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Die Erfindung betrifft eine elektrische Verdunklungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug.
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Eine derartige Verdunklungseinrichtung ist beispielsweise aus der Gebrauchsmusterschrift
DE 20 2008 009 763 U1 bekannt. Die Verdunklungseinrichtung umfasst einen Rollobehang, der auf einer Wickelrolle aufgerollt oder innerhalb einer Rollokassette zusammengefaltet verstaubar ist. An dem Rollobehang ist ein druck- und/oder biegesteifes Schubelement befestigt. Mittels einer Verstellung des Schubelements wird der Rollobehang vor einer Fensteröffnung aufgespannt, wobei die Verstellung mittels eines Elektromotors, eines Rolloseils, einer Rolloseiltrommel und einer Rolloseilumlenkung erfolgt. Nachteilig bei dieser Ausführungsform ist sowohl der komplexe Aufbau der Verstellungseinrichtung und somit eine hohe Störanfälligkeit als auch der Platzbedarf der Verstellungseinrichtung.
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Elektroaktive Polymere bezeichnen eine Untergruppe der polymeren Werkstoffe. Diese Polymere ändern bei einer an sie angelegten Spannung ihre Form, oder eine Änderung der Form eines Bauteils aus einem elektroaktiven Polymer führt zu einer elektrischen Potentialdifferenz zweier Außenflächen des Bauteils. Die elektroaktiven Polymere werden in ionische und elektronische elektroaktive Polymere unterschieden. Der Unterschied der beiden Untergruppen besteht darin, dass der Ladungstransport innerhalb des Polymers mittels positiv geladener Ionen oder negativ geladener Elektronen erfolgt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine besonders geeignete elektrische Verdunklungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug anzugeben.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die elektrische Verdunklungseinrichtung für eine Fensterfläche eines Kraftfahrzeugs umfasst ein textiles Flächengebilde. Das textile Flächengebilde weist eine Faser mit einem zwischen zwei elektrischen Kontaktstellen angeordneten elektroaktiven Polymer auf. Beispielsweise besteht das textile Flächengebilde aus dieser Faser. Ein Anlegen einer elektrischen Spannung an die Kontaktstellen bewirkt eine Veränderung der Ausdehnung des Flächengebildes entlang eines Verstellweges, wobei der Verstellweg insbesondere entlang der Fensterfläche verläuft. Zweckhafterweise ist das textile Flächengebilde derart ausgestaltet, dass dieses eine Sonneneinstrahlung durch die Fensterfläche in das Kraftfahrzeug zumindest teilweise verhindert, wenn es sich vor oder hinter der Fensterfläche befindet. Die Fensterfläche ist beispielsweise die Front-, Heck-, oder Seitenscheibe oder ein Glassschiebedach.
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In Abhängigkeit der an die Kontaktstellen angelegten Spannung zieht sich das textile Flächengebilde derart zusammen und breitet sich derart aus, dass geeigneterweise sowohl das ungehinderte Eindringen von Außenlicht in das Kraftfahrzeug durch die Fensterfläche als auch das vollständige Abdecken der Fensterfläche mittels des Flächengebildes ermöglicht ist. Aufgrund der überwiegend transversalen Bewegung des textilen Flächengebildes wird keine Wickelrolle zum Verstauen des textilen Flächengebildes benötigt, was eine flache Bauweise der Verdunklungseinrichtung zulässt. Dies wird ebenfalls dadurch erreicht, dass kein Motor, beispielsweise ein Elektromotor, zum Verfahren des textilen Flächengebildes erforderlich ist, und dass insbesondere bei einer Verwendung eines vergleichsweise elastischen elektroaktiven Polymers die Form der Verdunklungseinrichtung an die jeweiligen Gegebenheiten anpassbar ist.
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Zweckmäßigerweise ist das elektroaktive Polymer ein ionisches Polymer-Metall-Komposit (IPMC) und aus dieser Gruppe beispielsweise ein sulfoniertes Tetrafluorethylen-Polymer, insbesondere NafionTM. Der Vorteil ist hierbei insbesondere die vergleichsweise geringe Spannung, die an die Kontaktstellen angelegt werden muss, um eine vergleichsweise große Verformung des elektroaktiven Polymers zu erreichen. Derartige Spannungen liegen in dem Bereich von 1 V bis 10 V, beispielsweise 2 V bis 6 V. Dies führt zu einer geringen elektromagnetischen Belastung der Insassen des Kraftfahrzeugs. Ebenfalls werden andere, in dem Kraftfahrzeug vorhandene, elektronische Komponenten nur vergleichsweise sehr gering von der Verdunklungseinrichtung beeinflusst. Zudem tritt im Gegensatz zu elektromotorischen Antrieben praktisch keine Geräuschentwicklung auf, so dass die Verdunklungseinrichtung auch in unmittelbarer Nähe der Fahrzeuginsassen angeordnet werden kann, ohne dass diese durch Antriebsgeräusche belästigt werden. Weiterhin ist die angelegte Spannung nicht letal oder gesundheitsgefährdend, was bei einer etwaigen Fehlfunktion der Verdunklungseinrichtung bei den Insassen zu keinen Gesundheitsschäden führt.
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Zweckdienlicherweise ist die Länge der Faser, also deren Ausdehnung in deren Längsrichtung, mittels Anlegen der Spannung an deren elektrischen Kontaktstellen veränderbar. Vorteilhafterweise ist das elektroaktiven Polymer derart ausgestaltet und innerhalb der Faser angeordnet, dass eine Veränderung der Form des elektroaktiven Polymers annähernd in dem gleichen Maß die Form der Faser verändert. Hierfür erstreckt sich beispielsweise das elektroaktive Polymer annähernd über die gesamte Länge der Faser. Weiterhin sind insbesondere die Außenwände der Faser in direktem mechanischen Kontakt zu dem elektroaktiven Polymer.
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In einer geeigneten Ausführungsform der Erfindung weist das elektroaktive Polymer eine hohlzylindrische Form auf, wenn eine erste Spannung U1 an das elektroaktive Polymer angelegt ist. Insbesondere ist die Grundfläche der Hohlzylinderform rechteck- oder kreisförmig und zweckmäßigerweise beträgt die erste Spannung U1 = 0 V. Beispielsweise wird das elektroaktive Polymer während dessen Herstellung bereits in diese Form gegossen oder gezogen. Weiterhin ist es möglich ein in Folienform vorhandenes elektroaktives Polymer zu einem Hohlzylinder aufzurollen. Beispielsweise ist aufgrund der Hohlzylinderform eine Materialeinsparung und somit ein kostengünstiges Herstellen der Faser ermöglicht.
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Dabei erfolgt die Ansteuerung des elektroaktiven Polymers insbesondere über zwei Elektroden, die somit die elektrischen Kontaktstellen bilden. Zwischen den Elektroden befindet sich das Polymer, und steht im elektrischen Kontakt zu diesen. Hierfür ummantelt jeweils eine der Elektroden das elektroaktive Polymer an dessen Innenwand und an dessen Außenwand derart, dass eine Zwiebelschalenstruktur gebildet ist, wobei diese Struktur insbesondere über die gesamte Länge der Hohlzylinderform des elektroaktiven Polymers vorherrscht. Geeigneterweise bestehen die Elektroden aus Platin oder Gold.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Faser eine Anzahl von Schlitzen auf. Diese verlaufen entlang der Längsrichtung der Faser und sind gruppenweise am Umfang der Faser geeigneterweise äquidistant zueinander angeordnet. Aufgrund der Schlitze wird die Flexibilität der Faser erhöht. Insbesondere ist die Länge der Schlitze zwischen 0,1 mm und 5 mm und vorteilhafterweise in etwa so lang, wie die Faser dick ist. Geeigneterweise ist die Länge einer Anzahl der Schlitze gleich, wobei deren Enden insbesondere in einer Ebene liegen, die senkrecht zur Längsrichtung der Faser ist. Hierdurch wird ein Büschel von Stegen zwischen den Gruppen von Schlitzen gebildet, wobei die Stege ebenfalls in Längsrichtung der Faser verlaufen. Insbesondere weist die Faser eine Anzahl derartiger Stegbüschel auf.
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Beispielsweise bildet die Faser kettenförmig aneinandergereihte Kugelelemente aus. Die Ausdehnung der Kugelelemente quer zur Längsrichtung der Faser wird mittels der an die elektrischen Kontaktstellen angelegten Spannung gesteuert. Insbesondere ist bei der ersten angelegten Spannung (U1) der Durchmesser der Kugelelemente derart, dass die Faser eine zylindrisch- oder hohlzylindrische Form aufweist. Bei einer zweiten Spannung (U2) ist der Durchmesser derart, dass die Ausdehnung der Kugelelemente in Längsrichtung minimal, also die Ausdehnung quer dazu maximal ist. Geeigneterweise wird auf diese Weise die Ausdehnung der Faser in deren Längsrichtung variiert. Hierbei hängt die Verstellgeschwindigkeit davon ab, ob eine vergleichsweise niedrige Spannung (z. B. 2 V) oder eine vergleichsweise hohe Spannung (z. B. 5 V) an die Kontaktstellen der Faser angelegt ist, da sich der Durchmesser des Kugelelementes bis zum Erreichen der Endposition entsprechend langsam bzw. vergleichsweise schnell ändert. Alternativ dazu beträgt beispielsweise die zweite Spannung U2 = 0 V, und die erste Spannung U1 = 5 V, so dass insbesondere die Ausdehnung der Kugelelemente in Längsrichtung in einem Grundzustand minimal ist, wobei unter Grundzustand die Abwesenheit einer Potentialdifferenz zwischen den Kontaktstellen verstanden wird. Im Grundzustand ist also zweckmäßigerweise die Ausdehnung der Faser in deren Längsrichtung minimal.
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Geeigneterweise weist das textile Flächengebilde einen gewebeartigen Aufbau mit einer Anzahl von Kettfäden und einer Anzahl von Schussfäden auf, wobei insbesondere lediglich ein einziger Schussfaden Anwendung findet. Einer der Kettfäden oder jeder der Kettfäden wird zum Beispiel aus der Faser, die das elektroaktive Polymer enthält, gebildet. Vorteilhafterwiese findet jedoch die Faser als einziger Schussfaden des Gewebes Verwendung, so dass eine gesonderte Ansteuerung der elektrischen Kontaktstellen der einzelnen als Kett- oder Schussfäden verwendeten Fasern entfällt. Es muss lediglich eine einzige Faser elektrisch kontaktiert und angesteuert werden, um eine Veränderung der Ausdehnung des Flächengebildes entlang des Verstellweges zu erreichen.
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Zweckmäßigerweise weist die Verdunklungseinrichtung zwei Führungsschienen auf, die im Randbereich der Fensterfläche parallel zu dem Verstellweg verlaufen. Das textile Flächengebilde greift derart in die Führungsschienen ein, dass zwischen dem textilen Flächengebilde und der Fensterfläche kein unverdunkelbarer Bereich verbleibt. Weiterhin verläuft die Bewegung des textilen Flächengebildes aufgrund der Führungsschienen entlang eines definierten Weges, nämlich des Verstellweges, so dass innerhalb des textilen Flächengebildes keine weiteren Stabilisierungs- und/oder Führungselemente notwendig sind.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
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1a schematisch in einer seitlichen Schnittdarstellung eine Verdunklungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug im eingefahrenen Zustand,
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1b in Draufsicht die Verdunklungseinrichtung im eingefahrenen Zustand in einer Schnittdarstellung,
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2a die Verdunklungseinrichtung gemäß 1a im ausgefahrenen Zustand,
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2b die Verdunklungseinrichtung gemäß 1b im ausgefahrenen Zustand,
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3a ausschnittsweise perspektivisch ein ein elektroaktives Polymer aufweisendes textiles Verdunkelungsgewebe bei einer ersten angelegten Spannung (U1), und
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3b das textiles Verdunkelungsgewebe gemäß 3b bei einer zweiten angelegten Spannung (U2).
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1a und 1b ist eine elektrische Verdunklungseinrichtung 2 mit einem textilen mit einem nachfolgend als Flächengebilde 4 bezeichneten Verdunklungsgewebe für ein Kraftfahrzeug 6 dargestellt. Mittels des insbesondere flexiblen textilen Flächengebildes 4 ist es möglich, eine Fensterfläche 8 abzudecken, beispielsweise die der Heckscheibe 10 des Kraftfahrzeugs 6. Im eingefahrenen Zustand befindet sich das als Sonnenschutzbehang verwendete textile Flachengebilde 4 innerhalb eines Hohlraums 12, der zwischen dem Dach 14 des Kraftfahrzeugs 6 und dem Dachhimmel 16 des Fahrzeuginnenraums 18 gebildet ist. Ein Ende 20 des textilen Flächengebildes 4 ist innerhalb des Hohlraums 12 angebunden. Beispielsweise erfolgt die Anbindung vollständig entlang einer Seite des im Wesentlichen rechteckförmigen textilen Flächengebildes 4, insbesondere mittels eines Klebestreifens, oder punktuell, beispielsweise mittels Klipsen.
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Die Ausdehnung des textilen Flächengebildes 4 entlang eines Verstellweges 22 ist mittels Anlegen einer elektrischen Spannung U1, U2 veränderbar, wobei der Verstellweg 22 zumindest teilweise entlang der Fensterfläche 8 verläuft. Das textile Flächengebilde 4 ist gemäß den 1a und 1b derart elektrisch angesteuert, dass dessen Ausdehnung in Richtung des Verstellweges 22 minimal ist. Beispielsweise ist kein Teil der Fensterfläche 8 von dem textilen Flächengebilde 4 bedeckt.
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Innerhalb des Hohlraums 12 und im Randbereich der Fensterfläche 8 verlaufen zwei Führungsschienen 24, innerhalb derer das textile Flächengebilde 4 einliegt. Die Führungsschienen 24 sind zu dem Verstellweg 22 parallel und definieren die Bewegung des textilen Flächengebildes 4. Somit werden innerhalb des textilen Flächengebildes 4 keine weiteren Stabilisierungselemente benötigt, falls der Verstellweg 22 nicht geradlinig verläuft.
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In 2a und 2b ist die Verdunklungseinrichtung 2 in ausgefahrenem Zustand dargestellt, wobei das textile Flächengebilde 4 die gesamte Fensterfläche 8 abdeckt. Während des Ausfahrens gleitet das textile Flächengebilde 4 innerhalb der Führungsschienen 24 in und entlang diesen. Aufgrund der Flexibilität und Biegsamkeit des textilen Flächengebildes 4 ist es möglich, dass der Verstellweg 22 nicht nur geradlinig erfolgt, sondern dass die Verstellung der Kontur des Daches 14 und der Heckscheibe 10 folgt, die in einem Winkel zu dem Dach 14 steht. Im ausgefahrenen Zustand ist das textile Flächengebilde 4 derart elektrisch angesteuert, dass dessen Ausdehnung in Richtung des Verstellweges 22 maximal ist.
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3a zeigt ausschnittsweise stark vergrößert das textile Flächengebilde 4. Das Flächengebilde 4 weist einen gewebeartigen Aufbau mit einer Anzahl von Kettfäden 26 und einem Schussfaden 28 auf. Die Kettfäden 26 verlaufen im Wesentlichen in einer Ebene und parallel zueinander, wobei in die Kettfäden 26 der Schussfaden 28 eingewebt ist. Hierbei verläuft der Schussfaden 28 in einer Ebene mit den Kettfäden 26 und sowohl im Wesentlichen senkrecht zu den Kettfäden 26 als auch parallel zu dem Verstellweg 22. Jeweils in dem in Richtung des Verstellweges 22 liegenden Randbereich 29 des textilen Flächengebildes 4 ist der Schussfaden 28 um 180° umgeschlagen.
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Der Schussfaden 28 wird im Wesentlichen von einer Faser 30 gebildet, die ein elektroaktives Polymer 31, insbesondere NafionTM, umfasst. Das elektroaktive Polymer 31 ist hohlzylinderförmig mit einer Innenwand 32 und einer Außenwand 33, wenn an das elektroaktive Polymer 31 die Spannung U1 angelegt ist, wobei insbesondere U1 = 0 V ist. Die Innen- und Außenwand 32 bzw. 33 des elektroaktiven Polymers 31 ist jeweils flächig von einer beispielsweise aus Platin bestehenden Elektrode 34 ummantelt, so dass sich ein zwiebelförmiger Schalenaufbau der Faser 30 ergibt. Die Elektroden 34 bilden hierbei Kontaktstellen 36, über die das elektroaktive Polymer 31 angesteuert wird. Insbesondere sind die Elektroden 34 im Vergleich zu dem elektroaktiven Polymer 31 dünn, weshalb die Form des elektroaktiven Polymers 31 im Wesentlichen die Form der Faser 30 bestimmt.
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In Längsrichtung 38 der Faser 30 verläuft eine Anzahl von Schlitzen 40, wobei die Schlitze 40 vorzugsweise gleich groß sind. Insbesondere ist die Länge der Schlitze 40 zwischen 0,1 mm und 5 mm. Die Schlitze 40 sind derart in die Faser 30 und äquidistant an deren Umfang verteilt eingebracht, dass zwischen den Schlitzen 40 eine Anzahl von Stegen 42 gebildet ist. Die Stege 42 verlaufen ebenfalls in Längsrichtung 38 der Faser 30 und von jeweils einer Anzahl der Stege 42 liegen die Enden im Wesentlichen in einer Ebene, die senkrecht zu der Längsrichtung 28 der Faser 30 ist. Eine solche Struktur und Anordnung von Schlitzen 40 und dazwischen liegenden Stegen 42 bildet eine Gruppe.
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In 3b ist ebenfalls das textile Flächengebilde 4 dargestellt, wobei an die Kontaktstellen 36 die Spannung U2 angelegt ist, die beispielsweise U2 = 3 V beträgt. Die Spannung U2 bewirkt eine Ladungsverschiebung innerhalb des elektroaktiven Polymers 31, womit ebenfalls ein Materialtransport verbunden ist. Dies führt zu einem Materialüberschuss an der Außenwand 33 des elektroaktiven Polymers 31, welches sich deshalb in dem Bereich der Stege 42 nach außen wölbt. Die vergleichsweise dünnen Elektroden 34 folgen dieser Bewegung, so dass die Faser 30 jeweils im Bereich der Stege 42 ebenfalls ausgebuchtet ist. Die Stege 42, deren Enden in einer Ebene liegen, die senkrecht zu der Längsrichtung 28 der Faser 30 ist, wirken jeweils als Gruppe zusammen und biegen sich voneinander weg, wobei sich eine der Anzahl der Schlitz-Steg-Gruppen entsprechende Anzahl von Kugelelementen 44 ergibt. Die Verbiegung der Stege 42 und somit auch der Durchmesser der Kugelelemente 44 hängt von der angelegten Spannung U2 ab. Eine hohe Spannung bewirkt eine größere Materialverschiebung und somit eine stärkere Auswölbung der Stege 42 als eine vergleichsweise kleine Spannung.
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Aufgrund der Auswölbung der Stege 42 quer zur Längsrichtung 38 der Faser 30 weist die Faser 30 eine geringere Ausdehnung in deren Längsrichtung 38 auf, als zum Beispiel in 3a dargestellt. Wegen der geringeren Ausdehnung der als Schussfadens 28 verwendeten Faser 30 werden die Kettfäden 26 zusammen geschoben, so dass die Ausdehnung des textilen Flächengebildes 4 in Richtung des Verstellweges 22 insgesamt geringer ist, als wenn die Spannung U1 an die Kontaktstellen 36 angelegt ist. Somit ist es möglich mittels Anlegen der Spannung U1 oder U2 das textile Flächengebilde 4 vor die Fensterfläche 8 oder vollständig in den Hohlraum 12 zu verbringen oder mittels Anlegen einer Spannung zwischen U1 und U2 nur einen Teil der Fensterfläche 8 mit dem texteilen Flächengebilde 4 abzudecken, wobei diese Vorgänge praktisch geräuschlos sind. Da sich der Hohlraum 12 oberhalb der Fensterfläche 8 befindet, wird bei dem Anlegen einer Spannung zwischen U1 und U2 der obere Teil der Fensterfläche 8 zuerst abgedeckt. So wird beispielsweise bei einer tief stehenden Sonne zuerst der direkte Sonneneinfall in das Kraftfahrzeug 6 beschränkt, so dass die Insassen nicht geblendet werden, aber weiterhin einen großen Teil der Umgebung durch die Fensterfläche 8 betrachten können. Weiterhin ist es möglich, die Verdunklungseinrichtung 2 relativ schmal und kompakt zu bauen. Ebenso ist die Anzahl der benötigten Elemente für den Betrieb der Verdunklungseinrichtung 2 vergleichsweise gering, so dass eine geringe Ausfallwahrscheinlichkeit besteht.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Verdunklungseinrichtung
- 4
- Flächengebilde/Verdunklungsgewebe
- 6
- Kraftfahrzeug
- 8
- Fensterfläche
- 10
- Heckscheibe
- 12
- Hohlraum
- 14
- Dach
- 16
- Dachhimmel
- 18
- Fahrzeuginnenraum
- 20
- angebundenes Ende
- 22
- Verstellweg
- 24
- Führungsschiene
- 26
- Kettfaden
- 28
- Schussfaden
- 29
- Randbereich
- 30
- Faser
- 31
- elektroaktives Polymer
- 32
- Innenwand
- 33
- Außenwand
- 34
- Elektrode
- 36
- Kontaktstelle
- 38
- Längsrichtung
- 40
- Schlitz
- 42
- Steg
- 44
- Kugelelement
- U1
- Spannung
- U2
- Spannung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202008009763 U1 [0002]
