-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
1. Gebiet der Erfindung
-
Die
vorliegende Offenbarung betrifft allgemein Sitzpolster und genauer
ein beeinflussbares Sitzpolster, das eine Betätigung mit aktivem Material benutzt,
um eine Änderung
zumindest eines Zustandes, der durch das Polster definiert ist,
zu bewirken oder zu ermöglichen.
-
2. Diskussion des Standes
der Technik
-
Herkömmliche
Sitzpolster weisen typischerweise feste Flügel oder äußere Abschnitte der Basis oder
Rückenlehne
auf, die sich in Richtung des Insassen anpassen, um eine wiegenartige
Ausgestaltung zu bilden (1). In einer Kraftfahrzeugumgebung
werden diese Einrichtungen beispielsweise angewandt, um eine seitliche
Unterstützung
für Insassen
während
der Querbeschleunigung vorzusehen. Zusätzlich zur Funktionalität werfen
diese Einrichtungen jedoch auch verschiedene Probleme in der Technik
auf, die Ausgestaltungen mit einer Einheitsgröße, welche nicht die Körpergröße oder
Vorlieben des Insassen berücksichtigen,
einschließen.
Ein weiteres Problem ist, dass festzustellen ist, dass Sitzpolster infolge
eines wiederholten Kontakts (z. B. Verschieben, Bürsten und
so weiter) durch Insassen, die sich auf den Sitz setzen oder diesen
verlassen, häufig
beschleunigten Verschleiß zeigen
und zerreißen.
Infolgedessen werden typischerweise Zunahmen bei der Beschädigung der
Außenfläche (z.
B. schützende Lederbedeckung)
und die zugehörigen
Reparatur-/Wartungskosten festgestellt.
-
KURZZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Als
Antwort auf die vorstehend erwähnten Probleme
führt die
vorliegende Erfindung ein beeinflussbares Polster an, das eine Betätigung mit
aktivem Material benutzt, um eine Bewegung zu bewirken oder zu ermöglichen.
Die Erfindung ist nützlich, um
ein einstellbares Sitzpolster bereitzustellen, das abgewandelt werden
kann, um sich besser an die Insassengröße und/oder Insassenvorlieben
anzupassen. In einer Kraftfahrzeugumgebung ist die Erfindung darüber hinaus
nützlich,
um die Kinematik des Insassen während
eines Seitenaufpralls zu verbessern, oder um die Vielseitigkeit
eines Fahrzeugssitzes zu erhöhen.
In einer Doppelmodusanordnung kann eine erste Polsterausgestaltung
(z. B. in Richtung des Insassen) beispielsweise ein Sport- oder Schalensitzgefühl vermitteln,
während
in der zweiten Stellung (z. B. von dem Insassen weg) ein komfortableres
familiäres
Empfinden vermittelt wird.
-
Das
erfindungsgemäße Polster
benutzt vorteilhafterweise eine Betätigung mit aktivem Material, die
die Energieeffizienz verbessert und das Gewicht, die Komplexität, die Wahrscheinlichkeit
eines Ausfalls und Rauschen (sowohl akustisch als auch mit Bezug
auf EMF) im Vergleich mit mechanisch, elektromechanisch, hydraulisch
oder pneumatisch basierten Systemen als Gegenstück verringert.
-
Allgemein
ist ein beeinflussbares Sitzpolster vorgesehen, das zur Verwendung
mit einem Sitz, der eine Außenfläche definiert,
angepasst ist. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Polster
eine Struktur, die in dem Sitz untergebracht ist und in einer ersten
Stellung, die von der Fläche
beabstandet ist, eine erste Distanz beabstandet ist. Ein Aktuator
ist antriebstechnisch mit der Struktur gekoppelt und umfasst ein
Element mit aktivem Material. Eine Signalquelle dient dazu, ein
Aktivierungssignal zu erzeugen und an das Element zu liefern, um
das Polster mit Leistung zu beaufschlagen. Der Aktuator ist ausgestaltet,
um die Struktur in eine zweite Stellung, die von der Fläche eine
zweite Distanz beabstandet ist, die sich von der ersten unterscheidet,
zu bewegen, wenn das Materialelement aktiviert ist. Stärker bevorzugt
ist der Aktuator ausgestaltet, um die Struktur zu einer von mehreren
möglichen
zweiten Stellungen beispielsweise durch die Verwendung von mehreren Elementen
mit aktivem Material oder einen Verriegelungsmechanismus, der mehrere
Anschläge
aufweist, zu bewegen.
-
Die
Offenbarung kann anhand der folgenden ausführlichen Beschreibung der verschiedenen
Eigenschaften der Offenbarung und der hierin eingeschlossenen Beispiele
leichter verstanden werden.
-
KURZBESCHREIBUNG DER VERSCHIEDENEN ANSICHTEN
DER ZEICHNUNG
-
Eine
bevorzugte Ausführungsform/bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung werden nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungsfiguren
in einem beispielhaften Maßstab
beschrieben, in denen ist:
-
1 eine
Perspektivansicht eines Kraftfahrzeugsitzes aus dem Stand der Technik
mit nicht einstellbaren Basis- und
Rückenlehnenpolstern;
-
2 ein
Aufriss von vorne eines Kraftfahrzeugsitzes, der beeinflussbare
Seitenpolster aufweist und der im Inneren ein System zeigt, das
angepasst ist, um die geometrische Ausgestaltung der Polster zu ändern, mit
einem Aktuator mit aktivem Material, Rückstellfedern, einer Signalquelle,
die mit dem Aktuator verbunden ist, und einer Eingabeeinrichtung,
die nachrichtentechnisch mit dem Aktuator und der Quelle gekoppelt
ist, gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung;
-
2a ein
Teilaufriss des in 2 gezeigten Sitzes, wobei mehrere
Sensoren und ein Controller die Eingabeeinrichtung ersetzen und
nachrichtentechnisch mit der Quelle und dem Aktuator gekoppelt sind,
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung;
-
2b ein
Aufriss des in 2 gezeigten Polsters, welcher
insbesondere das Polster in konkaven (durchgezogene Linien) und
abgeflachten (verdeckte Linien) Stellungen in Antwort darauf veranschaulicht,
dass der Aktuator aktiviert bzw. deaktiviert ist;
-
3a ein
Aufriss von vorne eines einstellbaren Polsters, das eine flexible
Plattenstruktur, die eine nach oben gewölbte Ausgestaltung aufweist, und
ein Drahtbetätigungselement
aufweist, das mit der Platte verbunden ist, um eine Sehne damit
zu bilden, wobei die Platte und das Polster eine erste abgeflachte
Stellung aufweisen, wenn das Element deaktiviert ist (verdeckte
Linien) und eine erhöhte Stellung,
wenn das Element aktiviert ist (durchgezogene Linien), gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung;
-
3b ein
Aufriss von vorne eines einstellbaren Polsters, das eine mit Widerstand
behaftete, flexible Plattenstruktur, die eine nach unten gewölbte Ausgestaltung
aufweist, erste und zweite Schieber, die die Struktur mitnehmen,
und ein Drahtbetätigungselement
umfasst, das die Schieber verbindet, wobei das Polster eine erste
abgeflachte Stellung aufweist, wenn das Element deaktiviert ist
(verdeckte Linien), und eine erhöhte
Stellung (durchgezogene Linien), wenn es aktiviert ist, gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung;
-
3c ein
Aufriss von vorne eines einstellbaren Polsters, das eine mit Widerstand
behaftete, flexible Plattenstruktur, die eine nach unten gewölbte Ausgestaltung
aufweist und sich gemeinsam mit der Basis erstreckt, und einen SMA-getriebenen
Schraubenaktuator aufweist, der bewegliche Schiebermuttern aufweist,
die die Struktur weiter wölben,
wenn sie sich verschieben, gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung;
-
3d eine
Perspektivansicht eines einstellbaren Polstersystems, das mit einem
Sitzrahmen gekoppelt ist, wobei das System Seitenstreifen umfasst, die
durch Schuhe mitgeführt
werden und durch einen gleitenden Querstab an einem End verbunden
sind, wobei mehrere Formgedächtnisdrähte den
Querstab mit dem Rahmen verbinden, sodass eine Aktivierung bewirkt,
dass der Stab und die Schuhe sich nach oben verschieben und die
Streifen weiter wölben, und
eine Rückstellfeder,
die mit dem Stab verbunden ist, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung;
-
3e einen
Aufriss von vorne eines einstellbaren Polsters, das eine Schicht
aus Formgedächtnispolymermaterial,
eine wärmeisolierende Barriere
und ein stützendes,
heizendes Netz unterhalb der Schicht umfasst, gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung;
-
4 ein
Teilaufriss des in 2 gezeigten Sitzes, wobei Überlastschutzeinrichtungen
hinzugefügt
sind, um mehrere Elemente zu schützen,
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung;
-
5a ein
Aufriss eines einstellbaren Polsters, das eine gekrümmt geformte
Struktur und vertikal orientierte Drahtbetätigungselemente umfasst, die
in einem deaktivierten und abgeflachten Zustand (Typ mit verdeckten
Linien) und in einem erhöhten Zustand
infolge einer Aktivierung (Typ mit durchgezogenen Linien) gezeigt
sind, gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung;
-
5b ein
Aufriss von vorne eines einstellbaren Polstersystems, das ein Zahnstangen-
und Zahnradgetriebe, einen Dreistabgelenkmechanismus, der das Getriebe
mit einer ersten und zweiten Schwenkstruktur verbindet, und einen
SMA-Drahtaktuator umfasst, der durch die Ruhelast erhöhbar ist und
antriebstechnisch mit der Zahnstange gekoppelt ist, gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung;
-
6 ein
Aufriss des in 4 gezeigten Polsters, das insbesondere
in einer vergrößerten Ansicht
eine Struktur veranschaulicht, die eine Drehachse, eine Überlastschutzeinrichtung
für das
Element und einen Verriegelungsmechanismus definiert, der ein Zahnrad,
eine Sperrklinke und ein zweites Element mit aktivem Material umfasst,
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung;
-
7a eine
Perspektivansicht eines ersten und zweiten einstellbaren Seitenpolsters,
die einen Aktuator auf der Basis von aktivem Material umfassen,
welcher eine Scherenanordnung anwendet, die in einem abgeflachten
und deaktivierten Zustand gezeigt ist, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung;
-
7b eine
Perspektivansicht der in 7a gezeigten
Polster, wobei die Anordnung in einem erhöhten Zustand ist, der durch
eine Aktivierung hervorgerufen wird;
-
8a eine
Perspektivansicht eines ersten und zweiten einstellbaren Seitenpolsters,
die einen Aktuator auf der Basis von aktivem Material umfassen,
der eine Faltanordnung anwendet, die in einem abgeflachten und deaktivierten
Zustand gezeigt ist, gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung;
-
8b eine
Perspektivansicht der in 8a gezeigten
Polster, wobei die Anordnung in einem erhöhten Zustand ist, der durch
eine Aktivierung hervorgerufen ist;
-
9 ein
Aufriss des in den 2a und 3 gezeigten
Systems, wobei insbesondere ein Element mit gespeicherter Energie
zwischen einer Lösevorrichtung,
die ein Element mit aktivem Material umfasst, und der Struktur veranschaulicht
ist, gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung;
-
10a ein Aufriss eines einstellbaren Polsters,
das eine Ringsektorstruktur, die mehrere radial innere Zähne definiert,
und eine durch aktives Material betätigte Raste umfasst, wobei
die Raste mit der Struktur in Eingriff steht und das Polster sich
in einem erhöhten
Zustand befindet, gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung;
-
10b ein Aufriss des in 10a gezeigten
Polsters, wobei die Raste von der Sektorstruktur außer Eingriff
steht, um das Polster in einem abgesenkten Zustand zu halten;
-
11 ein
Aufriss eines einstellbaren Polsters, das eine Ringsektorstruktur,
die mehrere radial äußere Zähne definiert,
die sich in einem Schlitz verschieben, und sowohl in einem abgeflachten
(durchgezogene Linien) als auch einem erhöhten (verdeckte Linien) Zustand
gezeigt ist, eine durch aktives Material betätigte Raste umfasst, und eine
Rückstellfeder,
die die Struktur in Richtung des erhöhten Zustandes vorspannt, gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung; und
-
12 ein
Aufriss eines einstellbaren Polsters, das eine vertikale Ratsche,
einen beweglichen Schieber und eine Vorspannfeder umfasst, wobei
der Schieber ferner in einer vergrößerten Ansicht einen durch
SMA gelösten
Verriegelungsstift umfasst, der selektiv mit der Ratsche in Eingriff
steht, gemäß einer bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung.
-
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
-
Die
folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen ist lediglich
beispielhafter Natur und soll die Erfindung, ihre Anwendung oder
Nutzungen in keiner Weise einschränken. Die Erfindung wird mit
Bezug auf ein Kraftfahrzeugsitzpolster 10 (1 und 2)
beschrieben und veranschaulicht; jedoch ist wohl festzustellen,
dass ihre Vorzüge
verschiedentlich mit anderen Arten von Sitzen (oder Möbeln) benutzt
werden können,
die Liegesofas, Flugzeugsitze und Kindersitze umfassen. Die Erfindung
führt allgemein
ein beeinflussbares Polster 10 an, das zur Verwendung mit
einem Sitz 12 angepasst ist, der eine Basis 12a,
die ausgestaltet ist, um das Hinterteil eines Insassen (nicht gezeigt)
abzustützen,
und eine Rückenlehne 12b umfasst,
die ausgestaltet ist, um den Rücken
des Insassen abzustützen.
Das Polster 10 ist antriebstechnisch mit einem Element 14 mit
aktivem Material gekoppelt, sodass bewirkt werden kann, dass es
durch dieses in mindestens einen Zustand (z. B. geometrische Ausgestaltung,
Orientierung, Steifigkeit usw.) verändert.
-
I. Beschreibung und Funktionalität aktiver
Materialien
-
Wie
hierin verwendet, soll dem Ausdruck ”aktives Material” seine übliche Bedeutung
zu Teil werden, wie sie Fachleute verstehen, und er umfasst jedes
Material oder jeden Verbundwerkstoff, das/der eine reversible Änderung
einer grundlegenden (z. B. chemischen oder intrinsischen physikalischen)
Eigenschaft zeigt, wenn es/er einer äußeren Signalquelle ausgesetzt
wird. Somit sollen aktive Materialien jene Zusammensetzungen umfassen,
die in Ansprechen auf ein Aktivierungssignal eine Änderung
in Steifigkeitseigenschaften, Form und/oder Abmessungen zeigen können.
-
Aktive
Materialien umfassen, ohne Einschränkung, Formgedächtnislegierungen
(SMA), ferromagnetische Formgedächtnislegierungen,
elektroaktive Polymere (EAP), piezoelektrische Materialien, magnetorheologische
Elastomere, elektrorheologische Elastomere, High-Output-Paraffin-(HOP)-Wachsaktuatoren und
dergleichen. Abhängig
von dem besonderen aktiven Material kann das Aktivierungssignal,
ohne Einschränkung,
die Form von Wärmeenergie,
einem elektrischen Strom, einer elektrischen Spannung, einem elektrischen Feld
(Spannung), einer Temperuränderung,
einem Magnetfeld, einer mechanischen Belastung oder Spannung und
dergleichen annehmen, wobei das besondere Aktivierungssignal von
den Materialien und/oder der Ausgestaltung des aktiven Materials abhängt. Beispielsweise
kann ein magnetisches Feld zur Änderung
der Eigenschaft des aktiven Materials, das aus magnetostriktiven
Materialien gefertigt ist, angelegt werden. Ein Wärmesignal
kann zur Änderung
der Eigenschaft thermisch aktivierter aktiver Materialien, wie SMA,
angelegt werden. Ein elektrisches Signal kann zur Änderung
der Eigenschaft des aktiven Materials, das aus elektroaktiven Materialien und
Piezoelektrika (PZT) gefertigt ist, angelegt werden.
-
Aktive
Materialien, die zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung besonders
geeignet sind, umfassen Formgedächtnislegierungen,
ferromagnetische Formgedächtnislegierungen
und andere aktive Materialien, wie etwa elektroaktive Polymere (EAP), die
als Aktuatoren unter faserartigen Ausgestaltungen und Atmosphärenbedingungen
fungieren können,
sind aber nicht darauf beschränkt.
Diese Typen von aktiven Materialien haben die Fähigkeit, sich an ihre ursprüngliche
Form und/oder ihren ursprünglichen
Elastizitätsmodul
zu erinnern, der nachfolgend durch Anlegen eines äußeren Stimulus
wieder abgerufen werden kann. Somit ist die Verformung gegenüber der
ursprünglichen
Form ein temporärer
Zustand. Auf diese Weise kann sich ein Element, das aus diesen Materialien
zusammengesetzt ist, in Ansprechen auf ein Aktivierungssignal in
die eingelernte Form ändern.
-
Genauer
beziehen sich Formgedächtnislegierungen
(SMA) im Allgemeinen auf eine Gruppe von Metallmaterialien, die
die Fähigkeit
zeigen, in irgendeine zuvor definierte Form oder Größe zurückzukehren,
wenn sie einem geeigneten thermischen Stimulus ausgesetzt werden.
Formgedächtnislegierungen
sind in der Lage, Phasenübergänge zu vollführen, in
denen ihre Streckgrenze, Steifigkeit, Abmessung und/oder Form als
eine Funktion der Temperatur verändert
werden. Der Ausdruck ”Streckgrenze” bezieht
sich auf eine Spannung, bei der ein Material eine genau angegebene
Abweichung von der Proportionalität zwischen Spannung und Dehnung
zeigt. Im Allgemeinen können
Formgedächtnislegierungen
in der Niedertemperatur- oder Martensitphase plastisch verformt
werden und werden sich, wenn sie irgendeiner höheren Temperatur ausgesetzt
sind, in eine Austenitphase oder Hauptphase umwandeln und in ihre
Form vor der Verformung zurückkehren.
Somit werden, wie es nachstehend weiter beschrieben wird, Materialien,
die einen Formgedächtniseffekt
nur bei Erwärmung
zeigen, als ein Formgedächtnis
in einer Richtung besitzend bezeichnet; und diejenigen Materialien,
die auch ein Formgedächtnis
nach dem Wiederabkühlen
zeigen, werden als ein Formgedächtnisverhalten
in zwei Richtungen besitzend bezeichnet.
-
Formgedächtnislegierungen
liegen in mehreren verschiedenen temperaturabhängigen Phasen vor. Die am häufigsten
verwendeten dieser Phasen sind die sogenannte Martensit- und die
Austenitphase, die oben erläutert
sind. In der nachfolgenden Erläuterung
bezieht sich die Martensitphase allgemein auf die stärker verformbare
Phase niedrigerer Temperatur, wohingegen sich die Austenitphase
allgemein auf die starrere Phase 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 der dieses Phänomen beginnt, wird oft als Austenit-Anfangstemperatur
(As) bezeichnet. Die Temperatur, bei der
dieses Phänomen
abgeschlossen ist, wird als die Austenit-Endtemperatur (Af) bezeichnet.
-
Wenn
sich die Formgedächtnislegierung
in der Austenitphase befindet und abgekühlt wird, beginnt sie, sich
in die Martensitphase zu ändern,
und die Temperatur, bei der dieses Phänomen beginnt, wird als die
Martensit-Anfangstemperatur (Ms) bezeichnet.
Die Temperatur, bei der der Austenit aufhört, sich in Martensit umzuwandeln,
wird die Martensit-Endtemperatur
(Mf) genannt. Im Allgemeinen sind die Formgedächtnislegierungen
in ihrer martensitischen Phase weicher und leichter verformbar und
in ihrer austenitischen Phase härter,
steifer und/oder starrer. Im Hinblick auf das zuvor Gesagte ist
ein geeignetes Aktivierungssignal zur Verwendung mit Formgedächtnislegierungen
ein thermisches Aktivierungssignal mit einer Größenordnung, die ausreicht, um
Umwandlungen zwischen den Martensit- und Austenitphasen zu bewirken.
-
Formgedächtnislegierungen
können
abhängig
von der Legierungszusammensetzung und der bisherigen Verarbeitung
einen Formgedächtniseffekt in
eine Richtung, einen intrinsischen Effekt in zwei Richtungen oder
einen extrinsischen Formgedächtniseffekt
in zwei Richtungen zeigen. Geglühte
Formgedächtnislegierungen
zeigen typischerweise nur den Formgedächtniseffekt in eine Richtung.
Ein ausreichendes Erwärmen
im Anschluss an eine Verformung des Formgedächtnismaterials bei niedriger Temperatur
wird den Übergang
der Art von Martensit nach Austenit induzieren und das Material
wird seine ursprüngliche,
geglühte
Form wiedererlangen. Somit werden Formgedächtniseffekte in eine Richtung
nur beim Erwärmen
beobachtet. Aktive Materialien, die Formgedächtnislegierungszusammensetzungen
umfassen, die Gedächtniseffekte
in einer Richtung zeigen, bilden sich nicht automatisch zurück und werden wahrscheinlich
eine äußere mechanische
Kraft erfordern, um sich in die Form zurückzubilden, die zuvor für die Luftströmungssteuerung
geeignet war.
-
Intrinsische
und extrinsische Zweirichtungs-Formgedächtnismaterialien zeichnen
sich durch einen Formübergang
beim Erwärmen
von der Martensitphase in die Austenitphase sowie einen zusätzlichen
Formübergang
beim Abkühlen
von der Austenitphase zurück
in die Martensitphase aus. Aktive Materialien, die einen intrinsischen
Formgedächtniseffekt
zeigen, sind aus einer Formgedächtnislegierungszusammensetzung
hergestellt, die bewirken wird, dass sich die aktiven Materialien
infolge der oben angeführten
Phasenumwandlungen automatisch selbst zurückbilden. Ein intrinsisches
Formgedächtnisverhalten
in zwei Richtungen muss in dem Formgedächtnismaterial durch Bearbeitung
induziert werden. Solche Prozeduren umfassen eine extreme Verformung
des Materials während
es sich in der Martensitphase befindet, ein Erwärmen/Abkühlen unter Zwang oder Belastung,
oder eine Oberflächenmodifizierung
durch z. B. Laserglühen,
Polieren oder Kugelstrahlen. Sobald dem Material beigebracht wurde,
den Formgedächtniseffekt
in zwei Richtungen zu zeigen, ist die Formänderung zwischen den Niedertemperatur-
und Hochtemperaturzuständen
allgemein reversibel und bleibt über
eine hohe Zahl von thermischen Zyklen hinweg erhalten. Im Gegensatz dazu
sind aktive Materialien, die die extrinsischen Formgedächtniseffekte
in zwei Richtungen zeigen, Verbund- oder Mehrkomponentenmaterialien,
die eine Formgedächtnislegierungszusammensetzung, welche
einen Effekt in eine Richtung zeigt, mit einem weiteren Element
kombinieren, das eine Rückstellkraft
bereitstellt, um die ursprüngliche
Form zurückzubilden.
-
Die
Temperatur, bei der sich die Formgedächtnislegierung bei Erwärmung an
ihre Hochtemperaturform erinnert, kann durch geringfügige Änderungen
der Zusammensetzung der Legierung und durch Wärmebehandlung eingestellt werden.
In Nickel-Titan-Formgedächtnislegierungen
kann sie z. B. von über
etwa 100°C
auf unter etwa –100°C geändert werden.
Der Formwiedererlangungsprozess findet über einen Bereich von nur wenigen
Graden statt, und der Anfang oder das Ende der Umwandlung kann,
abhängig
von der gewünschten
Anwendung und Legierungszusammensetzung, innerhalb von einem oder
zwei Graden gesteuert werden. Die mechanischen Eigenschaften der
Formgedächtnislegierung
variieren stark über
den Temperaturbereich, der ihre Umwandlung überspannt, und verleihen dem System
typischerweise Formgedächtniseffekte,
superelastische Effekte und ein hohes Dämpfungsvermögen.
-
Geeignete
Formgedächtnislegierungsmaterialien
umfassen ohne Einschränkung:
Legierungen auf Nickel-Titan-Basis, Legierungen auf Indium-Titan-Basis, Legierungen
auf Nickel-Aluminium-Basis, Legierungen auf Nickel-Gallium-Basis,
Legierungen auf Kupferbasis (z. B. Kupfer-Zink-Legierungen, Kupfer-Aluminium-Legierungen,
Kupfer-Gold- und Kupfer-Zinn-Legierungen),
Legierungen auf Gold-Cadmium-Basis, Legierungen auf Silber-Cadmium-Basis, Legierungen
auf Indium-Cadmium-Basis, Legierungen auf Mangan-Kupfer-Basis, Legierungen
auf Eisen-Platin-Basis, Legierungen auf Eisen-Platin-Basis, Legierungen
auf Eisen-Palladium-Basis
und dergleichen. Die Legierungen können binär, ternär oder von irgendeiner höheren Ordnung
sein, vorausgesetzt die Legierungszusammensetzung zeigt einen Formgedächtniseffekt,
z. B. eine Änderung
der Formorientierung, des Dämpfungsvermögens und
dergleichen.
-
Es
ist festzustellen, dass SMA einen Modulanstieg des 2,5-fachen und
eine Abmessungsänderung
von bis zu 8% (je nach Vordehnung) zeigen, wenn sie über ihre
Martensit/Austenit-Phasenübergangstemperatur
erwärmt
werden. Es ist festzustellen, dass thermisch induzierte SMA-Phasenänderungen
in eine Richtung verlaufen, sodass ein Vorspannkraft-Rückstellmechanismus (wie etwa
eine Feder) erforderlich sein würde,
um die SMA in ihre Ausgangskonfiguration zurückzubringen, sobald das angelegte
Feld weggenommen wird. Ein Joule'sches Erwärmen kann
verwendet werden, um das gesamte System elektronisch steuerbar zu
machen.
-
Spannungsinduzierte
Phasenänderungen
in SMA, die durch Belasten und Entlasten hervorgerufen werden, sind
jedoch von Natur aus in zwei Richtungen. D. h. das Anlegen einer
ausreichenden Spannung, wenn sich die SMA in ihrer austenitischen Phase
befindet, wird bewirken, dass sie sich in ihre martensitische Phase
mit niedrigerem Modul umwandelt, in der sie eine ”superelastische” Verformung
von bis zu 8% zeigen kann. Die Wegnahme der angelegten Spannung
wird bewirken, dass sich die SMA in ihre austenitische Phase zurückstellt
und dabei ihre Ausgangsform und den höheren Modul wiedererlangt.
-
Ferromagnetische
Formgedächtnislegierungen
(FSMA) sind eine Unterklasse von SMA. FSMA verhalten sich wie herkömmliche
SMA-Materialien, die eine spannungs- oder thermisch induzierte Phasenumwandlung
zwischen Martensit und Austenit zeigen. Außerdem sind FSMA ferromagnetisch
und besitzen eine starke magnetokristalline Anisotropie, was zulässt, dass
ein äußeres magnetisches
Feld die Orientierung/den Anteil von feldausgerichteten martensitischen
Varianten beeinflusst. Wenn das magnetische Feld entfernt wird,
kann das Material ein vollständiges
Formgedächtnis
in zwei Richtungen, ein partielles in zwei Richtungen oder eines
in eine Richtung zeigen. Für
ein partielles oder Formgedächtnis in
eine Richtung kann ein äußerer Stimulus,
eine Temperatur, ein magnetisches Feld oder eine Spannung zulassen,
dass das Material in seinen Ausgangszustand zurückkehrt. Ein vollkommenes Formgedächtnis in
zwei Richtungen kann für
eine proportionale Steuerung mit kontinuierlich zugeführter Leistung
verwendet werden. Ein Formgedächtnis
in eine Richtung ist am nützlichsten
für Anwendungen
vom Rasttyp, bei denen ein verzögerter
Rückstellstimulus eine
Rastfunktion zulässt. Äußere Magnetfelder
werden im Allgemeinen über
Elektromagnete mit weichmagnetischem Kern in Kraftfahrzeuganwendungen erzeugt.
Ein elektrischer Strom, der durch die Spule fließt, induziert ein Magnetfeld
durch das FSMA-Material, was eine Formänderung bewirkt. Alternativ kann
auch ein Paar Helmholtzspulen für
ein schnelles Ansprechen verwendet werden.
-
Beispielhafte
ferromagnetische Formgedächtnislegierungen
sind Legierungen auf Nickel-Mangan-Gallium-Basis, Legierungen auf
Eisen-Platin-Basis,
Legierungen auf Eisen-Palladium-Basis, Legierungen auf Kobalt-Nickel-Aluminium-Basis
und Legierungen auf Kobalt-Nickel-Gallium-Basis. Wie SMA können diese Legierungen von binärer, ternärer oder
irgendeiner höheren
Ordnung sein, solange die Legierungszusammensetzung einen Formgedächtniseffekt
zeigt, z. B. eine Änderung der
Form, Orientierung, Streckgrenze, Biegemodul, Dämpfungsfähigkeit, Superelastizität und/oder ähnlicher
Eigenschaften. Die Auswahl einer geeigneten Zusammensetzung der
Formgedächtnislegierung hängt zum
Teil von dem Temperaturbereich und der Art des Ansprechens in der
vorgesehenen Anwendung ab.
-
Elektroaktive
Polymere umfassen diejenigen Polymermaterialien, die in Ansprechen
auf elektrische oder mechanische Felder piezoelektrische, pyroelektrische
oder elektrostriktive Eigenschaften zeigen. Ein Beispiel von einem
elektrostriktiv-gepfropften Elastomer mit einem piezoelektrischen
Polyvinylidenfluoridtrifluorethylen-copolymer. Diese Kombination
hat die Fähigkeit
zur Erzeugung einer variierenden Menge von ferroelektrischenelektrostriktiven molekularen
Verbundsystemen. Diese können
als piezoelektrischer Sensor oder auch als elektrostriktiver Aktuator
betrieben werden.
-
Materialien,
die zur Verwendung als ein elektroaktives Polymer geeignet sind,
können
jedes/jeden im Wesentlichen isolierende/isolierenden Polymer oder
Kautschuk (oder eine Kombination davon) umfassen, das/der sich in
Ansprechen auf eine elektrostatische Kraft verformt oder dessen
Verformung zu einer Änderung
eines elektrischen Feldes führt. Beispielhafte
Materialien, die zur Verwendung als ein vorgedehntes Polymer geeignet
sind, umfassen Silikonelastomere, Acrylelastomere, Polyurethane,
thermoplastische Elastomere, Copolymere, die PVDF umfassen, Haftklebstoffe,
Fluorelastomere, Polymere, die Silikon- und Acrylkomponenten umfassen, und
dergleichen. Polymere, die Silikon und Acrylkomponenten umfassen,
können
z. B. Copolymere mit Silikon- und Acrylkomponenten und Polymermischungen
mit einem Silikonelastomer und einem Acrylelastomer umfassen.
-
Materialien,
die als ein elektroaktives Polymer verwendet werden, können auf
der Basis von einer oder mehreren Materialeigenschaften, wie etwa einer
hohen elektrischen Durchschlagfestigkeit, einem niedrigen Elastizitätsmodul
(für große oder
kleine Verformungen), einer hohen Dielektrizitätskonstante und dergleichen,
gewählt
werden. In einer Ausführungsform
ist das Polymer derart gewählt,
dass es einen maximalen Elastizitätsmodul von etwa 100 MPa aufweist.
In einer anderen Ausführungsform
ist das Polymer derart gewählt,
dass es einen maximalen Betätigungsdruck
zwischen etwa 0,05 MPa und etwa 10 MPa und bevorzugt zwischen etwa
0,3 MPa und etwa 3 MPa aufweist. In einer weiteren Ausführungsform
ist das Polymer derart gewählt,
dass es eine Dielektrizitätskonstante
zwischen etwa 2 und etwa 20 und bevorzugt zwischen etwa 2,5 und
etwa 12 aufweist. Die vorliegende Offenbarung soll nicht auf diese
Bereiche beschränkt
sein. Idealerweise wären
Materialien mit einer höheren
Dielektrizitätskonstante
als die oben angegebenen Bereiche wünschenswert, wenn die Materialien
sowohl eine hohe Dielektrizitätskonstante
als auch eine hohe Durchschlagfestigkeit hätten. In vielen Fällen können elektroaktive
Polymere als Dünnfilme
hergestellt und implementiert sein. Dicken, die für diese
Dünnfilme
geeignet sind, können
unter 50 Mikrometer liegen.
-
Da
sich elektroaktive Polymere bei hohen Dehnungen durchbiegen können, sollten
sich an den Polymeren befestigte Elektroden ebenso durchbiegen,
ohne die mechanische oder elektrische Leistung zu beeinträchtigen.
Im Allgemeinen können
zur Verwendung geeignete Elektroden jede Form aufweisen und aus
jedem Material sein, vorausgesetzt sie sind in der Lage, eine geeignete
Spannung an ein elektroaktives Polymer zu liefern oder von diesem
eine geeignete Spannung zu empfangen. Die Spannung kann entweder
konstant sein oder sich mit der Zeit ändern. In einer Ausführungsform
kleben die Elektroden an einer Oberfläche des Polymers. Elektroden, die
an dem Polymer kleben, sind bevorzugt nachgiebig und passen sich
der sich ändernden
Form des Polymers an. Dementsprechend kann die vorliegende Offenbarung
nachgiebige Elektroden umfassen, die sich der Form eines elektroaktiven
Polymers, an dem sie angebracht sind, anpassen. Die Elektroden können nur
an einem Abschnitt eines elektroaktiven Polymers angebracht sein
und eine aktive Fläche
gemäß ihrer
Geometrie definieren. Verschiedene zur Verwendung mit der vorliegenden
Offenbarung geeignete Arten von Elektroden umfassen strukturierte Elektroden
mit Metallbahnen und Ladungsverteilungsschichten, texturierte Elektroden
mit verschiedenen Maßen
außerhalb
der Ebene, leitfähige
Pasten wie z. B. Kohlepasten oder Silberpasten, kolloidale Suspensionen,
leitfähige
Materialien mit einem hohen Querschnittsverhältnis wie z. B. Kohlenstofffilamente
und Kohlenstoff-Nanoröhrchen
und Mischungen aus ionisch leitfähigen
Materialien.
-
Materialien,
die für
Elektroden der vorliegenden Offenbarung verwendet werden, können variieren.
Geeignete Materialien, die in einer Elektrode verwendet werden,
können
Grafit, Ruß,
kolloidale Suspensionen, dünne
Metalle, die Silber und Gold umfassen, silbergefüllte und kohlenstoffgefüllte Gele und
Polymere und ionisch oder elektronisch leitfähige Polymere umfassen. Es
ist einzusehen, dass bestimmte Elektrodenmaterialien mit bestimmten
Polymeren gut funktionieren können
und mit anderen nicht so gut funktionieren können. Zum Beispiel funktionieren
Kohlenstofffilamente gut mit Acrylelastomerpolymeren und nicht so
gut mit Silikonpolymeren.
-
Geeignete
piezoelektrische Materialien umfassen anorganische Verbindungen,
organische Verbindungen und Metalle, sollen jedoch nicht darauf
beschränkt
sein. Was organische Materialien betrifft, so können alle Polymermaterialien
mit einer nicht zentralsymmetrischen Struktur und (einer) Gruppe(n)
mit einem starken Dipolmoment an der Hauptkette oder an der Seitenkette
oder an beiden Ketten innerhalb der Moleküle als geeignete Kandidaten
für den
piezoelektrischen Film verwendet werden. Beispielhafte Polymere
umfassen beispielsweise, sind aber nicht darauf beschränkt, Polynatrium-4-styrolsulfonat,
Polymer von Azochromophoren mit Polyvinylaminseitenketten und deren
Derivate; Polyfluorkohlenwasserstoffe, einschließlich Polyvinylidenfluorid,
sein Copolymer Vinylidenfluorid (”VDF”), Co-Trifluorethylen, und
ihre Derivate; Polychlorkohlenwasserstoffe, um fassend Polyvinylchlorid,
Polyvinylidenchlorid und seine Derivate; Polyacrylnitrile und ihre
Derivate; Polycarbonsäuren,
umfassend Polymethacrylsäure
und ihre Derivate; Polyharnstoffe und ihre Derivate; Polyurethane
und ihre Derivate; Biomoleküle
wie z. B. Poly-L-Milchsäuren
und ihre Derivate und Zellmembranproteine wie auch Phosphat-Biomoleküle wie etwa
Phosphodilipide; Polyaniline und ihre Derivate und alle Derivate
der Tetramine; Polyamide, umfassend aromatische Polyamide und Polyimide,
umfassend Kapton und Polyetherimid und ihre Derivate; alle Membranpolymere;
Poly-N-Vinylpyrrolidon(PVP)-Homopolymer und seine Derivate und Zufalls-PVP-Co-Vinylacetat-Copolymere;
und alle aromatischen Polymere mit Dipolmomentgruppen in der Hauptkette
oder Seitenketten oder sowohl in der Hauptkette als auch den Seitenketten,
und Mischungen davon.
-
Piezoelektrisches
Material kann auch Metalle umfassen, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die
aus Blei, Antimon, Mangan, Tantal, Zirkonium, Niob, Lanthan, Platin,
Palladium, Nickel, Wolfram, Aluminium, Strontium, Titan, Barium,
Calcium, Chrom, Silber, Eisen, Silizium, Kupfer, Legierungen mit
zumindest einem der vorstehenden Metalle und Oxide mit zumindest
einem der vorstehenden Metalle besteht. Geeignete Metalloxide umfassen
SiO2, Al2O3, ZrO2, TiO2, SrTiO3 PbTiO3, FeO3, Fe3O4,
ZnO und Mischungen davon und Verbindungen der Gruppe VIA und IIB
wie CdSe, CdS, GaAs, AgCaSe2, ZnSe, GaP, InP,
ZnS und Mischungen davon. Bevorzugt ist das piezoelektrische Material
aus der Gruppe gewählt, die
aus Polyvinylidenfluorid, Bleizirconattitanat und Bariumtitanat
und Mischungen daraus besteht. Es ist festzustellen, dass piezoelektrische
Keramiken für die
vorliegende Erfindung auch besonders anwendbar sind.
-
Schließlich können geeignete
magnetorheologische Elastomere, zum Beispiel, um die Steifigkeit des
Polsters zu ändern,
eine elastische Polymermatrix umfassen, die eine Suspension aus
ferromagnetischen oder paramagnetischen Partikel umfasst, wobei
die Partikel oben beschrieben sind. Die Polymermatrizen umfassen,
sind aber nicht darauf beschränkt,
Polyalphaolefine, Naturkautschuk, Silikon, Polybutadien, Polyethylen,
Polyisopren und dergleichen.
-
II. Beispielhafte Ausgestaltungen, Anwendungen
und Nutzung eines aktiven Polsters
-
Mit
Bezug auf die 2–12 sind
beispielhafte Ausführungsformen
des aktiven Sitzpolsters 10 zur Verwendung mit einem Kraftfahrzeugsitz 12 angepasst,
der eine Außenfläche 16 definiert.
Das veranschaulichte Polster 10 umfasst einen internen Aktuator 18,
der dazu dient, einen Zustand, wie etwa die geometrische Ausgestaltung,
der Fläche 16,
autonom zu ändern.
-
Genauer
umfasst das Polster 10 eine darin angeordnete umgestaltbare
Struktur 20. Die Struktur 20 wird bevorzugt, beispielsweise
durch eine Kissenschicht 22 des Sitzes 12, entfaltet,
um den Insassenkomfort aufrecht zu erhalten. In der veranschaulichten
Ausführungsform
ist die Struktur 12 zwischen einer ersten und zweiten Stellung
(z. B. Formen, Ausgestaltungen, Orientierungen usw.) relativ zu
der Fläche 16 bewegbar
(z. B. gradlinig bewegbar, schwenkbar, verschiebbar, umgestaltbar
usw.), wobei jede der Stellungen bewirkt, dass die Fläche 16 eine
unterschiedliche geometrische Ausgestaltung (z. B. 2b)
aufweist.
-
Beispielsweise
kann die erste Stellung derart sein, dass bewirkt, dass die Struktur 20 nach
oben auf der Fläche 16 anliegt,
wodurch bewirkt wird, dass sich das Polster 10 nach oben
bewegt (2b und 3a, b).
In dieser Ausgestaltung ist festzustellen, dass das erste und zweite
Seitenpolster (1 und 2) eine
stärker
konkave (oder wiegenartige) Ausgestaltung bilden werden, die eine
stärkere
seitliche Abstützung
für den
Insassen bereitstellen wird. Die zweite Stellung bewirkt, dass die
Struktur 20 nach unten an dem Polster 10 anliegt,
um zu bewirken, dass die Fläche 16 sich
abflacht (2b). Es ist festzustellen, dass
dies den Eingriff mit dem Insassen, der auf den Sitz 12 sitzt
und diesen verlässt,
verringert. Wie es nachstehend weiter beschrieben wird, kann das
bevorzugte Polster 10 bei Bedarf selektiv entweder die
erste oder die zweite Stellung (2b) erreichen.
-
Genauer
kann das Polster 10 eine größere Vielzahl von Stellungen
erreichen. In einer Kraftfahrzeugumgebung kann das erfindungsgemäße Polster 10 beispielsweise
ausgestaltet sein, um die vorstehend erwähnte ”abgeflachte” Orientierung
für den Einstieg
und Ausstieg (es ist festzustellen, dass in dieser Hinsicht nur
das fahrzeugäußere Polster
separat verändert
werden kann), eine zweite geringfügig nach oben gekippte Orientierung
für die
normale Fahrt, eine dritte Orientierung die stärker als die zweite gekippt
ist, für
eine Hochleistungsfahrt, eine vierte Orientierung, die stärker als
die dritte gekippt ist, für eine
hohe Querbeschleunigung, und schließlich eine fünfte im
Allgemeinen vertikale Orientierung zum Seitenaufprallschutz zu erreichen.
Im letzteren Fall ist festzustellen, dass eine Aufprallausgestaltung
beispielsweise lediglich durch das Lösen eines Stiftes (nicht gezeigt)
und dann manuelles Rücksetzen
erreicht werden könnte.
-
Wie
es zuvor erwähnt
wurde, ist der Aktuator 18 antriebstechnisch mit der Struktur 20 gekoppelt und
umfasst ein Element 14 mit aktivem Material, das dazu dient,
eine reversible Änderung
einer grundlegenden Eigenschaft zu erfahren, wenn es einem Aktivierungssignal
ausgesetzt oder gegenüber
diesem abgeschottet ist. Das heißt, der Aktuator 18 ist
ausgestaltet, zu bewirken oder zu ermöglichen, dass sich die Struktur 20 in
eine der Stellungen bewegt, wenn das Element 14 aktiviert
ist; und zu diesem Zweck kann das Element 14 ausgestaltet
sein, um Veränderungen
direkt oder indirekt anzutreiben. Es ist festzustellen, dass das
Element 14 dazu verwendet werden kann, das Polster 10 in
Richtung der ersten oder zweiten Stellung anzutreiben.
-
Zu
diesem Zweck ist eine Signalquelle 24 (z. B. Leistungsversorgung)
nachrichtentechnisch mit dem Element 14 gekoppelt und dient
dazu, das Aktivierungssignal zu erzeugen, um das Element zu aktivieren.
In einer Kraftfahrzeugumgebung kann die Quelle 24 beispielsweise
aus dem Ladesystem eines Fahrzeugs, das die Batterie (2)
einschließt,
bestehen, und das Element 14 kann damit durch Leitungen 26 oder
durch eine geeignete drahtlose Nahbereichs-Nachrichtenverbindung
(z. B. HF, Infrarot usw.) verbunden sein. Ein Schalter oder eine
andersartige Eingabeeinrichtung 28 mit einer elektrischen Schnittstelle
zu dem Formgedächtnislegierungselement 14 kann
verwendet werden, um den Schaltkreis zwischen der Quelle und dem
Element 14 zu schließen,
um eine bedarfsabhängige
Steuerung des Polsters 10 vorzusehen.
-
Alternativ
kann der Schalter 28 durch einen Controller 30 und
zumindest einen Sensor 32, der nachrichtentechnisch mit
dem Controller gekoppelt ist, ersetzt oder ergänzt sein. Der Controller 30 und der
Sensor/die Sensoren 32 sind zusammenwirkend ausgestaltet,
um selektiv eine Betätigung zu
bewirken, wenn eine vorbestimmte Bedingung detektiert wird (2b).
In einer Kraftfahrzeugumgebung kann beispielsweise ein Sensor 32 angewandt
werden, der angibt, wenn die Fahrzeugtür benachbart zu der Sitzstellung
offen ist, wobei der Controller 30 bewirkt, dass das Polster 10 nur
dann betätigt
wird (in eine stärker
horizontale Stellung gedreht wird und in dieser verbleibt), wenn
dieses Ereignis ermittelt wird. Als ein zweites Beispiel kann zumindest
ein Unfallsensor, und stärker
bevorzugt ein Seitenaufprallunfallsensor 32, angewandt
werden, sodass der Controller 30 tatsächliche Unfallereignisse detektieren
und/oder bevorstehende Unfallereignisse vorhersagen kann, wobei
der Controller 30 bewirkt, dass das Polster 10 nur
dann betätigt
wird, wenn ein Ereignis ermittelt wird.
-
In
einem nochmals anderen Beispiel können der Sensor 32 und/oder
Controller 30 (z. B. durch Zuhilfenahme eines GPS-/Kartendatenbanksystems) zusammenwirkend
ausgestaltet sein, um das Vorhandensein einer minimalen Gier- oder
Seitenbeschleunigungsrate des Fahrzeugs vorwegzunehmen oder zu ermitteln.
In dieser Ausgestaltung ist der Controller 30 ausgestaltet,
um autonom die Polster 10 in Richtung einer stärker konkaven
oder ”sportlichen” Stellung
einzustellen, wenn die Rate einen minimalen Schwellenwert übersteigt
Zumindest ein Kraftmessdosensensor 32 kann in Zuordnung
zu der Sitzbasis 12a benutzt werden. In dieser Ausgestaltung
ist die Kraftmessdose 32 funktional relativ zu der Fläche 16 angeordnet,
um eine minimale darauf aufgebrachte Kraft (z. B. das Gewicht eines
durchschnittlichen kindlichen Insassen, größere seitliche Beschleunigungslasten
aufgrund von Kurvenfahrt usw.) detektieren zu können. Das Polster 10 kann
bei Aufbringung und/oder Wegnahme der Kraft autonom verändert werden.
Schließlich
ist festzustellen, dass das Polster 10 programmierbar ausgestaltet
sein kann, um einen Speicherabruf zu bewirken, wobei die Eingabevorrichtung 28 und
der Controller 30 zusammenarbeiten, um zu bewirken, dass
der Aktuator 18 eine von mehreren Stellungen, die in einem
internen Speicher gespeichert sind, zu erreichen. Es ist festzustellen,
dass geeignete Algorithmen, eine geeignete Verarbeitungsfähigkeit
und geeignete Sensoreingänge
ebenso im Können
eines Fachmanns in Anbetracht dieser Offenbarung liegen.
-
Zu
der konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung zurückgekehrt,
zeigen die 3a–e verschiedene Ausführungsformen,
wobei die Form der Struktur 20 umgestaltet wird, um eine Änderung
einer Polsterhöhe
zu bewirken. Eine erste Ausführungsform
ist in 3a gezeigt, wobei die Struktur 20 eine mit
Widerstand behaftete, flexible Platte aufweist, die einen gebogenen
seitlichen Querschnitt definiert, der nach oben gewölbt ist.
Die Plattenstruktur 20 bildet allgemein überlagerte
Schichten mit zumindest einem Abschnitt der Fläche 16 (z. B. dem
Abschnitt der Fläche 16,
der durch die Polster 10 gebildet ist), um direkt mit diesem
in Eingriff zu stehen.
-
Der
Aktuator 18 besteht aus zumindest einem Element 14 mit
aktivem Material, wie etwa einem SMA-Draht, das mit der Plattenstruktur 20 bei oder
in der Nähe
jedes Endes des gekrümmten
Profils verbunden ist, um eine Sehne zu bilden (3a). So
wie es hierin verwendet wird, soll der Ausdruck ”Draht” nicht auf eine einzelne Form
beschränkt
sein, sondern umfasst darüber
hinaus andere geometrische Formen, wie Bündel, Streifen, Schnüre, Kabel, Webungen
und so weiter. Für
ein zugeschnittenes Kraft- und inkrementelles Verschiebungsverhalten umfasst
der Aktuator 18 stärker
bevorzugt mehrere Elemente mit aktivem Material (wie SMA-Drähte und EAP-Spannglieder
oder -Rollaktuatoren) 14, die elektrisch oder mechanisch
in Reihe oder parallel ausgestaltet sind und mechanisch in ineinanderschiebbaren,
gestapelten oder gestaffelten Ausgestaltungen verbunden sind. Das
heißt,
mehrere Elemente 14 können
mehrere unterschiedliche aktivierbare Teilsätze aufweisen, wobei jeder
Teilsatz ausgestaltet ist, um zu bewirken, dass sich die Struktur 20 in
einer unterschiedliche der erreichbaren Stellungen bewegt, wenn
er aktiviert ist. Die elektrische Ausgestaltung kann während des
Betriebs durch Software-Zeitabstimmung,
Schaltungs-Zeitabstimmung und extern oder betätigungsinduzierten elektrischen
Kontakt abgewandelt werden.
-
Genauer
sind mehrere Elemente 14 gleichermaßen mit der Struktur 20 in
Eingriff und in Längsrichtung
versetzt. Das Element/die Elemente 14 und die Struktur 20 sind
zusammenwirkend ausgestaltet und ausgewählt, um eine funktionale Beziehung
zwischen der Betätigungskraft,
die dadurch erzeugt wird, und dem Biegemodul der Struktur 20 aufzuweisen.
Wie es in 3a gezeigt ist, bewirkt eine Kontraktion
des Elements/der Elemente 14 aufgrund einer Aktivierung
(oder Deaktivierung in dem Fall eines EAP-Rollaktuators), dass die Höhe der Platte 20, und
daher des Polsters 10, zunimmt und die seitliche Spanne
nach innen gezogen wird. Es ist festzustellen, dass in dieser Ausgestaltung
das Polster 10 eine flexible äußere Abdeckung 34 umfasst,
die sich an die unterschiedliche Formen anpassen kann. Bei Deaktivierung
bewirkt der Biegemodul der Platte, dass diese und das Polster in
die ursprüngliche
Form zurückkehren.
-
In
einem zweiten Beispiel kann die mit Widerstand behaftete, flexible
Struktur 20 nach unten gewölbt und durch erste und zweite
Schieber 36 mitgeführt
werden (3b). Zumindest ein SMA-Draht 14 mit
Gedächtnis
in zwei Richtungen oder ein konzentrisch ausgerichteter Draht und
eine Druckfeder können
dazu verwendet werden, die Schieber 36 zu verbinden, sodass,
wenn bewirkt wird, dass der Draht 14 sich zusammenzieht,
die Schieber 36 nach innen gebracht werden; aber wenn er
deaktiviert wird, die Schieber 36 in ihre ursprüngliche
Stellungen zurückkehren.
Wie es in 3b gezeigt ist, steht der erhöhte Abstand
zwischen den Schiebern 36direkt in Korrelation mit einem
flacheren Strukturprofil und daraus folgend einer niedrigeren Polsterhöhe.
-
Alternativ
kann eine einzige gewölbte
Struktur 20 die Sitzbasis 12a oder Rückenlehne 12b überspannen
und ausgestaltet sein, gleichzeitig beide Seitenpolster 10 zu
verändern.
In 3c ist eine gebogene Bahn 20, die seitliche
Polstereingriffsschuhe 38 aufweist, in einer ersten Stellung
durch einen Schraubenaktuator 18 befestigt und in der Mitte
an dem Sitzrahmen 40 verankert. Insbesondere umfasst der
Aktuator eine Schraubenspindel 42, eine erste und zweite
Schiebermutter 44, bevorzugt zumindest ein Lager 46,
das an dem Sitzrahmen 40 angebracht ist, und einen Antrieb 48 auf
der Basis von aktivem Material (z. B. SMA). Der Antrieb 48 ist
ausgestaltet, um selektiv zu bewirken, dass die Spindel 42 rotiert, wenn
er aktiviert wird, und kann eine aufgewickelte SMA, mehrere synchrone
PZT usw. anwenden. Die Muttern 44 sind außen benachbart
zu der Bahn 20 dort angeordnet, wo sie harte Anschläge aufweisen, die
verhindern, dass sich die Bahn 20 geraderichtet. Wenn sie
gedreht wird, bewirkt die Spindel 42, dass sich die Muttern 44 entweder
nach innen oder nach außen
relativ zu der Mittellinie der Basis 12a verschieben. Dies
bewirkt, dass die Bahn 20 sich weiter wölbt oder gerade richtet, bzw.
sich die Polster 10 anheben oder absenken. Schließlich ist
festzustellen, dass ein zusätzliches
Formgebungselement 14a verwendet werden kann, um den Schraubenaktuator 18 zu
unterstützen.
Beispielsweise kann ein zweiter Draht 14a, der bevorzugt
eine gekrümmte
Form aufweist, mit der Bahn 20 an den Schuhen 38 verbunden sein,
wie es in 3c gezeigt ist, sodass eine
Kontraktion des Drahtes 14a bewirkt, dass sich die Bahn 20 weiter
wölbt.
-
In
einer dritten umgestaltbaren Ausführungsform sind die Polster 10 durch
flexible Streifen 50 definiert. Die Streifen 50 sind
mit den äußeren Schienen 40a des
Basis- oder Rückenlehnenrahmens (3d)
und mit einem unteren verschiebbaren Querstab 52 durch
die zwei Führungen 54 gekoppelt. Die
Führungen 54 werden
entlang der Schienen 40a mitgeführt und gleiten entlang derselben.
Zumindest ein Formgedächtnisdraht 14 verbindet
einen festen Querstab 40b und den verschiebbaren Querstab 52. Wenn
der aktiviert ist, bewirkt der Draht 14, dass der verschiebbare
Stab 52 sich in Richtung des festen Querstabs 40b bewegt.
Diese Aktion bewirkt, dass die Streifen 50 sich weiter
wölben,
sodass die Höhe des
Polsters erhöht
wird. Stärker
bevorzugt wird der verschiebbare Stab 52 in Richtung einer
distalen Stellung relativ zu dem festen Stab 40b, beispielsweise
durch zumindest eine damit verbundene Zugfeder, vorgespannt. Es
ist festzustellen, dass die gewölbten Streifen 50 auch
eine Federwirkung zurück
in Richtung der Ruhestellung aufweisen. Bei Deaktivierung wird bewirkt,
dass der verschiebbare Stab 52 durch die Feder zurückkehrt.
Stärker
bevorzugt definieren die Schuhe 54 und Schienen 40a zusammenwirkend eine
Verriegelung vom Reibungs- oder Kugelrasttyp, um die Streifen 50 und
Polster 10 in der erhöhten Stellung
zurückzuhalten,
wenn der Draht/die Drähte 14 deaktiviert
sind. Die Streifen 50 weisen bevorzugt einen länglichen
rechteckigen Querschnitt auf, um einen niedrigen Biegemodul in der
Richtung nach vorne und nach hinten und einen großen Biegemodul seitlich
aufzuweisen.
-
Schließlich wird
eine andere umgestaltbare Ausführungsform
in Betracht gezogen, wobei die Struktur 20 und das Element 14 funktional
kombiniert sind. Das heißt,
ein geeignetes aktives Material, wie SMP, kann benutzt werden, um
die Struktur 20 aufzubauen, sodass eine Aktivierung der
Struktur/des Elements ermöglicht,
dass das Polster 10 von Hand umgestaltet werden kann (z.
B. nach einer kundenspezifischen Vorliebe), und eine anschließende Deaktivierung
fungiert, um die neue Ausgestaltung permanent festzulegen. Hier
ist ferner festzustellen, dass eine Reaktivierung, ohne äußere Belastung
auf dem Sitz, bewirken wird, dass die Struktur 20 in ihre
ursprüngliche
Form mit Spannungsgleichgewicht zurückkehrt. In 3e ist
beispielsweise eine Schicht 56 aus SMP-Material, die sich
gemeinsam mit der Fläche 16 erstreckt
und thermisch von dem Insassen durch eine schützende Barriere 58 isoliert
ist, vorgesehen. Wenn sie aktiviert ist, kann die Schicht 56,
z. B. durch das Gewicht des Insassen, umgestaltet werden, sodass
bewirkt wird, dass das SMP-Material von dem zentralen Bereich der
Schicht 56 weg und in die Polster 10 strömt. Die
Schicht 56 kann durch einen Gitterträger oder Drahtrahmen 60 abgestützt sein,
der bevorzugt versetzte Heizelemente 62 umfasst, wie es gezeigt
ist. Es ist festzustellen, dass die Wärme durch Wechselwirkung mit
Umgebungsluftbedingungen, eine Sitzkühlvorrichtung (nicht gezeigt)
oder eine HLK-Einheit (ebenfalls nicht gezeigt) des Fahrzeugs dissipiert
werden kann.
-
In
anderen Ausführungsformen
(z. B. 2 und 4–11) definiert
die Struktur 20 eine Schwenk- oder Drehachse, um die das
Polster 10 bei Betätigung
nach oben und nach unten verschwenkt und somit einem Schwingarm
bildet. Hier kann der Aktuator 18 im Wesentlichen aus zumindest
einem SMA-Draht 14 bestehen, der die Schwingarme 20 fest
miteinander (2) oder einzeln mit dem Rahmen
verbindet, wie es in 4 gezeigt ist (bevorzugt innerhalb
des Sitzes, sodass er unabhängig
ist).
-
In
den 2 und 4 verbindet der Draht 14 die
obere Fläche
des Arms 20 und erstreckt sich horizontal über der
Achse, um zu bewirken, dass sich der Arm 20 nach oben in
Richtung einer stärker
konkaven Stellung schwingt, wenn er aktiviert ist. Im Gegensatz
dazu ist festzustellen, dass der Draht 14 an der unteren
Fläche
des Arms 20 angebracht und vertikal orientiert sein kann,
um zu bewirken, dass der Arm 20 nach unten in Richtung
der flacheren Stellung schwingt. Darüber hinaus ist festzustellen,
dass der Draht 14 durch eine Riemenscheibe oder konturierte Fläche (nicht
gezeigt) in jeder dieser Ausgestaltungen mitgeführt werden könnte, um
die Betätigungskräfte und
Verschiebungen auf gewünschte
Eigenschaften zuzuschneiden (z. B. Verringern der aufgebrachten
Last, wenn die Betätigung
fortschreitet, usw.).
-
Es
liegt auch im Bereich der Erfindung, dass der Draht 14 und
die Struktur 20 zusammenwirkend ausgestaltet sind, sodass
der Draht 14 sich vertikal in Richtung einer festen Abstützung erstreckt,
während er
bewirkt, dass das Polster 10 in Richtung einer erhöhten Stellung
angetrieben wird. Beispielsweise weist die Struktur 20 in
den 5a–d
einen gekrümmten
seitlichen Querschnitt und eine interne Schwenkachse auf, um einen
Aktuatoreingriffsabschnitt 20b zu definieren. Ein SMA-Draht 14 ist
mit der Struktur 20 nahe bei dem inneren Rand und mit dem
Rahmen 40 verbunden. Wenn der aktiviert ist, zieht sich
der SMA-Draht 14 zusammen, was bewirkt, dass der distale
Rand der Struktur 20 nach oben rotiert. Es ist festzustellen,
dass der Aktuator 18 ferner ausgestaltet sein kann, um
die Arbeit, die von dem Draht 14 mit der Ruhelast des Insassen
verrichtet wird, zu verstärken.
Beispielsweise kann die Struktur 20 einen länglichen
Eingriffsabschnitt 20b definieren, der sich in Richtung
der Mittellinie des Sitzes 12 erstreckt. Hier ist festzustellen,
dass die Last und die Materialaktivierung zusammenwirkend arbeiten,
um die abschließende
Verschiebung der Struktur 20 zu erreichen. Schließlich kann,
wie es in 5a gezeigt ist, eine Torsionsfeder,
die konzentrisch mit der Schwenkachse ausgerichtet ist und eine
Federkonstante aufweist, die geringer als die Last und/oder Betätigungskraft
ist, dazu verwendet werden, eine Rückstellung vorzusehen.
-
Stärker bevorzugt
können
die Polster 10 antriebstechnisch derart gekoppelt sein,
dass sie gleichzeitig beeinflusst werden können. Beispielsweise, und wie
es in 5b gezeigt ist, kann ein Satz seitlicher
Polster 10 antriebstechnisch mit einem vertikalen Zahnstangen-
und Ritzelgetriebe 64 und einem schwenkbaren Dreistrangen-Gestängemechanismus
gekoppelt sein. Hier ist der mittlere Stab 66 fest mit
der Mitte des Ritzels 68 verbunden und verläuft durch
diese, um übereinstimmend
damit zu rotieren. Ein erster und zweiter äußerer Stab 70, 72 sind
schwenkbar mit den Enden des mittleren Stabes 66 und mit
seitlichen Strukturen 20 an übereinstimmenden Punkten oberhalb
ihrer Schwenkachsen gekoppelt. Die Zahnstange 74 weist
eine Plattform 76 an ihrem oberen Ende auf, die ausgestaltet
ist, eine Aufnahme der Ruhelast zu ermöglichen, und steht mit einer
Rückstelldruckfeder
in Eingriff, an deren unterem Ende der Sitzrahmen 40 anschlägt, um als Rückstellung
zu wirken. Zumindest ein Formgedächtnisdraht 14 ist
mit der Feder verbunden und verbindet die Zahnstange 74 und
den Rahmen 40. Die Zahnstange 74 wird abgesenkt,
und es wirkt bewirkt, dass das Ritzel 68, und daher die
Polster 10, rotieren, wenn der Draht/die Drähte 14 aktiviert
werden und/oder die Ruhelast auf die Plattform 76 aufgebracht
wird. Wenn die Last weggenommen wird und der Draht deaktiviert wird,
gibt die Druckfeder ihre Energie frei, was die Zahnstange und die
Polster zurück
in ihre Ruhestellungen antreibt. Stärker bevorzugt ist zumindest
ein Verriegelungsmechanismus vorgesehen, der ausgestaltet ist, entweder
mit der Zahnstange 74 oder dem Ritzel 68 in Eingriff
zu stehen, um die Polster 10 in der aktivierten Stellung
zurückzuhalten,
selbst wenn der Draht/die Drähte 14 deaktiviert
ist/sind.
-
Wie
es in 6 gezeigt ist, umfasst der bevorzugte Aktuator 18 ferner
eine Überlastschutzeinrichtung 78,
die mit jedem Element 14 gegenüber der Struktur 20 verbunden
ist. Die Überlastschutzeinrichtung 78 ist
ausgestaltet, um einen sekundären
Ausgangsweg vorzusehen, wenn das Element 14 aktiviert ist,
aber die Struktur 20 nicht bewegt werden kann (z. B. durch
einen Gegenstand, wie etwa dem Insassen, blockiert ist). In der
veranschaulichten Ausführungsform
umfasst die Überlastschutzeinrichtung 78 eine
Zugfeder 80, die in Reihe mit dem Draht 14 geschaltet
ist. Die Feder 80 wird bis zu einem Punkt gestreckt, an
dem die aufgebrachte Vorlast dem Lastniveau entspricht, an dem festzustellen
ist, dass der Aktuatordraht 14 beginnen würde, bei
Blockierung eine übermäßige Kraft
zu erfahren. Infolgedessen wird eine Aktivierung des Drahts 14 zunächst eine
Kraft aufbringen, die versucht, die Struktur 20 zu verändern, aber
wenn das Kraftniveau die Vorlast in der Feder 80 übersteigt
(z. B. das Polster 10 blockiert ist), wird der Draht 14 stattdessen
die Feder 80 weiter strecken, wodurch die Unversehrtheit
des Aktuators 18 bewahrt wird.
-
Stärker bevorzugt,
und wie es in 6 gezeigt ist, umfasst die Schutzeinrichtung 78 dort,
wo sie mit dem Rahmen 40 verbunden ist, darüber hinaus
einen Hebel 82 zwischen dem Element 14 und der
Feder 80. Der Hebel 82 definiert einen ersten
und zweiten Arm 84, 86 und eine Schwenkachse.
Das Element 14 ist an einem der Arme 84, 86 angebracht und
von der ersten Achse eine erste Distanz beabstandet. Die Feder 80 ist
an dem anderen Arm angebracht und von der Achse eine zweite Distanz
beabstandet, die größer als
die erste ist, um einen Hebelarm vorzusehen.
-
Es
ist festzustellen, dass komplexere Strukturen verwendet werden können, um
eine Verschiebung zu bewirken. Beispielsweise, und wie es in den 7a,
b gezeigt ist, kann der Aktuator 18 eine Scherenanordnung 88 enthalten,
die mehrere schwenkbar verbundene Elemente 90 umfasst,
die ferner durch seitliche Stege 92 verbunden sind. Die Anordnung 88 ist
zwischen zusammengelegten und ausgefahrenen Zuständen beeinflussbar. Die Anordnung 88 ist
schwenkbar mit einem ersten und zweiten seitlichen Polster 10 bevorzugt
an dem oberen Ende der obersten Elemente 90 verbunden.
Der Aktuator 18 ist ausgestaltet, um zu bewirken, dass
sich die Anordnung 88 zwischen den Zuständen verschiebt, wenn das Element/die Elemente 14 aktiviert
ist/sind. Wie es in 7b gezeigt ist, besteht ein
bevorzugter Aktuator 18 aus einem einzigen SMA-Draht 14,
der wiederholt um die unteren Stege 92 der Anordnung 88 mitgeführt wird.
Alternativ können
auch mehrere SMA-Drahtschleifen 14 verwendet werden. Es
wird bewirkt, dass die Strukturen 20 übereinstimmend (z. B. synchron
und gleichmäßig) zwischen
Stellungen infolge eines Verschiebens der Anordnung 88 zwischen
Zuständen
schwingen.
-
Darüber hinaus,
und wie es in den 8a, b gezeigt ist, kann der
Aktuator 18 eine im Allgemeinen horizontal orientierte
Faltanordnung 94 umfassen, die zwischen zusammengelegten
und ausgefahrenen Zuständen
beeinflussbar ist. Die Faltanordnung 94 umfasst eine Reihe
von parallelen Leisten 96, die schwenkbar mit einer zentral
angeordneten schwimmenden Rippe 98 und mit den Strukturen 20 an
ihren distalen Enden verbunden sind. Ein bevorzugter Aktuator 18 besteht
in dieser Ausgestaltung aus einem SMA-Draht 14, der sich
gemeinsam mit jedem Satz schwenkbar verbundener Leisten 96 erstreckt
und durch diese abgestützt
ist. Die Anordnung 94 und Elemente 14 sind zusammenwirkend
ausgestaltet, sodass die Elemente 14 derart ausgestaltet
sind, dass bewirkt wird, dass die Anordnung 94 sich zwischen
Zuständen
verschiebt, wenn sie aktiviert sind, und bewirkt wird, dass die
Strukturen 20 übereinstimmend
zwischen Stellungen infolge eines Verschiebens der Anordnung 94 zwischen
Zuständen
schwingen.
-
Um,
wie es zuvor beschrieben wurde, dem Aktuator 18 entgegenzuwirken,
ist bevorzugt dort ein Rückstellmechanismus
(d. h. ”Rückstellung”) 100 vorgesehen,
wo eine Betätigung
in zwei Richtungen vorgesehen ist, und stärker bevorzugt dort, wo eine Betätigung in
einer Richtung vorgesehen ist. Das heißt, der Rückstellmechanismus 100 ist
antriebstechnisch mit der Struktur 20 gekoppelt und wirkt
antagonistisch zu den Aktuator 18.
-
Der
Rückstellmechanismus 100 kann
durch eine Druck-, Zug-, Blatt- und Torsionsfeder, ein Elastomer,
einen pneumatischen/hydraulischen Zylinder, ein zusätzliches
Element mit aktivem Material oder dergleichen ausgeführt sein.
Beispielsweise ist in den 2 und 4 der
Rückstellmechanismus 100 eine
Zugfeder, die mit der unteren Hälfte
des Schwingarms 20 verbunden ist. Wenn bewirkt wird, dass
der Aktuator 18 den Arm 20 nach oben schwingt,
wird bewirkt, dass die Feder 100 Energie durch Strecken
speichert. Es ist festzustellen, dass die durch das Element 14 erzeugte
Betätigungskraft größer als
die Rückstellkraft
der Feder 100 ist. Bei Deaktivierung überwindet die Feder 100 den
Elastizitätsmodul
des deaktivierten Drahtes 14, sodass bewirkt wird, dass
der Draht 14 sich streckt und der Arm 20 zurück in die
ursprüngliche
Stellung schwingt (3). Die superelastische
Dehnung auf den Draht 14 bewirkt, dass der Rückstellmechanismus 100 eine Phasenumwandlung
zurück
in den martensitischen Zustand beschleunigt.
-
Alternativ
ist auch festzustellen, dass die Rückstellfeder 100 durch
ein zweites Element mit aktivem Material ersetzt oder mit einem
solchen kombiniert sein kann (9). Als
eine bevorzugte Ausführungsform
kann der Rückstellmechanismus 100 ein SMA-Draht
mit einer Austenit-Endtemperatur sein, die geeignet niedrig gewählt ist,
sodass er in seinem Hochmodulzustand sein wird, wenn er nicht unter Spannung
steht. Wenn er gestreckt ist, wird der Rückstelldraht dies ”superelastisch” ausführen und eine
sehr erwünschte,
nahezu konstante Rückstellkraft
im Vergleich mit der linear zunehmenden Rückstellkraft, die durch normale
Federn ausgeübt
wird, ausüben.
-
In
einem anderen Beispiel umfasst der Aktuator 18 ferner ein
Element 102 mit gespeicherter Energie, das zwischen das
Element 14 mit aktivem Material und die Struktur 20 eingekoppelt
ist (9 und 12). Das Element 102 mit
gespeicherter Energie dient dazu, gespeicherte Energie freizugeben,
wenn das Element 14 mit aktivem Material aktiviert wird, um
die Struktur 20 infolge eines Freigebens der Energie zu
verändern.
Zum Beispiel kann das Element 102 mit gespeicherter Energie
aus einer Druckfeder bestehen, die durch die Struktur 20 in
der unteren Stellung zusammengedrückt wird (9 und 12)
oder eine Torsions- oder Uhrfeder, die mit der Schwenkachse der
Struktur 20 in Eingriff steht und konzentrisch mit dieser
ausgerichtet ist. Hier fungiert das Aktuatorelement 14 als
eine Freigabe, die dazu dient, zu bewirken, dass ein vorgespannter
Stift oder eine Sperrklinke 104 von der Feder 102 außer Eingriff
gelangt, um diese dadurch zu befreien und somit das Polster 10 zu
verändern.
In 9 ist der Rückstellmechanismus 100 ein
zweiter SMA-Draht. Hier sind der Draht 58 und die Feder 102 zusammenwirkend
ausgestaltet, sodass die Feder 102 eine Dekompressionskraft
erzeugt, die größer als
der Elastizitätsmodul
des Drahtes 58 ist, wenn er deaktiviert ist, aber nicht,
wenn er aktiviert ist. Das heißt,
der Draht 58 kann die Federkraft 58 überwinden,
wenn er aktiviert ist.
-
Schließlich ist
ein Rast- oder Verriegelungsmechanismus 106 mit einem Halten
ohne Leistung bevorzugt bewegbar vorgesehen, um die Struktur 20 in
der beeinflussten Stellung zu halten, selbst nachdem das Aktuatorelement 14 (oder
der Rückstelldraht 100)
deaktiviert worden ist. Wenn es erwünscht ist, wird der Verriegelungsmechanismus 106 gelöst, sodass
die Struktur 20 zurück
in die vorhergehende Stellung bewegt werden kann. Beispielsweise,
und wie es in 6 gezeigt ist, wenn die Struktur 20 eine Schwenkachse
definiert, kann der Verriegelungsmechanismus 106 ein ”verzahntes” Rad 108 sein,
das fest damit gekoppelt und konzentrisch mit der Achse ausgerichtet
ist. Das Rad 108 weist bevorzugt mehrere abgeschrägte Zähne 108a auf,
die jeweils eine separat erreichbare Drehstellung aufweisen. Eine Sperrklinke 110 dient
dazu, selektiv mit dem Zahnrad 108 in Eingriff zu gelangen,
um dadurch eine Bewegung zu verhindern. Genauer, und wie es in 6 gezeigt
ist, definiert die Sperrklinke 110 eine abgeschrägte Klaue,
die verschiebbar mit den mehreren Zähnen 108a in Eingriff
gelangt, um zuzulassen, dass das Zahnrad 108 in einer ersten
Richtung rotiert, und eine Bewegung in der anderen Richtung zu verhindern.
Ein Element 112 mit aktivem Material (z. B. SMA-Draht)
ist bevorzugt vorgesehen und ausgestaltet, um zu bewirken, dass
die Sperrklinke 110 selektiv von der Struktur 20 außer Eingriff
gelangt, wenn es aktiviert ist.
-
Der
bevorzugte Verriegelungsmechanismus 106 umfasst darüber hinaus
seine eigene Rückstellung
(z. B. eine Zugfeder, ein Element mit gespeicherter Energie usw.) 114,
das antagonistisch zu dem außer
Eingriff gelangenden Element 112 fungiert. Die Rückstellung 114 übt eine
konstante Kraft darauf aus, um den Mechanismus 106 in Richtung
der in Eingriff stehenden Stellung vorzuspannen. Alternativ kann der
Verriegelungsmechanismus 106 ein erstes und zweites Element
mit aktivem Material umfassen, das, wenn es aktiviert ist, bewirkt,
dass der Mechanismus 106 mit der Struktur 20 in
Eingriff bzw. von dieser außer
Eingriff gelangt. Schließlich
kann in nochmals einer anderen Alternative ein Zahnradstab (nicht
gezeigt) benutzt werden, wobei ein Zweirichtungselement 112 ausgestaltet
ist, zu entriegeln und dann den Mechanismus 106 mit dem
Stab an einer gewünschten
inkrementellen Stellung wieder zu verriegeln. Stärker bevorzugt ist jedoch das
Polster 10 stufenlos zwischen zwei Extremen einstellbar.
Somit ist festzustellen, dass ein Reibungseingriff anstelle eines
verzahnten Rades oder Stabes angewandt werden kann.
-
In
nochmals einer anderen Ausführungsform können das
verzahnte Rad 108 und die Struktur 20 funktional
kombiniert sein, um eine Ratsche vorzusehen, wie es in 10a–11 gezeigt
ist. Stärker bevorzugt
weist die Struktur 20 in dieser Ausgestaltung einen Ringsektor
auf, der entweder radial innere oder äußere Zähne 20a definiert.
In den 10a, b weist die Struktur 20 mehrere
radial innere Zähne 20a auf,
die jeweils bevorzugt abgeschrägt
sind, so dass eine separat erreichbare Drehstellung vorgesehen ist.
Eine Raste 106 dient dazu, verschiebbar mit den Zähnen 20a in
Eingriff zu gelangen, wenn sich die Struktur 20 in einer
ersten Richtung dreht, und einen ergriffenen Zahn an einer erreichbaren
Stellung der Wahl zu fangen, um eine Bewegung in der entgegengesetzten
Richtung zu verhindern. Eine bevorzugte Raste 106 benutzt
ein Element 14 mit aktivem Material, das ausgestaltet ist,
um selektiv von der Struktur 20 außer Eingriff zu gelangen, wenn
es deaktiviert ist. Die Struktur 20 ist (über einen
Aktuator 18 oder von Hand) in nur einer Richtung bewegbar, wenn
die Raste 106 in dem außer Eingriff stehenden Zustand
ist.
-
In 11 verschiebt
sich ein Ringsektor 20 frei innerhalb eines gekrümmten Schlitzes 116 passender
Breite und passenden Radius und definiert radial äußere Zähne 20a.
In dieser Ausgestaltung ist ein Element mit gespeicherter Energie
(z. B. eine Druckfeder usw.) 102 bevorzugt innerhalb des
Schlitzes 116 angeordnet, sodass bewirkt wird, dass es Energie
speichert, wenn sich die Struktur 20 nach innen (in der ”anderen” Richtung)
verschiebt. Wieder ist bevorzugt eine Raste 106 aus aktivem
Material ausgestaltet, um selektiv zu verhindern, dass die Struktur 20 in
der anderen Richtung rotiert, und hält die Energie zurück, bis
sie für
eine Betätigung
benötigt
wird.
-
Schließlich können in
einer ähnlichen
Ausführungsform
eine vertikale Ratsche 118 und ein Schieber 120 von
Hand verändert
werden, um mehrere feste Polsterhöhen zu bewirken. Beispielsweise, und
wie es in 12 gezeigt ist, kann der Schieber 120 einen
planaren Körper
aufweisen, der obere und untere Ränder, die der longitudinalen
Länge des Polsters 10entsprechen,
einen Eingriffsschuh 38 entlang des oberen Randes, einen
zurückziehbaren Verriegelungsstift 122 innerhalb
des oberen und unteren Randes und einen Hubgriff, der an dem unteren Rand
angebracht ist, oder ein Vorspannelement (z. B. eine Feder) 124,
die mit diesen in Eingriff steht, definiert. Die Ratsche 118 definiert
gegenüberliegende Seiten,
die beabstandet sind, um eine vertikale Fuge vorzusehen, in der
sich der Schieber 120 verschiebt. Mehrere abgeschrägte Zähne 118a sind
bevorzugt an beiden Seiten definieren und ragen in die Fuge vor.
Ein erster und zweiter gegenüberliegender
Stift 122 sind in Richtung einer ausgefahrenen Stellung vorgespannt,
in der sie mit den Zähnen 118a in
Eingriff stehen. Die Stifte 122 und Zähne 118a sind zusammenwirkend
ausgestaltet, um ein Verschieben des Schiebers abhängig von
der Orientierung der Zähne 118a in
einer Richtung (z. B. Zurückziehen
in die Basis 12a) zu verhindern, wenn sie in Eingriff stehen.
Somit kann der Schieber 120 auf eine gewünschte Höhe angehoben
oder abgesenkt werden, indem die Stifte 122 über die
abgeschrägten
Zähne gleiten
gelassen werden. Um die Stifte 122 zu lösen, wird eine Betätigung mit
Formgedächtnismaterial
benutzt. Beispielsweise, und wie es in der vergrößerten Ansicht in 12 gezeigt
ist, kann ein einzelner SMA-Draht 14 durch die Verriegelungsstifte 122 mitgeführt werden,
sodass bewirkt wird, dass sich die Stifte 122 zurückziehen,
wenn er aktiviert wird. In der veranschaulichten Ausführungsform
ist festzustellen, dass das Zurückziehen
der Stifte 122 ermöglicht, dass
die Vorspannfeder 124 den Schieber 120 in die oberste
Stellung bewegt.
-
Diese
Beschreibung benutzt Beispiele zur Offenbarung der Erfindung, einschließlich der
besten Ausführungsart,
und auch um einen Fachmann in die Lage zu versetzen, die Erfindung
herzustellen und zu verwenden. Der patentierbare Schutzumfang der
Erfindung ist durch die Ansprüche
definiert und kann andere Beispiele umfassen, die Fachleuten in
den Sinn kommen. Solche anderen Beispiele sollen im Schutzumfang
der Ansprüche
liegen, wenn sie konstruktive Elemente aufweisen, die nicht vom
Wortlaut der Ansprüche
abweichen, oder wenn sie äquivalente
konstruktive Elemente mit unwesentlichen Unterschieden gegenüber dem
Wortlaut der Ansprüche enthalten.
-
So
wie sie hierin verwendet werden, bezeichnen die Ausdrücke ”erste”, ”zweite” und dergleichen keinerlei
Rangordnung oder Bedeutung, sondern werden vielmehr dazu verwendet,
ein Element von einem anderen zu unterscheiden, und die Ausdrücke ”der”, ”die”, ”das”, ”einer”, ”eine” und ”ein” bezeichnen keine
Beschränkung
einer Menge, sondern bezeichnen vielmehr das Vorhandensein von zumindest
einem angeführten
Gegenstand. Alle Bereiche, die auf die gleiche Menge einer gegebenen
Komponente oder eine gegebenen Maßes gerichtet sind, sind einschließlich der
Endpunkte und sind unabhängig
kombinierbar.
-
Zusammenfassung
-
Ein
beeinflussbares Sitzpolster, das einen Aktuator mit aktivem Material
umfasst, der ausgestaltet ist, selektiv einen Zustand, wie etwa
die geometrische Ausgestaltung, zu bewirken oder zu ermöglichen,
oder die Stellung des Polsters abzuwandeln, wenn das aktive Material
aktiviert ist.