nickel wie z. B. Ni-Mn-Ga und Ni-Co-Al-Legierungen. Geeignete magnetische Materialien umfassen ferner, sollen jedoch nicht beschränkt sein auf weiche oder harte Magneten; Hematit; Magnetit; magnetisches Material auf der Basis von Eisen, Nickel und Cobalt, Legierungen aus den vorhergehenden oder Kombinationen, die zumindest eines der vorhergehenden umfassen, und dergleichen. Legierungen aus Eisen, Nickel und/oder Cobalt können Aluminium, Silicium, Cobalt, Nickel, Vanadium, Molybdän, Chrom, Wolfram, Mangan und/oder Kupfer umfassen.
Magnetorheologische (MR) Elastomere sind eine Gruppe von intelligenten Materialien, deren Modul durch Anlegen eines äußeren magnetischen Feldes gesteuert werden kann. MR-Elastomermaterialien umfassen, sollen jedoch nicht beschränkt sein auf eine elastische Polymermatrix, die eine Suspension aus ferromagnetischen oder paramagnetischen Partikeln umfasst. Geeignete Partikel umfassen Eisen; Eisenlegierungen wie jene, die Aluminium, Silicium, Cobalt, Nickel, Vanadium, Molybdän, Chrom, Wolfram, Mangan und/oder Kupfer umfassen; Eisenoxide einschließlich Fe₂O₃ und Fe₃O₄; Eisennitrid; Eisencarbid; Carbonyleisen; Nickel und Nickellegierungen; Cobalt und Cobaltlegierungen; Chromdioxid; Edelstahl; Siliciumstahl; und dergleichen.
Die Partikelgröße sollte so gewählt sein, dass die Partikel Eigenschaften mehrerer magnetischer Komponenten zeigen, wenn sie einem magnetischen Feld ausgesetzt sind. Die Durchmessergrößen für die Partikel können etwa 1.000 Mikrometer oder weniger betragen, wobei etwa 500 Mik rometer oder weniger bevorzugt sind und etwa 100 Mikrometer oder weniger stärker bevorzugt sind. Ebenfalls bevorzugt ist ein Partikeldurchmesser von etwa 0,1 Mikrometer oder mehr, wobei etwa 0,5 oder mehr stärker bevorzugt sind und etwa 10 Mikrometer oder mehr speziell bevorzugt sind. Die Partikel sind vorzugsweise in einer Menge zwischen etwa 5,0 und etwa 50 Volumenprozent der gesamten MR-Elastomerzusammensetzung vorhanden.
Geeignete Polymermatrizes umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf Poly-Alpha-Olefine, Naturkautschuk, Silikon, Polybutadien, Polyethylen, Polyisopren, und dergleichen.
Elektroaktive Polymere umfassen jene Polymermaterialien, die beim Ansprechen auf elektrische oder mechanische Felder pyroelektrische oder elektrostriktive Eigenschaften aufweisen.
Materialien, die zur Verwendung als ein elektroaktives Polymer geeignet sind, können jedes/n im Wesentlichen isolierende/n Polymer oder Gummi (oder eine Kombination davon) umfassen, das/der sich in Ansprechen auf eine elektrostatische Kraft verformt oder dessen Verformung zu einer Änderung eines elektrischen Feldes führt. Beispielhafte Materialien, die zur Verwendung als ein vorgedehntes Polymer geeignet sind, umfassen Silikonelastomere, Acrylelastomere, Polyurethane, thermoplastische Elastomere, Copolymere mit PVDF, druckempfindliche Haftmittel, Fluorelastomere, Polymere, die Silikon- und Acrylkomponenten umfassen, und dergleichen. Polymere, die Silikon- und Acrylkomponenten umfassen, können z. B. Copolymere mit Silikon- und Acrylkomponenten, Polymermischungen mit einem Silikonelastomer und einem Acrylelastomer umfassen.
Materialien, die als ein elektroaktives Polymer verwendet werden, können auf der Basis einer oder mehrerer Materialeigenschaften wie z. B. einer hohen elektrischen Durchbruchsfeldstärke, eines niedrigen Elastizitätsmoduls (für große oder kleine Verformungen), einer hohen Dielektrizitätskonstante und dergleichen ausgewählt sein. In einer Ausführungsform ist das Polymer derart ausgewählt, dass es einen Elastizitätsmodul von höchstens etwa 100 MPa aufweist. In einer weiteren Ausführungsform ist das Polymer derart ausgewählt, dass es einen maximalen Betätigungsdruck zwischen etwa 0,05 MPa und etwa 10 MPa und vorzugsweise zwischen etwa 0,3 MPa und etwa 3 MPa aufweist. In einer weiteren Ausführungsform ist das Polymer derart ausgewählt, dass es eine Dielektrizitätskonstante zwischen etwa 2 und etwa 20 und vorzugsweise zwischen etwa 2,5 und etwa 12 aufweist. Die vorliegende Erfindung soll nicht auf diese Bereiche beschränkt sein. Idealerweise wären Materialien mit einer höheren Dielektrizitätskonstante als die oben angegebenen Bereiche wünschenswert, wenn die Materialien sowohl eine hohe Dielektrizitätskonstante als auch eine hohe Durchschlagfestigkeit hätten. In vielen Fällen können elektroaktive Polymere als dünne Filme hergestellt und implementiert sein. Geeignete Dicken für diese dünnen Filme können unterhalb von 50 Mikrometer liegen.
Da sich elektroaktive Polymere bei starken Dehnungen durchbiegen können, sollten sich an den Polymeren befestigte Elektroden ebenso durchbiegen, ohne die mechanische oder elektrische Leistung zu beeinträchtigen. Im Allgemeinen können zur Verwendung geeignete Elektroden jede Form aufweisen und aus jedem Material sein, vorausgesetzt, sie sind in der Lage, eine geeignete Spannung an ein elektroaktives Polymer zu liefern oder von diesem eine geeignete Spannung zu empfangen. Die Spannung kann entweder konstant sein oder sich mit der Zeit ändern. In einer Ausführungsform kleben die Elektroden an einer Fläche des Polymers. Elekt roden, die an dem Polymer kleben, sind vorzugsweise fügsam und passen sich der sich verändernden Form des Polymers an. Dementsprechend kann die vorliegende Offenlegung fügsame Elektroden umfassen, die sich der Form eines elektroaktiven Polymers, an dem sie befestigt sind, anpassen. Die Elektroden können nur an einem Abschnitt eines elektroaktiven Polymers angebracht sein und eine aktive Fläche gemäß ihrer Geometrie definieren. Verschiedene zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung geeignete Arten von Elektroden umfassen strukturierte Elektroden mit Metallspuren und Ladungsverteilungsschichten, strukturierte Elektroden mit verschiedenen Maßen außerhalb der Ebene, leitfähige Pasten wie z. B. Kohlepasten oder Silberpasten, kolloidale Suspensionen, leitfähige Materialien mit einem hohen Aspektverhältnis wie z. B. Kohlenstofffilamente und Kohlenstoff-Nanoröhrchen.
Materialien, die für Elektroden der vorliegenden Erfindung verwendet werden, können variieren. Geeignete Materialien, die in einer Elektrode verwendet werden, können Grafit, Ruß, kolloidale Suspensionen, dünne Metalle, umfassend Silber und Gold, silbergefüllte und kohlenstoffgefüllte Gele und Polymere und ionisch oder elektronisch leitfähige Polymere umfassen. Es ist einzusehen, dass bestimmte Elektrodenmaterialien mit gewissen Polymeren gut funktionieren können und mit anderen nicht so gut funktionieren können. Zum Beispiel funktionieren Kohlenstofffilamente gut mit Acrylelastomerpolymeren und nicht so gut mit Silikonpolymeren.
Vorteilhafterweise sehen das/die oben angeführte/n Scharnier, Arretierungsvorrichtungen und Türausrichtverfahren ein einheitlicheres und quantifizierbares Verfahren auf der Basis eines aktiven Materials im Vergleich mit derzeitigen Türausrichtverfahren vor. Zusätzlich zu der Bereitstellung der Reversibilität bieten die Verfahren Möglichkeiten zur Entwicklung statistischer Prozessteuerungsverfahren für das Türausrichtverfahren. Die statistischen Steuerdaten können die Verfahrenseffizienz wie auch die Kontinuität von Fahrzeug zu Fahrzeug verbessern. Überdies sollte der Fachmann wissen, dass das Scharnier auf der Basis eines aktiven Materials für die Befestigung eines beliebigen mit einem Scharnier versehenen Blechs an dem Fahrzeug ausgestaltet werden kann.

Claims

Verstellbares Scharnier (10) für eine Tür, Klappe oder dergleichen, das umfasst: einen ersten Scharnierabschnitt (14) mit einer ersten Öffnung (21); einen zweiten Scharnierabschnitt (18) mit einer zweiten Öffnung (23), die koaxial mit der ersten Öffnung (21) ausgerichtet ist; einen Scharnierbolzen (20), der in der ersten und der zweiten Öffnung (21, 23) angeordnet ist, um den ersten und den zweiten Scharnierabschnitt (14, 18) zu verbinden, wobei der Scharnierbolzen (20) ferner einen Abstandhalter (24) zwischen Wänden, in denen die erste und die zweite Öffnung (21, 23) ausgebildet sind, und dem Scharnierbolzen aufweist, wobei der Abstandhalter (24) ein aktives Material umfasst; und eine Aktivierungseinrichtung (28) in funktioneller Verbindung mit dem aktiven Material, wobei die Aktivierungseinrichtung (28) dazu dient, selektiv ein Aktivierungssignal an das aktive Material anzulegen und eine reversible Änderung zumindest einer Eigenschaft des aktiven Materials zu bewirken, wobei die Änderung der zumindest einen Eigenschaft wirksam ist, um dem Scharnierbolzen (20), der über zwei oder weniger Freiheitsgrade bei Nichtvorhandensein des Aktivierungssignals verfügt, bis zu sechs Freiheitsgrade zu verleihen.
Verstellbares Scharnier nach Anspruch 1, wobei das aktive Material eine Formgedächtnislegierung, eine ferromagnetische Formgedächtnislegierung, ein Formgedächtnispolymer, ein magnetorheologisches Elastomer, ein elektroaktives Polymer oder Kombinationen davon umfasst.
Verstellbares Scharnier nach Anspruch 1, wobei die Änderung der zumindest einen Eigenschaft eine Änderung einer Form, einer Scherkraft, einer Formorientierung, eines Biegemoduls oder von Kombinationen davon umfasst.
Verstellbares Scharnier nach Anspruch 1, wobei der erste Scharnierabschnitt (14) aus dem aktiven Material gebildet ist.
Verstellbares Scharnier nach Anspruch 1, wobei der zweite Scharnierabschnitt (18) aus dem aktiven Material gebildet ist.
Verstellbares Scharnier nach Anspruch 1, wobei das Aktivierungssignal ein thermisches Aktivierungssignal, ein elektrisches Aktivierungssignal, ein chemisches Aktivierungssignal, ein magnetisches Aktivierungssignal, eine mechanische Belastung oder eine Kombination davon umfasst.
Verfahren zum verstellbaren Befestigen einer Tür (12), Klappe oder dergleichen an einer Fahrzeugkarosserie (16), wobei das Verfahren die Schritte umfasst, dass: ein Abstandhalter (24) aus einem aktiven Material, der zwischen einem Scharnierbolzen (20) und Wänden, in denen Öffnungen (21, 23) eines ersten Scharnierabschnitts (14) und eines zweiten Scharnierabschnitts (18) ausgebildet sind, angeordnet ist, aktiviert wird, wodurch der Scharnierbolzen (20) bei einer Aktivierung des aktiven Materials bis zu sechs Freiheitsgrade bekommt, wobei der erste Scharnierabschnitt (14) an einem Ende an einer Tür (12) befestigt ist und ein Ende des zweiten Scharnierabschnitts (18) an der Fahrzeugkarosserie (16) befestigt ist; die Tür (12) in einer gewünschten Position in Bezug auf die Fahrzeugkarosserie (16) ausgerichtet wird; und das aktive Material deaktiviert wird, um die Tür (12) in der gewünschten Position in Bezug auf die Fahrzeugkarosserie (16) zu halten, wodurch der Scharnierbolzen (20) nunmehr zwei oder weniger Freiheitsgrade besitzt.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Ausrichten der Tür (12) ferner umfasst, dass eine Messung eines Bündigkeits- und Spalterscheinungsbilds der Tür in Bezug auf die Fahrzeugkarosserie (16) vorgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das aktive Material eine Formgedächtnislegierung, eine ferromagnetische Formgedächtnislegierung, ein Formgedächtnispolymer, ein elektroaktives Polymer, ein magnetorheologisches Elastomer oder Kombinationen davon umfasst.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Aktivieren des aktiven Materials umfasst, dass zumindest eine Eigenschaft des aktiven Materials geändert wird, wobei das Ändern der zumindest einen Eigenschaft eine Änderung einer Form, einer Scherkraft, einer Formorientierung, eines Biegemoduls oder von Kombinationen davon umfasst.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei der erste Scharnierabschnitt (14) der Tür (12) aus einem aktiven Material gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei der zweite Scharnierabschnitt (18) der Fahrzeugkarosserie (16) aus einem aktiven Material gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Aktivieren des aktiven Materials umfasst, dass ein Aktivierungssignal vorgesehen wird, das ein thermisches Aktivierungssignal, ein elektrisches Aktivierungssignal, ein chemisches Aktivierungssignal, ein magnetisches Aktivierungssignal, eine mechanische Belastung oder eine Kombination davon umfasst.
Scharnier, das umfasst: einen ersten Scharnierabschnitt (14), von dem ein Ende an einer Tür (12), Klappe oder dergleichen befestigt ist; einen zweiten Scharnierabschnitt (18), der gelenkig an dem ersten Scharnierabschnitt (14) befestigt ist und von dem ein Ende an einer Fahrzeugkarosserie (16) befestigt ist; und ein aktives Material, das den ersten Scharnierabschnitt (14), der über zwei oder weniger Freiheitsgraden bei Nichtvorhandensein eines Aktivierungssignals verfügt, mit bis zu sechs Freiheitsgraden in Bezug auf den zweiten Scharnierabschnitt (18) nach Empfangen des Aktivierungssignals vorsieht.
Scharnier nach Anspruch 14, wobei der erste Scharnierabschnitt (14) eine erste Öffnung (21) aufweist, der zweite Scharnierabschnitt (18) eine zweite Öffnung (23) aufweist, die koaxial mit der ersten Öffnung (21) ausgerichtet ist, und ferner umfassend einen Scharnierbolzen (20), der in der ersten und der zweiten Öffnung (21, 23) angeordnet ist, um den ersten und den zweiten Scharnierabschnitt (14, 18) zu verbinden, sowie einen Abstandhalter (24) zwischen Wänden, in denen die erste und die zweite Öffnung (21, 23) ausgebildet sind, und dem Scharnierbolzen (20), wobei der Abstandhalter (24) das aktive Material umfasst.
Scharnier nach Anspruch 14, wobei der erste Scharnierabschnitt (14) aus dem aktiven Material gebildet ist und der zweite Scharnierabschnitt (18) innerhalb des ersten Scharnierabschnitts (14) angeordnet ist, sodass, wenn das aktive Material des ersten Scharnierabschnitts (14) aktiviert wird, der zweite Scharnierabschnitt (18) in Reibungsverbindung mit dem ersten Scharnierabschnitt (14) steht.
Scharnier nach Anspruch 14, wobei das aktive Material eine Formgedächtnislegierung, eine ferromagnetische Formgedächtnislegierung, ein Formgedächtnispolymer, ein magnetorheologisches Elastomer, ein elektroaktives Polymer oder Kombinationen davon umfasst.
Scharnier nach Anspruch 14, wobei das Aktivierungssignal ein thermisches Aktivierungssignal, ein elektrisches Aktivierungssignal, ein chemisches Aktivierungssignal, ein magnetisches Aktivierungssignal, eine mechanische Belastung oder eine Kombination davon umfasst.
Scharnier nach Anspruch 14, wobei das aktive Material derart ausgestaltet ist, dass es eine reversible Änderung zumindest einer Eigenschaft erfährt, wobei die reversible Änderung der zumindest einen Eigenschaft eine Änderung einer Form, einer Scherkraft, einer Formorientierung, eines Biegemoduls oder von Kombinationen davon umfasst.
Verstellbare Arretierungsvorrichtung (200), die umfasst: einen Bügel (210) mit einer ersten und einer zweiten Öffnung (214); einen Raststift (216), der in der ersten und der zweiten Öffnung (214) angeordnet ist, wobei der Raststift (216) einen Abstandhalter (218) zwischen Wänden, in denen die erste und die zweite Öffnung (214) ausgebildet sind, und dem Raststift (216) aufweist, wobei der Abstandhalter (218) ein aktives Material umfasst; eine Arretierung (222), die ausgestaltet ist, um mit dem Raststift (216) in Eingriff zu stehen; und eine Aktivierungseinrichtung (220) in funktioneller Verbindung mit dem aktiven Material, wobei die Aktivierungseinrichtung (220) dazu dient, selektiv ein Aktivierungssignal an das aktive Material anzulegen und eine reversible Änderung zumindest einer Eigenschaft des aktiven Materials zu bewirken, wobei die Änderung der zumindest einen Eigenschaft wirksam ist, um dem Raststift (216), der über zwei oder weniger Freiheitsgrade bei Nichtvorhandensein des Aktivierungssignals verfügt, bis zu sechs Freiheitsgrade zu verleihen.