DE4337200C2 - Bauteil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Bauteil wie bspw. einen Trä­ ger, eine Düse, eine Feder, etwa eine Blattfeder oder eine Spiralfeder, ein Gebläserad oder dgl.

Die Bauteile, an welche im Rahmen der Erfindung gedacht ist, lassen sich noch vielfältig ergänzen. Wie sich aus nachstehenden Erläuterungen ergibt, sind insbesondere solche Bauteile von Bedeutung, die mechanisch belastbare Funktionsteile sind.

Die technische Problematik, die der Erfindung zugrunde liegt, ist darin zu sehen, ein Bauteil, wie es bspw. vorstehend aufgeführt ist, hinsichtlich seiner konstruk­ tiven Handhabbarkeit und möglichst auch mechanischen Eigenschaften variabel zu gestalten.

Diese technische Problematik ist beim Gegenstand des Anspruches 1 der Erfindung gelöst, wobei darauf abge­ stellt ist, daß in dem Bauteil eine Kammer ausgebildet ist, vorzugsweise mit einer geringen Dicke oder Tiefe, bspw. in Form eines langgestreckten Spalt-Hohlraumes, und daß die Kammer mit einer elektro-rheologischen Flüs­ sigkeit, vorzugsweise einer solchen hoher Fließgrenze, gefüllt ist, und daß in dem Bauteil Mittel vorgesehen sind, um die Kammer mit einer elektrischen Spannung zu beaufschlagen. Die elektro-rheologische Flüssigkeit ist in der Literatur bereits bekannt. Es wird bspw. auf die DE-OS 39 20 816, die EP-A1 509 574, die EP-A1 427 520, die EP-B1 284 268, die EP-A2 455 362 und die EP-A1 448 874 verwiesen. Diese Flüssigkeit hat die Eigenschaft, daß sie bei Anlegung einer elektrischen Spannung ihre Eigenschaften ändert, d. h. insbesondere, daß sich die rheologischen Eigenschafen u. a. in bezug auf die Viskosität ändern. Dies bis hin zu einer vollständigen Verfest­ igung. Hierbei entsteht eine Fließgrenze. Es gibt auch elektro-rheologische Flüssigkeiten, die zunächst fest sind und durch Anlegung der elektrischen Spannung flüs­ sig werden. Man kann dies auch als negativen ER-Effekt bezeichnen. Die Eigenschaften der ER-Flüssigkeit sind darüber hinaus von der Temperatur abhängig. Mit steigen­ der Temperatur nimmt die Viskosität ab und umgekehrt. Gewisse ER-Flüssigkeiten haben im übrigen unter Normalbe­ dingungen eine Viskosität, die einem leichten Öl ent­ spricht, sogar noch unterhalb der von Wasser liegt. Andere ER-Flüssigkeiten können auch beträchtliche Viskositäten annehmen. Dadurch, daß erfindungsgemäß in einem Bauteil eine Kammer ausgebildet ist, welche mit einer solchen Flüssigkeit gefüllt ist, ist es möglich, durch Anlegen einer elektrischen Spannung zu erreichen, daß sich die Eigenschaften des Bauteiles ändern. Im Hinblick auf einen T-Träger, bspw. einen üblichen Dop­ pel-T-Träger ist bspw. mittels einer derartigen Kammer die Steifigkeit und/oder die Eigenfrequenz des Trägers zu beeinflussen. Hinsichtlich eines Bauteils wie etwa einer Düse an einem Saug- oder Blasgerät wird erreicht, daß diese Düse normalerweise einen üblichen Festkörper­ charakter hat. Durch Anlegen einer elektrischen Spannung jedoch kann zeitweise dieser Festkörpercharakter aufgeho­ ben werden und etwa die Düse zur Anpassung an besondere Einsatzzwecke umgestaltet werden und sodann in dieser umgestalteten Form wieder verfestiget werden. Die Erfin­ dung betrifft auch eine Gestaltung, bei welcher ein Bauteil sich vollständig (lediglich) aus derartigen Kammern und deren Wandung, wie im einzelnen noch weiter erläutert, zusammensetzt. Es ist also nicht erforder­ lich, daß eine Kammer immer einzeln in ein Bauteil wie etwa den erwähnten Doppel-T-Träger gesondert eingelassen ist. In weiterer Einzelheit ist bevorzugt, daß die Kammer eine gesonderte Schutzhülle aufweist. Diese Schutz­ hülle kann bspw. eine herkömmliche Kunststoffolie sein. Darüber hinaus kann diese Schutzhülle aber auch ein Strukturmaterial sein, bzw. Teil desselben. Im Falle des Doppel-T-Trägers kann die Schutzhülle entsprechend eine Metallwandung sein. Bevorzugt ist im übrigen, daß die Schutzhülle ein elektrischer Isolator ist, wenn dies auch je nach Ausgestaltung nicht verwirklicht sein kann. Bei dem vorstehend erwähnten Doppel-T-Träger ist die Metallwandung in der Regel eben kein elektrischer Isola­ tor. Weiter ist vorgesehen, daß ein elektrisch leitfähi­ ges Element, das zur Beaufschlagung der in der Kammer befindlichen ER-Flüssigkeit mit einer elektrischen Span­ nung erforderlich ist, zwischen der Schutzhülle und dem sich im Inneren der Kammer befindlichen ER-Material angeordnet ist. Darüber hinaus empfiehlt es sich, zwi­ schen dem elektrisch leitfähigen Element und dem ER-Mate­ rial eine als Isolator wirkende Abtrennung anzuordnen. Dies, um elektrische Kurzschlüsse zu verhindern. Diese Abtrennung kann bpsw. eine herkömmliche Kunststoffolie sein. Im übrigen kann ein Bauteil mit einer solchen Kammer auch insgesamt aus einer - mehrschichtigen - Kunststoffolie bestehen. Hierbei ist eine mittlere Schicht - oder mehrere mittlere Schichten - teilweise eben durch die ER-Flüssigkeit ersetzt. Die ER-Flüssig­ keit ist hierbei aber zugleich in der Kunststoffolie gekapselt, etwa durch Verschweißen der Kunststofflagen im übrigen untereinander. Es handelt sich entsprechend um ein Bauteil, das in dem oben angesprochenen Sinn lediglich aus einer solchen Kammer oder einer Aneinander­ reihung mehrerer Kammern besteht. Es ist insgesamt im Rahmen der Erfindung zunächst nicht vorgesehen, daß die erwähnten Kammern in den Bauteilen zugänglich sind, also ER-Flüssigkeit entnommen werden kann oder zugefüllt werden kann. Vielmehr ist zunächst nur vorgesehen, daß die ER-Flüssigkeit in einer solchen Kammer betrieblich nicht entnehmbar oder ergänzbar in den Kammern gekapselt ist. Darüber hinaus ist es aber möglich und im Rahmen der Erfindung vorgesehen, daß die ER-Flüssigkeit in einer Kammer ausgetauscht oder modifiziert wird durch gezielte Zu- und Abflüsse. Bspw. können ER-Flüssigkeits­ mengen, oder Zusätze hierzu, in eine solche Kammer ein­ gedüst oder eingespritzt werden. Hinsichtlich des elek­ trisch leitfähigen Elementes ist weiter bevorzugt vorge­ sehen, daß sich dieses im wesentlichen über die gesamte Fläche, bspw. Breitfläche der Kammer erstreckt. Bspw. kann dieses elektrisch leitfähige Element eine metalli­ sche Folie wie etwa Kupferfolie sein. Es versteht sich, daß zur Beaufschlagung der ER-Flüssigkeit in einer sol­ chen Kammer gewöhnlich zwei gegenüberliegende derartige elektrisch leitfähige Elemente, die aber, wie bereits vorstehend angesprochen, möglichst gegeneinander iso­ liert sind, anzuordnen. Da die Kammern weiter bevorzugt im Rahmen der Erfindung vergleichsweise dünn ausgebildet sind, bspw. mit einer Dicke von wenigen zehntel Millime­ tern, sind die elektrisch leitfähigen Elemente jeweils gegenüberliegend über die Breitseiten bevorzugt angeord­ net. Die als Isolator wirkende Abtrennung, in welcher auch die ER-Flüssigkeit bevorzugt gekapselt ist, ist vorteilhafterweise weiterhin dahingehend auszunutzen, daß die Kammer in Unterkammern aufgeteilt ist. Während also diese Abtrennung Einzelkammern ausbildet, erstreckt sich bspw. das erwähnte elektrisch leitfähige Element nicht durch diese Abtrennungen, sondern breitflächig über die Gesamtkammer. Gleichwohl kann es vorgesehen sein, daß die einzelnen Unterkammern selektiv hinsicht­ lich der Beaufschlagung mit elektrischer Spannung ansteu­ erbar sind. Dann ist ein solches elektrisches Element im Hinblick auf die Unterkammern unterteilt. Im einzelnen kann die Beeinflussung der Eigenschaften des Bauteils sowohl spannungsgeregelt wie auch spannungsgesteuert erreicht sein. Bspw. kann auf die Messung eines Schwin­ gungsverhaltens eines Trägers hin eine Spannungsbeauf­ schlagung ausgelöst oder aufgehoben werden. Im Hinblick auf einen weiteren Anwendungsfall, der die Ausbildung einer Aufnahmefläche, bspw. einer Stuhlfläche für einen Menschen betrifft, kann bspw. vorgesehen sein, daß auf eine Belastungsmeldung etwa durch Drucksensoren hin die Sitzfläche des Stuhles über eine gewisse - kurze - Zeit­ spanne in einen weichen Zustand versetzt wird und nach Anpassung an die individuelle Gestaltung zeitgesteuert sich wieder verfestigt. Die gleiche Anwendung ist auch bspw. im Hinblick auf ein Förderband möglich. Nach Auf­ liegen eines zu fördernden Elementes paßt sich das För­ derband an die Gestalt dieses Elementes an, um dann darin zu verfestigen. Ein weiterer bevorzugter Anwen­ dungsfall stellt die Ausbildung einer Düse, bspw. einer Staubsaugerdüse dar. Wenn diese bspw. insgesamt aus einem Folienwerkstoff, wie er weiter oben bereits ange­ sprochen worden ist, mit einer eingekapselten Schicht aus ER-Material besteht, kann bei besonderen Anforderun­ gen eine Anpassung der Saugdüse hinsichtlich der Geome­ trie in einfacher Weise erreicht werden. Eine weitere bevorzugte Anwendung betrifft ein Federelement wie bspw. eine Spiralfeder oder eine Blattfeder. Durch eine Kammer­ ausbildung in der angesprochenen Weise, gefüllt mit ER-Flüssigkeit, kann die Federcharakteristik wahlweise beeinflußt bzw. geändert werden, bis hin zur Aufhebung einer Federcharakteristik und Umwandlung des Elementes in ein starres Bauteil. Bei rotierenden Maschinenelemen­ ten wie bspw. Gebläserädern, Fliehkraftkupplung oder dgl. kann eine auf bestimmte Anwendungssituationen hin wünschenswerte Verformung, Verschiebung oder Feinabstim­ mung hinsichtlich einer zulässigen Belastung über die angelegte elektrische Spannung erreicht werden. Eine weitere bevorzugte Gestaltung des Bauteils betrifft ein Sicherungselement für Schraubverbindungen. Bei angeleg­ ter Spannung kann bspw. das Lösen der Schraubverbindung durch Vibrationen oder unbefugte Handhabung verhindert werden, im spannungsfreien Fall aber ein leichtes Lösen der Schraubverbindung möglich sein. Im einzelnen kann das Bauteil hierbei einen schraubenartigen Sicherungsbe­ reich aufweisen, an welchem Blockierungsfortsätze ausge­ bildet sind, die etwa in bauteilfeste Bohrungen einge­ führt sind. Die Fortsätze können (nur) im weichen Zu­ stand in die Bohrungen eingeführt werden. Danach wird das Bauteil durch Anlegen der elektrischen Spannung verfestigt. Diese Ausgestaltung kann natürlich auch dahingehend modifiziert sein, daß die Überführung in einen weichen Zustand des Bauteils nur durch Anlegung der Spannung erreichbar ist, dagegen im spannungsfreien Zustand die Fest-Eigenschaft des Sicherungsbauteils eingestellt ist. Eine weitere bevorzugte Gestaltung des Konstruktionselementes betrifft eine Herstellung eines Moduls oder eine kleine Serie von Konstruktionselemen­ ten. Diese können sich zunächst leicht verformen lassen, aber nach abgeschlossener Formgebung durch Anlegung des Spannungspotentials in eine feste, gestaltbewahrende Struktur überführen lassen. So können bei neuen Elemen­ ten Tests und Handhabungsüberprüfungen durchgeführt werden, ohne daß teure Formen erstellt werden müssen. Darüber hinaus ist auch bevorzugt ein Bauteil im Hin­ blick auf die Sicherungstechnik, etwa bei elektrischen Geräten oder thermischen Vorrichtungen. Das Bauteil kann sich etwa dadurch auszeichnen, daß nur während eines störungsfreien Betriebs eine Belastbarkeit möglich ist, dagegen bei Vorliegen einer Störung durch Anlegung der elektrischen Spannung in einen Weichzustand überführt wird und hierdurch ausgelöst der Betrieb unterbrochen wird und etwa nur befugte Personen den Betrieb wieder aufnehmen können. Ein weiteres Bauteil betrifft die Anschlußtechnik. Ein Verbindungsbauteil, welches erfin­ dungsgemäß ausgestaltet ist, kann im Anschlußbereich Abweichungen von der Sollage bzw. vom Sollwinkel erlau­ ben und gleichwohl - nach Verfestigung - die Verbindung im Sinne eines Festelementes ermöglichen. Eine weitere Anwendung betrifft Bauteile im Bereich des Leichtstruk­ turbaus, wie bei Traglufthallen, Zelten, Strukturen für den Einsatz im Weltall usw. Ein solches Bauteil kann sich bspw. dadurch auszeichnen, daß es auf sehr geringes Volumen zum Transport verkleinert werden kann, dann beliebig gestreckt, gebogen und verformt werden kann und in der dann erreichten Struktur verfestigt werden kann. Weitere Bauteile betreffen medizinische Bauteile und Bauteile in ergonomischen Konstruktionen. Hierzu ist bspw. schon auf die weiter oben beschriebene Sitzfläche in einem Stuhl zu verweisen. Das gleiche ist auch mög­ lich bei Krankenhausbetten oder ähnlichen Vorrichtungen. Weitere Bauteile betreffen solche der Schallerzeugung und Schallfortplanzung. Hier kann durch die mögliche Einstellung der Eigenschaften des Bauteils erreicht sein, daß Schall in Abhängigkeit der angelegten Spannung selektiv gedämmt wird. Weitere Bauteile betreffen sol­ che, die Geräte zur Körperertüchtigung sind oder Teile hiervon. Durch die Beeinflussung der mechanischen Eigen­ schaften kann dem Gerätebenutzer bspw. ermöglicht sein, gleichermaßen Kraft- und Schnelligkeit zu Übungen mit einstellbaren Belastungen durchzuführen. Weitere Bautei­ le betreffen solche, die bei der graphischen Gestaltung und für künstlerische Zwecke eingesetzt werden können. Bspw. ein Formen-Abgreifelement, das zunächst im elasti­ schen, verformbaren Zustand an komplizierte Linienführun­ gen durch Anliegen angepaßt werden kann, dann durch Beaufschlagung mit der erforderlichen elektrischen Span­ nung verfestigbar ist und danach dann an einem anderen Ort durch Abgreifen hiervon die Maße, Krümmungen und Gestaltungen übertragen werden können. Hinsichtlich der erwähnten Kammer ist es auch nicht erforderlich, daß die Kammer jeweils innerhalb der Geometrie eines Bauteiles ausgebildet ist. Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, daß eine solche Kammer etwa nur auf ein Bauteil aufge­ setzt ist und lösbar oder unlösbar mit diesem verbunden ist.

Nachstehend ist die Erfindung anhand von zwei beispiels­ weisen Ausgestaltungen im einzelnen erläutert. Hierbei zeigt:

Fig. 1 einen Querschnitt durch ein gekammertes Bau­ teil;

Fig. 2 in perspektivischer Darstellung einen Doppel- T-Träger mit Kammern, die mit ER-Flüssigkeit gefüllt sind;

Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung einer Kammer in dem Bauteil gemäß Fig. 2.

Dargestellt und beschrieben ist zunächst mit Bezug zu Fig. 1 ein Bauteil 1, das bspw. ein einfaches Flachteil ist, das gleichsam eine Gesamt-Kammer darstellt. Diese Kammer ist in einzelne Unterkammern 2, 3 unterteilt.

Wie insbesondere der Lupen-Darstellung in Fig. 1 zu entnehmen ist, ist eine äußere Schicht 4 vorhanden, welche die Aufgabe hat, das Bauteil vor Beschädigungen zu schützen. Darüber hinaus kann aber diese äußere Schicht 4 auch strukturelle Aufgaben übernehmen. Inner­ halb der äußeren Schicht 4 ist ein elektrisch leitfähi­ ges Element 5 angeordnet, das aus Metallfolien besteht, die sich auf beiden Breitseiten des Bauteils 1 erstrec­ ken. Diese Metallfolien sind einzeln über elektrische Leiter 6, 7, die aus dem Bauteil herausgeführt sind, wahlweise an eine Spannungsquelle 8 anschließbar. Zum Inneren hin liegt über dem elektrischen Leiter 5 eine Schutzschicht 9, die bspw. aus einer einfachen Kunst­ stoffolie bestehen kann. Diese Schutzschicht 9 ist auch dafür vorgesehen, eine elektrische Isolation zwischen den Elementen 5 und 5' zu erbringen.

Es ist ersichtlich, daß die Schutzschicht 9 gleichzeitig auch die Trennwände 10 zwischen den Unterkammern 2, 3 bildet.

In Fig. 2 ist ein an sich bekannter Doppel-T-Träger mit einer Mittelachse 11 (neutrale Faser) dargestellt.

Zum einen ist hier dargestellt, daß eine erste Kammer 12 auf den Oberzug 13 des Doppel-T-Trägers aufgelegt sein kann. Weiter können einzelne Kammern 14, 15, 16, 17 mit unterschiedlichem Abstand zur neutralen Faser 11 angeord­ net sein.

Die Kammer 12 ist ein Beispiel dafür, daß bei einem Bauteil, wie es hier beschrieben ist, die Kammer auch nur aufgesetzt oder aufgelegt sein kann, bevorzugt aber - evtl. lösbar - mit dem Bauteil verbunden.

Der Aufbau der Kammern 12 und 14 bis 17 entspricht im wesentlichen dem Aufbau, wie er vorstehend in bezug auf Fig. 1 erläutert ist.

Dies ist auch in Vergrößerung in Fig. 3 dargestellt.

Im Unterschied hierzu kann nur die Schicht 4 sogleich aus dem Metallkörper des Bauteils, wie etwa des Doppel- T-Trägers bestehen.

Claims (15)

1. Bauteil, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Bauteil oder anliegend an dem Bauteil eine Kammer (1, 12, 14-17) ausgebildet ist, dass die Kammer mit ei­ ner elektro-rheologischen Flüssigkeit gefüllt ist und dass in dem Bauteil Mit­ tel vorgesehen sind, um die Kammer mit einer elektrischen Spannung zu be­ aufschlagen.

2. Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer eine gesonderte Schutzhülle aufweist.

3. Bauteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen der Schutzhülle und dem sich im Inneren der Kammer befindlichen ER-Material ein elektrisch leitfähiges Element befindet.

4. Bauteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem elek­ trisch leitfähigen Element und dem ER-Material eine als Isolator wirkende Abtrennung angeordnet ist.

5. Bauteil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtrennung eine Hülle ist, in welche das ER-Material aufgenommen ist.

6. Bauteil nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch leitfähige Element sich im Wesentlichen über die gesamte Fläche, bspw. Breitfläche der Kammer erstreckt.

7. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer in Unterkammern aufgeteilt ist.

8. Bauteil nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die als Isolator wirkende Abtrennung die Kammer in Unterkammern aufteilt.

9. Bauteil nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterkammern selektiv mit elektrischer Spannung beaufschlagbar sind.

10. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Bauteil oder zugeordnet zu diesem verschiedene einzelne Kammern ausgebildet sind und dass die einzelnen Kammern selektiv hinsichtlich einer Beaufschlagung mit elektrischer Spannung ansteuesrbar sind.

11. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch eine Aus­ bildung als Träger, Düse, Feder wie etwa Blattfeder oder Spiralfeder oder ei­ ne Ausbildung als Gebläserad.

12. Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer eine geringe Dicke oder Tiefe aufweist.

13. Bauteil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer in Form eines langgestreckten Spalt-Hohlraumes ausgebildet ist.

14. Bauteil nach einem Ansprüche 1-13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer mit einer elektro-rheologischen Flüssigkeit hoher Fließgrenze ge­ füllt ist.

15. Verwendung von in einer Kammer, zugeordnet zu oder einbezogen in ein Bauteil, eingeschlossener elektro-rheologischer Flüssigkeit zur Beeinflussung der Steifigkeit und/oder des Widerstandsmoments und/oder der Eigenfre­ quenz des Bauteils.