DE102021113718A1

DE102021113718A1 - Lasttragende Vorrichtung mit variabler Versteifung mit einer Elektrodenstruktur

Info

Publication number: DE102021113718A1
Application number: DE102021113718.7A
Authority: DE
Inventors: Michael P. Rowe; Shardul S. Panwar
Original assignee: Toyota Motor Engineering and Manufacturing North America Inc; Toyota Engineering and Manufacturing North America Inc
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2020-06-03
Filing date: 2021-05-27
Publication date: 2021-12-09
Also published as: US20220140752A1; US11258375B2; CN113755668A; US11677336B2; US20210384846A1; JP2021193873A

Abstract

Vorgesehen ist eine Vorrichtung mit variabler Versteifung mit einer ersten Elektrodenstruktur und einer zweiten Elektrodenstruktur. Die erste Elektrodenstruktur umfasst eine Elektrodenerstreckung, welche sich in eine Kavität erstreckt, die zwischen einer Elektrode der ersten Elektrodenstruktur und einer gegenüberliegenden Elektrode der zweiten Elektrodenstruktur definiert ist. Die erste und die zweite Elektrodenstruktur können durch Anlegen einer Spannung an diese in einem lasttragenden Zustand angeordnet werden, um die Elektrode elektrostatisch an die gegenüberliegende Elektrode anzuziehen, um innerhalb der Kavität auf die Elektrodenerstreckung zu drücken. Eine Reibung zwischen der Elektrodenerstreckung und Eingriffsflächen, welche die Kavität definieren, verhindert, dass die Elektrodenerstreckung innerhalb der Kavität gleitet bzw. verrutscht, wodurch eine Strukturbeziehung zwischen den Komponenten der ersten und der zweiten Elektrodenstruktur im Ansprechen auf ein Aufbringen einer Last auf die Vorrichtung mit variabler Versteifung aufrechterhalten wird.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Spezifikation betrifft im Allgemeinen Vorrichtungen mit variabler Versteifung, und insbesondere Vorrichtungen mit variabler Versteifung, welche Elektrodenstrukturen umfassen, die Elektrodenerstreckungen komprimieren, um eine Gestalt einer sich wandelnden Struktur beizubehalten.
Hintergrund
Derzeitige Vorrichtungen mit variabler Versteifung verwenden eine Vielzahl von Technologien, um eine Vorrichtung bereitzustellen, die zwischen einem weniger steifen Zustand und einem steiferen Zustand angesteuert bzw. betätigt werden kann. Diese Vorrichtungen mit variabler Versteifung arbeiten auf der Grundlage eines externen Stimulus, wie beispielsweise einer Temperaturänderung oder einer Druckänderung. Einige beispielhafte Vorrichtungen mit variabler Versteifung verwenden ein externes Vakuum, um Schichten einer Vorrichtung zusammenzudrücken, um die Vorrichtung in einen steiferen Zustand zu versetzen. Ein externes Vakuum erfordert jedoch eine sperrige Ausrüstung und arbeitet mit einem geringen Wirkungsgrad.
Entsprechend besteht Bedarf an verbesserten Vorrichtungen mit variabler Versteifung, welche einen niedrigen Querschnitt aufweisen und nach Bedarf arbeiten.
Kurzfassung
In einer Ausführungsform umfasst eine Vorrichtung mit variabler Versteifung eine erste Elektrodenstruktur mit einer ersten Trägerstruktur und einer ersten Mehrzahl von Elektroden, die sich von der ersten Trägerstruktur erstrecken, wobei die erste Mehrzahl von Elektroden eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode umfasst, wobei die erste Elektrodenstruktur ferner eine erste Elektrodenerstreckung aufweist, welche sich von der zweiten Elektrode erstreckt. Die Vorrichtung mit variabler Versteifung umfasst außerdem eine zweite Elektrodenstruktur mit einer zweiten Trägerstruktur und einer zweiten Mehrzahl von Elektroden, die sich von der zweiten Trägerstruktur erstrecken, wobei die zweite Mehrzahl von Elektroden eine erste gegenüberliegende Elektrode umfasst, welche der ersten Elektrode gegenüberliegt, um zwischen Eingriffsflächen der ersten Elektrode und der ersten gegenüberliegenden Elektrode eine Kavität auszubilden. Die erste Elektrodenerstreckung erstreckt sich von der zweiten Elektrode in die durch die erste Elektrode und die erste gegenüberliegende Elektrode ausgebildete Kavität, so dass, wenn eine Spannung an die erste und die zweite Elektrodenstruktur angelegt wird, die erste Elektrodenerstreckung zwischen der ersten Elektrode und der ersten gegenüberliegenden Elektrode eingeklemmt wird, so dass die erste Elektrodenerstreckung über die Eingriffsflächen innerhalb der Kavität gehalten wird, um eine Strukturbeziehung zwischen der ersten und der zweiten Elektrode zum Tragen der ersten Trägerstruktur aufrechtzuerhalten.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst eine Vorrichtung mit variabler Versteifung eine Mehrzahl von Elektrodenpaaren, die sich von einer Trägerstruktur erstrecken, wobei jedes der Elektrodenpaare eine Elektrode, welche mit der Trägerstruktur rotierbar gekoppelt ist, eine gegenüberliegende Elektrode und eine zwischen Eingriffsflächen der Elektrode und der gegenüberliegenden Elektrode definierte Kavität aufweist. Die Vorrichtung mit variabler Versteifung umfasst ferner eine Mehrzahl von Elektrodenerstreckungen, wobei jede Elektrodenerstreckung ein an einer ersten Elektrode eines der Mehrzahl von Elektrodenpaaren angebrachtes erstes Ende und ein freies Ende, welches in der Nähe eines benachbarten der Mehrzahl von Elektrodenpaaren angeordnet ist, aufweist. Das freie Ende jeder Elektrodenerstreckung ist in die Kavität eingeführt, welche durch das benachbarte aus der Mehrzahl von Elektrodenpaaren definiert ist. Die Vorrichtung mit variabler Versteifung umfasst ferner eine Spannungsquelle, welche mit jedem aus der Mehrzahl von Elektrodenpaaren gekoppelt ist. Wenn bei jedem der Elektrodenpaaren eine über die Spannungsquelle zugeführte Spannungsdifferenz vorliegt, ist jede Elektrodenerstreckung in der durch die Eingriffsflächen des benachbarten aus der Mehrzahl von Elektrodenpaaren definierten Kavität eingeklemmt, und die Elektrodenerstreckung wird durch die Eingriffsflächen in der Kavität gehalten, um eine Strukturbeziehung zwischen der Mehrzahl von Elektrodenpaaren aufrechtzuerhalten, um die Trägerstruktur in einem lasttragenden Zustand zu tragen.
In einer noch weiteren Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Ansteuern bzw. Betätigen einer Vorrichtung mit variabler Versteifung ein Einführen einer Elektrodenerstreckung einer mit einer Trägerstruktur gekoppelten ersten Elektrode in eine Kavität, welche zwischen zwei Eingriffsflächen eines mit der Trägerstruktur gekoppelten Elektrodenpaares definiert ist. Das Verfahren umfasst außerdem ein Erzeugen einer Spannung unter Verwendung einer Spannungsquelle, welche mit dem Elektrodenpaar elektrisch gekoppelt ist. Das Verfahren umfasst außerdem ein Anlegen einer durch die Spannungsquelle erzeugten Spannung an das Elektrodenpaar, wodurch Elektroden des Elektrodenpaares elektrostatisch zusammengezogen werden, so dass eine Position der Elektrodenerstreckung in der Kavität über einen Kontakt zwischen der Elektrodenerstreckung und den Eingriffsflächen aufrechterhalten wird, um eine Strukturbeziehung zwischen der ersten Elektrode und dem Elektrodenpaar aufrechtzuerhalten, um die Trägerstruktur in einer lasttragenden Position zu halten.
Diese und weitere Merkmale, welche durch die hierin beschriebenen Ausführungsformen bereitgestellt sind, werden mit Blick auf die folgende, detaillierte Beschreibung in Zusammenhang mit den Abbildungen ersichtlicher.
Figurenliste
Die in den Abbildungen dargestellten Ausführungsformen sind illustrativ und grundsätzlich beispielhaft und sind nicht dazu bestimmt, den durch die Ansprüche definierten Gegenstand zu beschränken. Die folgende detaillierte Beschreibung der illustrativen Ausführungsformen ist verständlich, wenn diese in Verbindung mit den folgenden Abbildungen gelesen wird, wobei gleiche Strukturen mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind, und wobei:

1A eine Explosionsansicht einer Vorrichtung mit variabler Versteifung gemäß einer oder mehreren hierin gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen darstellt;
1B eine Draufsicht auf die in 1A dargestellte Vorrichtung mit variabler Versteifung in einem nicht-lasttragenden Zustand gemäß einer oder mehreren der hierin gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen darstellt;
1C eine Schnittansicht von Elektrodenstrukturen der Vorrichtung mit variabler Versteifung durch die in 1B dargestellte Linie I-I gemäß einer oder mehreren der hierin gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen schematisch darstellt;
2 eine perspektivische Ansicht der in 1A dargestellten Vorrichtung mit variabler Versteifung in einem lasttragenden Zustand gemäß einer oder mehreren der hierin beschriebenen Ausführungsformen darstellt; und
3 eine Schnittansicht von Elektrodenstrukturen der Vorrichtung mit variabler Versteifung durch die in 1B dargestellte Linie III-III gemäß einer oder mehreren der hierin beschriebenen Ausführungsformen darstellt.

Detaillierte Beschreibung
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung, die sich allgemein auf die Abbildungen beziehen, sind auf Vorrichtungen mit variabler Versteifung gerichtet, welche zwischen einem nicht-lasttragenden Zustand und einem lasttragenden Zustand konfigurierbar sind, indem Elektrodenerstreckungen in zwischen Elektrodenstrukturen definierte Kavitäten bzw. Hohlräume eingeführt werden und eine Spannung an die Elektrodenstrukturen angelegt wird, um die Elektrodenerstreckungen innerhalb der Kavitäten einzuklemmen. In Ausführungsformen besitzen Elektroden jeder der Elektrodenstrukturen gegenüberliegende Eingriffsflächen, welche die Kavitäten definieren, wobei jede Eingriffsfläche ein Haft- bzw. Halteelement besitzt, welches mit einer in die Kavität eingeführten Elektrodenerstreckung in Eingriff kommt, wenn die Spannung angelegt wird. Eine Reibung zwischen den Elektrodenerstreckungen und den Haftelementen, welche in die Elektrodenerstreckungen eingreifen, hält eine Strukturbeziehung zwischen den Elektroden unter Verwendung einer Scherkraft bei den Elektrodenerstreckungen aufrecht, um die Vorrichtung mit variabler Versteifung in dem lasttragenden Zustand zu halten.
Indem nun auf die 1A, 1B und 1C Bezug genommen wird, wird eine Vorrichtung 100 mit variabler Versteifung schematisch dargestellt. Die Vorrichtung 100 mit variabler Versteifung umfasst eine erste Elektrodenstruktur 102 und eine zweite Elektrodenstruktur 104. Wie in 1C dargestellt, ist in Ausführungsformen die erste Elektrodenstruktur 102 auf der zweiten Elektrodenstruktur 104 angeordnet und steht mit dieser in Kontakt. In Ausführungsformen sind die erste Elektrodenstruktur 102 und die zweite Elektrodenstruktur 104 ähnlich groß, so dass die erste Elektrodenstruktur 102 die zweite Elektrodenstruktur 104 vollständig bedeckt, wenn die erste Elektrodenstruktur 102 auf der zweiten Elektrodenstruktur 104 angeordnet und zu dieser ausgerichtet ist.
Wie in den 1A und 1B dargestellt, umfasst die erste Elektrodenstruktur 102 eine Mehrzahl von Elektroden 108, 110, 112 und 114, welche sich von einer ersten Trägerstruktur 106 erstrecken. Die zweite Elektrodenstruktur 104 umfasst eine Mehrzahl von gegenüberliegenden Elektroden 140, 142, 144 und 146, welche sich von einer zweiten Trägerstruktur 138 erstrecken. In Ausführungsformen sind die Mehrzahl von Elektroden 110, 112, 114 und 116 relativ zu der ersten Trägerstruktur 106 beweglich. Beispielsweise ist die Elektrode 110, wie in 1C dargestellt, über eine flexible Verbindung 178, welche eine größere Flexibilität als die erste Trägerstruktur 106 und die Elektrode 110 aufweist, mit der ersten Trägerstruktur 106 verbunden. In Ausführungsformen ist die flexible Verbindung 178 aus einer Materialschicht (beispielsweise der hierin mit Bezug auf 3 beschriebenen Strukturschicht 310) aufgebaut, die sich über die gesamte erste Elektrodenstruktur 102 erstreckt. Beispielsweise kann in Ausführungsformen die flexible Verbindung 178 durch eine Laserstrukturierung oder Abtragen der Materialschicht, so dass eine Dicke der Materialschicht innerhalb der flexiblen Verbindung 178 im Vergleich zum Rest der ersten Elektrodenstruktur 102 reduziert ist, ausgebildet werden, um Flexibilität an der flexiblen Verbindung 178 bereitzustellen, um eine Bewegung der ersten Elektrodenstruktur 102 von einem nicht-lasttragenden Zustand in einen lasttragenden Zustand zu erleichtern, wie hierin beschrieben. Es ist erkennbar, dass die erste, dritte und vierte Elektrode 108, 112 und 114 über flexible Verbindungen, die der flexiblen Verbindung 178 ähnlich sind, mit der ersten Trägerstruktur 106 verbunden sein können.
In Ausführungsformen sind die Mehrzahl von gegenüberliegenden Elektroden 140, 142, 144 und 146 auch relativ zur zweiten Trägerstruktur 138 beweglich. In verschiedenen Ausführungsformen weist die zweite Elektrodenstruktur 104 eine ähnliche Querschnittsschichtstruktur auf, wie hierin mit Bezug auf die erste Elektrodenstruktur 102 beschrieben. Beispielsweise ist die zweite Elektrode 142, wie in 1C dargestellt, mit der zweiten Trägerstruktur 138 über eine flexible Verbindung 176 verbunden, welche hinsichtlich der Struktur der hierin beschriebenen flexiblen Verbindung 178 ähnlich sein kann. Es ist erkennbar, dass die gegenüberliegenden Elektroden 140, 144 und 146 über flexible Verbindungen, die der flexiblen Verbindung 176 ähnlich sind, mit der zweiten Trägerstruktur 138 verbunden sein können. Die flexiblen Verbindungen 176 und 178, welche die Elektroden der ersten und zweiten Elektrodenstrukturen 102 und 104 mit den ersten und zweiten Trägerstrukturen 106 und 138 verbinden, ermöglichen in vorteilhafter Weise, dass die ersten und zweiten Elektrodenstrukturen 102 und 104 von einem nicht-lasttragenden Zustand in einen lasttragenden Zustand bewegt werden.
1A stellt eine Explosionsansicht der ersten Elektrodenstruktur 102 und der zweiten Elektrodenstruktur 104 in einem nicht-lasttragenden Zustand dar. In der dargestellten Ausführungsform sind die erste Trägerstruktur 106 und die zweite Trägerstruktur 138 ebene Platten (die sich beispielsweise in der in 1A dargestellten X-Y-Ebene erstrecken). Wenn sich die erste Elektrodenstruktur 102 in einem nicht-lasttragenden Zustand befindet, sind die erste, zweite, dritte und vierte Elektrode 108, 110, 112 und 114 komplanar zu der ersten Trägerstruktur 106 (oder erstrecken sich parallel zur ersten Trägerstruktur 106). Wenn sich die zweite Elektrodenstruktur 104 in einem nicht-lasttragenden Zustand befindet, sind die erste, zweite, dritte und vierte gegenüberliegende Elektrode 140, 142, 144 und 146 komplanar zu der zweiten Trägerstruktur 138. In Ausführungsformen erstrecken sich die erste und die zweite Elektrodenstruktur 102 und 104 parallel zueinander, wenn sich die erste und die zweite Elektrodenstruktur 102 und 104 in einem nicht-lasttragenden Zustand befinden.
Um in Ausführungsformen die erste und die zweite Elektrodenstruktur 102 und 104 in einen lasttragenden Zustand zu versetzen, werden die Mehrzahl von Elektroden 108, 110, 112 und 114 (beispielsweise durch Falten der mit Bezug auf 1C beschriebenen flexiblen Verbindungen 178) in einer Abwärtsrichtung (beispielsweise der in 1A dargestellten -Z-Richtung) relativ zu der ersten Elektrodenstruktur 106 bewegt, so dass die Mehrzahl von Elektroden 108, 110, 112 und 114 nicht länger komplanar zur ersten Elektrodenstruktur 106 sind, sondern sich vielmehr mit einem Winkel θ zur ersten Elektrodenstruktur 106 erstrecken (siehe Fig. IC). Die Mehrzahl von gegenüberliegenden Elektroden 140, 142, 144 und 146 kann in ähnlicher Weise relativ zur zweiten Trägerstruktur 1383 bewegt werden. Mit anderen Worten, die Elektroden der ersten und zweiten Elektrodenstruktur 102 und 104 werden übereinstimmend relativ zu der ersten und der zweiten Trägerstruktur 106 und 138 bewegt. In der dargestellten Ausführungsform besitzen die Elektroden 108, 110, 112, 140, 142, 144 und 146 der ersten und zweiten Elektrodenstruktur 102 und 104 jeweils die gleiche Gestalt und sind in ähnlicher Weise relativ zu der ersten und zweiten Trägerstruktur 106 und 138 angeordnet. Eine solche Struktur stellt vorteilhaft eine gleichmäßige Lastverteilung und eine ausgewogene Struktur bereit, obwohl verschiedene alternative Ausführungsformen, bei denen die Elektroden 108, 110, 112, 140, 142, 144 und 146 unterschiedliche Größen und Erstreckungsrichtungen besitzen können, ebenfalls denkbar sind.
In Ausführungsformen sind die erste und die zweite Trägerstruktur 106 und 138 jeweils parallelogrammförmig (beispielsweise quadratisch), und die Elektroden 108, 110, 112, 140, 142, 144 und 146 der ersten und der zweiten Elektrodenstruktur 102 und 104 sind jeweils mit einem Rand der ersten Trägerstruktur 106 oder einem Rand der zweiten Trägerstruktur 138 verbunden und erstrecken sich davon. In Ausführungsformen besitzen die Elektroden 108, 110, 112 und 114 jeweils die gleichen Abmessungen (beispielsweise Länge und Breite) wie die erste Trägerstruktur 106, und die Elektroden 140, 142, 144 und 146 besitzen jeweils die gleichen Abmessungen wie die zweite Trägerstruktur 138. Bei einer solchen Dimensionierung können die erste und die zweite Elektrodenstruktur 102 und 104 zu einem im Wesentlichen würfelförmigen, lasttragenden Zustand gefaltet werden, wie mit Bezug auf 2 beschrieben. Es sollte erkannt werden, dass für die erste und die zweite Elektrodenstruktur 102 und 104 verschiedene alternative Dimensionsstrukturen denkbar sind. Beispielsweise kann in Ausführungsformen die Elektrode 110 anders dimensioniert sein als die Elektrode 112, so dass die erste Trägerstruktur 106 geneigt ist, wenn diese in einen lasttragenden Zustand versetzt ist. Es ist erkennbar, dass Abmessungen der Elektroden auf die Anwendung zugeschnitten werden können, die eine bestimmte Ausrichtung für die erste Trägerstruktur 106 erfordert.
Wie in 1A dargestellt, umfasst die erste Elektrodenstruktur 102 eine erste Elektrodenerstreckung 116, eine zweite Elektrodenerstreckung 118, eine dritte Elektrodenerstreckung 120 und eine vierte Elektrodenerstreckung 122. In Ausführungsformen sind die erste, zweite, dritte und vierte Elektrodenerstreckung 116, 118, 120 und 122 aus einer Materialschicht aufgebaut, welche sich auch durch die Mehrzahl von Elektroden 108, 110, 112 und 114 erstreckt (beispielsweise die hierin mit Bezug auf 3 beschriebene Elektrodenschicht 308). In Ausführungsformen umfasst jede der ersten, zweiten, dritten und vierten Elektrodenerstreckung 116, 118, 120 und 122 ein erstes Ende, das sich direkt von einer der Mehrzahl von Elektroden 108, 110, 112 und 114 erstreckt, und ein freies Ende, das in der Nähe einer benachbarten der Mehrzahl von Elektroden 108, 110, 112 und 114 angeordnet ist. Beispielsweise umfasst die erste Elektrodenerstreckung 116 ein erstes Ende 124, das sich von der Elektrode 108 erstreckt (beispielsweise erstreckt sich die Elektrodenschicht kontinuierlich von der Elektrode 108 in die erste Elektrodenerstreckung 116), und ein freies Ende 123, das in der Nähe bzw. benachbart zu der Elektrode 110 angeordnet ist. Das freie Ende 123 ist nicht direkt an der Elektrode 110 angebracht, sondern ist vielmehr mit Bezug auf die Elektrode 110 beweglich. Die zweite Elektrodenerstreckung 118 umfasst ein erstes Ende 128, das sich von der zweiten Elektrode 110 erstreckt, und ein freies Ende 126, das in der Nähe der Elektrode 112 angeordnet ist. Die dritte Elektrodenerstreckung 120 umfasst ein erstes Ende 132, das sich von der Elektrode 112 erstreckt, und ein freies Ende 130, das in der Nähe der Elektrode 114 angeordnet ist. Die vierte Elektrodenerstreckung 122 umfasst ein erstes Ende 136, das sich von der Elektrode 114 erstreckt, und ein freies Ende 134, das in der Nähe der Elektrode 108 angeordnet ist.
Die ersten, zweiten, dritten und vierten Elektrodenerstreckungen 116, 118, 120 und 122 umfassen die freien Enden 123, 126, 130 und 134, welche relativ zu der ersten Elektrodenstruktur 102 beweglich sind, um ein Anpassen der Vorrichtung 100 mit variabler Versteifung von dem in 1A dargestellten nicht-lasttragenden Zustand zu einem lasttragenden Zustand zu erleichtern. Wie in den 1A und 1B dargestellt, können die erste und die zweite Elektrodenstruktur 102 und 104 relativ zueinander so angeordnet sein, dass die Mehrzahl von Elektroden 108, 110, 112 und 114 relativ zu der Mehrzahl von gegenüberliegenden Elektroden 140, 142, 144 und 146 ausgerichtet sind. So kann die Elektrode 108 auf der gegenüberliegenden Elektrode 140 angeordnet sein und mit dieser überlappen, um eine erste Kavität 152 zu bilden, die Elektrode 110 kann auf der gegenüberliegenden Elektrode 142 angeordnet sein und mit dieser überlappen, um eine zweite Kavität 154 zu bilden, die Elektrode 112 kann auf der gegenüberliegenden Elektrode 144 angeordnet sein und mit dieser überlappen, um eine dritte Kavität 156 zu bilden, und die Elektrode 114 kann auf der gegenüberliegenden Elektrode 146 angeordnet sein und mit dieser überlappen, um eine vierte Kavität 158 zu bilden. In Ausführungsformen werden, wenn die Mehrzahl von Elektroden 108, 110, 112 und 114 und die Mehrzahl von gegenüberliegenden Elektroden 140, 142, 144 und 146 relativ zu den ersten und zweiten Trägerstrukturen 106 und 138 bewegt werden, um die Vorrichtung 100 mit variabler Versteifung in den lasttragenden Zustand zu versetzen, jede der ersten, zweiten, dritten und vierten Elektrodenerstreckungen 116, 118, 120 und 122 in eine der ersten, zweiten, dritten und vierten Kavitäten 152, 154, 156 und 158 eingeführt.
Beispielsweise wird, wie in 1C dargestellt, wenn die Elektrode 110 an der flexiblen Verbindung 178 gefaltet wird, so dass sich die Elektrode 110 mit einem Winkel θ relativ zur ersten Trägerstruktur 106 erstreckt, die erste Elektrodenerstreckung 116 in die zweite Kavität 154 eingeführt, welche zwischen der Elektrode 110 und der gegenüberliegenden Elektrode 142 ausgebildet ist. Die zweite Kavität 154 ist zwischen einer Eingriffsfläche 166 der gegenüberliegenden Elektrode 142 und einer Eingriffsfläche 168 der Elektrode 110 ausgebildet. Wenn die Elektrode 110 und die gegenüberliegende Elektrode 142 um die flexiblen Verbindungen 178 und 176 gefaltet werden, bewegt sich das freie Ende 123 der Elektrodenerstreckung 116 durch die zweite Kavität 154. In Anbetracht dessen bestimmt der Betrag, um den die Elektrode 110 und die gegenüberliegende Elektrode 142 bewegt werden (beispielsweise der Wert des Winkels 0), das Ausmaß, in dem die Elektrodenerstreckung 116 innerhalb der zweiten Kavität 154 angeordnet ist. Wie in 1A dargestellt, ist die Elektrodenerstreckung 116 ein bogenförmiger Streifen, der sich im Wesentlichen über den gesamten Abstand zwischen der Elektrode 108 und der Elektrode 110 erstreckt. Durch die Gestaltung der Elektrodenerstreckung 116 als ein bogenförmiger Streifen bzw. eine Lasche wird in vorteilhafter Weise vermieden, dass die Elektrodenerstreckung 116 aus der zweiten Kavität 154 herausragt, wenn die Vorrichtung 100 mit variabler Versteifung in einen lasttragenden Zustand versetzt ist. Darüber hinaus maximiert die Länge der Elektrodenerstreckung 116 (die sich beispielsweise über die gesamte Länge zwischen der Elektrode 108 und der Elektrode 110 erstreckt) in vorteilhafter Weise den Anteil der Elektrodenerstreckung 116, der sich in die zweite Kavität 154 erstreckt, wodurch die Kontaktfläche zwischen der Elektrodenerstreckung 116 und den Eingriffsflächen 166 und 168 maximiert wird.
Es sollte erkannt werden, dass alternative Konfigurationen für die Elektrodenerstreckung 116 denkbar sind. Beispielsweise können in Ausführungsformen die erste, zweite, dritte und vierte Elektrodenerstreckung 116, 118, 120 und 122 nicht als ein bogenförmiger Streifen gestaltet sein. Beispielsweise können in Ausführungsformen die ersten, zweiten, dritten und vierten Elektrodenerstreckungen 116, 118, 120 und 122 im Wesentlichen gerade lineare Segmente aufweisen, die sich von einer ersten der Mehrzahl von Elektroden 108, 110, 112 und 114 zu einer benachbarten der Mehrzahl von Elektroden 108, 110, 112 und 114 erstrecken. In Ausführungsformen können sich die ersten, zweiten, dritten und vierten Elektrodenerstreckungen 116, 118, 120 und 122 drehen oder eine Richtung ändern, wenn sich diese zwischen der Mehrzahl von Elektroden 108, 110, 112 und 114 erstrecken. In Ausführungsformen kann sich jede der ersten, zweiten, dritten und vierten Elektrodenerstreckungen 116, 118, 120 und 122 nicht über den gesamten Abstand zwischen einem Paar der Mehrzahl von Elektroden 108, 110, 112 und 114 erstrecken, sondem nur über einen Teil des Abstands zwischen dem Paar. Jede Größe oder Gestalt der ersten, zweiten, dritten und vierten Elektrodenerstreckungen 116, 118, 120 und 122, welche mit dem Einführen der Elektrodenerstreckungen in die durch die Elektroden und die gegenüberliegenden Elektroden der ersten und zweiten Elektrodenstrukturen 102 und 104 ausgebildeten Kavitäten vereinbar ist, kann in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung verwendet werden.
Wie in 1C dargestellt, umfasst die Eingriffsfläche 166 der gegenüberliegenden Elektrode 142 ein Haftelement 172, und die Eingriffsfläche 168 der Elektrode 110 umfasst ein Haftelement 174. In Ausführungsformen können die erste Elektrodenstruktur 102 und die zweite Elektrodenstruktur 104 jeweils an einer (nicht dargestellten) Spannungsquelle angebracht sein, so dass die erste und die zweite Elektrodenstruktur 102 und 104 eine Spannung mit entgegengesetzter Polarität aufnehmen. Die entgegengesetzte Polarität zieht die Elektrode 110 und die gegenüberliegende Elektrode 142 elektrostatisch an, so dass die Eingriffsflächen 166 und 168 gegen die erste Elektrodenerstreckung 116 innerhalb der zweiten Kavität 154 drücken. Die Haftelemente 172 und 174 können mit der ersten Elektrodenerstreckung 116 in Eingriff kommen, um zwischen den Eingriffsflächen 166 und 168 und der ersten Elektrodenerstreckung 116 eine Reibung zu erzeugen. Eine solche Reibung kann verhindern, dass sich die erste Elektrodenerstreckung 116 bei Vorhandensein äußerer Kräfte (beispielsweise durch eine auf die erste Trägerstruktur 106 aufgebrachte Last) innerhalb der zweiten Kavität 154 bewegt. Daher erleichtert die über die Haftelemente 172 und 174 gelieferte Reibung die Aufrechterhaltung einer Strukturbeziehung zwischen den Elektroden 108 und 110, wenn eine Spannung an die ersten und zweiten Elektrodenstrukturen 102 und 104 angelegt wird (beispielsweise wenn die Vorrichtung 100 mit variabler Versteifung in einen lasttragenden Zustand versetzt ist).
Die Haftelemente 172 und 174 können je nach Implementierung eine Reihe von verschiedenen Formen annehmen. Beispielsweise handelt es sich in den Ausführungsformen bei den Haftelementen 172 und 174 um Klebeschichten (beispielsweise die Klebeschichten 326 und 328, die ein Polypropylenband aufweisen und mit Bezug auf 3 beschrieben sind), die sich über die Gesamtheit der Eingriffsflächen 166 und 168 erstrecken. In Ausführungsformen sind die Haftelemente 172 und 174 abrasive Elemente. Beispielsweise können die Eingriffsflächen 166 und 168 Texturmuster umfassen, welche mit der ersten Elektrodenerstreckung 116 überlappen und als die Haftelemente 172 und 174 dienen. In Ausführungsformen kann die erste Elektrodenerstreckung 116 Haftelemente umfassen (beispielsweise die mit Bezug auf 3 beschriebenen Klebeschichten 326 und 328), die mit den Haftelementen 172 und 174 in Eingriff kommen, wenn die erste Elektrodenerstreckung 116 innerhalb der zweiten Kavität 154 zusammengedrückt wird, wenn eine Spannung an die erste und die zweite Elektrodenstruktur 102 und 104 angelegt wird.
Bezug nehmend auf 1C ist in Ausführungsformen ein Dichtungselement 160 zwischen der Elektrode 110 und der gegenüberliegenden Elektrode 142 angeordnet. Das Dichtungselement 160 kann die zweite Kavität 154 abdichten, um zu verhindern, dass Fremdkörper in die zweite Kavität 154 gelangen und den Betrieb der Vorrichtung 100 mit variabler Versteifung stören. Das Dichtungselement 160 kann an Enden der Elektrode 110 und der gegenüberliegenden Elektrode 142 angeordnet sein, die den flexiblen Verbindungen 178 bzw. 176 gegenüberliegen. In Ausführungsformen weist das Dichtungselement 160 ein Klebeelement auf, das sich zwischen den Eingriffsflächen 166 und 168 erstreckt. In Ausführungsformen kann das Dichtungselement 160 die erste Elektrodenerstreckung 116 durch die zweite Kavität 154 führen, wenn die Elektrodenerstreckung 116 durch die zweite Kavität 154 wandert, wenn die ersten und zweiten Elektrodenstrukturen 102 und 104 aus dem in 1A dargestellten nicht-lasttragenden Zustand angepasst werden. In Ausführungsformen können die Eingriffsflächen 166 und 168 Nuten bzw. Rillen oder Kanäle (nicht dargestellt) umfassen, die in einer Weise entsprechend einer Außenfläche der ersten Elektrodenerstreckung 116 gestaltet sind, so dass die Eingriffsflächen 166 und 168 die erste Elektrodenerstreckung 116 durch die zweite Kavität 154 führen.
Während mit Bezug auf 1C nur die zweite Kavität 154 zwischen der Elektrode 110 und der gegenüberliegenden Elektrode 142 beschrieben ist, sollte erkannt werden, dass die zwischen anderen Elektrodenpaarungen aus der Mehrzahl von Elektroden 108, 110, 112 und 114 und der Mehrzahl von gegenüberliegenden Elektroden 140, 142, 144 und 146 ausgebildeten Kavitäten ähnliche Strukturen wie die zweite Kavität 154 besitzen können. Beispielsweise kann die erste Kavität 152, welche zwischen der Elektrode 108 und der gegenüberliegenden Elektrode 140 ausgebildet ist, die vierte Elektrodenerstreckung 122 aufnehmen und eine ähnliche Struktur wie die zweite Kavität 154 besitzen. Die dritte Kavität 156, welche zwischen der Elektrode 112 und der gegenüberliegenden Elektrode 144 ausgebildet ist, kann die zweite Elektrodenerstreckung 118 aufnehmen und eine ähnliche Struktur wie die zweite Kavität 154 besitzen. Die vierte Kavität 158, welche zwischen der Elektrode 114 und der gegenüberliegenden Elektrode 146 ausgebildet ist, kann die dritte Elektrodenerstreckung 120 aufnehmen und eine Struktur ähnlich der zweiten Kavität 154 besitzen.
Während die ersten und zweiten Elektrodenstrukturen 102 und 104 unter Bezugnahme auf die 1A und 1B hierin als jeweils vier Elektroden aufweisend beschrieben sind, sollte erkannt werden, dass alternative Implementierungen denkbar sind, die weniger oder mehr Elektroden enthalten. Beispielsweise kann die erste Elektrodenstruktur 102 nur die Elektroden 108 und 110 und die erste Elektrodenerstreckung 116 umfassen, während die zweite Elektrodenstruktur 104 nur eine der gegenüberliegenden Elektroden 140 und 142 umfassen kann (beispielsweise um eine Kavität zum Einführen der ersten Elektrodenerstreckung 116 auszubilden). Außerdem kann jede Elektrode der ersten Elektrodenstruktur 102 keine Elektrodenerstreckung besitzen, die sich davon erstreckt. Beispielsweise kann in einer Ausführungsform die erste Elektrodenstruktur 102 nur die erste Elektrodenerstreckung 116 und die dritte Elektrodenerstreckung 120 umfassen.
In Ausführungsformen können die Elektrodenerstreckungen nicht alle in einer einzigen Elektrodenstruktur umfasst sein. Beispielsweise umfasst in einer Ausführungsform die erste Elektrodenstruktur 102 die erste Elektrodenerstreckung 116 und die zweite Elektrodenerstreckung 118 (beispielsweise können sich, wie hierin beschrieben, die erste und die zweite Elektrodenerstreckung 116 und 118 direkt von Elektroden der ersten Elektrodenstruktur 102 erstrecken), während die zweite Elektrodenstruktur 104 die dritte Elektrodenerstreckung 120 und die vierte Elektrodenerstreckung 122 umfasst. Darüber hinaus können alternative Implementierungen der Vorrichtung 100 mit variabler Versteifung erste und zweite Elektrodenstrukturen 102 und 104 umfassen, die sich hinsichtlich der Gestalt voneinander unterscheiden. Beispielsweise ist in Ausführungsformen die erste Elektrodenstruktur 102 (und die Mehrzahl von Elektroden 108, 110, 112 und 114) größer dimensioniert als die zweite Elektrodenstruktur 104, so dass die zwischen den Elektroden und den gegenüberliegenden Elektroden ausgebildeten Kavitäten zu Enden der Vorrichtung 100 mit variabler Versteifung versetzt sind. Elektrodenstrukturen, die verschiedene Größenverhältnisse, Verteilungen von Elektroden, Konfigurationen von Trägerstrukturen und Anordnungen von Elektrodenerstreckungen besitzen, können in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung verwendet werden.
Unter Bezugnahme auf 1B können in Ausführungsformen die ersten und zweiten Elektrodenstrukturen 102 und 104 gewichtsreduzierende Merkmale aufweisen, welche dazu dienen, die Vorrichtung 100 mit variabler Versteifung leichter zu machen und unnötiges Material davon zu entfernen. In Ausführungsformen umfassen die erste und die zweite Trägerstruktur beispielsweise jeweils eine Strukturschicht (beispielsweise die hierin mit Bezug auf 3 beschriebenen Strukturschichten 310 und 318), welche strukturiert ist, um das Gewicht der Vorrichtung 100 mit variabler Versteifung zu reduzieren. Wie in 1B dargestellt, umfasst jede der Mehrzahl von Elektroden 108, 110, 112 und 114 der ersten Elektrodenstruktur 102 zwei längliche Kavitäten 148, welche sich in der Nähe der äußeren Ränder davon erstrecken, und eine rundliche Kavität 150, welche in einem mittleren Bereich davon angeordnet ist. Im Gegensatz zu der Mehrzahl von Elektroden 108, 110, 112 und 114 umfasst die erste Struktur 106 eine Mehrzahl von rundlichen Kavitäten 150. Die erste Struktur 106 kann die länglichen Kavitäten 148 nicht umfassen, um eine starre strukturelle Unterstützung für eine darauf aufgebrachte Last bereitzustellen. In Ausführungsformen umfasst die zweite Elektrodenstruktur 104 eine ähnliche Reihe von gewichtsreduzierenden Merkmalen. In Ausführungsformen umfasst weder die erste Elektrodenstruktur 102 noch die zweite Elektrodenstruktur 104 gewichtsreduzierende Merkmale, um eine maximale strukturelle Unterstützung bereitzustellen. Wie erkannt werden kann, kann die Anzahl und Anordnung der bei der Vorrichtung 100 mit variabler Versteifung aufgenommenen gewichtsreduzierenden Merkmale von der gewünschten Tragfähigkeit, den für die Konstruktion der ersten und zweiten Elektrodenstrukturen 102 und 104 verwendeten Materialien, der Größe und Anordnung der ersten und zweiten Elektrodenstrukturen 102 und 104 und der an die erste und die zweite Elektrodenstruktur 102 und 104 anzulegenden Spannung abhängen. Daher kann jede Anzahl und Anordnung von gewichtsreduzierenden Merkmalen in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung bei der Vorrichtung 100 mit variabler Versteifung aufgenommen werden.
Unter Bezugnahme auf 2 ist eine perspektivische Ansicht der Vorrichtung 100 mit variabler Versteifung in einem lasttragenden Zustand dargestellt. Die Elektroden 108 und 114 sind gefaltet (beispielsweise um flexible Verbindungen, die den hierin mit Bezug auf 1C beschriebenen flexiblen Verbindungen 178 ähnlich sind), so dass die Elektroden 108 und 114 annähernd senkrecht (beispielsweise beträgt der mit Bezug auf 1C beschriebene Winkel θ etwa 80 Grad bis etwa 100 Grad) zur ersten Trägerstruktur 106 stehen. In Ausführungsformen sind ein tragendes Ende 202 der Elektrode 114 und ein tragendes Ende 204 der Elektrode 108 auf einer Oberfläche (beispielsweise einem Tisch, dem Boden oder einem beliebigen Träger) angeordnet. In der dargestellten winkligen Konfiguration tragen die Elektroden 108 und 114 die erste Trägerstruktur 106 in einer Position oberhalb der Oberfläche in einem lasttragenden Zustand.
Die vierte Elektrodenerstreckung 122 erstreckt sich hinter der Elektrode 108 in die erste Kavität 152, wie in 1B dargestellt, welche zwischen der Elektrode 108 und der gegenüberliegenden Elektrode 140 ausgebildet ist. Wie hierin beschrieben, können die Elektrode 108 und die gegenüberliegende Elektrode 140 Eingriffsflächen umfassen, welche die erste Kavität 152 definieren, und Haftelemente umfassen, welche in die vierte Elektrodenerstreckung 122 eingreifen, wenn eine Spannung von einer Spannungsquelle zu der Vorrichtung 100 mit variabler Versteifung geführt wird. Beispielsweise können Spannungen entgegengesetzter Polarität an die erste und die zweite Elektrodenstruktur 102 und 104 angelegt werden, um eine elektrostatische Anziehung zwischen der Elektrode 108 und der gegenüberliegenden Elektrode 140 zu bewirken, wodurch veranlasst wird, dass die Eingriffsflächen, welche die Kavität definieren, mit der vierten Elektrodenerstreckung 122 an den Haftelementen ineinandergreifen. Die Reibung zwischen der vierten Elektrodenerstreckung 122 und den Haftelementen hält die Positionierung der vierten Elektrodenerstreckung 122 innerhalb der ersten Kavität 152 aufrecht und bewirkt, dass eine Strukturbeziehung zwischen der Elektrode 108 und der Elektrode 114 aufrechterhalten wird, so dass die erste Trägerstruktur 106 über die tragenden Enden 202 und 204 getragen bleibt. Es sollte erkannt werden, dass die ersten, zweiten und dritten Elektrodenerstreckungen 116, 118 und 118 in ähnlicher Weise in Kavitäten gehalten werden können, die durch Elektrodenpaarungen der ersten und zweiten Elektrodenstrukturen 102 und 104 definiert sind, um die Vorrichtung 100 mit variabler Versteifung in dem lasttragenden Zustand zu halten.
Wie in 2 dargestellt, ist eine Last 200 auf der ersten Trägerstruktur 106 angeordnet. In Ausführungsformen ist die Reibung zwischen der ersten, zweiten, dritten und vierten Elektrodenerstreckung 116, 118, 120 und 122 und den Eingriffsflächen, welche die Kavitäten definieren, in denen die Elektrodenerstreckungen angeordnet sind, ausreichend, um ein Gleiten der ersten, zweiten, dritten und vierten Elektrodenerstreckung 116, 118, 120 und 122 zu verhindern, auch wenn die Last 200 auf der ersten Trägerstruktur 106 angeordnet ist. In einem Beispiel wurde die Vorrichtung 100 mit variabler Versteifung so konstruiert, dass diese etwa 20 Gramm wiegt und in der Lage ist, den lasttragenden Zustand unter Verwendung einer Spannung von 10 kV aufrechtzuerhalten, selbst wenn eine Last 200 von etwa 1 kg auf der ersten Trägerstruktur 106 angeordnet ist. Daher kann die Vorrichtung 100 mit variabler Versteifung in diesem Beispiel zumindest etwa das 50-fache ihres Eigengewichts tragen.
3 zeigt eine beispielhafte Schnittansicht der Vorrichtung mit variabler Versteifung an der in 1B dargestellten Linie III-III. In einer Ausführungsform zeigt die in 3 dargestellte Schnittansicht die Vorrichtung 100 mit variabler Versteifung in dem nicht-lasttragenden Zustand, wie mit Bezug auf die 1A und 1B beschrieben. Daher kann sich die erste Elektrodenstruktur 102 in einer ersten Ebene erstrecken, während sich die zweite Elektrodenstruktur 104 in einer zweiten Ebene erstrecken kann (beispielsweise kann der mit Bezug auf 1C beschriebene Winkel θ etwa 0 Grad betragen).
3 zeigt eine Schnittansicht der dritten Kavität 156, welche zwischen der Elektrode 112 der ersten Elektrodenstruktur 102 und der gegenüberliegenden Elektrode 144 der zweiten Elektrodenstruktur 104 ausgebildet ist. Die Elektrode 112 umfasst eine Elektrodenschicht 308, eine Strukturschicht 310, eine Schutzschicht 312 und eine Klebeschicht 314. Bei der Elektrodenschicht 308 kann es sich um eine Schicht aus einem leitfähigen Material handeln, welche angepasst ist, um eine Spannung von einer Spannungsquelle aufzunehmen. In Ausführungsformen besteht die Elektrodenschicht 308 aus Mylar (beispielsweise biaxial orientiertes Polyethylenterephthalat), das mit Aluminium beschichtet ist. Mylar stellt vorteilhaft eine relativ hohe Zugfestigkeit und Formstabilität bereit. Wie in 3 dargestellt, erstreckt sich die Elektrodenschicht 308 von der Elektrode 112 über das erste Ende 132 in die Elektrodenerstreckung 120. Das Mylar stellt bei der dritten Elektrodenerstreckung 120 eine Zugfestigkeit bereit, so dass die dritte Elektrodenerstreckung 120 nicht bricht, wenn die Vorrichtung 100 mit variabler Versteifung in den hierin beschriebenen lasttragenden Zustand versetzt ist. In Ausführungsformen erstreckt sich die Elektrodenschicht 308 über die Gesamtheit der hierin beschriebenen ersten Elektrodenstruktur 102.
Die Strukturschicht 310 stellt eine strukturelle Unterstützung für die Elektrodenschicht 308 bereit, so dass die Vorrichtung 100 mit variabler Versteifung eine Struktur trotz relativ hoher, darauf aufgebrachter Belastungen beibehalten kann. In Ausführungsformen ist die Strukturschicht 310 in direktem Kontakt mit der Elektrodenschicht 308 angeordnet. Die Strukturschicht 310 kann für die Haltbarkeit, Festigkeit und Formbarkeit Polycarbonat umfassen. In dem dargestellten Beispiel erstreckt sich die Strukturschicht 310 nicht in die dritte Elektrodenerstreckung 120, um die Flexibilität der dritten Elektrodenerstreckung 120 zu erhöhen, in die vierte Kavität 158 geführt zu werden, welche hierin mit Bezug auf 1B beschrieben ist. Die Schutzschicht 312 kann bei der Strukturschicht 310 eine Beständigkeit gegen Umwelteinflüsse (beispielsweise Feuchtigkeitsbeständigkeit) und eine Ermüdungsbeständigkeit bereitstellen. In Ausführungsformen ist die Schutzschicht 312 aus biaxial orientiertem Polypropylen (BOPP) aufgebaut. Die Klebeschicht 314 ist auf einer Seite der Elektrodenschicht 308 entgegengesetzt zu der Strukturschicht 310 angeordnet. Die Klebeschicht 314 definiert eine Eingriffsfläche 304, welche eine Seite der dritten Kavität 156 abgrenzt. In Ausführungsformen ist die Klebeschicht 314 aus BOPP-Band und Acrylklebstoff aufgebaut, um ein Klebeelement bereitzustellen, welches mit der zweiten Elektrodenerstreckung 118 ineinandergreift.
Die gegenüberliegende Elektrode 144 umfasst eine Elektrodenschicht 316, eine Strukturschicht 318, eine Schutzschicht 320 und eine Klebeschicht 322. In Ausführungsformen besitzt die gegenüberliegende Elektrode 144 eine ähnliche Struktur wie die Elektrode 112. Wie dargestellt, sind die Elektrodenschichten 306 und 316 so angeordnet, dass die Klebeschichten 312 und 322 das einzige Material sind, welches die Elektrodenschichten 306 und 316 trennt. Eine solche Anordnung stellt einen minimalen Trennungsabstand zwischen den Elektrodenschichten 306 und 316 bereit, wenn diese im Ansprechen auf eine an die Vorrichtung 100 mit variabler Versteifung angelegte Spannung angezogen werden und miteinander in Kontakt kommen. Ein solcher minimaler Abstand maximiert die Anziehungskraft zwischen der Elektrode 112 und der gegenüberliegenden Elektrode 144, wodurch der Widerstand gegen ein Herausrutschen der zweiten Elektrodenerstreckung 118 aus der dritten Kavität 156 maximiert wird, wenn die Vorrichtung mit variabler Versteifung in einen lasttragenden Zustand versetzt ist.
Das freie Ende 126 der zweiten Elektrodenerstreckung 118 ist so dargestellt, dass dieses in der dritten Kavität 156 angeordnet ist. In Ausführungsformen wird das freie Ende 126 beim Anpassen der Positionierung der Elektrode 112 und der gegenüberliegenden Elektrode 144 weiter in die Kavität 156 eingeführt, um einen Überlappungsbetrag zwischen der zweiten Elektrodenerstreckung 118 und den Eingriffsflächen 302 und 304 der Elektrode 112 und der gegenüberliegenden Elektrode 144 zu erhöhen. Sobald eine Spannung an die Vorrichtung 100 mit variabler Versteifung angelegt wird, wird die Elektrode 112 elektrostatisch an die gegenüberliegende Elektrode 144 angezogen, so dass die zweite Elektrodenerstreckung 118 gegen beide Eingriffsflächen 302 und 304 gedrückt wird. Der Klebstoff in den Klebeschichten 312 und 322 stellt eine Reibung bereit, um zu verhindern, dass die zweite Elektrodenerstreckung 118 innerhalb der dritten Kavität 156 gleitet, wenn die Spannung angelegt wird.
In dem dargestellten Beispiel umfassen die zweite Elektrodenerstreckung 118 und die dritte Elektrodenerstreckung 120 beide Klebeschichten 326 und 328, welche auf jeder Seite der Elektrodenschicht 308 angeordnet sind. In Ausführungsformen sind die Klebeschichten 326 und 328 aus BOPP-Band mit Acrylklebstoff aufgebaut. Die Klebeschichten 326 und 328 erhöhen die Reibung zwischen der zweiten Elektrodenerstreckung 118 und den Eingriffsflächen 302 und 304, um die Festigkeit der Vorrichtung 100 mit variabler Versteifung in vorteilhafter Weise zu erhöhen, wenn diese in den hierin beschriebenen lasttragenden Zustand versetzt ist. Die Klebeschicht 326 kann gleichzeitig mit der Klebeschicht 312 auf die Elektrodenschicht 308 aufgebracht werden.
Es sollte nun verstanden werden, dass die hierin beschriebenen Ausführungsformen auf Vorrichtungen mit variabler Versteifung gerichtet sind, welche eine erste Elektrodenstruktur und eine zweite Elektrodenstruktur umfassen. Die erste Elektrodenstruktur weist eine Elektrodenerstreckung auf, die sich in eine Kavität erstreckt, welche zwischen einer Elektrode der ersten Elektrodenstruktur und einer gegenüberliegenden Elektrode der zweiten Elektrodenstruktur definiert ist. Die erste und die zweite Elektrodenstruktur können in einem lasttragenden Zustand angeordnet werden, indem eine Spannung daran angelegt wird, um die Elektrode elektrostatisch an die gegenüberliegende Elektrode anzuziehen, um innerhalb der Kavität auf die Elektrodenerstreckung zu drücken. Die Reibung zwischen der Elektrodenerstreckung und den die Kavität definierenden Eingriffsflächen verhindert, dass die Elektrodenerstreckung innerhalb der Kavität gleitet bzw. verrutscht, wodurch im Ansprechen auf das Aufbringen einer Last auf die Vorrichtung mit variabler Versteifung eine Strukturbeziehung zwischen den Komponenten der ersten und zweiten Elektrodenstrukturen aufrechterhalten wird.
Es ist anzumerken, dass die Begriffe „im Wesentlichen“ und „etwa“ hierin verwendet werden können, um den inhärenten Grad der Unsicherheit darstellen, der jedem quantitativen Vergleich, Wert, jeder Messung oder anderen Darstellung zugeschrieben werden kann. Diese Begriffe werden hierin auch verwendet, um den Grad darzustellen, um den eine quantitative Darstellung von einer angegebenen Referenz abweichen kann, ohne dass dies zu einer Änderung der grundlegenden Funktion des fraglichen Gegenstands führt.
Während hierin bestimmte Ausführungsformen dargestellt und beschrieben wurden, ist erkennbar, dass verschiedene andere Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne von dem Grundgedanken und Schutzumfang des beanspruchten Gegenstands abzuweichen. Obwohl hierin verschiedene Aspekte des beanspruchten Gegenstandes beschrieben wurden, müssen diese Aspekte nicht in Kombination verwendet werden. Es ist daher beabsichtigt, dass die beigefügten Ansprüche alle derartigen Änderungen und Modifikationen abdecken, die in den Schutzumfang des beanspruchten Gegenstandes fallen.

Claims

Vorrichtung mit variabler Versteifung, aufweisend: eine erste Elektrodenstruktur mit einer ersten Trägerstruktur und einer ersten Mehrzahl von Elektroden, die sich von der ersten Trägerstruktur erstrecken, wobei die erste Mehrzahl von Elektroden eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode umfasst, wobei die erste Elektrodenstruktur ferner eine erste Elektrodenerstreckung aufweist, welche sich von der zweiten Elektrode erstreckt; und eine zweite Elektrodenstruktur mit einer zweiten Trägerstruktur und einer zweiten Mehrzahl von Elektroden, die sich von der zweiten Trägerstruktur erstrecken, wobei die zweite Mehrzahl von Elektroden eine erste gegenüberliegende Elektrode umfasst, welche der ersten Elektrode gegenüberliegt, um zwischen Eingriffsflächen der ersten Elektrode und der ersten gegenüberliegenden Elektrode eine Kavität auszubilden, wobei: sich die erste Elektrodenerstreckung von der zweiten Elektrode in die durch die erste Elektrode und die erste gegenüberliegende Elektrode ausgebildete Kavität erstreckt, so dass, wenn eine Spannung an die ersten und zweiten Elektrodenstrukturen angelegt wird, die erste Elektrodenerstreckung zwischen der ersten Elektrode und der ersten gegenüberliegenden Elektrode eingeklemmt wird, so dass die erste Elektrodenerstreckung über die Eingriffsflächen innerhalb der Kavität gehalten wird, um eine Strukturbeziehung zwischen den ersten und zweiten Elektroden zum Tragen der ersten Trägerstruktur aufrechtzuerhalten.
Vorrichtung mit variabler Versteifung nach Anspruch 1, wobei die ersten und zweiten Trägerstrukturen ebene Schichten aufweisen, wobei, wenn sich die ersten und zweiten Elektrodenstrukturen in einem nicht-lasttragenden Zustand befinden, die erste Mehrzahl von Elektroden komplanar zu der ersten Trägerstruktur sind und die zweite Mehrzahl von Elektroden komplanar zu der zweiten Trägerstruktur sind.
Vorrichtung mit variabler Versteifung nach Anspruch 2, wobei, wenn sich die ersten und zweiten Elektrodenstrukturen in einem lasttragenden Zustand befinden, die erste und zweite Mehrzahl von Elektroden relativ zu den ersten und zweiten Trägerstrukturen abgewinkelt sind, so dass tragende Enden der ersten und zweiten Mehrzahl von Elektroden die ersten und zweiten Trägerstrukturen in einer lasttragenden Position tragen.
Vorrichtung mit variabler Versteifung nach Anspruch 1, wobei die erste Trägerstruktur derart auf der zweiten Trägerstruktur angeordnet ist, dass die erste Mehrzahl von Elektroden zu der zweiten Mehrzahl von Elektroden ausgerichtet sind.
Vorrichtung mit variabler Versteifung nach Anspruch 4, wobei: die erste Mehrzahl von Elektroden ferner eine dritte Elektrode und eine vierte Elektrode aufweist, welche sich von der ersten Trägerstruktur erstrecken; die zweite Mehrzahl von Elektroden ferner eine zweite gegenüberliegende Elektrode, eine dritte gegenüberliegende Elektrode und eine vierte gegenüberliegende Elektrode aufweist, welche sich von der zweiten Trägerstruktur erstrecken; die erste Elektrode und die erste gegenüberliegende Elektrode zueinander ausgerichtet sind, um zwischen Eingriffsflächen der ersten Elektrode und der ersten gegenüberliegenden Elektrode eine erste Kavität auszubilden; die zweite Elektrode und die zweite gegenüberliegende Elektrode zueinander ausgerichtet sind, um zwischen Eingriffsflächen der zweiten Elektrode und der zweiten gegenüberliegenden Elektrode eine zweite Kavität auszubilden; die dritte Elektrode und die dritte gegenüberliegende Elektrode zueinander ausgerichtet sind, um zwischen Eingriffsflächen der dritten Elektrode und der dritten gegenüberliegenden Elektrode eine dritte Kavität auszubilden; und die vierte Elektrode und die vierte gegenüberliegende Elektrode zueinander ausgerichtet sind, um zwischen Eingriffsflächen der vierten Elektrode und der vierten gegenüberliegenden Elektrode eine vierte Kavität auszubilden.
Vorrichtung mit variabler Versteifung nach Anspruch 5, wobei: die erste Elektrodenstruktur ferner eine sich von der ersten Elektrode erstreckende zweite Elektrodenerstreckung, welche in die vierte Kavität eingeführt ist, eine dritte Elektrodenerstreckung, welche sich von der vierten Elektrode erstreckt und in die dritte Kavität eingeführt ist, und eine sich von der zweiten Elektrode in die zweite Kavität erstreckende vierte Elektrodenerstreckung aufweist; und beim Anlegen einer Spannung an die erste und die zweite Elektrodenstruktur die erste Elektrodenerstreckung innerhalb der ersten Kavität eingeklemmt und gehalten ist, die zweite Elektrodenerstreckung innerhalb der vierten Kavität eingeklemmt und gehalten ist, die dritte Elektrodenerstreckung innerhalb der dritten Kavität eingeklemmt und gehalten ist, und die vierte Elektrodenerstreckung innerhalb der zweiten Kavität eingeklemmt und gehalten ist.
Vorrichtung mit variabler Versteifung nach Anspruch 4, wobei die Vorrichtung mit variabler Versteifung eine würfelförmige Gestalt beibehält, wenn an die erste und die zweite Elektrodenstruktur eine Spannung angelegt ist und die erste Trägerstruktur oder die zweite Trägerstruktur belastet ist.
Vorrichtung mit variabler Versteifung nach Anspruch 1, wobei die erste Elektrodenstruktur eine erste Elektrodenmaterialschicht aufweist und die zweite Elektrodenstruktur eine zweite Elektrodenmaterialschicht aufweist.
Vorrichtung mit variabler Versteifung nach Anspruch 8, wobei die erste und die zweite Elektrodenmaterialschicht ein aluminiumbeschichtetes biaxial orientiertes Polyethylenterephthalat aufweisen.
Vorrichtung mit variabler Versteifung nach Anspruch 8, wobei sich die erste und die zweite Elektrodenmaterialschicht über die Gesamtheit der ersten und der zweiten Elektrodenstruktur erstrecken.
Vorrichtung mit variabler Versteifung nach Anspruch 8, wobei die erste Elektrodenstruktur eine erste Strukturschicht aufweist, welche die erste Elektrodenmaterialschicht trägt, und die zweite Elektrodenstruktur eine zweite Strukturschicht aufweist, welche die zweite Elektrodenmaterialschicht trägt.
Vorrichtung mit variabler Versteifung nach Anspruch 11, wobei die erste Strukturschicht flexible Verbindungen zwischen der ersten Trägerstruktur und der ersten Mehrzahl von Elektroden aufweist, und die zweite Strukturschicht flexible Verbindungen zwischen der zweiten Trägerstruktur und der zweiten Mehrzahl von Elektroden aufweist.
Vorrichtung mit variabler Versteifung nach Anspruch 1, wobei die Eingriffsflächen Klebeschichten aufweisen, welche auf der ersten Elektrode und der ersten gegenüberliegenden Elektrode angeordnet sind.
Vorrichtung mit variabler Versteifung, aufweisend: eine Mehrzahl von Elektrodenpaaren, die sich von einer Trägerstruktur erstrecken, wobei jedes der Elektrodenpaare eine Elektrode, welche mit der Trägerstruktur rotierbar gekoppelt ist, eine gegenüberliegende Elektrode und eine zwischen Eingriffsflächen der Elektrode und der gegenüberliegenden Elektrode definierte Kavität aufweist; eine Mehrzahl von Elektrodenerstreckungen, wobei jede Elektrodenerstreckung aus der Mehrzahl von Elektrodenerstreckungen ein an einer ersten Elektrode eines der Mehrzahl von Elektrodenpaaren angebrachtes erstes Ende und ein freies Ende, welches in der Nähe eines benachbarten aus der Mehrzahl von Elektrodenpaaren angeordnet ist, aufweist, wobei das freie Ende jeder Elektrodenerstreckung in die Kavität eingeführt ist, welche durch das benachbarte aus der Mehrzahl von Elektrodenpaaren definiert ist; und eine Spannungsquelle, welche mit jedem aus der Mehrzahl von Elektrodenpaaren gekoppelt ist, wobei, wenn in jedem der Elektrodenpaare eine über die Spannungsquelle zugeführte Spannungsdifferenz vorliegt, jede Elektrodenerstreckung in der durch die Eingriffsflächen des benachbarten aus der Mehrzahl von Elektrodenpaaren definierten Kavität eingeklemmt ist, und die Elektrodenerstreckung durch die Eingriffsflächen in der Kavität gehalten ist, um eine Strukturbeziehung zwischen der Mehrzahl von Elektrodenpaaren aufrechtzuerhalten, um die Trägerstruktur in einem lasttragenden Zustand zu tragen.
Vorrichtung mit variabler Versteifung nach Anspruch 14, wobei: die Elektroden der Mehrzahl von Elektrodenpaaren mit einem ersten Abschnitt der Trägerstruktur über flexible Verbindungen rotierbar gekoppelt sind, welche in einer Strukturträgerschicht ausgebildet sind, die sich über eine Gesamtheit des ersten Abschnitts der Trägerstruktur und jede der Elektroden der Mehrzahl von Elektrodenpaaren erstreckt; und die gegenüberliegenden Elektroden aus der Mehrzahl von Elektrodenpaaren mit einem zweiten Abschnitt der Trägerstruktur rotierbar gekoppelt sind, welcher an einer Unterseiten-Oberfläche des ersten Abschnitts der Trägerstruktur angebracht ist.
Vorrichtung mit variabler Versteifung nach Anspruch 14, wobei die Trägerstruktur einem Parallelogramm entspricht und sich jedes aus der Mehrzahl von Elektrodenpaaren von einem Rand der Trägerstruktur derart erstreckt, dass, wenn die Trägerstruktur in einer lasttragenden Position angeordnet ist, die Vorrichtung mit variabler Versteifung im Wesentlichen die Gestalt eines Parallelepipeds aufweist und die Trägerstruktur eine lasttragende Oberfläche zum Tragen einer Last definiert, welche etwa dem 50-fachen eines Gewichts der Vorrichtung mit variabler Versteifung entspricht.
Vorrichtung mit variabler Versteifung nach Anspruch 14, wobei die Eingriffsflächen, welche jede Kavität definieren, Haftelemente aufweisen, welche mit einer aus der Mehrzahl von Elektrodenerstreckung ineinandergreifen, um die Elektrodenerstreckung in dieser Kavität zu halten.
Verfahren zum Betätigen einer Vorrichtung mit variabler Versteifung, wobei das Verfahren aufweist: Einführen einer Elektrodenerstreckung einer mit einer Trägerstruktur gekoppelten ersten Elektrode in eine Kavität, welche zwischen zwei Eingriffsflächen eines mit der Trägerstruktur gekoppelten Elektrodenpaares definiert ist; Erzeugen einer Spannung unter Verwendung einer Spannungsquelle, welche mit dem Elektrodenpaar elektrisch gekoppelt ist; und Anlegen einer durch die Spannungsquelle erzeugten Spannung an das Elektrodenpaar, wodurch sich Elektroden des Elektrodenpaares elektrostatisch anziehen, so dass eine Position der Elektrodenerstreckung in der Kavität über einen Kontakt zwischen der Elektrodenerstreckung und den Eingriffsflächen aufrechterhalten wird, um eine Strukturbeziehung zwischen der ersten Elektrode und dem Elektrodenpaar aufrechtzuerhalten, um die Trägerstruktur in einer lasttragenden Position zu halten.
Verfahren nach Anspruch 18, ferner aufweisend ein Bewegen der ersten Elektrode und des Elektrodenpaares ausgehend von einem nicht-lasttragenden Zustand durch Rotieren der ersten Elektrode und des Elektrodenpaares um flexible Verbindungen, welche zwischen der ersten Elektrode und dem Elektrodenpaar und der Trägerstruktur ausgebildet sind, während die Elektrodenerstreckung in die Kavität eingeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei die Eingriffsflächen Haftelemente aufweisen, welche mit der Elektrodenerstreckung ineinandergreifen, um die Position der Elektrodenerstreckung in der Kavität beizubehalten.