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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Darstellen eines Motivs und ein Verfahren.
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Hintergrund
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In der Kunst, insbesondere bei Gemälden, wird üblicherweise ein starres Material, wie beispielsweise Holz, Leinwand oder Glas, als Trägermaterial für ein Motiv verwendet. Es können somit ausschließlich statische Motive dargestellt werden.
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Aus dem Dokument
DE 10 2004 059798 A1 ist ein Sicherheitselement mit einem optisch variablen Element bekannt. Ein optisches Anzeigeelement kann mittels eines RFID-Transponders aktiviert werden.
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Ein weiteres Sicherheitselement mit einer optisch variablen Schicht ist in dem Dokument
DE 10 2007 043052 A1 offenbart.
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Zusammenfassung
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Aufgabe ist es, verbesserte Technologien zum Darstellen eines Motivs anzugeben. Insbesondere soll die Flexibilität der Darstellung erhöht werden.
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Nach einem Aspekt ist eine Vorrichtung zum Darstellen eines Motivs offenbart. Die Vorrichtung umfasst eine erste flächige Elektrode, eine zweite flächige Elektrode, eine Verformungsschicht, die ein elektroaktives Material umfasst, wobei die Verformungsschicht zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode angeordnet ist, und wobei das elektroaktive Material bei Anlegen einer elektrischen Spannung an die erste und zweite Elektrode seine Form ändert, und ein Gestaltungsmaterial, das auf oder in der ersten Elektrode angeordnet ist.
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Nach einem weiteren Aspekt ist ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung bereitgestellt. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Bereitstellen einer ersten flächigen Elektrode, Bereitstellen einer zweiten flächigen Elektrode, Bereitstellen einer Verformungsschicht, die ein elektroaktives Material umfasst, wobei die Verformungsschicht zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode angeordnet wird, Aufbringen eines Gestaltungsmaterials auf eine Seite der ersten Elektrode oder Einbringen des Gestaltungsmaterials in die erste Elektrode und Anlegen einer elektrischen Spannung an die erste Elektrode und die zweite Elektrode, derart, dass das elektroaktive Material seine Form ändert.
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Das Gestaltungsmaterial kann ein verformbares Gestaltungsmaterial sein. Das verformbare Gestaltungsmaterial kann beispielsweise auf einer der Verformungsschicht abgewandten Seite der ersten Elektrode angeordnet sein. Alternativ oder ergänzend kann das Gestaltungsmaterial, beispielsweise in Form von Farbpigmenten, in die erste Elektrode eingebracht sein. Des Weiteren kann das Gestaltungsmaterial auf oder in der zweiten Elektrode angeordnet sein. Die vorstehenden und folgenden Erläuterungen gelten in diesem Fall entsprechend.
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Es sind eine Vorrichtung und ein Verfahren angegeben, welche die Darstellung eines veränderlichen Motivs ermöglichen. Die Formänderung des elektroaktiven Materials bei Anlegen einer elektrischen Spannung führt zu einer Formänderung des Gestaltungsmaterials, wenn dieses auf der ersten Elektrode angeordnet ist. Hierdurch wird das gezeigte Motiv verändert. Das elektroaktive Material und/oder das Gestaltungsmaterial können in direktem Kontakt mit der ersten Elektrode sein.
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Die Formänderung des elektroaktiven Materials kann beispielsweise als eine Ausdehnung des Materials bei Anlegen der elektrischen Spannung erfolgen. Die Ausdehnung des elektroaktiven Materials kann zu einer Ausdehnung des Gestaltungsmaterials führen.
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Das elektroaktive Material kann ein Dielektrikum sein, beispielsweise ein elektroaktives Polymer, ein dielektrisches Elastomer, ein Silikon-Film oder ein Polyacrylat. Elektroaktive Polymere ist ein Oberbegriff für eine Vielzahl von Kunststoffen, deren Gemeinsamkeit die Gestaltänderung durch Einfluss elektrischer Spannungen und Ladungen ist. Es wird zwischen feuchten elektroaktiven Polymeren und trockenen elektroaktiven Polymeren unterschieden. Bei feuchten elektroaktiven Polymeren findet eine intermolekulare Bewegung von Ionen statt. Trockene elektroaktive Polymere werden in elektrorestriktive Polymere, piezoelektrische Polymere und dielektrische Polymere unterteilt. Alle vorgenannten Arten der elektroaktiven Polymere können in der Vorrichtung eingesetzt werden. Die Verformungsschicht kann in einer Ausführungsform vollständig aus dem elektroaktiven Material bestehen.
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Wird eine elektrische Spannung an die erste und zweite Elektrode angelegt, so wird das elektroaktive Material aufgrund der sich anziehenden Ladungen gestaucht und erfährt eine Dehnung senkrecht zur Feldrichtung. Der elektrostatische Druck, welcher die Deformation verursacht, wird von der Dielektrizitätskonstanten, der Dielektrizitätszahl des elektroaktiven Materials, der Materialdicke und von der angelegte Spannung bestimmt.
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Da Polymere (sowie die Untergruppe der Elastomere) nahezu inkompressibel sind, bleibt das Volumen während der Deformation konstant. Es kann vorgesehen sein, dass das elektroaktive Material beim Reduzieren der Spannung (bis hin zu 0 V) in seine ursprüngliche Form zurückkehrt. Bei einer Reduzierung der Ausdehnung des elektroaktiven Materials kann es aufgrund der gespeicherten elastischen Energie Kräfte ausüben.
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Im Betrieb der Vorrichtung können Deformationsprozesse und/oder Bewegungsabläufe dargestellt werden, beispielsweise ein Vergrößern und Verkleinern von Bildobjekten. Die Vorrichtung und das Verfahren können für visuelle Effekte, bildgestalterische Prozesse und/oder bildgestalterische Anwendungen sowie andere künstlerische Anwendungen eingesetzt werden.
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Das elektroaktive Material kann als Folie bereitgestellt sein, die beispielsweise zwischen der ersten und zweiten Elektrode eingespannt ist. Geeignete Folien sind beispielsweise Klebebänder aus Acrylklebstoff oder Folien aus Silikonelastomeren.
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Die Vorrichtung kann des Weiteren eine Spannungsquelle und/oder eine Steuereinrichtung umfassen. Die Spannungsquelle kann mit der ersten und/oder zweiten Elektrode gekoppelt sein, um eine elektrische Spannung für diese bereitzustellen. Mittels der Steuereinrichtung kann der Spannungsverlauf, insbesondere die Höhe der Spannung und deren zeitlicher Verlauf, und somit die Formveränderung gesteuert werden. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung konfiguriert sein, einen periodisch wiederholenden zeitlichen Verlauf der Spannung bereitzustellen.
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Die erste Elektrode und/oder die zweite Elektrode können aus einem elektrisch leitfähigen Material bestehen. Die erste Elektrode und/oder die zweite Elektrode können verformbar sein, um beispielsweise die Flächendehnung nicht zu behindern. Beispielsweise können die erste Elektrode und/oder die zweite Elektrode aus einem elastischen und/oder biegsamen Material bestehen. Die erste Elektrode und die zweite Elektrode können aus dem gleichen Material oder aus verschiedenen Materialien bestehen. Die erste Elektrode und/oder die zweite Elektrode können aus einem der folgenden Materialien bestehen: kohlenstoffbasierte Materialien wie carbon black grease (conductive grease) und Kohlenstoff-Nanoröhren (carbon nanotubes); Polymere (insbesondere elektrisch leitfähige Polymere), wie beispielsweise Polyanilin (Pani); und thermoplastische Elastomere, wie beispielsweise elektrisch leitende Styrol-Blockcopolymere (z. B. SEBS – Styrol-Ethylen-Butylen-Styrol). SEBS hat einen 3-Block Aufbau, bestehend aus zwei Styrolendblöcken (harte Komponente) und einem weichen Mittelblock (Ethylen-Butylen). Das SEBS kann gefärbt sein. Des Weiteren können die erste Elektrode und/oder die zweite Elektrode aus einem Gemisch von elektrisch leitfähigen Farbpigmenten und Silikonöl bestehen. Die erste Elektrode und/oder die zweite Elektrode können in flüssiger Form auf die Verformungsschicht aufgesprüht, gedruckt oder gepinselt werden.
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Das Gestaltungsmaterial kann ein Öl und/oder ein Fett enthalten. Dies kann ein Eintrocknen des Gestaltungsmaterials verhindern und dessen Verformbarkeit gewährleisten.
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In einer Weiterbildung enthält das Gestaltungsmaterial Farbpigmente, beispielsweise Titandioxid. Das Gestaltungsmaterial kann einfarbig gebildet sein, beispielsweise indem eine Anzahl identischer Farbpigmente in das Gestaltungsmaterial eingebracht wird. Daneben kann das Gestaltungsmaterial mehrfarbig sein, beispielsweise indem verschiedene Arten von Farbpigmenten beigemengt werden. Die Farbpigmente können in die erste Elektrode und / oder die zweite Elektrode eingebracht sein.
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Das Gestaltungsmaterial kann ein Silikonöl enthalten. Das Silikonöl kann verdickt sein, beispielsweise mit Siliziumdioxid.
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Das Gestaltungsmaterial kann ein Elastomer sein, das beispielsweise in Form eines dehnbaren Films über die erste Elektrode und/oder die zweite Elektrode aufgebracht wird. Das Elastomer kann gefärbt sein. Das Elastomer kann beispielsweise das gleiche Material sein, das auch in der Verformungsschicht vorgesehen ist. Das Elastomer kann als Folie oder Klebeband bereitgestellt sein.
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Andere geeignete Materialklassen für das Gestaltungsmaterial sind kohlenstoffbasierte Materialien wie carbon black grease (conductive grease) und Kohlenstoff-Nanoröhren (carbon nanotubes); Polymere, wie beispielsweise Polyanilin (Pani); und thermoplastische Elastomere, wie beispielsweise Styrol-Blockcopolymere (z. B. SEBS). Das SEBS kann gefärbt sein. Das Gestaltungsmaterial kann des Weiteren aus einem Gemisch von elektrisch leitfähigen Farbpigmenten und Silikonöl bestehen. Nach einer Ausführungsform können Farbpigmente, z. B. in Pulverform, auf eine ölhaltige Elektrode aufgebracht werden.
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Das Gestaltungsmaterial kann insbesondere ein Gemisch aus einem der vorgenannten Materialien und Farbpigmenten aufweisen. Das Gestaltungsmaterial kann ebenfalls als Paste bereitgestellt sein. Die Paste kann ein oder mehrere der vorgenannten Materialien für das Gestaltungsmaterial und/oder Farbpigmente aufweisen.
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Mit dem Gestaltungsmaterial können beliebige Formen gebildet sein, beispielsweise einfache geometrische Formen (z. B. Kreise, Dreiecke, Vierecke, Rechtecke und Vielecke) oder komplexe Figuren und Flächenformen.
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Das Gestaltungsmaterial kann als Paste oder in flüssiger Form auf die erste Elektrode aufgebracht werden, beispielsweise aufgesprüht, gedruckt oder gepinselt. Des Weiteren kann das Gestaltungsmaterial auf die erste Elektrode geklebt werden.
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Es können mehrere voneinander getrennte Bereiche mit dem verformbaren Gestaltungsmaterial auf der ersten Elektrode gebildet sein. Die mehreren Bereiche können mit dem gleichen oder mit verschiedenen Gestaltungsmaterialien gebildet sein.
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Die Verformungsschicht kann von einem Rahmen umfasst sein. Beispielsweise kann das Material der Verformungsschicht (z. B. eine Folie) eine mechanische Spannung aufweisen. Die mechanische Spannung kann erzeugt werden, indem das Material der Verformungsschicht gedehnt wird. Hierdurch wird eine Vorspannung der Verformungsschicht erzeugt. Der Rahmen kann zweiteilig gebildet sein. Das gedehnte Material der Verformungsschicht kann zwischen den beiden Teilen des Rahmens eingespannt werden. Das Material für die erste Elektrode und/oder die zweite Elektrode kann auf die eingespannte Verformungsschicht aufgetragen werden, beispielsweise gesprüht oder gepinselt. An dem Rahmen können die Spannungsquelle und/oder die Steuereinrichtung angeordnet sein, beispielsweise an einer Rückwand des Rahmens. Der Rahmen kann aus einem festen Material gebildet sein, beispielsweise Holz oder Kunststoff.
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Die vorstehend genannten Merkmale können sowohl für die Vorrichtung als auch für das Verfahren eingesetzt werden.
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Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen
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Im Folgenden werden beispielhafte Ausführungsformen unter Bezugnahme auf Figuren einer Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:
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1 eine schematische Darstellung der Vorrichtung,
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2 eine Vorderansicht einer Vorrichtung mit Rahmen,
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3 eine Seitenansicht einer Vorrichtung mit Rahmen,
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4 einen beispielhaften Verlauf der Formänderung und
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5 eine schematische Darstellung einer weiteren Vorrichtung.
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Im Folgenden werden für gleiche Komponenten gleiche Bezugszeichen verwendet.
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1 zeigt eine schematische Darstellung der Vorrichtung. Zwischen einer ersten Elektrode 1 und einer zweiten Elektrode 2 ist eine Verformungsschicht 3 angeordnet. Die Verformungsschicht 3 umfasst eine elektroaktives Material, beispielsweise ein elektroaktives Polymer oder ein dielektrisches Elastomer. Auf einer Oberseite der ersten Elektrode 1 ist ein verformbares Gestaltungsmaterial 4 aufgebracht. Die erste Elektrode 1 und die zweite Elektrode 2 sind mit einer Spannungsquelle 5 gekoppelt. Beim Anlegen einer elektrischen Spannung an die erste Elektrode 1 und die zweite Elektrode 2 verformt sich die Verformungsschicht 3, beispielsweise unter Ausdehnung des elektroaktiven Materials. Beim Abtrennen der Spannung kann das elektroaktive Material wieder in seinen Ursprungszustand zurückkehren.
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Die erste Elektrode 1 ist aus einem verformbaren Material gebildet. Die Verformung des elektroaktiven Materials überträgt sich auf die erste Elektrode 1 und von dieser auf das Gestaltungsmaterial 4. Das Gestaltungsmaterial 4 folgt somit der Verformung des elektroaktiven Materials.
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Das Gestaltungsmaterial 4 kann beispielsweise ein Öl, ein Fett und/oder ein Silikonöl enthalten. Dem Gestaltungsmaterial 4 können Farbpigmente beigemischt sein. Das Gestaltungsmaterial 4 kann alternativ ein Elastomer oder ein SEBS sein, das wiederum gefärbt sein kann.
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2 zeigt eine schematische Darstellung der Vorrichtung mit einem Rahmen 6 in welchen die Elektrode 1 und die weiteren Komponenten eingebaut sind. Die Ausdehnung des Gestaltungsmaterials 4 bei Anlegen einer elektrischen Spannung ist symbolisch mit Pfeilen angedeutet.
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In 3 ist eine Seitenansicht einer Vorrichtung mit Rahmen 6 dargestellt. An einer Seite des Rahmens 6 ist eine Scheibe 7 gebildet, beispielsweise aus Glas. Auf der ersten Elektrode 1 ist ein erster Bereich mit dem Gestaltungsmaterial 4 bedeckt. Ein zweiter Bereich der ersten Elektrode 1 ist mit einem weiteren Gestaltungsmaterial 8 bedeckt, das beispielsweise einen anderen Farbton hat als das Gestaltungsmaterial 4. Eine Steuereinrichtung 9 ist innerhalb des Rahmens 6 angeordnet.
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4 zeigt beispielhaft einen Verlauf der Formänderung für eine runde Form und eine quadratische Form. Von links nach rechts wird der zeitliche Verlauf gezeigt. Zunächst befindet sich das Gestaltungsmaterial im Ausgangszustand. Mit Anlegen und Erhöhen einer elektrischen Spannung dehnt sich das Material aus. Dann werden die Elektroden kurzgeschlossen. Zu diesem Zeitpunkt hat das Material seine größte Ausdehnung. Mit abklingender Spannung nimmt die Ausdehnung ab bis das Gestaltungsmaterial wieder seine ursprüngliche Ausdehnung erreicht.
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5 zeigt eine weitere Vorrichtung, wobei in die erste Elektrode 1 Farbpigmente 10 eingebracht sind.
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Die in der Beschreibung, den Ansprüchen und den Figuren offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander für die Verwirklichung der Erfindung von Bedeutung sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004059798 A1 [0003]
- DE 102007043052 A1 [0004]
