DE102015005636A1

DE102015005636A1 - Aktoranordnung

Info

Publication number: DE102015005636A1
Application number: DE102015005636.0A
Authority: DE
Inventors: Michael Konrad; Dr. Kovacs Gabor
Original assignee: Individual
Current assignee: Ifeel Tactile Systems De GmbH
Priority date: 2015-05-05
Filing date: 2015-05-05
Publication date: 2016-11-10

Abstract

Aktoranordnung bestehend aus einem Polymer-Stapelaktor, der eine Vielzahl von Schichten eines dielektrischen Polymers aufweist, wobei die Schichten jeweils durch elektrisch leitfähige Schichten voneinander getrennt sind und jeweils zwei durch eine Schicht des dielektrischen Polymers getrennte elektrisch leitfähige Schichten an eine Spannung anlegbar sind und wobei ein die Aktoranordnung begrenzender Träger vorgesehen ist, auf dem der Polymer-Stapelaktor mit seiner Bewegungsrichtung senkrecht zur Oberfläche des Trägers angeordnet ist. Es wird vorgeschlagen den Träger (2 bis 2.4) reversibel verformbar und elektrisch isolierend auszuführen, eine die Aktoranordnung (1 bis 1.95) auf ihrer dem Träger (2 bis 2.4) gegenüberliegenden Seite begrenzende Abdeckung (7, 71) vorzusehen, die den Polymer-Stapelaktor (3) abdeckt, wobei die Abdeckung (7, 71) elastisch ausgeführt ist und elektrisch isolierende Eigenschaft besitzt. Weiter wird vorgeschlagen, dass der Träger (2 bis 2.4) und die Abdeckung (7, 71) den Polymer-Stapelaktor (3) umschließend direkt oder indirekt miteinander verbunden sind, derart dass dieser elektrisch isolierend eingeschlossen ist.

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Aktoranordnung bestehend aus einem Polymer-Stapelaktor, der eine Vielzahl von Lagen eines dielektrischen Polymers aufweist, wobei die Lagen jeweils durch elektrisch leitfähige Elektroden voneinander getrennt sind und jeweils zwei durch eine Lage des dielektrischen Polymers getrennte Elektroden an eine Spannung anlegbar sind und wobei ein die Aktoranordnung begrenzender Träger vorgesehen ist, auf dem der Polymer-Stapelaktor mit seiner Bewegungsrichtung senkrecht zur Oberfläche des Trägers angeordnet ist.
Sowohl im Wellness- und Gesundheitsbereich als auch im Bereich der Signalgabe ist es bekannt, mit Hilfe von Aktoren auf den menschlichen Körper direkt oder indirekt einzuwirken, um über dessen taktiles Empfinden erfahrbare Empfindungen zu vermitteln. Unter dem Begriff „Aktor” ist dabei allgemein ein Antrieb zu verstehen, der elektrisch angesteuert wird und als Ausgangsgröße eine mechanische Bewegung ausführt.
Aus der DE 20 2012 012 970 U1 ist beispielsweise eine Anordnung zum Übertragen von Körperschallwellen auf einen menschlichen Körper bekannt. Die Anordnung weist eine Vorrichtung auf, die mit einer Auflagefläche auf dem Körper auflegbar ist. An der Vorrichtung ist eine Erregereinrichtung angeordnet, mittels der Körperschallwellen einschließlich der Schallenergie über die Auflagefläche in den Körper induzierbar sind. Als Erreger wird ein elektrodynamischer Erreger, wie beispielsweise eine elektromagnetische (Schwing-)Spule oder ein Piezoelement vorgeschlagen.
Weiter ist es aus der DE 10350779 A1 bekannt, zum Warnen des Fahrzeuglenkers falls das Fahrzeug die Fahrspur zu verlassen droht, eine Warneinrichtung vorzusehen, die eine für den Fahrer spürbare Vibration im Fahrersitz bewirkt, derart, dass diese auf der Seite spürbar ist, zu der das Verlassen der Spur erfolgt.
Als Schwingungserzeuger für derartige Anordnungen wurden bisher wie oben angedeutet elektromagnetische Aktoren oder motorische Aktoren eingesetzt. Elektromagnetische Aktoren erzeugen dabei die Schwingung mittels einer durch entsprechende Ansteuerung in einem Magnetfeld bewegten Spule, die direkt oder indirekt über Schallwellen auf den Körper einwirkt. Motorische Aktoren hingegen erzeugen die Schwingung dadurch, dass eine unwuchtbehaftete Masse in Drehbewegung versetzt wird. Derartige Anordnungen zur Schwingungserzeugung sind mit relativ großen Massen behaftet, wodurch das Ansprechverhalten starken Verzögerungen unterworfen ist. Dies kann dann besonders störend sein, wenn die Schwingung in den menschlichen Körper über das taktile Empfinden eingekoppelt werden soll und synchron ein Hörerlebnis vermittelt werden soll. Weiter sind derartige Anordnungen wegen des notwendigen Anteils an metallischen Werkstoffen, z. B. Permanentmagneten, Blechpaketen, Kupferspulen usw. relativ schwer.
Um Bewegungen mit Hüben im Millimeterbereich auszuführen, ist es ferner bekannt, Polymer-Stapelaktoren als Antrieb vorzusehen. Eine solche Anordnung ist beispielsweise aus der DE 10 2005 033 858 A1 bekannt. Dort ist ein Polymerantrieb beschrieben, der die Verstellung eines Stellelements mit einer elastischen Verformung eines Polymermaterials erreicht. Dazu ist ein Schichtpaket bestehend aus einer Vielzahl an Kondensatorplatten und Polymerschichten vorgesehen. Wird an die Kondensatorplatten eine Spannung angelegt, verformen sich die Polymerschichten abhängig vom Spannungsverlauf. Derartige Antriebe werden auch als Polymer-Stapelaktor bezeichnet. Angeordnet ist der Polymer-Stapelaktor auf einem Träger, der Teil des Gehäuses ist. Die mechanische Bewegung des Polymer-Stapelaktors wird auf eine Schaltstange übertragen, die das Gehäuse durchragt und auf Schaltelemente einwirkt. Vorteil derartiger Polymer-Stapelaktoren ist, dass die zu bewegenden Massen des Aktors klein sind, so dass ein nahezu verzögerungsfreies Ansprechen des Aktors möglich wird. Weiter ist ein solcher Aktor gegenüber herkömmlichen Elektromagnetischen Aktoren oder elektromotorischen Aktoren leicht und benötigt wenig Bauraum.
Ausgehend vom vorstehend beschriebenen Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung eine Aktoranordnung anzugeben, die leicht ist, mit nur geringer Verzögerung anspricht und sich an die Körperform anpasst, wenn die Aktoranordnung an den menschlichen Körper angelegt wird.
Gelöst wird die Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs, vorteilhafte Weiterbildungen der Aktoranordnung sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.
Als Antrieb für die Aktoranordnung wird ein Polymer-Stapelaktor vorgeschlagen, der aus einem elastisch verformbaren Werkstoff gefertigt und auf einem die Aktoranordnung begrenzenden Träger, mit seiner Bewegungsrichtung senkrecht zur Oberfläche des Trägers angeordnet ist. Der Träger ist reversibel verformbar ausgeführt und besitzt elektrisch isolierende Eigenschaft. Durch die reversibel verformbare Ausführung des Trägers wird vorteilhaft erreicht, dass dieser unterschiedliche Form annehmen kann, wobei die jeweilige Verformungen auf den ohnehin flexiblen Polymer-Stapelaktor übertragen wird. Unter dem Begriff reversibel verformbar wird hier sowohl eine elastische Verformung, als auch eine reversible plastische Verformung verstanden. Da körpernah angeordnete elektrisch betriebene Aktoren besonderen elektrischen Bestimmungen unterliegen, ist der Träger elektrisch isolierend ausgeführt. Zur Begrenzung der Aktoranordnung auf ihrer dem Träger gegenüberliegenden Seite ist eine Abdeckung vorgesehen, die den Polymer-Stapelaktor abdeckt, wobei die Abdeckung elastisch ausgeführt ist und elektrisch isolierende Eigenschaft besitzt, so dass einerseits vorteilhaft gewährleistet ist, dass die Wirkseite der Aktoranordnung an die Körperform anpassbar ist und andererseits eine elektrische Isolation des Polymer-Stapelaktor zum Körper hin erfolgt. Um einerseits die Verformbarkeit der Anordnung aufrechtzuerhalten und andererseits eine vollständige elektrische Isolation zu gewährleisten, sind der Träger und die Abdeckung des Polymer-Stapelaktor umschließend direkt oder indirekt miteinander verbunden, derart dass dieser elektrisch isolierend eingeschlossen ist. Durch die Summe der vorstehend beschriebenen Maßnahmen ergibt sich in vorteilhafter Weise eine flache, sandwichartig aufgebaute Aktoranordnung, die leicht ist, nahezu verzögerungsfrei auf Ansteuersignale anspricht und für den körpernahen Einsatz geeignet ist.
In Weiterbildung der Aktoranordnung kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass der Träger und die Abdeckung flüssigkeitsdicht ausgeführt und direkt oder indirekt flüssigkeitsdicht verbunden sind. Durch diese zusätzliche Maßnahme lässt sich die Aktoranordnung auch für Anwendungen einsetzen, bei denen diese permanent oder potentiell Flüssigkeiten ausgesetzt ist.
Eine weitere Maßnahme zur Weiterbildung der Anordnung kann vorsehen, den Träger und die Abdeckung nicht direkt, sondern unter Zwischenlage eines den Polymer-Stapelaktor umschließenden Wandelementes zu verbinden, wobei das Wandelement elektrisch isolierende Eigenschaft besitzt. Dies kann dann vorteilhaft sein, wenn sich der Träger und die Abdeckung, z. B. aufgrund ihrer Materialbeschaffenheit, nicht oder nur schwer direkt verbinden lassen oder wenn eine definierte wandartige seitliche Begrenzung der Aktoranordnung gewünscht ist.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, in den Träger alle elektrisch leitfähigen Verbindungen elektrisch isoliert einzubetten, die für die elektrische Verbindung des Polymer-Stapelaktors mit einer Ansteuerungs- und/oder Auswerteeinrichtung notwendig sind. In diesem Fall sind die elektrisch leitfähigen Schichten des Polymer-Stapelaktors innerhalb der Aktoranordnung mit den in den Träger eingebetteten Zuleitungen verbunden, was potentielle Probleme mit den Verbindungen und Zuleitungen im Betrieb minimiert.
Um die Oberfläche der Aktoranordnung für Körperberührungen angenehm zu gestalten, sowie als zusätzlicher Schutz für die Aktoranordnung kann vorteilhaft vorgesehen sein, den Träger und/oder die Abdeckung auf ihrer dem Polymer-Stapelaktor abgewandten Seite mit einer Gewebeoberfläche oder einer Lederoberfläche zu versehen. Auf diese Weise wird auch erreicht, dass die Aktoranordnung direkt in ein Sitz- oder Liegemöbel integriert werden oder nachgerüstet werden kann, ohne Eingriffe in die Bespannung des Möbels vornehmen zu müssen. Um bei Verwendung der Aktoranordnung unter rauen Umgebungsbedingungen das Durchstoßen der Gewebe- oder Lederoberfläche zu erschweren, können diese zusätzlich armiert sein.
Zur Erhöhung der Flexibilität der Aktoranordnung oder um Scherspannungen aus dem Polymer-Stapelaktor weitgehend zu eliminieren kann es von Vorteil sein, den Polymer-Stapelaktor aus einer Vielzahl gleichartiger Einzel-Aktoren aufzubauen, wobei diese in einer Matrix angeordnet sein können, und wenigstens der Träger allen Einzel-Aktoren gemeinsam ist. Durch die vorgeschlagene Maßnahme wird die Verformbarkeit der Aktoranordnung im Wesentlichen nur durch die Verformbarkeit des Trägers bzw. der Abdeckung bestimmt. Darüber hinaus ermöglicht ein Aufbau des Polymer-Stapelaktors aus Einzel-Aktoren bei entsprechender Einzelansteuerbarkeit der Einzel-Aktoren, dass die Aktoranordnung durchlaufende Stimulationsmuster realisiert werden, indem aus der Gesamtzahl der Einzel-Aktoren zeitsequentiell bestimmte Untermengen der Einzel-Aktoren werden. Auf diese Weise lassen sich beispielsweise bei einer matrixförmigen Anordnung der Einzel-Aktoren Wellenbewegungen simulieren, die die Aktoranordnung durchlaufen.
Bei einem Aufbau der Aktoranordnung aus Einzel-Aktoren können die freien Seiten der Einzel-Aktoren von einer Wandung aus elektrisch isolierendem elastischem Material umgeben sein um die Einzel-Aktoren gegeneinander zu isolieren. Der gleiche Effekt kann erzielt werden, wenn die Zwischenräume zwischen den Einzel-Aktoren mit einem Material aus elektrisch isolierendem elastischem Material ausgefüllt sind. In beiden Fällen ist ein Material mit hoher elastischer Verformbarkeit zu wählen, im letztgenannten Fall kann dies vorteilhaft ein offenporiger, flexibler Schaumstoff sein, der die Zwischenräume zwischen den Einzel-Aktoren ausfüllt und diese voneinander isoliert. Auch die Verwendung einer elektrisch isolierenden Flüssigkeit oder eines elektrisch isolierenden Gels zum Ausfüllen der Zwischenräume ist denkbar. Weiter ist es denkbar, das in den Zwischenräumen befindliche Material zu beheizen um z. B. eine Anpassung an die Körpertemperatur vorzunehmen oder um, z. B. aus therapeutischen Zwecken, einem mit der Aktoranordnung in Kontakt befindlichen Körper Wärme zuzuführen. Schließlich besteht vorteilhaft die Möglichkeit, Zuleitungen in das Material der Zwischenräume einzubetten, die für die elektrische Verbindung des Polymer-Stapelaktor mit einer Ansteuerungs- und/oder Auswerteeinrichtung dienen.
Wie bereits oben ausgeführt ist die Aktoranordnung vorteilhaft zur körpernahen Verwendung bestimmt um auf den Körper einzuwirken. Dazu ist die Aktoranordnung mit der Oberfläche ihrer Abdeckung dem Körper zugewandt angeordnet und wird von einem Gegenlager gehalten, das auf den Träger wirkt und diesen abstützt. Durch die Abstützung wird erreicht, dass die bei Ansteuerung des Polymer-Stapelaktors bzw. bei Ansteuerung der Einzel-Aktoren erzeugte Schwingung im Wesentlichen nur auf den Körper wirkt, wenn die Aktoranordnung mit der Oberfläche ihrer Abdeckung dem Körper zugewandt, in einem Kleidungsstück, einer Bandage oder einem stationären oder mobilen Sitz oder einer stationären oder mobilen Liege angeordnet ist. Unter stationären Sitzen oder Liegen sollen dabei solche Möbel verstanden werden die als Einrichtungsgegenstände in Räumen angeordnet sind, während mobile Sitze oder Liegen selbst verfahrbar sind oder einem Fahrzeug zugeordnet sind.
Wie oben ausgeführt bedarf es einer Ansteuerungseinrichtung, um die Aktoranordnung zur Schwingungserzeugung zu betreiben. Soll die Anordnung als Sensor genutzt werden so ist dies möglich, weil ein Polymer-Stapelaktor einen Kondensator darstellt. Es ist daher von Vorteil eine Auswerteeinrichtung vorzusehen, die eine Kapazitätsmesseinrichtung umfasst, wobei diese mit den elektrisch leitfähigen Schichten des Polymer-Stapelaktor verbindbar ist. Findet eine Verformung der dielektrischen elastisch verformbaren Schichten des Polymer-Stapelaktor in der Weise statt, dass diese Lagen durch eine mechanische Belastung zusammengedrückt werden, äußert sich dies in einer Änderung der Kapazität des Polymer-Stapelaktor. Ist dieser aus Einzel-Aktoren aufgebaut, die in einer Matrix angeordnet sind und wird eine Kapazitätsmessung an jedem Einzel-Aktor durchgeführt, lässt sich die Höhe der auf dem Polymer-Stapelaktor wirkende Belastung sogar punktbezogen bestimmen.
Im Sinne einer Bauteilvereinfachung, insbesondere im Hinblick auf die Vielzahl der notwendigen elektrischen Verbindungen ist es von Vorteil, wenn die Ansteuerung des Polymer-Stapelaktors in die Aktoranordnung integriert ist. Gleiches gilt natürlich auch für die Auswerteeinrichtung, wenn eine solche vorgesehen ist, um z. B. mechanische Belastungen zu messen. Auf diese Weise wird einerseits die Anzahl der Ansteuerleitungen, die zum Betrieb der Aktoranordnung notwendig sind, stark reduziert, andererseits wird ein kompaktes Bauteil geschaffen, das alles zum Betrieb notwendige enthält. Im Falle dass die Ansteuerungseinrichtung in die Aktoranordnung integriert ist kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass diese eine Einrichtung zur Spannungstransformation umfasst. So dass die relativ hohe Spannung, die zum Betrieb eines Polymer-Stapelaktors notwendig ist, nicht über Leitungen der Aktoranordnung zugeführt werden muss. In einem solchen Fall sind in der Ansteuereinrichtung Schaltmittel vorzusehen, mittels der die transformierte Spannung auf die jeweils benachbarten elektrisch leitfähigen Schichten des Polymer-Stapelaktors aufschaltbar ist.
Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert, es zeigen:
1 Eine erste Ausführungsform einer Aktoranordnung in schematischer Schnittdarstellung
2 Eine zweite Ausführungsform einer Aktoranordnung in schematischer Schnittdarstellung
3 Eine Aktoranordnung bestehend aus einer Mehrzahl von Einzelaktoren in schematischer Schnittdarstellung
4 Eine Aktoranordnung bestehend aus einer Mehrzahl von Einzelaktoren in Matrixanordnung, schematisch in der Draufsicht dargestellt
5 Eine Aktoranordnung bestehend aus einer Mehrzahl von Einzelaktoren, schematisch in der Draufsicht dargestellt
6 Eine Aktoranordnung bestehend aus einer Mehrzahl von Einzelaktoren mit integrierter Ansteuerung, schematisch in der Draufsicht dargestellt
7 Ansteuerkonzept für eine Aktoranordnung bestehend aus einer Mehrzahl von Einzelaktoren in Matrixanordnung, schematisch in der Draufsicht dargestellt
8 Fahrzeuginnenraum mit eingezeichneten Platzierungsmöglichkeiten für eine Aktoranordnung, perspektivisch dargestellt
9 Fahrzeugsitz mit eingezeichneten Platzierungsmöglichkeiten für eine Aktoranordnung, in schematischer Schnittdarstellung
Die nachfolgend anhand der 1 bis 9 beschriebenen Beispiele zeigen den Erfindungsgegenstand in unterschiedlicher Ausgestaltung. Soweit die Darstellungen gleiche Gegenstände zeigen, sind diese auch mit gleichen Bezugszeichen versehen. Handelt es sich um gleiche Gegenstände die aber im Detail unterschiedlich ausgestaltet sind, wird dies durch eine Nummer nach dem Punkt gekennzeichnet.
1 zeigt in schematischer Schnittdarstellung eine Aktoranordnung 1 die einen Träger 2 aufweist. Wie durch die Bruchlinien im mittleren Bereich der Aktoranordnung 1 angedeutet, umfasst die Darstellung nur den für die Erläuterung des Aufbaus wichtigen rechten und linken Seitenbereich der Aktoranordnung 1. Der Träger 2 besteht aus reversibel verformbarem Material, in diesem Beispiel einem Elastomer. Auf dem Träger 2 ist ein Polymer-Stapelaktor 3 angeordnet, der mittels einer elastischen Verbindung 4 auf dem Träger 2 fixiert ist. Auf die Art der flexiblen Verbindung wird unten noch genauer eingegangen. Der Polymer-Stapelaktor besteht aus einer Vielzahl von dielektrischen Schichten 5 die durch elektrisch leitfähige Schichten 6 voneinander getrennt sind. Auf den stofflichen Aufbau des Polymer-Stapelaktors 3 wird ebenfalls unten näher eingegangen. Zur Kontaktierung der elektrisch leitfähigen Schichten 6 des Polymer-Stapelaktors 3 sind Zuleitungen 10 in den Träger 2 integriert und mit den elektrisch leitfähigen Schichten 6 des Polymer-Stapelaktors 3 verbunden, derart, dass zwischen jeweils zwei durch eine dielektrische Schichten 5 getrennte leitfähige Schichten 6, eine Spannung anlegbar ist. Die elektrische Verbindung zwischen den Zuleitungen 10 und den elektrisch leitfähigen Schichten 6 sind in der Darstellung durch Kontaktpunkte angedeutet. Zur Kontaktierung wird weiter unten noch Näheres ausgeführt. Auf der dem Träger 2 gegenüberliegenden Seite ist die Aktoranordnung 1 von einer Abdeckung 7 begrenzt, die aus einem Verbund aus einer Elastomer-Schicht 8 und einer Gewebeschicht 9 besteht. Die Elastomer-Schicht 8 ist dabei dem Polymer-Stapelaktor 3 zugewandt und elektrisch isolierend ausgeführt. Die Gewebeschicht 9 kann aus Naturfasern, Kunstfasern oder einem Gemisch aus beiden bestehen. Sie bildet die vom Polymer-Stapelaktor 3 abgewandte Außenseite der Abdeckung 7. Um den Polymer-Stapelaktor 3 elektrisch isolierend einzuschließen ist in dem Beispiel nach 1 die Elastomer-Schicht 8 mit dem Träger 2 mittels einer Klebeverbindung 11 umlaufend zusammengefügt, weiter kann die der Elastomer-Schicht 8 zugewandte letzte Schicht des Polymer-Stapelaktor 3 mit der Elastomer-Schicht 8 ebenfalls elastisch mittels einer Klebeverbindung 11 verbunden sein. Sowohl die Elastomer-Schicht 8 als auch der aus einem Elastomer bestehende Träger 2 sind flüssigkeitsdicht ausgeführt.
Im Betrieb stützt sich die Aktoranordnung 1 mit ihrem Träger 2 an einem Gegenlager 18 ab, so dass sich eine günstige Übertragung der im Betrieb von der Aktoranordnung 1 erzeugten Schwingung auf einen an der Gewebeschicht 9 direkt anliegenden Körper 19 ergibt. Die beim Anlegen einer Wechselspannung an die Zuleitungen 10 die Schwingung erzeugende Dehnung des Polymer-Stapelaktors 3 ist durch den Richtungspfeil 17 angedeutet.
Wie oben bereits angedeutet, sollen hier noch einige Anmerkungen zu Polymer-Stapelaktoren gemacht werden, wie sie in der erfindungsgemäßen Aktoranordnung Anwendung finden. Polymer-Stapelaktoren der oben angesprochenen Art sind aus einer Vielzahl sehr dünner Schichten zusammengesetzt, wobei jeweils leitfähige und dielektrische Schichten im Wechsel angeordnet sind. Zur Ausbildung von Polymer-Stapelaktoren wurden in der Vergangenheit als dielektrische Schichten Elastomere, z. B. Gummi verwendet, während die elektrisch leitenden Schichten aus metallischen Werkstoffen bestanden. Dies führte zu Problemen, weil die metallischen Schichten bei der Ausdehnung der Elastomer-Schichten reißen. Um dieser Problematik zu begegnen wurde in jüngerer Vergangenheit vorgeschlagen, die metallischen Schichten durch elektrisch leitfähige Elastomer-Schichten zu ersetzen. Hierzu wurden einem Elastomer mit nahezu identischen Dehnungseigenschaften Kohlenstoff-Nanofibrillen hinzugefügt, um dieses leitfähig zu machen. Werden nun die dielektrischen Elastomer-Schichten mit den elektrisch leitfähigen Elastomer-Schichten im Wechsel angeordnet, ergibt sich eine hohe Standzeit für einen derart ausgebildeten Polymer-Stapelaktor, weil die Dehnungseigenschaften der Schichten nahezu identisch sind. Zum Vorstehenden wird auf die „Presseinformation II/2012 – Frauenhofer IWS” verwiesen.
Zur Kontaktierung können die elektrisch leitfähigen Elastomer-Schichten so aus dem Stapel herausgeführt werden, dass an jeweils zwei durch eine dielektrische Elastomer-Schicht getrennte elektrisch leitfähige Elastomer-Schichten eine Spannung anlegbar ist, die zu einer Verformung der dazwischenliegenden dielektrischen Elastomer-Schicht führt.
Wie oben ausgeführt, sind zur Kontaktierung der elektrisch leitfähigen Schichten 6 des Polymer-Stapelaktors 3 die Zuleitungen 10 in den Träger 2 integriert. Diese sind, wie in 1 nur angedeutet, innerhalb der Aktoranordnung 1 aus dem Träger 10 herausgeführt und mit den aus dem Polymer-Stapelaktor 3 herausgeführten elektrisch leitfähigen Schichten 6 verbunden.
Wenn vorstehend oder nachfolgend von einer elastischen Klebeverbindung die Rede ist, so soll darunter verstanden werden, dass die Verbindung durch Adhäsion, Kohäsion oder Vernetzung erfolgt und die Elastizität der zusammengefügten Schichten nur unwesentlich beeinträchtigt wird.
Eine zur 1 abweichende Ausführung der Aktoranordnung zeigt 2 in vereinfachter Schnittdarstellung. Wie durch die Bruchlinien analog zur 1 angedeutet, umfasst die Darstellung auch hier nur den für die Erläuterung des Aufbaus wichtigen rechten und linken Seitenbereich der Aktoranordnung 1.1. Die Abweichung zum Beispiel nach 1 bezieht sich in erster Linie auf die Verbindung des Trägers 2.1 mit der Abdeckung 7.1 hier ist ein umlaufendes Wandelement 12 vorgesehen, das den Polymer-Stapelaktor 3 umschließend auf dem Träger 2.1 angeordnet ist. Die Befestigung des Wandelementes 12 auf dem Träger 2.1 kann beispielsweise durch eine Klebeverbindung 11.1 erfolgen, aber auch eine einstückige Ausbildung mit dem Träger ist denkbar. Auf der dem Träger 2.1 abgewandten Seite des Polymer-Stapelaktors 3 ist eine auf diesem aufliegende Elastomer-Schicht 8.1 vorgesehen, die zwischen dem Wandelement 12 angeordnet und mit diesem flüssigkeitsdicht, z. B. durch verkleben verbunden ist. Dem Träger 2.1 gegenüberliegend, auf der dem Polymer-Stapelaktor 3 abgewandten Seite, ist eine die Elastomer-Schicht 8.1 und das Wandelement 12 überdeckende Lederschicht 14 vorgesehen. Die Lederschicht 14 ist mit der Elastomer-Schicht 8.1 und dem Wandelement durch eine Klebeverbindung 11.2 verbunden. Auf der dem Polymer-Stapelaktors 3 abgewandten Seite des Trägers 2.1 ist ein Gewebe 13 angeordnet. Auch hier kann die Verbindung zwischen dem Träger 2.1 und dem Gewebe 13 durch kleben erfolgen. Die Kontaktierung des Polymer-Stapelaktor 3 erfolgt in diesem Beispiel von einer im Wandelement 12 angeordneten Ansteuerung 20 aus über die Zuleitungen 10.41, wobei die Ansteuerung 20 über aus der Aktoranordnung herausgeführte Zuleitungen 1.4 ansteuerbar ist. Der Polymer-Stapelaktor 3 selbst ist wie in Verbindung mit 1 beschrieben ausgebildet.
Im Betrieb stützt sich die Aktoranordnung 1.1 mit ihrem Träger 2.1 an einem Gegenlager 18 ab, so dass sich eine günstige Übertragung der im Betrieb von der Aktoranordnung 1.1 erzeugten Schwingung auf einen an der Lederschicht 14 direkt anliegenden Körper 19 ergibt. Die beim Anlegen einer Wechselspannung an die Zuleitungen 10.41 die Schwingung erzeugende Dehnung des Polymer-Stapelaktors 3 ist durch den Richtungspfeil 17 angedeutet.
Wie bereits oben angesprochen, kann der Träger 2.1 einstückig mit dem Wandelement 12 ausgeführt sein, es ist aber auch denkbar, den Träger 2.1, das Wandelement 12, den Polymer-Stapelaktor 3 sowie die Elastomer-Schicht 8.1 im Wege des 3D-Drucks einstückig herzustellen. Dabei sind der Träger 2.1, die dielektrischen Schichten 5 des Polymer-Stapelaktors 3, die Wandelemente 12 sowie die Elastomer-Schicht 8.1 aus einem dielektrischen Elastomer, z. B. Silikon, die Zuleitungen 10.41, die elektrisch leitfähigen Schichten 6 des Polymer-Stapelaktors 3 sowie die Kontaktierung dieser Sichten 6 mit den Zuleitungen 10 aus einem mit Kohlenstoff-Nanofibrillen versetzten Elastomer, z. B. einem mit Kohlenstoff-Nanofibrillen versetzten Silikon. Der 3D-Druck erfolgt dabei schichtweise z. B. im Wege der Aerosol Jet Druck-Technik, in dem sehr dünne Schichten bzw. Strukturen mit den jeweils gewünschten Eigenschaften aufgebracht werden. Auf diese Weise lassen sich die gewünschten Strukturen gemäß dem Beispiel nach 2, soweit es sich um elektrisch leitfähige Elastomer-Bereiche oder dielektrische Elastomer-Bereiche handelt in einem Verfahrensschritt erzeugen. Bei einer solchen Herstellungsweise wäre die Ansteuerung allerdings nicht in das Wandelement integriert, sondern an Zuleitungen (nicht dargestellt) anzuschließen die mit dem Polymer-Stapelaktors 3 verbunden und durch das Wandelement 12 herausgeführt sind. Ein derartiges Herstellverfahren kann natürlich auch bei dem Beispiel nach 1 oder den nachfolgend beschriebenen Beispielen angewandt werden.
Eine hinsichtlich des Polymer-Stapelaktors abweichende Ausführung der Aktoranordnung zeigt 3 ebenfalls in vereinfachter Schnittdarstellung. Es ist auch hier, wie durch die Bruchlinie links in der Darstellung angedeutet, nur ein Teil der Aktoranordnung 1.2 dargestellt. Der Polymer-Stapelaktor ist in diesem Beispiel in eine Vielzahl von Einzelaktoren 3.11, 3.12, 3.13 aufgeteilt, die zueinander beabstandet auf einem Träger 2.2 angeordnet sind. Der Aufbau der Einzelaktoren 3.11, 3.12, 3.13 unterscheidet sich nicht von dem Aufbau des Polymer-Stapelaktors 3, wie er in Verbindung mit den 1 und 2 beschrieben ist. Der Träger 2.2 ist wie in den oben beschriebenen Beispielen aus einem elektrisch isolierenden, flexiblen, flüssigkeitsdichten Material aufgebaut und mit darin eingeschlossenen Zuleitungen 10.1 für die Einzelaktoren 3.11, 3.12, 3.13 ausgestattet. Die Kontaktierung der Zuleitungen 10.1 mit den elektrisch leitfähigen Schichten der Einzelaktoren, 3.11, 3.12, 3.13 erfolgt wie zu den obigen Beispielen in Verbindung mit dem Polymer-Stapelaktor 3 beschrieben, so dass die Einzelaktoren 3.11, 3.12, 3.13 parallel betrieben werden. Auf der dem Träger abgewandten Seite werden die Einzelaktoren 3.11, 3.12, 3.13 durch eine Elastomer-Schicht 8.2 abgedeckt, wobei die Einzelaktoren 3.11, 3.12, 3.13 mit der Elastomer-Schicht 8.2 beispielsweise durch Kleben elastisch verbunden sind. Der seitliche Abschluss der Aktoranordnung 1.2 wird durch ein umlaufendes elektrisch isolierendes, elastisches, flüssigkeitsdichtes Wandelement 12.1 gebildet, das mit dem Träger 2.2 und der Elastomer-Schicht 8.2 durch Kleben verbunden ist. Die sich zwischen den Einzelaktoren 3.11, 3.12, 3.13 dem Träger 2.2 und der Elastomer-Schicht 8.2 ergebenden Zwischenräume 16 können mit einem offenporigen Elastomer-Schaum ausgefüllt sein, was der Aktoranordnung 1.2 insgesamt mehr Stabilität verleiht. Wie oben in Verbindung mit den Beispielen nach den 1 und 2 beschrieben, kann die Aktoranordnung 1.2 auf ihrer Außenseite mit einem Gewebe oder mit Leder kaschiert sein, so dass sich bei direkter Berührung ein angenehmeres Gefühl einstellt. Im Betrieb stützt sich die Aktoranordnung 1.2 mit ihrem Träger an einem Gegenlager 18 ab, so dass sich eine günstige Übertragung der im Betrieb von der Aktoranordnung 1.2 erzeugten Schwingung auf einen an der Elastomer-Schicht 8.2 direkt oder über die vorstehend angesprochene Gewebe- oder Leder-Kaschierung anliegenden Körper 19 ergibt. Die beim Anlegen einer Wechselspannung an die Zuleitungen 10.1 die Schwingung erzeugende Dehnung der Einzelaktoren 3.11, 3.12, 3.13 ist durch die Richtungspfeile 17 angedeutet.
4 zeigt im oberen Teil der Darstellung die Aktoranordnung 1.2 aus 3 schematisch in der Draufsicht. Die Elastomer-Schicht 8.2 (3) ist dabei weggelassen, so dass der Blick auf die Einzelaktoren 3.11, 3.12, 3.13 frei ist. Wie erkennbar, sind die Einzelaktoren 3.11, 3.12, 3.13 in Form einer Matrix auf dem Träger 2.2 angeordnet, wobei jeder Zeile der Matrix Zuleitungen 10.1 zugeordnet sind, die mit den elektrisch leitfähigen Schichten der Einzelaktoren 3.11, 3.12, 3.13 wie oben beschrieben verbunden sind. Es ergibt sich so eine Parallelschaltung der Einzelaktoren 3.11, 3.12, 3.13 innerhalb einer Zeile der Matrix, während die einzelnen Zeilen individuell ansteuerbar sind. Werden die Einzelaktoren 3.11, 3.12, 3.13 einer Zeile jeweils parallel, benachbarter Zeilen jedoch nacheinander zeitlich versetzt angesteuert, lässt sich so eine die Matrix senkrecht zur Zeilenrichtung durchlaufende Wellenbewegung simulieren, bzw. als taktiles Empfinden vermitteln.
Eine weitere Möglichkeit die Einzelaktoren einer Matrix anzusteuern ist in der 4 im unteren Teil der durch Bruchlinien geteilten Darstellung gezeigt. Hier ist ebenfalls ein Aufbau der Aktoranordnung vorausgesetzt, wie er oben in Verbindung mit 3 beschrieben ist. Im Unterschied zum vorigen Beispiel ist aber jedem Einzelaktor individuell eine Zuleitung zugeordnet. In der Darstellung sind nur die Einzelaktoren 3.14, 3.15, 3.16 mit Bezugszeichen versehen und werden stellvertretend für alle Einzelaktoren betrachtet. Die Zuleitungen zu jedem Einzelaktor 3.14, 3.15, 3.16 sind zweipolig ausgeführt, die Kontaktierung zwischen den Zuleitungen 10.2 und den elektrisch leitfähigen Schichten (in 4 nicht dargestellt) der Einzelaktoren 3.14, 3.15, 3.16 erfolgt wie zu den vorherigen Beispielen beschrieben. Durch die individuelle Ansteuerbarkeit jedes einzelnen Einzelaktors lassen sich komplexe dynamische Muster abbilden, so besteht z. B. die Möglichkeit, mittels der Aktoranordnung 1.3 sich konzentrisch von einem Punkt ausbreitende Wellenbewegungen zu simulieren, bzw. als taktiles Empfinden zu vermitteln.
Werden Träger mit in Form einer Matrix angeordneten Einzelaktoren großtechnisch als Halbzeug z. B. in Form von Platten- oder Rollenware hergestellt, lassen sich beispielsweise durch Ausstanzen beliebige Formen für die Aktoranordnung erzeugen. Eine solche unregelmäßige Begrenzungslinie einer Aktoranordnung ist in 4 durch eine strichpunktiert eingezeichnete Stanzline 19 angedeutet.
Neben der matrixförmigen Anordnung von Einzelaktoren auf einem Träger besteht wie in 5 gezeigt auch die Möglichkeit, eine Aktoranordnung 1.4 aus individuell geformten Einzelaktoren 3.21, 3.22, 3.23 mit individuellen Eigenschaften auf einem Träger 2.3 vorzusehen. Auch in dieser Darstellung ist die Elastomer-Schicht, die die Aktanordnung 1.4 auf der dem Träger 2.3 abgewandten Seite begrenzt, weggelassen, so dass der Blick auf die Einzelaktoren 3.21, 3.22, 3.33 frei ist. Entsprechend der Darstellung sind die beabstandet angeordneten kreisflächenförmigen Einzelaktoren 3.21 an den Eckpunkten eines Quadrats angeordnet und werden jeweils individuell über Zuleitungen 10.31, 10.32 angesteuert. Weiter sind auf dem Träger 2.3 ovale Einzelaktoren 3.22 und 3.23 in unterschiedlicher Orientierung angeordnet, wobei die Einzelaktoren 3.22 und 3.23 ebenfalls jeweils individuell über die Zuleitungen 10.33, 10.34 ansteuerbar sind. Unter den oben erwähnten individuellen Eigenschaften ist beispielsweise zu verstehen, dass die Einzelaktoren in der Zahl der Lagenpaare von Polymer-Schichten und elektrisch leitenden Schichten unterschiedlich ausgeführt sind, so dass sich unterschiedliche Hübe der Einzelaktoren beim Anlegen gleicher Spannung ergeben. Das Beispiel gemäß 5 zeigt, dass sich mit der gleichen Technologie der Polymer-Stapelaktoren individuell ausgebildeten Aktoranordnungen herstellen lassen.
Eine Weiterbildung der Aktoranordnung gemäß 5 ist in 6 dargestellt, hinsichtlich der Darstellungsform gilt das zu 5 gesagte. Die Anordnung und Ansteuerung der Einzelaktoren 3.21, 3.22 und 3.33 entspricht der gemäß 5, es wird diesbezüglich auf die obigen Ausführungen verwiesen. Die Weiterbildung der Aktoranordnung 1.5 besteht darin, dass auf dem Träger 2.4 eine Ansteuerung 20.1 angeordnet ist, mittels der die Einzelaktoren 3.21, 3.22 und 3.33 an Spannung gelegt werden. Die Ansteuerung 20.1 ist dabei so in die Aktoranordnung 1.5 integriert, dass zumindest spannungsführende Teile der Ansteuerung 20.1 elektrisch isoliert sind. Dies kann z. B. dadurch geschehen, dass die Ansteuerung 20.1 von der in der Darstellung weggelassenen, die Einzelaktoren 3.21, 3.22 und 3.33 überdeckenden Elastomer-Schicht mit abgedeckt wird.
Ein Beispiel für die Ansteuerung einer Aktoranordnung aus Einzelaktoren, die in Matrixform angeordnet sind zeigt 7 in Form eines Blockschaltbildes. Eine Matrix 22 bestehend aus einer Vielzahl von Einzelaktoren 3.3 wird mittels einer Treiberschaltung 23 angesteuert, wobei jeder der Einzelaktoren 3.3 individuell an Spannung gelegt werden kann. Zur Steuerung der Treiberschaltung 23 ist eine Ansteuerschaltung 24 vorgesehen, die über Steuerbefehle die Treiberschaltung 23 steuert. Zur Spannungsversorgung ist eine Spannungsquelle 25 vorgesehen, die einerseits die Spannungsversorgung der Treiberschaltung 23 und der Ansteuerschaltung 24 übernimmt und andererseits als Stromversorgung für eine Transformatorschaltung 26 dient. Die Transformatorschaltung 26 ihrerseits liefert die Betriebsspannung für die Ansteuerung der Einzelaktoren 3.3. an die Treiberschaltung 23.
Zum Betrieb der Anordnung gemäß 7 ist eine Signalquelle 27 vorgesehen, die über eine Verbindung 28, Steuersignale an die Ansteuerschaltung 24 übermittelt. Bei der Verbindung 28 kann es sich sowohl um ein leitende elektrische Verbindung als auch eine Funkverbindung handeln. Für den Signalaustausch sind in der Ansteuerschaltung 24 eine Interface-Schaltung 34.1 und in der Signalquelle 27 eine Interface-Schaltung 34.2 vorgesehen. Im Fall einer Funkverbindung enthält die Interface-Schaltung 34.2 zumindest eine Sendeeinrichtung 29 und die Interface-Schaltung 34.1 zumindest einen Empfangseinrichtung 30. Ist eine bidirektionale Signalübertragung gewünscht, sind in den Interface-Schaltungen 34.1, 34.2 jeweils Sende-Empfangseinrichtungen vorgesehen.
Bei den von der Signalquelle 27 an die Ansteuerschaltung 24 übermittelten Signalen kann es sich um analoge oder digitale Signale handeln. Die Interface-Schaltungen 34.1, 34.2 sind dann jeweils entsprechend ausgeführt. Aus diesen übermittelten analogen oder digitalen Signalen erzeugt die Ansteuerschaltung 24 Ansteuersignale für die Treiberschaltung 23, so dass diese die von der Transformatorschaltung 26 gelieferte Betriebsspannung moduliert oder unmoduliert gemäß den Ansteuersignalen auf die Einzelaktoren 3.3 schaltet. Moduliert wird die Betriebsspannung dann, wenn beispielsweise ein natürliches oder künstlich erzeugtes Schallereignis mittels der Matrix 22 taktil empfindbar gemacht werden soll.
Wie durch die gestrichelte Umrisslinie angedeutet, können alle in der in 7 gezeigten Teile in eine Aktoranordnung 1.6 integriert sein. In der Praxis dürfte es für die meisten Anwendungen jedoch sinnvoll sein, die Signalquelle 27 von der Integration auszunehmen.
Wie einleitend ausgeführt, kann eine Aktoranordnung, die Polymer-Stapelaktoren als Aktorelemente verwendet, auch als Sensoreinheit eingesetzt werden, um Druckänderungen auf die Polymer-Stapelaktoren messtechnisch zu erfassen. In einem solchen Fall enthält die Ansteuerschaltung 24 wenigstens eine Kapazitätsmessschaltung 32 die auf wenigstens einen Einzelaktor 3.3 aufschaltbar ist. Verwendbar ist eine Sensorfunktion der vorstehend beschriebenen Art z. B. dazu, eine Aktoranordnung aus einem Stand-By-Betreib zu starten, wenn eine Kapazitätsänderung von der Kapazitätsmessschaltung 32 erfasst wird, also bei Auftreten einer Belastung. Selbstverständlich lassen sich erfasste Kapazitätsänderungen auch außerhalb der Aktoranordnung auswerten, hierzu ist die Verbindung 28 bidirektional auszuführen und z. B. in der Signalquelle eine Auswerteeinrichtung 33 vorzusehen, die Messvorgänge initiiert und auswertet. Mit einer externen Auswertung können Daten gewonnen werden, die Auskunft über die Art und Größe der Belastung, z. B. eines Fahrzeugsitzes (in 7 nicht dargestellt) geben, wenn die Anordnung in Verbindung mit einem solchen Fahrzeugsitz verwendet wird.
Fahrzeugsitze bei denen Aktoranordnungen der vorstehend beschriebenen Art verwendet sind zeigt 8. Dort ist ein Fahrzeuginnenraum mit eingezeichneten Platzierungsmöglichkeiten für Aktoranordnungen, perspektivisch dargestellt. Unterschieden wird dabei zwischen dem Fahrer-Platz und seiner unmittelbaren Umgebung und dem Beifahrerplatz. Die im und um den Fahrersitz 35 angeordneten Aktoranordnungen 1.71 bis 1.78 dienen sowohl zur Erzeugung taktil empfindbarer Vibrationen als auch zum Zwecke der Signalisierung und können auch Sensorfunktionen übernehmen, während die im Beifahrersitz angeordneten Aktoranordnungen 1.8 zur Erzeugung taktil empfindbarer Vibrationen dienen und auch Sensorfunktionen übernehmen können. Die in der Kopfstütze des Fahrersitzes 35 angeordnete Aktoranordnung 1.71 dient ausschließlich Signalisierungszwecken und kann in allgemeinen Gefahrensituationen aktiviert werden. Die in der Rückenlehne des Fahrersitzes 35 angeordneten Aktoranordnungen 1.72 dienen zur Erzeugung taktil empfindbarer Vibrationen und können bei allgemeinen Gefahrensituationen aktiviert werden. Die Aktivierung der taktil empfindbaren Vibrationen erfolgt dabei durch die Einwirkung des Fahrers, die Aktivierung zur Signalisierung von Gefahrensituationen erfolgt hingegen automatisch, wenn entsprechende Fahrerassistenzsysteme, wie sie in modernen Fahrzeugen üblich sind, solche Gefahrensituationen erkennen. Weiter sind in den Seitenführungen der Rückenlehne des Fahrersitzes 35 jeweils Aktoren 1.73, 1.74 vorgesehen, die sowohl der Erzeugung taktil empfindbarer Vibrationen dienen können als auch dem Signalisieren von Gefahrensituationen. Zu letzterem ist es denkbar, die links angeordnete Aktoranordnung 1.73 zu aktivieren wenn eine Annäherung eines Fahrzeugs (nicht dargestellt) von links hinten detektiert wurde und gleichzeitig der linke Blinker (nicht dargestellt) gesetzt ist. Analog wird mit der Aktoranordnung 1.74 bei einer Annäherung von rechts hinten und gleichzeitig gesetztem rechten Blinker (nicht dargestellt) verfahren. Mit den in der Sitzfläche des Fahrersitzes 35 angeordneten Aktoranordnungen 1.76 und 1.77 können ebenfalls Signalisierungen, z. B. zum Anzeigen des Spurverlassens nach rechts oder links durchgeführt werden. Natürlich lassen sich damit auch taktil empfindbare Vibrationen erzeugen. Zusätzlich können diese Aktoranordnungen 1.76 und 1.77 auch zum näherungsweise Feststellen des Fahrergewichtes verwendet werden, um davon z. B. Sitzeinstellungen abzuleiten. Unterstützend können Aktoranordnungen 1.75 in den Sitzflächenseitenführungen des Fahrersitzes 35 vorgesehen sein. Weitere Möglichkeiten Aktoranordnungen 1.78 zu platzieren sind an den fahrerseitigen Armlehnen am Lenkrad an Einstellrädern usw. gegeben.
Die gemäß der Darstellung nach 8 am Beifahrersitz 36 vorgesehenen Aktoranordnungen 1.8 befinden sich im Wesentlichen an den gleichen Stellen wie vorstehend in Verbindung mit dem Fahrersitz 35 beschrieben, und dienen in erster Linie der Erzeugung taktil empfindbarer Vibrationen. Lediglich die Aktoranordnungen in der Sitzfläche des Beifahrersitzes können analog zum Fahrersitz auch als Sensoren verwendet werden um vom Sensorwert eine Sitzeinstellung abzuleiten.
Mit dem in 9 geschnitten dargestellten Fahrzeugsitz soll stellvertretend die Platzierung von Aktoranordnungen in einem Sitz- oder Liegemöbel gezeigt werden. Vermittelt werden soll anhand dieses Beispiels die Anordnung von Aktoranordnungen relativ zur Oberfläche einer Sitz- oder Liegefläche.
Gemäß der Darstellung in 9 ist ein Sitzgestell 37 vorgesehen auf das die Kopfstützenpolsterung 38, Rücklehnenpolsterung 39 und Sitzflächenpolsterung 40 aufgebracht sind. In die Kopfstützenpolsterung 38, Rücklehnenpolsterung 39 und Sitzflächenpolsterung 40, jeweils unmittelbar an ihrer der Sitzoberfläche zugewandten Seite, sind Aktoranordnungen 1.91 bis 1.95 vorgesehen. Die Nähe zur Sitzoberfläche ist dabei besonders wichtig, um eine optimale Schwingungsübertragung auf einen auf dem Fahrzeugsitz sitzenden menschlichen Körper (nicht dargestellt) zu gewährleisten. Von besonderem Vorteil ist es, wenn die Aktoranordnungen 1.91 bis 1.95 unmittelbar unter der Sitzbespannung 41 angeordnet sind. Wie oben bereits ausgeführt, kann die Oberfläche der Aktoranordnungen mit einem Gewebe oder mit Leder kaschiert werden, dadurch eröffnet sich die Möglichkeit, die Aktoranordnungen 1.91 bis 1.95 in die Sitzbespannung 41 zu integrieren.
Sitzt ein menschlicher Körper in dem Fahrzeugsitz, wird an den belasteten Bereichen des Sitzes die Kopfstützenpolsterung 38, Rücklehnenpolsterung 39 und Sitzflächenpolsterung 40 zusammengedrückt und bildet das Widerlager für die jeweils darüber angeordnete Aktoranordnung 1.91 bis 1.95.
Neben der vorstehend angesprochenen Integration der Aktoranordnungen in Sitz- oder Liegemöbel besteht natürlich die Möglichkeit, Aktoranordnungen der vorstehend beschriebenen Art in Kleidungsstücke und am Körper getragene Bandagen zu integrieren. Kleidungsstücke können beispielsweise eng anliegende Wäsche, Handschuhe, Schuhe oder Ähnliches sein. Wichtig ist dabei, dass das Kleidungsstück bzw. die Bandage als Widerlager dient, damit ein möglichst enger Kontakt zum Körper gegeben ist. Bei der Integration von Aktoranordnungen in Kleidung und Bandagen steht neben dem Aspekt der Erzeugung taktil empfindbarer Vibrationen der Signalisierungsaspekt im Vordergrund. So ist es beispielsweise denkbar, die in die Kleidung oder Bandage integrierte Aktoranordnung auf funktechnischem Weg zu aktivieren, wenn sich eine Person einem Gefahrenbereich nähert oder sich Körperteile wie Hände in einem Gefahrenbereich befinden.
Bezugszeichenliste

1 bis 1.95: Aktoranordnung
2 bis 2.4: Träger
3: Polymer-Stapelaktor
3.1 bis 3.3: Einzelaktor
4: elastische Verbindung
5: dielektrische Schicht
6: elektrisch leitfähige Schicht
7, 71: Abdeckung
8 bis 8.2: Elastomer-Schicht
9: Gewebeschicht
10 bis 10.4: Zuleitungen
11 bis 11.2: Klebeverbindung
12, 12.1: Wandelement
13: Gewebe
14: Leder
16: Zwischenräume
17: Richtungspfeile
18: Widerlager
19: Körper
20, 20.1: Ansteuerung
22: Matrix
23: Treiberschalung
24: Ansteuerschaltung
25: Spannungsquelle
26: Transformatorschaltung
27: Signalquelle
28: Verbindung
29: Sendeeinrichtung
30: Empfangseinrichtung
32: Kapazitätsmessschaltung
33: Auswerteeinrichtung
35: Fahrersitz
36: Beifahrersitz
37: Sitzgestell
38: Kopfstützenpolsterung
39: Rücklehnenpolsterung
40: Sitzflächenpolsterung
41: Sitzbespannung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 202012012970 U1 [0003]
DE 10350779 A1 [0004]
DE 102005033858 A1 [0006]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Presseinformation II/2012 – Frauenhofer IWS [0032]

Claims

Aktoranordnung bestehend aus einem Polymer-Stapelaktor, der eine Vielzahl von Schichten eines dielektrischen Polymers aufweist, wobei die Schichten jeweils durch elektrisch leitfähige Schichten voneinander getrennt sind und jeweils zwei durch eine Schicht des dielektrischen Polymers getrennte elektrisch leitfähige Schichten an eine Spannung anlegbar sind und wobei ein die Aktoranordnung begrenzender Träger vorgesehen ist, auf dem der Polymer-Stapelaktor mit seiner Bewegungsrichtung senkrecht zur Oberfläche des Trägers angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass – der Träger reversibel verformbar ausgeführt ist und elektrisch isolierende Eigenschaft besitzt, – eine die Aktoranordnung (1 bis 1.95) auf ihrer dem Träger (2 bis 2.4) gegenüberliegenden Seite begrenzende Abdeckung (7, 71) vorgesehen ist, die den Polymer-Stapelaktor (3) abdeckt, wobei die Abdeckung (7, 71) elastisch ausgeführt ist und elektrisch isolierende Eigenschaft besitzt, – der Träger (2 bis 2.4) und die Abdeckung (7, 71) den Polymer-Stapelaktor (3) umschließend direkt oder indirekt miteinander verbunden sind, derart dass dieser elektrisch isolierend eingeschlossen ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (2 bis 2.4) und die Abdeckung (7, 7.1) flüssigkeitsdicht ausgeführt und direkt oder indirekt flüssigkeitsdicht verbunden sind.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (2 bis 2.4) und die Abdeckung (7, 7.1) unter Zwischenlage eines den Polymer-Stapelaktor (3) umschließenden Wandelementes (12, 12.1) verbunden sind, wobei das Wandelement (12, 12.1) elektrisch isolierende Eigenschaft besitzt.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in den Träger (2 bis 2.4) oder auf dem Träger (2 bis 2.4) an seiner den Polymer-Stapelaktor (3) tragenden Oberfläche, alle Zuleitungen (10 bis 10.34) elektrisch isolierend angeordnet sind, die für die elektrische Verbindung des Polymer-Stapelaktor (3) mit einer Ansteuerungs- und/oder Auswerteeinrichtung dienen und dass die elektrisch leitfähigen Schichten (6) des Polymer-Stapelaktor (3) mit den Zuleitungen (10 bis 10.34) verbunden sind, derart, dass an jeweils zwei benachbarte, durch eine dielektrische Schicht (5) getrennte elektrisch leitfähige Schichten (6) eine Spannung anlegbar ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (2 bis 2.4) und/oder die Abdeckung (7, 7.1) auf ihrer dem Polymer-Stapelaktor (3) abgewandten Seite eine Gewebeoberfläche oder eine Lederoberfläche aufweisen.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Polymer-Stapelaktor (3) aus einer Vielzahl von Einzel-Aktoren (3.1 bis 3.3) besteht und dass wenigstens der Träger (2.2 bis 2.4) allen Einzel-Aktoren (3.1 bis 3.3) gemeinsam ist.
Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die freien Seiten der Einzel-Aktoren (3.1 bis 3.3) von einer Wandung aus elektrisch isolierendem elastischem Material umgeben sind.
Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenräume (16) zwischen den Einzel-Aktoren (3.1 bis 3.3) mit einem Material aus elektrisch isolierendem elastischem Material ausgefüllt sind.
Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in das Material der Zwischenräume (16) alle Zuleitungen elektrisch isolierend eingebettet sind, die für die elektrische Verbindung des Polymer-Stapelaktor (3) mit einer Ansteuerungs- und/oder Auswerteeinrichtung dienen und dass die elektrisch leitfähigen Schichten des Polymer-Stapelaktor (3) mit den Zuleitungen verbunden sind, derart, dass an jeweils zwei benachbarte, durch eine dielektrische Schicht getrennte elektrisch leitfähige Schichten eine Spannung anlegbar ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktoranordnung (1 bis 1.95) zur körpernahen Verwendung bestimmt ist um auf den Körper (19) einzuwirken.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktoranordnung (1 bis 1.95) mit der Oberfläche ihrer Abdeckung (7, 7.1) dem Körper (19) zugewandt, angeordnet ist und mit ihrem Träger (2 bis 2.4) an einem Gegenlager (18) abgestützt ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktoranordnung (1 bis 1.95) mit der Oberfläche ihrer Abdeckung (7, 7.1) dem Körper (19) zugewandt, in einem Kleidungsstück, einer Bandage, einem stationären oder mobilen Sitz oder einer stationären oder mobilen Liege angeordnet ist, wobei Kleidungsstück, Bandage, Sitz- oder Liegemöbel das Gegenlager (18) bilden.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerungs- und/oder Auswerteeinrichtung in die Aktoranordnung (1 bis 1.95) integriert ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung eine Kapazitätsmesseinrichtung umfasst, die mit den elektrisch leitfähigen Schichten des Polymer-Stapelaktors (3) verbindbar ist, die durch jeweils eine dielektrische Schicht (5) getrennt sind.
Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerungseinrichtung eine Einrichtung zur Spannungstransformation umfasst, wobei die transformierte Spannung auf die jeweils benachbarten elektrisch leitfähigen Schichten (6) des Polymer-Stapelaktors (3) aufschaltbar ist, die durch eine dielektrische Schicht (5) getrennt sind.