DE112008002519T5

DE112008002519T5 - Mit einem aktiven Material aktivierte Abdeckung

Info

Publication number: DE112008002519T5
Application number: DE112008002519T
Authority: DE
Inventors: Xiujie Troy Gao; Alan L. Grosse Pointe Browne; Nancy L. Northville Johnson; Guillermo A. Winnetka Herrera; Geoffrey P. Los Angeles McKnight; Christopher P. Newbury Park Henry; Andrew C. Encino Keefe
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2007-09-18
Filing date: 2008-09-02
Publication date: 2010-07-01
Also published as: US20090074993A1; WO2009038953A8; WO2009038953A2; CN101861253A; WO2009038953A3

Abstract

Abdeckungssystem, das umfasst:
eine Abdeckung; und
eine Komponente mit einem aktiven Material in funktionaler Verbindung mit der Abdeckung;
wobei die Komponente mit einem aktiven Material ein aktives Material umfasst, das das Ausfahren und Einfahren der Abdeckung ermöglicht.

Description

HINTERGRUND
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Schutze, Abdeckungen, Abschirmungen, Trennwände und dergleichen und insbesondere auf Schutze, Abdeckungen, Abschirmungen, Trennwände usw., die aktive Materialien nutzen.
Innerhalb und außerhalb eines Fahrzeugs gibt es viele Sonnenschutzdesigns, die manuell oder automatisch ausgefahren werden. Fahrzeugaußendesigns haben einen großen Einfluss auf die Außenerscheinung der Fahrzeuge. Für Sonnenschutze, die innerhalb der Fahrzeuge angeordnet sind, sind die meisten von ihnen einklappbar oder zusammenklappbar, und die Benutzer fahren sie manuell aus oder wickeln sie manuell ein. Das Ausfahren oder Einwickeln dauert Zeit und ist unzweckmäßig. Außerdem ist ein gewisser Platz erforderlich, um sie zu lagern. Einige Innensysteme weisen halbpermanente Rahmen auf, an denen die biegsamen Schutze befestigt sind. Obwohl die Anstrengung geringer ist, müssen sie die Benutzer ebenfalls manuell ausfahren und aufwickeln. Die Rahmen haben außerdem eine Auswirkung auf die Innenerscheinung der Fahrzeuge. Für Frachtabdeckungen oder Mittelwandscheiben werden sie hauptsächlich manuell ausgefahren/zurückgeholt oder sind an ihrer Stelle fixiert. Diese zeigen ähnliche Nachteile wie vorhandene Sonnenschutzdesigns.
Die in früheren Techniken erzielte Fähigkeit zum Ausfahren und Verstauen schafft verbesserte Zweckmäßigkeit, verringerte Betriebszeit und verringerte Anstrengung, verwendet aber elektromechanische und elektrohydraulische Mittel zur Betätigung. Diese Mittel fügen Gewicht, Volumen, Kosten und Geräusch und die Möglichkeiten des Ausfalls hinzu. Somit gibt es auf dem Gebiet einen ständigen Bedarf an verbesserten Aktivierungsmechanismen für Abdeckvorrichtungen.
KURZZUSAMMENFASSUNG
Es sind hier Abdeckungssysteme und Verfahren zur Verwendung der Abdeckungssysteme offenbart.
In einer Ausführungsform kann ein Abdeckungssystem umfassen: eine Abdeckung und eine Komponente mit einem aktiven Material in funktionaler Verbindung mit der Abdeckung. Die Komponente mit einem aktiven Material kann ein aktives Material umfassen, das das Ausfahren und Einfahren der Abdeckung ermöglicht.
Die oben beschriebenen und weitere Merkmale sind durch die folgenden Figuren und durch die ausführliche Beschreibung beispielhaft erläutert.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Es wird nun auf die Figuren Bezug genommen, die beispielhafte Ausführungsformen sind und in denen gleiche Elemente gleich nummeriert sind.
1 ist eine Vorderansicht einer Ausführungsform eines Fensters mit einer Abdeckung und unter Verwendung eines Formgedächtnismaterials (von Formgedächtnismaterialen).
2 ist eine Seitenansicht der Ausführungsform aus 1.
3 und 4 veranschaulichen eine andere Ausführungsform eines Fensters mit einer Abdeckung, die einen Mechanismus verwendet, um die Abdeckung benachbart zu dem Fenster zu halten.
5 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Rollmechanismus, z. B. für eine große Drehverlagerung.
6 ist eine Veranschaulichung einer Ausführungsform einer Mittelwandscheibe, die über Mechanismen auf der Grundlage eines Formgedächtnismaterials, die eine große Drehverlagerung erzeugen, ausgefahren/eingefahren werden kann.
7 ist eine schematische Seitenansicht einer anderen Ausführungsform einer Aktuatorbaueinheit mit einem Formgedächtnismaterial.
8 ist eine schematische perspektivische Darstellung der Aktuatorbaueinheit mit einem Formgedächtnismaterial aus 7, die ein gegenüberliegendes Ende zeigt.
9 ist eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform eines Umwandlungsmechanismus einer Winkelverlagerung in eine lineare Verlagerung.
10 veranschaulicht eine Ausführungsform eines Abdeckungsausfahrmechanismus, der eine große lineare Verlagerung verwendet, mit einem Formgedächtnismaterial, das sich um ein Fenster befindet.
11 ist eine schematische Perspektive einer anderen Ausführungsform einer Aktuatorbaueinheit mit einem Formgedächtnismaterial.
12 ist eine schematische perspektivische Darstellung in einer Querschnittsansicht der Aktuatorbaueinheit aus 11.
13 ist eine schematische Teilquerschnittsansicht der Aktuatorbaueinheit aus 11 und 12, wobei einige der Komponenten mit einem Formgedächtnismaterial aktiviert sind und die beweglichen Glieder miteinander verriegelt sind.
14 ist eine Vorderansicht einer Ausführungsform, die eingreifende Lamellen enthält, die die Lamellen in der geschlossenen Position zeigt.
15 ist eine Vorderansicht der eingreifenden Lamellen aus 14 in einer offenen Position.
16 ist eine Vorderansicht einer Ausführungsform eines Mechanismus mit einem Gleitstab innerhalb eines Rohrs für das Ausfahren eines Sonnenschutzes.
17 ist eine Vorderansicht einer Ausführungsform eines Hebermechanismus für das Ausfahren eines Sonnenschutzes.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung der Ausführungsform ist dem Wesen nach lediglich beispielhaft und soll die Offenbarung, ihre Anwendung oder Verwendungen in keiner Weise einschränken.
Die hier erzielte Fähigkeit zum Ausfahren und Verstauen (z. B. bedarfsabhängig fern oder automatisch auf der Grundlage einer Softwarelogik, die am Sensoreingang arbeitet, oder streng passiv auf der Grundlage von Änderungen in einer Betriebsumgebung (wie etwa Temperatur und angelegte Last)) schafft verbesserte Zweckmäßigkeit, verringerte Betriebszeit, verringerte Anstrengung und einen sowohl problemlosen als auch ruhigen (sowohl akustisch als auch hinsichtlich der elektromotorischen Kraft (EMK)) Betrieb. Außerdem enthalten die Vorteile, die der Verwendung aktiver Materialien anstelle der elektromechanischen und elektrohydraulischen Betätigung zugeordnet sind, die Verringerung der Aktuatorgröße, des Gewichts, des Volumens und der Kosten und eine Zunahme der Robustheit. Die Ausfahr- und Verstautechnologie kann bei Jalousien, Sonnenscheiben, Sonnenschutzen, eingreifenden Lamellen (auch als ”Rollos” bekannt), Abdeckungen (z. B. Ladeflächenabdeckungs-, Lagerschacht-/Lagerbehälterabdeckungs- [engl.: bin cover] und Verglasungsbereichsabdeckung), Trennwänden (z. B. Abschirmung, Sicherheit, Schutz und Privatsphäre), Sperren (z. B. Schall, thermisch, Licht, Fluid (z. B. Feuchtigkeit, Gas, Flüssigkeit) und/oder Wetter) und dergleichen (im Folgenden als ”Abdeckung” bezeichnet) genutzt werden. Die Abdeckung kann z. B. als eine Sicherheitssperre, Schutzsperre, Privatsphäresperre, Schallsperre, thermische Sperre, Lichtsperre, Fluidsperre, Wettersperre usw. sowie als Kombinationen, die wenigstens eine der vorstehenden Sperren umfassen, konfiguriert sein.
In einigen Ausführungsformen können vorhandene Fensterglasbewegungsmechanismen mit aktiven Materialien verwendet werden, um eine Abdeckung (z. B. Sonnenschutzschirm oder -scheibe) an Fensterscheiben befestigten zu helfen. Diese Mechanismen können die Fähigkeit zur reversiblen Form-, Steifheits- und/oder Scherfestigkeitsänderung verschiedener Klassen aktiver Materialien nutzen. In einer anderen Ausführungsform wird die Fähigkeit zur reversiblen Formänderung verwendet, um eine Rolle zu ziehen oder aufzuwickeln/abzuwickeln, um die Abdeckung unter Nutzung großer Verlagerungen auszufahren und/oder zu verstauen.
In einer Ausführungsform umfasst ein Abdeckungssystem: eine Abdeckung, die so konfiguriert ist, dass sie in der Nähe eines Verglasungsbereichs (z. B. Fenster (wie etwa in einem Fahrzeug (PKW, LKW, Zug, Flugzeug, Schiff, Bus usw.), Gebäude usw.), Schiebedach, Windschutzscheibe usw.) angeordnet ist, und einen Mechanismus mit einem aktiven Material, der in funktionaler Verbindung mit der Abdeckung angeordnet ist. Der Mechanismus mit einem aktiven Material, der so konfiguriert ist, dass er ermöglicht, dass die Abdeckung mit einem Fahrzeugfenster ausgefahren und eingefahren wird, kann eine Klemme, die so konfiguriert ist, dass sie die Abdeckung an dem Fenster hält, und ein Element mit einem aktiven Material, das an der Klemme befestigt ist, umfassen. Wenn das Element mit einem aktiven Material aktiviert wird, veranlasst es, dass die Klemme mit der Abdeckung und mit dem Fenster in Eingriff gelangt. Alternativ oder außerdem kann der Mechanismus mit einem aktiven Material in Verbindung mit einem Schwungrad betreibbar sein und so konfiguriert sein, dass er für das Schwungrad einen Drehimpuls zum Ausfahren der Abdeckung bereitstellt.
In einer anderen Ausführungsform umfasst ein Abdeckungssystem: eine Rolle, die einen Mechanismus mit einem aktiven Material umfasst, und eine biegsame Abdeckung, die so konfiguriert ist, dass sie den Durchgang von Licht, Schall, Wärme, Feuchtigkeit usw. durch die Abdeckung hemmt, und die so konfiguriert ist, dass sie einen gewünschten Bereich abdeckt, wenn sie ausgefahren ist. Wenn der Mechanismus mit einem aktiven Material aktiviert wird, fährt er die Abdeckung von der Rolle über wenigstens einen Abschnitt des gewünschten Bereichs aus.
Das Abdeckungssystem kann umfassen: eine Abdeckung, die so konfiguriert ist, dass sie in der Nähe eines Verglasungsbereichs angeordnet ist, und einen Mechanismus mit einem aktiven Material, der in funktionaler Verbindung mit der Abdeckung angeordnet ist. Der Mechanismus mit einem aktiven Material, der so konfiguriert ist, dass er ermöglicht, dass die Abdeckung mit einem Fahrzeugverglasungsbereich ausgefahren und eingefahren wird, umfasst einen Stift, der so konfiguriert ist, dass er die Abdeckung an dem Verglasungsbereich hält, und ein Element mit einem aktiven Material, das an dem Stift befestigt ist.
Ein Fahrzeug kann ein Abdeckungssystem umfassen. Das Abdeckungssystem kann umfassen: Elemente, die so konfiguriert sind, dass sie in zwei Schlitzen in Wanden des Fahrzeugs gleiten, und eine Abdeckung, die sich zwischen den Schlitzen und in funktionaler Verbindung mit den Stäben befindet. Die Elemente werden durch eine Feder, die sich zwischen den Elementen befindet, in den Schlitzen gehalten. Die Abdeckung ist so konfiguriert, dass sie über einen Bereich in dem Fahrzeug ausfährt und einfährt.
In einer nochmals anderen Ausführungsform kann das Abdeckungssystem umfassen: eine Aktuatorbaueinheit mit einem aktiven Material, die eine Welle mit einem Fortsatz, der sich konzentrisch mit einem Zylindergehäuse befindet, umfasst, und eine Abdeckung in funktionaler Verbindung mit der Aktuatorbaueinheit mit einem aktiven Material. Die Komponenten mit einem aktiven Material können mit dem Fortsatz verbunden sein. Die Aktuatorbaueinheit mit einem aktiven Material ist so konfiguriert, dass sie die Abdeckung ausfährt und einfährt. Alternativ und/oder außerdem kann das Abdeckungssystem umfassen: eine Abdeckung und eine Komponente mit einem aktiven Material in funktionaler Verbindung mit einer Eingangswelle, wobei die Eingangswelle in funktionaler Verbindung mit einer Ausgangswelle steht und die Ausgangswelle so konfiguriert ist, dass sie die Abdeckung ausfährt und einfährt.
In einer anderen Ausführungsform umfasst das Abdeckungssystem: eine Abdeckung und einen Zahnsegmentmechanismus, der eine Komponente mit einem aktiven Material umfasst. Der Zahnsegmentmechanismus ist so konfiguriert, dass er wenigstens eine Aktion ausführt, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus dem Anheben eines Eigengewichts, aus dem Dehnen einer linearen Feder, aus dem Aufwickeln einer Torsionsfeder und aus Kombinationen, die wenigstens eine der vorstehenden Aktionen umfassen, besteht. Der Zahnsegmentmechanismus ist in der Weise konfiguriert, dass der Zahnsegmentmechanismus lösbar eingeklinkt werden kann, wenn eine Aktion ausgeführt wird. Das Lösen des Zahnsegmentmechanismus kann den vollen Hub in einer einzigen Aktion zulassen.
Da die meisten Formgedächtnismaterialien (eine wichtige Klasse aktiver Materialien) nur eine beschränkte Verlagerung bereitstellen können, ist ihre Fähigkeit zum Erzielen eines großen Hubs oder einer großen Drehung verbessert worden. Insbesondere kann das aktive Material unter Verwendung eines Verlagerungsvervielfachungsmechanismus (von Verlagerungs vervielfachungsmechanismen), in dem (denen) z. B. die Kraft gegen den Hub eingetauscht wird, einen großen Hub mit einer niedrigen Betätigungskraft bereitstellen. Aktive Materialien (AM) enthalten jene Zusammensetzungen, die in Ansprechen auf ein Aktivierungssignal, das in Anhängigkeit von den verschiedenen Typen aktiver Materialien ein elektrisches, magnetisches, thermisches oder dergleichen Feld sein kann, unterschiedlich eine Änderung der Steifheitseigenschaften, der Scherfestigkeit, der Form und/oder der Dimensionen zeigen können. Bevorzugte aktive Materialien enthalten, sind aber nicht beschränkt auf, die Klasse von Formgedächtnismaterialien und Kombinationen davon. Formgedächtnismaterialien bezieht sich auf Materialien oder Zusammensetzungen, die die Fähigkeit aufweisen, sich an ihre ursprüngliche Form zu erinnern, die nachfolgend durch Anlegen oder Entfernen eines äußeren Stimulus (z. B. eines Aktivierungssignals) zurückgerufen werden kann. Somit kann die Verformung des Formgedächtnismaterials von der ursprünglichen Form eine temporäre Bedingung sein.
Es sind hier eine Anzahl beispielhafter Ausführungsformen von Aktuatorbaueinheiten mit einem aktiven Material beschrieben. Die Aktuatorbaueinheiten mit einem aktiven Material nutzen alle Komponenten mit einem aktiven Material. Beispielhafte aktive Materialien (AM) enthalten: Formgedächtnislegierungen (”SMAs”; z. B. thermisch und spannungsaktivierte Formgedächtnislegierungen und magnetische Formgedächtnislegierungen (MSMA)), elektroaktive Polymere (EPAs) wie etwa dielektrische Elastomere, ionische Polymermetallzusammensetzungen (IPMC), piezoelektrische Materialien (z. B. Polymere, Keramiken), Formgedächtnispolymere (SMPs), Formgedächtniskeramiken (SMCs), Baroplaste, magnetorheologische (MR) Materialien (z. B. Fluide und Elastomere), elektrorheologische (ER) Materialien (z. B. Fluide und Elastomere), Zusammensetzungen der vorstehenden aktiven Materialien mit nicht aktiven Materialien und Kombinationen, die wenigstens eines der vorstehenden aktiven Materialien umfassen. Zweckmäßigkeitshalber und beispielhaft wird hier Bezug genommen auf Formgedächtnismaterialien wie etwa Formgedächtnislegierungen und Formgedächtnispolymere. Die Formgedächtniskeramiken, Baroplaste und dergleichen können auf ähnliche Weise genutzt werden. Zum Beispiel bewirkt bei Baroplastmaterialien ein durch Druck erzeugtes Durchmischen von Nanophasendomänen von Komponenten mit hoher und niedriger Glasübergangstemperatur (Tg) die Formänderung. Baroplaste können bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen ohne Verschlechterung wiederholt verarbeitet werden. SMCs sind ähnlich SMAs, können aber viel höhere Betriebstemperaturen als andere Formgedächtnismaterialien tolerieren. Ein Beispiel einer SMC ist ein piezoelektrisches Material.
Die Fähigkeit von Formgedächtnismaterialien, bei Anwenden (oder für einige Materialien Entfernen) äußerer Stimuli in ihre ursprüngliche Form zurückzukehren, hat zu ihrer Verwendung in Aktuatoren zum Anwenden einer Kraft, die zu einer gewünschten Bewegung führt, geführt. Aktuatoren mit einem intelligenten Material bieten das Potential zu einer Verringerung der Aktuatorgröße, des Aktuatorgewichts, des Aktuatorvolumens, der Aktuatorkosten, des Aktuatorgeräuschs und zu einer Zunahme der Robustheit im Vergleich zu herkömmlichen elektromechanischen und elektrohydraulischen Betätigungsmitteln. Allerdings sind die meisten Formgedächtnismaterialien nur in der Lage, eine beschränkte Verlagerung bereitzustellen, was ihre Verwendung in Anwendungen, die eine große Verlagerung erfordern, sei es linear oder drehend, beschränkt. Ferromagnetische SMAs zeigen z. B. in Ansprechen auf ein angelegtes magnetisches Feld (und proportional zu dessen Stärke) schnelle Dimensionsänderungen von bis zu mehreren Prozent. Allerdings sind diese Änderungen Einwegänderungen, wobei entweder eine Vorbelastungskraft oder eine Feldum kehr angewendet wird, um die ferromagnetische SMA in ihre Ausgangskonfiguration zurückzustellen.
Formgedächtnislegierungen sind Legierungszusammensetzungen mit wenigstens zwei verschiedenen temperaturabhängigen Phasen oder Polarität. Die am häufigsten genutzten dieser Phasen sind die sogenannte Martensit- und Austenitphase. In der folgenden Diskussion bezieht sich die Martensitphase allgemein auf die verformbarere Phase bei niedrigerer Temperatur, während sich die Austenitphase allgemein auf die festere Phase bei höherer Temperatur bezieht. Wenn sich die Formgedächtnislegierung in der Martensitphase befindet und erwärmt wird, beginnt sie, sich in die Austenitphase zu ändern. Die Temperatur, bei welcher dieses Phänomen beginnt, wird oft als Austenitstarttemperatur (A_s) bezeichnet.
Die Temperatur, bei welcher dieses Phänomen vollendet ist, wird oft die Austenitendtemperatur (A_f) genannt. Wenn die Formgedächtnislegierung in der Austenitphase vorliegt und abgekühlt wird, beginnt sie, sich in die Martensitphase zu ändern, und die Temperatur, bei welcher dieses Phänomen beginnt, wird oft als die Martensitstarttemperatur (M_s) bezeichnet. Die Temperatur, bei welcher Austenit aufhört, sich in Martensit umzuwandeln, wird oft die Martensitendtemperatur (M_f) genannt. Der Bereich zwischen A_s und A_f wird oft der Martensit-Austenit-Umwandlungstemperaturbereich genannt, während der zwischen M_s und M_f oft der Austenit-Martensit-Umwandlungstemperaturbereich genannt wird. Es wird angemerkt, dass die oben erwähnten Übergangstemperaturen Funktionen der von der SMA-Probe erfahrenen Spannung sind. Im Allgemeinen nehmen diese Temperaturen mit zunehmender Spannung zu. Angesichts der vorstehenden Eigenschaften erfolgt die Verformung der Formgedächtnislegierung vorzugsweise bei oder unter der Austenitstarttemperatur (bei oder unter A_s). Nachfolgendes Erwärmen über die Austenitstarttemperatur veranlasst, dass die verformte Formgedächtnismaterialprobe bis zum Abschluss bei der Austenitendtemperatur in ihre ursprüngliche (unbelastete) permanente Form zurückzukehren beginnt. Somit ist eine geeignete Aktivierungseingabe oder ein geeignetes Aktivierungssignal zur Verwendung mit Formgedächtnismaterialien ein thermisches Aktivierungssignal, welches eine Stärke besitzt, die ausreicht, Umwandlungen zwischen der Martensit- und der Austenitphase zu bewirken. MSMAs sind Legierungen; sie sind oft aus Ni-Mn-Ga zusammengesetzt, die ihre Form wegen einer durch ein magnetisches Feld erzeugten Spannung ändern. MSMAs weisen innere Varianten mit verschiedenen magnetischen und kristallographischen Orientierungen auf. In einem magnetischen Feld ändern sich die Anteile dieser Varianten, was zu einer Gesamtformänderung des Materials führt.
Wie zuvor erwähnt wurde, sind andere beispielhafte Formgedächtnismaterialien Formgedächtnispolymere (SMPs). ”Formgedächtnispolymer” bezieht sich allgemein auf ein Polymermaterial, das bei Anlegen eines Aktivierungssignals eine Änderung einer Eigenschaft wie etwa einer Form, einer Dimension, einer Formorientierung oder einer Kombination, die wenigstens eine der vorstehenden Eigenschaften umfasst, in Kombination mit einer Änderung (z. B. einer sehr großen Änderung) ihres elastischen Moduls zeigt. Formgedächtnispolymere können thermoresponsiv (d. h., die Änderung der Eigenschaft wird durch ein thermisches Aktivierungssignal verursacht), photoresponsiv (d. h., die Änderung der Eigenschaft wird durch ein lichtbasiertes Aktivierungssignal verursacht), feuchtigkeitsresponsiv (d. h., die Änderung der Eigenschaft wird durch ein flüssiges Aktivierungssignal wie etwa Feuchtigkeit, Wasserdampf oder Wasser verursacht) oder eine Kombination, die wenigstens eines der Vorstehenden umfasst, sein.
Wenn das SMP über die letzte Übergangstemperatur erwärmt wird, kann dem SMP-Material eine permanente Form verliehen werden. Eine permanente Form für das SMP kann festgelegt oder gespeichert werden, indem das SMP anschließend unter diese Temperatur abgekühlt wird. So wie sie hierin verwendet werden, sind die Ausdrücke ”ursprüngliche Form”, ”zuvor definierte Form”, ”vorgegebene Form” und ”permanente Form” Synonyme und sollen austauschbar verwendet werden. Eine temporäre Form kann festgelegt werden, indem das Material auf eine Temperatur, die höher ist als eine thermische Übergangstemperatur irgendeines weichen Segments, jedoch unter die letzte Übergangstemperatur, erwärmt wird, eine äußere Spannung oder Last aufgebracht wird, um das SMP zu verformen, und dann unter die besondere thermische Übergangstemperatur des weichen Segments abgekühlt wird, während die verformende äußere Spannung oder Last beibehalten wird.
Die permanente Form kann wiederhergestellt werden, indem das Material bei weggenommener Spannung oder Last über die besondere thermische Übergangstemperatur des weichen Segments, jedoch unter die letzte Übergangstemperatur, erwärmt wird. Somit kann der Fachmann feststellen, dass es durch Kombinieren mehrerer weicher Segmente möglich ist, mehrere temporäre Formen darzustellen, und dass es mit mehreren harten Segmenten möglich sein kann, mehrere permanente Formen darzustellen. Ähnlich wird eine Kombination mehrerer SMP unter Verwendung eines geschichteten oder Verbundansatzes Übergänge zwischen mehreren temporären und permanenten Formen darstellen.
Das Formgedächtnismaterial kann außerdem ein piezoelektrisches Material umfassen. Außerdem kann das piezoelektrische Material in bestimmten Ausführungsformen als ein Aktuator zum Bereitstellen eines schnellen Einsatzes konfiguriert sein. So wie der Begriff ”piezoelektrisch” hier verwendet wird, wird er zur Beschreibung eines Materials verwendet, das sich mechanisch verformt (die Form ändert), wenn ein Spannungspotential angelegt wird, oder umgekehrt eine elektrische Ladung erzeugt, wenn es mechanisch verformt wird.
Beispielhafte aktive Materialien umfassen außerdem elektrorheologische Fluide (ER) und magnetorheologische (MR) Zusammensetzungen (wie etwa MR-Polymere und MR-Fluide). Für MR-Zusammensetzungen können sich die Steifheit und die Form im Fall von MR-Polymeren und die Scherfestigkeit im Fall von MR-Fluiden bei Anlegen eines magnetischen Felds schnell ändern (z. B. können für ein MR-Fluid innerhalb von zwei Millisekunden Scherfestigkeitsänderungen von wenigstens einer Größenordnung bewirkt werden). Elektrorheologische Fluide (ER) sind dahingehend ähnlich MR-Fluiden, dass sie, wenn sie einem angelegten Feld, in diesem Fall einer Spannung anstatt eines magnetischen Felds, ausgesetzt werden, eine Änderung der Scherfestigkeit zeigen. Die Reaktion erfolgt schnell und proportional zur Stärke des angelegten Felds. Die erzielbaren Scherfestigkeiten sind aber eine Größenordnung kleiner als jene von MR-Fluiden, und üblicherweise sind mehrere tausend Volt erforderlich. ER-Fluide und MR-Zusammensetzungen in einem aktivierten Zustand können als Halte- und Verriegelungsmechanismen (z. B. als eine dünnen Lage zwischen einer sich drehenden Welle und einem feststehenden Gehäuse) wirken, um die Abdeckungen in einem bestimmten Ausfahrzustand (ausgefahren, verstaut oder teilweise ausgefahren) zu halten. In einem aktivierten Zustand können sie ebenfalls als ein einstellbarer Bremskraft-Bremsmechanismus zum Steuern (z. B. Verlangsamen und/oder Glätten) des Ausfahrens (z. B. Ausfahren, Verstauen, teilweises Ausfahren und/oder Einfahren) der Abdeckung wirken.
Elektroaktive Polymere (EPAs) sind ein Laminat aus einem Paar von Elektroden mit einer Zwischenschicht aus einem dielektrischen Material mit einem niedrigen elastischen Modul. Das Anlegen eines Potentials zwischen den Elektroden drückt die Zwischenschicht zusammen und bewirkt, dass sich diese in der Ebene ausdehnt. Sie zeigen eine zu dem angelegten Feld proportionale Reaktion und können mit hohen Frequenzen betätigt werden. EAP-Morphing-Laminatlagen sind dargestellt worden (in 2005 auf der SPIE-Konferenz von dem Unternehmen Artificial Muscle Inc.). Ihr großer Nachteil ist, dass sie angelegte Spannungen erfordern, die näherungsweise drei Größenordnungen größer als diejenigen sind, die von Piezoelektrika erfordert werden.
Einige beispielhafte aktive Materialien sind z. B in den US-Patenten Nr. 6,979,050 und 7,029,056 an Browne u. a., im US-Patent Nr. 7,063,377 an Brei u. a. und im US-Patent Nr. 7,059,664 an Aase u. a. zu finden.
Wie oben angemerkt wurde, kann die Abdeckung in einer Ausführungsform mit versenkbaren Fenstern genutzt werden, wobei der Fensterbewegungsmechanismus (z. B. Glasbewegungsmechanismus) zum Ausfahren der Abdeckung (z. B. Sonnenschutzschirm oder -lage) verwendet werden kann. Falls die Abdeckung ein biegsames Gewebe umfasst, kann die Oberseite davon unter Verwendung aktiver Materialien auf der Grundlage des Befestigungs- und Lösemechanismus an der Oberseite des Fensters befestigt oder von ihr gelöst werden. Das Gewebe kann auf eine Rolle gewickelt oder von einer Rolle abgewickelt werden oder einfach innerhalb eines Hohlraums gefaltet werden, wobei sein unteres Ende an der Unterseite des versenkbaren Fensterglases befestigt ist. Wo die Abdeckung eine feste Lage ist, kann sie sich neben dem Fenster befinden, wobei die Unterseite davon an dem Bewegungsmechanismus des Fensters befestigt oder von ihm gelöst wird.
1 und 2 veranschaulichen eine Ausführungsform, in der sich die Abdeckung, eine Sonnenschutzlage 2, in der Nähe des Fensters 4 befindet. Wenn Elemente mit einen aktiven Material (z. B. zwei SMM-Drähte, -stäbe, -stangen, -kabel oder dergleichen) 8 betätigt werden, können zwei Klemmen 6 des Fensters aufeinander zu bewegt werden. Diese SMM-Drähte 8 sind an dem Befestigungsposten 10 befestigt. Um die gewünschten Fenster abzuschatten, können die Benutzer die Fenster (z. B. entweder manuell oder automatisch) herunterrollen und daraufhin den Befestigungsmechanismus betätigen. Die Aktivierung des Mechanismus veranlasst, dass die Drähte 8 schrumpfen. Da die Drähte 8 an Klemmen 6 befestigt sind, während sie aktiviert werden, bewegen sie die Klemmen 6 in Richtung des Pfostens 10 über den Schutz 2 und halten dadurch den Schutz 2 an dem Fenster 4. Im Ergebnis dessen, dass der Schutz 2 an dem Fenster 4 gehalten wird, wenn das Fenster in seine geschlossene Position zurückgestellt wird (z. B. nach oben zurückgerollt wird), wird der Schutz 2, der ein festes Material (z. B. ein Material, das ausreichend strukturelle Integrität aufweist, um seine Position benachbart zu dem Fenster aufrechtzuerhalten, wenn das Fenster in der geschlossenen Position ist) umfasst, zusammen mit dem Fenster 4 in die obere oder geschlossene Position bewegt. Um den Schutz 2 zu lösen (zu entfernen), können die Benutzer das Fenster 4 und die Abdeckung 2 herunterrollen, die Abdeckung 2 durch Deaktivieren der Drähte 8 lösen, so dass die Klemmen 6 in ihre ursprüngliche Position zurückkehren. Wenn das Fenster 4 mit den Klemmen 6 in ihrer ursprünglichen Position heraufgerollt wird, bleibt der Schutz 2 in der Tür.
Es können viele andere Befestigungs- und Lösemechanismen verwendet werden, wobei z. B. ein Stift (oder mehrere Stifte), der (die) sich zusammen mit dem Fensterglas bewegt (bewegen), betätigt werden kann (können), um in ein Loch (in Löcher) des Sonnenschutzes einzutreten, wenn sowohl der Sonnenschutz als auch das Fensterglas in der untersten Position sind. Auf diese Weise brauchen sich die Klemmen des Fensterglases nicht zu bewegen. Darüber hinaus können andere Befestigungs- und Lösemechanismen auf der Grundlage intelligenter Materialien oder nicht intelligenter Materialien ebenfalls verwendet werden.
Ausführungsformen, die eine große Drehverlagerung nutzen, nutzen einen Mechanismus, der die Abdeckung auf eine Rolle aufwickeln und von ihr abwickeln kann. Für eine Sonnenschutzanwendung kann die Rolle z. B. in dem Dach, in den Säulen oder in den Hohlräumen darunter benachbart zu den Verglasungsbereichen (z. B. einschließlich des Schiebedachs, der Windschutzscheibe und der Seitenfenster und der Heckfenster) angeordnet sein, während sich eine Frachtabdeckung und -trennwand im Dach, im Boden, in dem Bereich hinter der hinteren Sitzreihe usw. befinden kann. Wenn die Trennwand vollständig ausgefahren ist, kann sie einen Abschnitt des Fahrzeugs von einem anderen Abschnitt des Fahrzeugs sperren, während die Frachtabdeckung die Ladefläche eines Pritschenlieferwagens einschließen kann, den Kofferraum oder den hinteren Abschnitt eines Steilheck- oder Geländefahrzeugs abdecken kann usw.
3 und 4 veranschaulichen andere Ausführungsformen eines Sonnenschutzes, der zu einem Fenster benachbart ist. In 3 befindet sich der Sonnenschutz, wenn er aufgewickelt ist, auf der Seite oder unter dem Fenster. Somit wird ein Mechanismus verwendet, um den Sonnenschutz neben dem Fenster zu halten, wenn er abgewickelt wird. In 3 ist der Sonnenschutz 12 von der Rolle 14 abgewickelt worden, wobei er durch die Krümmung des Sonnenschutzes 12 neben (benachbart zu) dem Fenster 4 gehalten wird. Um die Krümmung zu verstärken, kann in den Schutz ein bistabiler Metallstreifen (der z. B. in einer Position fest ist und in einer zweiten Position biegsam ist; z. B. ähnlich einem Bandmaß, wenn es in einer konkaven Position fest ist und in einer flachen Position biegsam ist) eingebettet sein und/oder an ihm befestigt sein.
In 4 ist die Krümmung des Schutzes (mit oder ohne Verstärkung) in der Weise angeordnet, dass zwei Elemente (z. B. Stäbe, Stangen usw.) 16, die durch eine Feder 18 gegen die Schlitze des Fensterrahmens geschoben werden, den Sonnenschutz 12 neben dem Fenster 4 halten. In dieser Ausführungsform kann die Rolle 14 den Schutz 12 weiter abwickeln und an dem Fenster 4 hinaufschieben, während die Elemente 16 den Schutz lediglich an seiner Stelle halten.
5 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Rollmechanismus zum Erreichen einer großen Drehverlagerung. Der Mechanismus umfasst zwei Federn, eine SMM-Feder 22 und eine normale Vorbelastungsfeder (nicht gezeigt), die innerhalb eines Rohrs 24 untergebracht sind, wobei das Rohr 24 an den Rollenenden 28 und 30 fixiert ist. Das Rohr 24 und das Rollenende 28 können eine Relativbewegung in Bezug auf das Ende 30 bzw. 26 aufweisen, wobei die Linke der SMM-Feder/normalen Feder bei 30 befestigt ist und die Rechte der SMM-Feder/normalen Feder bei 28 befestigt ist. Das erste Rollenende 30 ist an einem Objekt befestigt (nicht gezeigt; wie etwa einer Fahrzeugkomponente (z. B. Fahrzeugkarosserie, -tür, -kofferraum, -ladefläche (z. B. Pritschenlieferwagen-Ladefläche) und Armaturenbrett), Türrahmen, Fensterrahmen (einschließlich Dachfensterrahmen) usw.), und das rechte Rollenende 28 kann sich drehen und ist durch ein Lager 26 gehalten, das ebenfalls an einer Fahrzeugkomponente fixiert ist. Ein Ende der SMM-Feder 22 und der normalen Feder sind am Rollenende 30 befestigt, während das andere Ende am Rollenende 28 befestigt ist. Während des vorherigen einmaligen Montageprozesses bei einer niedrigeren Temperatur (relativ zu der Übergangstemperatur der SMM-Feder 22) wird die SMM-Feder 22 zunächst einige Umdrehungen verdreht und werden daraufhin ihre Enden an den Enden der normalen Feder fixiert. Um den Sonnenschutz 12 während normaler Betriebe auszufahren, wird durch den Draht der SMM-Feder 22 ein elektrischer Strom geleitet. Wegen einer erhöhten Temperatur versucht die SMM-Feder 22, ihren ursprünglichen Zustand wiederherzustellen, und dreht somit das Rohr 24 und speichert in der normalen Feder Energie. Um das Einfahren der Rolle zu verhindern, wenn kein Strom dadurch geleitet wird, kann ein Verriegelungsmechanismus (z. B. eine Zahnsegment oder ein anderer Halte-/Verriegelungsmechanismus; nicht gezeigt) verwendet werden. Wenn das Einfahren gewünscht ist, kann der Verriegelungsmechanismus freigegeben werden, was die gespeicherte Energie in der Vorbelastungsfeder freigibt und den Schutz 12 aufrollt.
Außerdem oder in einer Alternative kann die Abdeckung (z. B. der Sonnenschutz) das aktive Material (die aktiven Materialien) umfassen. Zum Beispiel kann ein Sonnenschutz eine Lage aus Formgedächtnispolymeren umfassen und/oder kann ein Vorhang mit Formgedächtnislegierungen eingebettet sein. Im Fall von Formgedächtnispolymeren würde die Abdeckung (z. B. der Vorhang), wenn die äußere/innere Wärme einen voreingestellten Grenzwert übersteigt, biegsam und somit durch die ansonsten gesperrten Ausfahrkräfte automatisch abgerollt und ausgefahren. Um sie zu verstauen oder aufzurollen, wenn sich die Umgebungstemperatur abgekühlt hat, wird die Abdeckung zunächst erwärmt, daraufhin aufgerollt und in der verstauten Position gehalten, während sie abgekühlt (z. B. aktiv und/passiv gekühlt) wird. Es wird angemerkt, dass die Abdeckung nicht in der verstauten Position bleiben kann, wenn die Umgebungstem peratur nicht genug abgekühlt wird. Es ist nicht notwendig, dass die gesamte Abdeckung aus Formgedächtnispolymer hergestellt ist; um Materialkosten zu sparen, kann nur ein Teil der Abdeckung, z. B. Streifen an Kanten, aus Formgedächtnispolymer hergestellt sein, solange die Funktionsanforderung erfüllt ist. Im Fall eingebetteter Formgedächtnislegierungen könnte die Abdeckung, wenn die äußere/innere Wärme einen voreingestellten Grenzwert übersteigt, durch den Formgedächtniseffekt ausgefahren werden, um automatisch zu fallen, um das Fenster zu abzudecken und dadurch die Sonnenstrahlen zu versperren. Außerdem würde die Abdeckung, wenn sich die Abdeckung abkühlt, wegen der durch eine Vorbelastungsfeder ausgeübten Kräfte automatisch eingefahren (z. B. aufgerollt). Im Allgemeinen sind für den Fall mit Formgedächtnispolymer keine Federn notwendig und ist für den Fall mit Formgedächtnislegierungen eine Feder notwendig.
Nochmals andere mögliche Ausführungsformen von 5 enthalten das Ersetzen der normalen Feder durch eine weitere SMM-Feder, was das einfache Erzielen eines Haltens bei Abschaltung ermöglicht; z. B. führt eine SMM-Feder das Ausfahren aus und führt die andere das Einfahren aus. Wenn eine SMM-Feder betätigt wird, kann die andere leicht verdreht werden, da sie in dem Martensitzustand ist. Wenn die Leistung abgeschaltet ist, bleiben die zwei Federn nur feststehend, da sie beide in dem Martensitzustand sind. Anstelle der Verwendung von SMM-Federn, um eine große Drehung zu erzielen, können ebenfalls andere Mechanismen verwendet werden, die intelligente Materialien enthalten, um eine große Drehung oder Linearbewegung zu erzielen.
In 6 wird eine Trennwand, z. B. hinter der ersten Sitzreihe (wie die Abschirmung in einem Führerhaus), mit einem Drehaktuator gewickelt, der, wie etwa in dem Rollmechanismus 20 aus 5, unter Verwendung von Formgedächtnismaterialien implementiert ist. Die zwei Elemente 16, die in zwei Schlitzen 44 der Fahrzeugseitenwände gleiten, werden durch die Feder 48, die sich zwischen den Stäben 16 befindet, in die Schlitze 44 geschoben und halten die Trennwand 40 somit an ihrer Stelle. Die Trennwand kann sich von dem Boden 46 ganz oder teilweise bis zu der Decke 42 erstrecken. Frachtabdeckungen können auf ähnlich Weise ausgefahren/eingefahren und gehalten werden.
In 7 ist eine andere Ausführungsform einer Aktuatorbaueinheit 60 mit einem Formgedächtnismaterial gezeigt, die als ein inkrementeller Drehmotor arbeitet. Eine Welle 62 mit einem Fortsatz oder Stift 68 ist konzentrisch mit einer Bohrung durch ein Zylindergehäuse 64 und dreht sich mit oder ohne Hilfe eines Lagers. Komponenten 78, 80, 82 und 84 mit einem Formgedächtnismaterial sind an einem Ende an dem vorbelasteten Stift 68 befestigt, über Riemenscheiben 70A–D und 72A–D gebogen und an Haltestiften an dem anderen Ende des zylindrischen Gehäuses befestigt (die Stifte sind nicht gezeigt, wobei aber 8 die Komponenten mit einem Formgedächtnismaterial in der Teilansicht zeigt, die in Richtung der Stifte verlaufen). Die Riemenscheiben 70A–D und 72A–D sitzen auf Gleitstücken 86A–D, die in Schlitzen 72A–D des zylindrischen Gehäuses 64 gleiten. Die Komponenten 78, 80, 82 und 84 mit einem Formgedächtnismaterial können sequentiell aktiviert werden und drehen somit die Welle 62 in Bezug auf das zylindrische Gehäuse 64. Da alle Komponenten 78, 80, 82 und 84 mit einem Formgedächtnismaterial (über die Riemenscheiben 72A–D) gebogen sind, um in axialer Richtung der Welle 62 zu verlaufen, werden ausreichend große Komponenten mit einem Formgedächtnismaterial ermöglicht, um eine große Verlagerung zu erzielen (z. B. Komponenten mit einem Formgedächtnismaterial mit einer ausreichenden Länge, um über Zusammenziehen jeder Komponente mit einem Formgedächtnismaterial eine angemessene Verlagerung des beweglichen Glieds zu erzielen), während die Packungsgröße minimiert wird. Um eine Ermüdungsverschlechterung wegen Biegung der Komponenten mit einem Formgedächtnismaterial zu vermeiden, können optional für irgendeinen Abschnitt der Komponenten mit einem Formgedächtnismaterial, der Biegung erfährt, Abschnitte mit einem Nicht-Formgedächtnismaterial (z. B. normaler Metalldraht) mit einer langen Ermüdungslebensdauer ersetzt werden, und kann das Formgedächtnismaterial nur in dem Abschnitt, der während des gesamten Betätigungszyklus gerade bleibt, d. h. in dem Abschnitt nahezu parallel zu der axialen Richtung der Welle 62, verwendet werden.
Die Gleitstücke 86A–86D laufen auf einem Nocken 66 der Welle 62. Das Nockenprofil 76 (das in 8 gezeigt ist) ermöglicht, dass sich das Gleitstück, mit dem die gerade betätigte Komponente mit einem Formgedächtnismaterial funktional verbunden ist, in Richtung des Zentrums der Welle 62 bewegt, und verhindert somit, dass es durch die als nächstes betätigte Komponente mit einem Formgedächtnismaterial gezogen wird. Somit nutzt das Nockenprofil 76 die Zusammenziehkraft der Komponenten mit einem Formgedächtnismaterial effizienter (d. h., es nutzt die Kraft zum Drehen der Welle anstatt dazu, der beschränkenden Kraft der gerade betätigten Komponente mit einem Formgedächtnismaterial entgegenzuwirken), was mehr Abkühlzeit vor dem Dehnen einer zuvor betätigten Komponente ermöglicht und die Zykluszeit der Aktuatorbaueinheit 60 verringert. Das Nockenprofil 76 kann außerdem so hergestellt sein, dass ein unnötiges Überdehnen der Komponenten mit einem Formgedächtnismaterial vermieden wird. In 7 und 8 wird jede Komponente mit einem Formgedächtnismaterial nur durch die gegenüberliegende betätigte Komponente mit einem Formgedächtnismaterial gedehnt (d. h. die Komponente 84 mit einem Formgedächtnismaterial wird gedehnt, wenn die Komponente 80 mit einem Formgedächtnismaterial betätigt wird und umgekehrt, und die Komponente 82 mit einem Formgedächtnismaterial wird gedehnt, wenn die Komponente 78 mit einem Formgedächtnismaterial aktiviert wird und umgekehrt), wobei der Betrag der Dehnung derselbe ist wie der Betrag, der notwendig ist, um den Stift 68 zu ziehen und die Welle 62 zu drehen, wenn sie betätigt wird.
Um die Drähte sequentiell zu aktivieren, kann eine automatische Aktivierung genutzt werden, wodurch eine Steuerlogik für diese Aktivität verringert oder beseitigt wird und somit die Kosten gesenkt werden. Durch Bereitstellung eines elektrischen Kontaktstreifens, der nur teilweise um die Nockenoberfläche verläuft (ähnlich dem elektrischen Kontaktstreifen 535, der in 12 der gemeinsam übertragenen US-Patentanmeldung Nr. 11/501,417, eingereicht am 9. August 2006, Aktenzeichen des Anwalts Nr. GP-307896-R&D-KAM, veranschaulicht ist), werden die jeweiligen Komponenten mit einem Formgedächtnismaterial sequentiell aktiviert, während sich die Welle 62 dreht. Im Fall der Verwendung normaler Metalldrähte in dem Biegebereich sind die Drähte an den Pfosten an dem distalen Ende der Rolle befestigt, wobei alle mit dem negativen Pol verbunden sind und das positive Ende mit dem Nocken verbunden ist, wo nur ein Abschnitt der Nockenoberfläche elektrisch leitend ist. Es wird angemerkt, dass die Riemenscheiben 70A–D und 72A–D und die Gleitstücke 86A–D leitend sind und dass der vorbelastete Stift 68 nicht leitend ist. Das Halten bei Abschaltung ist erwünscht und kann über Zahnsegment- oder Verriegelungs- und Lösemechanismen verwirklicht werden.
Es wird angemerkt, dass die Anzahl der Komponenten mit einem Formgedächtnismaterial in der Aktuatorbaueinheit 60 mit einem Formgedächtnismaterial nicht auf vier beschränkt ist. Es könnte nur drei Komponenten mit einem Formgedächtnismaterial oder mehr als vier geben. Darüber hinaus sind die Schlitze 74A–D nicht auf die gezeigte Konfiguration beschränkt. Die Mittellinie der Schlitze geht nicht notwendig durch das Wellenzentrum und ist nicht notwendig gerade. Außerdem kann im dem Mechanismus leicht sowohl eine Drehung in Uhrzeigerrichtung als auch eine entgegen der Uhrzeigerrichtung erzielt werden. Um die Ansprechzeit zu reduzieren und die Abkühlzeit zu verringern, während die erforderliche Kraft aufrechterhalten wird, können darüber hinaus anstelle jeder Komponente mit einem Formgedächtnismaterial mehrere dünnere SMM-Komponenten (z. B. mehrere SMM-Drähte mit kleinerem Durchmesser anstelle jedes einzelnen SMM-Drahts) verwendet werden, um das distale Ende zu verbinden.
9 veranschaulicht einen anderen Verlagerungsmechanismus, der zum Ausfahren einer Abdeckung genutzt werden kann. In dieser Ausführungsform wird das Formgedächtnismaterial (z. B. SMA) verwendet, um eine kleine Winkelverlagerung bereitzustellen, während der Mechanismus die kleine Verlagerung in eine große Verlagerung umwandelt. Zum Beispiel kann ein Getriebe verwendet werden, um die Winkelverlagerung zu verstärken. Zum Beispiel ist 1 Umdrehung gleich 2πr, was gleich der Verlagerung, dividiert durch die Umdrehungen, ist. Falls der Radius (r) 0,5 Zoll ist, werden somit pro Umdrehung der Eingangswelle 94 3,14 Zoll Verlagerung erzeugt, wobei näherungsweise 5 Umdrehungen der Eingangswelle notwendig wären, um 16 Zoll einer Abdeckung zu verlagern. Falls der Mechanismus zwischen der Eingangswelle und der Ausgangswelle auf ein Verhältnis von 1:10 ins Schnelle Übersetzten (Getriebe) sollte, würde eine halbe Umdrehung die Ausgangswelle 5 Umdrehung drehen. Falls die Ausgangswelle 96 einen Radius (r) von 0,5 Zoll hat, würden 5 Umdrehungen der Ausgangswelle 96 näherungsweise 16 Zoll der Abdeckung verlagern; und falls die Ausgangswelle 96 einen größeren Radius hat, ist bei der Eingangswelle weniger Drehung notwendig. Somit kann nur ein kleiner Betrag des SMM-Drahts verwendet werden, um den Schutz zu betätigen, wird von dem Fahrzeug weniger Leistung verwendet und wird die SMM-Verlagerung verstärkt.
In einer abermals anderen Ausführungsform kann ein Schwungrad genutzt werden, wobei das Formgedächtnismaterial (die Formgedächtnismaterialien) verwendet wird (werden), um einem Schwungrad, das zum Ausfahren/Verstauen eines Vorhangs verwendet wird, einen Drehimpuls zu erteilen. Eine Scheibe mit hoher Masse kann ein Formgedächtnismaterial (z. B. SMA) verwenden, das in der Nähe des Zentrums der Scheibe mit einem viel kleineren Durchmesser als dem Außendurchmesser (OD) der Scheibe wirkt. Die kleine Verlagerung/hohe Kraft von dem SMM-Draht kann in Drehimpuls der Scheibe umgewandelt werden. Wenn sich die Scheibe dreht, dreht sich z. B. eine mit der Scheibe verbundene Welle ebenfalls, um die Abdeckung auszufahren/zurückzuholen. Optional kann das Schwungrad ein Zahnrad nutzen, das mit einem Gleitbock in der Weise in Eingriff ist, dass die Bewegung des Bocks eine große lineare Verlagerung bereitstellt, die die Abdeckung ausfährt/einfährt.
In 10 betätigt das Formgedächtnismaterial (z. B. SMA) die Abdeckung 98 direkt. Mit anderen Worten, das Formgedächtnismaterial führt alle Arbeit direkt aus, so dass die Bewegung nicht mit zahlreichen Teilen umgewandelt wird. Allerdings kann eine solche Ausführungsform eine große Menge Draht verwenden.
In manchen Ausführungsformen können mehrere Betätigungen mit einem Mechanismus auf der Grundlage eines Zahnsegments verwendet werden, um ein Eigengewicht anzuheben, eine lineare Feder zu dehnen und/oder eine Torsionsfeder aufzuwickeln, die durch eine Einschnappklinke freigegeben werden kann, um daraufhin in einer einzigen Aktion den vollen Hub zuzulassen. Die Energie könnte zwischen vom Kunden geforderten Akti vierungen gespeichert werden, um auf Anforderung die Bereitstellung eines vollen Hubs zuzulassen.
In 11 nutzt eine andere Aktuatorbaueinheit 110 mit einem Formgedächtnismaterial einen Ansatz von ”Eisenbahnwagen auf einer Eisenbahn”, um eine große lineare Verlagerung zu erzielen. Die Aktuatorbaueinheit 110 mit einem Formgedächtnismaterial enthält bewegliche Glieder 112, 114 und 116, ein feststehendes Glied 118 und ein Verankerungsglied 120, die alle auf einem Basisglied 122 linear ausgerichtet sind. Die beweglichen Glieder 112, 114 und 116 gleiten oder rollen in Bezug auf das Basisglied 122 ähnlich wie Eisenbahnwagen auf einem Eisenbahngleis. Obwohl in der Aktuatorbaueinheit 110 aus 11–13 nur drei bewegliche Glieder enthalten sind, ist festzustellen, dass alternativ nur zwei bewegliche Glieder oder mehr als drei verwendet werden können. Das feststehende Glied 118 und das Verankerungsglied 120 sind an dem Basisglied 122 befestigt und bewegen sich nicht in Bezug auf dieses. Die Grenzfläche zwischen den beweglichen Gliedern 112, 114, 116 und dem Basisglied 122 könnte irgendeine Form und Konfiguration aufweisen. Solange die beweglichen Glieder 112, 114 und 116 mit einer passenden Form konfiguriert sind, um das Basiselement 122 teilweise zu umgeben, kann das Basisglied 122 im Querschnitt kreisförmig, oval, rechteckig, dreieckig, quadratisch usw. sein. Wie in 11 gezeigt ist, kann die Grenzfläche außerdem eine Schwalbenschwanzform aufweisen. Als ein alternativer Ansatz könnte das Basisglied 122 mehrere Schlitze, einen für jedes bewegliche Glied, aufweisen. Da das distale Ende eines Schlitzes immer der gewünschte Ort zum Freigeben eines beweglichen Glieds ist, ist es somit sehr leicht, das Überdehnen zu verhindern und jedes bewegliche Glied an dem richtigen Ort freizugeben.
Hinsichtlich 11 sind die beweglichen Glieder 112,114 und 116 in dieser Reihenfolge über jeweilige Komponenten 128, 126 und 124 mit einem Formgedächtnismaterial mit dem Verankerungsglied 120 verbunden. Die beweglichen Glieder 114 und 116 und das feststehende Glied 118 weisen dadurch einen Satz ausgerichteter Öffnungen auf, die zulassen, dass die Komponente 128 mit einem Formgedächtnismaterial durchgeht, um wie veranschaulicht an einem distalen Ende mit dem beweglichen Glied 112 und an einem proximalen Ende mit dem Verankerungsglied 120 zu verbinden. Das bewegliche Glied 116 und das feststehende Glied 118 weisen einen anderen Satz ausgerichteter Öffnungen auf, die zulassen, dass die Komponente 126 mit einem Formgedächtnismaterial hindurchgeht, um bei einem distalen Ende mit dem beweglichen Glied 114 und bei einem proximalen Ende mit dem Verankerungsglied 120 zu verbinden. Schließlich weist das feststehende Glied 118 eine nochmals andere Öffnung dadurch auf, die zulässt, dass die Komponente 124 mit einem Formgedächtnismaterial durchgeht, um bei einen distalen Ende mit dem beweglichen Glied 116 und bei einem proximalen Ende mit dem Verankerungsglied 120 zu verbinden. Um die Positionierung aufrechtzuerhalten, sind die Enden jeder Komponente 124, 126 und 128 mit einem Formgedächtnismaterial gequetscht (oder mit irgendeinem anderen geeigneten Mittel wie etwa Schweißen oder Kleben befestigt). In einem alternativen Design verbinden die Komponenten 124, 126 und 128 mit einem Formgedächtnismaterial einen jeweiligen Fortsatz (z. B. einen Stab, eine Stange, ein Rohr oder ein anderes Element), der von dem jeweiligen beweglichen Glied ausgeht, mit einem Fortsatz (z. B. einem Stab, einer Stange, einem Rohr oder einem anderen Element), der von dem Verankerungsglied 120 ausgeht, anstatt durch Öffnungen in den beweglichen Gliedern und in dem feststehenden Glied zu verlaufen. Um Biegen zu vermeiden und um die Ermüdungslebensdauer zu erhöhen, können die gequetschten Enden der Komponenten 124, 126 und 128 mit einem Formgedächtnismaterial bei dem Verankerungsglied 120 während der Betätigung nach rechts gleiten. Es ist bevorzugt, dass das durch die Komponenten 124, 126 und 128 mit einem Formgedächtnismaterial an der Aktuatorbaueinheit 110 erzeugte Biegemoment durch Designwahl der Zusammensetzung des Formgedächtnismaterials, durch die Querschnittsfläche der Komponenten mit einem Formgedächtnismaterial und durch die strukturelle Festigkeit des Basisglieds 122, der beweglichen Glieder 112, 114, 116, des feststehenden Glieds 118 und des Verankerungsglieds 120 minimiert ist. Die Komponenten 124, 126 und 128 mit einem Formgedächtnismaterial sind in den äußersten ausgefahrenen Positionen, in einer Martensitphase, gezeigt, in der sich die beweglichen Glieder 112, 114 und 116 nicht weiter nach links bewegen. Die beweglichen Glieder 112, 114 und 116 können auf dem Basisglied 122 entweder (über ein Rad (Räder), das (die) an einem jeweiligen beweglichen Glied mit oder ohne Lager befestigt ist (sind)) rollen, gleiten oder gleiten und rollen und sind voneinander durch vorgegebene Entfernungen gemäß Design getrennt. Optional können mehrere Verankerungsglieder genutzt werden, so dass die proximalen Enden der Komponenten 124, 126 und 128 mit einem Formgedächtnismaterial in Bezug auf das Basisglied 122 verschiedene Längsorte aufweisen können. Eine Last oder Kraft, die durch die Aktuatorbaueinheit 110 mit einem Formgedächtnismaterial bewegt werden soll, ist entweder durch das bewegliche Glied 112 gebildet oder ist mechanisch mit einer distalen Seite von ihm verknüpft. Die Last oder Kraft kann ein Gewicht oder eine Feder sein, das/die so konfiguriert ist, dass es/sie als ein Rückstellmechanismus wirkt (d. h., eine Kraft erzeugt, die gegen das Zusammenziehen der Komponenten 112, 114 und 116 mit einem Formgedächtnismaterial vorbelastet ist).
Wenn die Komponente 128 mit einem Formgedächtnismaterial (durch Zuführen eines elektrischen Stroms, wie im Folgenden diskutiert wird) aktiviert wird, ist die Wiederherstellungs- oder Zusammenziehkraft der Komponente 128 mit einem Formgedächtnismaterial höher als der Gesamtwiderstand der Last, wobei das bewegliche Glieder 112 in Richtung des beweglichen Glieds 114 nach rechts gezogen wird. Wenn sich das bewegliche Glied 112 in die Nähe des beweglichen Glieds 114 bewegt, werden sie über einen Verriegelungsmechanismus wie etwa den anhand von 12 ausführlich beschriebenen miteinander verriegelt. Die nächste Komponente 126 mit einem Formgedächtnismaterial wird aktiviert, um die (miteinander verriegelten) beweglichen Glieder 112 und 114 zum beweglichen Glied 116 zu bringen. Wenn das bewegliche Glied 114 in der Nähe des beweglichen Glieds 116 ist, verriegeln sie durch den Verriegelungsmechanismus wie etwa den in Bezug auf 12 beschriebenen miteinander. Ähnlich bewegen sich, wenn daraufhin die Komponente 124 mit einem Formgedächtnismaterial aktiviert wird, die miteinander verriegelten beweglichen Glieder 112, 114 und 116 nach rechts und wird das bewegliche Glied 116 durch einen wie in Bezug auf 12 beschriebenen Verriegelungsmechanismus an dem feststehenden Glied 118 verriegelt.
In 11 und 12 enthält jedes bewegliche Glied 112, 114, 116 einen Verriegelungsmechanismus. Der Verriegelungsmechanismus für das bewegliche Glied 112 enthält eine Einschnappklinke 130A, einen Stift 132A und eine Feder 134A. Die Einschnappklinke 130A kann in einen im beweglichen Glied 114 gebildeten Schlitz eintreten und weiterlaufen, wobei der Stift 132A wegen eines geschlitzten Schlüssellochs 150 (siehe 11), vorn mit einer Schlitzbreite etwas breiter als der Durchmesser des Stifts 132A, der in einer Öffnung innerhalb des beweglichen Glieds 114 gehalten ist, durchgeht. Wenn das bewegliche Glied 112 das bewegliche Glied 114 berührt, ist das Schlüsselloch 150 in der Einschnappklinke 130A genau unter dem Stiftkopf (d. h. einem Doppelflanschkopf) des Stifts 132A. Bei etwas mehr Schrumpfen der Komponente 128 mit einem Formgedächtnismaterial (siehe 11) bewegt sich der Verriegelungsstift 132A wegen der Steigung des ansteigenden Schlüssellochs 136A und der Vorbelastungskraft der Feder 134A nach unten, um in das Schlüsselloch in der Einschnappklinke 130A zu fallen. Der oberste Flansch an dem Stift 132A ist größer als das untere Loch des beweglichen Glieds 114 und liegt somit über ihm, um sicherzustellen, dass der Stift 132A in der Einschnappklinke 130A liegt, um die beweglichen Glieder 112 und 114 miteinander zu verriegeln. Das bewegliche Glied 114 (mit dem mit ihm verriegelten beweglichen Glied 112) wird in gleicher Weise mit dem beweglichen Glied 116 verriegelt, während sich die Komponente 126 mit einem Formgedächtnismaterial zusammenzieht, und das bewegliche Glied 116 (mit den mit ihm verriegelten beweglichen Gliedern 112 und 114) wird in gleicher Weise mit dem feststehenden Glied 118 verriegelt.
Das Freigeben der Einschnappklinken erfolgt genau in der umgekehrten Reihenfolge und wird in Bezug auf das Freigeben des beweglichen Glieds 112 vom beweglichen Glied 114 beschrieben. Wenn die beweglichen Glieder 112 und 114 in 11 und 12 durch die Last nach der Betätigung zusammen nach links gezogen werden, berührt der Verriegelungsstift 132A, wenn die Bedingungen zulassen, dass die Komponente 128 mit einem Formgedächtnismaterial in ihre Martensitphase zurückkehrt, die Steigung in dem Keil 136A und läuft auf dem Keil nach oben, wobei der Stift 132A nach oben bewegt wird, bis er in einen nach oben verlaufenden Anschlagabschnitt des ansteigenden Keils 136A gleitet. Der Anschlagabschnitt wirkt als ein Mechanismus zum Verhindern des Überdehnens, der eine Weiterbewegung nach links verhindert. An diesem Punkt ist die Unterseite des unteren Flanschs des Doppelflanschkopfs des Stifts 132A (siehe 13 für eine Ansicht des Doppelflanschkopfs) mit der Oberseite der Einschnappklinke 130A bündig und gibt sie somit frei. Zwischen den beweglichen Gliedern 114 und 116 und zwischen dem beweglichen Glied 116 und dem feststehenden Glied 118 werden ähnliche Einschnappklinken, Verriegelungsstifte und ansteigende Keile genutzt.
Das Freigeben eines beweglichen Glieds durch Freigeben der Einschnappklinke muss erfolgen, wenn das bewegliche Glied in der Position vor dem Zusammenziehen (ursprünglichen gespannten Position) ist. Anderenfalls kann die an dem beweglichen Glied befestigte Komponente mit einem Formgedächtnismaterial nicht genug für die nächste Aktivierung gedehnt werden und kann sich ein entfernteres bewegliches Glied (das gerade zuvor aktiviert worden ist) nicht mit ihm verriegeln. Somit werden die Keile 136A–136C im Basisglied 122 an der gewünschten Startposition der beweglichen Glieder 112, 114 und 116 oder an der Position des feststehenden Glieds 118 positioniert.
Da sich die Verriegelungsstifte 132A und 132B mit den jeweiligen beweglichen Gliedern 114 bzw. 116 zusammen bewegen, sollten sie nicht durch die Keile 136B bzw. 136C versperrt werden, wenn sie sich in der proximalen Richtung bewegen. Zum Beispiel sollte die Unterseite des Stifts 132A in der vollständig verriegelten Position etwas höher als die Oberseite des Keils 136B sein. 13 veranschaulicht, dass der Schaftabschnitt der Stifte 132A, 132B und 132C in dieser Reihenfolge größere Längen haben und dass die Keile 136A, 136B und 136C in der Reihenfolge abnehmender Höhe sind (der Keil 136A ist in 13 nicht gezeigt), so dass das weiter distale bewegliche Glied während der Rückkehr in die Position vor dem Zusammenziehen über die weiter proximalen Keile geht. Die Summenlänge jedes Verriegelungsstifts 132A–132C und seines passenden ansteigenden Keils 136A–136C ist für die beweglichen Glieder 114 und 116 und für das feststehende Glied 118 dieselbe. Um das Gesamtgewicht im Vergleich mit der Aktuatorbaueinheit 110 zu verringern, können alternativ bewegliche Glieder mit anderen Breiten verwendet werden, wobei die Keile entlang einer horizontalen Querrichtung versetzt sind, so dass die Keile dieselbe Höhe haben können.
Obwohl hier nur ein Verriegelungsmechanismus gezeigt ist, können zur Verwendung mit irgendeiner der hier beschriebenen Aktuatorbaueinheiten mit einem Formgedächtnismaterial irgendwelche anderen vorhandenen Mechanismen oder neuen Mechanismen wie etwa ein Verriegelungsmechanismus auf Solenoidgrundlage, ein Verriegelungsmechanismus auf der Grundlage intelligenter Materialien, ein Einschnappklinkendesign vom Sicherheitsgurt-Schnallentyp oder ein Einschalt/Ausschalt-Design wie etwa in einer Kindersicherungsverriegelung/Freigabe für Türen oder Schränke oder in einem Kugelschreiber angepasst werden. Der Wagen kann z. B. an eine Oberfläche, die einem benachbarten Wagen zugewandt ist, ein Schlüsselloch wie etwa einen T-förmigen Schlitz aufweisen. Der benachbarte Wagen kann eine Einschnappklinke aufweisen, die so ausgelegt ist, dass sie in den oberen Abschnitt des T-förmigen Schlitzes passt (d. h. in den horizontalen Abschnitt der T-Form) und in den unteren Abschnitt (d. h. in den vertikalen Abschnitt der T-Form) gleitet, wenn sich der Wagen mit der Einschnappklinke entlang einer ansteigenden Bahn in Richtung des Wagens mit dem T-förmigen Schlitz bewegt, um die zwei Wagen miteinander zu verriegeln. Die Steigung der ansteigenden Bahn ist so ausgelegt, dass sie die relative vertikale Verlagerung zwischen den zwei Wagen verursacht, die das Verriegeln und Freigeben der Einschnappklinke von dem T-förmigen Schlitz ermöglicht.
Andere Beispiele von Verriegelungs- und Freigabemechanismen enthalten einen Verriegelungsmechanismus, der eine Einschnappklinke an einem beweglichen Glied aufweist, die so konfiguriert ist, dass sie in einen Schlitz eines benachbarten beweglichen Glieds gleitet. Ein getrenntes Freigabeglied kann betätigt werden, um die Einschnappklinke aus dem Schlitz zu schieben und somit die zwei beweglichen Glieder voneinander freizugeben. Das Freigabeglied kann eine Laufrolle sein, die an dem Ende einer Feder befestigt ist. Die Einschnappklinke rollt entlang der Laufrolle, wenn sie freigegeben wird, und vermeidet somit während ihres Freigebens den direkten Kontakt mit dem benachbarten beweglichen Glied und verringert die Reibung im Zusammenhang mit der Freigabebewegung.
Das Halten bei Abschaltung ist entweder für die volle Verlagerung (wenn das am meisten proximale bewegliche Glied 116 an dem feststehenden beweglichen Glied 118 verriegelt ist) oder bei einer diskreten Verlagerung, wenn ein bewegliches Glied an dem nächsten beweglichen Glied verriegelt ist, erwünscht. Mittel zum Halten bei Abschaltung nutzen einen Haltemechanismus, um ein bewegliches Glied in einer zusammengezogenen Position nach Aktivierung zu halten, wenn die Aktivierungseingabe aufgehört hat (z. B., wenn die Leistung ausgeschaltet ist, falls eine Widerstandsheizung verwendet wird, oder wenn sich die Temperatur unter die Martensitendtemperatur abkühlt, im Fall einer konvektiven oder Strahlungsheizung). Für die in 12 gezeigte Ausführungsform kann der Keil 132A abgesenkt werden, um die beweglichen Glieder 112 und 114 miteinander zu verriegeln. Durch Bewegen eines Gleitblocks 138 unter das Basisglied 122 entlang der Längsrichtung bewegen sich die Keile 136A–136C wegen der durch die Federn 134A–134C ausgeübten Federkraft von den angehobenen Höckern 140 am Block 138 und werden abgesenkt. Wenn die Keile 136A–136C in einer abgesenkten Position sind, kann der Keil 132A, obwohl der Verriegelungsstift 132A des beweglichen Glieds 114 während der Rückkehr der Komponente 126 mit einem Formgedächtnismaterial in die Martensitphase auf der Steigung des Keils 132A gleitet, den Verriegelungsstift 132A nicht weit genug schieben, damit die untere Oberfläche des unteren Flanschs des Stiftkopfs die Schlüssellochöffnung in der Einschnappklinke 130A verlässt. Das Bewegen des Gleit blocks 138 veranlasst das Halten des beweglichen Glieds bei dem Keil, der dem am meisten proximalen der beweglichen Glieder zugeordnet ist, die bewegt worden sind, oder bei dem feststehenden Glied 118, falls bereits alle beweglichen Glieder nach rechts bewegt worden sind, wenn der Gleitblock 138 bewegt wird. Um das Halten abzubrechen, um die beweglichen Glieder freizugeben, kann der Gleitblock 138 zurück bewegt werden, so dass alle Keile 132A–C nach oben geschoben werden. Die vertikale Verlagerung der Keile über den Gleitblock 138 ist klein und die horizontale Bewegung des Gleitblocks 138 kann über viele Mechanismen wie etwa ein elektronisches Solenoid oder einen SMM-Draht erzielt werden.
In 11 ist in Bezug auf das bewegliche Glied 112 ein alternativer Haltemechanismus veranschaulicht. Der alternative Haltemechanismus enthält eine Schaltklinke 142 und einen Zahnsegmentanschnitt 144 des Basisglieds 122. Die Schaltklinke 142 lässt zu, dass das bewegliche Glied 112 in irgendeiner Position gehalten wird. Um das bewegliche Glied 112 freizugeben, wird die Schaltklinke 142 von dem Zahnsegmentanschnitt 144 durch einen Mechanismus (nicht gezeigt) wie etwa ein elektronisches Solenoid oder einen SMM-Draht weggezogen (entweder nach oben gedreht oder nach oben gezogen).
Die Aktuatorbaueinheit 110 mit einem Formgedächtnismaterial kann die Komponenten mit einem Formgedächtnismaterial sequentiell automatisch mechanisch aktivieren, um eine Steuerlogik zu eliminieren und dadurch die Kosten zu senken. Um dies zu verwirklichen, sind die proximalen Enden der Komponenten 124, 126 und 128 mit einem Formgedächtnismaterial bei dem Verankerungsglied 120 alle mit dem negativen Pol einer elektrischen Stromversorgung wie etwa einer Batterie (Versorgung nicht gezeigt) verbunden und ist der positive Pol der elektrischen Stromversorgung mit getrennten elektrischen Kontaktstreifen 146A, 146B und 146C verbunden, die sich jeweils an dem Basisglied 122 zwischen den beweglichen Gliedern befinden (siehe 11). Die Unterseite jedes beweglichen Glieds 112, 114 und 116 weist ihren eigenen spezifischen elektrischen Kontaktstreifen auf, der in Längsrichtung (in derselben Richtung, in der sich die beweglichen Glieder 112, 114 und 116 bewegen) verläuft, der auf einen spezifischen elektrischen Kontaktstreifen an dem Basisglied 122 ausgerichtet ist. Zum Beispiel weist anhand von 11 das bewegliche Glied 112 einen elektrischen Kontaktstreifen 148A (mit Strichlinien gezeigten) an einer unteren Oberfläche davon auf, der auf den elektrischen Kontaktstreifen 146A (hier auch als ein erster Aktivierungsmechanismus mit einem Formgedächtnismaterial bezeichnet) an dem Basisglied 122 ausgerichtet ist. Das bewegliche Glied 114 weist an einer unteren Oberfläche davon einen elektrischen Kontaktstreifen 148B auf, der auf einen elektrischen Kontaktstreifen 146B (hier auch als ein zweiter Aktivierungsmechanismus mit einem Formgedächtnismaterial bezeichnet) an dem Basisglied 122 ausgerichtet ist. Das bewegliche Glied 116 weist an einer unteren Oberfläche davon einen (mit Strichlinien gezeigten) elektrischen Kontaktstreifen 148C auf, der auf den elektrischen Kontaktstreifen 146C an dem Basisglied 122 ausgerichtet ist. Die Komponente mit einem Formgedächtnismaterial, die mit jedem distalen beweglichen Glied verbunden ist, behält immer den elektrischen Kontakt mit dem elektrischen Kontaktstreifen auf der Unterseite des beweglichen Glieds, mit dem sie verbunden ist. Wenn ein Schalter (nicht gezeigt) eingeschaltet wird, um Leistung von der elektrischen Stromversorgung fließen zu lassen, ist die Komponente 128 mit einem Formgedächtnismaterial in einem geschlossenen Stromkreis (dem Stromkreis, der den elektrischen Kontaktstreifen 148A, den elektrischen Kontaktstreifen 146A, die Komponente 128 mit einem Formgedächtnismaterial und die Leistungszuführungen enthält), was veranlasst, dass die Komponente 128 mit einem Formgedächtnismaterial mit dem beweglichen Glied 112 in Kontakt gelangt und es in Rich tung des beweglichen Glieds 114 bewegt. Nachdem die beweglichen Glieder 112 und 114 miteinander verriegelt worden sind, veranlasst die Weiterbewegung des beweglichen Glieds 112, dass der elektrische Kontaktstreifen 148A den Kontakt mit dem elektrischen Kontaktstreifen 146A an dem Basisglied 122 verliert, und veranlasst sie, dass der elektrische Kontaktstreifen 148B an der Unterseite des beweglichen Glieds 114 mit dem elektrischen Kontaktstreifen 146B an der Unterseite des Basisglieds 122 in Kontakt gelangt. An diesem Punkt ist die Komponente 128 mit einem Formgedächtnismaterial im offenen Stromkreis und ist die Komponente 126 mit einem Formgedächtnismaterial im geschlossenen Stromkreis. Somit aktiviert eine Aktivierungseingabe in das zweite bewegliche Glied, d. h. die Leistung von der an die Leistungszuführungen angeschlossenen elektrischen Stromversorgung, die Komponente 126 mit einem Formgedächtnismaterial, um das bewegliche Glied 114 (und das damit verriegelte bewegliche Glied 112) zu bewegen. Diese ”automatische Aktivierung” der nächsten Komponente mit einem Formgedächtnismaterial über Bewegung des vorhergehenden beweglichen Glieds wird wiederholt, bis das bewegliche Glied 116 das feststehende Glied 118 erreicht. Unter Verwendung eines Kontaktschalters am beweglichen Glied 118 kann die Leistung ausgeschaltet werden.
Dadurch, dass jeder Verriegelungsmechanismus verriegelt, während sich jede jeweilige Komponente 128, 126 und 124 mit einem Formgedächtnismaterial zusammenzieht, hat die Last, die mit dem ersten beweglichen Glied funktional verbunden ist, oder das erste bewegliche Glied selbst einen Verstellweg, der gleich der Summe der jeweiligen Zwischenräume (d. h. des offenen Raums entlang des Basisglieds 122) zwischen den beweglichen Gliedern 112 und 114, zwischen den beweglichen Gliedern 114 und 116 und zwischen dem beweglichen Glied 116 und dem feststehenden Glied 118 ist. Um die Last in Richtung des distalen Endes des Basisglieds 122 zurückzustellen, wird zunächst der Haltemechanismus freigegeben (d. h. das Gleitglied 138 bewegt), falls es genutzt wurde, und die Einschnappklinke 130C von dem Verriegelungsstift 132C freigegeben. Während die Komponente 124 mit einem Formgedächtnismaterial abgekühlt wird und gegen Dehnung weniger Widerstand ausübt, kann die Kraft des Rückstellmechanismus, der auch als die Last bezeichnet wird (z. B. ein Eigengewicht, eine konstante Feder, eine lineare Feder, ein Druckstab), alle beweglichen Glieder 112, 114 und 116 in Richtung des distalen Endes des Basisglieds 122 ziehen. Wenn das bewegliche Glied 116 näher bei seiner vorgesehenen Position vor dem Zusammenziehen ist, wird die Verriegelung zwischen der Einschnappklinke 130B und dem Verriegelungsstift 132B durch den ansteigenden Keil 136B freigegeben, so dass das bewegliche Glied 116 von den beweglichen Gliedern 112 und 114 gelöst werden kann. Ähnlich wird das bewegliche Glied 114 von dem beweglichen Glied 112 gelöst und hält wegen des ansteigenden Keils 136A bei dem vorgesehenen Ort vor dem Zusammenziehen an.
Durch die Aktuatorbaueinheit 110 mit einem Formgedächtnismaterial kann eine große Verlagerung erzielt werden, da viele bewegliche Glieder hinzugefügt werden können. Der Flächeninhalt zwischen den beweglichen Gliedern und dem Basisglied 122 (auf dem die beweglichen Glieder gleiten, rollen oder rollen und gleiten) kann minimiert werden, um Reibungsverluste zu verringern. Schließlich kann die Rückstellkraft der Last sehr leicht durch ein Lasthalte-Kraft-Profil angepasst werden, während die Größe oder Anzahl der Komponenten mit einem Formgedächtnismaterial, die Zusammensetzung und/oder die Umwandlungstemperaturen für verschiedene bewegliche Glieder verschieden sein können. Somit kann irgendein Rückstellmechanismus wie etwa ein Druckstab, das Eigengewicht, eine lineare Feder, eine konstante Feder usw. für Zweckmäßigkeit und Leistung gewählt werden. Für eine zweckmäßige Ermüdungslebens dauer und für die Sicherheit und Zuverlässigkeit ist es wichtig, dass die Komponenten mit einem Formgedächtnismaterial durch den Rückstellmechanismus nicht überdehnt werden.
In der in 12 gezeigten Ausführungsform weisen alle beweglichen Glieder 112, 114 und 116 und das feststehende Glied 118 genauso bemessene Komponenten (den Körper des beweglichen Glieds oder des feststehenden Glieds, die Einschnappklinken 130A–130C, die Stellschraube auf jedem beweglichen Glied 112, 114, 116 und auf dem feststehenden Glied 118 zum Einstellen der Spannung der Federn 134A–134C), wie in den beweglichen Gliedern 112, 114 und 116 gezeigt, sowie Komponenten mit veränderlicher Dimension (den Verriegelungsstift 132A und den ansteigenden Keil 136A), wie in Bezug auf 13 gezeigt und diskutiert, auf.
13 zeigt ein bewegliches Glied 112, das an einem beweglichen Glied 114 verriegelt ist, das an einem beweglichen Glied 116 verriegelt ist. Der Keil 136B wirkt als ein Mechanismus zum Halten bei Abschaltung, während er durch den Höcker 140 angehoben wird, um sich mit dem Stift 132B zu überlagern. 13 veranschaulicht die Positionierung kurz vor der automatischen Aktivierung der Komponente 124 mit einem Formgedächtnismaterial (in diesem Querschnitt nicht gezeigt), um das bewegliche Glied 116 zum Verriegeln mit dem feststehenden Glied 118 zu bewegen.
In einer abermals anderen Ausführungsform können unter Verwendung der Formgedächtnismaterialien Rollos ausgefahren oder eingefahren werden. Überlagernde Lamellen, z. B. größer oder gleich näherungsweise 2 Lamellen, bedecken den gewünschten Bereich in der geschlossenen Position z. B. dadurch, dass sie sich mit einer benachbarten Lamelle überlappen. In dieser Ausführungsform kann eine kleine Bewegung der Lamellen (z. B. parallele Streifen, Stangen usw.) einen Prozentsatz der Bedeckung durch die Lamellen ändern (z. B. die Lamellen in eine geschlossene Position, 14; in eine offene Position, 15, oder irgendwo dazwischen bewegen). Der Betrag der durch die Lamellen erreichten Öffnung ist durch die Breite einer Stange/eines Streifens und durch den Gesamtabstand bestimmt. Falls z. B. die vollständige Schließung gewünscht ist, begrenzen zwei Lamellen den Öffnungsprozentsatz auf 50. Somit können 3, 4 oder mehr Lamellen verwendet werden. Zum Beispiel ermöglichen 5 Lamellen irgendeine Öffnung von 20% bis 80% des geschlossenen Bereichs. Die Bewegung der Lamellen verwendet eine kleine Verlagerung, was die direkte Verwendung von Formgedächtnismaterialien ermöglicht.
In einer abermals anderen Ausführungsform, wie sie in 16 veranschaulicht ist, können Elemente, die gleitfähig miteinander in Eingriff sind (z. B. ein Gleitstab innerhalb einer Röhre, mittels Nut und Feder verbundene Elemente usw.), verwendet werden, um Sonnenschutze auszufahren. Zum Beispiel weist für jedes Paar (d. h. eine Röhre und ihr entsprechender Gleitstab) ein Ende der Röhre 94 ein Stiftloch auf, so dass die Röhre 94 durch einen Stift 92 beschränkt werden kann, wobei aber eine Gleitbewegung entlang eines Schlitzes an einem Rahmen (z. B. dem Rahmen eines Verglasungsbereichs) zulässig ist. Ähnlich weist ein Ende des Stabs 96 ebenfalls ein Stiftloch auf, so dass der Stab 96 durch einen Stift 98 beschränkt werden kann und entlang eines Schlitzes des Rahmens 100 gleiten kann. Ein SMA-Draht 102 kann das offene Ende der Röhre 94 und das offene Ende des Stabs 96 so verbinden, dass sich der Draht 102, wenn er erwärmt wird, zusammenzieht und den Stab 96 drängt, sich aus der Röhre 94 zu bewegen. Falls mehrere Paare von Röhren und Stäben (z. B. wie in 16 gezeigt) zusammenwirkend verbunden sind, wobei die untere Reihe der Stifte an dem Fensterrahmen fixiert ist, wobei die obere Reihe der Stifte mit einem Schutz verhakt ist und wobei die verbleibenden Reihen der Stifte mit entsprechenden Röhren oder Stäben verbunden sind, kann die Abdeckung (z. B. ein Sonnenschutz) 104 durch Erwärmen aller SMA-Drähte 102 über ihre entsprechenden Umwandlungstemperaturen ausgefahren werden. Wenn die Temperatur in der Nähe der Drähte ihre Phasenübergangstemperatur erreicht, beginnt das spontane Ausfahren. Durch richtiges Design beginnt das spontane Verstauen mit der Vorbelastungskraft (z. B. von der Schwerkraft, von einer Feder innerhalb der Rolle, von der der Sonnenschutz abgerollt wird oder auf die er aufgerollt wird), wenn die Drahttemperatur ihre Martensitstarttemperatur erreicht. Unter Verwendung einer elektrischen Heizung für die Drähte kann außerdem ein bedarfsabhängiges Ausfahren oder Verstauen ausgeführt werden, und zum Erzielen des Haltens bei Abschaltung kann eine Art Verriegelung oder Kugelschreiber-Umschaltmechanismus verwendet werden. Es wird angemerkt, dass der Querschnitt der in irgendeiner Ausführungsform beschriebenen Röhre oder des darin Elements irgendeine zweckmäßig Geometrie, z. B. abgerundet (wie etwa ein Stab, eine Rohr usw.), mehreckig (z. B. eine Stange usw.) sowie Kombinationen, die wenigstens eines der Vorstehenden umfassen, sein kann.
17 veranschaulicht eine Ausführungsform, die einen Hebermechanismus nutzt, um eine Abdeckung 104, z. B. Sonnenschutze, auszufahren. In dieser Ausführungsform sind viele Paare von Elementen 106 (die innerhalb jedes Paars ein Paar Scheren bilden) über Stifte 108 durch ihre entsprechenden Stiftlöcher an den Elementen 106 zusammenwirkend miteinander verbunden. Abgesehen davon, dass die entsprechenden Stifte des obersten Paars in einem Schlitz 110 eines Verbinders gleiten, der die Abdeckung 104 hält, und dass die entsprechenden Stifte des untersten Paars in einem Schlitz 110 des Fensterrahmens 112 gleiten, ist die Unterseite jedes Paars mit der Oberseite eines anderen über Stifte durch ihre entsprechenden Stiftlöcher an den Elementen verbunden. Zwischen den Verankerungspunkten eines Paars von Elementen ist ein SMA-Draht 114 verbunden, und das Zusammenziehen wegen der ansteigenden Temperatur über ihre Umwandlungstemperatur fährt den Sonnenschutz aus. Wie bei der in 16 gezeigten Ausführungsform kann sowohl ein spontanes Ausfahren als auch ein bedarfsabhängiges Ausfahren erzielt werden. Außerdem ist der Ort des Drahts flexibel und können mehrere Drähte an mehreren Orten verwendet werden.
Die hier offenbarten Bereiche sind inklusiv und kombinierbar (z. B. Bereiche von ”bis zu näherungsweise 25 Gew.-%, oder genauer näherungsweise 5 Gew.-% bis zu näherungsweise 20 Gew.-%” enthalten die Endpunkte und alle Zwischenwerte des Bereichs von ”näherungsweise 5 Gew.-% bis zu näherungsweise 25 Gew.-%” usw.). ”Kombination” enthält Mischungen, Gemische, Ableitungen, Legierungen, Reaktionsprodukte und dergleichen. Darüber hinaus bezeichnen die Begriffe ”erster”, ”zweiter” und dergleichen hier keine Reihenfolge, Menge oder Bedeutung, sondern werden stattdessen zur Unterscheidung eines Elements von einem anderen verwendet, wobei die Begriffe ”ein” und ”einer” hier keine Beschränkung der Menge bedeuten, sondern stattdessen die Anwesenheit wenigstens eines der erwähnten Gegenstände bezeichnen. Das in Verbindung mit einer Menge verwendete Umstandswort ”näherungsweise” schließt den Zustandswert ein und hat eine durch den Kontext vorgeschriebene Bedeutung (enthält z. B. den Grad des Fehlers, der der Messung der besonderen Größe zugeordnet ist). So wie das Suffix ”(e)” hier verwendet wird, soll es sowohl den Singular als auch den Plural des Begriffs enthalten, den es ändert, und dadurch eines oder mehrere dieses Begriffs enthalten (wobei z. B. Farbstoff(e) einen oder mehrere Farbstoffe enthält). Die Bezugnahme überall in der Beschreibung auf ”eine Ausführungsform”, ”eine andere Ausführungsform”, ”eine Ausführungsform” usw. bedeutet, dass ein besonderes in Verbindung mit der Ausführungsform beschriebenes Element (z. B. Merkmal, Struktur und/oder Eigenschaft) in wenigstens einer hier beschriebenen Ausführungsform enthalten ist und in anderen Ausführungsformen vorhanden oder nicht vorhanden sein kann. Außerdem können die beschriebenen Elemente selbstverständlich in den verschiedenen Ausführungsformen auf irgendeine geeignete Weise kombiniert werden.
Alle angeführten Patente, Patentanmeldungen und ihre Bezugnahmen sind hier in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme mit aufgenommen. Wenn allerdings ein Begriff in der vorliegenden Anmeldung mit einem Begriff in der aufgenommenen Bezugnahme im Widerspruch oder Konflikt steht, hat der Begriff aus der vorliegenden Anmeldung gegenüber dem Begriff in Konflikt aus der aufgenommenen Bezugnahme Vorrang.
Obwohl die Offenbarung in Bezug auf eine beispielhafte Ausführungsform beschrieben worden ist, erkennt der Fachmann auf dem Gebiet, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können und Äquivalente für Elemente davon ersetzt werden können, ohne von dem Schutzbereich der Offenbarung abzuweichen. Außerdem können viele Änderungen vorgenommen werden, um eine besondere Situation oder ein besonderes Material an die Lehren der Offenbarung anzupassen, ohne von deren wesentlichem Schutzbereich abzuweichen. Somit soll die Offenbarung nicht auf die besondere Ausführungsform, die als die für die Ausführung dieser Offenbarung am besten betrachtete Ausführungsart offenbart ist, beschränkt sein, sondern enthält die Offenbarung alle Ausführungsformen, die im Schutzbereich der beigefügten Ansprüche liegen.
Zusammenfassung
In einer Ausführungsform kann ein Abdeckungssystem umfassen: eine Abdeckung und eine Komponente mit einem aktiven Material in funktionaler Verbindung mit der Abdeckung. Die Komponente mit einem aktiven Material kann ein aktives Material umfassen, das das Ausfahren und Einfahren der Abdeckung ermöglicht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- US 6979050 [0044]
- US 7029056 [0044]
- US 7063377 [0044]
- US 7059664 [0044]

Claims

Abdeckungssystem, das umfasst: eine Abdeckung; und eine Komponente mit einem aktiven Material in funktionaler Verbindung mit der Abdeckung; wobei die Komponente mit einem aktiven Material ein aktives Material umfasst, das das Ausfahren und Einfahren der Abdeckung ermöglicht.
System nach Anspruch 1, bei dem das aktive Material das Ausfahren und das Einfahren der Abdeckung fern, passiv oder aktiv ermöglicht.
System nach Anspruch 2, bei dem das aktive Material so konfiguriert ist, dass, wenn das aktive Material eine bestimmte Temperatur erreicht, es biegsam wird und die Abdeckung ausfährt.
System nach Anspruch 3, bei dem die Abdeckung durch Erwärmen des aktiven Materials, Einfahren der Abdeckung in eine eingefahrene Position und Abkühlen der Abdeckung in der eingefahrenen Position in ihre ursprüngliche Position zurückgestellt werden kann.
System nach Anspruch 3, bei dem die Komponente mit einem aktiven Material eine Lage aus Formgedächtnispolymer umfasst.
System nach Anspruch 3, bei dem die Komponente mit einem aktiven Material eine Formgedächtnislegierung umfasst, die in die Abdeckung eingebettet ist.
System nach Anspruch 1, bei dem: die Abdeckung so konfiguriert ist, dass sie in der Nähe eines Verglasungsbereichs angeordnet ist; die Komponente mit einem aktiven Material ermöglicht, dass die Abdeckung mit einem Fahrzeugverglasungsbereich ausgefahren und eingefahren wird; und die Komponente mit einem aktiven Material ferner wenigstens eines der folgenden umfasst: (i) eine Klemme, die zum Halten der Abdeckung an dem Verglasungsbereich konfiguriert ist, wobei das aktive Material an der Klemme befestigt ist, wobei das aktive Material, wenn es aktiviert wird, veranlasst, dass die Klemme mit der Abdeckung und mit dem Verglasungsbereich in Eingriff gelangt; und/oder (ii) einen Stift, der so konfiguriert ist, dass er die Abdeckung an dem Verglasungsbereich und das aktive Material an dem Stift befestigt hält.
System nach Anspruch 1, bei dem das aktive Material aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Formgedächtnislegierungen, elektroaktiven Polymeren, ionischen Polymermetallzusammensetzungen, piezoelektrischen Materialien, Formgedächtnispolymeren, aktiven Keramiken, Baroplasten, magnetorheologischen Materialien, elektrorheologischen Fluiden, Zusammensetzungen aus den vorstehenden aktiven Materialien mit nicht aktiven Materialien und Kombinationen, die wenigstens eines der vorstehenden aktiven Materialien umfassen, besteht.
System nach Anspruch 1, das ferner eine Rolle umfasst, die die Komponente mit einem aktiven Material umfasst; und wobei die Abdeckung biegsam ist und als eine Sperre konfiguriert ist, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einer Sicherheitssperre, einer Schutzsperre, eine Privatsphäresperre, einer Schallsperre, einer thermischen Sperre, einer Lichtsperre, einer Fluidsperre, einer Wettersperre und Kombinationen, die wenigstens eine der vorstehenden Sperren umfassen, besteht; und wobei das aktive Material, wenn es aktiviert wird, die Abdeckung über wenigstens einen Abschnitt des gewünschten Bereichs aus der Rolle ausfährt.
System nach Anspruch 9, bei dem die Abdeckung ferner einen bistabilen Metallstreifen umfasst, der so konfiguriert ist, dass er strukturelle Integrität und Festigkeit bereitstellt, wenn die Abdeckung ausgefahren ist, und biegsam ist, wenn die Abdeckung in der Rolle ist.
System nach Anspruch 9, das ferner einen Zurückhaltemechanismus umfasst, der in der Nähe eines Endes der Abdeckung befestigt ist, wobei der Zurückhaltemechanismus Stäbe, die so konfiguriert sind, dass sie mit den Seiten eines zu bedeckenden Bereichs in Eingriff sind, und eine Feder, die so konfiguriert ist, dass sie die Stäbe in dem gewünschten Eingriff hält, während die Abdeckung aus der Rolle ausfährt, umfasst.
System nach Anspruch 9, bei dem die Rolle umfasst: ein Rohr; ein erstes Ende und ein zweites Ende, wobei das erste Ende und/oder das zweite Ende so konfiguriert sind, dass sie drehend an einem Objekt befestigt sind; und eine SMM-Feder und eine zweite Feder, die innerhalb des Rohrs angeordnet sind und die mit dem Rohr an einer Seite und mit dem Objekt an einer anderen Seite verbunden sind, wobei sich dann, wenn die SMM-Feder aktiviert wird, das Rohr dreht und die Abdeckung ausfährt; und wobei die Abdeckung um das Rohr angeordnet ist.
System nach Anspruch 12, bei dem die zweite Feder aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einer Vorbelastungsfeder und aus einer zweiten SMM-Feder besteht.
System nach Anspruch 12, bei dem die Rolle in einem Fahrzeug angeordnet ist.
System nach Anspruch 1, das ferner eine Aktuatorbaueinheit mit einem aktiven Material umfasst, die eine Welle mit einem Fortsatz umfasst, die konzentrisch mit einem zylindrischen Gehäuse angeordnet ist, wobei eine Mehrzahl der Komponenten mit einem aktiven Material mit dem Fortsatz verbunden sind; und wobei die Abdeckung in funktionaler Verbindung mit der Aktuatorbaueinheit mit einem aktiven Material steht.
Abdeckungssystem nach Anspruch 15, bei dem die Komponenten mit einem aktiven Material für die sequentielle Aktivierung konfiguriert sind.
System nach Anspruch 1, bei dem die Komponente mit einem aktiven Material in funktionaler Verbindung mit einer Eingangswelle steht, bei dem die Eingangswelle in funktionaler Verbindung mit einer Ausgangswelle steht und bei dem die Ausgangswelle so konfiguriert ist, dass sie die Abdeckung ausfährt und einfährt.
System nach Anspruch 1, bei dem die Komponente mit einem aktiven Material in funktionaler Verbindung mit einem Schwungrad steht und bei dem die Komponente mit einem aktiven Material so konfiguriert ist, dass sie für das Schwungrad einen Drehimpuls bereitstellt, um die Abdeckung auszufahren.
System nach Anspruch 1, das ferner einen Zahnsegmentmechanismus umfasst, der die Komponente mit einem aktiven Material umfasst, wobei der Zahnsegmentmechanismus so konfiguriert ist, dass er wenigstens eine Aktion ausführt, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus dem Anheben eines Eigengewichts, dem Dehnen einer linearen Feder, dem Aufwickeln einer Torsionsfeder und Kombinationen, die wenigstens eine der vorstehenden Aktionen umfassen, besteht; und bei dem der Zahnsegmentmechanismus so konfiguriert ist, dass, wenn eine Aktion ausgeführt wird, der Zahnsegmentmechanismus freigebbar eingeklinkt werden kann, und bei dem das Freigeben des Zahnsegments den vollen Hub in einer einzelnen Aktion zulässt, um die Abdeckung auszufahren.
System nach Anspruch 1, bei dem die Abdeckung aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Sonnenschutzen, einer Schallsperre, einer thermischen Sperre, einer Fluidsperre, einer Wettersperre, einer Privatsphäretrennwand, einer Sicherheitstrennwand, einer Schutz trennwand sowie Kombinationen, die wenigstens eine der vorstehenden Abdeckungen umfassen, besteht.
System nach Anspruch 1, das ferner umfasst: ein erstes Element, das gleitfähig mit einem zweiten Element in Eingriff ist, wobei das erste Element und das zweite Element mit einem Rahmen verbunden sind; wobei das aktive Material in der Weise mit dem ersten Element und mit dem zweiten Element verbunden ist, dass die Aktivierung des aktiven Materials zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element eine Relativbewegung erzeugt.
System nach Anspruch 1, bei dem das erste Element eine Röhre ist und das zweite Element ein Stab ist, der sich in einem offenen Ende der Röhre befindet.
System nach Anspruch 1, das ferner Stäbe umfasst, die funktional miteinander verbunden sind und mit der Abdeckung verbunden sind, wobei das aktive Material in der Weise mit den Stäben verbunden ist, dass, wenn es aktiviert wird, das aktive Material veranlasst, dass sich die Stäbe in einer Scherenbewegung bewegen.
System nach Anspruch 1, bei dem das aktive Material aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus ER-Fluiden und aus MR-Zusammensetzungen besteht, und bei dem das aktive Material in einem aktivierten Zustand die Abdeckungen in einem bestimmten Ausfahrzustand halten kann.
System nach Anspruch 1, bei dem das aktive Material aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus ER-Fluiden und aus MR-Zusam mensetzungen besteht, und bei dem das aktive Material in einem aktivierten Zustand das Ausfahren der Abdeckung steuern kann.