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Hintergrund der Erfindung
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1. Technisches Gebiet
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Diese Offenlegung betrifft allgemein selbstständig ausfahrbare menschliche Schnittstellensteuerungen (z. B. Druckknöpfe, Knöpfe, Einstellscheiben, Schalter, Griffe etc.) und im Spezielleren selektiv ausgefahrene und verstaute Schnittstellensteuerungen, die einen Aktuator mit einem aktiven Material umfassen und ferner einen Aktuator mit einem aktiven Material, der eine bistabile Struktur für eine zusätzliche Weglänge verwendet, und/oder einen Aktuator mit einem aktiven Material, der ein intrinsisches Erfassungsvermögen aufweist, umfassen.
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2. Stand der Technik
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Mechanisch ausgefahrene und verstaute Schnittstellensteuerungen wie z. B. Druckknöpfe wurden entwickelt, um eine einfacher und ergonomisch zugeschaltete Komponente, wenn eine Bedienung erwünscht ist, und ein optisch ansprechenderes (z. B. verborgenes) Aussehen, wenn sie nicht in Gebrauch sind, bereitzustellen. Herkömmliche Verfahren zum Schalten von Steuerungen umfassen manuelle und mechanische Antriebe, Elektromotoren und das Erzeugen von Fluiddruckdifferenzen neben der Struktur mithilfe von Unterdrücken, Pumpen und gesteuerten Ventilen. Diese Verfahren erfordern unangenehmerweise jedoch oft erheblichen Arbeitsaufwand, ineffizienten Energieeinsatz, zusätzliche bewegliche Teile, komplexe Peripherie-Subsysteme und erhöhte Unterbringungsanforderung in Verbindung damit.
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Es wurden Aktuatoren mit einem aktiven Material für eine Vielfalt selbstständiger Funktionen entwickelt, die typischerweise aber einen verfügbaren Weg aufweisen, der direkt durch das Element aus einem aktiven Material begrenzt ist. Es wurden mechanisch vorteilhafte Kraftübertragungen und andere Maßnahmen verwendet, um entweder die Kraft oder die Auslenkung zu vergrößern, die durch das Element produziert wird; allerdings erfordern sie typischerweise externe mechanische Komponenten, um eine Hebelwirkung zu schaffen, ihre Positionen zu halten, zurückzusetzen und den Aktuatordraht vor übermäßigen Belastungen zu schützen.
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Kurzzusammenfassung
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Die vorliegende Erfindung präsentiert eine selektiv ausgefahrene und verstaute Schnittstellensteuerung, die einen Aktuator mit einem aktiven Material aufweist, der eine bistabile Komponente umfasst und/oder ein intrinsisches Erfassungsvermögen aufweist. Im Spezielleren umfasst der Aktuator in dem ersten Aspekt einen einfach schaltbaren bistabilen Mechanismus, der eine Aktuatorweglänge aus der Ebene bereitstellt, die wesentlich größer ist als die Auslenkung, die direkt von dem Element aus einem aktiven Material produziert wird. Als solches bietet der Aktuator einen Nullleistungshalt in beiden Positionen. Die Erfindung ist anwendbar, um die Anzahl zusätzlicher Teile, die Komplexität und die Unterbringungsanforderungen im Vergleich zu mechanisch vorteilhaften Kraftübertragungen nach dem Stand der Technik zu reduzieren und sieht daher einen Aktuator mit einem aktiven Material vor, der eine verbesserte Vorrichtungsleistung pro Volumeneinheit aufweist.
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Die Verwendung von Elementen aus einem aktiven Material reduziert das Gewicht und/oder die Komplexität im Vergleich zu entsprechenden mechanisch, elektromechanisch, hydraulisch oder pneumatisch basierten Systemen. Überdies ist einzusehen, dass die Verwendung von aktivem Material die Energieeffizienz erhöht und die Wahrscheinlichkeit von Störungen und Kosten in Verbindung damit reduziert. Wenn eine Vielzahl von Steuerungen geboten wird, ist die Erfindung noch weiter anwendbar, um eine rekonfigurierbare Anzeige bereitzustellen. Schließlich ist die Erfindung in dem zweiten Aspekt anwendbar, um eine intrinsische (d. h., ohne das Hinzufügen einer außen liegenden sensorischen Komponente) Bestimmung einer relevanten oder Auslösebedingung wie z. B. eines angewendeten Drucks bereitzustellen.
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Somit betrifft der erste Aspekt der Erfindung eine aktive Schnittstellensteuerung, die zwischen einer ausgewählten von einer ersten und einer zweiten stabilen Konfiguration selektiv schaltbar ist und diese bietet. Die Steuerung umfasst eine bedienbare Komponente und einen Aktuator mit einem aktiven Material. Der Aktuator umfasst ferner zumindest ein Element aus einem aktiven Material, das betreibbar ist, um eine reversible Änderung in einer funktionellen Dimension zu erfahren, wenn es einem Aktivierungssignal ausgesetzt oder vor diesem abgeschottet ist. Das Element ist antriebstechnisch mit der Komponente gekoppelt, sodass die Änderung bewirkt, dass die Komponente auslenkt und die Steuerung in die andere der Konfigurationen schaltet. Der erfindungsgemäße Aktuator umfasst ferner einen bistabilen Mechanismus, der dazwischenliegend mit der Komponente und dem Element gekoppelt ist. Der Mechanismus ist antriebstechnisch mit dem Element gekoppelt und betreibbar, um die Auslenkung der Komponente zu vergrößern, sodass dies eine Aktuatorweglänge zur Folge hat, die größer ist als die Änderung in der Dimension.
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In dem zweiten Aspekt der Erfindung umfasst eine aktive Schnittstellensteuerung einen Aktuator mit einem aktiven Material und einen Controller, der kommunikativ mit dem Element aus einem aktiven Material gekoppelt und ausgebildet ist, um einen Eingang von diesem zu empfangen. Das Element und der Controller sind zusammenwirkend ausgebildet, um intrinsisch eine Auslösebedingung auf der Basis des Einganges zu bestimmen.
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Weitere Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung, umfassend das Ausfahren von Formgedächtnislegierungsdrähten und andere aktive Materialien zur Betätigung, Anordnungen von Steuerungen und rekonfigurierbaren Anzeigen und bevorzugte Verfahren zum Erfassen eines äußeren Drucks werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform/en und den beiliegenden Zeichnungen offensichtlich.
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Kurzbeschreibung der verschiedenen Ansichten der Zeichnung
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(Eine) bevorzugte Ausführungsform(en) der Erfindung (ist) sind unten stehend im Detail unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungsfig. beschrieben, in denen:
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1 eine perspektivische Darstellung einer Vielzahl von Mensch/Maschine-Schnittstellensteuerungen (z. B. Druckknopfvoreinstellungen), die eine Anzeige aufweisen, wobei jede Steuerung einen bistabilen Aktuator und eine bedienbare Komponente umfasst und kommunikativ mit einem/r Unterhaltungssystem-Controller/Signalquelle gekoppelt ist, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist;
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2 ein Aufriss einer Membran-Druckknopf-Schnittstellensteuerung und eines bistabilen Aktuators, der ein erstes und ein zweites steifes verbogenes Bauelement, Formgedächtnislegierungsdrähte oder EAP-Spannglieder und ein piezoelektrisches Element umfasst, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist;
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2a ein Aufriss eines alternativen Aktuators, der Kissen aus einem aktiven Material verwendet, welche die verbogenen Bauelemente von 2 überlagern, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist;
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2b ein Aufriss eines alternativen bistabilen Aktuators, der ein einziges steifes Bauelement mit einem einstellbaren Endpunkt und einem bedienenden Hilfsaktuator, der antriebstechnisch mit dem Bauelement gekoppelt ist, umfasst, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist;
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3 eine beispielhafte Draufsicht der Steuerung und des Aktuators ist, die in 2 gezeigt sind; und
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4 ein Aufriss einer Vielzahl von Druckknopf-Schnittstellensteuerungen, die antriebstechnisch mit einem gemeinsamen bistabilen Aktuator gekoppelt sind, der ein erstes und ein zweites steifes verbogenes Bauelement und Formgedächtnislegierungsdrähte oder EAP-Spannglieder umfasst, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist.
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Detaillierte Beschreibung
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Die nachfolgende Beschreibung und veranschaulichten Ausführungsformen der Erfindung sind rein beispielhaft und sollen die Offenlegung, ihre Anwendung oder Verwendungen keinesfalls einschränken. Wenngleich mit Bezug auf eine Kraftfahrzeuganwendung beschrieben und veranschaulicht, liegt es sicherlich innerhalb des Schutzumfanges der Erfindung, die hierin dargestellten Vorteile und Merkmale in anderen Umfeldern wie z. B. im Hinblick auf mobile, feste, Flug- oder Betriebsgebäudesystemsteuerungen zu verwenden. Der Ausdruck „Schnittstellensteuerung” soll aktive Druckknöpfe (1–4), Knöpfe, Schalter und andere tastbare Mensch/Maschine-Schnittstellen wie auch Strukturen umfassen, die eine manuelle Steuerung eines Objekts ermöglichen/erleichtern wie z. B. Türgriffe, Kleiderhaken und Verriegelungen.
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I. Erläuterung der Funktion und der Beschaffung von beispielhaftem aktivem Material
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Wie hierin verwendet, soll der Ausdruck „aktives Material” das bedeuten, was ein Fachmann darunter versteht, und umfasst jedes/n Material oder Verbundstoff, das/der eine reversible Änderung in einer fundamentalen (z. B. chemischen oder intrinsischen physikalischen) Eigenschaft zeigt, wenn es/er einer äußeren Signalquelle ausgesetzt ist. Somit sollen aktive Materialien jene Zusammensetzungen umfassen, die eine Änderung in den Steifigkeitseigenschaften, der Form und/oder Abmessungen in Ansprechen auf das Aktivierungssignal zeigen, das für verschiedene aktive Materialien die Form von elektrischen, magnetischen, thermischen und dergleichen Felder annehmen kann.
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Geeignete aktive Materialien zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf Formgedächtnismaterialien wie z. B. Formgedächtnislegierungen (SMA), Keramiken und Polymere, ferromagnetische SMAs, dünne Streifen aus piezoelektrischen Uni- und Bimorphen, magnetorheologische (MR) und elektrorheologische (ER) Zusammensetzungen und elektroaktive Polymer(EAP)-Membranen/Spannglieder/Rollaktuatoren/etc. Es ist einzusehen, dass SMA-Drähte und EAP-Spannglieder speziell zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet sind. Formgedächtnismaterialien beziehen sich allgemein auf Materialien oder Zusammensetzungen, die die Fähigkeit besitzen, sich an ihre ursprüngliche Form zu erinnern, die später abgerufen werden kann, indem ein äußerer Stimulus angewendet wird. Als solches ist die Verformung gegenüber der ursprünglichen Form ein temporärer Zustand. Auf diese Weise können sich Formgedächtnismaterialien in Ansprechen auf ein Aktivierungssignal in die eingelernte Form ändern.
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Im Spezielleren beziehen sich Formgedächtnislegierungen (SMAs) allgemein auf eine Gruppe von metallischen Materialien, die die Fähigkeit besitzen, zu einer zuvor definierten Form oder Größe zurückzukehren, wenn sie einem entsprechenden thermischen Stimulus unterworfen werden. Formgedächtnislegierungen sind in der Lage, Phasenumwandlungen zu erfahren, in denen ihre Fließgrenze, Steifigkeit, Abmessung und/oder Form als eine Funktion der Temperatur verändert werden. Der Ausdruck „Fließgrenze” bezieht sich auf eine Spannung, bei der ein Material eine genau angegebene Abweichung von der Proportionalität zwischen Spannung und Dehnung zeigt. Im Allgemeinen können Formgedächtnislegierungen in der Niedrigtemperatur- oder Martensitphase plastisch verformt werden und werden sich, wenn sie einer höheren Temperatur ausgesetzt sind, in eine Austenitphase oder Mutterphase umwandeln und in ihre Form vor der Verformung zurückkehren.
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Formgedächtnislegierungen liegen in mehreren verschiedenen temperaturabhängigen Phasen vor. Die am häufigsten verwendeten dieser Phasen sind die sogenannte Martensit- und die Austenitphase, die oben erläutert sind. 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 Form gedächtnislegierung 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 oft als Austenit-Endtemperatur (Af) bezeichnet.
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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, sich in Martensit umzuwandeln, wird oft als Martensit-Endtemperatur (Mf) bezeichnet. Im Allgemeinen sind die Formgedächtnislegierungen in ihrer martensitischen Phase weicher und leichter verformbar und in der austenitischen Phase härter, steifer und/oder starrer. Im Hinblick auf das zuvor Gesagte ist ein geeignetes Aktivierungssignal zur Verwendung mit Formgedächtnislegierungen ein thermisches Aktivierungssignal in einer Größenordnung, die ausreicht, um Umwandlungen zwischen der Martensit- und der Austenitphase zu bewirken.
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Formgedächtnislegierungen können abhängig von der Legierungszusammensetzung und der bisherigen Verarbeitung einen Formgedächtniseffekt in eine Richtung, einen intrinsischen Effekt in zwei Richtungen oder einen extrinsischen Formgedächtniseffekt in zwei Richtungen zeigen. Geglühte Formgedächtnislegierungen zeigen typischerweise nur den Formgedächtniseffekt in eine Richtung. Ein ausreichendes Erwärmen anschließend an eine Verformung des Formgedächtnismaterials bei niedriger Temperatur wird die Martensit/Austenit-Umwandlung induzieren und das Material wird seine ursprüngliche, geglühte Form wiedererlangen. Somit werden Formgedächtniseffekte in eine Richtung nur beim Erwärmen beobachtet. Aktive Materialien, die Formgedächtnislegierungszusammensetzungen umfassen, welche Gedächtniseffekte in eine Richtung zeigen, bilden sich nicht automatisch zurück und es ist wahrscheinlich, dass sie eine äußere mechanische Kraft benötigen, um die Form zurückzubilden.
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Intrinsische und extrinsische Zweirichtungs-Formgedächtnismaterialien zeichnen sich durch eine Formänderung sowohl beim Erwärmen von der Martensitphase in die Austenitphase als auch durch eine zusätzliche Formänderung beim Abkühlen von der Austenitphase zurück in die Martensitphase aus. Aktive Materialien, die einen intrinsischen Formgedächtniseffekt zeigen, sind aus einer Formgedächtnislegierungszusammensetzung hergestellt, die bewirken wird, dass sich die aktiven Materialien infolge der oben angeführten Phasenumwandlungen automatisch selbst zurückbilden. Ein intrinsisches Formgedächtnisverhalten in zwei Richtungen muss in dem Formgedächtnismaterial durch die Bearbeitung induziert werden. Solche Prozeduren umfassen eine extreme Verformung des Materials während es sich in der Martensitphase befindet, ein Erwärmen/Abkühlen unter Zwang oder Belastung, oder eine Oberflächenmodifizierung durch z. B. Laserglühen, Polieren oder Kugelstrahlen. Sobald dem Material beigebracht wurde, einen Formgedächtniseffekt in zwei Richtungen zu zeigen, ist die Formänderung zwischen den Niedrig- und Hochtemperaturzuständen allgemein reversibel und bleibt über viele thermische Zyklen hinweg erhalten. Im Gegensatz dazu sind aktive Materialien, die die extrinsischen Formgedächtniseffekte in zwei Richtungen zeigen, Verbund- oder Mehrkomponentenmaterialien, die eine Formgedächtnislegierungszusammensetzung, welche einen Effekt in eine Richtung zeigt, mit einem weiteren Element kombinieren, das eine Rückstellkraft bereitstellt, um die ursprüngliche Form rückzubilden.
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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 Wärmebehandlung angepasst werden. In Nickel-Titan-Formgedächtnislegierungen kann sie z. B. von über etwa 100°C auf unter etwa –100°C geändert werden. Der Formwiedererlangungsprozess findet über einen Bereich von nur wenigen Graden statt und der Anfang oder das Ende der Umwandlung kann, abhängig von der gewünschten Anwendung und Legierungszusammensetzung, innerhalb von einem oder zwei Graden gesteuert werden. Die mechanischen Eigenschaften der Formgedächtnislegierung variieren stark über den Temperaturbereich, der ihre Umwandlung überspannt, und verleihen dem System typischerweise Formgedächtniseffekte, superelastische Effekte und ein hohes Dämpfungsvermögen.
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Geeignete Formgedächtnislegierungsmaterialien umfassen ohne Einschränkung 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 zeigt einen Formgedächtniseffekt wie z. B. eine Änderung der Formorientierung, des Dämpfungsvermögens und dergleichen.
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Es ist daher einzusehen, dass SMAs für die Zwecke dieser Erfindung einen Modulanstieg des 2,5-fachen und eine Abmessungsänderung von bis zu 8% (je nach Vorverformung) zeigen, wenn sie über ihre Martensit/Austenit-Phasenumwandlungstemperatur erwärmt werden. Es ist einzusehen, dass thermisch induzierte SMA-Phasenumwandlungen in eine Richtung verlaufen, sodass ein Vorspannkraft-Rückstellmechanismus (z. B. eine Feder) erforderlich sein würde, um die SMA in ihre Ausgangskonfiguration zurückzubringen, sobald das angelegte Feld weggenommen wird. Eine Ohm'sche Heizung kann verwendet werden, um das gesamte System elektronisch steuerbar zu machen. Spannungsinduzierte Phasenänderungen in SMAs verlaufen jedoch von Natur aus in zwei Richtungen. Die Anwendung einer ausreichenden Spannung, wenn sich die SMA in ihrer austenitischen Phase befindet, wird bewirken, dass sie sich in ihre martensitische Phase mit niedrigerem Modul umwandelt, in der sie eine „superelastische” Verformung von bis zu 8% zeigen kann. Die Wegnahme der angewendeten Spannung wird bewirken, dass sich die SMA in ihre austenitische Phase zurückstellt und dabei ihre Ausgangsform und den höheren Modul wiedererlangt.
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Ferromagnetische SMAs (FSMAs), die eine Unterklasse der SMAs sind, können in der vorliegenden Erfindung ebenfalls verwendet werden. Diese Materialien verhalten sich wie herkömmliche SMA-Materialien, die eine spannungs- oder thermisch induzierte Phasenumwandlung zwischen Martensit und Austenit zeigen. Außerdem sind FSMAs ferromagnetisch und besitzen eine starke magnetokristalline Anisotropie, was zulässt, dass ein äußeres magnetisches Feld die Orientierung/den Anteil von feldausgerichteten martensitischen Varianten beeinflusst. Wenn das magnetische Feld entfernt wird, kann das Material ein vollständiges Formgedächtnis in zwei Richtungen, ein partielles in zwei Richtungen oder eines in eine Richtung aufweisen. Für ein partielles oder Formgedächtnis in eine Richtung kann ein äußerer Stimulus, eine Temperatur, ein magnetisches Feld oder eine Spannung zulassen, dass das Material in seinen Ausgangszustand zurückkehrt. Ein perfektes Formgedächtnis in zwei Richtungen kann für eine proportionale Steuerung der Form, bei der eine kontinuierliche Energie zugeführt wird, verwendet werden. Äußere magnetische Felder werden in Kraftfahrzeuganwendungen im Allgemeinen über Elektromagneten mit einem weichmagnetischen Kern erzeugt, wenngleich für ein schnelles Ansprechen auch ein Paar Helmholtz-Spulen verwendet werden kann.
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Geeignete piezoelektrische Materialien zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung umfassen, sollen jedoch nicht beschränkt sein auf anorganische Verbindungen, organische Verbindungen und Metalle. Was organische Materialien betrifft, so können alle Polymermaterialien mit einer nicht zentralsymmetrischen Struktur und (einer) Gruppe(n) mit einem starken Dipolmoment an der Hauptkette oder an der Seitenkette oder an beiden Ketten innerhalb der Moleküle als geeignete Kandidaten für den piezoelektrischen Film verwendet werden. Beispielhafte Polymere umfassen z. B., sind jedoch nicht beschränkt auf Poly(natrium-4-Styrolsulfonat), Poly(Poly(vinylamin)-Hauptketten-Azochromophor) und ihre Derivate; Polyfluorkohlenwasserstoffe, umfassend Polyvinylidenfluorid, sein Copolymer Vinylidenfluorid („VDF”), Co-Trifluorethylen und ihre Derivate; Polychlorkohlenwasserstoffe, umfassend Poly(vinylchlorid), Polyvinylidenchlorid und seine Derivate; Polyacrylnitrile und ihre Derivate; Polycarbonsäuren, umfassend Poly(methacrylsäure) und ihre Derivate; Polyharnstoffe und ihre Derivate; Polyurethane und ihre Derivate; Biomoleküle wie z. B. Poly-L-Milchsäuren und ihre Derivate und Zellmembranproteine wie auch Phosphat-Biomoleküle wie z. B. Phosphodilipide; Polyaniline und ihre Derivate und alle Derivate der Tetramine; Polyamide umfassend aromatische Polyamide und Polyimide, umfassend Kapton und Polyetherimid und ihre Derivate; alle Membranpolymere; Poly-(N-Vinylpyrrolidon)(PVP)-Homopolymer und seine Derivate und Zufalls-PVP-Co-Vinylacetat-Copolymere; und alle aromatischen Polymere mit Dipolmomentgruppen in der Hauptkette oder Seitenketten oder sowohl in der Hauptkette als auch den Seitenketten, und Mischungen davon.
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Piezoelektrische Materialien können auch Metalle umfassen, die aus der Gruppe gewählt sind, welche aus Blei, Antimon, Mangan, Tantal, Zirconium, Niobium, Lanthan, Platin, Palladium, Nickel, Wolfram, Aluminium, Strontium, Titan, Barium, Calcium, Chrom, Silber, Eisen, Silizium, Kupfer, Legierungen, die mindestens eines der vorhergehenden Metalle umfassen, und Oxiden, die mindestens eines der vorhergehenden Metalle umfassen, besteht. Geeignete Metalloxide umfassen SiO2, Al2O3, ZrO2, TiO2, SrTiO3, PbTiO3, BaTiO3, FeO3, Fe3O4, ZnO und Mischungen davon und Verbindungen der Gruppen VIA und IIB wie z. B. CdSe, CdS, GaAs, AgCaSe2, ZnSe, GaP, InP, ZnS und Mischungen davon. Bevorzugt ist das piezoelektrische Material aus der Gruppe gewählt, die aus Polyvinylidenfluorid, Bleizirconattitanat und Bariumtitanat und Mischungen daraus besteht.
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Elektroaktive Polymere umfassen jene Polymermaterialien, die piezoelektrische, pyroelektrische oder elektrostriktive Eigenschaften in Ansprechen auf elektrische oder mechanische Felder zeigen. Ein Beispiel, ein dielektrisches Elastomer, ist ein elektrostriktives Pfropfelastomer mit einem piezoelektrischen Polyvinylidenfluorid-Trifluorethylen-Copolymer. Diese Kombination besitzt die Fähigkeit, eine mannigfaltige Menge von ferroelektrisch elektrostriktiven, molekularen Verbundsystemen zu produzieren und kann als ein piezoelektrischer Sensor oder sogar als ein elektrostriktiver Aktuator betrieben werden.
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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 vorverformtes Polymer geeignet sind, umfassen Silikonelastomere, Acrylelastomere, Polyurethane, thermoplastische Elastomere, Copolymere mit PVDF, Haftkleber, 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.
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Ein elektroaktives Polymer kann 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 bevorzugt 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 bevorzugt zwischen etwa 2,5 und etwa 12 aufweist. Die vorliegende Offenlegung ist nicht auf diese Bereiche beschränkt. 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.
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Da elektroaktive Polymere sich bei hohen Belastungen 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 geeignet, 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 haften die Elektroden an einer Oberfläche des Polymers. Elektroden, die an dem Polymer haften, sind bevorzugt 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 angelegt sein und eine aktive Fläche gemäß ihrer Geometrie definieren. Verschiedene zur Verwendung mit der vorliegenden Offenlegung geeignete Arten von Elektroden umfassen strukturierte Elektroden mit Metallspuren und Ladungsverteilungsschichten, texturierte 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 und Mischungen aus ionenleitfähigen Materialien.
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Geeignete Materialien, die in der Zusammensetzung der Elektroden 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.
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II. Beispielhafte aktive Schnittstellensteuerungen, Anwendungen und Verwendungen
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine rekonfigurierbare Schnittstellensteuerung 10, die eine Betätigung durch ein aktives Material verwendet, um ihre geometrische Konfiguration und Positionierung zu verändern, um eine gewählte von mehreren stabilen Konfigurationen zu erreichen. Die Steuerung 10 kann z. B. ausgebildet sein, um eine verstaute und eine ausgefahrene Konfiguration zu erreichen, wie in der veranschaulichten Ausführungsform gezeigt, wobei eine Bedienung durch einen Benutzer (nicht gezeigt) in der ausgefahrenen Position erleichtert ist, während sich die Steuerung 10 in der verstauten Konfiguration in einem weiter zurückgesetzten Zustand befindet. Stärker bevorzugt ist die Steuerung 10 nur in der ausgefahrenen Konfiguration sichtbar.
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Die Steuerung 10 enthält eine bedienbare Komponente 12 wie z. B. einen Druckknopf oder eine HMI (Mensch/Maschine-Schnittstelle), wie in der veranschaulichten Ausführungsform gezeigt ist, wobei eine manuelle Bedienung der Komponente 12 bewirkt, dass eine Eingabe von einem zugeordneten System 14 empfangen wird. Die Steuerung 10 kann z. B. ein drehbarer Knopf, der die Lautstärkensteuerung bietet, oder ein Druckknopf sein, der den Ein/Aus-Schalter eines Unterhaltungssystems 14 bietet (1). Wie in 2 gezeigt, kann der Knopf, wenn er ausgefahren ist, selektiv dazu gebracht werden, Kontakte 10a, b zuzuschalten, die wenn sie geschlossen sind, einen Stromkreis schließen. Es ist einzusehen, dass das Ausfahren die Funktion der Steuerung 10 nicht beeinflusst.
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Im Spezielleren und, wie in den 2–4 gezeigt, umfasst jede Steuerung 10 einen Aktuator 16, der zumindest ein Element 18 aus einem aktiven Material umfasst, das betreibbar ist, um eine Rekonfiguration zu bewirken, wenn es aktiviert und/oder deaktiviert wird, oder ist mit diesem antriebstechnisch gekoppelt. Das bedeutet, das Element 18 besteht aus einem aktiven Material, das betreibbar ist, um eine reversible Änderung in einer fundamentalen Eigenschaft zu erfahren, wenn es einem Aktivierungssignal ausgesetzt oder vor diesem abgeschottet ist, wie oben beschrieben. In der vorliegenden Erfindung bewirkt die Änderung der fundamentalen Eigenschaft, dass das Element 18 eine Änderung in einer Dimension erfährt. Es ist einzusehen, dass, wenn z. B. ein SMA-Draht 18 (2, 4) verwendet wird, die Aktivierung eine Längskontraktion von ungefähr 4 Prozent zur Folge hat.
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Das Element 18 ist daher kommunikativ mit einer Quelle 20 (1) gekoppelt, die betreibbar ist, um das Aktivierungssignal in solch einer Weise zu erzeugen, dass das Element 18 selektiv dazu gebracht wird, dem Signal ausgesetzt zu sein. In einem Automobilumfeld kann die Quelle 20 z. B. eine Spannungsversorgung (z. B. das Ladesystem und die Batterie) des Fahrzeuges sein, und ein thermisches Aktivierungssignal kann selektiv produziert werden, indem ein Strom durch den Widerstand des Elements 18 geleitet wird, sodass es zu einer Ohm'schen Heizung kommt. In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Controller 22 (1, 3) dazwischenliegend mit der Quelle 20 und dem Element 18 gekoppelt und programmierbar ausgebildet, um die Einwirkung des Signals auf das Element 18 zu steuern, um so ein vollständiges Schalten der Steuerung 10 von einer Konfiguration in die andere zu bewirken, ohne eine Überhitzung oder Überlastung zu verursachen. Der Controller 22 kann z. B. eine Schaltuhr umfassen, sodass eine Aktivierung und ein Ausfahren der Steuerung 10 eine vorbestimmte Zeitspanne (z. B. 10 Sekunden) andauert, bevor eine Verstauung eingeleitet wird.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Aktuator 16 derart ausgebildet, dass die Steuerung 10 dazu gebracht wird, eine permanente zweite Konfiguration zu erreichen, die beibehalten wird, selbst wenn das Signal aufhört, und enthält als solcher bevorzugt einen bistabilen Mechanismus. Das bedeutet, der bevorzugte Aktuator 16 stellt einen Nullleistungshalt in beiden Konfigurationen (z. B. verstaut und ausgefahren) bereit, um die Notwendigkeit eines konstanten Signals zur Beibehaltung der Rekonfiguration zu eliminieren. Der strukturell bistabile Mechanismus 24 umfasst eine Struktur, die betreibbar ist, um eine von zwei permanenten oder „stabilen” geometrischen Konfigurationen zu bieten. In der vorliegenden Erfindung bringt das Schalten der Struktur in die andere der zwei Konfigurationen eine weitere Wirkung einschließlich der Auslenkung der Komponente 12 mit sich.
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Das Element 18 bietet bevorzugt eine Wirkung „in zwei Richtungen”, wobei das Umschalten des Mechanismus 24 zwischen der ersten und der zweiten stabilen Konfiguration durch aufeinanderfolgende Aktivierungen erfolgt. Der bistabile Mechanismus 24 ist bevorzugt ausgebildet, um die Auslenkung der Komponente 12 zu vergrößern, um zu einer Aktuatorweglänge zu führen, die größer, stärker bevorzugt um fünfzig Prozent größer, und am stärksten bevorzugt um hundert Prozent größer ist als die Änderung in der Dimension, welche das Element 18 erfährt (z. B. die Änderung der Drahtlänge). Schließlich ist einzusehen, dass weniger oder größere Aktuatoren 16 verwendet werden können, um eine oder mehrere Komponenten 12 über z. B. einen langen Streifen 16a (1) oder einen Wipptaster gleichzeitig auszulenken.
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Ein beispielhafter bistabiler Mechanismus 24 ist am besten in 2 gezeigt und umfasst zumindest ein steif verbogenes Bauelement 26, das an oder in der Nähe seinen/r distalen Enden an einer festen Struktur (nicht gezeigt) wie z. B. einem Armaturenbrett eines Fahrzeuges befestigt ist. Das Bauelement 26 dient als eine Vorspannfeder, die in der Lage ist, zwischen konkav (in 2 in Strichlinien gezeigt) und konvex gebogenen Profilen zu schwingen. Das bedeutet, sobald das Bauelement 26 dazu gebracht wurde, durch eine mittlere Biegungslinie l hindurch zu „schnappen”, die längs durch die gebogenen Profile definiert ist, gelangt es an einen Ruhepunkt in der neuen Konfiguration. Es ist einzusehen, dass der vorliegende Mechanismus 24 in dieser Konfiguration einen ebenen Aufbau mit niedrigem Profil, einen Bereich negativer Steifigkeit und eine große Hebelübersetzung bereitstellt.
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Wie in 2b gezeigt, kann der Mechanismus 24 ein einziges steifes Bauelement 26 umfassen. Stärker bevorzugt umfasst der Mechanismus 24 jedoch zwei parallele Bauelemente 26a, b (2–4), um die Stabilität und den Widerstand gegen Verwindung zu erhöhen. Hier sind die Bauelemente 26a, b durch eine Vielzahl von Abstandhaltern 28 beabstandet und miteinander verbunden. in der veranschaulichten Ausführungsform stehen ein erster und ein zweiter distaler Abstandhalter 28a mit den Bauelementen 26a, b an oder in der Nähe ihrer/n Enden in Eingriff, und ein schwimmender Abstandhalter 28b steht mit den Bauelemente 26a, b allgemein an ihrer Längsmittellinie in Eingriff. Die Abstandhalter 26 können von beliebiger geeigneter Breite, Dicke, Länge oder Zusammensetzung sein und können dementsprechend verschieden sein.
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Die distalen Abstandhalter 28a sind allgemein fixiert, wie in den 2 und 2a gezeigt. Es liegt jedoch auch innerhalb des Schutzumfanges der vorliegenden Erfindung, dass zumindest ein verstellbarer Endpunkt umfasst ist, wie in 2b gezeigt. In dieser Konfiguration ist der Mechanismus 24 betreibbar, um eine von vielen permanenten seitlichen Positionen zu erreichen. Es kann z. B. eine lösbare Verriegelung 30 ausgebildet sein, um selektiv in eine an dem Bauelement 26 angebrachte Zahnstange 32 in einer von einer Vielzahl von die durch die Zähne definierte Position einzugreifen. Das Bauelement 26 und somit die Stange 32 sind antriebstechnisch mit einem Hilfsaktuator 34 gekoppelt. In 2b umfasst der Aktuator 34 einen Hilfs-SMA-Draht 36 (und ein Riemenscheibensystem), der ausgebildet ist, um an dem Endpunkt zu ziehen und das Bauelementprofil abzuflachen, wenn er aktiviert ist, und eine Vorspannfeder 38, die ausgebildet ist, um den Endpunkt zurück in Richtung der Längsmittellinie des Bauelements 26 zu drücken, wenn der Hilfsdraht 36 deaktiviert wird. Der Aktuator 34 ist ausgebildet, um an dem Endpunkt des Bauelements 26 zu ziehen oder zu drücken, sodass das Bauelement 26 dazu gebracht wird, eine niedrigere bzw. stärker gebogene Konfiguration zu erreichen. Es ist einzusehen, dass das Bauelement 26 in der stärker gebogenen Konfiguration mehr Widerstand gegen ein Bedienen und Umschalten bieten und als solches eine größere Betätigungskraft von dem Element 18 erfordern wird.
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In der veranschaulichten Ausführungsform umfasst das Element 18 einen ersten und einen zweiten mechanisch unabhängigen SMA-Draht (oder EPA-Spannglied) 18a, b, die nicht antagonistisch mit dem bistabilen Mechanismus 24 gekoppelt sind (2–4). Das bedeutet, die Aktivierungskraft, die durch einen Draht angewendet wird, besitzt nicht die Wirkung, eine Last auf den anderen zu übertragen oder eine Dehnung in diesem zu bewirken, und minimiert damit die parasitische (unproduktive) Arbeit, die das Aktuatormaterial verrichten muss; d. h. die gesamte Arbeit des aktiven Materials geht in die gewünschte Funktion. Die Drähte 18a, b sind speziell zum Verstauen bzw. Ausfahren vorgesehen. Es ist einzusehen, dass viele Drähte anstelle eines einzigen Drahtes auf einer der Verstau-, Ausfahr- oder beiden Seiten der Betätigung verwendet werden können, während viele Drähte mit kleinerem Durchmesser die Frequenz-Antwort des Aktuators infolge des schnelleren Abkühlens erhöhen und gleichzeitig dieselbe Arbeitsspannung und -dehnung bereitstellen würden. In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Drähte 18a, b unterschiedliche Übergangstemperaturen auf, um passiv verstaut oder ausgefahren zu werden, wenn die Umgebungstemperatur die untere überschreitet (z. B. in einem Feuer etc.).
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Wie in den 2–4 gezeigt, sind die bevorzugten Drähte 18a, b distal mit den distalen Abstandhaltern 28a verbunden, die auch als elektrische und/oder mechanische Kontakte dafür dienen, und dazwischenliegend durch den schwimmenden Abstandhalter 28b geschraubt und/oder damit verbunden. Der erste Draht 18a steht mit dem schwimmenden Abstandhalter 28b näher an der Mittellinie der Durchbiegung in Eingriff als der zweite Draht 18b, wenn sich die Steuerung 10 in der verstauten Konfiguration befindet (4). Die Drähte 18a, b sind zusammenwirkend derart ausgebildet, dass der erste Draht 18a gespannt und der zweite Draht 18b schlaff ist, wenn sich die Bauelemente 26a, b in der ausgefahrenen Position befinden (2), und der erste Draht 18a schlaff und der zweite Draht 18b gespannt ist, wenn sich die Bauelemente 26a, b in der verstauten Position befinden. Der erste Draht 18a steht mit den distalen Abstandhaltern 28a bevorzugt unter dem zweiten Draht 18b in Eingriff, wie in den 2–4 gezeigt.
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Die Drähte 18a, b und die Bauelemente 26a, b sind zusammenwirkend ausgebildet, um ein/e ideale/s Lastverteilung und Leistungsverhalten während einer Rekonfiguration zu bewirken. Es ist z. B. einzusehen, dass jeder der Formgedächtnisdrähte 18a, b bevorzugt einen Drahtdurchmesser aufweist, der mit der Steifigkeit (k) korreliert, die das jeweilige Bauelement 26a, b entlang der vertikalen Achse aufweist. Überdies weist der Mechanismus 24, wie zuvor erwähnt, einen Bereich negativer Steifigkeit auf, der zulässt, dass die von dem Aktivierungsdraht erfahrene Spannung allgemein konstant bleibt.
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In einer alternativen Ausführungsform kann das Element 18 ein piezoelektrisches keramik- oder polymerbasiertes Bimorph oder zwei solcher Unimorphe wie z. B. flexible Betätigungsplättchen direkt über den Bauelementen 26a, b aufweisen (2). Hier bewirkte eine Aktivierung, dass sich das Plättchen abflacht und dadurch die Kraft produziert, die notwendig ist, um den Mechanismus 24 zu schalten.
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In einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die bevorzugte Steuerung 10 betreibbar, um eine Auslöse- oder anderweitig relevante Bedingung zu detektieren und bietet als solches ein intrinsisches Erfassungsvermögen (z. B. ohne die Verwendung eines externen Sensors). In der veranschaulichten Ausführungsform ist z. B. das Element 18 durch Kommunikation mit dem Controller 22 ferner ausgebildet, um zu bestimmen, wenn ein Druck auf die Komponente 12 angewendet wird. Es ist z. B. einzusehen, dass, wenn SMA-Drähte 18a, b verwendet werden, ein minimaler Erfassungsstrom in dem gespannten Draht 18a aufrechterhalten werden könnte, wenn die Steuerung 10 ausgefahren ist. Der Strom wird kontinuierlich durch den Controller 22 überwacht, um den Widerstand durch den Draht 18a zu bestimmen, während einzusehen ist, dass ein angewendeter Druck den gemessenen Widerstand verändern wird. Wenn ein Druck größer als eine minimale Schwelle bevorzugt über eine Zeitspanne bestimmt wird, die größer ist als eine minimale Zeitspanne, was einen echten Knopfdruck anzeigt, wird ein voller Strom durch den Draht 18a geleitet, um ein Verstauen zu bewirken. Somit ist der bevorzugte Controller 22 ausgebildet, um selektiv eine Aktivierung oder Deaktivierung nur dann zu bewirken, wenn eine Bedingung bestimmt wird.
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Es ist einzusehen, dass alternativ, wenn dielektrische Elastomer- oder piezoelektrische Aktuatorplättchen verwendet werden, diese auch als intrinsische Sensoren fungieren können, wobei das Erstgenannte eine mechanische Verformung über eine Änderung im kapazitiven Widerstand übermittelt und das Letztgenannte mechanischen Druck direkt als Spannung übermittelt.
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Es ist einzusehen, dass ein Eingang über einen externen Sensor 40 (1) auch verwendet werden kann, um eine zugehörige oder Auslösebedingung zu bestimmen. Es kann z. B. ein Luftdruck mit einem Messgerät überwacht werden, um anzuzeigen, wenn ein Fenster oder eine Tür geöffnet wird, oder dergleichen, sodass der Controller 22 die Klimaanlagen-„Ein/Aus”-Steuerung 10 ausfährt. Es können auch Türschlösser und -griffe ausgefahren werden, wenn die Zündung des Fahrzeuges „Ein”-geschaltet wird oder der Gangwählhebel in die oder aus der Park-Position positioniert wird. Es können andere Sensoreingänge wie z. B. Thermometermessungen, die anzeigen, dass eine Innenraumtemperatur eine voreingestellte Temperaturschwelle überschreitet, oder dergleichen verwendet werden, sodass die Klimaanlagen-„Ein/Aus”-Steuerung 10 wieder ausgefahren werden kann, um eine Auswahl zu ermöglichen. Schließlich ist einzusehen, dass zusätzlich zu einem oder anstelle eines sensorischen Eingang/s eine Rekonfiguration dadurch ausgelöst werden kann, dass Information von einer Spracherkennungssoftware oder einem telematischen (wie z. B. OnStarTM), einem Nahbereichs- (z. B. einem Schlüsselfernbedienungs-), V2V, V2I oder einem Mobilfunk-Kommunikationssystem (nicht gezeigt), das kommunikativ mit dem Controller 22 gekoppelt ist, empfangen wird.
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Wie in 3 gezeigt, kann z. B. ein piezoelektrisches(oder EAP-)Element 42 auf oder innerhalb der Eingriffsfläche der Komponente 12 positioniert sein, um einen Druckeingang in ein Signal umzuwandeln, wenn der Benutzer die Komponente 12 zuschaltet. Das piezoelektrische Element 42 kann das Aktuatorelement 18 wie eines umfassen, in dem ein piezoelektrisches Plättchen vorgesehen ist, um überlagernde Schichten mit den Bauelementen 26 zu bilden (2a), oder kann ein externer eigenständiger Sensor sein (2 und 3). Mit Bezug auf den Letztgenannten ist ferner einzusehen, dass das piezoelektrische Element 42 und der Controller 22 ferner ausgebildet sein können, um eine Vibrations-Tast-Kommunikation und stärker bevorzugt eine von einer Vielzahl von Kommunikationen (z. B. Klopfen, Pulsieren, Niedrigfrequenzvibration, Hochfrequenzvibration etc.) als Rückmeldung an den Benutzer zurück zu transportieren. Gleich ob intrinsisch oder extern dient der bevorzugte sensorische Eingang dazu, zwischen leichtem/n Angreifen/Berührungen und festem Schlagen/Drücken zu unterscheiden, um eine feine/grobe Steuerung einer Funktion zu ermöglichen (ein leichtes Angreifen kann z. B. geeignet sein, das Radio um 0,1 MHz umzuschalten, während es ein Schlag um 1,0 MHz umschaltet).
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In einem weiteren Aspekt der Erfindung kann zumindest ein Abschnitt einer Vielzahl von Steuerungen 10 zum einheitlichen Schalten gebracht werden, um eine rekonfigurierbare Anzeige oder Anordnung 44 zu präsentieren. Hier sind die Steuerungen 10 bevorzugt parallel mit einer Quelle 20 verbunden und durch den Controller 22 koordiniert, sodass verschiedene Sätze aktiviert und deaktiviert werden können, was zur Folge hat, dass die Anzeige in der Lage ist, viele verschiedene Muster anzunehmen. Die Sätze können sich auf der Basis einer Programmlogik überlappen. In der vielfältigsten Form besteht jeder Satz aus einer einzigen Steuerung 10, sodass die Steuerungen 10 individuell schaltbar sind (1). Auf diese Weise kann ein Benutzer mit verschiedenen Knopfanordnungen in Abhängigkeit von dem augenblicklichen Betriebsmodus konfrontiert werden, sodass nur die relevanten Steuerungen 10 präsentiert werden. Als solches sind bevorzugt vom Benutzer bevorzugte Einstellungen vorgesehen, sodass der Benutzer in der Lage ist zu wählen, welche Steuerungen ausgefahren werden. Bei der Bestimmung einer Bedingung können vorbestimmte Sätze selbstständig ausgefahren werden; es können z. B. alle Radiosteuerknöpfe präsentiert werden, wenn die Radio-„Ein”-Steuerung 10 aktiviert wird. Das Ausfahren der Sätze kann nach zeitlicher Abfolge ausgeführt und koordiniert sein, um zusammenwirkend eine vorbestimmte Wirkung zu erzeugen. Es können z. B. durch Verändern des Maßstabes und der Gruppierung animierte Muster wie z. B verdrehte Logos oder wogende „Wellen” geschaffen werden.
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Schließlich ist einzusehen, dass die Steuerungen 10 in bestimmten Konfigurationen (z. B. Druckknöpfe etc.) von einer elastischen Membran 46 abgedeckt sein können (1 und 2), die eine äußere Fläche definiert, um eine Abdichtung zu bilden, die das Eindringen von Schmutz und Fluiden verhindert, welche die Steuerung 10 physikalisch blockieren/sperren und ein/e Bewegung oder Ausfahren verhindern können. Die Membran 46 kann mit einer benachbarten Fläche wie z. B. dem Armaturenbrett eines Fahrzeuges integriert sein und kann bündig montiert oder abgehoben sein. Das Membranmaterial ist oberflächlich konform sodass es dazu gebracht wird, sich durch die Ausfahrkraft des Aktuators 16 zu dehnen, und weist eine vernachlässigbare Vorspannung auf, welche die Funktion der Steuerung 10 nicht beeinflusst. Die Membran 46 ist aus einem beständigen Material gebildet, das geeignet ist, wiederholten Verformungen standzuhalten, und kann lichtdurchlässig sein, wenn eine Knopfbeleuchtung vorgesehen ist. Wenn ein elektrisches Potential oder eine thermische Energie verwendet wird, um das Element 18 zu aktivieren, wird bevorzugt, dass die Membran 46 ferner als eine Isolierschicht dient, um den Benutzer zu schützen.
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Die hierin offenbarten Bereiche sind inklusive und kombinierbar (z. B. Bereiche von „bis zu etwa 25 Gewichts-% oder im Spezielleren etwa 5 Gewichts-% bis etwa 20 Gewichts-%” sind inklusive der Endpunkte und aller Zwischenwerte der Bereiche von „etwa 5 Gewichts-% bis etwa 25 Gewichts-%” usw.). „Kombination” ist inklusive Mischungen, Gemischen, Legierungen, Reaktionsprodukten und dergleichen. Ferner bezeichnen die Ausdrücke „erste/r/s”, „zweite/r/s” und dergleichen hierin keinerlei Reihenfolge, Menge oder Wichtigkeit, sondern dienen dazu, ein Element von einem anderen zu unterscheiden, und die Begriffe „ein/e/s” bezeichnen hierin keine Beschränkung einer Menge, sondern bezeichnen das Vorhandensein von zumindest einem der Elemente, auf die Bezug genommen wird. Die Angabe „etwa”, die in Verbindung mit einer Größe verwendet wird, versteht sich einschließlich des angegebenen Werts und besitzt die durch den Kontext bestimmte Bedeutung (umfasst z. B. den der Messung der speziellen Größe zugehörigen Fehlergrad). Das Suffix „(s)”, wie hierin verwendet, soll sowohl den Singular als auch den Plural des Begriffes umfassen, den es modifiziert, und umfasst daher einen oder mehrere von diesem Begriff (z. B. umfasst/en der/die Farbstoff/e einen oder mehrere Farbstoffe). Die Bezugnahme über die gesamte Beschreibung auf „eine bestimmte Ausführungsform”, „eine weitere Ausführungsform”, „eine Ausführungsform” und dergleichen bedeutet, dass ein bestimmtes Element (z. B. ein Merkmal, eine Struktur und/oder eine Eigenschaft), das in Verbindung mit der Ausführungsform beschrieben ist, in zumindest einer hierin beschriebenen Ausführungsform enthalten ist und in anderen Ausführungsformen vorhanden sein kann oder nicht. Darüber hinaus sollte einzusehen sein, dass die beschriebenen Elemente auf jede beliebige geeignete Weise in den verschiedenen Ausführungsformen kombiniert sein können.
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Geeignete Algorithmen, Verarbeitungsvermögen und Sensoreingänge im Hinblick auf diese Offenlegung sind Fachleuten überlassen. Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben; für Fachleute wird einzusehen sein, dass verschiedene Änderungen vorgenommen und Elemente davon durch Äquivalente ersetzt sein können, ohne von dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Überdies können zahlreiche Abwandlungen vorgenommen werden, um ein/e bestimmte/s Situation oder Material an die Lehre der Erfindung anzupassen, ohne von deren wesentlichem Schutzumfang abzuweichen. Die Erfindung soll daher nicht auf die spezielle Ausführungsform beschränkt sein, die als beste Art, die Offenlegung auszuführen, in Erwägung gezogen wird. Vielmehr wird die Offenlegung alle Ausführungsformen einschließen, die in den Schutzumfang der beiliegenden Ansprüche fallen.
| | Bezugsziffern |
| | |
| 10 | Schnittstellensteuerung (aktiver Knopf) |
| 10a, b | Kontakte |
| 12 | bedienbare Komponente |
| 14 | gesteuertes System |
| 16 | Aktautor |
| 18 | Element |
| 18a, b | Drähte |
| 20 | Signalquelle |
| 22 | Controller |
| 24 | bistabiler Mechanismus |
| 26a, b | steif verbogene Bauelemente |
| 28a, b | distale und schwimmende Abstandhalter |
| 30 | Verriegelung |
| 32 | Zahnstange |
| 34 | Hilfsaktuator |
| 36 | SMA-Draht |
| 38 | Vorspannfeder |
| 40 | externer Sensor |
| 42 | piezoelektrisches oder EAP-Element |
| 44 | Anzeige |
| 46 | Membran |
