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Die Erfindung betrifft ein pneumatisch oder hydraulisch formveränderbares textiles Gebilde und Verwendungen hierfür gemäß Oberbegriff des Anspruches 1.
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Aus der
DE 10 2006 014 365 A1 ist ein pneumatisches oder hydraulisches Auslenkungselement vorbekannt. Dort ist ein flexibler Träger vorgesehen, wobei der Träger an mindestens einer Randschicht ein oder mehrere druckbeaufschlagbare Kissen aufweist. Die Kissen berühren den Träger flächig und sind in einer definierten Richtung unmittelbar oder mittelbar mit dem Träger verbunden, um eine gesteuerte Ausknickung des Trägers zu bewirken.
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Die
EP 0 106 976 B1 zeigt einen flexiblen, mit einem fluiden Medium füllbaren Hohlkörper, wobei der Hohlkörper aus einem Doppelgewebe besteht, dessen Oberbahn und Unterbahn auf der Außenfläche mit einer Schicht aus elastomeren Material belegt sind, so dass eine aufblasbare Kammer gebildet wird.
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Eine mit einem Fluid befüllbare Blase für einen konturverstellbaren Sitz, insbesondere einen Fahrzeugsitz zeigt die
DE 10 2004 010 626 A1 .
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Aus der
DE 31 39 402 C2 ist ein Abstandsgewirke bekannt, welches als eine mehrlagige gewirkte Bahn ausgebildet ist und als Wärmetauscherelement bzw. als Faserverstärkung Verwendung findet.
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Bekannt ist darüber hinaus eine pneumatische Wandkonstruktion nach
EP 1 273 743 A1 , wobei diese Konstruktion zweischichtig ist. Eine innere Schicht wird begrenzt von der inneren und einer mittleren Zeltbahn und stellt eine aufblasbare Struktur dar. Eine äußere Schicht bildet einen Konvektionsraum, der von der Umgebungsluft in aufsteigender Richtung durchströmbar ist, um die Wärmedämmung der Wandkonstruktion zu verbessern. Zwischen einer mittleren und einer äußeren Zeltbahn sind aufblasbare Stützschläuche als zusätzliche Tragestruktur und als Abstandshalter vorgesehen.
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Aus dem Vorgenannten ist es daher Aufgabe der Erfindung, ein weiterentwickeltes pneumatisch oder hydraulisch formveränderbares textiles Gebilde und entsprechende Verwendungen hierfür anzugeben, das in einfacher Weise herstellbar ist und welches ohne aufwendige Maßnahmen in der Lage ist, signifikante Formveränderungen zu vollziehen.
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Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt durch ein textiles Gebilde gemäß der Merkmalskombination nach Anspruch 1 und durch spezielle Verwendungen gemäß den Ansprüchen 8, 9, 10, 11 und 12, wobei die darüber hinaus gehenden Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen darstellen.
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Es wird demnach erfindungsgemäß davon ausgegangen, dass das textile Gebilde aus einem Abstandsgewirke besteht. Abstandsgewirke sind doppelflächige Textilien, bei denen kettengewirkte Warenflächen durch abstandshaltende Verbindungsfäden, so genannte Polfäden, auf Distanz gehalten werden. Üblicherweise werden Abstandsgewirke auf Doppelraschelmaschinen hergestellt. Die Warenflächen können gleichgestaltet sein, aber auch unterschiedliche Strukturen und Eigenschaften aufweisen. Eingesetzte Polyester-Monofilfäden können durch Veredlungsvorgänge stabilisiert werden, so dass eine dauerhafte Biegelastizität gewährleistet ist und damit das Gewirke auch elastische Eigenschaften erhält. Grundsätzlich können Abstandsgewirke in verschiedenen Dicken gefertigt werden. Aufgrund der Vielzahl von einsetzbaren Fadenmaterialien ergibt sich eine Vielzahl von Gestaltungsmöglichkeiten und Applikationen. Bei dem erfindungsgemäßen textilen Gebilde wird bevorzugt auf einer der Warenoberflächen die Ausbildung von Dehnungszonen oder Dehnungsabschnitten vorgenommen und es wird dann das gesamte Gebilde mit einer fluiddichten, elastischen Beschichtung, z. B. einem Silikonmaterial umgeben. Weiterhin weist das Gebilde mindestens eine Fluidzuführung auf.
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In drucklosem Zustand ist das Gebilde üblicherweise in gestreckter Form vorliegend. Wird ein Überdruck im Raum zwischen den Warenoberflächen erzeugt, tritt eine Verformung ein, deren Formendgestalt definiert wird durch die Größe des vorliegenden Überdruckes und die Art und Anordnung der elastischen Dehnungszonen.
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Die Fluidzuführung kann auf verschiedene Weise ausgebildet sein. Bei einer ersten Variante ist die Fluidzuführung als eine in dem textilen Gebilde angeordnete Treibladung ausgebildet. Das Fluid wird dadurch sehr schnell freigesetzt, wodurch sich die Formveränderung des Gebildes in einer sehr kurzen Zeitspanne vollzieht.
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Bei einer anderen Ausführungsform ist die Fluidzuführung in Form einer in das textile Gewebe einmündenden, mit Druck beaufschlagbaren Zuleitung ausgebildet. Die Formveränderung des Gebildes vollzieht sich dabei über ein etwas längeres Zeitintervall, kann dafür aber genau eingestellt werden.
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Zweckmäßigerweise sind bei einer Ausführungsform die Dehnungszonen und Dehnungsabschnitte nur auf einer der Warenoberflächen vorgesehen. Dadurch wird bei der Fluidbeaufschlagung des von den Polfäden stabilisierten Gewirkezwischenraums eine gezielte Formveränderung des Gebildes erreicht. Mit Abbau des Überdruckes geht das Gebilde in seine ursprüngliche Form zurück.
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Weiterhin besteht erfindungsgemäß die Möglichkeit, eine sandwichartige, kaskadierte Anordnung von mehreren erfindungsgemäß ausgebildeten Abstandsgewirken vorzunehmen, wobei dann die einzelnen Ebenen des Gesamtgebildes entweder gleichzeitig oder in gezielter Weise nacheinander mit einem Fluid beaufschlagbar sind.
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Die Formveränderung des Gebildes kann kontrollierbar und überwacht ausgebildet sein. Hierzu ist bei einer ersten Ausführungsform im Bereich der Dehnungszonen oder Dehnungsabschnitte ein Dehnungssensor zum Erfassen eines Dehnungszustandes in mindestens einem Abstandsgewirke vorgesehen.
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Bei einer weiteren Ausführungsform weist das Gebilde einen Drucksensor zum Erfassen eines Fluiddruckes auf. Dadurch kann eine Formveränderung im Gebilde über den Innendruck erfasst werden.
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Eine erfindungsgemäße Verwendung des Gebildes liegt im Bereich der Protektoren oder Schutzeinrichtungen für Fahrzeuge oder Flugzeuge, insbesondere im Einsatz als Aufprallschutz, wobei die Fluidbeaufschlagung in einer Gefahrensituation entsprechend sensorgestützt erfolgt.
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Ebenfalls ist eine Verwendung als Fahrzeugverdeck, insbesondere Cabrioverdeck im Sinne der Erfindung liegend. Das erfindungsgemäße Gebilde kann auch als Luftwiderstand optimierende Einrichtung bei Fahrzeugen, zum Einsatz bei Fahrzeugsitzen, für schnell fluidunterstützt aufblasbare Zelte, Schutzdächer oder Rettungsinseln, als am Körper zu tragender Protektor, als fluidunterstütztes sich versteifendes prothetisches Hilfsmittel oder Schiene bei Knochenbrüchen bzw. zum Stabilisieren beim Transport von verletzten Personen Verwendung finden. Ebenfalls liegt es im Sinne der Erfindung, mit dem Spezialgebilde Greifsysteme oder künstliche Hände zu realisieren. Auch findet eine Anwendung bei der Herstellung von Reifen mit Notlaufeigenschaften statt oder als Mittel zur Schwingungsdämpfung durch Veränderung oder Anpassung des Fluidinnendruckes.
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Eine weitere Verwendung eines beschriebenen Gebildes ergibt sich im Rahmen eines textilen Stabilisierungssystems für präzise Bewegungen menschlicher Gliedmaßen bei einem manuellen Anvisieren und/oder Manipulieren im Bereich der Chirurgie, der Mikromanipulation oder des Schießens.
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Die Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen und Figuren näher erläutert werden.
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Hierbei zeigen:
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1 und 2 Schnittdarstellungen durch ein erfindungsgemäßes Flächengebilde im Zustand unterschiedlicher Druckbeaufschlagung,
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3 eine prinzipielle Ausbildung des erfindungsgemäßen Gebildes als Verwendung zur Stoßadsorption, z. B. als Seitenaufprallschutz in oder an Fahrzeugtüren,
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4 eine kaskadenförmige Anordnung mehrerer erfindungsgemäßer Gebilde mit schlagempfindlichen Treibsätzen,
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5 eine kaskadenförmige Anordnung mehrerer erfindungsgemäßer Gebilde mit Fluidzuführungen in Form von Zuleitungen,
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6 beispielhaft angeordnete Dehnungssensoren im Bereich der elastischen Dehnungszonen.
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Das Gebilde in den Darstellungen nach den 1 und 2 ist ein im Schnitt dargestelltes Abstandsgewirke mit zwei gegenüberliegenden Warenoberflächen 1 und 2, die von dazwischen liegenden Polfäden 3 stabilisiert werden. Die gesamte Oberfläche ist darüber hinaus von einer elastischen Dichtschicht 4 umgeben, die ein Entweichen des Fluids verhindert. Weiterhin ist mindestens eine Fluidzuführung (nicht gezeigt) vorhanden, um den Raum zwischen den Warenoberflächen mit Druck zu beeinflussen. Innerhalb des so gegebenen Aufbaus befinden sich an geeigneten Stellen elastische Dehnungszonen oder Dehnungsabschnitte 5. Diese befinden sich zwischen im wesentlichen unelastischen Abschnitten 5a. Die elastischen Dehnungszonen befinden sich bei dem hier gezeigten Beispiel nur auf einer Seite des Abstandsgewirkes. Eine Dehnung dieser Zonen führt somit zu einer Krümmung und Formveränderung des textilen Gebildes.
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1, oberer Bildteil, zeigt den drucklosen Zustand, die Anordnung der elastischen Dehnungszonen und der unelastischen Bereiche im 3D-Textil (Abstandsgewirke) sowie die elastische Beschichtung und die erwähnten Polfäden. In der unteren Darstellung liegt ein Überdruck an. Dadurch tritt eine Verformung ein, die sich bei Druckabbau reversibel zurückbildet.
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Die Zustände bei verschiedenen Druckbeaufschlagungen, d. h. die sich einstellenden Verformungen sind ebenfalls beispielhaft in der 2 gezeigt. Bei einer Druckbeaufschlagung verteilt sich das in den Polfadenraum gepresste Fluid und drückt gegen die Warenoberflächen 1 und 2. Dabei geben allein die Dehnungsabschnitte 5 nach und krümmen dadurch das Abstandsgewirke. Die Krümmung ist maximal, wenn die Dehnung der bestreffenden Abstände ihren Höhepunkt erreicht hat.
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Die 3 zeigt in Schnittdarstellung ein interaktives Sicherheitssystem, wie z. B. einen Seitenaufprallschutz für Fahrzeugtüren oder Fahrzeugfront- oder heckbereiche.
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Die dort kaskadenartig vorgesehene Anordnung 6 der textilen Gebilde, die sich z. B. im Hohlraum einen Kfz-Tür befinden, werden bei einem vermuteten oder stattfindenden Stoß, d. h. bei einer Gefahrensituation aktiviert. Aus der ursprünglich gestreckten flächigen Form ergibt sich dann mit dem Druckbeaufschlagen in der Phase I die gekrümmte Form. Das derart vorgespannte Abstandsgewirke nimmt bereits einen Großteil der Bewegungsenergie auf. Eine weitere Adsorption von mechanischer Energie kann über die Phasen II bis IV folgen, indem nacheinander die weiteren Abstandsgewirke-Sandwichschichten druckaktiviert werden.
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Es findet nach dem Aufprall ein Zusammenfallen der entsprechenden Abstandsgewirkeschicht statt, insbesondere durch Aufreißen oder Zerstören und Abbau des Innendrucks. Ein unerwünschtes Zurückfedern nach der Kompression wird also vermieden. Die durch den Stoß zugeführte Energie wird somit weitgehend in Verformungsarbeit der aktivierten kaskadenförmigen Gebilde umgeformt.
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Das vorgestellte System kann auch in einer Stoßstange oder im Motorhaubenbereich zum Fußgängerschutz in Kraftfahrzeugen zum Einsatz kommen und in Kombination mit Sensoren sich bereits vor einem möglichen Aufprall vorformen. Selbstverständlich kann auch die Fahrzeugaußenhaut aus dem Abstandsgewirke ausgeführt sein.
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Bei derartigen Anwendungen ist ein sich schnell aufbauender Druck innerhalb der Kaskade erforderlich, wobei der Druckaufbau zeitlich versetzt erfolgen muss. Hierzu können die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen zur Anwendung kommen.
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4 zeigt eine kaskadenförmige Anordnung der Gebilde mit eingelagerten Treibsätzen 7. Die kaskadenförmige Anordnung der Gebilde ist in einer Umhüllung 6a eingeschlossen. Die Treibsätze können sowohl in Form chemischer explosiver Mischungen oder in Form unter Druck stehender Kapseln ausgebildet sein. Unter einer Schlageinwirkung auf die Kaskade werden die Treibsätze deformiert oder brechen auf. Dadurch wird entweder eine chemische Reaktion aktiviert, die in einer sehr kurzen Zeit ein Gas freisetzt und den Polfadenraum innerhalb der Abstandsgewirke füllt, oder die Treibsätze zerbrechen und setzen das unter Druck stehende Gas frei.
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Die Treibsätze sind so angeordnet, dass die Kaskade nacheinander gemäß dem Ablauf in 3 aktiviert wird und auf den von außen einwirkenden Schlag fortschreitend reagiert. Dadurch wird der Stoß in der bereits beschriebenen Weise dosiert aufgefangen.
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5 zeigt die kaskadenförmige Anordnung, bei der die Fluidbeaufschlagung der Kaskade über eine Reihe von Zuleitungen 8 erfolgt. Die Zuleitungen sind entweder an eine hier nicht gezeigte Kompressoreinrichtung gekoppelt oder mit extern angelegten Treibladungen verbunden, die über eine Aktivierungselektronik nach Art eines Airbags gezündet werden. Dabei kommt es besonders darauf an, die Zündung der einzelnen Gewirke innerhalb der Kaskade auf geordnete Weise auszuführen. Hierzu sind innerhalb der Kaskade einzelne Sensoren 9 vorgesehen, die auf den von außen einwirkenden Druck reagieren und ein dabei erzeugtes Signal an die Aktivierungselektronik weiterleiten.
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6 zeigt eine Anordnung beispielhafter Dehnungssensoren 10 für das textile Gebilde. Diese überdecken die elastischen Dehnungsabschnitte 5 und registrieren den dort eingestellten Dehnungszustand. Diese Sensoren sind bei dem hier gezeigten Beispiel durch Drucksensoren 11 ergänzt. Über die Dehnungssensoren kann die äußere Form des Abstandsgewirkes ermittelt und überwacht werden. Die Drucksensoren wirken unspezifischer. Sie erlauben jedoch einen unkomplizierten Aufschluss über den allgemeinen Zustand des Abstandsgewirkes.
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Derartig ausgebildete Abstandsgewirke können als Beschädigungssensoren insbesondere für Cabrioverdecke oder Abdeckplanen für Lastkraftwagen verwendet werden. Dabei steht das Abstandsgewirke durch das eingeschlossene Fluid unter einem konstanten Druck. Bei einer Beschädigung des Verdecks bzw. der Abdeckplane reißt das Abstandsgewirke auf. Es verliert dadurch an äußerer Form, während der Fluiddruck sinkt. Die dabei abnehmende Dehnung und der abnehmende Druck wird registriert und durch eine Alarmeinrichtung akustisch und/oder optisch signalisiert.
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Diese Art des Beschädigungssensors lässt sich besonders gut bei einem Rolltor oder vergleichbaren Einrichtungen verwenden. Dabei ist das Rolltor auf dessen gesamter Außenseite mit dem Abstandsgewirke bespannt und mit Druck beaufschlagt. Das Abstandsgewirke muss dabei nicht unbedingt mit Dehnungsabschnitten versehen sein, weist jedoch die erwähnten Drucksensoren auf. Die Druckbeaufschlagung erfolgt über eine Reihe von über das Rolltor verteilten Zuführungen. Die Drucksensoren sind gleichmäßig über die gesamte Fläche des Abstandsgewirkes verteilt. Die so gebildete Anordnung signalisiert eine Beschädigung des Rolltores dann, wenn das auf ihm angeordnete Abstandsgewirke so beschädigt worden ist, dass an irgendeiner Stelle ein Druckabfall zu registrieren ist.
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Ergänzende Einsatzmöglichkeiten für das vorhergehend beschriebene Gebilde bestehen bei der Ausbildung von aufspannbaren Cabrioverdecken, die wenig Platz benötigen. Dabei besteht das Cabrioverdeck entweder vollständig oder abschnittsweise aus dem Abstandsgewirke. Bei einer Fluidbeaufschlagung durchläuft das Abstandsgewirke die beschriebene Formänderung und versteift das Verdeck an den dafür vorgesehenen Stellen, wobei es zu einem Auffalten des Verdecks kommt.
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Das Gebilde lässt sich ebenfalls bei interaktiven Spoilern einsetzen, deren Kontur und Form durch einen veränderlichen Innendruck an die Geschwindigkeit angepasst werden kann. Dabei wird die Fluidbeaufschlagung durch eine Steuereinheit in Abhängigkeit von der aktuell gegebenen Fahrgeschwindigkeit ausgeführt. Das Abstandsgewirke durch läuft dabei eine kontinuierlich ablaufende Formveränderung, die dem Spoiler die jeweils zweckmäßigste Kontur verleiht.
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Weiterhin kann das Abstandsgewirke auch zur Verbesserung des Seitenhaltes in Kraftfahrzeugsitzen verwendet werden. Der Kraftfahrzeugsitz weist hierzu einen Bezug auf, der vor allem im Bereich der Körperflanken der Fahrzeuginsassen aus dem beschriebenen Gebilde ausgeführt ist. In den Bezug sind weiterhin Drucksensoren integriert, die auf die Verschiebungen des Körpers des Insassen während der Fahrt reagieren. Bei einem schnellen Durchfahren von Kurven wird der Insasse seitlich im Sitz verschoben. Der verbesserte Halt des Insassen im Sitz wird nun dadurch bewirkt, indem bei der Kurvenfahrt der Innendruck im Abstandsgewirke erhöht wird und der Sitz an der entsprechenden Stelle seine Steifigkeit und Kontur ändert.
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Außerdem sind erfindungsgemäß schnell aufstellbare Zelte, die im Katastrophenfall Einsatz finden können, realisierbar, wobei hier gleichzeitig durch das Abstandsgewirke eine verbesserte thermische Isolation gegeben ist. Bei dieser Anwendung besteht die Zeltbahn abschnittsweise aus dem erfindungsgemäßen Abstandsgewirke. Die entsprechenden Abschnitte werden durch die Beaufschlagung mit dem Fluid versteift und spannen dadurch die übrigen Abschnitte der Zeltbahn zwischen sich auf, wobei sich dadurch die Zeltkontur ergibt.
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Anwendungsbereiche ergeben sich auch bei medizinischen Applikationen, wie Schienen für gebrochene Gliedmaßen, leichte Tragen, die durch Innendruck versteift werden können oder im Bereich sonstiger prothetischer Hilfsmittel. Derartige Anordnungen bestehen aus einer Stoffbahn mit darin integrierten Abstandsgewirken der erfindungsgemäßen Art. Diese können im drucklosen Zustand um die Körperstellen und Gliedmaßen herumgelegt und durch Beaufschlagen mit Druck versteift werden.
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Ein weiterer Anwendungsbereich für die formveränderbaren Gebilde ergibt sich im Bereich unterstützender Stabilisierungssysteme für hochpräzise Bewegungen menschlicher Gliedmaßen im Bereich der Chirurgie, der Mikromanipulation oder auch im Bereich des Schießens. Hierzu ist das formveränderbare Gebilde in eine Unterlage eingearbeitet, auf der beispielsweise ein Arm oder einer Hand der manipulierenden Person abgelegt wird. Das formveränderbare Gebilde versteift sich dann, wenn ein durch die Hand oder den Arm auszuführender Justiervorgang einsetzt. Dieser Vorgang kann von dem Anwender entweder manuell oder von der Justiereinrichtung selbst automatisch ausgelöst werden.
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Im ersten beispielhaften Anwendungsfall betätigt der Anwender eine entsprechende Auslösevorrichtung, beispielsweise einen Taster oder löst mittels einer Fingerbewegung an einem Dehnungssensor ein Signal aus. Daraufhin wird die Fluidzufuhr in das formveränderliche Gebilde gestartet. Die Zuflußrate des Fluids kann hierbei durch die Stärke des Tastendrucks oder die Stärke des Signals am Dehnungssensor eingestellt werden, sodass der Anwender den Grad der Fixierung selbst bestimmen kann. Das Gebilde versteift sich, die Unterlage gibt nun einen sicheren Halt und der Justiervorgang kann beginnen.
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In einem zweiten beispielhaften Anwendungsfall bildet die Fluidzufuhr in das formveränderliche Gebilde selbst einen Bestandteil des Justiervorgangs. Sobald der Anwender den Justiervorgang startet, indem er beispielsweise eine chirurgische Einrichtung in Gang setzt, einen Mikromanipulator betätigt oder eine Zieleinrichtung einer Schießvorrichtung in Anschlag bringt, wird die Fluidzufuhr in das Gebilde ausgelöst. Damit fixiert der Justiervorgang bzw. die Justiervorrichtung selbst die Hand, die Finger, den Arm oder eine entsprechend andere Gließmaße des Anwenders. Dieser Fixiervorgang stellt damit einen integrierten Teil des Justiervorgangs dar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- obere Warenfläche
- 2
- untere Warenfläche
- 3
- Polfäden
- 4
- Dichtschicht, elastisch
- 5
- elastische Dehnungszone oder Dehnungsabschnitt
- 5a
- unelastischer Abschnitt
- 6
- kaskadenartige Anordnung
- 6a
- Umhüllung
- 7
- Treibsatz
- 8
- Zuleitung
- 9
- Sensor
- 10
- Dehnungssensor
- 11
- Drucksensor
