WO2012119806A1 - Bauteil für ein fahrzeug - Google Patents

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WO2012119806A1
WO2012119806A1 PCT/EP2012/051040 EP2012051040W WO2012119806A1 WO 2012119806 A1 WO2012119806 A1 WO 2012119806A1 EP 2012051040 W EP2012051040 W EP 2012051040W WO 2012119806 A1 WO2012119806 A1 WO 2012119806A1
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foam
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Andreas Eppinger
Daniel Jendritza
Ming Huo
Wei Lange-Mao
Yanning Zhao
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Johnson Controls Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a component for a vehicle. Furthermore, the concerns
  • Invention a use for a component for a vehicle.
  • DE 10 2007 022 403 A1 describes a permanent magnet which comprises a main body with a magnetic north pole and a magnetic south pole, wherein the main body is elastically deformable.
  • the base body is made for example of a foam.
  • the permanent magnet as a pressure sensor z.
  • magnetostrictive elements for the targeted movement of components or the vibration damping of components.
  • Object of the present invention is to provide a comparison with the prior art improved component for a vehicle, which
  • a component for a vehicle according to the invention has at least one
  • Component which is formed from a magnetically active and / or magnetically activatable foam material and / or a dielectric elastomer, wherein the component is laterally at least partially or completely limited, that the component in at least one freedom is elastically expandable.
  • the freedom or the freedom of expansion of the component can be predetermined in an advantageous manner, so that a change in a magnetic field or an electromagnetic pressure caused by the expansion can be controlled.
  • the expansion of the component takes place on the basis of external action, which is preferred
  • the component Due to the use of a magnetically active and / or magnetically activatable foam material, the component has high rigidity, low density, good energy absorption, increased mechanical damping, good sound insulation, good thermal and electrical conductivity and optimum shielding against electromagnetic fields. Even when using dielectric elastomers, a relatively light weight, a long service life and a good energy absorption of the component are achieved.
  • a magnetically active and / or magnetically activatable foam material Due to the use of a magnetically active and / or magnetically activatable foam material, the component has high rigidity, low density, good energy absorption, increased mechanical damping, good sound insulation, good thermal and electrical conductivity and optimum shielding against electromagnetic fields. Even when using dielectric elastomers, a relatively light weight, a long service life and a good energy absorption of the component are achieved.
  • a magnetically active and / or magnetically activatable foam material Due to the use of a magnetically active and / or magnetically activatable foam material, the component
  • Magnetically active and / or magnetically activated foam material or a dielectric elastomer a reduction of the susceptibility to wear of the components and thus of the component possible.
  • a first preferred embodiment of the invention is the
  • the frame is preferably made of a mechanically stable material, for. As a plastic / ceramic mixture formed.
  • Component limited by at least one adjacent further component.
  • an expansion of the component is cost-effectively feasible, since by means of the further component in addition to the limitation of the component and other applications can be realized.
  • the adjacent, further component is positively and / or non-positively applied to the component.
  • the adjacent, further component is positively and / or non-positively applied to the component.
  • the opening wall determines an opening, which is part of the vehicle, for example, so that a limitation of the component is space-saving and cost-efficient.
  • the Limited component by means of enclosure in a further material, wherein the further material has a corresponding strength.
  • the further material is preferably materially connected to the component, so that an optimal limitation of the component can be realized.
  • the component described above provides according to the invention that the component is used as a switching element and / or sound transducer and / or active Schalldämpfelement and / or energy conversion element.
  • the component is for example for operating a
  • the component can be integrated, for example, in a sound device of the vehicle.
  • an active silencing element is by means of the component a sound energy in a room, in particular vehicle interior, in an advantageous manner and
  • the component is as an energy conversion system in one
  • Hydraulic system can be integrated, by means of which amplitudes or forces can be amplified or by means of which linear influences in
  • FIG. 2A schematically shows a side view of a sound transducer
  • FIG. 2B schematically shows the sound transducer according to FIG. 2A in plan view
  • FIG. 3 shows a schematic side view of a vehicle seat with an active silencing element
  • FIG 4 shows schematically a device for energy conversion in
  • Figure 1 shows a sectional view of a component B, which as
  • Switching element 1 is formed and arranged in a holder 1 .1.
  • the switching element 1 is for example a button and is used to control instruments with high precision.
  • the switching element 1 can be used to control an air conditioning system, a window lift or seat heater of a vehicle or for volume control of an entertainment medium in a vehicle.
  • the switching element 1 comprises an element 2 which consists of a magnetically active and / or magnetically activatable and compressible
  • Foamed material is formed with a magnetically activated surface 2.1.
  • the element 2 is referred to below as magnetic foam 2.
  • Foam materials have very good reversible deformation properties.
  • the foam material is z. B. formed from styrene-butadiene rubber or ethyl vinyl acetate and has any pore sizes.
  • the magnetic particles are arranged, wherein the arrangement is preferably homogeneous.
  • the magnetic particles are preferably ferromagnetic particles, e.g. B. strontium ferrite particles, and have a particle diameter in the lower micrometer range, 0.1 - 10 microns, so that the foam material is not significantly affected in its construction.
  • the magnetically activatable surface 2.1 has a relation to the
  • Magnetic foam 2 increased concentration of ferromagnetic particles on.
  • An expansion of the magnetic foam 2 in transverse orientation x is limited by means of the holder 1 .1, which is preferably formed of a material having a corresponding strength.
  • the magnetic foam 2 has a magnetic field whose field strength can be varied, for example, by an external, mechanical pressure action on the magnetically activatable surface 2.1.
  • the magnitude of the magnetic field strength is by means of a in the switching element. 1
  • the sensor 3 is, with respect to a longitudinal orientation y of the switching element 1, shown with an arrow, disposed below the magnetic foam 2.
  • the detected by the sensor 3 change in the field strength of the magnetic field is forwarded in the form of an electrical signal to an unillustrated control device of an instrument to be controlled, which evaluates the electrical signal accordingly.
  • the actuator unit 5 generates in response to the electrical signal, for example by means of a coil, a vibration which haptic and / or tactile detectable. For example, a user of the actuator unit 5
  • the switching element 1 thus enables rapid control of the instrument to be controlled and has a long service life, as
  • Magnetic foam 2 are largely avoided. Furthermore, the use of the magnetic foam 2 allows the application of the switching element 1 in a wide temperature range, for. From -40 degrees Celsius to +85 degrees Celsius.
  • Figures 2A and 2B show the component B, which is designed as a sound transducer 6, wherein in Figure 2A, the sound transducer 6 is shown in side view and in Figure 2B in plan view.
  • the sound transducer 6 comprises a dielectric elastomer 6.1, which preferably pre-stretched and as a compliant, electrostatic
  • Capacitor is formed.
  • the dielectric exists
  • Dielectric elastomers of silicone or acrylic.
  • Dielectric elastomers continue to be characterized by a light weight and a high elastic energy density.
  • the sound transducer 6 can be used, for example, as a sound device
  • the electrodes 6.2, 6.3 are electrically connected to an audio amplifier unit, not shown.
  • an expansion of the dielectric elastomer 6.1 in high-order z of the sound transducer 6 is limited. In an alternative embodiment, an expansion of the dielectric elastomer 6.1 is also in the transverse orientation x or
  • Frame 6.4 is to be arranged accordingly.
  • the dielectric elastomer 6.1 may be formed of a material having different volumes. Alternatively, it is also possible to produce a dielectric elastomer 6.1 with a small volume, which means the application of very small
  • the dielectric elastomer 6.1 may be provided with a corresponding coating.
  • the sonic transducer 6 offers a variety of applications for new technologies.
  • Figure 3 shows schematically a side view of a vehicle seat 7 with the component B, which is designed as an active Schalldämpfelement 8.
  • the vehicle seat 7 comprises a headrest 7.1, a backrest 7.2 and a seat part 7.3.
  • the active silencing element 8 has a magnetic foam 2 which forms both a sensor 3 and an actuator unit 5.
  • the magnetic foam 2 is characterized by a mechanical vibration
  • a sound is excited to vibrate, whereby a corresponding mechanical countervibration is generated, so that by means of destructive interference, a resulting amplitude of the mechanical vibration and countervibration, d. H. the sound energy in a room is reduced.
  • An extension of the active sound damping element 8 is due to the arrangement in or on the backrest of the 7.2
  • Vehicle seat 7 in particular in the longitudinal direction y of the active
  • Sound damping elements 8 limited. Alternatively or additionally, a
  • Extension of the active silencing element 8 may be limited even in high orientation z or transverse orientation x, for example by enclosing the magnetic foam 2 in another material which has a corresponding strength.
  • Such an active silencing element 8 has a high energy efficiency.
  • Figure 4 shows the component B, which as a device 9 for
  • Energy conversion is formed and comprises two cube-shaped magnetic foams 2 and a plate-shaped output member 10 for outputting electrical signals.
  • the magnetic foams 2 are each a flat side of the
  • Output member 10 disposed opposite to each other, wherein an expansion of the magnetic foams 2 in high alignment z of the device 9 is limited by the output member 10.
  • external influences 1 each shown as a double-sided arrow, such.
  • the magnetic foams 2 are compressed.
  • the compression of the magnetic foams 2 causes a movement of the electrical charges in the magnetic field of the magnetic foams 2. Since the external effects act perpendicular to the magnetic field of the magnetic foams 2, the Lorentz force acts on the moving electrical charges of the
  • Charge shift causes a potential difference and generates an electrical voltage 12, shown with a double-sided arrow, which is output by means of the output element 10 to, for example, an electric motor, not shown.
  • the output of the electrical voltage 12 can either be boosted or dampened by means of further components.
  • the magnetic foams 2 act as active elements in the device 9 and, due to their already described good
  • a hydraulic system can be integrated, by means of which amplitudes or forces can be amplified or coupled by means of linear influences in rotary generators.
  • Magnetic foams 2 in combination with coils use, as already described in Figure 1.
  • at least one magnetic foam 2 and at least one coil for example, in seat foams, door panels, instrument panels and / or roof panels of a vehicle are arranged.
  • the magnetic foam 2 is compressed by means of external pressure effects, whereby the field strength of the magnetic field of the magnetic foam 2 is changed. As a result, an oscillation with a corresponding frequency is generated by the current-carrying coil, which can be detected haptically.
  • the magnetic foam 2 can be used in the seat part 7.3 and / or in the backrest 7.2 of the vehicle for massage of a vehicle occupant.
  • Frequencies for haptic detection of a signal for example
  • Polymers have the advantage that much lower voltages, preferably in the range of 12 volts, are needed.
  • Another application example is the use of magnetic foams 2 in a headrest 7.1 of a vehicle seat 7 for reducing

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bauteil (B) für ein Fahrzeug. Dabei ist wenigstens eine Komponente vorgesehen, die aus einem magnetisch aktiven und/oder magnetisch aktivierbaren Schaumwerkstoff und/oder einem dielektrischen Elastomer gebildet ist, wobei die Komponente derart seitlich zumindest teilweise oder vollständig begrenzt ist, dass die Komponente in mindestens einer Freiheit elastisch ausdehnbar ist. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Verwendung des Bauteils (B) als Schaltelement (1) und/oder Schallwandler (6) und/oder aktives Schalldämpfelement (8) und/oder Energiewandlungselement.

Description

Bauteil für ein Fahrzeug
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Bauteil für ein Fahrzeug. Weiterhin betrifft die
Erfindung eine Verwendung für ein Bauteil für ein Fahrzeug.
Üblicherweise sind elektronische, mechanische und/oder elektromechanische Bauteile für Fahrzeuge, wie z. B. ein Schalter, Schallwandler,
Schalldämpfelement, Energiewandler, Messgeräte, aus Kunststoff gefertigt.
Aus dem Stand der Technik sind Bauteile für Fahrzeuge bekannt, welche magnetisch oder magnetisch aktivierbar und elastisch deformierbar sind.
Dazu beschreibt die DE 10 2007 022 403 A1 einen Permanentmagneten, welcher einen Grundkörper mit einem magnetischen Nordpol und einem magnetischen Südpol umfasst, wobei der Grundkörper elastisch deformierbar ist. Dazu ist der Grundkörper beispielsweise aus einem Schaumstoff gefertigt. Verwendung findet der Permanentmagnet als Drucksensor z. B. in
Kraftfahrzeugen zur Sitzbelegungserkennnung, zur Ausgabe von
Alarmsignalen, als Schaltelement zur Bedienung von Klimaanlagen, usw.
Weiterhin ist bekannt, magnetorestriktive Elemente zur gezielten Bewegung von Bauteilen oder der Schwingungsdämpfung von Bauteilen einzusetzen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Bauteil für ein Fahrzeug anzugeben, welches
insbesondere eine hohe Steifigkeit und ein geringes Gewicht sowie eine hohe Lebensdauer aufweist. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Bauteil, welches die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist. Ein Bauteil für ein Fahrzeug weist erfindungsgemäß wenigstens eine
Komponente auf, die aus einem magnetisch aktiven und/oder magnetisch aktivierbaren Schaumwerkstoff und/oder einem dielektrischen Elastomer gebildet ist, wobei die Komponente derart seitlich zumindest teilweise oder vollständig begrenzt ist, dass die Komponente in mindestens einer Freiheit elastisch ausdehnbar ist.
Durch die Begrenzung der Komponente sind in vorteilhafter Art und Weise die Freiheit oder die Freiheiten der Ausdehnung der Komponente vorbestimmbar, so dass eine durch die Ausdehnung bedingte Änderung eines Magnetfelds oder eines elektromagnetischen Drucks steuerbar ist. Die Ausdehnung der Komponente erfolgt anhand äußerer Einwirkung, welche bevorzugt
mechanisch und/oder elektrisch ist.
Die Komponente weist aufgrund der Verwendung eines magnetisch aktiven und/oder magnetisch aktivierbaren Schaumwerkstoffs eine hohe Steifigkeit, geringe Dichte, gute Energieabsorption, erhöhte mechanische Dämpfung, gute Schallisolierung, eine gute thermische und elektrische Leitfähigkeit sowie eine optimale Abschirmung gegen elektro-magnetische Felder auf. Auch bei der Verwendung von dielektrischen Elastomeren werden ein relativ leichtes Gewicht, eine hohe Lebensdauer sowie eine gute Energieabsorption der Komponente erzielt. Vorzugsweise ist mittels der Verwendung eines
magnetisch aktiven und/oder magnetisch aktivierbaren Schaumwerkstoffs oder eines dielektrischen Elastomers eine Reduktion der Verschleißanfälligkeit der Komponenten und damit des Bauteils möglich. In einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die
Komponente durch einen Rahmen begrenzt. Der Rahmen ist vorzugsweise aus einem mechanisch stabilen Material, z. B. ein Kunststoff/Keramikgemisch, gebildet.
In einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die
Komponente durch zumindest ein angrenzendes weiteres Bauteil begrenzt. Damit ist eine Ausdehnung der Komponente kosteneffizient realisierbar, da mittels des weiteren Bauteils neben der Begrenzung der Komponente auch weitere Anwendungen realisierbar sind.
Für eine optimale Begrenzung der Komponente liegt das angrenzende, weitere Bauteil form- und/oder kraftschlüssig an der Komponente an. In einer dritten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die
Komponente mittels Anordnung in einer Öffnungswandung begrenzt. Die Öffnungswandung bestimmt eine Öffnung, welche beispielsweise Teil des Fahrzeugs ist, so dass eine Begrenzung der Komponente bauraumsparend und kosteneffizient möglich ist.
In einer vierten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die
Komponente mittels Einfassung in einen weiteren Werkstoff begrenzt, wobei der weitere Werkstoff eine entsprechende Festigkeit aufweist. Der weitere Werkstoff ist bevorzugt stoffschlüssig mit der Komponente verbunden, so dass eine optimale Begrenzung der Komponente realisierbar ist.
Eine Verwendung des zuvor beschriebenen Bauteils sieht erfindungsgemäß vor, dass die Komponente als Schaltelement und/oder Schallwandler und/oder aktives Schalldämpfelement und/oder Energiewandlungselement verwendet wird. Als Schaltelement ist das Bauteil beispielsweise zur Bedienung einer
Klimaanlage, einer Fensterhebeanlage oder Sitzheizung eines Fahrzeuges oder zur Lautstärkeregelung eines Unterhaltungsmediums in einem Fahrzeug geeignet.
Als Schallwandler kann das Bauteil beispielsweise in eine Klangvorrichtung des Fahrzeugs integriert werden.
Als aktives Schalldämpfelement ist mittels des Bauteils eine Schallenergie in einem Raum, insbesondere Fahrzeuginnenraum, in vorteilhafter Art und
Weise verringerbar. Beispielsweise ist es damit möglich, für Fahrzeuginsassen störende Schwingungen, beispielsweise von Fahrzeugfenstern und/oder Rückenlehnen bei Betrieb des Fahrzeuges, weitestgehend zu eliminieren. Darüber hinaus ist das Bauteil als Energiewandlungssystem in ein
hydraulisches System integrierbar, mittels welchem Amplituden oder Kräfte verstärkt werden können oder mittels welchem lineare Einflüsse in
Drehgeneratoren eingekoppelt werden. Anhand der beigefügten Figuren wird die Erfindung näher erläutert.
Dabei zeigen:
Figur 1 schematisch eine Schnittdarstellung eines Schaltelementes,
Figur 2A schematisch eine Seitenansicht eines Schallwandlers,
Figur 2B schematisch der Schallwandler gemäß Figur 2A in Draufsicht, Figur 3 schematisch eine Seitenansicht eines Fahrzeugsitzes mit einem aktiven Schalldämpfelement und Figur 4 schematisch eine Vorrichtung zur Energiewandlung in
perspektivischer Ansicht. Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen
Bezugszeichen versehen.
Figur 1 zeigt eine Schnittdarstellung eines Bauteils B, welches als
Schaltelement 1 ausgebildet und in einer Halterung 1 .1 angeordnet ist.
Das Schaltelement 1 ist beispielsweise ein Taster und wird zur Steuerung von Instrumenten mit hoher Präzision verwendet.
Beispielsweise kann das Schaltelement 1 zur Steuerung einer Klimaanlage, einer Fensterhebeanlage oder Sitzheizung eines Fahrzeuges oder zur Lautstärkeregelung eines Unterhaltungsmediums in einem Fahrzeug verwendet werden.
Das Schaltelement 1 umfasst ein Element 2, welches aus einem magnetisch aktiven und/oder magnetisch aktivierbarem sowie kompressiblen
Schaumwerkstoff mit einer magnetisch aktivierbaren Oberfläche 2.1 gebildet ist. Das Element 2 wird im Folgenden als Magnetschaum 2 bezeichnet.
Die Verwendung eines Mag netschau ms 2 ist besonders vorteilhaft, da
Schaumwerkstoffe sehr gute reversible Deformierungseigenschaften aufweisen. Der Schaumwerkstoff ist z. B. aus Styrol-Butadien-Kautschuk oder Ethylvinylacetat gebildet und weist beliebige Porengrößen auf.
In dem Schaumwerkstoff sind magnetische Partikel angeordnet, wobei die Anordnung vorzugsweise homogen besteht. Die magnetischen Partikel sind vorzugsweise ferromagnetische Partikel, z. B. Strontiumferritpartikel, und weisen einen Partikeldurchmesser im unteren Mikrometerbereich, 0,1 - 10 Mikrometer, auf, so dass der Schaumwerkstoff in seinem Aufbau nicht wesentlich beeinflusst wird. Die magnetisch aktivierbare Oberfläche 2.1 weist eine gegenüber dem
Magnetschaum 2 erhöhte Konzentration ferromagnetischer Partikel auf.
Eine Ausdehnung des Magnetschaums 2 in Querausrichtung x ist mittels der Halterung 1 .1 begrenzt, welche dazu bevorzugt aus einem Material mit einer entsprechenden Festigkeit gebildet ist.
Der Magnetschaum 2 weist ein magnetisches Feld auf, dessen Feldstärke beispielsweise durch eine äußere, mechanische Druckeinwirkung auf die magnetisch aktivierbare Oberfläche 2.1 veränderbar ist. Die Größe der magnetischen Feldstärke ist mittels eines in dem Schaltelement 1
angeordneten Sensors 3 erfassbar.
Der Sensor 3 ist, bezogen auf eine Längsausrichtung y des Schaltelements 1 , dargestellt mit einem Pfeil, unterhalb des Magnetschaums 2 angeordnet.
Die von dem Sensor 3 erfasste Änderung der Feldstärke des Magnetfeldes wird in Form eines elektrischen Signals an ein nicht dargestelltes Steuergerät eines zu steuernden Instrumentes weitergeleitet, welches das elektrische Signal entsprechend auswertet.
Darüber hinaus wird das elektrische Signal an eine Aktoreinheit 5
weitergeleitet, welche in Hochausrichtung z des Schaltelements 1 dem
Sensor 3 nachgeordnet ist. Die Aktoreinheit 5 erzeugt in Abhängigkeit des elektrischen Signals, beispielsweise mittels einer Spule, eine Schwingung, welche haptisch und/oder taktil erfassbar ist. Beispielsweise erhält ein Anwender des
Instrumentes so eine Rückmeldung, dass die Betätigung des
Schaltelementes 1 erfasst wurde. Das Schaltelement 1 ermöglicht somit eine schnelle Steuerung des zu steuernden Instrumentes und weist eine hohe Lebensdauer auf, da
Materialverformungen aufgrund der Materialeigenschaften des
Magnetschaums 2 weitestgehend vermieden werden. Weiterhin ermöglicht die Verwendung des Magnetschaums 2 die Anwendung des Schaltelements 1 in einem großen Temperaturbereich, z. B. von -40 Grad Celsius bis + 85 Grad Celsius.
Darüber hinaus werden äußeren Störungen, Störungen durch das
Schaltelement 1 , mögliche Beeinflussung der elektromagnetischen
Verträglichkeit sowie Einflüsse von anderen magnetischen Materialien in dem Instrument sowie Beeinflussung des Schaltelementes 1 durch Luftfeuchtigkeit entgegengewirkt. Die Figuren 2A und 2B zeigen das Bauteil B, welches als Schallwandler 6 ausgebildet ist, wobei in Figur 2A der Schallwandler 6 in Seitenansicht und in Figur 2B in Draufsicht dargestellt ist.
Der Schallwandler 6 weist ein dielektrisches Elastomer 6.1 auf, welches vorzugsweise vorgedehnt und als ein nachgiebiger, elektrostatischer
Kondensator ausgebildet ist. Beispielsweise besteht das dielektrische
Elastomer aus Silikon oder Acryl. Dielektrische Elastomere zeichnen sich weiterhin durch ein leichtes Gewicht und eine hohe elastische Energiedichte aus. Weiterhin ist das dielektrische Elastomer 6.1 zwischen zwei dehnbaren Elektroden 6.2, 6.3, insbesondere zwischen einer positiven Elektrode 6.2 und einer negativen Elektrode 6.3, angeordnet und von einem Rahmen 6.4 vollständig umgeben.
Der Schallwandler 6 kann beispielsweise als eine Klangvorrichtung
(Overhead-integriertes Soundsystem) verwendet werden. Dazu sind die Elektroden 6.2, 6.3 mit einer nicht dargestellten Audio-Verstärkereinheit elektrisch verbunden.
Wird an die Elektroden 6.2, 6.3 eine Spannung angelegt, ziehen sich diese aufgrund des sich einstellenden elektrostatischen Drucks an. Infolgedessen wird das dielektrische Elastomer 6.1 in seinem Volumen zusammengedrückt und dehnt sich seitlich aus, wodurch ein elektromagnetischer Druck erzeugt wird. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird eine Ausdehnung des dielektrischen Elastomers 6.1 in Hochausrichtung z des Schallwandlers 6 begrenzt. In einer alternativen Ausführungsform ist eine Ausdehnung des dielektrischen Elastomers 6.1 auch in Querausrichtung x oder
Längsausrichtung y des Schallwandlers 6 möglich, wobei dazu der
Rahmen 6.4 entsprechend anzuordnen ist.
Durch eine kontinuierliche Veränderung der angelegten Spannung ändert sich der aufgrund der durch das dielektrische Elastomers 6.1 erzeugte
elektromagnetische Druck proportional zur Spannung. Die kontinuierliche Änderung des elektromagnetischen Drucks hat eine Schwingung des dielektrischen Elastomers 6.1 zur Folge.
Um einen möglichst großen Frequenzbereich der zu erzeugenden
Schwingungen zu erzeugen, kann das dielektrische Elastomer 6.1 aus einem Material mit unterschiedlichen Volumina ausgebildet sein. Alternativ ist es auch möglich, ein dielektrisches Elastomer 6.1 mit einem geringen Volumen herzustellen, was das Anlegen von sehr kleinen
Spannungen ermöglicht. Um thermischen Einflüssen und/oder Einflüssen von Luftfeuchtigkeit auf den Schallwandler 6 entgegenzuwirken, kann das dielektrische Elastomer 6.1 mit einer entsprechenden Beschichtung versehen sein.
Darüber hinaus kann der Beeinflussung durch externe Störsignale auf das dielektrische Elastomer 6.1 mittels eines elektrisch abschirmenden Elementes, welches auf dem dielektrischen Elastomer 6.1 angeordnet ist,
entgegengewirkt werden.
Mittels des dielektrischen Elastomers 6.1 ist es möglich, einen weitestgehend flach ausgebildeten Schallwandler 6 zu verwenden, da ein Einbau von integrierten Schwingungserzeugern nicht notwendig ist.
Weiterhin bietet der Schallwandler 6 aufgrund seiner hohen Energiedichte, geringen Kosten und Vielseitigkeit, eine Vielzahl von Anwendungen für neue Technologien. Beispielsweise kann der Schallwandler 6 in haptischen
Rückkopplungsvorrichtungen, Pumpen, künstlichen Muskel, Ventilen oder Lautsprechern eingesetzt werden.
Figur 3 zeigt schematisch eine Seitenansicht eines Fahrzeugsitzes 7 mit dem Bauteil B, welches als aktives Schalldämpfelement 8 ausgebildet ist.
Der Fahrzeugsitz 7 umfasst eine Kopfstütze 7.1 , eine Rückenlehne 7.2 und ein Sitzteil 7.3. Das aktive Schalldämpfelement 8 weist einen Magnetschaum 2 auf, welcher sowohl einen Sensor 3 als auch eine Aktoreinheit 5 bildet. Der Magnetschaum 2 wird durch eine mechanische Schwingung,
insbesondere einen Schall, zum Schwingen angeregt, wodurch eine entsprechende mechanische Gegenschwingung erzeugt wird, so dass mittels destruktiver Interferenz eine resultierende Amplitude der mechanischen Schwingung und Gegenschwingung, d. h. die Schallenergie in einem Raum, verringert wird. Eine Ausdehnung des aktiven Schalldämpfelements 8 ist aufgrund der Anordnung in oder an der Rückenlehne 7.2 des
Fahrzeugsitzes 7 insbesondere in Längsausrichtung y des aktiven
Schalldämpfelements 8 begrenzt. Alternativ oder zusätzlich kann eine
Ausdehnung des aktiven Schalldämpfelement 8 auch in Hochausrichtung z oder Querausrichtung x begrenzt sein, beispielsweise durch Einfassung des Magnetschaums 2 in ein anderes Material, welches eine entsprechende Festigkeit aufweist.
Damit ist es möglich, für Fahrzeuginsassen störende Schwingungen, beispielsweise von Fahrzeugfenstern und/oder Rückenlehnen 7.2 bei Betrieb des Fahrzeuges, weitestgehend zu eliminieren. Darüber hinaus weist ein derartiges aktives Schalldämpfelement 8 eine hohe Energieeffizienz auf.
Figur 4 zeigt das Bauteil B, welches als eine Vorrichtung 9 zur
Energiewandlung ausgebildet ist und zwei würfelförmige Magnetschäume 2 und ein plattenförmig ausgebildetes Ausgabeelement 10 zur Ausgabe von elektrischen Signalen umfasst.
Die Magnetschäume 2 sind dabei jeweils einer ebenen Seite des
Ausgabeelements 10 gegenüberliegend zueinander angeordnet, wobei eine Ausdehnung der Magnetschäume 2 in Hochausrichtung z der Vorrichtung 9 durch das Ausgabeelement 10 begrenzt ist. Durch äußere Einwirkungen 1 1 , jeweils als doppelseitiger Pfeil dargestellt, wie z. B. mechanischer Druck, werden die Magnetschäume 2 komprimiert. Die Kompression der Magnetschäume 2 bewirkt eine Bewegung der elektrischen Ladungen im Magnetfeld der Magnetschäume 2. Da die äußeren Einwirkungen senkrecht zum Magnetfeld der Magnetschäume 2 einwirken, wirkt die Lorentzkraft auf die bewegten elektrischen Ladungen der
Magnetschäume 2 und setzt diese so in Bewegung. Diese
Ladungsverschiebung bewirkt eine Potentialdifferenz und erzeugt eine elektrische Spannung 12, dargestellt mit einem doppelseitigen Pfeil, welche mittels des Ausgabeelementes 10 an beispielsweise einen nicht dargestellten Elektromotor ausgegeben wird. Die Ausgabe der elektrischen Spannung 12 kann je nach Anwendung mittels weiterer Bauelemente entweder verstärkt oder gedämpft werden.
Die Magnetschäume 2 wirken in der Vorrichtung 9 als aktive Elemente und ermöglichen, aufgrund ihrer bereits beschriebenen guten
Materialeigenschaften kinetische Energie in elektrische Energie auf einfache und kostengünstige Weise umzuwandeln.
Darüber hinaus ist es möglich, die Vorrichtung 9 zu erweitern. Beispielsweise kann in der Vorrichtung 9 ein hydraulisches System integriert sein, mittels welchem Amplituden oder Kräfte verstärkt werden können oder mittels linearer Einflüsse in Drehgeneratoren eingekoppelt werden.
Im Folgenden wird auf weitere Anwendungsbeispiele von Magnetschäumen 2 eingegangen, welche nicht näher dargestellt sind. Um ein haptisch erfassbares Signal zu erzeugen ist es möglich,
Magnetschäume 2 in Kombination mit Spulen einzusetzen, wie es bereits in Figur 1 beschrieben ist. Dazu werden zumindest ein Magnetschaum 2 und zumindest eine Spule beispielsweise in Sitzschäumen, Türverkleidungen, Instrumententafeln und/oder Dachverkleidungen eines Fahrzeuges angeordnet.
Der Magnetschaum 2 wird mittels äußerer Druckeinwirkungen komprimiert, wodurch die Feldstärke des magnetischen Feldes des Magnetschaums 2 verändert wird. Infolgedessen wird von der stromdurchflossenen Spule eine Schwingung mit einer entsprechenden Frequenz erzeugt, welche haptisch erfassbar ist. Beispielsweise kann der Magnetschaum 2 im Sitzteil 7.3 und/oder in der Rückenlehne 7.2 des Fahrzeuges zur Massage eines Fahrzeuginsassen verwendet werden.
Damit ist es möglich, über die Steuerung des magnetischen Felds der
Magnetschäume 2 Schwingungen mit verschiedenen Amplituden und
Frequenzen zur haptischen Erfassung eines Signals, beispielsweise
Warnsignals, zu erzeugen.
Die Verwendung von Magnetschäumen 2 zur Erzeugung eines haptisch erfassbaren Signals hat gegenüber der Verwendung von elektroaktiven
Polymeren den Vorteil, dass wesentlich niedrigere Spannungen, vorzugsweise im Bereich von 12 Volt, benötigt werden.
Darüber hinaus ermöglicht die Verwendung von Magnetschäumen 2 zur Erzeugung von haptisch erfassbaren Signalen eine Reduktion von Gewicht und zusätzlichen Komponenten gegenüber der Erzeugung von haptisch erfassbaren Signalen aus dem Stand der Technik.
Ein weiteres Anwendungsbeispiel ist die Verwendung von Magnetschäumen 2 in einer Kopfstütze 7.1 eines Fahrzeugsitzes 7 zur Verminderung von
Verletzungen während einer Fahrzeugkollision.
Dabei ist es mittels der steuerbaren Feldstärke des Magnetschaums 2 möglich, einen Abstand zwischen dem Kopf des Fahrzeuginsassen und der Kopfstütze 7.1 zu verringern, so dass ein Verletzungsrisiko des Kopfes des Fahrzeuginsassen durch eine Fahrzeugkollision verringert wird.
Damit ist es möglich, eine aktive Kopfstütze 7.1 mit einem geringen Gewicht und wenig Bauteilen zum Schutz von Fahrzeuginsassen in einem Fahrzeug zu verwenden.
Darüber hinaus sind Anwendungen von Magnetschäumen 2 in Mensch- Maschine-Schnittstellen mit einer Kraftrückkopplung oder zur
Sensorlokalisierung möglich.
Bezugszeichenliste
1 Schaltelement
1 .1 Halterung
2 Element, Magnetschaum
2.1 magnetisch aktivierbare Oberfläche
3 Sensor
5 Aktoreinheit
6 Schallwandler
6.1 dielektrisches Elastomer
6.2 positive Elektrode
6.3 negative Elektrode
6.4 Rahmen
7 Fahrzeugsitz
7.1 Kopfstütze
7.2 Rückenlehne
7.3 Sitzteil
8 aktives Schalldämpfelement
9 Vorrichtung
10 Ausgabeelement
1 1 äußere Einwirkungen
12 elektrische Spannung
Bauteil
Querausrichtung
Längsausrichtung
Hochausrichtung

Claims

Patentansprüche
1 . Bauteil (B) für ein Fahrzeug,
gekennzeichnet durch wenigstens eine Komponente, die aus einem magnetisch aktiven und/oder magnetisch aktivierbaren Schaumwerkstoff und/oder einem dielektrischen Elastomer (6.1 ) gebildet ist, wobei die Komponente derart seitlich zumindest teilweise oder vollständig begrenzt ist, dass die Komponente in mindestens einer Freiheit elastisch ausdehnbar ist.
2. Bauteil (B) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente durch einen
Rahmen (6.4) begrenzt ist.
3. Bauteil (B) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente durch zumindest ein angrenzendes weiteres Bauteil (B) begrenzt ist.
4. Bauteil (B) nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine angrenzende, weitere Bauteil form- und/oder kraftschlüssig an der Komponente anliegt.
5. Bauteil (B) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente mittels Anordnung in einer Öffnungswandung begrenzt ist.
6. Bauteil (B) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente mittels Einfassung in einen weiteren Werkstoff begrenzt ist, wobei der weitere Werkstoff eine entsprechende Festigkeit aufweist.
7. Verwendung eines Bauteils (B) nach den Ansprüchen 1 bis 6 als Schaltelement (1 ) und/oder Schallwandler (6) und/oder aktives Schalldämpfelement (8) und/oder Energiewandlungselement.
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