-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Abschirmvorrichtung mit einer
umschaltbaren Abschirmeinrichtung, einer Halteeinrichtung zum Halten
der Abschirmeinrichtung und Betätigungseinrichtungen, die
das Umschalten der Abschirmeinrichtung aus der Ruheposition in eine
Arbeitsposition und umgekehrt veranlassen.
-
Vorrichtungen
der oben angegebenen Art werden beispielsweise zum Verhindern und
Abschwächen
von Luftströmen
oder des Durchgangs von Lichtstrahlen verwendet und umfassen gewöhnlich einen
feststehenden Rahmen und eine bewegliche Platte, die von dem feststehenden
Rahmen gehalten wird und zwischen einer Schließposition und einer Öffnungsposition
verschoben werden kann.
-
Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung einer
Abschirmvorrichtung der oben angeführten Art, die auf sehr vielen
verschiedenen Gebieten zum Einsatz kommen kann und sich durch eine
einfache Herstellung und niedrige Kosten auszeichnet.
-
In
Anbetracht der obigen Aufgabe ist der Erfindungsgegenstand eine
Abschirmvorrichtung der oben erwähnten
Art, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Abschirmeinrichtung
ein Gewebe umfasst, welches eine Vielzahl von Maschen bildet, die
dazu ausgelegt sind, eine zusammengezogene Konfiguration und eine
ausgedehnte Konfiguration anzunehmen, und dadurch, dass die Betätigungseinrichtungen,
die wenigstens ein Aktorelement aus einem aktiven Material aufweisen,
funktionsmäßig mit
dem Gewebe verbunden sind und so betätigt werden, dass sie den Übergang
der Maschen aus der zusammengezogenen Konfiguration in die ausgedehnte Konfiguration
und umgekehrt herbeiführen.
Wenn die Maschen des Gewebes zusammengezogen sind, verhindert das
Gewebe den Durchlass von Luft oder Licht durch die Vorrichtung hindurch
bzw. schwächt diesen
ab. Wenn die Maschen demgegenüber
ausgedehnt sind, wird der Durchlass von Luft oder Licht ermöglicht bzw.
erleichtert.
-
Nach
einer bevorzugten Ausführungsform
ist das Gewebe elastisch, und das aktive Material ist beispielsweise
eine Formgedächtnis-Legierung (Shape-Memory
Alloy-SMA). SMA-Aktoren sind an sich bekannt und bereits in vielen
verschiedenen technischen Gebieten zum Einsatz gekommen. Im Allgemeinen
nutzen sie wenigstens ein Element, das aus einer SMA-Metalllegierung
gebildet wird und in der Lage ist, seine Konfiguration zu ändern, wenn eine
vorher festgelegte Übergangstemperatur überschritten
worden ist.
-
Bei
anderen möglichen
Ausführungsformen kann
das zum Herstellen der Betätigungseinrichtungen
der Vorrichtung verwendete aktive Material ein Formgedächtnis-Polymer
(SMP) oder ein elektroaktives Polymer (EAP) sein.
-
Erfindungsgemäß hat das
Aktorelement vorzugsweise die Form eines Fadens, der direkt in das Gewebe
eingenäht
oder mit diesem verwoben ist, und eine Haltestruktur bildet, die
das Gewebe an Ort und Stelle hält.
Ein derartiges gewebtes Material aus einem Formgedächtnis-Polymer
und einem gewöhnlichen
Garn ist auf dem Fachgebiet hinlänglich
bekannt (siehe beispielsweise EP-A-0 364 869).
-
Das
Aktorelement kann an eine Stromzufuhreinrichtung angeschlossen werden,
die es mittels Joule-Effekt über
seine eigene Übergangstemperatur erhitzt,
wodurch die Stromzufuhreinrichtung gemäß dem von einem Temperatursensor
ausgegebenen Signal von einer Steuereinrichtung angesteuert werden kann.
-
Als
Alternative dazu erfasst das aus einem aktiven Material bestehende
Aktorelement die Temperatur der Luft direkt und wird direkt auf
einen Übergangswert
aktiviert, der bei Anfertigung des Materials eingestellt werden
kann.
-
Dank
der oben angegebenen Eigenschaften kann die erfindungsgemäße Abschirmvorrichtung
mit extrem einfachen und kostengünstigen
Einrichtungen hergestellt werden. Weitere Eigenschaften und Vorteile
der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibungen anhand
der beigefügten
Zeichnungen hervor, die ausschließlich als Beispiel und nicht als
Einschränkung
anzusehen sind, wobei:
-
1 eine
schematische Vorderansicht einer erfindungsgemäßen Abschirmvorrichtung in
einem ersten Betriebszustand ist;
-
2 eine
Ansicht eines Details aus 1 in vergrößertem Maßstab ist;
-
3 eine
schematische Vorderansicht der erfindungsgemäßen Abschirmvorrichtung in
einem zweiten Betriebszustand ist, und
-
4 eine
Ansicht eines Details von 2 in vergrößertem Maßstab ist.
-
In
den 1 und 2 kennzeichnet die Ziffer 1 insgesamt
den Aufbau einer erfindungsgemäß hergestellten
Abschirmvorrichtung, bei der davon ausgegangen wird, dass sie zum
Verhindern oder Abschwächen
des Durchgangs eines Lichtstrahls ausgelegt ist. In dem als Beispiel
angeführten
Fall umfasst die Vorrichtung einen feststehenden Rahmen, der aus
einem vierseitigen Rahmen besteht und mit der Ziffer 2 gekennzeichnet
ist. Der Rahmen kann aus Metallteilelementen hergestellt werden,
die miteinander verbunden sind, oder aus einem einzigen Stück Kunststoffmaterial.
-
Mit
der Bezugsziffer 3 ist insgesamt eine vierseitige Abschirmung
gekennzeichnet; in dem Beispielfall ist die Abschirmung 3 entlang
der Seiten, die den Umfang begrenzen, an den Innenrändern des Rahmens 2 durch
an sich bekannte Befestigungseinrichtungen angebracht, lediglich
schematisch dargestellt als 2A.
-
Erfindungsgemäß besteht
die in den Rahmen 2 eingesetzte Abschirmung aus einem Gewebe, dessen
Maschen sich ausdehnen, wenn das Gewebe einer Spannung unterliegt.
-
Deshalb
wird bei der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung die Abschirmung 3 aus einem elastischen oder
ausdehnbaren Gewebe hergestellt. Die Gewebearten, die hier angegeben
sind, sind hinlänglich
bekannt und bedürfen
keiner näheren
Beschreibung. Deshalb wird hier betont, dass das Gewebe, welches
die Abschirmung 3 bildet, aus einem beliebigen elastischen
Material gefertigt werden kann, welches sich für diesen Zweck eignet.
-
In 2 ist
ein vergrößertes Detail
des Gewebes dargestellt, welches die Abschirmung 3 bildet, hergestellt
durch Einweben oder Übereinanderlegen einer
Reihe von Schussfäden,
gekennzeichnet mit 3A, und einer Reihe von Kettfäden, gekennzeichnet mit 3B,
wodurch die Maschen 3C entstehen. In dem in 1 dargestellten
Betriebszustand befinden sich die Maschen 3C in zusammengezogenem
Zustand, so dass sie den Durchgang des Lichtstrahls oder des Luftstroms
verhindern oder in jedem Fall abschwächen.
-
Nach
einem weiteren wichtigen Aspekt der Erfindung wird die Spannung,
die das Spannen der Abschirmung 3 nach sich ziehen kann
und somit auch das Ausdehnen der Maschen 3C des Gewebes, aus
denen es besteht, durch die Betätigungseinrichtungen
aus einem aktiven Material erzeugt.
-
Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist das verwendete aktive Material eine Metal1-Formgedächtnis-Legierung.
Wie bereits erwähnt,
verfügen
diese Metallmaterialien über
die Fähigkeit,
ihre ursprüngliche
Konfiguration erneut anzunehmen, wenn sie verformt und anschließend einer geeigneten
Wärmebehandlung
unterzogen werden. Konkret unterliegen die Formgedächtnis-Legierungen
einer kristallinen Phasenumwandlung, wenn sie bei hoher Temperatur
aus ihrer starreren Konfiguration (Austenit) in die Konfiguration übergehen,
die durch eine niedrige Energie und Temperatur gekennzeichnet ist
(Martensit). Wenn das SMA-Element auf eine geringere Temperatur
gebracht wird, nimmt es eine martensitartige Konfiguration mit geringer Streckgrenze
an und ist leicht verformbar. Nach dem Aufheizen erhält die Legierung
eine andere, kristalline Struktur vom Typ Austenit und nimmt damit
wieder ihre ursprüngliche
Konfiguration und Form an.
-
Die
Temperatur, bei der sich die Legierung an ihre Ursprungsform „erinnert", lässt sich
durch Verändern
der Zusammensetzung oder durch angemessene Arten der Wärmebehandlung
modifizieren.
-
Die
interessantesten Legierungen, die diese „Formgedächtnis"-Eigenschaft aufweisen, sind jene, die
die Verformung im beträchtlichen
Umfang rückgängig machen
oder die eine erhebliche Kraft während
des Phasenübergangs
erzeugen, zum Beispiel die Legierungen Ni-Ti, Ni-Ti-Cu, Cu-Al-Zn
und Cu-Al-Ni.
-
In
dem in den Figuren dargestellten Fall sind die Formgedächtnis-Betätigungseinrichtungen
der Vorrichtung in Form eines kontinuierlichen Fadens gestaltet,
insgesamt mit der Ziffer 4 gekennzeichnet.
-
Der
Faden 4 wird an ersten Punkten, gekennzeichnet mit 5,
an dem Rahmen 2 befestigt und an zweiten Punkten, gekennzeichnet
mit 6, an dem Gewebe, welches die Abschirmung 3 bildet;
dazu hat der Faden 4, wie aus den Figuren hervorgeht, hier eine
Zickzackform zwischen dem Rahmen 2 und der Abschirmung 3.
Bei der Einrichtung zum Befestigen des SMA-Fadens 4 am
Rahmen 2 kann es sich um jeden bekannten Typ handeln. Andererseits
kann der Faden 4 auch an den Punkten 6 des Gewebes 3 eingenäht und mit
ihm verwoben werden.
-
Mit
der Bezugsziffer 7 sind zwei elektrische Leiter gekennzeichnet,
mit deren Hilfe ein elektrischer Strom durch den Faden 4 fließt und ihn
somit über
den Joule-Effekt aufheizt. Die Leiter 7 sind an Stromzufuhreinrichtungen 8 eines
an sich bekannten Typs angeschlossen.
-
Nach
dem Aufheizen infolge des Durchgangs des elektrischen Stroms überschreitet
der Formgedächtnis-Faden 4 seine
eigene Übergangstemperatur
und nimmt eine Konfiguration mit verringerter Länge an, wie in 3 dargestellt.
-
In
diesem Zustand legt der Faden 4 an den Befestigungspunkten 6 eine
Zugkraft an die Abschirmung 3 an, so dass sie dichter an
die Befestigungspunkte 5 herangeführt wird. Folglich dehnt sich
das Gewebe der Abschirmung 3 in dem Bereich, der von den
Befestigungspunkten 6 begrenzt wird, aus, wobei sich die
Schussfäden 3A und
die Kettfäden 3B dank
der Elastizität
des Materials, aus dem sie hergestellt sind, voneinander wegbewegen.
Dadurch nimmt die Größe der Maschen 3C zu,
wie sofort aus einem Vergleich der 2 und 4 erkennbar
wird. In dieser ausgedehnten Konfiguration der Maschen 3C wird
offensichtlich der Durchlass von Licht oder Luft durch die Vorrichtung
hindurch ermöglicht
bzw. erleichtert, wenn man dies mit dem Betriebszustand aus 1 vergleicht.
-
Die
Stromzufuhreinrichtung 8 ist umschaltbar, so dass der Faden 4 aufgeheizt
werden kann, falls gewünscht,
um die Vorrichtung in den Arbeitszustand aus 3 zu versetzen.
Eine Rückkehr
in den Ruhezustand aus 1 lässt sich anschließend herbeiführen, indem
die Stromzufuhr zu der Einrichtung 8 unterbrochen wird.
Auf diese Art und Weise sinkt die Temperatur des Fadens solange,
bis sie unter die Übergangstemperatur
der Formgedächtnis-Legierung
fällt,
wodurch der Faden 4 in seine ausgedehnte Konfiguration
zurückkehrt
und sich die Maschen 3C des elastischen Gewebes wieder
schließen,
wie dies in 2 zu sehen ist.
-
Das
zum Herstellen der erfindungsgemäßen Betätigungseinrichtungen
verwendete Formgedächtnis-Material
könnte
ein Nichtmetall sein und speziell aus einem Formgedächtnis-Polymer
bzw. SMP bestehen. Bekanntlich sind solche Polymere in der Lage,
ihre Steifheit und Form entsprechend der Temperatur, der sie ausgesetzt
sind, zu ändern
und bei Erhitzen schnell aus einem glasartigen Zustand in einen
hochverformbaren, gummiartigen Zustand überzugehen und anschließend wieder
schnell in ihre ursprüngliche
Form und Härte
zurückzukehren,
wenn sie abgekühlt
werden. Ähnlich
wie bei Metalllegierungen können
SMPs dank ihres „Gedächtnisses" weiterhin unzählige Male
erneut ihre ursprüngliche
Form annehmen, wenn sie wieder auf einen Wert jenseits der kritischen
Temperatur zurückgeführt werden.
Bei der erfindungsgemäßen Anwendung
wird das elastische Gewebe unter Spannung am Rahmen 2 befestigt
und der Faden 4 aus SMP wird so eingestellt, dass im „steifen" Zustand die Elastizität des Gewebes überwunden
wird, damit die Maschen 3C in der Position aus 2 gehalten
werden. Wenn die Übergangstemperatur
erreicht ist, führt
dies zu dem Übergang
des Fadens 4 aus SMP in den jeweiligen „verformbaren" Zustand, mit der
daraus folgenden Möglichkeit,
dass sich das Gewebe ausdehnt und so die Maschen 3C in
den Zustand aus 4 versetzt werden. Die Aktivierung
des Fadens 4 für
den Fall, dass er aus SMP hergestellt ist, resultiert direkt aus
der Umgebungstemperatur, welcher der Faden ausgesetzt ist.
-
Bei
einer weiteren möglichen
Ausführungsform
könnte
das zum Herstellen der Betätigungseinrichtungen
der Abschirmung 3 verwendete Material ein elektroaktives
Polymer bzw. EAP sein, d.h. ein Polymermaterial, das sich verformen
lässt,
wenn ein elektrisches Feld an selbiges angelegt wird, wobei das
Polymermaterial konkret aus Folgenden ausgewählt wird:
- – Elektrorestriktive
Polymere, das heißt
Polymere, die in einem elektrischen Feld mit einer Verringerung
in der Abmessung parallel zu dem Feld reagieren und mit einer Verbreiterung
senkrecht dazu;
- – Ionen-Polymer-Metallverbindungen
(IPMCs), das heißt
Polymere mit Enden, die in der Lage sind, in polaren Flüssigkeiten
zu ionisieren (eines der am weitesten verbreiteten IPMCs ist NAFION®,
hergestellt von DuPont, welches als „künstlicher Muskel" zum Einsatz kommt);
- – Leitende
Polymere, d.h. Polymere, die mit wechselnder Ionisierung ihre mechanischen
Eigenschaften und Abmessungen ändern
und daher sehr vorteilhaft sowohl als Sensorelemente als auch als
mechanische Aktoren zur Anwendung kommen können.
-
Bei
der erfindungsgemäßen Anwendung wird
die Aktivierung des Fadens 4, falls er aus einem elektroaktiven
Polymer hergestellt ist, durch Anlegen eines geeigneten elektrischen
Feldes an ihn erreicht.
-
Natürlich sind
die Anwendungsmöglichkeiten für die erfindungsgemäße Abschirmungsvorrichtung sehr
zahlreich.
-
Wie
erwähnt,
kann die Vorrichtung zum Verhindern/Abschwächen oder zum Ermöglichen
des Durchlasses von Licht genutzt werden, zum Beispiel zur Herstellung
von Vorhängen
oder Ähnlichem
für Gebäude oder
Kraftfahrzeuge.
-
Ebenso
kann die Vorrichtung 1 zum Regeln der Be- oder Entlüftung in
bestimmten Umgebungen verwendet werden. Es liegt auf der Hand, dass
im Zustand aus 3, verglichen mit dem Zustand
aus 1, ein Luftstrom oder Ähnliches durch die Vorrichtung 1 erleichtert
wird. Diesbezüglich
kann zum Beispiel die Stromzufuhreinrichtung 8 entsprechend dem
Signal aus dem Temperatursensor angesteuert werden.
-
Darüber hinaus
lässt sich
die Erfindung vorteilhaft zur Herstellung von Filtern mit variablem Querschnitt
verwenden.
-
Bei
einer möglichen
Ausführungsform
kann der Faden 4 zum direkten Erfassen der Lufttemperatur
vorgesehen werden, der bei einer Temperatur auf einen Übergangswert
aktiviert wird, welcher bei der Herstellung der SMA oder des verwendeten
aktiven Polymers eingestellt werden kann. Hierbei könnte beispielsweise
der Faden 4 durch die Luft in einer geschlossenen Umgebung
aktiviert werden, wenn hohe Innentemperaturen erreicht werden (wie
zum Beispiel bei einem Kraftfahrzeug, dass in der Sonne geparkt
ist), so dass der „Treibhaus"-Effekt verringert wird.
-
Ein
Gewebe mit einer großen
Zahl von Durchgangsöffnungen,
die ihre Größe vergrößern können – wie bei
der natürlichen
Haut, wenn sich die Poren öffnen – bildet
ebenfalls Flächen
für die
Feinverteilung von Luft in Kraftfahrzeugen, wodurch sich der Nutzerkomfort
erhöhen
und mögliche
Gesundheitsschäden
infolge traditioneller Systeme für
eine direkte Belüftung
innerhalb des Fahrerraums verringern lassen. Hierbei kann die erfindungs gemäße Vorrichtung
als ein Element mit regelbarem und veränderbarem Ausdunstungsvermögen verwendet werden,
das sich besonders für
die Luftverteilung im Fahrgastraum eines Kraftfahrzeugs durch das
Armaturenbrett, die Sitze, das Dach und die Türbleche hindurch eignet.
-
Natürlich können sich
die Einzelheiten des Aufbaus und die Ausführungsformen ohne Beeinträchtigung
des erfindungsgemäßen Prinzips
erheblich von dem unterscheiden, was hier ausschließlich als
Beispiel beschrieben und dargestellt ist, ohne dabei vom Schutzumfang
der Erfindung abzuweichen.
-
Das
Gewebe, das die Abschirmung 3 bildet, kann offensichtlich
aus übereinander
gelegten oder miteinander verwobenen Fäden bestehen.
-
Die
Funktionen des Rahmens 2 könnten durch einen beliebigen
Aufbau an feststehender Position zu der Abschirmung 3 erfüllt werden,
zum Beispiel könnte
er aus Wänden
bestehen, die einen Durchlass oder ein Fenster begrenzen, welcher/welches
der Regelung des Licht- oder Luftdurchlasses dienen soll. In diesem
Fall weist das Gewebe, das die Abschirmung 3 bildet, vorzugsweise
einen eigenen Befestigungsrand auf.
-
Die
Betätigungseinrichtungen
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
könnten
aus einer Reihe von Elementen aus einem aktiven Material bestehen, die
sich voneinander unterscheiden und nicht notwendigerweise als Faden
vorliegen. Deshalb könnten
hierbei die Betätigungseinrichtungen
selektiv betätigt
werden, um den Betriebszustand der unterschiedlichen Bereiche der
Abschirmung 3 zu regeln.
-
Schließlich ist
darauf zu verweisen, dass der Faden 4 bzw. die Betätigungseinrichtungen
aus dem aktiven Material in anderer Form, die den Faden ersetzen,
nicht unbedingt zwischen der Abschirmung 3 und der sie
haltenden Struktur eingegrenzt werden, sondern es ist sogar möglich, dass
die Betätigungseinrichtungen
lediglich in das Gewebe und den potenziellen Befestigungsrand integriert
sind.
-
Das
für die
Umsetzung der Erfindung verwendete Gewebe kann möglicherweise vollständig aus
Fasern eines aktiven Materials (SMA, SMP oder EAP) hergestellt sein,
die miteinander vermischt sind, so dass ein Gewebe entsteht, welches
seine eigene „Porosität" nach Anlegen einer
externen Erregungsquelle verändert,
die, wie bereits erläutert,
im Falle von SMA-Elementen elektrisch oder thermisch sein kann,
im Falle von SMP-Elementen
lediglich thermisch oder im Falle von EAP-Aktivfasern lediglich
elektrisch sein kann.