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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
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Die vorliegende Anmeldung ist eine Teilfortsetzung der US-Patentanmeldung Ser.-Nr. 12/363,210, die am 30. Januar 2009 eingereicht wurde, und der US-Patentanmeldung Ser.-Nr. 12/331,350, die am 9. Dezember 2008 eingereicht wurde, wobei beide hierdurch durch Bezugnahme hierin aufgenommen sind.
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2. Stand der Technik
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Verschnürungsmaterialien (z. B. Schnürbänder, Seil, Zwirn, Kabel, Spannriemen, etc.) werden seit langem verwendet, um mindestens einen Gegenstand oder Raum zu sichern, häufig durch die Verwendung einer oder mehrerer Ösen, die fest mit dem Gegenstand verbunden sind, oder eine Sicherungsmaßnahme, wie etwa eine Plane, ein Gepäcknetz oder eine Abdeckhaube. Verschiedene Beispiele derselben, die feste Konfigurationen aufweisen, lassen sich im Alltag finden. Diese Maßnahmen nutzen im Allgemeinen eine Reibungswechselwirkung zwischen dem Verschnürungsmaterial und der/den Öse(n) sowie Manipulation (z. B. das Binden von Knoten in und/oder das Ausbilden von Schlaufen durch das Verschnürungsmaterial etc.), um die gesicherte Beziehung fest zu wahren. Wenn die Manipulation aufgehoben wird (z. B. der Knoten gelöst wird), versteht sich, dass die interaktive Reibung und die Konfiguration mit Einfädeln in die Öse typischerweise die gesicherte Beziehung nicht wahren kann und dass es dadurch zu einer ungesicherten Beziehung kommen kann.
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KURZE ZUSAMMENFASSUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sicherungsanordnung, die aktives Verschnürungsmaterial und/oder eine Öse umfasst, die eine Betätigung eines aktiven Materials nutzen, um eine Fracht oder einen Raum besser oder leichter zu sichern. Insbesondere ist die Anordnung für ein selektives Abwandeln der Wechselwirkung zwischen dem Verschnürungsmaterial und Ösen brauchbar, um ein Einfädeln zu erleichtern, eine gesichertere Beziehung zu fördern, einen Haltemechanismus vorzusehen, der das Verschnürungsmaterial in der gesicherteren Beziehung festhält, wenn das Element aus aktivem Material deaktiviert wird, und/oder um ein Aufschnüren zu erleichtern, wenn eine Entnahme erwünscht ist. Die Erfindung ermöglicht ein vermindertes Spannen und selektives Reduzieren von Spiel des Verschnürungsmaterials und ist zum Ableiten von Schocklasten, die zu Verankerungspunkten und von den Punkten zu einer festgezurrten Fracht übertragen werden, brauchbar.
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Dadurch bietet die Erfindung im Allgemeinen eine Sicherungsanordnung, die zum Befestigen mindestens eines Gegenstands ausgelegt ist, um eine gesicherte Beziehung zu verwirklichen. Die Anordnung umfasst mindestens eine Öse, die einen Innendurchmesser festlegt, und ein Verschnürungsmaterial, das einen allgemeinen Querschnittdurchmesser festlegt, der kleiner als der Innendurchmesser ist, um durch die mindestens eine Löse gefädelt zu werden. Entweder die Öse(n) und/oder das Material umfassen weiterhin ein Element aus aktivem Material, das eine Änderung einer grundlegenden Eigenschaft durchlaufen kann, wenn es einem Aktivierungssignal ausgesetzt oder gegenüber diesem verdeckt wird, um aktiviert bzw. deaktiviert zu werden. Die Änderung der grundlegenden Eigenschaft wird verwendet, um den Innen- oder Querschnittdurchmesser (oder die Zugspannung, wie etwa durch Beseitigen von Spiel des Schnürmaterials) abzuwandeln, um den mindestens einen Gegenstand weiter zu sichern oder ein Einfädeln der Verschnürung zu erleichtern.
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Andere Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden näheren Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform(en) und den begleitenden Zeichnungsfiguren hervor.
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KURZBESCHREIBUNG DER MEHREREN ANSICHTEN DER ZEICHNUNG
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Eine bevorzugte Ausführungsform(en) wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungsfiguren näher beschrieben, wobei:
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1 eine Ansicht eines Tiefladers mit einer darauf verstauten Fracht und einer Sicherungsanordnung, die die Fracht hält und eine Plane, Verschnürungsmaterial und mehrere Ösen umfasst, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist;
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2 eine Ansicht eines Tiefladers mit einer darauf verstauten Fracht und einer Sicherungsanordnung, die die Fracht hält und mehrere Spannriemen und Schnellspanner umfasst, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung und ferner in einer vergrößerten Bildansicht von Formgedächtnislegierungs- und Heizelementen, die in dem Riemen eingewebt und eingebettet sind, ist;
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3 eine Teilansicht eines Verschnürungsmaterials, das durch mehrere gegenüberliegende Ösen gefädelt ist und eine Schlaufe bildet, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist;
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3a eine Teilansicht des Seils und der Ösen, die in 3 gezeigt sind, ist, wobei das Verschnürungsmaterial gestrafft wurde und die Ösen verformt sind;
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3b eine Teilansicht des Verschnürungsmaterials und der Ösen, die in 3 gezeigt sind, ist, wobei das Verschnürungsmaterial gestrafft wurde und die Ösen verlagert sind;
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4 ein Längsschnitt eines Verschnürungsmaterials ist, das aktive Einsätze gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst; und
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5 eine Perspektivansicht eines Schuhs, der einen aktiven Schuhschnürsenkel und/oder Ösen umfasst, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist.
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EINGEHENDE BESCHREIBUNG
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Unter Bezugnahme auf 1–5 betrifft die vorliegende Erfindung eine Sicherungsanordnung 10, die ein aktives Verschnürungsmaterial 12 und mindestens eine Öse 14 zum Aufnehmen des Materials 12 umfasst. D. h. das Verschnürungsmaterial 12 und/oder die Öse(n) umfassen ein Element 16 aus aktivem Material in verschiedenen geometrischen Formen (z. B. Drähte, Riemen, Kabellitzen, Sicken, Ringe etc.). Die Anordnung 10 ist für Nutzung auf Abruf und/oder passive Nutzung in einer Vielzahl von Anwendungen und insbesondere dort, wo Verschnürungs/Schnürmaterialien zum Sichern einer Fracht (z. B. eines oder mehrerer Gegenstände) 100 verwendet werden, gedacht. In einer bestimmten Ausführungsform stellt die Anordnung 10 ein Kleidungsstück oder Schuhwerk 102 (5) dar, um dafür verwendet zu werden, einen (nicht gezeigten) Körperteil weiter zu stützen oder diesem zusätzlichen Komfort zu bieten. Andere Anwendungen umfassen Verzurrungen für ein gleichmäßiges Spannen einer Fracht, eines Boots oder von Sitzbezügen und insbesondere eine selbst spannende und/oder Spiel beseitigende Zugleine, die pseudoplastisch gedehnt wird, um eine größere Öffnung oder einen größeren Umfang für komfortables Einführen/Anwenden vorzusehen, und dann aktiviert wird, um die Größe der Öffnung oder des Umfangs zu reduzieren. Die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist lediglich beispielhafter Natur und soll in keiner Weise die Erfindung, ihre Anwendungen oder ihre Nutzungsmöglichkeiten einschränken.
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Wie hierin verwendet wird dem Begriff ”aktives Material” seine übliche Bedeutung, wie sie von Durchschnittsfachleuten verstanden wird, zugewiesen, und er umfasst ein beliebiges Material oder einen beliebigen Verbundwerkstoff, der eine reversible Änderung einer grundlegenden (z. B. chemischen oder immanenten physikalischen) Eigenschaft aufweist, wenn es einer externen Signalquelle ausgesetzt wird. Geeignete aktive Materialien zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung umfassen Formgedächtnislegierungen und elektroaktive Polymere (EAP), die unter faserförmigen Konfigurationen und Atmosphärenbedingungen als Aktoren fungieren können, sind aber nicht darauf beschränkt. Diese Arten von aktiven Materialien weisen die Fähigkeit auf, sich an ihre ursprüngliche Gestalt und/oder ihren ursprünglichen Elastizitätsmodul zu erinnern, die/der anschließend durch Anlegen oder Entfernen eines externen Reizes wieder zurückgerufen werden können. Somit ist eine Verformung der ursprünglichen Gestalt ein zeitweiliger Zustand. Auf diese Weise kann ein aus diesen Materialien bestehendes Element als Reaktion entweder auf das Anlegen oder das Entfernen (abhängig von dem Material und der Form, in der es verwendet wird) eines Aktivierungssignals zu der eingelernten Gestalt wechseln.
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Insbesondere bezeichnen Formgedächtnislegierungen (SMA) im Allgemeinen eine Gruppe von metallischen Materialien, die die Fähigkeit zeigen, zu einer gewissen vorher festgelegten Gestalt oder Größe zurückzukehren, wenn sie einem geeigneten thermischen Reiz ausgesetzt werden. Formgedächtnislegierungen können Phasenwechsel durchlaufen, bei denen ihre Streckgrenze, Steifigkeit, Abmessung und/oder Gestalt als Funktion von Temperatur geändert werden. Der Begriff ”Streckgrenze” bezeichnet die mechanische Spannung, bei der ein Material eine festgelegte Abweichung von einer Proportionalität von mechanischer Spannung und Belastung aufweist. Im Allgemeinen können in der Niedertemperatur- oder Martensitphase Formgedächtnislegierungen pseudoplastisch verformt werden und wechseln bei Einwirken einer höheren Temperatur zu einer Austenitphase oder Ursprungsphase, wobei sie zu ihrer Gestalt vor der Verformung zurückkehren. Materialien, die diese Formgedächtniswirkung nur bei Erwärmen aufweisen, werden als Materialien mit Einwegformgedächtnis bezeichnet. Solche Materialien, die auch bei erneutem Abkühlen ein Formgedächtnis aufweisen, werden als Materialien mit Zweiwegformgedächtnis bezeichnet.
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Formgedächtnislegierungen existieren in mehreren unterschiedlichen temperaturabhängigen Phasen. Die am häufigsten genutzten dieser Phasen sind die so genannte Martensit- und Austenitphase. In der folgenden Erläuterung bezeichnet die Martensitphase im Allgemeinen die stärker verformbare Phase niedrigerer Temperatur, wogegen die Austenitphase im Allgemeinen die steifere Phase höherer Temperatur bezeichnet. Wenn sich die Formgedächtnislegierung in der Martensitphase befindet und erwärmt wird, beginnt sie, in die Austenitphase zu wechseln. Die Temperatur, bei der dieses Phänomen einsetzt, wird häufig als Austenit-Starttemperatur (As) bezeichnet). Die Temperatur, bei der dieses Phänomen abgeschlossen ist, wird als die Austenit-Finish-Temperatur (Af) bezeichnet).
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Wenn sich die Formgedächtnislegierung in der Austenitphase befindet und gekühlt wird, beginnt sie, in die Martensitphase zu wechseln, und die Temperatur, bei der dieses Phänomen einsetzt, wird als Martensit-Starttemperatur (Ms) bezeichnet. Die Temperatur, bei der Austenit das Wechseln zu Martensit beendet, wird als Martensit-Finish-Temperatur (Mf) bezeichnet. Dadurch ist ein geeignetes Aktivierungssignal zur Verwendung bei Formgedächtnislegierungen ein thermisches Aktivierungssignal mit einer Größenordnung, um Umwandlungen zwischen der Martensitphase und der Austenitphase hervorzurufen.
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Formgedächtnislegierungen können abhängig von der Legierungszusammensetzung und der Verarbeitungshistorie einen Einweg-Formgedächtniseffekt, einen intrinsischen Zweiweg-Formgedächtniseffekt oder einen extrinsischen Zweiweg-Formgedächtniseffekt aufzeigen. Geglühte Formgedächtnislegierungen weisen typischerweise nur den Einweg-Formgedächtniseffekt auf. Ein ausreichendes Erwärmen nach der Niedertemperaturverformung des Formgedächtnismaterials induziert die Umwandlung von Martensit zu Austenit, und das Material nimmt wieder die ursprüngliche geglühte Form ein. Somit werden Einweg-Formgedächtniseffekte nur bei Erwärmen beobachtet. Aktive Materialien, die Formgedächtnislegierungszusammensetzungen umfassen, die Einweggedächtniseffekte aufweisen, verformen sich nicht automatisch zurück und erfordern wahrscheinlich eine externe mechanische Kraft, um sich zu der Gestalt zurückzuwandeln, die zuvor für Luftströmungssteuerung geeignet war.
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Intrinsische und extrinsische Zweiweg-Formgedächtnismaterialien sind durch einen Gestaltwechsel sowohl bei Erwärmen aus der Martensitphase zu der Austenitphase als auch durch einen zusätzlichen Gestaltwechsel bei Abkühlen aus der Austenitphase zurück zur Martensitphase charakterisiert. Aktive Materialien, die einen intrinsischen Formgedächtniseffekt aufweisen, werden aus einer Formgedächtnislegierungszusammensetzung hergestellt, die die aktiven Materialien veranlasst, sich infolge der vorstehend erwähnten Phasenumwandlungen automatisch wieder umzuwandeln. Ein intrinsisches Zweiweg-Formgedächtnisverhalten muss durch Bearbeitung in dem Formgedächtnismaterial induziert werden. Solche Verfahrensweisen umfassen eine extreme Verformung des Materials, während es sich in der Martensitphase befindet, Erwärmen-Abkühlen unter Zwang oder Last oder Oberflächenmodifizierung, wie etwa Laserhärten, Polieren oder Kugelstrahlen. Sobald das Material gelernt hat, den Zweiweg-Formgedächtniseffekt aufzuweisen, ist die Formänderung zwischen dem Nieder- und dem Hochtemperaturzustand im Allgemeinen reversibel und besteht eine große Anzahl von Wärmezyklen fort. Aktive Materialien, die den extrinsischen Zweiweg-Formgedächtniseffekt aufweisen, sind dagegen Verbund- oder Mehrkomponenten-Materialien. Sie kombinieren eine Legierung, die einen Einwegeffekt aufweist, mit einer anderen, die eine Rückstellkraft zum Wiedereinnehmen der ursprünglichen Gestalt vorsieht.
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Die Temperatur, bei der sich die Formgedächtnislegierung bei Erwärmen an ihre Form bei hoher Temperatur erinnert, kann durch geringfügige Änderungen der Zusammensetzung der Legierung und durch Wärmebehandlung angepasst werden. Bei Nickel-Titan-Formgedächtnislegierungen kann sie zum Beispiel von oberhalb von in etwa 100°C auf unterhalb von in etwa –100°C geändert werden. Der Gestaltwiederherstellungsprozess tritt über einem Bereich von nur ein paar Grad auf, und das Einsetzen oder Beenden der Umwandlung kann abhängig von der erwünschten Anwendung und der Legierungszusammensetzung auf innerhalb ein oder zwei Grad gesteuert werden. Die mechanischen Eigenschaften der Formgedächtnislegierung schwanken stark über dem ihre Umwandlung überspannenden Temperaturbereich, wobei sie typischerweise dem System Formgedächtniseffekte, superelastische Effekte und hohe Dämpfungskapazität verleihen.
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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 Kupfer-Basis (z. B. Kupfer-Zink-Legierungen, Kupfer-Aluminium-Legierungen, Kupfer-Gold- und Kupfer-Zinn-Legierungen), 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-Platin-Basis, Legierungen auf Eisen-Palladium-Basis und dergleichen. Die Legierungen können binär, ternär oder von irgendeiner höheren Ordnung sein, solange die Legierungszusammensetzung einen Formgedächtniseffekt, z. B. eine Änderung der Formorientierung, Dämpfungskapazität und dergleichen, aufweist.
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Es versteht sich, dass SMA eine Modulzunahme des 2,5-fachen und eine Maßänderung (Erholung von pseudoelastischer Verformung, die in der Martensitphase induziert wird) von bis zu 8% (abhängig von dem Vordehnungsbetrag) bei Erwärmen oberhalb ihrer Phasenübergangstemperatur aufweisen. Es versteht sich, dass bei Einwegbetrieb der SMA ein Vorspannkraftrückstellmechanismus (wie etwa eine Feder) nötig wäre, um die SMA zu ihrer Ausgangskonfiguration zurückzuführen. Schließlich versteht sich, dass Joulesche Erwärmung genutzt werden kann, um das gesamte System elektronisch steuerbar zu machen.
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Durch mechanische Spannung induzierte Phasenänderungen der SMA, die durch Be- und Entlasten der SMA (bei Temperaturen über Af) hervorgerufen werden, sind aber naturgemäß Zweiwegeeffekte. D. h. das Anlegen von ausreichend mechanischer Spannung bei einer SMA in ihrer Austenitphase veranlasst sie, zu ihrer Martensitphase niedrigeren Moduls zu wechseln, in der sie bis zu 8% ”superelastische” Verformung aufweisen kann. Ein Entfernen der angelegten mechanischen Spannung lässt die SMA zurück zu ihrer Austenitphase wechseln, wobei sie ihre Ausgangsgestalt und ihren höheren Modul wieder einnimmt und Energie dissipiert. Insbesondere bewirkt das Anlegen einer extern angelegten mechanischen Spannung, dass sich Martensit bei Temperaturen über Ms bildet. Der makroskopischen Verformung wird durch die Bildung von Martensit entsprochen. Wenn die mechanische Spannung gelöst wird, wandelt sich das Martensit zurück in Austenit um und die SMA kehrt zu ihrer ursprünglichen Gestalt zurück. Superelastische SMA können einige Male mehr als gewöhnliche Metalllegierungen gedehnt werden, ohne plastisch verformt zu werden, dies wird aber nur über einem spezifischen Temperaturbereich beobachtet, wobei die größte Fähigkeit zur Wiederherstellung nahe Af auftritt.
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Wie bereits erwähnt versteht sich, dass andere Arten von aktiven Materialien wie etwa elektroaktive Polymere an Stelle von SMA verwendet werden können. Diese Art von aktivem Material umfasst solche Polymermaterialien, die als Reaktion auf elektrische oder mechanische Felder piezoelektrische, pyroelektrische oder elektrostriktive Eigenschaften aufweisen. Ein Beispiel für ein elektrostriktives gepfropftes Elastomer mit einem piezoelektrischen Poly(vinyliden-fluorid-trifluor-ethylen)copolymer. Diese Kombination hat die Fähigkeit, einen unterschiedlichen Betrag an ferroelektrischen-elektrostriktiven molekularen Verbundwerkstoffsystemen zu erzeugen. Diese können als piezoelektrischer Sensor oder auch als elektrostriktiver Aktor betrieben werden.
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Materialien, die zur Verwendung als elektroaktives Polymer geeignet sind, können ein im Wesentlichen isolierendes Polymer bzw. Gummi (oder eine Kombination davon), das/der sich als Reaktion auf eine elektrostatische Kraft verformt oder dessen Verformung zu einer Änderung des elektrischen Felds führt, umfassen. Beispielhafte Materialien, die zur Verwendung als vorgedehntes Polymer geeignet sind, umfassen Silikonelastomere, Acrylelastomere, Polyurethane, thermoplastische Elastomere, Copolymere, die PVDF umfassen, druckempfindliche Klebstoffe, Fluorelastomere, Polymere, die Silikon- und Acrylanteile umfassen, und dergleichen. Polymere, die Silikon- und Acrylanteile umfassen, können zum Beispiel Copolymere, die Silikon- und Acrylanteile umfassen, Polymermischungen, die ein Silikonelastomer und ein Acrylelastomer umfassen, umfassen.
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Als elektroaktives Polymer verwendete Materialien können beruhend auf einer oder mehreren Materialeigenschaften wie etwa einer hohen elektrischen Durchschlagsfestigkeit, einem niedrigen Elastizitätsmodul- (bei großen Verformungen), einer hohen Dielektrizitätskonstante und dergleichen gewählt werden. In einer Ausführungsform wird das Polymer so gewählt, dass es einen Elastizitätsmodul von höchstens etwa 100 MPa aufweist. In einer anderen Ausführungsform wird das Polymer so gewählt, 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 anderen Ausführungsform wird das Polymer so gewählt, dass es eine Dielektrizitätskonstante zwischen etwa 2 und etwa 20 und vorzugsweise zwischen etwa 2,5 und etwa 12 aufweist. Die vorliegende Offenbarung soll nicht auf diese Bereiche beschränkt sein. Idealerweise wären Materialien mit einer höheren Dielektrizitätskonstante als den vorstehend genannten Bereichen wünschenswert, wenn die Materialien sowohl eine hohe Dielektrizitätskonstante als auch eine hohe dielektrische Festigkeit hätten.
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Da elektroaktive Polymere sich bei hohen Dehnungen durchbiegen können, sollten sich an den Polymeren angebrachte Elektroden ebenfalls durchbiegen, ohne die mechanische oder elektrische Leistung zu beeinträchtigen. Im Allgemeinen können zur Verwendung geeignete Elektroden von beliebiger Form und beliebigem Material sein, sofern sie einem elektroaktiven Polymer eine geeignete elektrische Spannung liefern oder von diesem eine geeignete elektrische Spannung aufnehmen können. Die elektrische Spannung kann entweder konstant oder zeitlich variierend sein. In einer Ausführungsform haften die Elektroden an einer Oberfläche des Polymers an. An dem Polymer anhaftende Elektroden sind vorzugsweise nachgiebig und passen sich der sich ändernden Form des Polymers an. Dementsprechend kann die vorliegende Offenbarung nachgiebige Elektroden umfassen, die sich der Form eines elektroaktiven Polymers anpassen, an dem sie angebracht sind. Die Elektroden können nur an einem Abschnitt eines elektroaktiven Polymers aufgebracht werden und bilden entsprechend ihrer Geometrie einen aktiven Bereich aus. Verschiedene Arten von Elektroden, die zur Verwendung bei der vorliegenden Offenbarung geeignet sind, umfassen strukturierte Elektroden, die Metallleiter und Ladungsverteilungsschichten umfassen, texturierte Elektroden, die unterschiedliche Maße außerhalb der Ebene umfassen, leitende Fette wie etwa Carbonfette oder Silberfette, kolloide Suspensionen, leitende Materialien mit hohem Aspektverhältnis wie etwa Kohlenstoff-Fibrillen und Kohlenstoff-Nanoröhrchen und Mischungen von ionisch leitenden Materialien.
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In einer bevorzugten Ausführungsform, bei der das Verschnürungsmaterial (z. B. Schnürband, Seil, Zwirn, Kabel, Haltestrick, etc.) 12 aus einem wie vorstehend umrissenen geeigneten aktiven Material gebildet ist, kann die Erfindung genutzt werden, um durch selektives Aktivieren des aktiven Materials Spiel zu beseitigen. Eine Aktivierung kann auch genutzt werden, um entlang des Längsprofils des Materials 12 ein gleichmäßigeres Spannen zu bewirken. In den nachstehend beschriebenen Beispiele und Ausführungsformen versteht sich jeweils, dass mehrere separat betätigte Elemente 16 aus aktivem Material genutzt werden können, um Redundanz und variable Hübe zu bewirken. Wenn das Verschnürungsmaterial 12 in einem normalerweise martensitischen Zustand einen Formgedächtnislegierungsdraht 16 umfasst, kann durch thermisches Aktivieren des Formgedächtnislegierungselement 16 durch Joulesches Erwärmen ein situationsgebundenes Straffen verwirklicht werden. Zu diesem Zweck kann das Verschnürungsmaterial 12, wie etwa eine Reihe von Haltestricken (1) oder Frachtriemen (2) mit einer Signalquelle 18 elektrisch gekoppelt sein. Bei einer kraftfahrzeugtechnischen Anwendung kann die Signalquelle 18 zum Beispiel das Fahrzeugladesystem (z. B. Batterie etc.) sein. In 1 können zum Beispiel eine Reihe von Zinken 20, die die Haltestricke 14 an jeder Seite der Ladefläche verankern, mittels (nicht gezeigter) Kontakte elektrisch mit den Haltestricken gekoppelt sein.
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Alternativ kann in dem Verschnürungsmaterial 12 ein Heizelement 22 enthalten und mit der Signalquelle 18 gekoppelt sein, um genügend Wärmeenergie erzeugen zu können, um das/die Formgedächtnislegierungselement(e) 16 (2) zu aktiveren. Das Verschnürungsmaterial 12 kann zum Beispiel ein aus Formgedächtnislegierungsdrähten 16 und wärmebeständigen elastischen Fasern gebildetes Gewebe und einen in dem Gewebe eingebetteten elektrisch widerstandsfähigen Heizdraht 22 umfassen. An Stelle von oder zusätzlich zu dem widerstandsfähigen Draht kann das Heizelement 22 eine Leitung aufweisen, die fluidisch angeschlossen und verwendbar ist, um ein erwärmtes oder kühlendes Fluid (z. B. Motorkühlmittel) zu befördern, in dem Gewebe angeordnet sein kann. Der widerstandsfähige Draht oder die Leitung 22 ist so ausgelegt, dass das Verschnürungsmaterial 12 sich in der wirksamen Länge verkürzen kann (z. B. ein gewundeneres Längsprofil einnehmen kann), wenn das Element 16 aktiviert oder deaktiviert wird.
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In einer anderen Ausführungsform umfasst das Verschnürungsmaterial 12 eine Formgedächtnislegierung in einem normalerweise austenitischen Zustand und wird durch Nutzen seines superelastischen Effekts passiv aktiviert. D. h. wenn das Verschnürungsmaterial 12 veranlasst wird, sich einer ausreichenden mechanischen Spannungslast zu unterziehen, wird es veranlasst, von der Austenit- zu der verformbareren Martensitphase zu wechseln, wodurch in dem Material 12 Nachgiebigkeit und bei Rückkehr zur Austenitphase Energieabführen hervorgerufen wird. Bei dieser Konfiguration muss die nicht aktive Struktur des Verschnürungsmaterials 12 daher ausgelegt sein, um sich zu dehnen oder zu verlängern. Es versteht sich bei dieser Ausführungsform, dass die konstante Bindekraft und Energieabfuhr, die dadurch geboten werden, eine Sicherung von empfindlicheren Gegenständen ermöglicht, und dass die asymmetrische Steifigkeit kalte Witterung oder vibrationsinduziertes Spiel ausgleicht, während die Bindekraft bei einem durch heiße Witterung induzierten Ausdehnen erhöht wird.
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Wenn ein EAP-Element(e) 16 verwendet wird, kann die Signalquelle 18 daran direkt eine elektrische Spannung anlegen, um die Zugspannung in dem Verschnürungsmaterial 12 zu ändern. Bei einer anderen Betriebsart wird an dem/den EAP-Element(en) 16 eine elektrische Spannung angelegt, um das Verschnürungsmaterial 12 selektiv zu verlängern und Spiel zu erzeugen. Der Vorgang des Schnürens und Verschnürens wird dann ausgeführt, während er durch das erzeugte Spiel erleichtert wird. Nach Abschluss wird die elektrische Spannung entfernt, was ein Entfernen des Spiels und ein Straffen des Materials 12 und ein Verwirklichen der sichereren Beziehung bewirkt. Es versteht sich, dass eine elektrische Spannung dann erneut angelegt werden könnte, um ein Aufschnüren und Entschnüren zu erleichtern. Schließlich versteht sich auch, dass das gesamte Verschnürungsmaterial 12 aus aktivem Material gebildet sein kann. Zum Beispiel kann das Element 16 aus aktivem Material in Form von Federn, Flachmaterialien, Drähten, Kabeln, Geflechten etc. als Riemen 12 selbst verwendet werden oder in Riemen aus anderen elastomeren oder dehnbaren Materialien in Form von Segmenten, Laminaten, Kabeln oder Drähten integriert werden, die eingewebt, eingebettet oder anderweitig mechanisch gekoppelt sind.
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Die bevorzugte Anordnung 10 umfasst weiterhin Schnellspanner 24, die zum Sichern und Ausüben einer erwünschten Zugspannung an dem Verschnürungsmaterial ausgelegt sind (z. B. Riemen, Kabel etc.) 12 (2). Insofern das Verschnürungsmaterial ein elektrisch aktiviertes Element 16 aus aktivem Material umfasst, kann der Spanner 24 die nötigen Kontakte/Leitung aufweisen. Zum Beispiel kann das distale Ende des Verschnürungsmaterials mit einem (nicht gezeigten) Steckverbinder gekoppelt sein, während der Schnellspanner 24 eine (ebenfalls nicht gezeigte) Gegenaufnahme ausbildet, die ausgelegt ist, um den Steckverbinder fest aufzunehmen. Dadurch werden in einem beispielhaften Vorgang die Spanner 24 gelöst, um einen Eingriff mit einem ein SMA-Element 16 umfassenden Spannriemen 12 zu ermöglichen. Dann wird der Spanner 24 geschlossen, wodurch abhängig von ihrer Ausgangslänge die martensitische SMA gedehnt wird oder das Spiel in dem Riemen 12 kompensiert wird. Dann wird das Element 16 erwärmt, um seine Umwandlung und Verkürzung zu veranlassen. Wenn der Riemen 12 relativ straff war, bewirkt eine Aktivierung, dass der Riemen 12 sich an die Fracht 100 anpasst und eine gleichmäßige Kompressionskraft an dieser anlegt. Die ausgeübte Kraft wird durch die durch mechanische Spannung induzierte Umwandlung von Austenit zu Martensit begrenzt, was die Möglichkeit eines übermäßigen Straffens reduziert. Bei Abkühlen behält das SMA-Element 16 bei der Zweiweg-SMA seine reduzierte Länge mit einem gewissen Spielraum bei und übt dadurch weiterhin eine Kraft aus. Wenn Zugriff auf die Fracht 100 erwünscht ist, werden andernfalls die Spanner 24 auf herkömmliche Weise gelöst.
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3–5 zeigen eine Wechselwirkung zwischen einem Verschnürungsmaterial 12, wie etwa einem Schnürband, und mehreren (z. B. vier) Ösen 14. Jede Öse 14 bildet ein Öhr 14a aus, das einen Innendurchmesser aufweist. In jeder Ausführungsform ist das Schnürband 12 durch jede Öse 14 und dann umgelegt zurück durch die ersten zwei vertikal benachbarten Ösen 14 gefädelt, um eine Schlaufe zu bilden. Das Schnürband 12 kann wie vorstehend beschrieben aktiv sein, so dass eine Aktivierung ein Zusammenziehen und Schließen der Schlaufe bewirkt. Wenn die Ösen 14 nicht verformbar sind (4b), bewirkt dieser Vorgang, dass sie hin zueinander umsetzen, wodurch eine sicherere Beziehung erzeugt wird. Alternativ können die Ösen 14 verformbar sein, so dass ein Zusammenziehen der Schlaufe bewirkt, dass sie aufeinander zu klappen und eine eher ellipsenförmige Konfiguration einnehmen (4a). Dies kann mit elastomeren Ösen 14 erreicht werden, die einen Elastizitätsmodul aufweisen, der Unterstützung sowie Energieabfuhr und Nachgiebigkeit ausgewogen vorsieht.
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In einem anderen Beispiel sind die Ösen 14 mit einem Element 16 aus aktivem Material angetrieben gekoppelt. Bevorzugter sind die Ösen 14 zumindest zum Teil aus martensitischer SMA mit einer austenitischen Starttemperatur, die größer als die höchste Betriebstemperatur der Anwendungsumgebung ist, ausgebildet. Bei dieser Konfiguration bewirkt das Anlegen einer mechanischen Spannungslast, zum Beispiel während des Einfädelns und der Knotenbildung, wie in 4 gezeigt eine Verformung, wobei die Verformung zu dem Anlegen einer Einklemmkraft und einer sichereren Beziehung führt. Bei Straffen des Verschnürungsmaterials 12 verformen sich die martensitischen Ösen 14 insbesondere um ganze 8% (lokale Dehnung) und flachen sich um das Verschnürungsmaterial 12 ab. Wenn die Schnürkraft freigegeben wird, wird das Verschnürungsmaterial 12 aufgrund der Einklemmkraft und der Reibungswechselwirkung in den Ösen 14 festgehalten. Ein Erwärmen der Ösen 14 auf die austenitische Finish-Temperatur bewirkt, dass sie zu ihren in 4 gezeigten eingelernten Formen zurückkehren; in diesem Zustand sind die Ösen 14 geweitet, so dass das Verschnürungsmaterial 12 einfacher herausgezogen oder eingefädelt werden kann. Es versteht sich, dass die erfindungsgemäßen Verfahren des Verschnürens, die hierin beschrieben und gezeigt sind, andere Ausbildungen einer Schnürung, wie etwa kreuzweises, balkenförmiges und verriegelndes Schnüren, nutzen können.
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In einer noch anderen Ausführungsform wird die Haltekraft in der gesicherten Beziehung durch Verwenden eines Einsatzes 26 (z. B. Wulst, Ring, etc.) in der Struktur des Verschnürungsmaterials 12 erhöht (4). Bevorzugter bilden mehrere Einsätze 26 das Material 12 und verbinden in Längsrichtung mehrere nicht aktive, haltbare Abschnitte 28 (4) miteinander; oder die Abschnitte 28 können wie vorstehend beschrieben ebenfalls aktiv sein. Die Einsätze 26 sind ausgelegt, um durch jede Öse 14 in ihrer geweiteten oder verbreiterten Gestalt, aber nicht in ihrer engen Form zu treten (3–4). Die Einsätze 26 sind vorzugsweise so beabstandet, dass nach dem Einfädeln das Verschnürungsmaterial 12 durch deren gleichzeitigen Eingriff mit den Ösen 14 weiter festgehalten wird. Somit versteht sich, dass die Einsätze 26 einen maximalen Querschnittdurchmesser aufweisen, der größer als, bevorzugter größer als 105% und am bevorzugtesten größer als 115% des durch das Öhr 14a festgelegten Innendurchmessers ist. Wenn die Ösen 14 feste geometrische Gestalten aufweisen, können die Einsätze 26 zusammendrückbar (z. B. aus elastomeren Material oder Naturkautschuk gebildet, mit einem Fluidgel gefüllt, etc.) sein, so dass die Betätigungskraft des aktiven Verschnürungsmaterials 12 ausreicht, um die Einsätze 26 durch die Ösen 14 zu ziehen. Bei dieser Konfiguration versteht sich, dass die Ösen 14 als Haltemechanismus dienen, der die gesicherte Beziehung beibehält, wenn das Element 16 aus aktivem Material deaktiviert wird. Die Einsätze 26 können vordere geneigte Flächen aufweisen, um eine Einwegbewegung zu erleichtern, und/oder Ratschenkonfigurationen, bei denen Verschnürungsmaterialien 12 mit mehreren Hüben genutzt werden.
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Wenn die Ösen 14 feste geometrische Gestalten aufweisen, können die Einsätze 26 alternativ selbst zumindest zum Teil durch ein Element 16 aus aktivem Material gebildet sein, so dass ihre geometrischen Gestalten aktiv abgewandelt werden oder ihre Fähigkeit zur Gestaltänderung aktiv abgewandelt wird. Wie zum Beispiel in 4 gezeigt ist, können die Einsätze 26 jeweils eine ringartige Konfiguration bestehend aus austenitischer SMA (oder einem baroplastischem SMP) aufweisen. Bei einer normalerweise breiten geometrischen Gestalt kann kein Einsatz 26 durch die zugehörige Öse 14a treten; doch in dem abgeflachten oder schmäleren Zustand treten sie leicht durch diese. Die Einsätze 26 sind vorzugsweise in das Verschnürungsmaterial 12 integriert, so dass die Zugschnürungs/Ziehlast zu einer durch mechanische Spannung induzierten Umwandlung von Austenit zu Martensit führt.
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Wenn eine Einweg-SMA verwendet wird, werden die Einsätze 26 in dem martensitischen Zustand biegsamer und können manuell abgeflacht und während des Einfädelns/Herausziehens durch die Ösen 14 gezogen werden. Das Entspannen der Ziehkraft bewirkt eine Zurückwandlung, die die Einsätze 26 zurück zu ihrer verbreiterten Gestalt kehren lässt. Es versteht sich, dass die Anordnung 10 so ausgelegt sein kann, dass möglicherweise schädliche Frachtbeschleunigungen eine mechanische Spannung auf die aktiven Einsätze ausüben, die ausreicht, um ihre Umwandlung und Fähigkeit, durch die Ösen 14 zu treten, zu bewirken. Dies führt zu Energieabbau, wobei das Verschnürungsmaterial 12 zunehmend mehr Spiel vorsieht, und einem passiv und selektiv betätigten Betriebsmodus. Es versteht sich, dass die Einsätze 26 Zweiweg-SMA umfassen können, so dass eine Umwandlung und Rückwandlung zu einem automatischen Abflachen bzw. Verbreitern führt. Schließlich versteht sich, dass ein Elastomerkern 30 in jeden Einsatz 26 integriert werden kann, um eine Rückstellvorspannung hin zu der verbreiterten Gestalt vorzusehen.
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In 5 besteht die gezeigte Anordnung 10 aus einem Sportschuh 102 und zeigt eine bevorzugte Ausführungsform, bei der das Verschnürungsmaterial 12 und die Ösen 14 erste bzw. zweite Element 16a, b aus aktivem Material umfassen. Zum Beispiel können die Elemente 16a, b aus aktivem Material zumindest zum Teil durch Formgedächtnislegierung in einem normalerweise martensitischen Zustand gebildet sein und zusammenwirkend so ausgelegt sein, dass das Verschnürungsmaterial (Schnürsenkel) 12 veranlasst wird, sich zu verkürzen und Spiel zu verringern, und die Öse 14 veranlasst wird, zusammenzuklappen und eine sichere Beziehung besser beizubehalten, wenn die Elemente 16a, b aus aktivem Material aktiviert werden. Eine Aktivierung kann passiv durch Sonneneinstrahlung und Wärme, z. B. während Joggen, oder bedarfsweise durch Aussetzen der Elemente 16a, b einer Heizquelle 18, nachdem ein Fuß in den Schuh 102 geschlüpft ist, erfolgen. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Elemente 16a, b aus aktivem Material zusammenwirkend so ausgelegt, dass das erste Element 16a veranlasst wird, das Verschnürungsmaterial 12 vor der Aktivierung und Abwandlung der zweiten Elemente 16b und Ösen 14 zu aktivieren und abzuwandeln. Somit versteht sich, dass die Elemente 16a, b aus SMA mit unterschiedlichen Zusammensetzungen, Durchmesserflächen oder Oberflächenbehandlungen (z. B. Emissionsgrad etc.) gebildet werden können, um unterschiedliche Umwandlungstemperaturbereiche aufzuweisen. Es versteht sich, dass die Anordnung 10 durch andere Bekleidungs- und Schuhwerkartikel genutzt werden kann, einschließlich aber nicht ausschließlich Korsette, Gürtel, Schlittschuhe, Skis und Boxhandschuhe.
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Diese Erfindung wurde unter Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben; es versteht sich für den Fachmann, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können und Elemente derselben durch Entsprechungen ersetzt werden können, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Ferner können viele Abwandlungen vorgenommen werden, um eine bestimmte Situation oder ein bestimmtes Material an die Lehren der Erfindung anzupassen, ohne von dem wesentlichen Schutzumfang derselben abzuweichen. Daher soll die Erfindung nicht auf eine bestimmte Ausführungsform beschränkt sein, die als die beste in Betracht gezogene Art zum Ausführen dieser Erfindung offenbart ist, sondern die Erfindung soll alle Ausführungsformen umfassen, die in den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche fallen.
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Hierin offenbarte Bereiche sind inklusiv und kombinierbar (z. B. schließen Bereiche von ”bis zu etwa 25 Gew.-% oder spezieller etwa 5 Gew.-% bis etwa 20 Gew.-%” die Endpunkte und alle Zwischenwerte der Bereiche von ”etwa 5 Gew.-% bis etwa 25 Gew.-%” etc. ein). ”Kombination” schließt Gemische, Mischungen, Legierungen, Reaktionsprodukte und dergleichen ein. Weiterhin geben die Begriffe ”erste/erster/erstes”, ”zweiter/zweite/zweites” und dergleichen hierin keine Reihenfolge, Menge oder Bedeutung an, sondern werden vielmehr verwendet, um ein Element von einem anderen zu unterscheiden, und die Begriffe ”eine/einer/eines” geben hierin keine Mengenbeschränkung an, sondern geben vielmehr das Vorhandensein mindestens eines des genannten Gegenstands an. Der Modifikator ”etwa”, der in Verbindung mit einer Menge verwendet wird, schließt den Zustandswert ein und hat die vom Kontext vorgegebene Bedeutung (umfasst z. B. den Fehlergrad in Verbindung mit der Messung der jeweiligen Menge). Die hierin verwendeten Pluralformen sollen sowohl den Singular als auch den Plural des Begriffs, den sie modifizieren, umfassen, wodurch ein oder mehrere des Begriffs (z. B. umfasst der Farbstoff/die Farbstoffe ein oder mehrere Farbstoffe) umfasst sind. In der gesamten Beschreibung bedeutet der Verweis auf ”eine Ausführungsform”, ”eine andere Ausführungsform” usw., dass ein bestimmtes Element (z. B. Merkmal, Struktur und/oder Eigenschaft), das in Verbindung mit der Ausführungsform beschrieben ist, in mindestens einer hierin beschriebenen Ausführungsform enthalten ist und in anderen Ausführungsformen enthalten sein kann, aber nicht muss. Ferner versteht sich, dass die beschriebenen Elemente in den verschiedenen Ausführungsformen in beliebiger geeigneter Weise kombiniert werden können.
