DE60319881T2

DE60319881T2 - Lösbare befestigungssysteme und -verfahren

Info

Publication number: DE60319881T2
Application number: DE60319881T
Authority: DE
Inventors: William Ventura Barvosa-Carter; Alan L. Grosse Pointe Browne; Nancy L. Northville Johnson; Leslie A. Los Angeles MOMODA; Thomas B. Port Hueneme STANFORD
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 2003-01-06
Filing date: 2003-12-08
Publication date: 2009-03-05
Anticipated expiration: 2023-12-09
Also published as: AU2003297750A1; EP1589846B1; EP1589846A4; WO2004062416A1; US7308738B2; US20040117955A1; DE60319881D1; EP1589846A1

Description

HINTERGRUND
Die vorliegende Offenbarung betrifft lösbare Befestigungsvorrichtungen des Typs, welcher zum Befestigen, zum Fixieren oder zum Einrasten von Bauteilen einer Vorrichtung oder einer Struktur, welche unter kontrollierten Bedingungen zu trennen oder freizusetzen sind, miteinander bzw. ineinander eingesetzt wird.
Trennbare Befestigungsmittel vom Haken- und Schlaufentyp sind gut bekannt (siehe beispielsweise Druckschrift WO-A-0062637 ) und werden eingesetzt, um zwei Elemente miteinander lösbar zu verbinden. Diese Arten von Befestigungsmitteln weisen im Allgemeinen zwei Komponenten auf, welche auf gegenüberliegenden Elementflächen angeordnet sind. Eine Komponente enthält typischerweise eine Vielzahl von elastischen Haken, während die andere Komponente typischerweise eine Vielzahl von Schlaufen aufweist. Wenn die beiden Komponenten miteinander verpresst werden, greifen diese ineinander, um einen lösbaren Eingriff auszubilden. Die resultierende Verbindung, welche durch den lösbaren Eingriff erzeugt wird, ist gegenüber Scher- und Ziehkräften relativ beständig und ist bezüglich der Ablösekräfte schwach. Daher kann das Ablösen einer Komponente von der anderen Komponente verwendet werden, um die Komponenten mit einer minimalen angewendeten Kraft voneinander zu trennen. Der Begriff "Scherung", wie dieser hier verwendet wird, bezeichnet eine Einwirkung oder Beanspruchung, welche aus angewendeten Kräften resultiert, welche verursachen oder dazu tendieren, zu verursachen, dass zwei benachbarte Teilstücke eines Körpers relativ zueinander in einer zu der Kontaktebene parallelen Richtung gleiten. Der Begriff "Abziehkraft" bezeichnet eine Einwirkung oder Beanspruchung, welche aus angewendeten Kräften resultiert, welche verursachen oder dazu tendieren, zu verursachen, dass sich zwei benachbarte Teile eines Körpers relativ zueinander in einer Richtung senkrecht zu der Kontaktebene bewegen.
Formgedächtnispolymere (SMP'e) sind in dem Stand der Technik bekannt (siehe beispielsweise Druckschrift US-B-6,388,043 ) und bezeichnen im Allgemeinen eine Gruppe von Polymermaterialien, welche die Fähigkeit aufweisen, zu irgendeiner vorher definierten Form zurückzukehren, wenn diese einem geeigneten thermischen Impuls ausgesetzt werden. Formgedächtnispolymere können Phasenübergänge durchlaufen, bei denen ihre Formausrichtung als eine Funktion der Temperatur verändert wird. Im Allgemeinen sind SMP'e Copolymere, welche aus wenigstens zwei unterschiedlichen Einheiten aufgebaut sind, welche dahingehend beschrieben werden können, dass diese in dem Copolymer verschiedene Abschnitte ausbilden, wobei jeder Abschnitt unterschiedlich zu den Biegemoduleigenschaften und den thermischen Übergangstemperaturen des Materials beiträgt. Der Begriff Abschnitt bezeichnet einen Block, einen Pfropf oder eine Sequenz aus denselben oder ähnlichen Monomer- oder Oligomereinheiten, welche so copolymerisiert werden, dass diese ein kontinuierliches, vernetztes, einander durchdringendes Netzwerk dieser Abschnitte ausbilden. Diese Abschnitte können kristalline oder amorphe Materialien sein und können daher allgemein als (ein) harte(s) Segment(e) oder als (ein) weiche(s) Segment(e) klassifiziert werden, wobei das harte Segment im Allgemeinen eine höhere Glasübergangstemperatur (Tg) oder einen höheren Schmelzpunkt als das weiche Segment aufweist. Jedes Segment trägt dann zu den Gesamtbiegemoduleigenschaften des Formgedächtnispolymers (SMP) und zu den thermischen Übergängen hiervon bei, wobei sowohl die Biegemoduleigenschaften als auch die Temperaturen, welche mit ihren Veränderungen verbunden sind, durch die harten Abschnitte tendenziell erhöht werden und durch die weichen Abschnitte tendenziell ver ringert werden. Wenn mehrere Abschnitte eingesetzt werden, können mehrere thermische Übergangstemperaturen beobachtet werden, wobei die thermischen Übergangstemperaturen des Copolymers annähernd als gewichtete Durchschnitte der thermischen Übergangstemperaturen der von diesen umfassten Abschnitte betrachtet werden können. Die vorher definierte oder permanente Form eines SMP's kann durch Schmelzen oder durch Verarbeiten des Polymers bei einer Temperatur von höher als der höchsten thermischen Übergangstemperatur für das Formgedächtnispolymer oder des Schmelzpunktes, gefolgt vom Abkühlen auf einen Wert unterhalb dieser thermischen Übergangstemperatur eingestellt werden. Eine temporäre Form kann durch Erhitzen des Materials auf eine Temperatur von höher als irgendeiner Tg oder thermischen Übergangstemperatur des Formgedächtnispolymers, aber von niedriger als der höchsten Tg oder seines Schmelzpunktes eingestellt werden. Die temporäre Form wird durch Anwenden einer äußeren Beanspruchung eingestellt, während das Material oberhalb der Tg, aber unterhalb der höchsten thermischen Übergangstemperatur oder des Schmelzpunktes des Formgedächtnismaterials verarbeitet wird, gefolgt vom Abkühlen, um die Form zu fixieren. Das Material kann dann durch Erhitzen des Materials auf einen Wert von oberhalb seiner Tg, aber von unterhalb der höchsten thermischen Übergangstemperatur oder dem Schmelzpunkt zu der permanenten Form zurückgebracht werden. Durch Kombinieren von mehreren weichen Abschnitten ist es folglich möglich, mehrere temporäre Formen zu erhalten, und mit mehreren harten Abschnitten kann es möglich sein, mehrere permanente Formen zu erhalten. Unter Verwendung eines geschichteten oder Verbundstoffansatzes wird eine Kombination von mehreren SMP'en gleichermaßen Übergänge zwischen mehreren temporären und permanenten Formen aufweisen.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG
In der vorliegenden Patentanmeldung wird ein lösbares Befestigungssystem offenbart, welches eine kontrollierte Freisetzung oder Trennung einer Verbindung in einer Scher- und/oder Abziehrichtung schafft. Das lösbare Befestigungssystem umfasst einen ersten Hakenabschnitt, welcher einen ersten Träger und eine Vielzahl erster Hakenelemente, welche auf einer Oberfläche hiervon angeordnet sind, umfasst, wobei die Vielzahl der ersten Hakenelemente ein Formgedächtnispolymer enthält; einen zweiten Hakenabschnitt, welcher einen zweiten Träger und eine Vielzahl von zweiten, auf einer Oberfläche hiervon angeordneten Hakenelementen aufweist, wobei die zweiten Hakenelemente eine zu der der ersten Hakenelemente ähnliche Form aufweisen; sowie eine thermische Aktivierungsvorrichtung, welche mit der Vielzahl der ersten Hakenelemente gekoppelt ist, wobei die thermische Aktivierungsvorrichtung so betrieben werden kann, dass diese ein thermisches Aktivierungssignal selektiv zu der Vielzahl der ersten Hakenelemente liefert und die Ausrichtung der Form und/oder das Biegemodul hiervon verändert, um die Scherkraft und/oder die Abziehkraft eines eingegriffenen ersten Haken- und zweiten Hakenabschnitts zu verringern. Die Vielzahl der ersten Hakenelemente kann optional ein leitendes Element enthalten, welches in dem Formgedächtnispolymer eingebettet ist.
Gemäß einer anderen Ausführungsform umfasst ein lösbares Befestigungssystem einen Hohlraumabschnitt, welcher einen Träger und eine Vielzahl von in dem Träger angeordneten Hohlräumen aufweist; einen Hakenabschnitt, welcher einen Träger und eine Vielzahl von auf einer Oberfläche hiervon angeordneten Hakenelementen aufweist, wobei die Vielzahl von Hakenelementen ein Formgedächtnispolymer enthält und in einem nicht angetriebenen Zustand zu der der Vielzahl der Hohlräume komplementäre Formen aufweist; sowie eine thermische Aktivierungsvorrichtung, welche mit der Vielzahl der Hakenelemente gekoppelt ist, wobei die thermische Aktivierungsvorrichtung so betrieben werden kann, dass diese ein thermisches Aktivierungssignal selektiv zu der Vielzahl von Hakenelementen liefert und die Ausrichtung der Form und/oder das Biegemodul hiervon verändert, um die Scherkraft und/oder die Abziehkraft eines eingegriffenen Haken- und Hohlraumabschnitts zu verringern. Die Vielzahl von Hakenelementen kann optional ein leitendes Element enthalten, welches in dem Formgedächtnispolymer eingebettet ist.
Die vorgenannten und andere Merkmale werden durch die nachfolgende detaillierte Beschreibung und die nachfolgenden Figuren exemplarisch dargestellt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Nunmehr wird auf die Figuren Bezug genommen, in denen gleiche Elemente mit gleichen Ziffern versehen sind:
Die 1 ist eine Querschnittsansicht eines lösbaren Befestigungssystems mit gut bekanntem Aufbau,
die 2 ist eine Querschnittsansicht des lösbaren Befestigungssystems der 1 in einer geschlossenen Position,
die 3 ist eine Querschnittsansicht des lösbaren Befestigungssystems der 1 in einer nicht geschlossenen Position,
die 4 ist eine Querschnittsansicht eines lösbaren Befestigungssystems gemäß einer ersten Ausführungsform in einer geschlossenen Position,
die 5 ist eine Querschnittsansicht eines lösbaren Befestigungssystems gemäß der ersten Ausführungsform in einer nicht geschlossenen Position,
die 6 ist eine Querschnittsansicht eines lösbaren Befestigungssystems gemäß einer zweiten Ausführungsform in einer geschlossenen Position, und
die 7 ist eine Querschnittsansicht eines lösbaren Befestigungssystems gemäß der zweiten Ausführungsform in einer nicht geschlossenen Position.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Wie in der 1 dargestellt, umfasst ein lösbares Befestigungssystem, welches allgemein als 10 bezeichnet wird, einen Schlaufenabschnitt 12 und einen Hakenabschnitt 14. Der Schlaufenabschnitt 12 umfasst einen Träger 16 und ein Schlaufenmaterial 18, welches auf einer Seite hiervon angeordnet ist, wohingegen der Hakenabschnitt 14 einen Träger 20 sowie eine Vielzahl von eng beabstandeten, aufrechten Hakenelementen 22 aufweist, welche sich von einer Seite hiervon aus erstrecken. Die Hakenelemente 22 bestehen im Allgemeinen aus einem Formgedächtnispolymer, welches passend derart ausgebildet ist, dass diese in die entsprechenden Schlaufen eingreifen. Optional dazu können die Hakenelemente 22 ein leitfähiges Element oder eine Faser 21 aufweisen, welche(s) auf ein Formgedächtnispolymer 23 beschichtet oder in ein Formgedächtnispolymer 23 eingehüllt ist. Alternativ dazu kann das leitfähige Element 21 aus einem thermoplastischen Polymer bestehen, welches thermisch oder elektrisch leitfähig sein kann.
Das Formgedächtnispolymer verleiht den Hakenelementen 22 die Fähigkeit, die Form und/oder das Biegemodul zu verändern, wie dies nachfolgend detaillierter beschrieben wird. Eine Aktivierungsvorrichtung 24 ist mit den Hakenelementen 22 verbunden und befindet sich mit diesen in operativer Verbindung. Die Aktivierungsvorrichtung 24 liefert bei Bedarf ein thermisches Aktivierungssignal zu den Hakenelementen 22, um eine Veränderung in der Formausrichtung und/oder in dem Biegemodul der Hakenelemente 22 zu verursachen. Die Veränderung in dem Biegemodul besteht im Allgemeinen lediglich während dem angelegten thermischen Aktivierungssignal. Allerdings bleibt die Veränderung in der Formausrichtung im Allgemeinen nach der Dauer des angewendeten thermischen Aktivierungssignals bestehen. Das dargestellte lösbare Befestigungssystem 10 ist lediglich exemplarisch und es ist nicht beabsichtigt, dass dieses auf eine bestimmte Form, Größe, Konfiguration, Anzahl oder Form von Hakenelementen 22, auf die Form des Schlaufenmaterials oder dergleichen beschränkt ist. Ferner kann die Orientierung eines jeden Hakenelements auf dem Träger zufällig ausgerichtet sein oder diese kann in derselben Richtung ausgerichtet sein (wie in der 1 dargestellt).
Während des Eingriffs werden die beiden Abschnitte 12, 14 miteinander verpresst, um eine Verbindung zu erzeugen, welche bezüglich der Scher- und/oder Abziehrichtungen relativ stark und bezüglich der Ablöserichtung relativ schwach ist. Wenn beispielsweise, wie in der 2 gezeigt, die beiden Abschnitte 12, 14 im Angesicht-zu-Angesicht-Eingriff verpresst sind, werden die Hakenelemente 22 in das Schlaufenmaterial 18 eingerastet und aufgrund des nahen Abstands der Hakenelemente 22 widerstehen diese im Wesentlichen seitlicher Bewegung, wenn diese in der Eingriffsebene gegenüber Scherkräften ausgesetzt werden. Wenn die eingegriffene Verbindungsstelle einer Kraft von im Wesentlichen senkrecht zu dieser Ebene (d. h. Abziehkräften) unterworfen wird, widerstehen die Hakenelemente 22 im beträchtlichen Ausmaß einer Trennung der beiden Abschnitte 12, 14. Wenn die Hakenelemente 22 allerdings einer Ablösekraft unterworfen werden, lösen sich die Hakenelemente 22 leichter von dem Schlaufenmaterial 18, um hierdurch den Hakenabschnitt 12 von dem Schlaufenabschnitt 14 zu trennen. Es sollte beachtet werden, dass das Trennen der beiden Abschnitte 12, 14 unter Verwenden der Ablösekraft im Allgemeinen erleichtert wird, wenn einer oder beide der Träger, welche den Schlaufenabschnitt 12 und den Hakenabschnitt 14 ausbilden, flexibel sind.
Um die Scher- und Abziehkräfte, welche aus dem Eingriff resultieren, zu verringern, werden die Formausrichtung und/oder das Biegemodul der Hakenelemente 22 nach Erhalt des thermischen Aktivierungssignals von der Aktivierungsvorrichtung 24 verändert, um einen Fernauslösemechanismus der eingegriffenen Verbindung zu erreichen. Das heißt, die Veränderung in der Formausrichtung und/oder in dem Biegemodul der Hakenelemente verringert die Scherkräfte in der Ebene des Eingriffs und/oder verringert die Abziehkräfte senkrecht zu der Eingriffsebene. Abhängig von der Hakengeometrie und der Scherrichtung ist es allerdings im Allgemeinen zu erwarten, dass die Verringerung der Abziehkräfte größer als die Verringerung der Scherkräfte ist. Wie beispielsweise in den 2 und 3 gezeigt ist, kann die Vielzahl von Hakenelementen umgekehrte J-förmige Ausrichtungen aufweisen. Nach dem Erhalt des thermischen Aktivierungssignals von der Aktivierungsvorrichtung 24 tritt eine Änderung in den Biegemoduleigenschaften der Hakenelemente 22 auf, was zu beträchtlichen Verringerungen der Scher- und/oder Abziehkräfte bei der Verbindung führt. Bei Bedarf tritt bei der Vielzahl von Hakenelementen eine Veränderung zu im Wesentlichen aufgerichteten Formausrichtungen auf, und zwar aufgrund der unter der Last des Eingriffs angewendeten äußeren Kraft, was zu einer Freisetzung der beiden Abschnitte 12 und 14 führt.
Die Hakenelemente 22 können integral an dem Träger 20 ausgebildet sein oder können an dem Träger 20 direkt befestigt sein. Beispielsweise kann ein Klebstoff auf den Träger 20 aufgebracht werden und die Hakenelemente 22 können mit dem Klebstoff mechanisch verpresst werden. Geeignete Trägermaterialien schließen ein, sind aber nicht beschränkt auf Metalle, Kunststoffe oder Fasern. Wenn die Aktivierungsvorrichtung in einer von den Hakenelementen entfernten Position platziert ist, sind vorzugsweise leitfähige Pfade vorgesehen, um Wärme und/oder Elektrizität zu den Hakenelementen 22 zu liefern. Die leitfähigen Pfade sind thermisch und/oder elektrisch leitfähige Materialien, welche die Aktivierungsvorrichtung 24 mit den Hakenelementen 22 verbinden.
Vorzugsweise werden das leitfähige Element 21 und das SMP 23 so ausgewählt, dass den Hakenelementen 22 eine Flexibilität für diejenigen Anwendungen verliehen wird, welche eine Veränderung in der Formausrichtung und/oder in dem Biegemodul erfordern. Es sollte beachtet werden, dass in den Hakenelementen 22 jede Anzahl von leitfähigen Elementen 21 verwendet werden kann, solange die Formveränderungs- und/oder Biegemodulveränderungseigenschaften der Hakenelemente nicht gefährdet werden. Das leitfähige Element 21 besteht vorzugsweise aus einem solchen Material und aus solchen Dimensionen, dass dieses nach der Aktivierung (wodurch eine Verringerung in der Scher- oder Abziehkraft eines eingegriffenen Hakens erzeugt wird) nicht die Veränderung in der Form und/oder in den Biegemoduleigenschaften der Hakenelemente 22 und/oder die nachfolgende Formwiederherstellung hiervon behindert oder erschwert. Das auf das leitfähige Element 21 beschichtete oder das in dem leitfähigen Element 21 eingehüllte Formgedächtnispolymer 23 wird vorzugsweise so ausgebildet, dass die Biegemoduleigenschaften des Formgedächtnispolymers 23 dominieren und daher die Biegemoduleigenschaften des Hakenelements 22 bestimmen. Aus ähnlichen Gründen weist das leitfähige Element 21 vorzugsweise geeignete Biegemoduleigenschaften zum Zulassen des gewünschten Formgedächtniseffekts auf. Die Ausgestaltung des leitfähigen Elements 22 kann aus einem einzelnen Strang bestehen, welcher mit der gewünschten Hakenform oder mit einer ähnlich geformten Schleife konform ist. Obwohl die Querschnittsform der Hakenelemente 22, welche in den Figuren dargestellt ist, vorzugsweise kreisrund ist, sind andere Formen, wie beispielsweise Hakenelemente 22 mit einer Querschnittsform eines Ovals, eines Kreuzes, eines Quadrats, eines Rechtecks und dergleichen, verwendbar. Daher ist es nicht beabsichtigt, in den Figuren die Hakenelemente 22 auf irgendeine bestimmte Querschnittsform zu beschränken.
In der Praxis ist der Abstand zwischen benachbarten Hakenelementen 22 ein Wert, welcher bewirkt, dass ein Hakenabschnitt 14 während des Eingriffs mit dem Schlaufenabschnitt eine für die bestimmte Anwendung gewünschte, ausreichende Scher- und/oder Abziehbeständigkeit aufweist. Abhängig von der gewünschten Anwendung kann die Höhe der für einen wirksamen Eingriff benötigten Scher- und/oder Abziehkraft beträchtlich variieren. Im Allgemeinen werden nähere Abstände und größere Mengen von eingesetzten Hakenelementen 22 zu erhöhten Scher- und/oder Abziehkräften nach dem Eingriff führen. Die Hakenelemente 22 weisen vorzugsweise eine Form auf, welche so ausgestaltet ist, dass diese nach dem Presskontakt des Schlaufenabschnitts mit dem Hakenabschnitt und umgekehrt in das Schlaufenmaterial eingreifen. Es ist nicht beabsichtigt, dass die Hakenelemente 22 auf irgendeine bestimmte Form beschränkt werden. In dem eingegriffenen Modus können die Hakenelemente 22 eine umgekehrte J-förmige Ausrichtung, eine Pilzform, eine Noppenform, eine mehrfach gezackte Ankerform, eine T-Form, eine Spiralform oder jede andere Form eines für trennbare Haken- und Schlaufenbefestigungsmittel eingesetzten hakenähnlichen Elements aufweisen. Solche Elemente werden hier als "hakenartige", "Hakentyp"- oder "Haken"-Elemente bezeichnet, egal, ob diese in der Form eines Hakens vorliegen oder nicht. Gleichermaßen kann das Schlaufenmaterial eine Vielzahl von Schlaufen oder Schleifen, eine zu dem Hakenelement komplementäre Form (beispielsweise für einen Eingriff vom Schlüssel- und Schloss-Typ) oder jede andere Form eines für trennbare Haken- und Schlaufenbefestigungsmittel eingesetzten schlaufenähnlichen Elements aufweisen.
Die Anordnungen von Hakenelementen 22 verschiedener Geometrien und/oder von Schlaufenmaterial 18 auf entsprechenden Trägern 16, 20 sind so anzuordnen und so ausreichend dicht anzuordnen, dass die Wirkung des Verpressens der beiden Abschnitte 12, 14 miteinander zu dem mechanischen Eingriff der Hakenelemente 22 mit dem Schlaufenmaterial 18 führt, was eine Verbindung erzeugt, welche bezüglich der Scher- und Abziehkräfte stark ist und bezüglich des Ablösens relativ schwach ist. Eine Fernfreisetzung der beiden Abschnitte 12, 14 wird durch ein Anheben der Temperatur des Formgedächtnispolymers 23 auf oberhalb seiner Übergangstemperatur (aber unterhalb seiner höchsten thermischen Übergangstemperatur oder seines Schmelzpunktes) bewirkt, was verursacht, dass die Hakenelemente 22 zu der permanenten Form (eine im Wesentlichen aufgerichtete Form, wie in der 3 dargestellt) zurückzukehren. Auf diese Weise kann die Veränderung der Formausrichtung und/oder des Biegemoduls der Hakenelemente 22 eingesetzt werden, um bei Bedarf einen Ferneingriff und eine Freisetzung der Verbindungen/Befestigungen zu liefern.
Das Schlaufenmaterial 18 umfasst im Allgemeinen ein zufälliges Schlaufenmuster oder einen zufälligen Materialstapel. Das Schlaufenmaterial wird oft mit den Begriffen das "Weiche", das "Verschwommene", der "Stapel", das "Weibliche" oder der "Teppich" bezeichnet. Geeignete Schlaufenmaterialien sind unter dem Handelsnamen VELCRO von Velcro Industries B. V. kommerziell erhältlich. Zur Herstellung des Schlaufenmaterials geeignete Materialien schließen Thermoplaste, wie beispielsweise Polypropylen, Polyethylen, Polyamid, Polyester, Polystyrol, Polyvinylchlorid, Acetal, Acryl, Polycarbonat, Polyphenylenoxid, Polysulfon und dergleichen, sowie Duroplastmaterialien, wie beispielsweise verschiedene Epoxide, sowie Phenol-Formaldehyd, Polyester, Silikon und Polyurethanharze und dergleichen ein. Die Schlaufenträger 16 können Metallschlaufenmaterial umfassen, das die Fähigkeit aufweist, Wärme zu dem Hakenabschnitt zu leiten, wenn die beiden Abschnitte ineinander eingreifen. Das Schlaufenmaterial kann in dem Träger 16 integriert sein oder kann an dem Träger 16 befestigt sein.
Alternativ dazu kann das Schlaufenmaterial 18 aus denselben Form verändernden und/oder Biegemodul verändernden Materialien, welche für die zuvor erörterten Hakenelemente 22 eingesetzt werden, hergestellt sein. Als solches kann das aus den SMP'en hergestellte Schlaufenmaterial 18, anstelle von passiv zu sein, nach dem Erhalten eines thermischen Aktivierungsmaterials aktiv gemacht werden.
Die Träger 16, 20 für die verschiedenen Schlaufen- 12 und Hakenabschnitte 14 können abhängig von der beabsichtigen Anwendung steif oder flexibel sein. Geeignete Materialien zur Herstellung der Träger schließen Kunststoffe, Textilwaren, Metalle und dergleichen ein. Beispielsweise schließen geeignete Kunststoffe Thermoplasten ein, wie beispielsweise Polypropylen, Polyethylen, Polyamid, Polyester, Polystyrol, Polyvinylchlorid, Acetal, Acryl, Polycarbonat, Polyphenylenoxid, Polysulfon und andere ähnliche Thermoplastpolymere. Des Weiteren können Duroplastmaterialien, wie beispielsweise verschiedene Epoxide, und Phenol-Formaldehyd, Polyester, Silikon und Polyurethanharze und dergleichen eingesetzt werden. Auf die Oberfläche der Rückseite des Trägers (die von den Hakenelementen 22 oder dem Schlaufenmaterial 18 freie Oberfläche) kann zum Aufbringen des lösbaren Befestigungssystems 10 auf ein Gerät oder auf eine Struktur ein Klebstoff aufgebracht sein. Alternativ dazu kann das lösbare Befestigungssystem 10 durch Bolzen, durch Schweißen oder durch alle anderen mechanischen Befestigungsmittel an ein Gerät oder auf eine Struktur befestigt sein. Es sollte beachtet werden, dass beide Träger anders als herkömmliche Haken- und Schlaufenbefestigungsmittel im Hinblick auf die Schaffung einer Fernfreisetzungsfähigkeit aus einem steifen oder unflexiblen Material hergestellt werden können. Herkömmliche Haken- und Schlaufenbefestigungsmittel erfordern typischerweise, dass wenigstens ein Träger flexibel ist, so dass eine Ablösekraft zur Abtrennung der Haken- und Schlaufenbefestigungsmittel angewendet werden kann.
Das Formgedächtnispolymer 23 kann durch jedes geeignete Mittel aktiviert werden, beispielsweise durch ein thermisches Aktivierungssignal und vorzugsweise durch ein Mittel zum Aussetzen des Materials gegenüber einer Temperaturveränderung auf oberhalb einer ersten Übergangstemperatur. Die "erste Übergangstemperatur" wird hier als diejenige Übergangstemperatur des Formgedächtnispolymers oder als die niedrigste Übergangstemperatur eines Formgedächtnisverbundstoffmaterials definiert. Die "letzte Übergangstemperatur" wird als die höchste Übergangstemperatur des SMP's oder als die höchste Übergangstemperatur eines SMP-Verbundstoffmaterials definiert. Beispielsweise kann für erhöhte Tempera turen unter Verwendung von heißem Gas (beispielsweise Luft), Dampf, Induktion oder elektrischen Strom Hitze geliefert werden. Die Aktivierungsmittel können beispielsweise in der Form eines erhitzten Raums oder Gehäuses oder eines Eisens zum Liefern von Hitze, eines Heißluftgebläses oder -strahles, eines Mittels zum Passieren eines elektrischen Stroms hierdurch oder zum Induzieren eines elektrischen Stroms (beispielsweise durch magnetische oder Mikrowellenwechselwirkung) in dem Formgedächtnispolymer (oder durch oder in einem Element in thermischem Kontakt hiermit) vorliegen. Die Aktivierungsvorrichtung 24 kann jede Form, Ausgestaltung oder Größe aufweisen, welche bewirkt, dass ein wirksames Aktivierungssignal geliefert wird, um bei den Hakenelementen eine Formänderung und/oder eine Änderung des Biegemoduls zu bewirken. Ferner kann die Aktivierungsvorrichtung 24 an jeder Stelle relativ zu dem Befestigungssystem vorliegen, um die Form- und/oder Biegemodulveränderung der SMP-Struktur zu bewirken. In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Hakenelemente 22 durch Wärmeleitung des leitfähigen Elements 21 in Kontakt mit dem Formgedächtnispolymer 23 aktiviert. Beispielsweise kann der Träger 20 einen Heizblock vom Widerstandstyp umfassen, um ein thermisches Energiesignal zu liefern, welches durch Ableitung zu dem leitfähigen Element übertragen wird, welches ausreichend ist, um bei den Hakenelementen 22 eine Formveränderung und/oder eine Biegemodulveränderung zu verursachen. Der Widerstandsheizapparat kann an dem Hakenträger entweder an der Hakenfläche oder an der gegenüberliegenden Seite der Hakenfläche angebracht sein. Alternativ dazu besteht das leitfähige Element 21 aus einer Schlaufe aus elektrisch leitfähigem Material, welche sich in ausreichendem elektrischem Kontakt mit der Widerstandsheizvorrichtung befindet, so dass dieses direkt durch Widerstandserhitzen erhitzt werden kann.
Die Hakenelemente 22, welche ein SMP 23 enthalten, werden zwischen einer von wenigstens zwei Formausrichtungen so geändert, dass wenigstens eine Ausrichtung zu einer Verringerung in der Scherkraft und/oder der Abzugskraft eines eingegriffenen Haken- und Schlaufenteilstücks relativ zu der/den anderen Ausrichtung(en) führt, wenn ein geeignetes thermisches Signal geliefert wird. Eine vorgegebene Formausrichtung wird durch das Formen oder das Verformen des SMP's bei oder oberhalb einer Übergangstemperatur eingestellt. Um die permanente Form der Hakenelemente 22 einzustellen, muss das Formgedächtnispolymer bei ungefähr dem oder oberhalb seines Schmelzpunktes oder der höchsten Übergangstemperatur (auch als "letzte" Übergangstemperatur bezeichnet) vorliegen. Die SMP-Hakenelemente werden bei dieser Temperatur durch Formen oder Verformen mit einer angelegten Kraft, gefolgt vom Abkühlen, um die permanente Form einzustellen, geformt. Die zum Einstellen der permanenten Form erforderliche Temperatur beträgt im Allgemeinen zwischen ungefähr 40°C und ungefähr 300°C. Das Einstellen einer temporären Form der SMP-Hakenelemente erfordert es, dass das SMP-Material auf eine Temperatur von oder oberhalb seiner Tg oder untersten thermischen Übergangstemperatur, aber von unterhalb des Schmelzpunktes oder der höchsten Übergangstemperatur des SMP's gebracht wird. Bei oder oberhalb der Tg oder untersten Übergangstemperatur (auch als "erste Übergangstemperatur" bezeichnet) wird eine temporäre Form der SMP-Hakenelemente durch Anlegen einer externen Kraft gefolgt vom Abkühlen des SMP's, um dieses in der temporären Form zu halten, eingestellt. Die temporäre Form wird solange aufrechterhalten, wie die Hakenelemente unterhalb der untersten oder ersten Übergangstemperatur verbleiben. Die permanente Form wird wiedererlangt, wenn die angelegte Kraft entfernt wird und die SMP-Hakenelemente erneut auf oder oberhalb der höchsten oder letzten Übergangstemperatur des SMP's gebracht werden. Die temporäre Form kann durch Wiederholen der Erwärmungs-, Form- und Abkühl schritte wieder eingestellt werden. Für eine bestimmte Anwendung kann die Tg des SMP's durch Verändern der Struktur und der Zusammensetzung des Polymers ausgewählt werden. Die Übergangstemperaturen der SMP'e liegen in einem Bereich zwischen ungefähr –63°C und mehr als ungefähr 160°C.
Die Formgedächtnispolymere 23 können mehr als zwei Übergangstemperaturen aufweisen. Beispielsweise kann die SMP-Zusammensetzung 23 einen Verbundstoff aus zwei oder mehr verschiedenen Formgedächtnispolymeren enthalten, wobei jedes eine andere Tg aufweist, was zu einem Material mit zwei oder mehr Übergangstemperaturen führt: die niedrigste Übergangstemperatur, welche die erste Übergangstemperatur darstellt, sowie für jeden SMP-Bestandteil eine unterschiedliche Übergangstemperatur. Die Anwesenheit von mehreren SMP'en in einem SMP-Verbundstoffmaterial erlaubt die Ausbildung mehrerer temporärer und permanenter Formen und ermöglicht es, dass die SMP-Zusammensetzung mehrere Übergänge zwischen temporären und permanenten Formen aufweist.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die permanente Form der Hakenelemente 22 eine im Wesentlichen aufgerichtete Form und ist die temporäre Form der Hakenelemente 22 eine umgekehrte J-Form (siehe 1 bis 3). In einer anderen Ausführungsform weist das Formgedächtnispolymer eine permanente Form und mehrere temporäre Formen auf.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist die permanente Form der Hakenelemente 22 eine umgekehrte J-Form und ist die temporäre Form der Hakenelemente 22 eine im Wesentlichen aufgerichtete Form. Bei dieser Ausführungsform führt eine Veränderung der Biegemoduleigenschaften, während diese unter der Eingriffslast stehen, zu einer Formver änderung zu einer im Wesentlichen aufgerichteten Form. Nach der Freisetzung wird nunmehr durch Anlegen des thermischen Simulationssignals die permanente Form wieder hergestellt.
Die für die Herstellung der permanenten Form erforderliche Temperatur kann auf jede Temperatur zwischen ungefähr –63°C und ungefähr 160°C oder darüber eingestellt werden. Das Entwickeln der Zusammensetzung und der Struktur des Polymers selbst kann die Wahl einer bestimmten Temperatur für eine gewünschte Anwendung ermöglichen. Eine bevorzugte Temperatur für die Formwiederherstellung ist größer als oder gleich ungefähr –30°C, vorzugsweise größer als oder gleich ungefähr 20°C und am meisten bevorzugt eine Temperatur von höher als oder gleich ungefähr 50°C. Ferner beträgt eine bevorzugte Temperatur für die Formwiederherstellung weniger als oder gleich etwa 250°C, besonders bevorzugt weniger als oder gleich etwa 200°C und am meisten bevorzugt weniger als oder gleich etwa 180°C.
Die Formgedächtnispolymere können Thermoplasten, einander durchdringende Netzwerke, einander halb durchdringende Netzwerke oder gemischte Netzwerke sein. Die Polymere können ein einzelnes Polymer oder eine Polymermischung sein. Diese Polymere können lineare oder verzweigte Thermoplastelastomere mit Seitenketten oder dendritischen Strukturelementen sein. Geeignete Polymerkomponenten zur Ausbildung eines Formgedächtnispolymers schließen ein, sind aber nicht beschränkt auf Polyphosphazene, Polyvinylalkohole, Polyamide, Polyesteramide, Polyaminosäuren, Polyanhydride, Polycarbonate, Polyacrylate, Polyalkylene, Polyacrylamide, Polyalkylenglykole, Polyalkylenoxide, Polyalkylenterephthalate, Polyorthoester, Polyvinylether, Polyvinylester, Polyvinylhalogenide, Polyester, Polylactide, Polyglykolide, Polysiloxane, Polyurethane, Polyether, Polyetheramide, Polyetherester und Copolymere hiervon. Beispiele für geeignete Polyacrylate schließen Polymethylmethacrylat, Polyethylmethacrylat, Polybutylmethacrylat, Polyisobutylmethacrylat, Polyhexylmethacrylat, Polyisodecylmethacrylat, Polylaurylmethacrylat, Polyphenylmethacrylat, Polymethylacrylat, Polyisopropylacrylat, Polyisobutylacrylat und Polyoctadecylacrylat ein. Beispiele für andere Polymere schließen Polystyrol, Polypropylen, Polyvinylphenol, Polyvinylpyrrolidon, chloriertes Polybutylen, Polyoctadecylvinylether, Ethylenvinylacetat, Polyethylen, Polyethylenoxid-Polyethylentherephthalat, Polyethylen/Nylon (Pfropfcopolymer), Polycaprolacton-Polyamid (Blockcopolymer), Polycaprolactondimethalacrylat-n-butylacrylat, polyhedrisches oligomeres Polynorbornylsilsequioxan, Polyvinylchlorid, Urethan/Butadien-Copolymere, Polyurethan-Blockcopolymere, Styrolbutadien-Styrol-Blockcopolymere und dergleichen ein.
Geeignete leitende Elemente 21 für die Hakenelemente 22 sind leitfähige Elemente, welche eine ausreichende ausgewählte Dicke oder Breite aufweisen, um den Hakenelementen eine Flexibilität für ihre, eine Veränderung der Formausrichtung und/oder des Biegemoduls erfordernden Anwendungen zu geben. In einer Ausführungsform liegt das leitfähige Element in der Form eines leitfähigen Drahtes vor. Die Drähte können aus jedem thermisch oder elektrisch leitfähigen Material, wie beispielsweise aus Metall, aus Metall beschichteten Drähten, aus Graphit, aus Kohlenstoff und dergleichen hergestellt sein. Das leitfähige Element 21 ist vorzugsweise im Wesentlichen durch die Länge des Hakens angeordnet. Das leitfähige Element kann in dem SMP eingehüllt sein oder kann fest an der Außenseite des SMP-Hakenelements befestigt sein. Alternativ dazu kann das leitfähige Element 21 in der Form von feinen Partikeln, welche gleichmäßig in dem SMP dispergiert sind, vorliegen. Das leitfähige Element 21 erhöht durch das Übertragen von Wärme von der Aktivierungsvorrichtung 24 durch das Element die Wärmeverteilung über die Länge des Hakenele ments 22. Alternativ dazu kann, wenn der leitfähige Draht 22 in der Form einer Schlaufe vorliegt, ein Widerstandserhitzen durch den Draht 22 eingesetzt werden, um das Formgedächtnispolymer 23 zu erhitzen. Der Durchmesser des Drahtes ist vorzugsweise größer als oder gleich ungefähr 0,001 Inch, besonders bevorzugt größer als oder gleich ungefähr 0,005 Inch und insbesondere bevorzugt größer als oder gleich ungefähr 0,010 Inch. Ferner beträgt der Durchmesser des Drahtes vorzugsweise weniger als oder gleich ungefähr 0,100 Inch, besonders bevorzugt weniger als oder gleich ungefähr 0,050 Inch und insbesondere bevorzugt weniger als oder gleich ungefähr 0,020 Inch.
Das SMP 23 beschichtet, umhüllt oder umgibt vorzugsweise die Länge des leitfähigen Elements 21. Es können alle bekannten Verfahren zur Einführung eines Drahtes in eine Polymermatrix eingesetzt werden, wie beispielsweise während der Extrusion des Polymers. Die Hakenelemente 22 können auch durch Spritzgießen, spanende Verarbeitung, Spanen oder Fertigen eines geeigneten SMP-Substrats hergestellt werden. Ein bevorzugtes Verfahren zum Herstellen der Hakenelemente ist das Lösungsbeschichten auf einen Draht aus leitfähigem Element. Das Lösungsbeschichten ist vorzugsweise ein Sprüh- oder Mehrfacheintauchverfahren. Das leitfähige Element 21 wird zu einer hakenartigen Form ausgebildet und wird mit organischen Lösungen des SMP's besprüht oder in organische Lösungen des SMP's eingetaucht. Das Lösungsbeschichtungsverfahren führt zu einer gleichmäßigen Schicht des das leitfähige Element beschichtenden Polymers. Es kann jede geeignete Dicke der SMP-Beschichtung des leitfähigen Elements eingesetzt werden, solange die Formänderung und/oder Biegemoduleigenschaften nicht gefährdet werden. In einer Ausführungsform weist die Beschichtung eines leitfähigen Drahtes vorzugsweise eine Dicke von bis zu ungefähr 0,250 Millimetern auf. Das leitfähige Element wird vorzugsweise mit einem Beschichtungsmittel behandelt, um die Haftung des SMP's auf die Oberfläche des leitfähigen Elements zu verbessern. Geeignete Beschichtungsmittel schließen Polyvinylchlorid, Silikon und dergleichen ein. Die organischen Lösungen, welche in dem Lösungsbeschichtungsverfahren eingesetzt werden, müssen mit dem SMP kompatibel sein, dürfen das Beschichtungsmittel aber nicht auflösen.
In einer anderen Ausführungsform kann das leitfähige Element ein thermisch leitfähiges Polymer oder eine thermisch leitfähige Keramik sein, wie beispielsweise ein leitfähiges Epoxid und leitfähiges Polymer, wie beispielsweise Polyanilin, Polypyrrol und Polythiophen und ihre Derivate.
In einer anderen Ausführungsform enthält das leitfähige Element 21 Füllstoffe, welche in dem SMP gleichmäßig dispergiert sind, und insbesondere Füllstoffe, welche hohe thermische und/oder elektrische Leitfähigkeitseigenschaften aufweisen. Durch das Eindringen von leitendem Füllstoff in das SMP ergibt sich eine erhöhte Geschwindigkeit der Formveränderung und/oder der Biegemodulveränderung, weil sich das thermisch und/oder elektrisch leitfähige Material in Kontakt mit einer großen Oberfläche des SMP's befindet, um dadurch den Wärmetransfer zu erleichtern. Geeignete Füllstoffe schließen Partikel, Pulver, Flocken oder Fasern aus Metallen, aus Metalloxiden, aus Metalllegierungen und/oder aus leitfähigem Kohlenstoff sowie Glas, Keramik oder Graphitfasern beschichtet mit Metall oder mit Metalllegierungen ein. Geeignete Faserfüllstoffe schließen Fasern ein, welche aus Kupfer, Silber, Aluminium, Nickel, Kohlenstoff, Graphit, Magnesium, Chrom, Zink, Eisen, Titan und Mischungen enthaltend wenigstens eines der vorstehenden Metalle hergestellt werden. Ferner sind Fasern geeignet, welche aus Legierungen von Eisen, wie rostfreiem Stahl, aus Nickellegierungen und aus Kupferlegierungen hergestellt sind. Ebenfalls geeignet sind Metall beschichtete Fasern mit Kernen aus verschiedenen Materialien. Geeignete Kernmaterialien für die Metall beschichteten Fasern schließen glasartige Materialien, wie beispielsweise Glas, Aluminiumsilikate, Magnesiumsilikate, Calciumsilikate und dergleichen, sowie anorganische Kohlenstoffmaterialien, wie beispielsweise Graphit, Kohlenstofffasern, Glimmer und dergleichen, ein. Geeignete partikelförmige Materialien schließen Pulver oder Partikel aus Kohlenstoff, Eisen, Aluminium, Kupfer, Magnesium, Chrom, Zinn, Nickel, Silber, Eisen, Titan, rostfreiem Stahl und Mischungen enthaltend wenigstens eines der vorstehenden ein.
Eine geeignete Füllstoffmenge kann größer als oder gleich ungefähr 0,1 Gewichtsprozent und vorzugsweise größer als oder gleich ungefähr 1 Gewichtsprozent bezogen auf das Gesamtgewicht des Formgedächtnispolymers sein. Ferner bevorzugt ist eine Füllstoffmenge von weniger als oder gleich ungefähr 25 Gewichtsprozent, besonders bevorzugt von weniger als oder gleich ungefähr 20 Gewichtsprozent und am meisten bevorzugt von weniger als oder gleich ungefähr 10 Gewichtsprozent bezogen auf das Gesamtgewicht des Formgedächtnispolymers. Der Füllstoff ist in der Polymermatrix vorzugsweise gleichmäßig verteilt.
In einer zweiten Ausführungsform umfasst ein lösbares Befestigungssystem, wie in der 4 gezeigt, welches allgemein als 30 bezeichnet ist, zwei Hakenabschnitte 32 und 34. Ein erster Träger 40 weist auf einer Seite hiervon eine Vielzahl von eng benachbarten hochstehenden ersten Hakenelementen 42 auf. Die ersten Hakenelemente 42 enthalten ein leitfähiges Element 44 sowie ein SMP-Material 46. Vorzugsweise weisen die ersten Hakenelemente, wie gezeigt, eine T-Form auf. Die seitlichen Verlängerungen der T-Form sind vorzugsweise in einer einzigen Richtung ausgerichtet. Bei dieser Ausführungsform ist die temporäre Form der ersten Hakenelemente 42 die "T"-Form und ist die permanente Form der Hakenelemente 42 eine im Wesentlichen aufgerichtete oder kollabierte "Y"-Form. Ein zweiter Träger 36 weist eine Vielzahl von eng beabstandeten, hochstehenden zweiten Hakenelementen 38 auf, welche zu einem mechanischen Angesicht-zu-Angesicht-Eingriff verpresst werden können, was eine Verbindung erzeugt, welche bezüglich ihrer Scher- und Abziehkräfte stark ist und bezüglich der Ablösung relativ schwach ist. Die zweiten Hakenelemente 38 können jedes geeignete Material enthalten, einschließlich einem Formgedächtnispolymer und einem leitfähigen Element. Wie dargestellt, weisen die zweiten Hakenelemente vorzugsweise eine zu der der ersten Hakenelemente ähnliche Form sowie eine abgestufte Konfiguration auf. Die seitlichen Verlängerungen der T-Form der zweiten Hakenelemente sind in derselben Richtung wie die der ersten Hakenelemente ausgerichtet und verzahnen sich beim mechanischen Angesicht-zu-Angesicht-Eingriff mit den ersten Hakenelementen.
Das Formgedächtnispolymer 46 verschafft den ersten Hakenelementen 42 eine Formveränderungs- und/oder Biegemodulveränderungsfähigkeit. Eine Aktivierungsvorrichtung 50 befindet sich gekoppelt mit und in operativer Verbindung mit den ersten Hakenelementen 42. Die Aktivierungsvorrichtung 50 liefert bei Bedarf ein thermisches Aktivierungssignal zu den Hakenelementen 42, um eine Veränderung in der Formausrichtung und/oder in dem Biegemodul der Hakenelemente 42 zu verursachen. Das dargestellte lösbare Befestigungssystem 30 ist lediglich exemplarisch.
Um die aus dem Eingriff des ersten Trägers 40 und des zweiten Trägers 36 resultierenden Scher- und Abziehkräfte zu verringern, werden die Formausrichtung und/oder das Biegemodul der ersten Hakenelemente 42 nach dem Erhalt des thermischen Aktivierungssignals von der Aktivierungsvorrichtung 50 geändert, um einen Fernfreisetzungsmechanismus der eingegriffenen Verbindung zu schaffen. Wie beispielsweise in den 4 und 5 dargestellt, weist die Vielzahl erster und zweiter Hakenelemente eine T-förmige Ausrichtung auf, wobei sich die Form der ersten Hakenelemente 42 bei Bedarf nach Erhalt des thermischen Aktivierungssignals von der Aktivierungsvorrichtung 50 zu einer im Wesentlichen gefalteten oder kollabierten Y-Form verändert. Die im Wesentlichen gefaltete oder kollabierte Y-Form relativ zu der T-förmigen Ausrichtung führt zu einer beträchtlichen Verringerung in den Scher- und/oder Abziehkräften der Verbindung.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist die permanente Form der Hakenelemente 22 eine T-Form. Bei dieser Ausführungsform führt eine Veränderung in den Biegemoduleigenschaften, während unter der Last des Eingriffs stehend, zu einer Formveränderung zu einer gefalteten oder kollabierten Y-Form. Die thermische Stimulation führt zu einer Lösung des Eingriffs des Befestigungssystems. Nach der Lösung wird die permanente T-Form nunmehr durch das Anwenden des thermischen Stimulationssignals in der Abwesenheit einer Last wiederhergestellt.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden die zweiten Hakenelemente 38 aus einem Metall oder aus leitfähigem Metall hergestellt, welches bei Bedarf selektiv erhitzt werden kann, um bei den ersten Hakenelementen 42 eine Formveränderung und/oder Biegemodulveränderung zu bewirken. In einer anderen Ausführungsform weisen sowohl die ersten Hakenelemente 42 als auch die zweiten Hakenelemente 38 ein leitfähiges Element und SMP-Material auf.
In einer dritten Ausführungsform enthält ein lösbares Befestigungssystem der 6, welches allgemein als 100 bezeichnet ist, einen Hohlraumabschnitt 120 und einen Hakenabschnitt 140. Der Hohlraumabschnitt 120 weist an einer Seite hiervon eine Vielzahl von fixierten Hohlraumelementen 180 auf, wohingegen der Hakenabschnitt 140 einen Träger 200 und eine Vielzahl von eng beabstandeten, aufstehenden, flexiblen Hakenele menten 220 aufweist, welche sich von einer Seite hiervon aus erstrecken. Die Hakenelemente 220 enthalten ein Formgedächtnispolymer.
Das Formgedächtnispolymer stattet die Hakenelemente 220 mit einer Fähigkeit zur Formveränderung und/oder Veränderung des Biegemoduls aus. Eine Aktivierungsvorrichtung 240 befindet sich gekoppelt mit und in operativer Verbindung mit dem Hohlraumteilstück 120. Die Aktivierungsvorrichtung 240 liefert bei Bedarf ein thermisches Aktivierungssignal zu den Hakenelementen 220, um eine Veränderung in der Formausrichtung und/oder in dem Biegemodul der Hakenelemente 220 zu bewirken. Das dargestellte lösbare Befestigungssystem 100 ist lediglich exemplarisch und ist nicht dazu gedacht, auf eine bestimmte Form, Größe, Konfiguration, Anzahl oder Form von Hakenelementen 220, Form oder Anzahl von Hohlraumelementen 180, die Lage oder die Art der Aktivierungsvorrichtung oder dergleichen beschränkt zu sein.
Während des Eingriffs werden die beiden Abschnitte 120, 140 miteinander verpresst, um eine Verbindung zu erzeugen, welche bezüglich der Scher- und/oder Abziehrichtungen relativ stark ist und in der Ablöserichtung schwach ist. Wie in der 6 gezeigt, greifen oder „schnappen" die Hakenelemente 220, wenn die beiden Abschnitte 120, 140 miteinander zu einem Angesicht-zu-Angesicht-Eingriff verpresst werden, in die Hohlraumelemente 180 ein, was eine Eingriffsverbindung liefert.
Um die aus dem Eingriff resultierenden Scher- und Abziehkräfte zu verringern, werden die Formausrichtung und/oder das Biegemodul der Hakenelemente 220 nach dem Erhalt eines thermischen Aktivierungssignals von der Aktivierungsvorrichtung 240 geändert, um einen Fernfreisetzungsmechanismus der Eingriffsverbindung zu schaffen. Wie in den 6 und 7 gezeigt, weist die Vielzahl von Hakenelementen beispielsweise eine noppenförmige Geometrie auf, welche bei Bedarf nach dem Erhalt des thermischen Aktivierungssignals von der Aktivierungsvorrichtung 240 zu im Wesentlichen aufgerichteten oder elliptischen Ausrichtungen geändert wird. Die im Wesentlichen aufgerichtete oder elliptische Ausrichtung führt verglichen mit der noppenförmigen Ausrichtung zu beträchtlichen Verringerungen in den Scher- und/oder Abziehkräften der Verbindung.
Die Haken für die Haken- und Hohlraumausführungsform können aus den vorstehend für die Haken- und Schlaufenausführungsform genannten Materialien hergestellt werden. Die Hakenelemente können aus SMP allein, aus SMP mit einem eingebetteten leitfähigen Element oder aus SMP und leitfähigem Füllstoff hergestellt werden. Die Wärmequelle (zuvor beschrieben) kann mit dem Hakenabschnitt, mit dem Hohlraumabschnitt oder direkt mit den Hakenelementen selbst verbunden sein. Der Hohlraumabschnitt kann aus Metall, aus Polymeren oder aus Polymerverbundstoffen hergestellt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Anordnung aus geeignet geformten, regelmäßig beabstandeten Hohlraumelementen des Hohlraumabschnitts 120 an eine im Wesentlichen ähnlich regelmäßig beabstandete Anordnung von Hakenelementen des Hakenabschnitts 140 angepasst.
Es ist zu beachten, dass jede Anzahl von unterschiedlichen Produkten oder Strukturelementen unter Verwendung dieser Technik zerlegt werden kann. Es ist nicht notwendig, die exakte Position jedes Befestigungsmittels eines Produkts zu kennen und physisch zu lokalisieren. Anstatt dessen ist es lediglich erforderlich, die Übergangstemperatur des Formgedächtnispolymers, welches in den Produkten eingesetzt wird, zu kennen, um es zu ermöglichen, dass das Material "aktiviert" wird.
Die Bezugnahme auf "erste" und "zweite" sind lediglich Kennungen und nicht dazu beabsichtigt, eine Position, Sequenz, Reihenfolge etc. darzustellen.
Die Offenbarung wird durch das nachfolgende, nicht beschränkende Beispiel weiter veranschaulicht.
Beispiel
In diesem Beispiel wurde durch Lösungsbeschichten ein Hakenabschnitt aus einem Formgedächtnispolymer hergestellt. Eine Vielzahl von Kupferdrahthaken wurde als Vorsprünge aus einer Kupfermetalloberfläche ausgebildet. Die Haken wurden mit 2 bis 3 Millimetern Länge aus einem Draht mit einem Durchmesser von 0,01 Inch gebildet. Die Drahthaken wurden mit einem dünnen Film aus Polyvinylchlorid oder Silikon vorbehandelt. Das Polyurethan-Formgedächtnispolymer MM5520 von Mitsubishi Heavy Industries mit der allgemeinen Struktur [R'-O-C(O)NH-R-NH-C(O)-O-]_n, worin R und R' variiert werden, um Unterschiede in den physikalischen Eigenschaften, wie beispielsweise Härte, Zugfestigkeit, Modul, Übergangstemperatur, Tg und spezifischem Gewicht zu liefern, wurde in Dimethylformamid oder Dioxan gelöst, um eine 10 bis 30 prozentige Lösung zu bilden. Die Haken wurden mit dem Polyurethan durch ein Mehrfachsprühverfahren oder durch ein Mehrfacheintauchverfahren beschichtet. Die beschichteten Haken wurden nach jedem Lösungssprühen oder -eintauchen bei ungefähr 80°C bis ungefähr 100°C getrocknet. Mit diesem Verfahren können Polymerfilme von bis zu ungefähr 0,25 Millimetern hergestellt werden. Die Metalloberfläche wurde dann mit einem Dünnfilmwiderstandsheizgerät ausgestattet.
Während die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf eine exemplarische Ausführungsform beschrieben worden ist, wird es von den Fachleuten verstanden werden, dass verschiedene Veränderungen gemacht werden können und Elemente durch Äquivalente hiervon ersetzt werden können, ohne den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Des Weiteren können viele Modifikationen durchgeführt werden, um eine bestimmte Situation oder ein bestimmtes Material an die Lehren der Offenbarung anzupassen, ohne vom wesentlichen Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Daher ist es beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die als beste Ausführungsform zum Ausführen der vorliegenden Erfindung erachtete Ausführungsform beschränkt wird, sondern dass die Erfindung alle Ausführungsformen umfasst, welche in den Schutzbereich der beigefügten Patentansprüche fallen.

Claims

Lösbares Befestigungssystem (100) umfassend: einen Hohlraumabschnitt (120), welcher einen Träger und eine Vielzahl von in dem Träger angeordneten Hohlräumen (180) umfasst, einen Hakenabschnitt (140), welcher einen Träger (200) sowie eine Vielzahl von auf einer Oberfläche hiervon angeordneten Hakenelementen (220) umfasst, wobei die Vielzahl von Hakenelementen (220) ein Formgedächtnispolymer enthält und in einem nicht angetriebenen Zustand zu der Vielzahl der Hohlräume (180) komplementäre Formen aufweist, und eine thermische Aktivierungsvorrichtung (240), welche mit der Vielzahl von Hakenelementen (220) verbunden ist, wobei die thermische Aktivierungsvorrichtung (240) so betrieben werden kann, dass diese selektiv ein thermisches Aktivierungssignal zu der Vielzahl von Hakenelementen (220) liefert und die Ausrichtung der Form und/oder das Biegemodul hiervon verändert, um die Scherkraft und/oder die Abziehkraft eines eingegriffenen Haken- und Hohlraumabschnitts (140, 120) zu verringern.
Lösbares Befestigungssystem nach Anspruch 1, wobei das Formgedächtnispolymer Polyphosphazene, Polyvinylalkohole, Polyamide, Polyesteramide, Polyaminosäuren, Polyanhydride, Polycarbonate, Polyacrylate, Polyalkylene, Polyacrylamide, Polyalkylenglykole, Polyalkylenoxide, Polyalkylenterephthalate, Polyorthoester, Polyvinylether, Polyvinylester, Polyvi nylhalogenide, Polyester, Polylactide, Polyglykolide, Polysiloxane, Polyurethane, Polyether, Polyetheramide, Polyetherester, Polymethylmethacrylat, Polyethylmethacrylat, Polybutylmethacrylat, Polyisobutylmethacrylat, Polyhexylmethacrylat, Polyisodecylmethacrylat, Polylaurylmethacrylat, Polyphenylmethacrylat, Polymethylacrylat, Polyisopropylacrylat, Polyisobutylacrylat und Polyoctadecylacrylat, Polystyrol, Polypropylen, Polyvinylphenol, Polyvinylpyrrolidon, chloriertes Polybutylen, Polyoctadecylvinylether, Ethylenvinylacetat, Polyethylen, Polyethylenoxid-Polyethylenterephthalat, Polyethylen/Nylon (Pfropfcopolymer), Polycaprolacton-Polyamid (Blockcopolymer), Polycaprolacton-Dimethacrylat-n-Butylacrylat, polyhedrisches oligomeres Polynorbornylsilsesquioxan, Polyvinylchlorid, Urethan/Butadien-Copolymere, Polyurethan-Blockcopolymere, Styrol-Butadien-Styrol-Blockcopolymere oder Copolymere hiervon enthält.
Lösbares Befestigungssystem nach Anspruch 1, wobei das thermische Aktivierungssignal das Erhitzen des Formgedächtnispolymers auf eine Temperatur oberhalb einer ersten Übergangstemperatur umfasst, um eine Veränderung in der Ausrichtung der Form und/oder in dem Biegemodul der Vielzahl von Hakenelementen (180) zu bewirken.
Lösbares Befestigungssystem nach Anspruch 1, wobei das Formgedächtnispolymer des Weiteren ein leitendes Element enthält.
Lösbares Befestigungssystem nach Anspruch 1, wobei das Formgedächtnispolymer des Weiteren einen leitfähigen Füllstoff enthält.
Lösbares Befestigungssystem (30) umfassend: einen ersten Hakenabschnitt (32), welcher einen ersten Träger (40) und eine Vielzahl von auf einer Oberfläche hiervon angeordneten ersten T-förmigen Hakenelementen (42) umfasst, wobei die Vielzahl der ersten Hakenelemente (42) ein Formgedächtnispolymer enthält, einen zweiten Hakenabschnitt (34), welcher einen zweiten Träger (36) und eine Vielzahl von auf einer Oberfläche hiervon angeordneten zweiten T-förmigen Hakenelementen (38) umfasst, wobei die zweiten Hakenelemente (38) eine zu der der ersten Hakenelemente (42) ähnliche Form aufweisen, und eine thermische Aktivierungsvorrichtung (50), welche mit der Vielzahl der ersten Hakenelemente (42) verbunden ist, wobei die thermische Aktivierungsvorrichtung (50) so betrieben werden kann, dass diese selektiv ein thermisches Aktivierungssignal zu der Vielzahl der ersten Hakenelemente (42) liefert und eine Veränderung der Ausrichtung der Form und/oder des Biegemoduls hiervon bewirkt, um die Scherkraft und/oder die Abziehkraft eines eingegriffenen ersten Haken- und zweiten Hakenabschnitts (32, 34) zu verringern.
Lösbares Befestigungssystem nach Anspruch 6, wobei das Formgedächtnispolymer Polyphosphazene, Polyvinylalkohole, Polyamide, Polyesteramide, Polyaminosäuren, Polyanhydride, Polycarbonate, Polyacrylate, Polyalkylene, Polyacrylamide, Polyalkylenglykole, Polyalkylenoxide, Polyalkylenterephthalate, Polyorthoester, Polyvinylether, Polyvinylester, Polyvinylhalogenide, Polyester, Polylactide, Polyglykolide, Polysiloxane, Polyurethane, Polyether, Polyetheramide, Polyetherester, Polymethylmethacrylat, Polyethylmethacrylat, Polybutylmethacrylat, Polyisobutylmethacrylat, Polyhexylmethacrylat, Polyisodecylmethacrylat, Polylaurylmethacrylat, Polyphenylmethacrylat, Polymethylacrylat, Polyisopropylacrylat, Polyisobutylacrylat und Polyoctadecylacrylat, Polystyrol, Polypropylen, Polyvinylphenol, Polyvinylpyrrolidon, chloriertes Polybutylen, Polyoctadecylviny lether, Ethylenvinylacetat, Polyethylen, Polyethylenoxid-Polyethylenterephthalat, Polyethylen/Nylon (Pfropfcopolymer), Polycaprolacton-Polyamid (Blockcopolymer), Polycaprolacton-Dimethacrylat-n-Butylacrylat, polyhedrisches oligomeres Polynorbornylsilsesquioxan, Polyvinylchlorid, Urethan/Butadien-Copolymere, Polyurethan-Blockcopolymere, Styrol-Butadien-Styrol-Blockcopolymere oder Copolymere hiervon enthält.
Lösbares Befestigungssystem nach Anspruch 6, wobei sich die Ausrichtung der Form der Vielzahl der ersten Hakenelemente (42) nach dem Erhalt des thermischen Aktivierungssignals von der T-förmigen Ausrichtung zu einer im Wesentlichen kollabierten oder Y-Formausrichtung verändert.
Lösbares Befestigungssystem nach Anspruch 6, wobei die Vielzahl der ersten Hakenelemente (42) des Weiteren ein leitendes Element (44) umfasst.
Lösbares Befestigungssystem nach Anspruch 9, wobei das leitende Element (44) Metall, Metalllegierungen, leitfähigen Kohlenstoff, thermisch leitfähige Polymere, leitfähige Keramik, leitfähige Epoxide, leitfähiges Polyanilin, leitfähiges Polypyrrol oder leitfähiges Polythiophen enthält.
Lösbares Befestigungssystem nach Anspruch 10, wobei das leitende Element (44) das thermische Aktivierungssignal durch Widerstandserhitzen durch den Draht zu der Vielzahl der ersten Hakenelemente (42) fördert.
Lösbares Befestigungssystem nach Anspruch 6, wobei die Vielzahl der zweiten Hakenelemente (38) ein Formgedächtnispolymer enthält.
Lösbares Befestigungssystem nach Anspruch 6, wobei das Formgedächtnispolymer eine permanente Form und eine temporäre Form aufweist, wobei die permanente Form eine Ausrichtung der Form der Vielzahl der ersten Hakenelemente (42) in einer kollabierten oder Y-förmigen Ausrichtung aufweist und die temporäre Form eine T-förmige Ausrichtung aufweist.
Lösbares Befestigungssystem nach Anspruch 6, wobei das Formgedächtnispolymer eine permanente Form sowie eine temporäre Form aufweist, wobei die permanente Form eine Ausrichtung der Form der Vielzahl der ersten Hakenelemente (42) in einer T-förmigen Ausrichtung aufweist und die temporäre Form eine kollabierte oder Y-förmige Ausrichtung aufweist.
Lösbares Befestigungssystem nach Anspruch 14, wobei die Formänderung während des Anlegens des thermischen Aktivierungssignals an den eingegriffenen ersten Haken- und zweiten Hakenabschnitten (32, 34) auftritt, wobei das thermische Aktivierungssignal die Biegemoduleigenschaften der Vielzahl der ersten Hakenelemente (42) verringert und die Form der Vielzahl von Hakenelementen (42) aufgrund einer durch die Eingriffslast angewendeten Kraft zu einer kollabierten oder Y-förmigen Ausrichtung verändert.