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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung mit einer verformbaren Oberfläche und ein Verfahren zur Bereitstellung einer verformbaren Oberfläche.
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Hintergrund der Erfindung
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Sogenannte morphende Oberflächen sind von besonderen Interesse für die Gestaltung von Elementen im Innenraum von Fahrzeugen. Durch morphende Oberflächen kann insbesondere die Bedienerfreundlichkeit, der Komfort und die Ästhetik verbessert werden. Ein Beispiel für mögliche Anwendungen morphender Oberflächen sind eine Mittelkonsole, in deren Oberfläche ein darauf abgestellter Becher einsinkt und dadurch fixiert wird, oder eine Armlehne, die sich an die Form des Unterarms anpasst. Eine morphende Oberfläche soll die durch die Belastung entstandene Form auch beibehalten, wenn diese wieder entlastet wird. Außerdem soll es möglich sein, durch eine Ansteuerung der morphenden Oberfläche zu bewirken, dass sich die ursprüngliche, beispielsweise ästhetisch ansprechende Oberflächenform wiederherstellt.
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Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, Anordnungen, mit denen morphende Oberflächen bereitgestellt werden können, und entsprechende Verfahren gegenüber dem Stand der Technik zu verbessern.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß werden eine Anordnung mit einer verformbaren Oberfläche und ein Verfahren zur Bereitstellung einer verformbaren Oberfläche mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
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Zur Bereitstellung von morphenden Oberflächen kann eine Lochplatte bereitgestellt werden, in der eine Vielzahl eindrückbarer Stifte angeordnet ist, welche in ihrer Gesamtheit beispielsweise von einem Textilgewebe oder einer anderen flexiblen Schicht abgedeckt sind. Es ist auch möglich, eine Anordnung zu verwenden, in der die Stifte einzeln aus einer Lochplatte heraus durch einen Aktor bewegt werden können. Die Ansteuerung über Aktoren kann auch dazu genutzt werden, einem Benutzer ein haptisches Feedback zu geben.
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Die Stifte können nach der Bewegung fixiert werden, beispielsweise indem eine Lochplatte mit ovalen Löchern verwendet wird, durch die die Stifte geführt sind, und die zur temporären Fixierung der Stifte seitlich in Richtung der Verengung bewegt wird. Auf diese Weise wird ein Reibschluss zwischen den Stiften und den entsprechenden Lochwandungen erzeugt.
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Nachteil insbesondere des zuletzt beschriebenen Verfahrens ist, dass seitlich zur Lochplatte Bauraum benötigt wird, in dem die Mechanik bzw. Elektrik zum Fixieren der Stifte eingebaut ist. Durch diesen Bauraum können insbesondere mehrere Einheiten aus Lochplatte und Stiftanordnung nicht so dicht aneinander verbaut werden, dass die Lochplatten übergangslos aneinandergrenzen. Darüber hinaus ist die Mechanik auf Grund der vorliegenden Reibpartner verschleißbehaftet.
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Die vorliegende Erfindung schafft bekannten Anordnungen und Verfahren gegenüber insbesondere auch den Vorteil eines verringerten Bauraums und einer erhöhten Dauerhaltbarkeit.
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Ein wesentlicher Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung von Material, das eine induzierte reversible Volumenänderung zeigt, und das in Form einer Lochplatte ausgebildet ist, durch das eine Vielzahl von Stiften geführt ist. Durch die Verwendung dieses Materials können die Löcher der Lochplatte gezielt vergrößert werden, damit die Stifte bewegt werden können, und gezielt verkleinert werden, damit die Stifte fixiert werden können.
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Eine derartige Lochplatte mit Stiften kann als Basis für eine morphende Oberfläche genutzt werden. Dies kann zum Beispiel eine Mittelkonsole sein, die sich beim Einsetzen eines Bechers dessen Form anpasst und diesen Becher dadurch fixiert, oder eine Armauflage, in die der Arm einsinkt und eine gewisse seitliche Haltekraft erfährt.
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Insgesamt schlägt die vorliegende Erfindung eine Anordnung mit einer verformbaren Oberfläche vor, wobei die Oberfläche durch eine flexible Abdeckung gebildet ist, hinter der flexiblen Abdeckung eine Lochplatte mit einer Vielzahl von Löchern angeordnet ist, und in den Löchern der Lochplatte Stifte aufgenommen sind. Erfindungsgemäß ist die Lochplatte aus einem Material gebildet, dessen Volumen durch Erwärmen veränderbar ist, oder weist ein solches Material (beispielsweise in einem jeweils die Löcher umgebenden Bereich) auf. Es sind Mittel zum Erwärmen des Materials bereitgestellt.
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Die Löcher sind derart dimensioniert, dass die Stifte in den Löchern bei einer ersten Temperatur leichter längsbeweglich sind als bei einer zweiten Temperatur. Dies wird insbesondere dadurch bewirkt, dass die Stifte bei der ersten Temperatur einen größeren Lochdurchmesser aufweisen als bei der zweiten Temperatur, wodurch bei der ersten Temperatur eine geringere Reibung zwischen den Stiften und den Lochwänden der Löcher auftritt als bei der zweiten Temperatur. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die Stifte in einem ersten Betriebs- oder Ansteuerzustand durch eine auf die flexible Abdeckung ausgeübte Kraft in den Löchern der Lochplatte einfacher längsverschiebbar sind als in einem zweiten Betriebszustand der Anordnung. In dem zweiten Betriebszustand können die Stifte auch im Wesentlichen festgelegt sein, d.h. diese sind dann, zumindest mit einer vorgesehenen Kraft, beispielsweise einer Handkraft oder durch die Gewichtskraft eines auf der Oberfläche abgestellten Objekts wie eines Bechers, nicht verschiebbar.
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Für die Herstellung der Lochplatte kann insbesondere ein Material verwendet werden, das eine ausgeprägte temperaturabhängige Volumenausdehnung besitzt. In die Lochplatte kann ein Heizer integriert sein, wie weiter unten unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausgestaltungen erläutert. Die Lochplatte kann auf diese Weise gezielt auf eine Temperatur erwärmt werden, bei der eine ausreichende Volumenausdehnung stattfindet. Durch die Erwärmung dehnt sich die Platte mit den Löchern aus und der Lochdurchmesser vergrößert sich und gibt die Stifte frei. Wirkt nun eine Gewichtskraft über die Oberfläche auf die Stifte ein, werden diese nach unten gedrückt. Wird die Bestromung gestoppt, kühlt die Platte ab, und die Lochdurchmesser verringern sich. Dadurch werden die Stifte eingeklemmt und fixiert. Bei einer erneuten Bestromung ohne Last auf der Oberfläche werden die Stifte freigegeben.
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Sind die Stifte an einem der flexiblen Oberfläche entgegengesetzten Ende mit einer Feder abgestützt, drückt diese die Stifte wieder in ihre Ausgangsposition zurück. Beim Eindrücken der Stifte durch die Einwirkung der Kraft auf die Oberfläche wirkt diese Kraft der Federkraft entgegen.
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Ein bevorzugtes Material für ein Material mit induzierter reversibler Volumenänderung zur Verwendung in der Lochplatte ist ein Material mit sehr hoher Wärmeausdehnung, insbesondere mit einer Wärmeausdehnung von mehr als 100·10-6/K. Auf diese Weise kann die Freigabe der Stifte durch die Zunahme des Lochdurchmessers besonders vorteilhaft in einem moderaten Temperaturbereich von max. 50°C erfolgen.
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Besonders bevorzugte Materialien sind Polymere wie Polyethylen mit ultrahoher Molekülmasse (UHMWPE, ca. 130 - 200·10-6/K), vernetztes Polyethylen (VPE, ca. 100·10-6/K), Polyvinylidenchlorid (PVDC, 100 - 200·10-6/K), Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer (ABS, ca. 150·10-6/K) und Ethylen-Vinylacetat-Copolymer (EVAC, ca. 160 - 200·10-6/K).
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Wenn z.B. ein Objekt wie ein Getränkebecher auf der morphenden Oberfläche abgestellt wird, wirkt eine Last auf die Stifte. Wird durch Bestromung die Lochplatte erwärmt, vergrößern sich die Löcher durch die Wärmeausdehnung und geben die bisher geklemmten Stifte frei. Dadurch sinkt das Objekt in die morphende Oberfläche ein. Wird die Bestromung gestoppt, kühlt die Platte ab und zieht sich zusammen und bewirkt, dass der Durchmesser der Löcher geringer wird. Die Stifte werden geklemmt, sobald der Lochdurchmesser dem Durchmesser der Stifte entspricht Durch eine weitere Abkühlung der Platte wird die Klemmkraft erhöht. Wird das Objekt zur Benutzung entnommen, bleibt dadurch die Vertiefung erhalten. So kann das Objekt nach Benutzung wieder sicher in der Vertiefung abgestellt werden.
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Wenn die Oberfläche wieder in den ursprünglichen Zustand zurückkehren soll, wird eine Heizeinrichtung der Lochplatte bestromt, was zur Wärmeausdehnung der Lochplatte und somit der Löcher führt. Sobald der Durchmesser der Löcher größer ist als der Durchmesser der Stifte, werden diese durch ihre Federn wieder auf ihre ursprüngliche Position geschoben.
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Das erfindungsgemäß vorgesehene Verfahren zur Bereitstellung einer verformbaren Oberfläche umfasst die Verwendung einer Anordnung, wie sie zuvor in unterschiedlichen Ausgestaltungen erläutert wurde. In einem ersten Betriebsmodus wird dabei die Oberfläche in verformbarer Form bereitgestellt, indem eine Volumenvergrößerung der Lochplatte und Durchmesservergrößerung der Löcher bewirkt wird. In einem zweiten Betriebsmodus wird die Oberfläche in nicht verformbarer Form bereitgestellt, indem eine Volumenverringerung der Lochplatte und Durchmesserverringerung der Löcher bewirkt wird. Die Volumenvergrößerung und Volumenverringerung wird insbesondere durch eine Temperaturbeeinflussung und insbesondere durch eine Bestromung eines in oder an der Lochplatte angeordneten Heizelements bewirkt.
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Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
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Auch die Implementierung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Computerprogramms oder Computerprogrammprodukts mit Programmcode zur Durchführung aller Verfahrensschritte ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Schließlich ist ein maschinenlesbares Speichermedium vorgesehen mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm wie oben beschrieben. Geeignete Speichermedien bzw. Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, optische und elektrische Speicher, wie z.B. Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich. Ein solcher Download kann dabei drahtgebunden bzw. kabelgebunden oder drahtlos (z.B. über ein WLAN-Netz, eine 3G-, 4G-, 5G- oder 6G-Verbindung, etc.) erfolgen.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
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Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
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Figurenliste
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- Die 1A und 1 B zeigen eine Anordnung mit einer Lochplatte gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung in vereinfachter Darstellung in einem ersten und einem zweiten Betriebszustand.
- 2 veranschaulicht eine Anordnung mit einer Lochplatte gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung in vereinfachter Darstellung.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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In den 1A und 1 B sowie der 2 ist eine Anordnung mit einer Lochplatte gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung in vereinfachter schematischer Darstellung gezeigt und insgesamt mit 100 angegeben. Eine flexible Oberfläche, die Teil der Anordnung ist, ist stark vereinfacht gestrichelt veranschaulicht und mit 10 angegeben. Diese ist in den 1A und 1B nicht dargestellt, da sie die dargestellten Elemente überlagern würde. Eine Lochplatte ist mit 20 angegeben.
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Die mit 20 bezeichnete Lochplatte weist Löcher 21 auf, in dem in 1A und 1B nicht veranschaulichte Stifte 22 aufgenommen sind. Die Lochplatte 20 ist aus einem Material gebildet oder weist ein Material auf, dessen Volumen durch Erwärmen veränderbar ist. Mittel 30 zum Erwärmen des Materials sind bereitgestellt, die insbesondere ein mit einem Heizstrom beaufschlagbares Heizelement 31, z.B. in Form eines oder mehrerer Heizdrähte, aufweisen. Die Löcher 21 sind derart dimensioniert sind, dass die hier nicht veranschaulichten Stifte in den Löchern 21 bei einer ersten Temperatur leichter längsbeweglich sind als bei einer zweiten Temperatur.
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Dies ist anhand der in 1A und 1B veranschaulichten Betriebszustände dargestellt, wobei die bei der ersten Temperatur geweiteten Löcher 21 in 1B und die bei der zweiten Temperatur verengten Löcher 22 in 1A veranschaulicht sind. Die Darstellung der Weitung bzw. Verengung ist dabei aus Gründen der Anschaulichkeit stark übertrieben.
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In der perspektivischen, vereinfachten Darstellung gemäß 2 ist zudem eine Abstützstruktur 40 in Form einer Grundplatte veranschaulicht und die Stifte 22 sind dargestellt. Wie veranschaulicht, sind die Stifte 22 an einer der flexiblen Oberfläche 10 abgewandten Seite mittels Federn 23 abgestützt, um diese und damit die flexible Oberfläche 10 in entsprechenden Betriebszuständen nach Einwirken einer Kraft F durch eine entgegenwirkende Federkraft wieder in ihren Grundzustand zu bringen.
