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Hintergrund der Erfindung
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Offenbarung betrifft allgemein eine Lendenstütze, die
zur Verwendung mit einer Sitzlehne geeignet ist, und im Spezielleren
eine beeinflussbare Lendenstütze
mit einem Aktuator auf der Basis eines aktiven Materials, der betreibbar
ist, um einen Zustand der Sitzlehne zu ändern.
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2. Erläuterung des Standes der Technik
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Lendenstützen sind
innerhalb von Sitzlehnen eingebaut, um eine strukturelle Belastbarkeit
und Stütze
für einen
Insassen bereitzustellen. In einer Kraftfahrzeugumgebung umfassen
Lendenstützen typischerweise
z. B. eine Vielzahl von federgespannten Querteilen, die die seitlichen
Lehnenschienen des Sitzrahmens überspannen
bzw. spreizen. Wenngleich sie flexibel sind, weisen herkömmliche
Lendenstützen
typischerweise eine Einheitsgrößenkonfiguration
auf, die Probleme für
Insassen mit verschiedenartiger/n Größe und Vorlieben mit sich bringt.
Infolgedessen wurden auf dem technischen Gebiet beeinflussbare Lendenstützen entwickelt;
allerdings haben diese Arten von Lendenstützen nur geringe Anwendung
und Verwendung gefunden, da sie teilweise komplexe mechanische,
elektromechanische (z. B. Motoren, Solenoide etc.), pneumatische/hydraulische
(z. B. Bälge,
Luftzylinder etc.) und manuelle Aktuatoren verwenden.
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Kurzzusammenfassung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung befasst sich mit diesen Anliegen und stellt
eine beeinflussbare Lendenstütze
vor, die eine Betätigung
mit einem aktiven Material verwendet. Die Erfindung ist geeignet,
um die Kinematik, Ergonomie und den Komfort von Insassen zu erhöhen, indem
eine Sitzlehne vorgesehen wird, die in Übereinstimmung mit der Größe oder Präferenz des
Insassen anpassbar ist. In einer bevorzugten Ausführungsform
bietet die erfindungsgemäße Lendenstütze eine
Massagefunktionalität. Schließlich stellt
diese Erfindung in Kraftfahrzeugeinstellungen ein Mittel bereit,
um die Verteilung der Kräfte,
die auf die angegurteten Insassen wirken, und deren Kinematik während Aufprallereignissen
zu ändern.
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Im
Allgemeinen ist eine beeinflussbare Lendenstütze zur Verwendung mit einer
Sitzlehne geeignet, die eine Eingriffsfläche definiert, welche einen ersten
Zustand aufweist. Die Stütze
umfasst eine umgestaltbare Struktur, die innerhalb der Lehne angeordnet
ist und eine erste Position, Konfiguration und Orientierung relativ
zu der Fläche
aufweist. Ein Aktuator ist antriebstechnisch mit der Struktur gekoppelt und
umfasst zumindest ein Element aus einem aktiven Material. Das Element
ist ausgebildet ist, um zu bewirken oder zu ermöglichen, dass die Struktur
infolge der Änderung
eine zweite Position, Konfiguration oder Orientierung erreicht,
in der der Zustand modifiziert ist.
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Die
Offenbarung ist durch Bezugnahme auf die nachfolgende detaillierte
Beschreibung der verschiedenen Merkmale der Offenbarung und die
hierin umfassten Beispiele leichter verständlich.
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Kurzbeschreibung der verschiedenen
Ansichten der Zeichnung
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(Eine)
bevorzugte Ausführungsform(en)
der Erfindung ist/sind unten stehend im Detail unter Bezugnahme
auf die beiliegenden Zeichnungsfig. mit beispielhaftem Maßstab beschrieben,
in denen:
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1 eine
perspektivische Darstellung eines Kraftfahrzeugsitzes gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist, der eine Lehne und eine Sitzfläche aufweist,
und veranschaulicht insbesondere eine beeinflussbare Lendenstütze, die mit
der Lehne angeordnet ist;
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2 eine
perspektivische Darstellung eines Sitzrahmens und einer beeinflussbaren
Lendenstütze
mit einer Vielzahl von Sätzen
von überlappenden
Bügeln 22,
die sich seitlich über
den Lehnenrahmen erstrecken, gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist;
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2a eine
Vorderansicht eines in 2 gezeigten Satzes von Bügeln 22 gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist, die insbesondere einen Formgedächtnislegierungsdrahtaktuator
veranschaulicht;
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2b eine
Oberansicht eines in 2a gezeigten Satzes von Bügeln 22 gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist, die insbesondere einen Kugel-Raste-Sperrmechanismus
und einen einzelnen Draht zum Betätigen und Lösen des Mechanismus veranschaulicht;
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3 eine
Oberansicht einer beeinflussbaren Lendenstütze gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist, die einen ersten und einen zweiten Schiebeblock,
die durch einen Formgedächtnisdraht
und einer zu dem Draht antagonistischen Vorspannfeder miteinander
verbunden und antriebstechnisch gekoppelt sind, und eine Schwebebacke
umfasst, mit der die Blöcke
in Eingriff stehen;
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4 eine
Vorderansicht einer beeinflussbaren Lendenstütze gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist, die eine gebogene Platte, einen ersten und einen
zweiten Schieber, die mit der Platte in Eingriff stehen, und einen
Formgedächtnisdrahtaktuator
umfasst, der mit den Schiebern verbunden und antriebstechnisch gekoppelt
ist;
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4a eine
Vorderansicht der in 4 gezeigten Stütze ist,
wobei die Schieber betätigt
wurden;
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4b eine
Hinteransicht einer in 4 gezeigten beeinflussbaren
Stütze
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist, wobei die Schieber antriebstechnisch mit dem
ersten und dem zweiten Drahtaktuator und Mitnahmesäulen gekoppelt
sind;
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4c ein
Aufriss von mehreren Drahtaktuatoren gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung ist, die durch eine einzige Säule mitgenommen werden;
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5 eine
Draufsicht einer Sitzlehne und einer beeinflussbaren Lendenstütze gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist, die eine widerstehend flexible Tafelstruktur,
welche eine nach unten gebogene Konfiguration aufweist und sich
mit der Basis gemeinsam erstreckt, und einen durch eine SMA angetriebenen
Spindelaktuator mit beweglichen Schiebermuttern, die die Struktur
weiter biegen, wenn sie sich translatorisch verschieben, umfasst;
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6 eine
Draufsicht einer beeinflussbaren Lendenstütze gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist, die eine flexible Tafel, einen Bogensehnendrahtaktuator
und, in vergrößerter Einblendungsansicht,
einen Überlastungsschutz
umfasst;
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6a ein
Aufriss eines Doppelblock-Sperrmechanismus gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist, der ausgebildet ist, um mit einem Durchhang in
einem Drahtaktuator wie z. B. in 6 gezeigt,
in Eingriff zu stehen und diesen zu entfernen;
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7 ein
Aufriss einer beeinflussbaren Lendenstütze gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist, die einen vertikalen Torsionsstab, einen Nocken
und einen Formgedächtnisdrahtaktuator
umfasst;
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7a eine
Draufsicht des in 7 gezeigten Nocken ist, der
mit der Fläche
einer Sitzlehne in Eingriff steht;
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8 eine
Draufsicht einer beeinflussbaren Lendenstütze gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist, die ein erstes und ein zweites flexibles Teil
umfasst, die antriebstechnisch mit einem einzigen Formgedächtnisdrahtaktuator
gekoppelt und durch diesen umgestaltbar sind, wobei der Aktuator
eine Rückstellfeder
und einen Sperrmechanismus umfasst;
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9 ein
Aufriss eines Sitzlehnenrahmens und einer beeinflussbaren Lendenstütze gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist, die eine Struktur und eine Vielzahl von piezoelektrischen
Elementen, die mit der Struktur in Eingriff stehen, umfasst;
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10 eine
Vorderansicht des Sitzes und der Stütze gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist, die in 1 gezeigt
sind, welche ferner eine Leistungsversorgung und eine kommunizierend
damit gekoppelte Eingabevorrichtung veranschaulicht; und
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10a eine partielle Vorderansicht der in 10 gezeigten
Stütze
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist, wobei die Eingabevorrichtung durch einen Controller
und einen ersten und einen zweiten Sensor ersetzt wurde.
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Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
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Die
folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen ist rein beispielhaft
und soll die Erfindung, ihre Anwendung oder Verwendungen in keiner
Weise einschränken.
Die Erfindung ist unter Bezugnahme auf einen Kraftfahrzeugsitz (1–10a) beschrieben und veranschaulicht; es ist jedoch
ohne weiteres einzusehen, dass die Vorteile der vorliegenden Erfindung
in vielfältiger Weise
mit anderen Arten von Sitzen (oder Möbeln) einschließlich z.
B. Liegesofas, Flugzeugsitzen und Kindersitzen genutzt werden können. Die
Erfindung stellt allgemein ein beeinflussbares Lendenstützsystem
(d. h. eine „Stütze”) 10 vor,
die zur Verwendung mit einem Sitz 12 geeignet ist, welcher
eine Lehne 12a und eine Sitzfläche 12b umfasst (1).
Die Stütze 10 ist
antriebstechnisch mit einem Element 14 aus einem aktiven
Material, welches in der Lage ist, schnell eine messbare Verschiebung
zu erzeugen, verbunden, sodass sie durch dieses dazu gebracht werden
kann, die geometrische Konfiguration (oder Orientierung etc.) zu ändern.
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Wie
hierin verwendet, soll der Ausdruck „aktives Material” das bedeuten,
was ein Fachmann darunter versteht, und umfasst jedes/n Material
oder Verbundstoff, das/der eine reversible Änderung in einer fundamentalen
(z. B. chemischen oder intrinsischen physikalischen) Eigenschaft
zeigt, wenn es/er einer äußeren Signalquelle
ausgesetzt wird. Geeignete aktive Materialien zur Verwendung mit
der vorliegenden Erfindung umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf
Formgedächtnislegierungen,
ferromagnetische Formgedächtnislegierungen,
Formgedächtnispolymere,
elektroaktive Polymere (EAP) und piezoelektrische Keramiken. Es
ist einzusehen, dass diese Arten von aktiven Materialien die Fähigkeit
besitzen, sich schnell zu verschieben oder sich an ihre/n ursprüngliche/n
Form und/oder Elastizitätsmodul zu
erinnern, die/der später
abgerufen werden kann, indem ein äußerer Reiz angewendet wird.
Als solches 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 das Anwenden oder Entfernen (abhängig von
dem Material und der Form, in dem/der es verwendet wird) eines Aktivierungssignals
in die eingelernte Form ändern.
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Im
Spezielleren beziehen sich Formgedächtnislegierungen (SMAs) allgemein
auf eine Gruppe von metallischen Materialien, die die Fähigkeit
besitzen, zu einer zuvor definierten Form oder Größe zurückzukehren,
wenn sie einem entsprechenden thermischen Reiz unterworfen werden.
Formgedächtnislegierungen
sind in der Lage, Phasenumwandlungen zu erfahren, in denen ihre
Fließgrenze,
Steifigkeit, Abmessung und/oder Form als eine Funktion der Temperatur
verändert
werden. Der Ausdruck „Fließgrenze” 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 Niedrigtemperatur- oder Martensitphase pseudoplastisch verformt
werden und werden sich, wenn sie einer höheren Temperatur ausgesetzt
sind, in eine Austenitphase oder Mutterphase umwandeln und in ihre
Form vor der Verformung zurückkehren.
Materialien, die diesen Formgedächtniseffekt
nur beim Erwärmen
zeigen, werden als solche bezeichnet, die ein Formgedächtnis in
eine Richtung aufweisen. Jene Materialien, die auch beim Wiederabkühlen ein
Formgedächtnis
zeigen, werden als solche bezeichnet, die ein Formgedächtnisverhalten
in zwei Richtungen aufweisen.
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Formgedächtnislegierungen
liegen somit 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 endet, wird als Austenit-Endtemperatur
(Af) bezeichnet.
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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 Martensit-Anfangstemperatur
(Ms) bezeichnet. Die Temperatur, bei der
der Austenit aufhört,
sich in Martensit umzuwandeln, wird oft als Martensit-Endtemperatur
(Mf) bezeichnet. Im Allgemeinen sind die
Formgedächtnislegierungen
in ihrer martensitischen Phase weicher und leichter verformbar und in
der austenitischen Phase härter,
steifer und/oder starrer. Im Hinblick auf das zuvor Gesagte ist
ein geeignetes Aktivierungssignal zur Verwendung mit Formgedächtnislegierungen
ein thermisches Aktivierungssignal in einer Größenordnung, um Umwandlungen
zwischen der Martensit- und der Austenitphase zu bewirken.
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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
anschließend
an eine Verformung des Formgedächtnismaterials
bei niedriger Temperatur wird die Martensit/Austenit-Umwandlung 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, welche Gedächtniseffekte
in eine Richtung zeigen, bilden sich nicht automatisch zurück und es ist
wahrscheinlich, dass sie eine äußere mechanische
Kraft benötigen,
wenn festgestellt wird, dass es notwendig ist, die Vorrichtung zurückzusetzen.
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Intrinsische
und extrinsische Zweirichtungs-Formgedächtnismaterialien sind durch
eine Formänderung
sowohl beim Erwärmen
von der Martensitphase in die Austenitphase als auch eine zusätzliche
Formänderung
beim Abkühlen
von der Austenitphase zurück
in die Martensitphase gekennzeichnet. 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 die 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,
einen Formgedächtniseffekt
in zwei Richtungen zu zeigen, ist die Formänderung zwischen den Niedrig-
und Hochtemperaturzuständen
allgemein reversibel und bleibt über
viele thermische 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 rückzubilden.
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Die
Temperatur, bei der sich die Formgedächtnislegierung an ihre Hochtemperaturform
erinnert, wenn sie erwärmt
wird, kann durch geringfügige Änderungen
in der Zusammensetzung der Legierung und durch Wärmebehandlung angepasst 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.
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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-Zinklegierungen, Kupfer-Aluminiumlegierungen,
Kupfer-Gold- und Kupfer-Zinnlegierungen),
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
wie z. B. eine Änderung
der Formorientierung, des Dämpfungsvermögens und dergleichen.
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Es
ist einzusehen, dass SMAs einen Modulanstieg des 2,5-fachen und
eine Abmessungsänderung
(die Rückverformung
einer pseudoplastischen Verformung, die in der martensitischen Phase induziert
wird) von bis zu 8% (je nach Ausmaß der Vorverformung) aufweisen,
wenn sie über
ihre Martensit/Austenit-Phasenumwandlungstemperatur erwärmt werden.
Es ist einzusehen, dass thermisch induzierte SMA-Phasenumwandlungen
in eine Richtung verlaufen, sodass ein Vorspannkraft-Rückstellmechanismus
(z. B. eine Feder) erforderlich sein würde, um die SMA in ihre Ausgangskonfiguration zurückzubringen,
sobald das angelegte Feld weggenommen wird. Es kann eine Ohm'sche Heizung verwendet
werden, um das gesamte System elektronisch steuerbar zu machen.
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Spannungsinduzierte
Phasenänderungen
in SMAs, die durch Belastung und Entlastung der SMA (bei Temperaturen
oberhalb der Af) verursacht sind, verlaufen
jedoch von Natur aus in zwei Richtungen. Das bedeutet, die Anwendung
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 angewendeten Spannung
wird bewirken, dass sich die SMA in ihre austenitische Phase zurückstellt
und dabei ihre Ausgangsform und den höheren Modul wiedererlangt.
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Ferromagnetische
SMAs (FSMAs) sind eine Unterklasse der SMAs. Diese Materialien können sich
wie herkömmliche
SMA-Materialien verhalten, die eine spannungs- oder thermisch induzierte
Phasenumwandlung zwischen Martensit und Austenit zeigen. Außerdem sind
FSMAs 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 aufweisen. Für
ein partielles oder Formgedächtnis
in eine Richtung kann ein äußerer Reiz,
eine Temperatur, ein magnetisches Feld oder eine Spannung zulassen,
dass das Material in seinen Ausgangszustand zurückkehrt. Ein perfektes Formgedächtnis in zwei
Richtungen kann für
eine proportionale Steuerung, bei der eine kontinuierliche Energie
zugeführt wird,
verwendet werden. Ein Formgedächtnis
in eine Richtung ist äußerst nützlich in
Schienenfüllanwendungen. Äußere magnetische
Felder werden in Kraftfahrzeuganwendungen im Allgemeinen über Elektromagneten
mit einem weichmagnetischen Kern erzeugt, wenngleich für ein schnelles
Ansprechen auch ein Paar Helmholtz-Spulen verwendet werden kann.
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Elektroaktive
Polymere umfassen jene Polymermaterialien, die piezoelektrische,
pyroelektrische oder elektrostriktive Eigenschaften in Ansprechen auf
elektrische oder mechanische Felder besitzen. Ein Beispiel eines
elektrostriktiven Pfropfelastomers mit einem piezoelektrischen Polyvinylidenfluorid-Trifluorethylen-Copolymer.
Diese Kombination besitzt die Fähigkeit,
eine variable Menge von ferroelektrischen elektrostriktiven molekularen
Verbundsystemen zu erzeugen. Diese können als ein piezoelektrischer
Sensor oder sogar als ein elektrostriktiver Aktuator betrieben werden.
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Materialien,
die zur Verwendung als ein elektroaktives Polymer geeignet sind,
können
jedes/n im Wesentlichen isolierende/n Polymer oder Gummi (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 mit PVDF,
Haftkleber, Fluorelastomere, Polymere, die Silikon- und Acrylkomponenten
umfassen, und dergleichen. Polymere, die Silikon- und Acrylkomponenten
umfassen, können
z. B. Copolymere mit Silikon- und Acrylkomponenten, Polymermischungen
mit einem Silikonelastomer und einem Acrylelastomer umfassen.
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Materialien,
die als ein elektroaktives Polymer verwendet werden, können auf
der Basis einer oder mehrerer Materialeigenschaften wie z. B. einer hohen
elektrischen Durchbruchsfeldstärke,
eines niedrigen Elastizitätsmoduls
(für große Verformungen),
einer hohen Dielektrizitätskonstante
und dergleichen ausgewählt
sein. In einer Ausführungsform ist
das Polymer derart ausgewählt,
dass es einen Elastizitätsmodul
von höchstens
etwa 100 MPa aufweist. In einer weiteren Ausführungsform ist das Polymer
derart ausgewählt,
dass es seinen 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 ausgewählt,
dass es eine Dielektrizitätskonstante
zwischen etwa 2 und etwa 20 und bevorzugt zwischen etwa 2,5 und
etwa 12 aufweist. Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf diese Bereiche
beschränkt.
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. Mit Bezug auf die vorliegende
Erfindung ist einzusehen, dass elektroaktive Polymere als dünne Filme
hergestellt und implementiert sein können, die eine bevorzugte Dicke
von weniger als 50 Mikrometer definieren.
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Da
elektroaktive Polymere sich 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 geeignet, 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
haften die Elektroden an einer Oberfläche des Polymers.
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Elektroden,
die an dem Polymer haften, sind bevorzugt fügsam und passen sich der sich
verändernden
Form des Polymers an. Dementsprechend kann die vorliegende Offenbarung
fügsame
Elektroden umfassen, die sich der Form eines elektroaktiven Polymers,
an dem sie befestigt sind, anpassen. Die Elektroden können nur
an einem Abschnitt eines elektroaktiven Polymers angelegt sein und
eine aktive Fläche
gemäß ihrer
Geometrie definieren. Verschiedene zur Verwendung mit der vorliegenden
Offenbarung geeignete Arten von Elektroden umfassen strukturierte
Elektroden mit Metallspuren 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 Aspektverhältnis wie z. B. Kohlenstofffilamente
und Kohlenstoff-Nanoröhrchen
und Mischungen aus ionenleitfähigen
Materialien.
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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, umfassend Silber und Gold, silbergefüllte und kohlenstoffgefüllte Gele
und Polymere und ionisch oder elektronisch leitfähige Polymere umfassen. Es
ist einzusehen, dass bestimmte Elektrodenmaterialien mit gewissen
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.
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Schließlich ist
einzusehen, dass auch piezoelektrische Keramiken verwendet werden
können, um
eine Kraft oder Verformung zu produzieren, wenn eine elektrische
Ladung angewendet wird. PZT-Keramiken bestehen aus ferroelektrischem
und Quarzmaterial, das geschnitten, gemahlen, poliert und sonst wie
auf die gewünschte
Konfiguration und Toleranz geformt wird. Ferrelektrische Materialien
umfassen Bariumtitanat, Bismuttitanat, Blei-Magnesiumniobat, Bleimetaniobat,
Blei-Nickelniobat, Blei-Zinktitanate (PZT), Blei-Lanthan-Zirkonat-Titanat
(PLZT) und Niob-Blei-Zirkonat-Titanat
(PNZT). Die Elektroden werden durch Sputtern oder Siebdruckverfahren
aufgebracht und danach wird der Block durch einen Polungsprozess
geführt,
wo er makroskopische piezoelektrische Eigenschaften annimmt. Mehrschichtige Piezoaktuatoren
erfordern typischerweise ein Foliengießverfahren, das eine Schichtdicke
von bis zu 20 μm
hinunter zulässt.
Hier werden die Elektroden siebgedruckt und die Platten laminiert;
ein Verdichtungsprozess erhöht
die Dichte der Rohkeramiken und entfernt die zwischen den Schichten
eingeschlossene Luft. Die Endschritte umfassen das Ausbrennen von Bindemittel,
das Sintern (Mitverbrennen) bei Temperaturen unter 1100°C, die Kabelanschlussbildung und
das Polen.
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Zurückkommend
auf die 1–10a ist die
beeinflussbare Lendenstütze 10 gezeigt,
die von einer Kraftfahrzeugsitzlehne 12a verwendet wird, welche
eine äußere Eingriffsfläche 16 definiert (1).
Die Stütze 10 umfasst
einen Aktuator 18, der betreibbar ist, um autonom einen
Zustand wie z. B. eine geometrische Konfiguration oder Steifigkeit
der Fläche 16 zu ändern.
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In
den 2–2b umfasst
die Stütze 10 eine
bewegliche Struktur (oder „Tafel”) 20,
die innerhalb der Lehne 12a angeordnet ist. Die Struktur 20 ist aus
einem Material gebildet, das ausreicht, um die ruhende Last eines
Insassen zu stützen,
wie von einem Fachmann ohne weiteres feststellbar ist. Die Struktur 20 kann
von einer Kissenlage (z. B. einer Polsterung) und einer gleichförmigen äußeren Abdeckung
umhüllt
oder einteilig damit gebildet sein und ist in der Lage, zwischen
der ersten und zweiten Position (z. B. Formen, Konfigurationen,
Orientierungen etc.) relativ zu der Fläche 16 linear oder
rotatorisch bewegt, umgestaltet, umgeschaltet etc. zu werden. Jede
Position dient bevorzugt dazu, den bestehenden Zustand der Fläche 16 zu
modifizieren.
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Wie
zuvor erwähnt,
umfasst der Aktuator 18 ein Element 14 aus einem
aktiven Material, das in der Lage ist, eine reversible Änderung
in einer fundamentalen Eigenschaft zu erfahren, wenn es einem Aktivierungssignal
ausgesetzt oder gegenüber
diesem abgeschottet ist. Das Element 14 kann unter anderen
aus einer Formgedächtnislegierung,
elektroaktiven Polymeren, piezoelektrischen Verbundstoffen, einem
magnetorestriktiven, einem elektrorestriktiven Material oder einer
Kombination aus den vorhergehenden Materialien bestehen. Das Element 14 bietet eine
ausreichende Betätigungskraft,
um zu bewirken, dass sich die Stütze 10 bewegt,
neu positioniert oder umgestaltet, wenn es aktiviert wird, und kann
ausgebildet sein, um eine Manipulation direkt oder indirekt anzutreiben.
Es ist einzusehen, dass in Drahtform die Stärke, Querschnittsfläche, Länge und/oder
eine andere Konfiguration des Elements 14, die erforderlich ist,
um die Betätigungskraft
hervorzurufen, für
einen Fachmann auf der Basis des verwendeten aktiven Materials ohne
weiteres feststellbar ist, und die Auswahlkriterien als solche hierin
nicht im Detail beschrieben werden. Zum Beispiel ist in den 2–4, 6–8 und 10 der
Aktuator 18 als allgemein aus einem linear wirkenden SMA-Draht 14 bestehend
gezeigt, wobei der Ausdruck „Draht” in einem
nicht einschränkenden
Sinn verwendet wird und andere gleichwertige geometrische Konfigurationen
wie Bündel,
Litzen, Kabel, Schnüre,
Ketten, Streifen etc. beinhaltet.
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Für eine maßgeschneiderte
Kraft und Verschiebungsleistung kann der Aktuator 18 eine
Vielzahl von Elementen 14 aus einem aktiven Material, die
elektrisch oder mechanisch in Reihe oder parallel konfiguriert sind
und in teleskopartigen, gestapelten oder versetzten Konfigurationen
(9) mechanisch verbunden sind, umfassen. Die elektrische
Konfiguration kann im Betrieb über
Software-Zeitsteuerung, Schaltungszeitsteuerung und äußeren oder
betätigungsinduzierten
elektrischen Kontakt modifiziert werden.
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Im
Spezielleren umfasst die Struktur 20 in einer ersten Ausführungsform
zumindest einen Satz von seitlichen Bügeln 22, die in einer
ersten zusammenwirkenden Konfiguration eine längs überlappende Fläche präsentieren.
Wie in den 2–2b gezeigt,
ist der Aktuator 18 antriebstechnisch mit den Bügeln 22 gekoppelt
und ausgebildet, um zu bewirken, dass sie sich in einer zweiten
zusammenwirkenden Konfiguration translatorisch nach innen bewegen,
wobei die Fläche
vergrößert ist.
Die Bügel 22 sind
bevorzugt gebogen (2b), um eine Federbelastung
in Richtung der äußeren Konfiguration
zu präsentieren,
und können
feststehend oder vertikal translatorisch verschiebbar sein. Überdies
ist einzusehen, dass ein erster und ein zweiter Satz von Bügeln 22 orthogonal
orientiert und antriebstechnisch mit separaten Aktuatoren 18 gekoppelt
sein können, um
eine Vierweg-Verstellbarkeit zu bieten.
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In
einer weiteren Ausführungsform,
die in 3 gezeigt ist, umfasst die Struktur 20 einen
ersten und einen zweiten Schiebeblock 24, die von einem
seitlichen Teil 26 des Lehnenrahmens 28 mitgeführt sind,
der gekrümmt
gezeigt ist. Die Blöcke 24 definieren
einen Abstand und eine Schwebebacke 30 ist zwischen der
Fläche 16 und
den Blöcken 24 positioniert.
Der Aktuator 18 wird betrieben, um zu bewirken, dass sich
die Blöcke 24 relativ
translatorisch bewegen, um so einen zweiten Abstand zu definieren, und
der zweite Abstand bewirkt, dass die Backe 30 den Zustand
modifiziert. Zum Beispiel wird, wie in 3 gezeigt,
eine Aktivierung des Drahtes 14 bewirken, dass die Blöcke 24 nach
innen laufen, wodurch bewirkt wird, dass die Schwebebacke 30 in Richtung
der Fläche 16 vorsteht.
Wie ebenfalls gezeigt, sind die Blöcke 24 bevorzugt durch
zumindest eine Druck(oder Zug)-feder 32 in Richtung des
ersten oder zweiten Abstandes vorgespannt.
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In
einer zweiten Ausführungsform
umfasst der Aktuator 18 einen ersten und einen zweiten Schieber 34 (4–4c),
die zumindest ein flexibles Teil 36 wie z. B. einen normal
gebogenen Drahtrahmen mitnehmen, wie gezeigt. Die Schieber 34 können antriebstechnisch
mit zumindest einem Formgedächtnisdraht 14 gekoppelt
sein, sodass die Schieber 34 dazu gebracht werden, sich
relativ translatorisch zu bewegen, wenn der Draht 14 aktiviert wird.
Es wird ermöglicht,
dass das Teil 36 eine zweite, stärker gebogene Konfiguration
infolge einer Translation nach innen erreicht. Wie in den 4b,
c gezeigt, können
die Schieber 34 mit einer Vielzahl von separat aktivierten
Formgedächtnisdrähten 14 gekoppelt
sein, um so zusammenwirkend eine Vielzahl von Stützpositionen zu präsentieren.
Hier können
die Schieber 34 bevorzugt separat dazu gebracht werden,
sich translatorisch zu bewegen. 4c zeigt drei
Drahtaktuatoren 14 (wobei der mittlere mit beiden Schiebern 34 verbunden
ist), die von einer einzigen Säule 38 mitgeführt sind,
sodass vier Positionen erreichbar sind, wobei eine präsentiert
wird, indem sich alle drei Drähte 14 in
einem deaktivierten oder entspannten Zustand befinden.
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Ähnlich,
und wie in 5 gezeigt, kann eine gebogene
Platte 40, die einen Großteil der Breite der Lehne überspannt,
in einer ersten Position durch einen Spindelaktuator 18 gesichert
und mittig an dem Sitzrahmen 28 verankert sein. Die Platte 40 treibt
das flexible Teil 36 an, das sich zwischen Platte/Aktuator und
der Fläche 16 befindet.
Im Spezielleren umfasst der Aktuator 18 einen Spindelstab 42,
eine erste und eine zweite Schiebermutter 44, bevorzugt
zumindest ein Lager 46, das an dem Sitzrahmen 28 angebracht ist,
und einen Antrieb 48 auf der Basis eines aktiven Materials
(z. B. einer SMA). Der Antrieb 48 ist ausgebildet, um selektiv
zu bewirken, dass sich der Stab 42 dreht, wenn er aktiviert
ist, und kann eine gespulte SMA, eine Vielzahl von synchronen PZTs
etc. verwenden. Alternativ kann die Spindel 18 manuell durch
den Insassen angetrieben sein, wobei das SMA-Element 14 diese
Bewegung unterstütz,
indem sie zum Biegen des gebogenen Teils 36 beiträgt. Die Muttern 44 sind
außen
benachbart zu der Platte 40 angeordnet, wo sie feste Anschläge bieten,
die verhindern, dass sich die Platte 40 gerade richtet.
Wenn der Stab 42 gedreht wird, bewirkt er, dass sich die Muttern 44 entweder
nach innen oder nach außen translatorisch
relativ zu der Mittellinie der Lehne 12a bewegen. Dies
bewirkt, dass sich die Platte 40 weiter biegt oder gerade
richtet, wodurch zugelassen wird, dass die Fläche 16 vertieft bzw.
versteift wird. Schließlich
ist einzusehen, dass ein zusätzliches
Element aus einem aktiven Material wie z. B. ein Formgedächtnisdraht,
der die gebogene Platte überspannt,
vorgesehen sein kann, um den Antrieb dabei zu unterstützen, die
Krümmung
der Platte 40 zu bewirken.
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In
einem weiteren Beispiel umfasst der Aktuator 18 einen Formgedächtnisdraht 14,
der mittig mit einem flexiblen Teil 36 gekoppelt und bevorzugt
um eine erste und eine zweite Riemenscheibe 50 gewickelt
ist, die seitlich beabstandet sind, um so die Drahtlänge zu vergrößern (6).
Wenn der Draht 14 dazu gebracht wird, sich zusammenzuziehen, wird
bewirkt, dass sich die Mitte des Teils 36 vertieft; es
ist einzusehen, dass das Teil 36 an seinen distalen Kanten
befestigt (z. B. an den vertikalen Schienen des Lehnenrahmens 28)
oder frei sein kann. Wie in 6 gezeigt,
ist der Draht 14 mit einer festen Verankerung wie z. B.
dem Sitzrahmen 28 verbunden und bildet eine Scheitel- und
Bogensehnenkonfiguration mit dem Teil 36. Es ist einzusehen,
dass in dieser Konfiguration die Drahtaktivierung auf Grund der
bestehenden trigonometrischen Beziehung eine verstärkte Verschiebung
am Scheitel zur Folge hat. Eine alternative Konfiguration ist in
Strichlinie gezeigt (6), wobei sich der Draht 14 vor
einem normal gebogenen Teil 36 befindet; hier bewirkt eine
Aktivierung, dass sich das Teil 36 gerade richtet und sich
die Fläche 16 versteift.
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Wie
ebenfalls in 6 gezeigt, kann der Aktuator 18,
muss jedoch nicht, ferner einen Überlastungsschutz 52 umfassen,
der mit dem Element 14 gegenüber der Struktur 20 verbunden
ist. Der Überlastungsschutz 52 ist
ausgebildet, um einen sekundären
Arbeitsleistungspfad zu präsentieren,
wenn das Element 14 aktiviert wird, die Struktur 20 sich
jedoch nicht bewegen kann. In der veranschaulichten Ausführungsform
umfasst der Überlastungsschutz 52 eine
Zugfeder 54, die in Reihe mit dem Element 14 verbunden
ist. Die Feder 54 wird bis zu einem Punkt gestreckt, an
dem ihre angewendete Vorbelastung dem Belastungsniveau entspricht,
wobei einzusehen ist, dass das Aktuatorelement 14 beginnen würde, einer übermäßigen Kraft
ausgesetzt zu sein, wenn es blockiert ist. Infolgedessen wird die
Aktivierung des Elements 14 zuerst eine Kraft anwenden, die
versucht, die Struktur 20 zu beeinflussen, wenn das Kraftniveau
jedoch die Vorbelastung in der Feder 54 überschreitet
(z. B. die Stütze 10 blockiert
ist), wird der Draht 14 stattdessen die Feder 54 weiter strecken
und dadurch die Ganzheit des Aktuators 18 erhalten.
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Der
bevorzugte Schutz 52 bietet einen Hebelarm und kann hierzu
ferner einen Hebel 56 zwischen dem Element 14 und
der Feder 54 umfassen (6). Der
Hebel 56 definiert einen ersten und einen zweiten Arm 56a,
b und eine Schwenkachse. Das Element 14 ist an einem der
Arme 56a, b angebracht, um so um eine erste Distanz von
der Achse beabstandet zu sein. Die Feder 54 ist an dem
anderen Arm angebracht und von der Achse um eine zweite Distanz
beabstandet, die größer ist
als die erste, um die Überlastungskraft
zu erhöhen,
die erforderlich ist, um die Feder 54 weiter zu strecken.
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In
einem noch weiteren Beispiel, das in 7 gezeigt
ist, kann der Aktuator 18 einen Nocken 58 umfassen,
der ausgebildet ist, um selektiv in die Fläche 16 einzugreifen.
Im Spezielleren wird das Element 14 aus einem aktiven Material
betrieben, um zu bewirken, dass sich der Nocken 58 dreht,
wenn es aktiviert wird, und die Drehung des Nockens 58 bewirkt,
dass die Struktur 20 die zweite Konfiguration erreicht.
Der bevorzugte Aktuator 18 umfasst ferner einen Torsionsstab 60,
der den Nocken 58 mitnimmt, um eine Schwenkachse mit diesem
zu definieren (7). Der Stab 60 ist
fest mit einem oberen Querstab des Lehnenrahmens 28 verbunden,
um so eine Vorspannkraft in Richtung der ersten Konfiguration zu
erzeugen, wenn der Nocken 58 gedreht wird. Diesbezüglich weist
der Aktuator 18 ferner ein Element für gespeicherte Energie zwischen
dem Element 14 aus einem aktiven Material und der Struktur 20 auf
(7). Das Element für gespeicherte Energie wird
betrieben, um gespeicherte Energie freizusetzen, wenn das Element 14 aus
einem aktiven Material aktiviert wird. In diesen Konfigurationen
besitzt die Aktivierung eines separaten Elements aus einem aktiven
Material die Funktion, die Struktur 20 zu lösen oder
freizugeben, um z. B. ihre Drehung durch den Aktuator 18 zuzulassen.
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Es
ist einzusehen, dass die Rückkehr
der Struktur 20 passiv, z. B. durch eine manuelle Manipulation
oder die ruhende Last des Insassen, wenn das Material deaktiviert
wurde; oder aktiv mithilfe eines Elements 14 aus Zweirichtungs-Formgedächtnismaterial
herbeigeführt
werden kann. Wenn das Element 14 eine Betätigung in
eine Richtung bietet, ist jedoch bevorzugt ein separater Rückstellmechanismus
(d. h. „Rückstellung”) 62 vorgesehen,
um eine Vorspannkraft in Richtung der Rückstellung zu erzeugen. Daher
ist der Rückstellmechanismus 62 auch
antriebstechnisch mit der Struktur 20 gekoppelt und wirkt
antagonistisch zu dem Aktuator 18. Wie in der veranschaulichten
Ausführungsform
gezeigt, kann die Rückstellung 62 durch
eine Druck-, Zug- oder Torsionsfeder, ein Elastomer, pneumatische/hydraulische Federn,
elastomere Komponenten und ein zusätzliches Element aus einem
aktiven Material oder dergleichen ausgeführt sein.
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Zum
Beispiel ist der Rückstellmechanismus 62 in
den 3 und 7 eine Druck- bzw. Zugfeder (zusätzlich zu
dem Torsionsstab). Die Zugfeder 62 ist antriebstechnisch
mit einem Strukturteil gekoppelt, das fest mit dem Torsionsstab 60 verbunden
ist. Wenn der Aktuator 18 bewirkt, dass die Struktur 20 in eine
erste Richtung schwingt, wird bewirkt, dass die Feder 62 Energie
durch Streckung speichert. Somit ist die durch das Element 14 erzeugte
Betätigungskraft
größer als
die elastische Rückholkraft
der Feder 62 und die/das durch ein beliebiges anderes in
dem System vorhandenes Energiespeicherungselement produzierte Rückholkraft
oder -moment, wie z. B. das durch den Torsionsstab in 7 produzierte
Moment. Bei einer Deaktivierung (und Freigabe) überwinden die durch die Feder 62 produzierte
Rückholkraft
und die/das durch ein beliebiges anderes in dem System vorhandenes
Energiespeicherungselement wie z. B. den Torsionsstab in 7 produzierte Rückholkraft
oder -moment die unelastische Widerstandskraft des deaktivierten
Drahts 14, sodass bewirkt wird, dass sich der Draht 14 streckt
und die Struktur 20 zurück
in Richtung der ursprünglichen Position
schwingt. Hier ist einzusehen, dass die Spannung, die der Draht 14 während des
Rückholprozesses
erfährt,
den Phasenübergang
zurück
in den martensitischen Zustand beschleunigt.
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Wie
zuvor erwähnt,
umfasst das bevorzugte System 10 einen Nullleistungshalte-Sperrmechanismus 64,
der mit dem Aktuator gekoppelt ist. Der Sperrmechanismus 64 hält die Struktur 20 in
der beeinflussten Position, selbst nachdem das Aktuatorelement 14 deaktiviert
wurde. Wie zuvor erwähnt, dient
der Sperrmechanismus 64, wenn eine Betätigung mit gespeicherter Energie
verwendet wird, dazu, die Struktur 20 in der normalen Position
zurückzuhalten,
und fungiert als die Freigabe für
die Betätigung.
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In 7 umfasst
der Sperrmechanismus 64 ein „gezahntes” Zahnrad 66, das
mit dem Torsionsstab 60 und der Achse konzentrisch ausgerichtet
ist. Ein Sperrhebel 68 dient dazu, selektiv in das Zahnrad 66 einzugreifen,
um so eine relative Bewegung zu verhindern. Ein Element 70 aus
einem aktiven Material (z. B. ein SMA-Draht) ist mit dem Sperrhebel 68 verbunden
und ausgebildet, um zu bewirken, dass der Sperrhebel 68 selektiv
aus dem Zahnrad ausrückt.
Schließlich
fungiert eine Sperrhebelrückstellung
(z. B. eine Zug-, Druck- oder Torsionsfeder etc.) 72 antagonistisch
zu dem Ausrückelement 70,
um den Mechanismus 64 in Richtung der eingerückten Position
vorzuspannen.
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Unter
neuerlicher Bezugnahme auf 2b kann
der Sperrmechanismus 64 zumindest eine Kugel 74 und
eine Raste 76 umfassen, die ausgebildet ist, um in die
Bügel 22 einzugreifen
und sie in der zweiten Konfiguration zurückzuhalten. Hier ist einzusehen,
dass ein einziger Formgedächtnisdraht 14 ausgebildet
sein kann, um den Mechanismus 64 auszurücken und die Stütze während eines
thermischen Zyklus zu betätigen.
Wie in Einblendungsansicht gezeigt, bewerkstelligt der Draht 14 dies,
indem er sich zuerst zusammenzieht, um die Kugel 74 nach
unten zu ziehen und dann weiter die Bügel 22 nach innen zu
ziehen; somit ist der Draht 14 innerhalb eines Durchganges
angeordnet (z. B. einer Reihe von Durchgangslöchern, die durch die Kugel-Rasten
definiert sind), der durch die Bügel 22 definiert
ist. Alternativ können
separate SMA-Drähte
verwendet werden, um die Raste zu lösen und die Position der Bügel zu ändern.
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In
einer noch weiteren Alternative kann der Sperrmechanismus 64 einen
ersten und einen zweiten verschiebbaren Block 78 umfassen,
die in 6a gezeigt sind. Die Blöcke 78 sind
ausgebildet, um selektiv in den Draht 14 einzugreifen.
Stärker
bevorzugt umfasst der Draht 14 in dieser Konfiguration
ein passives Teilstück 79 mit
hoher Fließkapazität (z. B.
ein Stahl- oder Kevlarseil), das mit den Blöcken 78 in Eingriff
steht. An der gegenüberliegenden
Seite stellt das Teilstück 79 eine
Verbindung mit der Ausgangslast und dem SMA-Draht 14 her.
Die Struktur 20 ist resultierend in der zweiten Position
zurückgehalten, selbst
wenn der Draht 14 in seine deaktivierte Länge zurückkehrt.
Schließlich
ist zumindest eine Zugfeder 80 vorgesehen, um die Blöcke 78 in
Richtung des Eingriffes mit dem Draht 14 vorzuspannen (6a).
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8 zeigt
ein weiteres Beispiel einer beeinflussbaren Lendenstütze 10,
die ein erstes und ein zweites flexibles Teil 82 (z. B.
angelenkt-angelenkte oder angelenkt-feste gekrümmte Metallplatten, die zu einem
Bogen gebogen sind), die antriebstechnisch mit einem einzigen Formgedächtnisdraht 14 gekoppelt
und durch diesen umgestaltbar sind. Die Teile 82 sind an
ihren äußeren Enden
an einer festen Struktur wie z. B. den vertikalen Schienen des Lehnenrahmens 28 befestigt.
Wenn sie durch Aktivierung des Drahts 14 dazu gebracht
werden, sich weiter zu biegen, greifen die Teile 82 in
die Fläche 16 ein,
um so den Zustand zu modifizieren. Der Aktuator 18 umfasst
ferner bevorzugt eine Rückstellzugfeder 62 und einen
Kugel-Raste-Sperrmechanismus 64, wie zuvor erläutert. Hier
dient der Sperrmechanismus 64 auch als eine Führung. Schließlich ist
einzusehen, dass ein Einzeldrahtaktuator 18 zum Entriegeln
und Betätigen
verwendet werden kann.
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In
einem weiteren Aspekt der Erfindung kann der Aktuator 18 eine
Vielzahl von autonom fungierenden Elementen 14 umfassen,
wobei jedes Element 14 antriebstechnisch mit einem separaten
Abschnitt/Teil der Struktur 20 gekoppelt ist. Die Elemente 14 sind
zusammenwirkend ausgebildet, um die Abschnitte in einem gesteuerten
oder zufälligen
Muster nacheinander zu verschieben. In 9 ist z.
B. eine flexible Struktur 20antriebstechnisch mit einer
Vielzahl von piezoelektrischen Elementen 14 gekoppelt und
die Elemente 14 und die Struktur 20 sind zusammenwirkend
ausgebildet, um eine stehende oder fortschreitende Welle in der
Fläche 16 zu
produzieren. Die Struktur 20 ist bevorzugt ausgebildet,
um die Welle zu verstärken
und zu dämpfen.
Es ist einzusehen, dass in dieser Konfiguration eine Software oder Schaltungszeitsteuerung
verwendet werden kann, um die Elemente 14 zu koordinieren.
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Wendet
man sich den 10 und 10a zu,
ist einzusehen, dass eine Signalquelle 84 (z. B. eine Leistungsversorgung)
kommunizierend mit dem Element 14 gekoppelt ist und betreibbar
ist, um ein geeignetes Aktivierungssignal zum Aktivieren des Elements 14 zu
erzeugen. Wenn z. B. ein Signal einer Ohm'schen Heizung in einer Kraftfahrzeugeinstellung
angewendet werden soll, kann die Quelle 84 aus einem Ladesystem
eines Fahrzeuges einschließlich
der Batterie bestehen, und das Element 14 kann damit über Leitungen 86 oder
eine geeignete drahtlose Nahbereichskommunikation (z. B. RF etc.) verbunden
sein. Alternativ kann die Quelle 84 einen Kondensator umfassen,
der von einer Niederstromversorgung wie z. B. einer Vielzahl von
piezoelektrischen Elementen, die funktionell relativ zu der Fläche 16 positioniert
sind, um so selbstständig
zu sein, gespeist wird. Wenngleich er über längere Zeit gespeist wird, wird
der Kondensator betrieben, um schnell ausreichend Strom zur Betätigung freizusetzen.
Ein Schalter oder eine andere Eingabevorrichtung 88, der/die
kommunizierend mit dem Element 14 und der Quelle 84 gekoppelt
ist (10), kann verwendet werden, um die Schaltung zu
schließen,
was die Aktivierung des zugeordneten Elements zur Folge hat.
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Stärker bevorzugt
kann der Schalter 88 durch einen Controller 90 und
zumindest einen Sensor 92, der kommunizierend mit dem Controller 90 gekoppelt
ist, ersetzt oder ergänzt
sein (10a). Der Controller 90 und der/die
Sensor/en 92 sind zusammenwirkend ausgebildet, um selektiv
eine Betätigung
zu bewirken, wenn ein vorbestimmter Zustand detektiert wird. Es
ist z. B. vorstellbar, dass zumindest ein Fahrzeugaufprallsensor 92 verwendet
werden kann, sodass der Controller 90 in der Lage ist, ein
tatsächliches
Aufprallereignis zu detektieren und/oder ein bevorstehendes vorherzusagen.
In dieser Konfiguration bewirkt der Controller 90, dass
die Stütze 10 nur
betätigt
wird (sodass bewirkt wird, dass sich die Fläche 16 vertieft),
wenn das Ereignis bestimmt wird, und übersteuert bevorzugt die Eingabevorrichtung 88.
Es ist einzusehen, dass in Aufpralleinstellungen bevorzugt schnell
reagierende Materialien wie z. B. eine SMA verwendet werden; ein Überlastungsschutz 52 wird
vorzugsweise weggelassen, sodass die maximale erzeugte Betätigungskraft durch
den Draht 14 erzielbar ist.
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In
einem weiteren Beispiel kann zumindest ein Kraftmesszellensensor 92 zusammen
mit der Sitzlehne 12a verwendet werden. In dieser Konfiguration
wird die Stütze 10 beim
Anwenden und/oder Entfernen einer minimalen Kraft (z. B. das Gewicht eines
durchschnittlichen Kindinsassen etc.) autonom beeinflusst. Es ist
einzusehen, dass einem Fachmann im Hinblick auf diese Offenbarung
(eine) geeignete Algorithmen, Verarbeitungsvermögen und Sensorwahl/-eingänge gut
bekannt sind.
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Diese
schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele, um die Erfindung
offenzulegen, darunter die beste Art, und auch, um jedem Fachmann
zu ermöglichen,
die Erfindung herzustellen und zu verwenden. Der patentfähige Schutzumfang
der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann weitere
Beispiele umfassen, die dem Fachmann in den Sinn kommen. Solche
weiteren Beispiele sollen innerhalb des Schutzumfangs der Ansprüche liegen, wenn
sie strukturelle Elemente umfassen, die sich nicht von der wörtlichen
Darlegung der Ansprüche unterscheiden,
oder wenn sie gleiche strukturelle Elemente mit unwesentlichen Unterschieden
von der wörtlichen
Darlegung der Ansprüche
umfassen.
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Auch
bezeichnen die Ausdrücke „erste/r/s”, „zweite/r/s” und dergleichen,
wie hierin verwendet, keinerlei Reihenfolge oder Wichtigkeit, sondern
dienen dazu, ein Element von einem anderen zu unterscheiden, und
die Begriffe „ein/e/s” bezeichnen
hierin keine Beschränkung
einer Menge, sondern bezeichnen das Vorhandensein von zumindest
einem der Elemente, auf die Bezug genommen wird. Alle Bereiche,
die sich auf die gleiche Menge einer gegebenen Komponente oder Messung
beziehen, schließen
die Endpunkte ein und sind einzeln kombinierbar.
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Zusammenfassung
-
Eine
beeinflussbare Lendenstütze,
die zur Verwendung mit einer Sitzlehne geeignet ist, die einen ersten
Flächenzustand
definiert, umfasst eine Struktur, die innerhalb der Lehne angeordnet
ist und eine erste Konfiguration aufweist, und einen Aktuator, der
ein Element aus einem aktiven Material verwendet, das ausgebildet
ist, um zu bewirken, dass die Struktur bei einer Aktivierung eine
zweite Konfiguration erreicht.
