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Die Erfindung betrifft eine Verstelleinrichtung mit einem Verriegelungssystem mit einem Aktuator mit aktivem Material in einer Dreipunktaufhängung, ein Fortbewegungsmittel mit einer solchen Verstelleinrichtung sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Verstelleinrichtung.
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Aktuatoren werden für viele Anwendungen im Bereich der Verriegelung verwendet. Insbesondere in Fahrzeugen müssen Fahrzeugsitze ständig auf die entsprechenden Personen im Fahrzeug zu deren Komfort und Fahrsicherheit angepasst werden. Diese Anpassung geschieht meist durch ein Verschieben des betreffenden Sitzes entlang von Schienen, die im Fahrzeug fest angebracht und auf denen der entsprechende Sitz befestigt und geführt ist. Diese Systeme erlauben meist ein lineares Verschieben des Sitzes. Auch andere Systeme oder Gegenstände im Fahrzeug sind je nach Fahrzeugart verschiebbar, beispielsweise Tische, Bänke oder Konsolen wie beispielsweise bei Wohnmobilen oder bei autonom fahrenden Fahrzeugen. Viele Systeme, die sich linear bewegen und dann einrasten sollen, werden durch Schienen mit Lochsystemen und Entriegelungs- bzw. Verriegelungshebel angefertigt. Die Sitzverstellung im Fahrzeug, die verstellbare Mittelkonsole oder ein verstellbarer Tisch werden entlang von Schienen bewegt. Diese Schienen sind immer am Boden des Fahrzeugs angeordnet, somit ist das Verriegelung- und Entriegelungssystem selber, wo der entsprechende Hebel angebracht ist, auch sehr tief angeordnet, was für die Bedienbarkeit unpraktisch ist und stellt nicht mehr sehr bewegliche oder wenig kräftige Personen vor Probleme bei einer gewünschten Verstellung.
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Verriegelungssysteme oder entsprechende Verstelleinrichtungen könnten als elektrische Systeme ausgestaltet werden, wo das Verfahren des Fahrzeugsitzes, des Tisches, der Mittelkonsole oder anderer Gegenstände im Inneren eines Fahrzeugs mittels elektrischer Aktuatoren automatisch geschieht. Allerdings gehen Handverschiebungen dieser Komponenten einerseits schnell und sind andererseits sehr preiswert im Vergleich zu vollautomatischen Systemen. Obendrein sind manuelle System zudem weitgehend lautlos.
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US 2008/0120976 A1 offenbart ein System aus einer Formgedächtnislegierung (SMA) für das Verriegeln und Entriegeln von Fahrzeugsitzschienen. Hierbei greifen parallel vier Stifte in entsprechende Löcher in der entsprechenden Schiene und sichern so den Fahrzeugsitz an der Schiene. Hierbei ist die Sitzposition durch die Verriegelungsposition festgelegt und kann nicht kontinuierlich entlang der Schiene arretiert werden. Andererseits besitzt das System ungewünschte Totpunkte, die erst durchfahren werden müssen, damit eine Arretierung oder Entriegelung greift.
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Die
DE 11 2009 000 575 B4 beschreibt eine Einstellvorrichtung, die zur Verwendung mit einem Sitz ausgebildet ist, wobei die Einstellvorrichtung umfasst: ein Sperrelement, das sicher mit dem Sitz verbunden ist, so dass es damit verschiebbar ist, eine feste Struktur, die mit einer Basis verbunden ist, wobei das Sperrelement und die Struktur zusammenwirkend ausgestaltet sind, so dass sie dazu gebracht werden, einen von einem außer Eingriff stehenden und einem in Eingriff stehenden Zustand zu erreichen, wobei das Sperrelement und der Sitz relativ zu der Basis in dem außer Eingriff stehenden Zustand frei sind, sich zu verschieben, und in dem in Eingriff stehenden Zustand fest sind; und einen Aktuator, der antriebstechnisch mit der Struktur gekoppelt ist und ein Element aus einem aktiven Material umfasst, das betreibbar ist, eine reversible Änderung zu vollführen, wenn es einem Aktivierungssignal ausgesetzt oder gegenüber diesem abgeschottet ist, und ausgestaltet ist, selektiv zu bewirken, dass das Sperrelement und die Struktur infolge der Änderung den anderen von den Zuständen erreichen, wobei das Sperrelement mehrere erste Zähne definiert, die Struktur beweglich mit der Basis verbunden ist und mehrere zweite Zähne definiert, wobei die mehreren ersten und zweiten Zähne zusammenwirkend ausgestaltet sind, in dem in Eingriff stehenden Zustand selektiv miteinander zu kämmen, und das Element aus einem aktiven Material antriebstechnisch mit der Struktur gekoppelt ist, um zu bewirken, dass die Struktur in den außer Eingriff stehenden Zustand bewegt wird.
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Die
US 2008/0120976 A1 beschreibt ein System aus einer Formgedächtnislegierung (SMA), das des Weiteren für die Verwendung in einer beliebigen Anzahl von Umgebungen geeignet ist, einschließlich, aber nicht beschränkt auf das Ver- und Entriegeln von Fahrzeugsitzschienen. Das System beinhaltet eine beliebige Anzahl von Konfigurationen zur Unterstützung einer beliebigen Anzahl von Operationen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Push-Push, Pull-Pull, Push-Pull und Pull-Push Operationen.
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Die
DE 20 2005 003 626 U1 beschreibt eine Feststellvorrichtung für einen einstellbaren Fahrzeugsitz mit mindestens einer parallel zu einer Einstellrichtung verlaufenden Rastschiene, die periodisch angeordnete Raststege und Rastöffnungen aufweist, und mit einer Verriegelungseinheit, die mehrere unabhängig voneinander in einer Führungseinrichtung entlang einer Einrastrichtung geführte, in die Rastöffnungen bewegbare und in dieser Richtung vorgespannte Verriegelungsstifte mit einem zylindrischen Schaft aufweist, wobei die Verriegelungsstifte zumindest an dem durch einen Führungsabschnitt der Führungseinrichtung bewegten Abschnitt ihres zylindrischen Schafts eine umlaufende Gewindestruktur aufweisen.
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Die
DE 10 2012 216 157 A1 beschreibt eine Feststellvorrichtung einer Längsverstelleinrichtung für einen Fahrzeugsitz, die eine parallel zur Verstellrichtung des Fahrzeugsitzes verlaufende Rastschiene mit periodisch angeordneten Rastöffnungen und Raststegen und eine Verriegelungseinheit aufweist, die mindestens drei unabhängig voneinander in Führungsöffnungen einer Führungseinrichtung entlang einer Einrastrichtung geführte und in Einrastrichtung vorgespannte Verriegelungsstifte mit einem Schaft und einer Einführschräge am freien Ende des Schaftes aufweist, wobei zwischen der Führungseinrichtung und der Rastschiene ein Kraftverteilungselement angeordnet ist, das mit den Führungsöffnungen der Führungseinrichtung fluchtende Abstützöffnungen aufweist, über die unter Belastung der Längsverstelleinrichtung ein Teil der auf mindestens einen Last tragenden Verriegelungsstift einwirkenden Crashkraft auf mindestens einen weiteren Verriegelungsstift abgeleitet wird.
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Die
DE 10 2012 106 826 A1 offenbart eine Feststellvorrichtung für einen längsverstellbaren Kraftfahrzeugsitz mit einem beidseitig angeordneten Schienenverstellsystem, das aus jeweils einer fahrzeugfesten Unterschiene und einer an dieser längsverschiebbaren, mit dem Kraftfahrzeugsitz verbundenen Oberschiene besteht, einer Verriegelungseinrichtung, die eine mit der Unterschiene verbundene, parallel zur Längsverstellrichtung des Kraftfahrzeugsitzes verlaufende Rastschiene mit periodisch angeordneten Rastöffnungen, mehrere unabhängig voneinander in einer mit der Oberschiene verbundenen Führungseinrichtung entlang einer Einrastrichtung geführte, in die Rastöffnungen bewegbare und in diese Richtung über eine Verriegelungsfeder vorgespannte Verriegelungsstifte und ein mit der Oberschiene verbundenes und die Verriegelungsfedern abstützendes Abstützelement enthält, und einem Entriegelungshebel, mit dem die Verriegelungsstifte entgegen der Federkraft der Verriegelungsfeder gemeinsam aus dem Eingriff in die Rastöffnungen lösbar sind, wobei die Rastschiene in dem zwischen der Unterschiene und der Oberschiene ausgebildeten Hohlraum angeordnet ist und die Verriegelungsstifte kürzer sind als die Höhe des Hohlraums zwischen der Unterseite der Unterschiene und der Oberseite der Oberschiene zuzüglich des Abstandes der Rastschiene von der Unterseite der Unterschiene, derart, dass die Enden der Verriegelungsstifte weder in der Entriegelungsstellung über die Oberseite der Oberschiene bzw. über das mit der Oberschiene verbundene Abstützelement noch in der Verriegelungsstellung über die Unterseite der Unterschiene hinausragen.
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Daher wäre es wünschenswert, einen Verriegelungsmechanismus zur Verfügung zu haben, mit dem eine Verstellung sehr schnell, weitgehend lautlos und mit geringen Totpunkten ausgeführt werden kann und außerdem preisgünstig zur Verfügung gestellt werden kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Verstelleinrichtung mit einem Verriegelungsmechanismus zur Verfügung zu stellen, mit dem eine Verstellung sehr schnell, weitgehend lautlos und mit geringen Totpunkten ausgeführt werden kann und außerdem preisgünstig zur Verfügung gestellt werden kann.
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Die Aufgabe wird gelöst durch die Verstelleinrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1.
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Ein Verriegelungssystem umfasst dabei ein Aktuatorsystem zur Entriegelung oder Verriegelung einer Verstelleinrichtung zum manuellen Bewegen eines Einrichtungsgegenstands entlang der Verstelleinrichtung, wobei das Verriegelungssystem mindestens zwei Feststelleinheiten umfasst, die zum Eingriff in die Verstelleinrichtung vorgesehen sind und so zueinander und relativ zur Verstelleinrichtung angeordnet sind, dass im verriegelten Zustand ein oder mehrerer aber nicht alle der Feststelleinheiten in die Verstelleinrichtung zur Verriegelung eingreifen können, wobei das Aktuatorsystem einen Draht aus einem aktiven Material mit einer Dreipunktaufhängung umfasst, wobei der Draht in einem ersten und dritten Befestigungspunkt an einer Aktuatorbasis fixiert ist und beweglich über einen als Umlenkung ausgebildeten zweiten Befestigungspunkt mit einer Halterung für die Feststelleinheiten zum Anheben oder Absenken der Halterung entlang einer Verriegelungs- beziehungsweise Entriegelungsrichtung verbunden ist, wobei die Halterung über mindestens zwei Federn in der Aktuatorbasis zur Ausübung einer permanenten Rückstellkraft auf die Halterung der Feststelleinheiten gelagert ist, wobei der Draht elektrisch so angesteuert werden kann, dass in einem ersten verkürzten Zustand der Draht die Halterung so anhebt, dass alle Feststelleinheiten von der Verstelleinrichtung entriegelt sind und in einem zweiten unverkürzten Zustand der Draht die Halterung so absenkt, dass mindestens eine der Feststelleinheiten in die Verstelleinrichtung zur Verriegelung eingreift und mindestens eine andere der Feststelleinheiten ohne Eingriff gleitend auf der Verstelleinrichtung aufliegt.
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Das aktive Material des Aktuators bezeichnet ein Material, das seine Form unter entsprechenden Bedingungen ändert und nach Wiederherstellen der Ursprungsbedingungen wieder in seine ursprüngliche Form übergeht. Solche Materialien werden auch als Formgedächtnismaterialien bezeichnet. Der Einrichtungsgegenstand kann Gegenstände jeglicher Art bezeichnen, die mittels eines Verriegelungsmechanismus in einer Position fixiert sind und zu deren Bewegung dieser Mechanismus entriegelt werden muss. Hier wird zwar nur eine oder ein Teil der Feststelleinheiten durch den Übergang des Drahtes in den ersten Zustand entriegelt, dennoch werden alle Feststelleinheiten mittels des durch den Draht bewirkten Anhebens der Halterung von der Verstelleinrichtung wegbewegt. Beim Erkalten des Drahtes wird die Halterung durch die Federn wieder in Richtung der Verstelleinrichtung zurückbewegt. Die Verstelleinrichtung bezeichnet die Einrichtung, entlang derer der Einrichtungsgegenstand bewegt werden kann. Entsprechend ist der Einrichtungsgegenstand zumindest über den Verriegelungsmechanismus mit der Verstelleinrichtung verbunden, kann aber zusätzlich in der Verstelleinrichtung geführt sein. Die Feststelleinheiten können unterschiedlich ausgeformt sein, sind aber jeweils zum Eingriff in die Verstelleinrichtung ausgeformt, die dazu entsprechend anpasste Eingriffmittel umfasst, beispielsweise ein Loch zum Eingriff eines Stifts als Feststelleinheit. Die verwendeten Federn können dabei gewöhnliche Spiralfedern sein. Das Material des Verriegelungsmechanismus kann bis auf den Draht aus aktivem Material aus gewöhnlichen Metall oder aus Plastik hergestellt sein.
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Dadurch, dass lediglich eine der Feststelleinheiten zum Verriegeln in die Verstelleinrichtung eingreifen muss und die anderen (einige oder alle weiteren) Feststelleinheiten lediglich gleitend aufliegen, können die entsprechenden Mittel zum Verriegeln in der Verstelleinrichtung dichter nebeneinander angeordnet werden, sodass eine Verriegelung schneller erfolgen kann, ohne dass das Verriegelungssystem eine weite Wegstrecke entlang des Verriegelungssystems gleiten muss, bis eines der Feststelleinheiten in das entsprechende Mittel eingreifen kann. Außerdem wird der Abstand dieser Mittel in der Feststelleinheit damit unabhängig vom lateralen Abstand der Feststelleinheiten im Verriegelungssystem. Damit wird ein Totpunkt beim Verriegeln vermindert beziehungsweise nahezu vermieden. Gleichzeitig wird auch die Totzeit beim Entriegeln vermindert, da das Entfernen vom einer Feststelleinheit bei bereits entriegelter zweiter Feststelleinheit schneller vorgenommen werden kann, als wenn sich beide oder alle Feststelleinheiten zur Verriegelung in der Verstelleinheit befinden. Da die entsprechenden Teile lediglich ineinandergreifen müssen, wird zudem eine weitgehend lautlose Mechanik zum Verriegeln und Entriegeln zur Verfügung gestellt. Die geringe Anzahl an benötigten Komponenten und die Vermeidung komplizierter Steuerungselektronik stellt zudem sich, dass das Verriegelungssystem preisgünstig hergestellt werden kann. Durch die elektrische Ansteuerung des Aktuators in Form eines Drahtes aus aktivem Material kann die Bedieneinheit, die die elektrische Ansteuerung initiiert, beispielsweise ein Schalter als Steuerungseinheit, nach dessen Betätigung ein Stromfluss durch den Draht zu dessen Formänderung fließt, entfernt von dem Aktuator angeordnet sein. Beispielsweise kann der entsprechende Schalter an einer für den Benutzer des Verriegelungssystems bzw. der Verstelleinrichtung gut erreichbaren Position angeordnet sein. Sofern das Verriegelungssystem beispielsweise in einem Fahrzeug betrieben wird, könnte ein solcher Schalter, beispielsweise ein Druckschalter, am Armaturenbrett, in der Fahrertür, an der Mittelkonsole oder an einem gut erreichbaren Punkt am Fahrzeugsitz angeordnet sein, sodass der Benutzer weder besonders gelenkig noch kräftig zur Entriegelung des Verriegelungssystems sein muss. Zu betätigende Hebel zum Entrasten oder Entriegeln werden somit vermieden. Das entriegelte Verriegelungssystem kann dann manuell leicht und mit hoher Geschwindigkeit entlang der Verstelleinrichtung, beispielsweise eine Schiene, bewegt werden. Automatische Systeme zum Verfahren des Einrichtungsgegenstands sind entsprechend langsamer
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Das erfindungsgemäße Verriegelungssystem stellt somit einen Verriegelungsmechanismus dar, mit dem eine Verstellung sehr schnell, weitgehend lautlos und mit geringen Totpunkten ausgeführt werden kann und außerdem preisgünstig zur Verfügung gestellt werden kann.
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In einer Ausführungsform ist die Verriegelungs- beziehungsweise Entriegelungsrichtung vertikal zur Bewegungsrichtung des Einrichtungsgegenstands entlang der Verstelleinrichtung ausgerichtet. Damit sind beide Bewegungsrichtungen entkoppelt, was die Totzeit unabhängig von der Bewegungsrichtung entlang der Verstelleinrichtung macht.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die Feststelleinheit als Bolzen, Zapfen oder Stift ausgeführt, der zum Eingriff in eine entsprechend geformte Gleitfläche der Verstelleinrichtung mit entsprechenden Eingriffsmitteln vorgesehen ist. Der Bolzen, Zapfen oder Stift kann eine zur Verstelleinrichtung gerichtete unterschiedlich geformte Stirnseite besitzen. Diese kann dabei flach, kugelförmig oder kegelförmig sein oder eine geeignete Freiform besitzen. Die Verwendung von Bolzen, Zapfen oder Stiften ermöglicht einen einfachen reversiblen Eingriff in entsprechend geformte Eingriffsmittel wie beispielsweise darauf angepasste Vertiefungen oder Löcher in der Gleitschiene und vereinfacht daher das Verriegelungssystem bzw. die Verstelleinrichtung und macht deren Benutzung mehr robust gegen Fehler. Vorzugsweise umfasst die Gleitfläche fast lückenlos die Eingriffsmittel, um die Feststelleinheiten ohne weite Verfahrwege möglichst ohne Verzögerung aufzunehmen, sobald der zweite Zustand des Drahtes erreicht ist.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Halterung eine Führung für jeden Bolzen, Zapfen oder Stift, in der die Bolzen, Zapfen oder Stifte über eine Andruckfeder beweglich zur Auflage auf der Gleitfläche gelagert sind. Somit wird jeder Bolzen, Zapfen oder Stift direkt in die Vertiefung oder Loch der Gleitfläche, beispielsweise eine Gleitschiene, gedrückt, sobald er sich darüber befindet. Sofern sich der Bolzen, Zapfen oder Stift in einem Bereich zwischen den Löchern oder Vertiefungen der Lochschiene befindet, wird dieser auf die Lochschiene gedrückt, damit bei der Verriegelung die Totzeit bis zum Eingriff in die Vertiefung oder das Loch minimiert wird.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die durch die Federn ausgeübte Rückstellkraft so dimensioniert, dass alle Feststelleinheiten nach Anheben der Halterung im ersten verkürzten Zustand des Drahtes gleitend auf der Verstelleinrichtung aufliegen. Damit wird sichergestellt, dass die Totzeit beim Verriegeln des Verriegelungsmechanismus weiter minimiert wird, da die Feststelleinheiten sofort nach Abschalten des ersten Zustands in die Verstelleinrichtung eingreifen können und keinen wirkungslosen Verfahrweg von einem entfernteren Entriegelungsabstand hin zur Verstelleinrichtung durchlaufen müssen.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Aktuatorbasis einen oder mehrere Anschläge für eine Absenkung der Halterung beim Übergang in den zweiten Zustand des Drahtes, sodass die Feststelleinheiten ohne Eingriff in die Verstelleinrichtung mit einem definierten Druck gleitend auf der Verstelleinrichtung aufliegt. Der definierte Druck schafft ortsunabhängig gleiche Bedingungen für die Verriegelung, sodass das Verriegelungssystem gleichförmig in jeder Position relativ zur Verstelleinrichtung wirkt.
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In einer weiteren Ausführungsform sind der Anschlag und die Halterung so ausgeführt, dass die Halterung durch den Anschlag beim Absenken so geführt wird, dass sie relativ zur Verstelleinrichtung beim Aufsetzen auf die Verstelleinrichtung nicht verkippt. Die Verhinderung einer Verkippung führt entlang der Verstelleinrichtung zu ortsunabhängig gleichen Bedingungen beim Verriegeln und damit zu einer zuverlässigen Handhabung.
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In einer weiteren Ausführungsform besitzt der Draht einen Durchmesser kleiner 1mm, bevorzugt kleiner als 100µm, besonders bevorzugt kleiner 10µm. Um schnelle Verriegelungszeiten zu ermöglichen, benötigt man beispielsweise schnelle Erwärmungs- und Abkühlzeiten des Drahtes, daher sollte der Draht möglichst dünn sein. Aufgrund der Führungen von Draht, Halterung und Feststelleinheiten wirken auf den Draht kaum Kräfte, sodass dieser kleine Durchmesser möglich ist.
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In einer weiteren Ausführungsform ist das aktive Material des Drahts eine Formgedächtnislegierung (sogenannte SMA-Materialien) oder ein elektroaktives Polymer. Diese Materialien ändern ihre Form durch Erwärmung und kehren nach Abkühlung zu ihrer ursprünglichen Form vor der Erwärmung zurück. Die Erwärmung kann einerseits durch externe Temperaturzufuhr oder durch Erwärmung aufgrund einer ohmschen Erwärmung mittels einer Strombeaufschlagung erreicht werden. Solche elektrisch steuerbaren Materialien wie beispielsweise Formgedächtnislegierungen eignen sich besonders für solche Verriegelungssysteme, da sie robust und fehlertolerant sind und über die elektrische Ansteuerung einfach zu bedienen ist.
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In einer Ausführungsform umfasst das Verriegelungssystem eine Steuerungseinheit zur elektrischen Ansteuerung des Drahtes zur Einstellung zumindest des ersten und zweiten Zustands des Drahtes, wobei die Steuereinheit dazu mit dem Draht auf geeignete Weise elektrisch verbunden ist. Die Steuerungseinheit ist dabei beispielwese als steuerbare Stromquelle ausgestaltet und elektrisch mit dem Draht verbunden, um ihn beispielsweise mittels eingestellter Strombeaufschlagung definiert zu erwärmen. Die Strombeaufschlagung lässt sich sehr präzise und reproduzierbar steuern und stellt damit ein zuverlässiges Mittel zur definierten Verkürzung und nachfolgender Verlängerung dar. In anderen Ausführungsformen kann die Erwärmung des Drahtes auch über andere Mittel durchgeführt werden. Die Steuereinheit kann beispielsweise als Schalter ausgeführt sein, der für die Steuerung des Stromflusses zur Erwärmung des aktiven Materials mit einer Prozesssteuerung ausgestattet sein kann. Der Schalter kann dabei ein Druckschalter sein, der an einer gut zu erreichenden Position für den Nutzer angeordnet sein kann. Die Verbindung zum Draht kann über konventionelle Stromleitungen ausgeführt sein.
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Die erfindungsgemäße Verstelleinrichtung umfasst mindestens ein Verriegelungssystem zum manuellen Bewegen des Einrichtungsgegenstands entlang der Verstelleinrichtung, wobei das Verriegelungssystem an dem Einrichtungsgegenstand befestigt ist.
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Für die Verstelleinrichtung gelten die bereits voranstehend durch das Verriegelungssystem erzielten Vorteile. Die erfindungsgemäße Verstelleinrichtung stellt somit eine Vorrichtung dar, mit dem eine Verstellung eines Einrichtungsgegenstands sehr schnell, weitgehend lautlos und mit geringen Totpunkten ausgeführt werden kann und außerdem preisgünstig zur Verfügung gestellt werden kann. Hierbei ist die vorliegende Erfindung nicht auf bestimmte Einrichtungsgegenstände oder Umgebungen, in denen nur bestimmte Einrichtungsgegenstände vorkommen, begrenzt. Grundsätzlich kann die vorliegende Erfindung für alle manuell zu verfahrenden Einrichtungsgegenstände angewendet werden, die in ihrer gewünschten Position verriegelt werden sollen, um eine ungewollte Bewegung aus der gewünschten Position heraus zu verhindern. In Anwendungsfeld der vorliegenden Erfindung liegt bei sich bewegenden Umgebungen, wo Einrichtungsgegenstände gegen ein Verrutschen gesichert werden sollen, wie bei Fortbewegungsmitteln beispielsweise Fahrzeuge, Schiffe, Bahnen oder Flugzeuge.
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In einer Ausführungsform ist der Einrichtungsgegenstand dabei ein Sitz, eine Mittelkonsole oder ein Tisch eines Fortbewegungsmittels, vorzugsweise ein Fahrzeug. Bei konventionellen Fahrersitzen, Mittelkonsolen oder Tischen kann eine lineare Bewegung gewünscht sein. Allerdings können auch kreisförmige oder andersartige Verfahrungen wie beispielsweise beim Drehen dieser Einrichtungsgegenstände beispielsweise bei autonom fahrenden Fahrzeugen, wo eine bestimmte Sitz- und Blickrichtung der Insassen nicht mehr durch das Fahren des Fahrzeugs vorgegeben ist, gewünscht sein. Entsprechend können die Gleitschienen ausgestaltet sein.
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Die Verstelleinrichtung umfasst eine Gleitfläche mit Eingriffsmitteln, in die das Verriegelungssystem zum Verriegeln und Entriegeln über mindestens eine der Feststelleinheiten reversibel eingreift. Eine Gleitfläche erlaubt eine schnelle Bewegung des Einrichtungsgegenstands entlang der Verstelleinrichtung, wobei das Material der Gleitfläche und damit dessen Gleiteigenschaften auf das Gewicht des Einrichtungsgegenstands angepasst sein können. Gegebenenfalls kann die Gleitfläche auch mit einem entsprechenden Gleitmittel beaufschlagt sein. Die Anordnung der Eingriffsmittel auf der Gleitfläche kann je nach Anwendung und der Art des zu bewegenden Einrichtungsgegenstands unterschiedlich gestaltet sein. Es können bei wenige diskreten anzufahrenden Positionen wenige Eingriffsmittel vorgesehen sein, bei einer variablen Position können entsprechend viele Eingriffsmittel eine nahezu kontinuierlich verriegelbare Position des Einrichtungsgegenstands ermöglichen.
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Dabei ist die Gleitfläche als Gleitscheibe ausgeführt, die selber entlang einer Scheibenführung rollen kann, wobei mindestens eine der Feststelleinheiten mittels reversiblem Eingriff in die Eingriffsmittel die Rotation der Gleitscheibe stoppt und somit den Einrichtungsgegenstand in der Scheibenführung örtlich fixiert. Die Gleitscheibe stellt ein alternatives Bewegungskonzept für die Verstelleinrichtung, den Einrichtungsgegenstand beziehungsweise für das Verriegelungssystem dar, das bei entsprechenden Geometrien oder Bedürfnissen in einer Umgebung, beispielsweise einem Fahrzeuginnenraum, Vorteile haben kann, insbesondere wenn keine Gleitschiene in einem vom Einrichtungsgegenstand durch die Bewegung freigeräumten Raum verbleiben soll.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst der Einrichtungsgegenstand oder das Verriegelungssystem einen Bewegungssensor, der feststellen kann, ob der Einrichtungsgegenstand noch entlang der Verstelleinrichtung bewegt wird oder in einer gewünschten Position zur Ruhe gekommen ist. Dadurch könnte der Verriegelungsvorgang gezielt automatisch vorgenommen werden, nachdem die Verfahrung des Einrichtungsgegenstands beendet ist. Hierbei könnte eine Verriegelung innerhalb von 0,1 - 0,4 Sekunden nach Erreichen der gewünschten Position initiiert werden.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Fortbewegungsmittel, vorzugsweise ein Fahrzeug umfassend mindestens eine erfindungsgemäße Verstelleinrichtung. Der Begriff „Fortbewegungsmittel“ umfasst dabei Fahrzeuge, Bahnen, Schiffe und Flugzeuge. Der Begriff „Fahrzeug“ umfasst dabei alle Arten von Fahrzeugen, in denen Einrichtungsgegenstände bewegt werden sollen, beispielsweise PKWs, LKWs, Wohnmobile und andere Fahrzeuge, auch Schienen- oder Wasserfahrzeuge.
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Für das Fahrzeug gelten die bereits voranstehend durch das Verriegelungssystem oder die Verstelleinrichtung erzielten Vorteile. Das erfindungsgemäße Fahrzeug stellt somit eine Vorrichtung dar, mit dem eine Verstellung eines Einrichtungsgegenstands sehr schnell, weitgehend lautlos und mit geringen Totpunkten ausgeführt werden kann und außerdem preisgünstig zur Verfügung gestellt werden kann.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Betreiben eines Verriegelungssystems umfassend ein Aktuatorsystem zur Entriegelung oder Verriegelung einer erfindungsgemäßen Verstelleinrichtung zum manuellen Bewegen eines Einrichtungsgegenstands entlang der Verstelleinrichtung, mit einer Steuerungseinheit zur elektrischen Ansteuerung des Drahtes zur Einstellung zumindest eines ersten und zweiten Zustands des Drahtes, wobei die Steuereinheit dazu mit dem Draht auf geeignete Weise verbunden ist, umfassend die Schritte:
- - Entriegeln des Verriegelungssystems mittels elektrischem Ansteuern des Drahts durch die Steuereinrichtung, so dass dieser einen ersten verkürzten Zustand einnimmt und damit die Halterung der Feststelleinheiten so anhebt, dass alle Feststelleinheiten von der Verstelleinrichtung entriegelt sind;
- - Bewegen des Einrichtungsgegenstands in eine gewünschte Position; und
- - Verriegeln des Verriegelungssystems in der gewünschten Position des Einrichtungsgegenstands mittels elektrischem Ansteuern des Drahts durch die Steuereinrichtung, so dass dieser einen zweiten unverkürzten Zustand einnimmt und damit die Halterung so absenkt, dass mindestens eine der Feststelleinheiten in die
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Verstelleinrichtung zur Verriegelung eingreift und mindestens eine andere der Feststelleinheiten ohne Eingriff gleitend auf der Verstelleinrichtung aufliegt.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Verstellung eines Einrichtungsgegenstands sehr schnell, weitgehend lautlos und mit geringen Totpunkten ermöglicht, wobei das Verfahren mit einer preisgünstigen Vorrichtung ausgeführt werden kann.
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In einer Ausführungsform des Verfahren wird beim Schritt des Entriegelns der Draht mit einer ersten Stromstärke beaufschlagt, die so bemessen ist, dass die Entriegelung des Verriegelungssystems in weniger als einer halben Sekunde, vorzugsweise zwischen 0,2 und 0,3 Sekunden, erreicht wird und nach der Entriegelung die erste Stromstärke auf eine zweite Stromstärke kleiner der ersten Stromstärke abgesenkt wird, mit dem der entriegelte Zustand gehalten werden kann. Damit kann eine schnelle Entriegelung vorgenommen werden. Der Entriegelungsstrom würde aber langfristig den Draht beschädigen. Diese Beschädigung wird vermieden, indem nach einer kurzzeitigen hohen Strombeaufschlagung diese auf ein langfristig verträgliches Niveau gesenkt wird, dass ebenfalls eine Entriegelung ermöglicht hätte, allerdings nicht in der spezifizierten kurzen Zeitspanne. Im Falle einer Steuerungseinheit in Form eines Schalters wird in einer Ausführungsform durch eine entsprechend ausgeführte Prozesssteuerung (beispielweise ein entsprechend programmierter Steuerchip im Schalter) verhindert, dass mehrmaliges kurzes Drücken zur Aussendung vieler aufeinander folgender Strompulsen mit für eine Dauerleistung zu hoher Stromstärke und damit zu einer Beschädigung des Drahtes führt.
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In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist eine Zeitdauer der beaufschlagten ersten Stromstärke entweder zeitgesteuert oder wird eine Temperaturbelastung des Drahtes über Messen eines Innenwiderstands gemessen und entsprechend zeitlich begrenzt. Damit wird sichergestellt, dass der Draht nicht beschädigt wird.
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In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens liegt die zweite Stromstärke während der gesamten Bewegung des Einrichtungsgegenstands an und der Schritt des Verriegelns wird ausgeführt, nachdem der Einrichtungsgegenstand zur Ruhe gekommen ist, vorzugsweise durch Messung mittels eines Bewegungssensors. Damit kann eine Verriegelung innerhalb von 0,1 - 0,4 Sekunden nach Erreichen einer Ruheposition mit dem Abkühlen des Drahtes initiiert werden.
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Die voranstehenden Ausführungsformen können dabei zur Lösung der Aufgabe der Erfindung in diversen unterschiedlichen Kombinationen gegebenenfalls auch abweichend von den in den Ansprüchen angegebenen Bezugnahmen miteinander kombiniert werden.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Dort zeigen
- 1: eine Ausführungsform eines Verriegelungssystems in (a) seitlicher Draufsicht und (b) perspektivischer Ansicht;
- 2: eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verstelleinrichtung mit einer Mittelkonsole in (a) einer Draufsicht und (b) in einer Seitenansicht;
- 3: eine andere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verstelleinrichtung mit einer Mittelkonsole in perspektivischer Ansicht;
- 4: eine andere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verstelleinrichtung mit einem Tisch in seitlicher Ansicht;
- 5: eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1 zeigt eine Ausführungsform eines Verriegelungssystems 1 in (a) seitlicher Draufsicht und (b) perspektivischer Ansicht umfassend ein Aktuatorsystem 2 zur Entriegelung oder Verriegelung einer Verstelleinrichtung 100 zum manuellen Bewegen BR eines Einrichtungsgegenstands 10 (hier nicht gezeigt, siehe dazu 2 - 4) entlang der Verstelleinrichtung 100. Das Verriegelungssystem 1 umfasst hier zwei Feststelleinheiten 3, die hier als Bolzen, Zapfen oder Stift ausgeführt sind, zum Eingriff in eine entsprechend geformte Gleitfläche 110 der Verstelleinrichtung 100 mit entsprechenden Eingriffsmitteln 120, hier Löcher. Die Feststelleinheiten 3 sind so zueinander und relativ zur Verstelleinrichtung 100 angeordnet, dass im verriegelten Zustand eine der Feststelleinheiten 3 in die Verstelleinrichtung 100 zur Verriegelung eingreift (hier die rechte), während die andere Feststelleinheit 3 auf der Gleitfläche 110 der Verstelleinrichtung 100 aufliegt. Das Aktuatorsystem 2 umfasst einen Draht 21 aus einem aktiven Material mit einer Dreipunktaufhängung, wobei der Draht 21 in einem ersten und dritten Befestigungspunkt P1, P3 an einer Aktuatorbasis 22 (hier eine vertikale Platte) fixiert ist und beweglich über einen als Umlenkung 41 ausgebildeten zweiten Befestigungspunkt P2 mit einer Halterung 4 für die Feststelleinheiten 3 zum Anheben oder Absenken der Halterung 4 entlang einer Verriegelungs- beziehungsweise Entriegelungsrichtung VER verbunden ist, die vertikal zur Bewegungsrichtung BR des Einrichtungsgegenstands 10 entlang der Verstelleinrichtung 100 ausgerichtet ist. Die Dreipunktaufhängung ist hier als Dreieck mit einem Winkel der jeweiligen Drahtabschnitte rechts und links der zweiten Befestigungspunktes P2 von ungefähr 90 Grad ausgeführt. Dieser Winkel kann beispielsweise zwischen 70 und 110 Grad variieren. Die Halterung 4 ist über zwei Federn 5 in der Aktuatorbasis 22 zur Ausübung einer permanenten Rückstellkraft RK auf die Halterung der Feststelleinheiten 3 gelagert, wobei der Draht 21 mittels einer Steuerungseinheit 6, die mit dem Draht 21 über Stromleitungen 61 verbunden ist, elektrisch so angesteuert wird, dass in einem ersten verkürzten Zustand Z1 der Draht 21 die Halterung 4 so anhebt, dass beide Feststelleinheiten 3 von der Verstelleinrichtung 100 entriegelt sind und in einem zweiten unverkürzten Zustand Z2 der Draht 21 die Halterung 4 so absenkt, dass eine der beiden Feststelleinheiten 3 (hier die rechte) in die Verstelleinrichtung 100 zur Verriegelung eingreift und die andere der Feststelleinheiten 3 (hier die linke) ohne Eingriff gleitend auf der Verstelleinrichtung 100 aufliegt. Die Halterung 4 umfasst dabei eine Führung 42 für jeden Bolzen, Zapfen oder Stift 3, in der die Bolzen, Zapfen oder Stifte 3 über eine Andruckfeder 43 beweglich zur Auflage auf der Gleitfläche 110 gelagert sind. Hierbei ist die durch die Federn 5 ausgeübte Rückstellkraft RK so dimensioniert ist, dass alle Feststelleinheiten 3 nach Anheben der Halterung 4 im ersten verkürzten Zustand Z1 des Drahtes 21 gleitend auf der Verstelleinrichtung 100 aufliegen. Die Aktuatorbasis 22 umfasst hier zwei äußere und einen mittleren Anschlag 22a für eine Absenkung der Halterung 4 beim Übergang in den zweiten Zustand Z2 des Drahtes 21, sodass die Feststelleinheit 3 ohne Eingriff in die Verstelleinrichtung 100 mit einem definierten Druck gleitend auf der Verstelleinrichtung 100 aufliegt. Ferner sind die Anschläge 22a und die Halterung 4 so ausgeführt, dass die Halterung 4 durch den Anschlag 22a beim Absenken so geführt wird, dass sie relativ zur Verstelleinrichtung 100 beim Aufsetzen auf die Verstelleinrichtung 100 nicht verkippt. Der Draht 21 kann dabei einen Durchmesser kleiner 1mm, bevorzugt kleiner als 100µm, besonders bevorzugt kleiner 10µm besitzen. Das aktive Material des Drahts 21 kann eine Formgedächtnislegierung oder ein elektroaktives Polymer sein.
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2 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verstelleinrichtung 100 mit einer Mittelkonsole 10 in (a) einer Draufsicht und (b) in einer Seitenansicht umfassend mindestens ein Verriegelungssystem 1 zum manuellen Bewegen BR des Einrichtungsgegenstands 10, hier die Mittelkonsole eines Fahrzeugs, entlang der Verstelleinrichtung 100, wobei das Verriegelungssystem 1 an dem Einrichtungsgegenstand 10 befestigt ist. Die Verstelleinrichtung 100 umfasst als Gleitfläche 110 eine lineare Gleitschiene 100a mit Eingriffsmitteln 120, in die das Verriegelungssystem 1 zum Verriegeln und Entriegeln über mindestens eine der Feststelleinheiten 3 (hier nicht explizit gezeigt, siehe 1) reversibel eingreift.
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3 zeigt eine andere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verstelleinrichtung 100 mit einer Mittelkonsole 10 als Einrichtungsgegenstand 10 in perspektivischer Ansicht. Im Gegensatz zu 2 ist hier die Gleitfläche 110 der Verstelleinrichtung 100 als Gleitscheibe 110b ausgeführt, die selber entlang einer Scheibenführung 130 rollen kann, wobei mindestens eine der Feststelleinheiten 3 mittels reversiblem Eingriff in die Eingriffsmittel 120 die Rotation der Gleitscheibe stoppt und somit den Einrichtungsgegenstand 10 in der Scheibenführung 130 örtlich fixiert. Die Mittelkonsole 10 ist hier in einem Fortbewegungsmittel 200, vorzugsweise in einem Fahrzeug 200 angeordnet.
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4 zeigt eine andere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verstelleinrichtung 100 mit einem Tisch 10 als Einrichtungsgegenstand 10 in seitlicher Ansicht. Die Verstelleinrichtung 100 entspricht derjenigen gezeigt in 3, nur, dass hier der Einrichtungsgegenstand 10 ein Tisch ist. Das Verriegelungssystem 1 umfasst des Weiteren eine Steuerungseinheit 6 in Form eines unter der Tischplatte angeordneten Schalters 6 zur elektrischen Ansteuerung des Drahtes 21 zur Einstellung zumindest des ersten und zweiten Zustands Z1, Z2 des Drahtes 21, wobei die Steuereinheit 6 dazu über Stromleitungen (hier nicht explizit gezeigt) mit dem Draht 21 des Verriegelungssystems 1 auf geeignete Weise elektrisch verbunden ist. Zusätzlich umfasst der Einrichtungsgegenstand 10 einen Bewegungssensor 140, der feststellen kann, ob der Einrichtungsgegenstand 10 noch entlang der Verstelleinrichtung 100 bewegt wird oder in einer gewünschten Position zur Ruhe gekommen ist. Ist die Ruheposition erreicht, wird über ein entsprechendes Signal vom Bewegungssensor 140 das Verriegelungssystem 1 so angesteuert, dass der Draht 21 zur Verriegelung in den zweiten Zustand Z2 übergeht.
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5 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens 300 zum Betreiben eines Verriegelungssystems 1 umfassend ein Aktuatorsystem 2 zur Entriegelung oder Verriegelung einer erfindungsgemäßen Verstelleinrichtung 100 zum manuellen Bewegen BR eines Einrichtungsgegenstands 10 entlang der Verstelleinrichtung 100 mit einer Steuerungseinheit 6 zur elektrischen Ansteuerung des Drahtes 21 zur Einstellung zumindest eines ersten und zweiten Zustands Z1, Z2 des Drahtes 21, wobei die Steuereinheit 6 dazu mit dem Draht 21 auf geeignete Weise verbunden ist, umfassend die Schritte des Entriegelns 310 des Verriegelungssystems 1 mittels elektrischem Ansteuern des Drahts 21 durch die Steuereinrichtung 6, so dass dieser einen ersten verkürzten Zustand Z1 einnimmt und damit die Halterung 4 der Feststelleinheiten so anhebt, dass alle Feststelleinheiten 3 von der Verstelleinrichtung 100 entriegelt sind; des Bewegens 320 des Einrichtungsgegenstands 10 in eine gewünschte Position; und des Verriegelns 330 des Verriegelungssystems 1 in der gewünschten Position des Einrichtungsgegenstands 10 mittels elektrischem Ansteuern des Drahts 21 durch die Steuereinrichtung 6, so dass dieser einen zweiten unverkürzten Zustand Z2 einnimmt und damit die Halterung 4 so absenkt, dass mindestens eine der Feststelleinheiten 3 in die Verstelleinrichtung 100 zur Verriegelung eingreift und mindestens eine andere der Feststelleinheiten 3 ohne Eingriff gleitend auf der Verstelleinrichtung 100 aufliegt. Hierbei wird beim Schritt des Entriegelns 310 der Draht 21 mit einer ersten Stromstärke beaufschlagt, die so bemessen ist, dass die Entriegelung des Verriegelungssystems 1 in weniger als einer halben Sekunde, vorzugsweise zwischen 0,2 und 0,3 Sekunden, erreicht wird und nach der Entriegelung 310 wird die erste Stromstärke auf eine zweite Stromstärke kleiner der ersten Stromstärke abgesenkt, mit dem der entriegelte Zustand gehalten werden kann. Hierbei ist die Zeitdauer der beaufschlagten ersten Stromstärke entweder zeitgesteuert oder die Temperaturbelastung des Drahtes 21 wird über Messen eines Innenwiderstands gemessen und entsprechend zeitlich begrenzt. Hierbei liegt die zweite Stromstärke während der gesamten Bewegung 320 des Einrichtungsgegenstands 10 an und der Schritt des Verriegelns 330 wird ausgeführt, nachdem der Einrichtungsgegenstand 10 zur Ruhe gekommen ist, vorzugsweise durch Messung mittels eines Bewegungssensors 140.
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Die in den Ansprüchen offenbarten Merkmale, die Spezifikation und die Zeichnungen können für verschiedene Ausführungsformen der beanspruchten Erfindung wesentlich sein, sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Verriegelungssystem
- 2
- Aktuatorsystem
- 21
- Draht aus aktiven Material (SMA-Draht)
- 22
- Aktuatorbasis
- 22a
- Anschlag der Aktuatorbasis
- 3
- Feststelleinheit
- 4
- Halterung
- 41
- Umlenkung für den Draht 21
- 42
- Führung für die Feststelleinheit (z.B. Bolzen, Zapfen oder Stift)
- 43
- Andruckfeder
- 5
- Federn
- 6
- elektrische Steuerungseinheit
- 61
- Stromleitung
- 10
- Einrichtungsgegenstand
- 100
- Verstelleinrichtung
- 110
- Gleitfläche
- 110a
- Gleitschiene
- 110b
- Gleitscheibe
- 120
- Eingriffsmittel
- 130
- Scheibenführung
- 200
- Fortbewegungsmittel, beispielsweise ein Fahrzeug
- 300
- Verfahren zum Betreiben eines Verriegelungssystems
- 310
- Entriegeln des Verriegelungssystems
- 320
- Bewegen des Einrichtungsgegenstands
- 330
- Verriegeln des Verriegelungssystems
- BR
- Bewegungsrichtung, in der das Verriegelungssystem relativ zur Verstelleinrichtung im entriegelten Zustand bewegt wird
- P1, P3
- fixe Befestigungspunkte
- P2
- als Umlenkung ausgebildeter Befestigungspunkt
- RK
- Rückstellkraft auf die Halterung für die Feststelleinheiten
- VER
- Verriegelungs- bzw. Entriegelungsrichtung der Feststelleinheiten
- Z1
- erster Zustand des Drahtes
- Z2
- zweiter Zustand des Drahtes
