DE112009000575B4

DE112009000575B4 - Einstellvorrichtung für einen Sitz

Info

Publication number: DE112009000575B4
Application number: DE112009000575.6T
Authority: DE
Inventors: Jennifer P. Lawall; Diane K. McQueen; Nancy L. Johnson; Paul W. Alexander; Alan L. Browne; Nilesh D. Mankame
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2008-03-13
Filing date: 2009-03-13
Publication date: 2019-02-21
Anticipated expiration: 2029-03-14
Also published as: US8052112B2; CN102026842B; WO2009114751A3; DE112009000575T5; CN102026842A; US20090230275A1; WO2009114751A2

Abstract

Einstellvorrichtung (10), die zur Verwendung mit einem Sitz (12) ausgebildet ist, wobei die Einstellvorrichtung (10) umfasst:ein Sperrelement (22), das sicher mit dem Sitz (12) verbunden ist, so dass es damit verschiebbar ist;eine feste Struktur (24), die mit einer Basis (16) verbunden ist, wobei das Sperrelement (22) und die Struktur (24) zusammenwirkend ausgestaltet sind, so dass sie dazu gebracht werden, einen von einem außer Eingriff stehenden und einem in Eingriff stehenden Zustand zu erreichen, wobei das Sperrelement (22) und der Sitz (12) relativ zu der Basis (16) in dem außer Eingriff stehenden Zustand frei sind, sich zu verschieben, und in dem in Eingriff stehenden Zustand fest sind; undeinen Aktuator (18), der antriebstechnisch mit der Struktur (24) gekoppelt ist und ein Element (20) aus einem aktiven Material umfasst, das betreibbar ist, eine reversible Änderung zu vollführen, wenn es einem Aktivierungssignal ausgesetzt oder gegenüber diesem abgeschottet ist, und ausgestaltet ist, selektiv zu bewirken, dass das Sperrelement (22) und die Struktur (24) infolge der Änderung den anderen von den Zuständen erreichen,wobei das Sperrelement (22) mehrere erste Zähne (64) definiert, die Struktur (24) beweglich mit der Basis (16) verbunden ist und mehrere zweite Zähne (66) definiert, wobei die mehreren ersten und zweiten Zähne (64, 66) zusammenwirkend ausgestaltet sind, in dem in Eingriff stehenden Zustand selektiv miteinander zu kämmen, und das Element (20) aus einem aktiven Material antriebstechnisch mit der Struktur (24) gekoppelt ist, um zu bewirken, dass die Struktur (24) in den außer Eingriff stehenden Zustand bewegt wird.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Anmeldung betrifft eine Einstellvorrichtung für einen Sitz.
Erörterung des Standes der Technik
Herkömmliche Sperrmechanismen, die beim Sichern eines Objekts in einer Längsposition verwendet werden, weisen manuelle oder elektromechanische Freigaben auf, die verschiedene technische Probleme haben. Beispielsweise umfasst eine Vor- und Rück-, d.h. Längssitzpositionierung in einer Kraftfahrzeugumgebung typischerweise komplexe Freigabemechanismen, die es erfordern, dass der Insasse nach einem oftmals großen Griff greift und eine ausreichende Kraft auf diesen ausübt. In Antwort darauf sind motorgetriebene Aktuatoren entwickelt worden, um den Sitz freizugeben und/oder neu zu positionieren; jedoch weisen diese Mechanismen typischerweise komplexe elektromechanische Ausgestaltungen auf, die Motoren, Solenoide, Zylinder, Ventile usw. umfassen, die das Gewicht, die Komplexität, die Bauraumabnahme und die Kosten des Fahrzeugs erhöhen.
Herkömmliche Einstellvorrichtungen für Fahrzeugsitze sind aus den Druckschriften DE 10 2007 017 261 A1 , DE 198 11 094 A1 und DE 100 21 509 A1 bekannt.
KURZZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Der vorliegenden Anmeldung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kostengünstig herstellbare und zuverlässig arbeitende Einstellvorrichtung für einen Sitz zu schaffen.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch die Einstellvorrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche 1, 6, 7, 8 und 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die vorliegende Erfindung gibt eine Einstellvorrichtung an, die eine Betätigung mit aktivem Material benutzt, um den Sitz zur Beeinflussung effizienter freizugeben. Die erfindungsgemäße Einstellvorrichtung bietet ein automatisches Verfahren zum Freigeben eines Sitzes, so dass dieser in der Längsrichtung umpositioniert werden kann, und um den Sitz in der neuen Position wieder zu sperren, was keine Anstrengung des Insassen oder keinen elektromechanischen, elektromagnetischen oder elektrohydraulischen Motor erfordert. In einer Kraftfahrzeugumgebung sorgt der zusätzliche Bauraum, der durch die Erfindung gewährt wird, für eine zugängliche Platzierung der Steuereinrichtungen für die Sitzposition.
Die Erfindung benutzt die Änderung, die von aktiven (oder „intelligenten“) Materialien erfahren wird, wenn sie einem Aktivierungssignal ausgesetzt werden, um eine Freigabe zu bewirken. Somit verringert die Erfindung im Vergleich mit traditionellen Aktuatoren die äquivalente Größe, Gewicht und Rauschen (sowohl akustisch als auch mit Bezug auf die Abstrahlung elektromagnetischer Felder) der Komponente; und verbessert ebenso die Robustheit und die Belastbarkeit der Konstruktion.
Die Offenbarung kann anhand der folgenden ausführlichen Beschreibung der verschiedenen Merkmale der Offenbarung und der darin eingeschlossenen Beispiele leichter verstanden werden.
Figurenliste
Eine bevorzugte Ausführungsform/bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung wird/werden nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungsfiguren im beispielhaften Maßstab beschrieben, wobei:

1 eine Perspektivansicht eines Kraftfahrzeugsitzes und einer Längspositions-Einstellvorrichtung (in verdeckten Linien), die unterhalb des Sitzes angeordnet ist, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist;
2 ein Frontaufriss des in 1 gezeigten Sitzes ist, der besonders die Einstellvorrichtung veranschaulicht, die eine Signalquelle und eine Eingabeeinrichtung umfasst;
3 eine Perspektivansicht von der Seite einer Längspositions-Einstellvorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist, die einen Mehrkanal-Sperrmechanismus mit mehreren verschiebbaren Stiften und einem Formgedächtnisdraht-Aktuator umfasst, der antriebstechnisch mit einem verschiebbaren Stab gekoppelt ist;
4 ein Seitenaufriss der in 3 gezeigten Einstellvorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist, wobei der Formgedächtnisdraht durch Stifte und distale Riemenscheiben mitgeführt und derart umgelegt ist, dass er an dem oberen Kanal angebracht ist und ein in sich abgeschlossenes System aufweist;
5 ein Seitenaufriss der in 4 gezeigten Einstellvorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist, wobei ein passives, hochfestes Teilstück des Drahtes mit den Stiften in Eingriff steht;
6 ein Seitenaufriss der in 3 gezeigten Einstellvorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist, die einen Aktuator umfasst, der einen Formgedächtnisdraht aufweist, der antriebstechnisch mit einem Block und einem Keil gekoppelt ist, der ausgestaltet ist, um die Kraft zu verstärken, und mit den Stiften in Eingriff steht, wenn bewirkt wird, dass er sich relativ verschiebt;
7 ein Seitenaufriss der in 3 gezeigten Einstellvorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist, wobei der Aktuator einen Formgedächtnisdraht umfasst, der antriebstechnisch mit einem Gestänge gekoppelt ist, das ausgestaltet ist, um die Kraft zu verstärken, und mit den Stiften in Eingriff steht, wenn bewirkt wird, dass es schwingt;
8 eine Perspektivansicht einer Längspositions-Einstellvorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist, die einen verschiebbaren Kanal, der mehrere feste Stifte aufweist, die mit mehreren Löchern ausgerichtet sind, die durch einen äußeren Kanal definiert sind, wobei sich die Stifte in einem erhöhten Zustand befinden, und einem intern angeordneten Formgedächtnisdraht-Aktuator umfasst, der antriebstechnisch mit dem verschiebbaren Kanal gekoppelt ist;
8a eine Perspektivansicht der in 8 gezeigten Einstellvorrichtung ist, wobei der Draht aktiviert worden ist und die Stifte resultierend abgesenkt sind;
8b eine Perspektivansicht einer internen Platte gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist, die mehrere feste Stifte aufweist, wobei die Platte und eine Basis durch mehrere Formgedächtnisdraht-Aktuatoren und eine dazwischen liegende Blattfeder verbunden und antriebstechnisch mit diesen gekoppelt sind;
9 eine Perspektivansicht einer Längspositions-Einstellvorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist, die eine verzahnte Struktur und ein schwenkbares Sperrelement umfasst, das antriebstechnisch mit einem Formgedächtnisdraht-Aktuator und einem Rückstellmechanismus gekoppelt ist;
9a ein Frontaufriss der in 9 gezeigten Einstellvorrichtung ist, wobei der Draht aktiviert worden ist und das Element daraus resultierend verschwenkt ist;
10 ein Querschnitt einer Längspositions-Einstellvorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist, die eine verzahnte Struktur und ein verschiebbares Sperrelement umfasst, das fest mit einem Stift gekoppelt ist, Rollkugeln, die mit der Struktur und dem Element in Eingriff stehen, und einen Rückstellmechanismus umfasst, der eine erste und zweite Zugfeder umfasst;
10a ein Querschnitt der in 10 gezeigten Einstellvorrichtung ist, wobei der Aktuator 18 bewirkt hat, dass der Stift und das Sperrelement sich verschieben und die Feder ausdehnen; und
10b eine Explosionsansicht der in 10 gezeigten Einstellvorrichtung ist.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen ist lediglich beispielhafter Natur. Die Erfindung wird anhand einer Einstellvorrichtung 10 (1 - 9b) beschrieben und veranschaulicht, die zur Verwendung mit einem Sitz 12 (1 und 2) ausgebildet ist; jedoch ist auch festzustellen, dass die Vorteile der Erfindung verschiedentlich mit anderen selektiv umpositionierten Objekten benutzt werden können, die Transportpaletten und dergleichen umfassen. Es ist eine motorbetriebene Einstellvorrichtung 10 vorgesehen, die aus einem Sperrmechanismus 14, der ausgestaltet ist, um den Sitz 12 an einer Basis 16 zu fixieren, wenn er sich in einem eingerückten Zustand befindet, und einen Aktuator 18 besteht, der ein Element 20 aus einem aktiven Material umfasst, das betreibbar ist, zu bewirken, dass der Mechanismus 14 außer Eingriff gelangt, um es zu ermöglichen, dass sich der Sitz 12 relativ zu der Basis 16 verschiebt.
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. Geeignete aktive Materialien zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung umfassen, sind aber nicht beschränkt auf, Formgedächtnislegierungen, ferromagnetische Formgedächtnislegierungen, Formgedächtnispolymere, elektroaktive Polymere (EAP) und piezo-elektrische Keramiken. Wie festzustellen ist, haben diese Typen von aktiven Materialien die Fähigkeit, sich schnell zu verschieben oder sich an ihre ursprüngliche Form und/oder ihren ursprünglichen Elastizitätsmodul zu erinnern, die/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 aus diesen Materialien zusammengesetztes Element in Ansprechen auf das Anlegen oder Wegnehmen (abhängig von dem Material und der Form, in der es verwendet wird) eines Aktivierungssignals in die erlernte Form ändern.
Zum Beispiel 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 bei der Niedertemperatur- oder Martensitphase pseudo-plastisch verformt werden, und nachdem sie irgendeiner höheren Temperatur ausgesetzt werden, werden sie sich zur Austenitphase oder Elternphase transformieren, wobei sie zu ihrer Form vor der Verformung zurückkehren. Materialien, die diesen Formgedächtniseffekt nur bei Erwärmung zeigen, werden als ein Formgedächtnis in einer Richtung besitzend bezeichnet. 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 (A_s) bezeichnet. Die Temperatur, bei der dieses Phänomen abgeschlossen ist, wird als die Austenit-Endtemperatur (A_f) 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 (M_s) bezeichnet. Die Temperatur, bei der der Austenit aufhört, sich in Martensit umzuwandeln, wird die Martensit-Endtemperatur (M_f) 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 eine Richtung zeigen, bilden sich nicht automatisch zurück und werden eine äußere mechanische Kraft erfordern, wenn beurteilt wird, dass eine Notwendigkeit besteht, die Einrichtung zurückzusetzen.
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 zum Beispiel 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 (Wiederherstellung der pseudoplastischen Verformung, die induziert wird, wenn sie in der martensitischen Phase vorliegen) von bis zu 8 % (abhängig vom Betrag an 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 wäre, um die SMA in ihre Ausgangskonfiguration zurückzubringen, sobald das angelegte Feld weggenommen würde. Ein Erwärmen über Widerstand (joulisches oder ohmsches Erwärmen) kann verwendet werden, das gesamte System elektronisch steuerbar zu machen.
Spannungsinduzierte Phasenänderungen in SMA, die durch Belasten und Entlasten der SMA hervorgerufen werden (bei Temperaturen oberhalb von A_f), verlaufen 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 ändert, 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 SMA (FSMA) sind eine Unterklasse von SMA. Diese Materialien verhalten sich wie herkömmliche SMA-Materialien, die eine spannungs- oder thermisch induzierte Phasenumwandlung zwischen Martensit und Austenit zeigen. Zusätzlich 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 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, bei der kontinuierlich Leistung zugeführt wird, verwendet werden. Ein Formgedächtnis in eine Richtung ist am nützlichsten für Schienenfüllanwendungen. Äußere magnetische Felder werden in Kraftfahrzeuganwendungen im Allgemeinen über Elektromagnete mit einem weichmagnetischen Kern erzeugt, wenngleich für ein schnelles Ansprechen auch ein Paar Helmholtz-Spulen verwendet werden kann.
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 ferroelektrischen-elektrostriktiven 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 Verformungen), einer hohen Dielektrizitätskonstante und dergleichen, gewählt werden. In einer Ausführungsform ist das Polymer derart gewählt, dass es einen Elastizitätsmodul von höchstens etwa 100 MPa aufweist. In einer weiteren 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. Mit Bezug auf die vorliegende Erfindung ist festzustellen, dass elektroaktive Polymere als Dünnfilm hergestellt und eingesetzt werden können, die eine bevorzugte Dicke von unter 50 Mikrometern definieren.
Da sich elektroaktive Polymere bei hohen Dehnungen durchbiegen können, sollten sich an den Polymeren befestigte Elektroden ebenso durchbiegen, ohne das mechanische oder elektrische Verhalten 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 Fette wie z. B. Kohlefette oder Silberfette, 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 und mit anderen nicht so gut funktionieren können. Zum Beispiel funktionieren Kohlenstofffilamente gut mit Acrylelastomerpolymeren und nicht so gut mit Silikonpolymeren.
Schließlich ist festzustellen, dass piezoelektrische Keramiken auch angewandt werden können, um eine Kraft oder Verformung zu erzeugen, wenn eine elektrische Ladung angelegt wird. PZT-Keramiken bestehen aus ferromagnetischem und Quarzmaterial, das geschnitten, geschliffen, poliert und auf andere Weise in die gewünschte Ausgestaltung und Toleranz geformt ist. Ferromagnetische Materialien umfassen Bariumtitanat, Bismuttitanat, Blei-Magnesiumniobat, Bleimetaniobat, Blei-Nickelniobat, Blei-Zinktitanate (PZT), Blei-Lanthan-Zirkonattitanat (PLZT) und Niob-Blei-Zirkonattitanat (PNZT). Elektroden werden durch Sputter- oder Siebdruckprozesse aufgebracht, und anschließend wird der Block einem Polungsprozess unterzogen, bei dem er makroskopische piezoelektrische Eigenschaften annimmt. Mehrschicht-Piezoaktuatoren erfordern typischerweise einen Foliengussprozess, der Schichtdicken herunter bis zu 20 µm zulässt. Hier werden die Elektroden siebgedruckt, die Schichten laminiert, und ein Verdichtungsprozess erhöht die Dichte der Rohkeramiken und entfernt Luft, die zwischen den Schichten eingefangen ist. Abschließende Schritte umfassen ein Bindemittelausbrennen, Sintern (Mitverbrennen) bei Temperaturen unter 1100°C, Drahtleiteranschluss und Polung.
Zu den 1 - 9b zurückgekehrt, ist die aktive Längspositions-Einstellvorrichtung 10 gezeigt, die von einem Kraftfahrzeugsitz 12 angewandt wird. Wie es in den 2 und 3 gezeigt ist, kann zum Beispiel der Sperrmechanismus 14 allgemein aus einem Sperrelement 22, das mit dem Sitz 12 sicher verbunden ist, so dass es mit diesem verschiebbar ist, und einer festen Struktur 24 bestehen, die mit der Basis 16 verbunden ist. Obwohl es gezeigt und durch die Nomenklatur nahe gelegt ist, ist festzustellen, dass der Ausdruck „Basis“ nicht auf einen Last tragenden Körper oder stützende/unterhalb befindliche Ausgestaltungen begrenzt ist, sondern jeden Körper oder jede Fläche mit einschließt, die einen festen Bezug während eines gesamten Einstellungsereignisses aufweist. Beispielsweise kann die Basis 16 durch eine Wand oder Decke vorgesehen sein, auf der die Struktur 24 fixiert ist.
Das Sperrelement 22 und die Struktur 24 sind zusammenwirkend ausgestaltet, so dass bewirkt wird, dass sie einen von außer Eingriff stehenden und in Eingriff stehenden Zuständen erreichen. Das Sperrelement 22 und der Sitz 12 sind in dem außer Eingriff stehenden Zustand frei, sich zu verschieben, und in dem in Eingriff stehenden Zustand relativ fest. Der Aktuator 18 ist antriebstechnisch mit der Struktur 24 und/oder dem Sperrelement 22 gekoppelt, um selektiv zu bewirken, dass diese bei Bedarf oder einer gesteuerten Betätigung außer Eingriff gelangen.
Wie es zuvor erwähnt wurde, umfasst der Aktuator 18 ein Element 20 aus einem aktiven Material, das betreibbar ist, um eine reversible Änderung in einer grundlegenden Eigenschaft zu vollführen, wenn es einem Aktivierungssignal ausgesetzt oder gegenüber diesem abgeschottet ist. Das Element 20 weist eine ausreichende Betätigungskraft auf, um zu bewirken, dass die Einstellvorrichtung 10 sich in einen der Zustände bewegt, wenn es aktiviert ist, und kann ausgestaltet sein, um eine Beeinflussung direkt oder indirekt anzutreiben. Es ist festzustellen, dass die Dicke, die Querschnittsfläche, die Länge und/oder andersartige Ausgestaltung des Elements 20, die notwendig sind, um die Betätigungskraft zu bewirken, auf der Basis des angewandten aktiven Materials, von Fachleuten leicht ermittelt werden können und als solche die Auswahlkriterien hierin nicht im Detail beschrieben werden. In den veranschaulichten Ausführungsformen ist der Aktuator 18 allgemein derart gezeigt, dass er aus einem linear wirkenden SMA-Draht 20 besteht, wobei der Ausdruck „Draht“ in einem nicht einschränkenden Sinn verwendet wird und andere äquivalente geometrische Ausgestaltungen einschließt, wie etwa Bündel, Litzen, Kabel, Seile, Ketten, Streifen, usw.
Wie es in den 6 - 9b gezeigt ist, kann der Draht 20 zum Beispiel fest mit einem verschiebbaren Abschnitt des Sperrmechanismus 14 und gegenüber einem festen Anker (z.B. Sitzrahmen usw.) 26 verbunden sein. Stärker bevorzugt ist der Draht 20 mit Ankern 26 an beiden Enden verbunden und in der Mitte durch den Mechanismus gespannt, um einen Scheitel damit und eine Ausgestaltung einer Bogensehne zu bilden ( 3). In dieser Ausgestaltung ist festzustellen, dass eine Drahtaktivierung zu einer verstärkten Verschiebung an dem Scheitel aufgrund der vorhandenen trigonometrischen Beziehung führt. Der Draht 20 ist bevorzugt mit dem Sperrmechanismus 14 und den Ankern 26 durch verstärkende konstruktive Befestigungselemente (z.B. Crimpungen usw.) verbunden, die eine mechanische und elektrische Verbindung ermöglichen und trennen.
Es ist festzustellen, dass die Rückstellung des Mechanismus 14 in den ursprünglichen Zustand passiv durch das Gewicht des verschobenen Abschnitts des Mechanismus 14 bewirkt werden kann (wenn der Aktuator 18 anhebend wirkt), oder aktiv durch ein Element 20 mit einem Formgedächtnis in zwei Richtungen bewirkt werden kann. Wenn das Element 20 eine Betätigung in eine Richtung aufweist, ist jedoch bevorzugt ein separater Rückstellmechanismus (d.h. „Rückstellung“) 28 vorgesehen, um eine Vorspannkraft in Richtung Rückstellung zu erzeugen. In dieser Ausgestaltung wirkt der Rückstellmechanismus 28 antagonistisch zu dem Aktuator 18, und kann, wie es in der veranschaulichten Ausführungsform gezeigt ist, durch eine Druck-, Zug-, Blatt- oder Torsionsfeder, Elastomer-, pneumatische/hydraulische Federn, Elastomerkomponenten (z.B. Dämpfer), Gegengewichte, zusätzliche Elemente aus einem aktiven Material oder dergleichen, ausgeführt sein.
Zum Beispiel ist in den 6 und 7 der Rückstellmechanismus 28 eine Zugfeder, die antriebstechnisch mit dem Sperrmechanismus 14 gegenüber dem Aktuator 18 gekoppelt ist. Wenn der Aktuator 18 bewirkt, dass das Sperrelement 22 in Uhrzeigerrichtung schwingt, wird bewirkt, dass die Feder 28 durch Strecken Energie speichert. Somit ist festzustellen, dass die Betätigungskraft, die von dem Element 20 erzeugt wird, größer ist als die Federkraft der Feder 28. Bei der Aktivierung streckt die Feder 28 den deaktivierten Draht 20, so dass sie bewirkt, dass der Mechanismus 14 in den ursprünglichen Zustand zurückkehrt. Es ist festzustellen, dass die Spannung, die der Draht 20 erfährt, eine Umwandlung zurück in die martensitische Phase beschleunigt.
In den veranschaulichten Ausführungsformen weisen die Struktur 24 und das Sperrelement 22 einen ersten und zweiten sich in Längsrichtung erstreckenden Kanal auf, die zusammenwirkend eine lineare Schiene in der Längsrichtung bilden (1, 2 und 8). Die Kanäle stehen ineinanderschiebend in Eingriff und weisen deckungsgleiche Querschnitte auf, um im Allgemeinen übereinanderliegende Schichten zu definieren. Genauer weisen die Kanäle hutförmige Querschnitte auf, die oberste, dazwischen liegende Flächenelemente 22a, 24a, eine erste und zweite Seitenwand 22b, 24b, die sich von den Flächenelementen 22a, 24a erstrecken, und aufgeweitete Flügelteilstücke 22c, 24c, die von dem Boden der Wände 22b, 24b nach außen vorstehen, umfassen. Die Kanäle sind zusammenwirkend ausgestaltet, so dass die Außenwandfläche des inneren Kanals im Allgemeinen benachbart zu den Innenwandflächen des äußeren Kanals liegt. Genauer kann zumindest ein dritter Führungskanal 30 vorgesehen sein, um den ersten und zweiten Kanal seitlich zu stützen (3).
In einer ersten Ausführungsform sind mehrere länglich beabstandete Löcher (oder „Öffnungen“) 32 entlang der Mittellinie der äußeren Kanalplatte 22a definiert, und zumindest einer, und stärker bevorzugt eine kleinere Mehrzahl von Stiften 34 geht von der inneren Kanalplatte aus. In den 3 - 7 sind die Stifte 34 vertikal zwischen einem erhöhten und einem abgesenkten Zustand verschiebbar. Jeder Stift 34 ist konzentrisch mit einem ausgewählten der Löcher 32 ausrichtbar, und die Stifte 34 und Löcher 32 weisen deckungsgleiche Querschnitte auf, so dass die Möglichkeit besteht, dass die Stifte 34 dazu gebracht werden können, nur im erhöhten Zustand durch die Löcher 32 vorzustehen.
Die Stifte 34 sind bevorzugt in Richtung des erhöhten Zustands vorgespannt. Zu diesem Zweck kann der Stift 34 konzentrisch mit einer Druckfeder 34a ausgerichtet sein und mit dieser in Eingriff stehen, die ausgestaltet ist, eine Vorspannkraft auf den Stift 34 zu erzeugen (4). Wenn durch den Aktuator 18 bewirkt wird, dass sich der Stift 34 absenkt, wird bewirkt, dass die Feder 34a durch Zusammendrücken Energie speichert. Sobald der Aktuator 18 die Stifte 34 außer Eingriff bringt, gibt die Feder 34a ihre Energie frei, um zu bewirken, dass die Stifte 34 wieder ansteigen und durch die Öffnungen 32 vorstehen.
Wie es in den 4 und 5 gezeigt ist, kann der Aktuator 18 aus zumindest einem SMA-Draht 20 bestehen, der durch eine Öffnung 34b gefädelt ist, die durch jeden der Stifte 34 definiert ist. Es kann ein einzelner Draht 20 verwendet werden, um alle Stifte 34 anzutreiben; oder, stärker bevorzugt, es kann jeder Stift 34, um eine gleiche Kraft aufzunehmen, durch einen separaten und einzeln betätigten Draht 20 angetrieben werden. Der Draht/die Drähte 20 weisen eine ausreichende Länge und wiederherstellbare Dehnung auf, um zuzulassen, dass die Stifte 34 den erhöhten Zustand erreichen, wenn er/ sie deaktiviert sind. Im aktivierten Zustand zieht sich der Draht 20 zusammen, wodurch bewirkt wird, dass die Stifte 34 den abgesenkten Zustand erreichen. Der Draht 20 kann außen verankert sein oder kann mit der oberen Fläche des feststehenden Kanals verbunden sein, so dass er in sich abgeschlossen ist. Mit Bezug auf den letzteren können die distalen Kanten des Kanals gerundet sein, oder stärker bevorzugt kann eine Riemenscheibe 36 vorgesehen sein, um das Umlegen des Drahts 20 zu ermöglichen. Wie es in 5 gezeigt ist, umfasst der bevorzugte Draht 20 in dieser Ausgestaltung ein passives hochfestes Teilstück 38, das aus einem dauerhaften Material hergestellt ist, das wechselseitig mit den Stiften 34 in Eingriff steht. Das Teilstück 38 kann ein Stahlkabel oder Stab sein.
Zusätzlich zu dem Element 20 aus einem aktiven Material kann der Aktuator 18 ferner eine Kraftübertragung 40 umfassen, die bevorzugt derart ausgestaltet ist, dass sie einen Hebelarm hinsichtlich Kraft oder Verlagerung vorsieht. In 3 umfasst die Kraftübertragung 40 einen verschiebbaren Stab 42, der derart positioniert und ausgestaltet ist, dass er selektiv und gleichzeitig mit den Stiften 34 in Eingriff steht. Genauer weist der Stab 42 mehrere Stifteingriffsschäfte 42a auf und ist oberhalb der Stifte 34 angeordnet. Wie es zuvor erwähnt wurde, nimmt ein Formgedächtnisdraht 20, der bevorzugt aus SMA-Material in der martensitischen Phase gebildet ist, einen in der Mitte gelegenen Stabvorsprung 42b mit, um eine Ausgestaltung einer Bogensehne zu bilden, wie es gezeigt ist. Wenn der Draht 20 aktiviert ist, wird bewirkt, dass der Stab 42 sich absenkt und gleichzeitig mit den Stiften 34 in Eingriff gelangt, wobei sie unter die Löcher 32 getrieben werden. Dies gibt das Sperrelement 22 frei, um sich entlang der Schiene zu verschieben.
Die Stifte 34 können darüber hinaus einen Rast- oder Sperrmechanismus (nicht gezeigt) umfassen, der die Funktion hat, die Stifte 34 in dem abgesenkten Zustand festzuhalten, bis die Einstellung abgeschlossen ist. Es ist festzustellen, dass der Stab 42 bevorzugt in Richtung der oberen (außer Eingriff stehenden) Position vorgespannt ist, so dass bewirkt wird, dass er ansteigt, wenn der Draht 20 deaktiviert ist. Zum Beispiel kann der Stab 42 ferner mit zumindest einer Zugfeder 28 gekoppelt sein, wie es in 3 gezeigt ist. Es ist festzustellen, dass die Vorspannkraft, die auf den aktivierten Draht 20 wirkt, eine Spannung in dem Draht 20 induziert die eine Transformation zurück in die martensitische Phase beschleunigt. Um die Verschiebung des Sperrelements 22 zu erleichtern, wenn sich der Draht 20 in der austenitischen Phase befindet, werden die Schäfte 42a in eine bündige Position mit der unteren Fläche des Sperrelements 22 gebracht. Die Schäfte 42a weisen eine Aufstandsfläche auf, die gleich der der Löcher 32 ist, so dass das Sperrelement 22 vollständig darüber liegt, um zu verhindern, dass die Stifte 34 ansteigen und eine Einstellung blockieren. Sobald der Sitz 12 positioniert worden ist, können die Schäfte 42a angehoben werden, so dass jeder Stift 34 in der Lage ist, in das nächste Loch 32, auf das er trifft, einzutreten.
Alternativ kann der Stab 42 durch einen Block 44 und Keil 46 ersetzt sein, welche eine abgeschrägte Grenzfläche definieren (6). Hier ist das Element 20 ausgestaltet, um zu bewirken, dass der Block 44 oder Keil 46 sich in Längsrichtung relativ zueinander verschieben, wenn es aktiviert ist. Die relative Verschiebung bewirkt, dass der Block 44 (oder der Keil 46) die Stifte 34 in Richtung des abgesenkten Zustandes treibt, so dass das Sperrelement 22 und die Struktur 24 außer Eingriff stehen. Es ist festzustellen, dass der Nutzen einer horizontalen Verlagerung gegenüber einer vertikalen Verschiebung von dem Winkel der abgeschrägten Grenzfläche abhängt. Schließlich, und wie es auch in 6 gezeigt ist, kann eine Rückstellfeder 28 in Eingriff stehen, um einen von dem Block 44 und dem Keil 46 entgegensetzt zu dem Aktuator 18 anzutreiben, um die horizontale Verlagerung umzukehren, wenn der Draht 20 deaktiviert ist.
Bei einer anderen Alternative einer Kraftübertragung kann der Aktuator 18 antriebstechnisch mit einem Gestänge gekoppelt sein (7), das ein erstes und zweites Glied 50, 52, die sich schwenkbar von einem Anker 26 (z.B. dem Sitzrahmen usw.) an separaten Stellen erstrecken, ein Querglied 54, das die distalen Enden des ersten und zweiten Glieds 50, 52 schwenkbar verbindet, um vordere und hintere Gelenke 56, 58 relativ zu dem Aktuator 18 zu definieren, und ein unterstes Glied 60, das das vordere Gelenk 56 und den Stab 42 schwenkbar verbindet, umfasst. Der Aktuator 18 kann einen Formgedächtnisdraht 20 umfassen, der mit dem vorderen Gelenk 56 antriebstechnisch gekoppelt ist, wie es gezeigt ist. Der Draht 20 ist ausgestaltet, um zu bewirken, dass das Gestänge infolge der Änderung schwingt, und das Schwingen des Gestänges bewirkt, dass der Stab 42 nach unten getrieben wird und die Stifte 34 den abgesenkten Zustand erreichen. Alternativ ist festzustellen, dass der Draht 20 antriebstechnisch stattdessen mit dem hinteren Gelenk 58 gekoppelt sein kann, wie es in 7 in verdeckten Linien gezeigt ist. Indem die Länge der Glieder verändert wird, kann die Kraft oder Verlagerung, die von dem Gestänge geboten wird, verstärkt werden.
In einer anderen Ausführungsform, die in den 8 und 8a gezeigt ist, sind die Stifte 34 fest an dem inneren Kanal der Struktur 24 angebracht, der mit Bezug auf die Basis 16 vertikal verschiebbar aber in Längsrichtung fest ist. Der innere Kanal ist bevorzugt in Richtung des erhöhten Zustandes vorgespannt. Der Aktuator 18 umfasst einen Formgedächtnisdraht 20, der zwischen den inneren Kanal und die Basis 16 geschaltet und ausgestaltet ist, selektiv zu bewirken, dass der Kanal und die Stifte 34 abgesenkt werden, so dass das Sperrelement 22 außer Eingriff gelangt. Um die Gesamtlänge zu erhöhen, kann der Draht 20 ein Schnürsenkelmuster mit abwechselnden Verbindungen mit der Basis 16 und dem Kanal aufweisen (8). Schließlich sind mehrere Druckfedern 28 bevorzugt zwischen dem Kanal und der Basis 16 angeordnet, um den inneren Kanal und die Stifte 34 in Richtung des erhöhten Zustandes vorzuspannen, wie es zuvor erwähnt wurde.
Alternativ können mehrere Drähte 20 den Kanal der Struktur 24 und die Basis 16 vertikal verbinden. In 8b ist der Kanal zum Beispiel durch eine Platte 62 ersetzt, und vier vertikal orientierte Drähte 20 sind antriebstechnisch mit der Platte 62 und der Basis 16 mit den Ecken der Platte 62 gekoppelt. Der Rückstellmechanismus 28 kann in dieser Ausgestaltung eine einzelne Blattfeder sein, die zwischen der Platte 62 und der Basis 16 angeordnet ist, um eine konstante Vorspannkraft nach oben auf die Platte 62 auszuüben. Hier definiert die Platte 62 die Einsetzstifte 34, und der Mechanismus 14 funktioniert so, wie es zuvor beschrieben wurde.
In einer anderen Ausführungsform definiert das Sperrelement 22 zumindest einen und stärker bevorzugt mehrere erste Zähne (oder Kerben) 64, und die Struktur 24 definiert mehrere zweite Zähne 66, die ausgestaltet sind, um selektiv mit den Elementzähnen zu kämmen, um den in Eingriff stehenden Zustand vorzusehen. Um eine Kämmung zu bewirken, sind das Sperrelement 22 und die Struktur 24 relativ verschiebbar. Wie es zum Beispiel in 9 und 9a gezeigt ist, kann das Sperrelement 22 schwenkbar mit dem Sitz 12 gekoppelt sein und kann zwischen einem erhöhten Zustand, in dem die ersten Zähne 64 die zweiten Zähne 66 freigeben, und einem abgesenkten Zustand, in dem die ersten und zweiten Zähne 64, 66 kämmen, schwingen. Das Element 20 ist antriebstechnisch mit dem Sperrelement 22 gekoppelt und ist betreibbar, zu bewirken, dass es zwischen den Zuständen schwingt. Stärker bevorzugt kann ein Rückstellmechanismus 28, wie etwa die gezeigte Zugfeder, oder alternativ eine Torsionsfeder, ebenfalls antriebstechnisch mit dem Sperrelement 22 gekoppelt sein, um antagonistisch zu dem Aktuator 18 zu wirken. Hier ist festzustellen, dass der Aktuator 18 den SMA-Draht 20 um die Schwenkachse wickeln kann, oder ein SMA-basiertes Drehmomentrohr (oder einen EAP-Rollaktuator) anwenden kann, der betreibbar ist, selektiv zu bewirken, dass sich die Struktur 24 dreht, indem ein Moment um die Drehachse erzeugt wird.
Schließlich sind in einer nochmals anderen Ausführungsform die funktionalen Aspekte (z.B. Stifte und Zähne) der vorherigen beiden Sperrmechanismen 14 kombiniert. In den 10 - 10b ist ein Kanal der Struktur 24 mit flacher Konstruktion an der Basis 16 befestigt, und der Elementkanal ist wieder an dem Sitz 12 befestigt. In dieser Ausgestaltung definieren das Sperrelement 22 und die Struktur 24 ferner eine Zunge 68 und eine Nut 70, die jeweils von deren Flügeln 22c, 24c ausgehen. Die Zunge 68 des im freien Zustand verschiebbaren Sperrelements 22 ist gleitend in der Nut aufgenommen, die durch die Struktur 24 definiert ist. Stärker bevorzugt sind mehrere Rollen 72 vorgesehen, um Reibung zwischen den beiden zu verringern. Die innerste Wand der Nut 70 definiert mehrere Kerben (oder Zähne) 70a benachbart zu ihrem unteren Rand.
Der innere Kanal definiert mehrere Öffnungen 32, durch die mehrere zurückziehbare Stifte 34 verlaufen. Hier stehen jedoch die Stifte 34 nicht in Längsrichtung in Eingriff, sondern weisen stattdessen einen Druckknopf auf, um eine Sperrplatte 62 selektiv abzusenken, die fest an ihren unteren Enden angebracht ist. In dieser Ausgestaltung weist die Platte 62 mehrere äußere Zähne 62a auf, die von den Kerben 70a aufgenommen werden können. Die Platte 62 und die Stifte 34 sind zwischen erhöhten und abgesenkten Zuständen zurückziehbar, wobei im erhöhten Zustand die Zähne 62a, 70a miteinander kämmen, und im abgesenkten Zustand einander freigeben. Die Platte 62 und Stifte 34 sind bevorzugt zum Beispiel durch die in 10 gezeigte Zugfeder oder die in 8b gezeigte Blattfeder in Richtung des erhöhten Zustandes vorgespannt. Es ist festzustellen, dass die Seitenwand 22b des inneren Kanals, um ein Kämmen zuzulassen, Ausschnitte 74 an jedem Stift 34 definiert (10b), um die Platte 62 und die äußeren Zähne 62a in die Lage zu versetzen, mit der Nut 70 in Eingriff zu gelangen. Schließlich wird bewirkt, dass ein Aktuator 18 auf der Basis von aktivem Material die Stifte 34 selektiv zwischen dem erhöhten und abgesenkten Zustand bewegt, wie es zuvor beschrieben wurde.
Im Betrieb ist festzustellen, dass eine Signalquelle 76 (zum Beispiel Leistungsversorgung) kommunizierend mit dem Element 20 gekoppelt und betreibbar ist, ein geeignetes Aktivierungssignal zum Aktivieren des Elements 20 zu erzeugen (2). Wenn zum Beispiel ein Signal einer Erwärmung über Widerstand (joulesch oder ohmsch) in einer Kraftfahrzeugumgebung angelegt werden soll, kann die Quelle 76 aus dem Ladesystem eines Fahrzeugs, das die Batterie enthält, bestehen, und das Element 20 kann damit durch Leiter 78 (2) oder eine geeignete drahtlose Nahbereichskommunikation (z.B. HF usw.) verbunden sein. Alternativ kann die Quelle 76 einen Kondensator umfassen, der durch eine Schwachstromversorgung, zum Beispiel mehrere piezoelektrische Elemente, versorgt wird, die funktional relativ zu dem Sitz 12 angeordnet sind, so dass sie in sich abgeschlossen ist. Durch die Versorgung über einen ausgedehnten Zeitraum ist der Kondensator betreibbar, um schnell eine ausreichende Kraft zur Betätigung freizugeben.
Ein Schalter (z.B. Druckknopf) oder eine andersartige Eingabeempfangseinrichtung 80, die kommunizierend mit dem Element 20 und der Quelle 76 gekoppelt ist (2), kann von einem Benutzer verwendet werden, um den Schaltkreis zu schließen, was zu einer Aktivierung des zugehörigen Elements 20 führt, oder alternativ kann die Einstellvorrichtung 10 autonom betätigt sein. Wenn z.B. ein motorgetriebenes Einstellsystem geschaffen wird, kann das Element 20 dem Signal über einer ausgewählten von mehreren Dauern ausgesetzt sein, die einer Anforderung entsprechen, die Position des Sitzes 12 autonom auf eine spezifische Lage einzustellen. Die Dauer, die es ausgesetzt wird, ist ausgestaltet, um es zu ermöglichen, dass der Sitz 12 in die entsprechende Lage eingestellt und ohne übermäßige Verzögerung wieder gesperrt werden kann. Außerdem kann der Aktuator 18 ausgestaltet sein, um eine Sensoreingabe zu empfangen und das Element 20 dem Aktivierungssignal auf der Basis des Eingangs auszusetzen. Es ist festzustellen, dass geeignete Algorithmen, eine geeignete Verarbeitungsfähigkeit und geeignete Sensorauswahl/-eingänge ebenso im Können eines Fachmanns in Anbetracht dieser Offenbarung liegen.
Bezugszeichenliste

10: Einstellvorrichtung
12: Sitz
14: Sperrmechanismus
16: Basis
18: Aktuator
20: Element, Formgedächtnislegierungsdraht, SMA-Draht
22: Sperrelement
22a: Flächenelement
22b: Seitenwand
22c: Flügelteilstück
24: Struktur
24a: Flächenelement
24b: Seitenwand
24c: Flügelteilstück
26: Anker
28: Rückstellmechanismus
30: Führungskanal
32: Loch
34: Stift
34a: Druckfeder
34b: Öffnung
36: Riemenscheibe
38: Teilstück
40: Kraftübertragung
42: Stab
42a: Stifteingriffsschaft
42b: Stabvorsprung
44: Block
46: Keil
50: Glied
52: Glied
56: Gelenk
58: Gelenk
60: Glied
62: Platte
62a: Zahn
64: Zahn
66: Zahn
68: Zunge
70: Nut
70a: Kerbe
72: Rolle
74: Ausschnitt
76: Signalquelle
78: Leiter
80: Eingabeempfangseinrichtung

Claims

Einstellvorrichtung (10), die zur Verwendung mit einem Sitz (12) ausgebildet ist, wobei die Einstellvorrichtung (10) umfasst: ein Sperrelement (22), das sicher mit dem Sitz (12) verbunden ist, so dass es damit verschiebbar ist; eine feste Struktur (24), die mit einer Basis (16) verbunden ist, wobei das Sperrelement (22) und die Struktur (24) zusammenwirkend ausgestaltet sind, so dass sie dazu gebracht werden, einen von einem außer Eingriff stehenden und einem in Eingriff stehenden Zustand zu erreichen, wobei das Sperrelement (22) und der Sitz (12) relativ zu der Basis (16) in dem außer Eingriff stehenden Zustand frei sind, sich zu verschieben, und in dem in Eingriff stehenden Zustand fest sind; und einen Aktuator (18), der antriebstechnisch mit der Struktur (24) gekoppelt ist und ein Element (20) aus einem aktiven Material umfasst, das betreibbar ist, eine reversible Änderung zu vollführen, wenn es einem Aktivierungssignal ausgesetzt oder gegenüber diesem abgeschottet ist, und ausgestaltet ist, selektiv zu bewirken, dass das Sperrelement (22) und die Struktur (24) infolge der Änderung den anderen von den Zuständen erreichen, wobei das Sperrelement (22) mehrere erste Zähne (64) definiert, die Struktur (24) beweglich mit der Basis (16) verbunden ist und mehrere zweite Zähne (66) definiert, wobei die mehreren ersten und zweiten Zähne (64, 66) zusammenwirkend ausgestaltet sind, in dem in Eingriff stehenden Zustand selektiv miteinander zu kämmen, und das Element (20) aus einem aktiven Material antriebstechnisch mit der Struktur (24) gekoppelt ist, um zu bewirken, dass die Struktur (24) in den außer Eingriff stehenden Zustand bewegt wird.
Einstellvorrichtung (10) nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Rückstellmechanismus (28), der antriebstechnisch mit der Struktur (24) gekoppelt ist, ausgestaltet ist, antagonistisch zu dem Aktuator (18) zu wirken, und eine Vorspannkraft erzeugt, die kleiner als die Betätigungskraft ist, so dass der Rückstellmechanismus (28) bewirkt, dass die Struktur (24) und das Sperrelement (22) den in Eingriff stehenden Zustand erreichen, wenn das Element (20) aus einem aktiven Material deaktiviert ist, und zulässt, dass der Aktuator (18) bewirkt, dass die Struktur (24) und das Sperrelement (22) den außer Eingriff stehenden Zustand erreichen, wenn das Element (20) aus einem aktiven Material aktiviert ist.
Einstellvorrichtung (10) nach Anspruch 2, wobei der Rückstellmechanismus (28) aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Druck-, Zug-, Blatt-, Torsions-, hydraulischen/pneumatischen Federn, elastomeren Komponenten, Gegengewichten und einem zweiten Element aus einem aktiven Material besteht.
Einstellvorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei das Element (20) aus einem aktiven Material ein Formgedächtnislegierungsdraht (20) ist.
Einstellvorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei das Element (20) aus einem aktiven Material gebildet ist, das aus der Gruppe gewählt ist, die aus Formgedächtnislegierungen, Formgedächtnispolymeren, elektroaktiven Polymeren, piezoelektrischen Verbundstoffen, magnetorestriktiven und elektrorestriktiven Materialien besteht.
Einstellvorrichtung (10), die zur Verwendung mit einem Sitz (12) ausgebildet ist, wobei die Einstellvorrichtung (10) umfasst: ein Sperrelement (22), das sicher mit dem Sitz (12) verbunden ist, so dass es damit verschiebbar ist; eine feste Struktur (24), die mit einer Basis (16) verbunden ist, wobei das Sperrelement (22) und die Struktur (24) zusammenwirkend ausgestaltet sind, so dass sie dazu gebracht werden, einen von einem außer Eingriff stehenden und einem in Eingriff stehenden Zustand zu erreichen, wobei das Sperrelement (22) und der Sitz (12) relativ zu der Basis (16) in dem außer Eingriff stehenden Zustand frei sind, sich zu verschieben, und in dem in Eingriff stehenden Zustand fest sind; und einen Aktuator (18), der antriebstechnisch mit der Struktur (24) gekoppelt ist und ein Element (20) aus einem aktiven Material umfasst, das betreibbar ist, eine reversible Änderung zu vollführen, wenn es einem Aktivierungssignal ausgesetzt oder gegenüber diesem abgeschottet ist, und ausgestaltet ist, selektiv zu bewirken, dass das Sperrelement (22) und die Struktur (24) infolge der Änderung den anderen von den Zuständen erreichen, wobei das Sperrelement (22) einen ersten Kanal aufweist, der mehrere Löcher (32) definiert, die Struktur (24) einen zweiten Kanal aufweist, der zumindest einen Stift (34) umfasst, und jeder Stift (34) konzentrisch mit einem ausgewählten der Löcher (32) ausrichtbar ist und selektiv dazu gebracht wird, einen erhöhten Zustand zu erreichen, in dem der Stift (34) durch das ausgewählte Loch (32) vorsteht, und wobei der zumindest eine Stift (34) fest an dem zweiten Kanal angebracht ist, der zweite Kanal sich innerhalb des ersten Kanals befindet, vertikal verschiebbar ist und mit einem Vorspannelement (28) in Eingriff steht, so dass der zumindest eine Stift (34) in Richtung des erhöhten Zustandes vorgespannt ist, und das Element (20) aus einem aktiven Material ein Formgedächtnisdraht (20) ist, der zwischen den zweiten Kanal und die Basis (16) geschaltet und ausgestaltet ist, selektiv zu bewirken, dass der zweite Kanal und die Stifte (34) abgesenkt werden, so dass die Struktur (24) und das Sperrelement (22) den außer Eingriff stehenden Zustand erreichen.
Einstellvorrichtung (10), die zur Verwendung mit einem Sitz (12) ausgebildet ist, wobei die Einstellvorrichtung (10) umfasst: ein Sperrelement (22), das sicher mit dem Sitz (12) verbunden ist, so dass es damit verschiebbar ist; eine feste Struktur (24), die mit einer Basis (16) verbunden ist, wobei das Sperrelement (22) und die Struktur (24) zusammenwirkend ausgestaltet sind, so dass sie dazu gebracht werden, einen von einem außer Eingriff stehenden und einem in Eingriff stehenden Zustand zu erreichen, wobei das Sperrelement (22) und der Sitz (12) relativ zu der Basis (16) in dem außer Eingriff stehenden Zustand frei sind, sich zu verschieben, und in dem in Eingriff stehenden Zustand fest sind; und einen Aktuator (18), der antriebstechnisch mit der Struktur (24) oder dem Sperrelement (22) gekoppelt ist und ein Element (20) aus einem aktiven Material umfasst, das betreibbar ist, eine reversible Änderung zu vollführen, wenn es einem Aktivierungssignal ausgesetzt oder gegenüber diesem abgeschottet ist, und ausgestaltet ist, selektiv zu bewirken, dass das Sperrelement (22) und die Struktur (24) infolge der Änderung den anderen von den Zuständen erreichen, wobei das Sperrelement (22) einen ersten Kanal aufweist, der mehrere Löcher (32) definiert, die Struktur (24) einen zweiten Kanal aufweist, der zumindest einen verschiebbaren Stift (34) umfasst, und jeder Stift (34) konzentrisch mit einem ausgewählten der Löcher (32) ausrichtbar ist und selektiv dazu gebracht wird, einen erhöhten Zustand zu erreichen, in dem der Stift (34) durch das ausgewählte Loch (32) vorsteht, wobei der Aktuator (18) einen verschiebbaren Stab (42) umfasst, der ausgestaltet ist, selektiv mit dem zumindest einen Stift (34) in Eingriff zu gelangen, wenn er in dem erhöhten Zustand ist, um gleichzeitig jeden Stift (34) in Richtung eines abgesenkten Zustandes zu treiben, in dem das Sperrelement (22) und die Struktur (24) außer Eingriff stehen, und wobei der Aktuator (18) ferner ein Gestänge umfasst und das Element (20) aus einem aktiven Material ausgestaltet ist, zu bewirken, dass das Gestänge infolge der Änderung schwingt, und das Schwingen des Gestänges bewirkt, dass der Stab (42) den zumindest einen Stift (34) in Richtung des abgesenkten Zustandes treibt.
Einstellvorrichtung (10), die zur Verwendung mit einem Sitz (12) ausgebildet ist, wobei die Einstellvorrichtung (10) umfasst: ein Sperrelement (22), das sicher mit dem Sitz (12) verbunden ist, so dass es damit verschiebbar ist; eine feste Struktur (24), die mit einer Basis (16) verbunden ist, wobei das Sperrelement (22) und die Struktur (24) zusammenwirkend ausgestaltet sind, so dass sie dazu gebracht werden, einen von einem außer Eingriff stehenden und einem in Eingriff stehenden Zustand zu erreichen, wobei das Sperrelement (22) und der Sitz (12) relativ zu der Basis (16) in dem außer Eingriff stehenden Zustand frei sind, sich zu verschieben, und in dem in Eingriff stehenden Zustand fest sind; und einen Aktuator (18), der antriebstechnisch mit der Struktur (24) oder dem Sperrelement (22) gekoppelt ist und ein Element (20) aus einem aktiven Material umfasst, das betreibbar ist, eine reversible Änderung zu vollführen, wenn es einem Aktivierungssignal ausgesetzt oder gegenüber diesem abgeschottet ist, und ausgestaltet ist, selektiv zu bewirken, dass das Sperrelement (22) und die Struktur (24) infolge der Änderung den anderen von den Zuständen erreichen, wobei das Sperrelement (22) einen ersten Kanal aufweist, der mehrere Löcher (32) definiert, die Struktur (24) einen zweiten Kanal aufweist, der zumindest einen verschiebbaren Stift (34) umfasst, und jeder Stift (34) konzentrisch mit einem ausgewählten der Löcher (32) ausrichtbar ist und selektiv dazu gebracht wird, einen erhöhten Zustand zu erreichen, in dem der Stift (34) durch das ausgewählte Loch (32) vorsteht, wobei der zumindest eine Stift (34) in Richtung des erhöhten Zustandes vorgespannt ist, und wobei das Element (20) aus einem aktiven Material zumindest einen Formgedächtnislegierungsdraht (20) umfasst, und der Formgedächtnislegierungsdraht (20) durch eine Öffnung (34b) verläuft, die durch jeden von dem zumindest einen Stift (34) definiert ist, und ausgestaltet ist, zuzulassen, dass der Stift (34) den erhöhten Zustand erreicht, wenn er deaktiviert ist, und zu bewirken, dass der Stift (34) einen abgesenkten Zustand erreicht, in dem das Sperrelement (22) und die Struktur (24) außer Eingriff stehen.
Einstellvorrichtung (10) nach Anspruch 8, wobei der Formgedächtnislegierungsdraht (20) ein passives Teilstück (38) umfasst, und das Teilstück (38) mit den Stiften (34) in Eingriff steht.
Einstellvorrichtung (10) nach Anspruch 8, wobei das Sperrelement (22) oder die Struktur (24) ferner eine erste und zweite Riemenscheibe (36) oder gerundete Ecken, die an den distalen Enden angeordnet sind, umfassen, und der Formgedächtnislegierungsdraht (20) ferner durch diese mitgeführt wird, und bewirkt wird, dass der Formgedächtnislegierungsdraht (20) um das Sperrelement (22) oder die Struktur (24) gelegt und fest mit diesen verbunden ist, so dass diese in sich abgeschlossen sind.
Einstellvorrichtung (10), die zur Verwendung mit einem Sitz (12) ausgebildet ist, wobei die Einstellvorrichtung (10) umfasst: ein Sperrelement (22), das sicher mit dem Sitz (12) verbunden ist, so dass es damit verschiebbar ist; eine feste Struktur (24), die mit einer Basis (16) verbunden ist, wobei das Sperrelement (22) und die Struktur (24) zusammenwirkend ausgestaltet sind, so dass sie dazu gebracht werden, einen von einem außer Eingriff stehenden und einem in Eingriff stehenden Zustand zu erreichen, wobei das Sperrelement (22) und der Sitz (12) relativ zu der Basis (16) in dem außer Eingriff stehenden Zustand frei sind, sich zu verschieben, und in dem in Eingriff stehenden Zustand fest sind; und einen Aktuator (18), der antriebstechnisch mit der Struktur (24) oder dem Sperrelement (22) gekoppelt ist und ein Element (20) aus einem aktiven Material umfasst, das betreibbar ist, eine reversible Änderung zu vollführen, wenn es einem Aktivierungssignal ausgesetzt oder gegenüber diesem abgeschottet ist, und ausgestaltet ist, selektiv zu bewirken, dass das Sperrelement (22) und die Struktur (24) infolge der Änderung den anderen von den Zuständen erreichen, wobei das Sperrelement (22) einen ersten Kanal aufweist, der mehrere Löcher (32) definiert, die Struktur (24) einen zweiten Kanal aufweist, der zumindest einen verschiebbaren Stift (34) umfasst, und jeder Stift (34) konzentrisch mit einem ausgewählten der Löcher (32) ausrichtbar ist und selektiv dazu gebracht wird, einen erhöhten Zustand zu erreichen, in dem der Stift (34) durch das ausgewählte Loch (32) vorsteht, wobei der Aktuator (18) einen verschiebbaren Stab (42) umfasst, der ausgestaltet ist, selektiv mit dem zumindest einen Stift (34) in Eingriff zu gelangen, wenn er in dem erhöhten Zustand ist, um gleichzeitig jeden Stift (34) in Richtung eines abgesenkten Zustandes zu treiben, in dem das Sperrelement (22) und die Struktur (24) außer Eingriff stehen, und wobei das Element (20) aus einem aktiven Material einen Formgedächtnislegierungsdraht (20) umfasst, wobei der Formgedächtnislegierungsdraht (20) mit zwei Enden an dem Sperrelement (22) befestigt ist und um einen an dem Stab (42) gebildeten Stabvorsprung (42b) gelegt ist, um eine Bogensehne zu bilden, wobei der Formgedächtnislegierungsdraht (20) im aktivierten Zustand bewirkt, dass der Stab (42) den zumindest einen Stift (34) in Richtung des abgesenkten Zustandes treibt.