DE102022202825A1 - Device for creating a variable surface and variable surface in a vehicle - Google Patents

Device for creating a variable surface and variable surface in a vehicle Download PDF

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DE102022202825A1 DE102022202825.2A DE102022202825A DE102022202825A1 DE 102022202825 A1 DE102022202825 A1 DE 102022202825A1 DE 102022202825 A DE102022202825 A DE 102022202825A DE 102022202825 A1 DE102022202825 A1 DE 102022202825A1
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Martin Koehne
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, ein Verfahren und eine Recheneinheit zur Erzeugung einer veränderlichen Oberfläche umfassend ein Stützelement (1) mit einer vorbestimmten Ausgangsform, das ein Material mit thermoplastischen Eigenschaften aufweist, wobei das Stützelement (1) oberhalb einer Erweichungstemperatur des Materials durch Krafteinwirkung eine Formveränderung erfahren kann, ein elastisches Element (2), das mit dem Stützelement (1) verbunden ist, und bei einer Formveränderung des Stützelements (1) eine Kraft zurück in die Ausgangsform auf das Stützelement (1) ausübt, und ein Heizelement (3), das dazu eingerichtet ist, Wärme an das Stützelement (1) zu übertragen. Außerdem betrifft die Erfindung eine Oberfläche in einem Fahrzeug, welche die Vorrichtung zur Veränderung der Oberfläche sowie eine flexible Deckschicht (10) aufweist, und eine Anordnung, welche die Oberfläche und die Recheneinheit umfasst.The invention relates to a device, a method and a computing unit for generating a variable surface, comprising a support element (1) with a predetermined initial shape, which has a material with thermoplastic properties, wherein the support element (1) causes a change in shape due to the action of force above a softening temperature of the material can experience, an elastic element (2) which is connected to the support element (1) and exerts a force back to the initial shape on the support element (1) when the shape of the support element (1) changes, and a heating element (3), which is designed to transfer heat to the support element (1). The invention also relates to a surface in a vehicle, which has the device for changing the surface and a flexible cover layer (10), and an arrangement which includes the surface and the computing unit.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung, ein Verfahren und eine Recheneinheit zur Erzeugung einer veränderlichen Oberfläche in einem Fahrzeug sowie eine veränderliche Oberfläche und eine Anordnung, welche die veränderliche Oberfläche und die Recheneinheit enthält.The present invention relates to a device, a method and a computing unit for generating a variable surface in a vehicle as well as a variable surface and an arrangement which contains the variable surface and the computing unit.

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Veränderliche Oberflächen sind von besonderem Interesse für die Gestaltung von Oberflächen im Innenraum von Fahrzeugen, um die Bedienungsfreundlichkeit, den Komfort und die Ästhetik zu verbessern. Denkbar ist beispielsweise eine Mittelkonsole, die eine entsprechende Vertiefung ausbildet, sobald darauf ein Gegenstand abgestellt wird, oder eine Armlehne, die sich an die Form des Unterarms eines Insassen anpasst. Bei Entlastung der veränderlichen Oberfläche sollte die Verformung aufgehoben und die ursprüngliche, ästhetisch ansprechende Oberflächenform wiederhergestellt werden.Variable surfaces are of particular interest in the design of vehicle interior surfaces to improve usability, comfort and aesthetics. For example, it is conceivable to have a center console that forms a corresponding recess as soon as an object is placed on it, or an armrest that adapts to the shape of an occupant's forearm. When the load on the changing surface is relieved, the deformation should be eliminated and the original, aesthetically pleasing surface shape restored.

US 2015/ 0 122 951 A1 zeigt eine veränderliche Oberfläche an den Tragflächen von Flugzeugflügeln, wobei das Profil der Flügelober- bzw. -unterseite durch thermische Aktoren verändert wird. Solche thermischen Aktoren eignen sich aufgrund ihrer Komplexität jedoch nicht für die Anwendung in einem Fahrzeug. Es besteht daher ein Bedarf, geeignete Aktoren zur Veränderung der Oberflächen in einem Fahrzeuginnenraum bereitzustellen, die einen kompakten und einfachen Aufbau aufweisen.US 2015/ 0 122 951 A1 shows a variable surface on the wings of aircraft wings, whereby the profile of the top and bottom of the wing is changed by thermal actuators. However, due to their complexity, such thermal actuators are not suitable for use in a vehicle. There is therefore a need to provide suitable actuators for changing the surfaces in a vehicle interior that have a compact and simple structure.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Erfindungsgemäß werden eine Vorrichtung, ein Verfahren und eine Recheneinheit zur Erzeugung einer veränderlichen Oberfläche in einem Fahrzeug sowie eine veränderliche Oberfläche und eine Anordnung, welche die Recheneinheit und die veränderliche Oberfläche enthält, vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.According to the invention, a device, a method and a computing unit for generating a variable surface in a vehicle as well as a variable surface and an arrangement which contains the computing unit and the variable surface are proposed. Advantageous refinements are the subject of the subclaims and the following description.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erzeugung einer veränderlichen Oberfläche in einem Fahrzeug umfasst mindestens ein Stützelement mit einer vorbestimmten Ausgangsform. Dieses weist ein Material mit thermoplastischen Eigenschaften auf und erfährt bei Einwirkung einer äußeren Kraft eine Formveränderung, wenn das Stützelement über eine Erweichungstemperatur des Materials erhitzt/erwärmt ist bzw. wird. Bevorzugt umfasst das Stützelement ein thermoplastisches Material bzw. ist aus einem oder mehreren thermoplastischen Materialien hergestellt, die eine ausgeprägte temperaturabhängige Erweichung aufweisen.The device according to the invention for producing a variable surface in a vehicle comprises at least one support element with a predetermined initial shape. This has a material with thermoplastic properties and undergoes a change in shape when exposed to an external force if the support element is or is heated above a softening temperature of the material. The support element preferably comprises a thermoplastic material or is made from one or more thermoplastic materials that have a pronounced temperature-dependent softening.

Unter einem thermoplastischen Material soll ein bei höheren Temperaturen erweichbares und verformbares Material verstanden werden, das sowohl Kunststoffe, wie beispielsweise thermoplastische Polymere (z.B. Polyethylen (PE) sowie seine Varietäten Polyethylen mit hoher Dichte (PE-HD) und Polyethylen mit niedriger Dichte (PE-LD), Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymere (ABS) und/oder Polybutylenterephthalat (PBS)), als auch Naturstoffe, wie beispielsweise Lipide und Lipoide, Paraffine (z.B. RT70 von Fa. Rubitherm), Wachs, Palmitinsäure oder Stearinsäure umfassen kann.A thermoplastic material should be understood to mean a material that can be softened and deformed at higher temperatures and that includes both plastics, such as thermoplastic polymers (e.g. polyethylene (PE) and its varieties, high-density polyethylene (PE-HD) and low-density polyethylene (PE-). LD), acrylonitrile-butadiene-styrene copolymers (ABS) and/or polybutylene terephthalate (PBS)), as well as natural substances such as lipids and lipoids, paraffins (e.g. RT70 from Rubitherm), wax, palmitic acid or stearic acid.

Bei Erwärmung des thermoplastischen Materials auf/über seine Erweichungstemperatur wird dieses weich/verformbar, ggf. bis hin zu flüssig, so dass durch Einwirkung einer äußeren Kraft auf das Stützelement eine Formveränderung herbeigeführt wird. Die Formveränderung kann eine Längenänderung, z.B. eine Stauchung oder eine Längung sein. Die Formveränderung kann auch eine Verbiegung sein, z.B. von einer Zylinderform in einen Bogen oder Spiralform. Die Erweichungstemperatur des thermoplastischen Materials beträgt vorzugsweise mehr als 50°C und/oder vorzugsweise weniger als 80°C. Damit kann eine gewisse Festigkeit auch bei sommerlichen Temperaturen beispielsweise in einem Fahrzeug erreicht werden, und damit kann eine Beschädigung umliegenden Materials vermieden werden.When the thermoplastic material is heated to/above its softening temperature, it becomes soft/deformable, possibly even liquid, so that a change in shape is brought about by the action of an external force on the support element. The change in shape can be a change in length, for example a compression or an elongation. The change in shape can also be a bend, for example from a cylindrical shape to an arc or spiral shape. The softening temperature of the thermoplastic material is preferably more than 50°C and/or preferably less than 80°C. This means that a certain level of strength can be achieved even in summer temperatures, for example in a vehicle, and damage to surrounding material can be avoided.

Unter der vorbestimmten Ausgangform des Stützelements soll die Form verstanden werden, die das Stützelement im unverformten Zustand aufweist. Diese wird vorzugsweise derart bestimmt, dass das Stützelement an eine unveränderte Oberflächenform bzw. Ausgangsform, in einem Fahrzeug beispielsweise bündig mit der Umgebung, angepasst und gleichzeitig die gewünschte Veränderung dargestellt werden kann. Mit der Ausgangsform ist insbesondere auch eine Ausgangslänge im Wesentlichen senkrecht zu der Oberfläche, d.h. eine Länge des Stützelements zwischen der Oberfläche einenends und einem Rahmen bzw. Boden, an dem das Stützelement andernends befestigt ist, verknüpft. Die Ausgangslänge des Stützelements sollte nicht so lang sein, dass eine Ausbeulung an der Oberfläche auftritt, aber lang genug, um eine Verformung zu erlauben, die zu der gewünschten Vertiefung in der Oberfläche führt.The predetermined initial shape of the support element is to be understood as meaning the shape that the support element has in the undeformed state. This is preferably determined in such a way that the support element can be adapted to an unchanged surface shape or initial shape, for example flush with the surroundings in a vehicle, and at the same time the desired change can be represented. In particular, an initial length essentially perpendicular to the surface, i.e. a length of the support element between the surface at one end and a frame or base to which the support element is attached at the other end, is also linked to the initial shape. The initial length of the support member should not be so long that buckling occurs on the surface, but long enough to allow deformation that results in the desired depression in the surface.

Bevorzugt weist das Stützelement eine zylindrische Form auf, die der Form eines Stiftes nachempfunden ist. Alternativ kann das Stützelement als Quader oder Prisma, grundsätzlich jedoch beliebig, ausgeführt sein.The support element preferably has a cylindrical shape, which is modeled on the shape of a pin. Alternatively, the support element can be designed as a cuboid or prism, but basically any desired shape.

Des Weiteren enthält die erfindungsgemäße Vorrichtung vorzugsweise mindestens ein elastisches Element, das mit dem Stützelement verbunden ist und bei einer Formveränderung eine Kraft zurück in die Ausgangsform auf das Stützelement ausübt. Mit anderen Worten spannt das elastische Element das Stützelement in dessen Ausgangsform vor, und wird - je nach Ausführungsform - zusammengedrückt oder auseinandergezogen oder verbogen usw., wenn das Stützelement eine Formveränderung erfährt. Dadurch übt das elastische Element eine Kraft auf das Stützelement aus, die der Formveränderung entgegenwirkt.Furthermore, the device according to the invention preferably contains at least one elastic element which is connected to the support element and when the shape changes, it exerts a force back into its original shape on the support element. In other words, the elastic element prestresses the support element in its initial shape and is - depending on the embodiment - compressed or pulled apart or bent, etc., when the support element undergoes a change in shape. As a result, the elastic element exerts a force on the support element that counteracts the change in shape.

Das elastische Element kann als Feder ausgeführt sein. Das elastische Element kann innerhalb des Stützelements angeordnet bzw. in dieses integriert sein. Es ist ebenso möglich, dass mehrere elastische Elemente/Federn mit dem Stützelement verbunden und/oder in das Stützelement integriert sind. Besonders bevorzugt kann das elastische Element bereits in dem thermoplastischen Material, aus dem das Stützelement hergestellt wird, enthalten sein.The elastic element can be designed as a spring. The elastic element can be arranged within the support element or integrated into it. It is also possible for several elastic elements/springs to be connected to the support element and/or integrated into the support element. Particularly preferably, the elastic element can already be contained in the thermoplastic material from which the support element is made.

Zudem umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung mindestens ein Heizelement, das dazu eingerichtet ist, Wärme an das Stützelement zu übertragen. Das Heizelement kann beispielsweise innerhalb des Stützelements oder auf dessen Oberfläche angeordnet sein. Mittels des Heizelements kann das Stützelement über seine Erweichungstemperatur erhitzt werden.In addition, the device according to the invention comprises at least one heating element which is designed to transfer heat to the support element. The heating element can be arranged, for example, within the support element or on its surface. By means of the heating element, the support element can be heated above its softening temperature.

Das Heizelement kann auf einen externen Auslöser hin aktiviert werden. Beispielsweise kann dazu ein bedienbarer Schalter o.ä. vorgesehen sein. Ebenso kann eine automatische Auslösung vorgesehen sein, beispielsweise sobald eine Kraft auf das Stützelement einwirkt. Die Krafteinwirkung kann durch Gewichtsbelastung auf das Stützelement erfolgen und mittels eines Kraftsensors (Dehnungsmessstreifen, piezoelektrischer Sensor usw.) detektiert werden. Eine weitere Form der automatischen Auslösung ist ein Näherungssensor, der eine Auslösesignal abgibt, sobald sich ein Objekt der Oberfläche nähert. Der Näherungssensor kann so gestaltet sein, dass er bereits bei der Annäherung des Objektes die Größe und den voraussichtlichen Ort des sich annähernden Objektes bestimmt und so nur die Stützelemente auslöst, die voraussichtlich mit dem Objekt in Kontakt kommen werden. Das Auslösesignal (z.B. Schaltersignal, Sensorsignal usw.) kann an eine Recheneinheit übermittelt werden, die daraufhin, z.B. mittels eines Schalters bzw. einer sog. Endstufe, das Heizelement aktiviert/einschaltet. Es ist ebenso möglich, dass das Heizelement direkt durch einen mechanischen Schalter aktiviert wird, der durch die Krafteinwirkung oder einen Bediener betätigt wird.The heating element can be activated in response to an external trigger. For example, an operable switch or similar can be provided for this purpose. Automatic triggering can also be provided, for example as soon as a force acts on the support element. The force can be applied by applying weight to the support element and detected using a force sensor (strain gauge, piezoelectric sensor, etc.). Another form of automatic triggering is a proximity sensor, which emits a trigger signal as soon as an object approaches the surface. The proximity sensor can be designed in such a way that it determines the size and expected location of the approaching object as soon as the object approaches and thus only triggers the support elements that are likely to come into contact with the object. The trigger signal (e.g. switch signal, sensor signal, etc.) can be transmitted to a computing unit, which then activates/switches on the heating element, for example using a switch or a so-called output stage. It is also possible for the heating element to be activated directly by a mechanical switch operated by force or an operator.

Soll die Oberfläche wieder in den ursprünglichen Zustand zurückkehren, werden die Heizelemente erneut aktiviert, so dass die Stützelemente wieder erweichen. Dadurch können die elastischen Elemente die Stützelemente wieder in ihre vorbestimmte Ausgangform zurückführen. Die Heizelemente können beispielsweise nach einer vorbestimmten Zeit, in der die Recheneinheit kein Signal von dem Kraftsensor empfängt, erneut aktiviert werden. Alternativ oder zusätzlich kann die erneute Aktivierung der Heizelemente mittels Betätigung eines mechanischen/elektrischen Schalters erfolgen.If the surface is to return to its original state, the heating elements are activated again so that the support elements soften again. This allows the elastic elements to return the support elements to their predetermined initial shape. The heating elements can, for example, be activated again after a predetermined time in which the computing unit does not receive a signal from the force sensor. Alternatively or additionally, the heating elements can be reactivated by actuating a mechanical/electrical switch.

Wenn beispielsweise ein Getränkebecher auf der Mittelkonsole abgestellt wird, unter deren Oberfläche sich ein oder mehrere Stützelemente befinden, so wirkt eine Gewichtsbelastung auf die Stützelemente, die mit einem Kraftsensor detektiert werden kann. Der Kraftsensor kann mit einer Recheneinheit verbunden sein, die das detektierte Signal empfängt und daraufhin die Heizelemente der Stützelemente aktiviert. Alternativ kann durch das Abstellen des Getränkebechers direkt ein mechanischer Schalter bedient werden, der die Heizelemente einschaltet. Durch die nachfolgende Wärmeübertragung von dem Heizelement auf das jeweilige Stützelement erweicht dessen thermoplastisches Material und die Stützelemente erfahren eine Stauchung aufgrund der Gewichtsbelastung durch den Getränkebecher, der dann in die Oberfläche einsinkt. Nach Abschaltung des Heizelements kühlen die Stützelemente ab und verfestigen sich. Somit bleibt die Verformung/Vertiefung der Oberfläche auch bei Entnahme des Getränkebechers erhalten und der Becher kann nach Benutzung wieder sicher in die Vertiefung abgestellt werden.For example, if a beverage cup is placed on the center console, under the surface of which there are one or more support elements, a weight load acts on the support elements, which can be detected with a force sensor. The force sensor can be connected to a computing unit that receives the detected signal and then activates the heating elements of the support elements. Alternatively, by placing the beverage cup down, a mechanical switch can be operated directly, which switches on the heating elements. As a result of the subsequent heat transfer from the heating element to the respective support element, its thermoplastic material softens and the support elements experience compression due to the weight of the beverage cup, which then sinks into the surface. After the heating element is switched off, the support elements cool down and solidify. This means that the deformation/deepening of the surface is retained even when the beverage cup is removed and the cup can be safely placed back in the recess after use.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht eine kompakte und einfache Realisierung einer veränderlichen Oberfläche, insbesondere in einem Fahrzeug, welche es erlaubt die Bedienungsfreundlichkeit, den Komfort und die Ästhetik zu verbessern. Mittels der Anordnung einer Vielzahl erfindungsgemäßer Vorrichtungen kann die Oberfläche, z.B. Fahrzeuginnenraumoberfläche, beliebig variabel gestaltet werden. Zudem kann die Vorrichtung mit geringem Aufwand an verschiedene Fahrzeuginnenräume angepasst werden.The device according to the invention enables a compact and simple realization of a variable surface, in particular in a vehicle, which makes it possible to improve the ease of use, comfort and aesthetics. By arranging a large number of devices according to the invention, the surface, e.g. vehicle interior surface, can be designed to be as variable as desired. In addition, the device can be adapted to different vehicle interiors with little effort.

Besonders bevorzugt kann das Heizelement einen elektrischen Heizdraht umfassen. Dieser kann innerhalb oder entlang der äußeren Oberfläche des Stützelements angeordnet sein. Es ist zudem möglich, dass mehrere Heizdrähte in/an dem Stützelement angebracht sind. Alternativ können auch andere Typen von Heizelementen verwendet werden, die eine geeignete Wärmeübertragung zur Erwärmung des Stützelements auf Erweichungstemperatur erlauben (z.B. Flüssigkeits- oder Gaswärmetauscher). Der Heizdraht kann beispielhaft, wie erläutert, durch Schließen eines Schalters mit Strom versorgt werden, wobei der Schalter mechanisch, elektronisch oder elektrisch betätigt werden kann.Particularly preferably, the heating element can comprise an electrical heating wire. This can be arranged within or along the outer surface of the support element. It is also possible for several heating wires to be attached in/on the support element. Alternatively, other types of heating elements can also be used that allow suitable heat transfer to heat the support element to the softening temperature (e.g. liquid or gas heat exchangers). For example, as explained, the heating wire can be supplied with power by closing a switch, the switch being mecha can be operated manually, electronically or electrically.

Bevorzugt ist das elastische Element dazu eingerichtet, die vorbestimmte Ausgangsform des Stützelements nach einer Formveränderung wieder herbeizuführen, wenn das Stützelement über die Erweichungstemperatur des Materials erhitzt wird. Enthält das Stützelement beispielsweise eine integrierte mechanische Schraubenfeder, so erfährt diese eine elastische Verformung (Zusammendrücken oder Auseinanderziehen), wenn das erweichte thermoplastische Material durch die äußere Krafteinwirkung verformt wird. Erstarrt das thermoplastische Material des Stützelements nachfolgend, so verbleibt die Feder im Inneren in diesem elastisch verformten Zustand. Erfolgt eine erneute Aufheizung des Heizelements, durch die das thermoplastische Material wieder erweicht wird, so wirken die Federkräfte entgegengesetzt zu der Verformungsrichtung und führen dazu, dass das Stützelement seine Ausgangsform wieder erreicht.Preferably, the elastic element is designed to restore the predetermined initial shape of the support element after a change in shape when the support element is heated above the softening temperature of the material. For example, if the support element contains an integrated mechanical coil spring, this undergoes an elastic deformation (compression or pull apart) when the softened thermoplastic material is deformed by the external force. If the thermoplastic material of the support element subsequently solidifies, the spring inside remains in this elastically deformed state. If the heating element is heated again, which softens the thermoplastic material again, the spring forces act in the opposite direction to the deformation direction and cause the support element to return to its original shape.

Vorzugsweise weist das Stützelement ein Formgedächtnispolymer auf. Besonders bevorzugt handelt es sich dabei um ein temperaturgesteuertes Formgedächtnispolymer. Solch ein Polymer hat die Eigenschaft, bei Erwärmung über eine definierte Transformationstemperatur (welche somit der oben genannten Erweichungstemperatur entspricht) aus einer temporären Form zurück in eine zuvor programmierte permanente Ausgangsform zu wechseln. Die Programmierung der Ausgangsform erfolgt, indem das Polymermaterial oberhalb der Transformationstemperatur deformiert und anschließend unter Aufrechterhaltung der Deformationskräfte unter die Transformationstemperatur abgekühlt wird, um die temporäre Form zu fixieren. Bei einer erneuten Temperaturanhebung über die Transformationstemperatur, nimmt das Material die zuvor programmierte permanente Form wieder an.Preferably, the support element has a shape memory polymer. This is particularly preferably a temperature-controlled shape memory polymer. Such a polymer has the property of changing from a temporary form back to a previously programmed permanent initial form when heated above a defined transformation temperature (which corresponds to the softening temperature mentioned above). The initial shape is programmed by deforming the polymer material above the transformation temperature and then cooling it below the transformation temperature while maintaining the deformation forces in order to fix the temporary shape. When the temperature is raised again above the transformation temperature, the material returns to the previously programmed permanent shape.

Durch die speziellen Materialeigenschaften des Formgedächtnispolymers ist das elastische Element, welches die Ausgangsform des Stützelements wiederherstellt, bereits in dem thermoplastischen Material enthalten.Due to the special material properties of the shape memory polymer, the elastic element, which restores the original shape of the support element, is already contained in the thermoplastic material.

Der Vorteil bei der Verwendung eines Formgedächtnispolymers in dem Stützelement liegt darin, dass eine sehr starke Änderung des Verhältnisses von Länge zu Durchmesser ohne Rissbildung möglich ist. Des Weiteren ist bei Verwendung eines Formgedächtnispolymers sichergestellt, dass beim Erwärmen und bei maximaler Formänderung des Stützelements unter Krafteinwirkung das Polymer immer die gleiche Gestalt annimmt.The advantage of using a shape memory polymer in the support element is that a very large change in the length to diameter ratio is possible without cracking. Furthermore, when using a shape memory polymer, it is ensured that the polymer always assumes the same shape when the support element is heated and changes its shape to the maximum under the influence of force.

In einer weiteren Ausführungsform kann das Stützelement einen elastischen Schlauch umfassen, der mit dem Material mit thermoplastischen Eigenschaften gefüllt ist. Der mit dem thermoplastischen Material gefüllte Schlauch kann beispielsweise mittels Verklebens oder Verschweißens verschlossen sein oder der Schlauch kann mit einem Deckel versehen sein, um ein Austreten des thermoplastischen Materials aus dem Schlauch zu verhindern. Bei Aktivierung des Heizelements schmilzt oder erweicht das thermoplastische Material, so dass das Stützelement unter Einwirkung einer Kraft verformt werden kann.In a further embodiment, the support element may comprise an elastic tube filled with the material with thermoplastic properties. The hose filled with the thermoplastic material can be closed, for example, by gluing or welding, or the hose can be provided with a lid to prevent the thermoplastic material from escaping from the hose. When the heating element is activated, the thermoplastic material melts or softens so that the support element can be deformed under the influence of a force.

Die erfindungsgemäße Oberfläche umfasst eine Deckschicht und eine oder vorzugsweise mehrere vorstehend beschriebene Vorrichtungen, wobei die Deckschicht flexibel ausgebildet und auf einer Stirnseite eines Stützelements der Vorrichtung angeordnet und fest mit diesem verbunden ist. Dies bewirkt eine gezielte Verformung der Deckschicht durch die Verformung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.The surface according to the invention comprises a cover layer and one or preferably several devices described above, the cover layer being designed to be flexible and arranged on an end face of a support element of the device and firmly connected to it. This causes a targeted deformation of the cover layer through the deformation of the device according to the invention.

Vorzugsweise umfasst die erfindungsgemäße Oberfläche eine Vielzahl der erfindungsgemäßen Vorrichtungen. Dies ermöglicht es, die Oberfläche beliebig zu formen, indem die einzelnen Vorrichtungen beispielsweise auf unterschiedliche Höhen eingestellt werden können. Dadurch kann die Oberfläche eines Fahrzeuginnenraums verschiedene Eigenschaften und Anwendungen aufweisen.The surface according to the invention preferably comprises a plurality of the devices according to the invention. This makes it possible to shape the surface as desired, for example by setting the individual devices to different heights. This means that the surface of a vehicle interior can have different properties and applications.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Erzeugung einer veränderlichen Oberfläche, insbesondere in einem Fahrzeug, umfasst ein erstes Einschalten eines Heizelements in mindestens einem Stützelement durch eine Recheneinheit, wenn diese ein erstes Signal empfängt. Das erste Signal wird somit insbesondere ausgelöst, wenn eine Veränderung in der Oberfläche des Fahrzeugs erzeugt werden soll.A method according to the invention for generating a variable surface, in particular in a vehicle, comprises first switching on a heating element in at least one support element by a computing unit when it receives a first signal. The first signal is therefore triggered in particular when a change in the surface of the vehicle is to be generated.

Nach dem Einschalten des Heizelements erfolgt ein erstes Erwärmen des Stützelements auf die Erweichungstemperatur des Materials sowie ein erstes Abschalten des Heizelements durch die Recheneinheit.After switching on the heating element, the support element is first heated to the softening temperature of the material and the heating element is first switched off by the computing unit.

Das Abschalten kann beispielsweise nach einer ersten vorbestimmten Zeit erfolgen. Die vorbestimmte Zeit wird bevorzugt derart gewählt, dass die Erweichungstemperatur/Transformationstemperatur des thermoplastischen Materials erreicht wird, um eine Verformung des Stützelements bei Krafteinwirkung zu ermöglichen. Dies bedeutet, dass das Stützelement so lange erhitzt/erwärmt wird, bis sein thermoplastisches Material einen weichen/verformbaren Zustand annimmt, so dass eine Formveränderung des Stützelements durch eine äußere Krafteinwirkung herbeigeführt werden kann. Wenn beispielsweise ein Getränkebecher auf der Mittelkonsole abgestellt wird, unter deren Oberfläche sich ein oder mehrere Stützelemente im beheizten Zustand befinden, so wirkt eine Gewichtsbelastung auf die Stützelemente, die daraufhin eine Stauchung erfahren, wodurch der Getränkebecher in die Oberfläche einsinkt. Nach Abschaltung des Heizelements kühlen die Stützelemente ab und verfestigen sich. Somit bleibt die Verformung/Vertiefung der Oberfläche auch bei Entnahme des Getränkebechers erhalten und der Becher kann nach Benutzung wieder sicher in die Vertiefung abgestellt werden.The switch-off can take place, for example, after a first predetermined time. The predetermined time is preferably chosen such that the softening temperature/transformation temperature of the thermoplastic material is reached in order to enable deformation of the support element when force is applied. This means that the support element is heated until its thermoplastic material assumes a soft/deformable state, so that a change in shape of the support element can be brought about by an external force. For example, if a beverage cup is placed on the center console, under the surface of the center console or several support elements are in the heated state, a weight load acts on the support elements, which then experience compression, causing the beverage cup to sink into the surface. After the heating element is switched off, the support elements cool down and solidify. This means that the deformation/deepening of the surface is retained even when the beverage cup is removed and the cup can be safely placed back in the recess after use.

Alternativ oder zusätzlich erfolgt das erste Abschalten des Heizelements durch die Recheneinheit, wenn eine vorbestimmte Formveränderung des Stützelements detektiert wird.Alternatively or additionally, the heating element is switched off for the first time by the computing unit when a predetermined change in shape of the support element is detected.

Die vorbestimmte Formveränderung kann dabei an die gewünschte Anwendung der Oberflächenveränderung angepasst sein. Soll beispielsweise eine Vertiefung für einen Getränkebecher geschaffen werden, so kann die vorbestimmte Formveränderung des Stützelements an die benötigte Tiefe für eine sichere Aufnahme des Bechers angepasst werden. Die Detektion der Formveränderung kann beispielsweise mittels eines Wegsensors erfolgen.The predetermined shape change can be adapted to the desired application of the surface change. If, for example, a recess is to be created for a beverage cup, the predetermined change in shape of the support element can be adapted to the depth required to securely hold the cup. The change in shape can be detected, for example, using a displacement sensor.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren zudem ein zweites Einschalten des Heizelements durch die Recheneinheit, wenn diese ein zweites Signal empfängt. Das zweite Signal wird insbesondere ausgelöst, wenn die veränderliche Oberfläche wieder zurück in ihre ursprüngliche Form gebracht werden soll.According to a preferred embodiment, the method also includes a second switching on of the heating element by the computing unit when it receives a second signal. The second signal is triggered in particular when the variable surface is to be returned to its original shape.

Nach dem zweiten Einschalten des Heizelements folgt ein zweites Erwärmen des Stützelements auf die Erweichungstemperatur/Transformationstemperatur des Materials sowie ein zweites Abschalten des Heizelements durch die Recheneinheit, beispielsweise erneut nach einer zweiten vorbestimmten Zeit. Die zweite vorbestimmte Zeit, in der das Heizelement eingeschaltet ist und Wärme auf das Stützelement überträgt, wird bevorzugt derart gewählt, dass die Erweichungstemperatur/Transformationstemperatur des thermoplastischen Materials erreicht wird. Dadurch kann mittels der Krafteinwirkung durch das verformte elastische Element, die Ausgangsform des Stützelements wieder herbeigeführt werden.After switching on the heating element for the second time, the support element is heated a second time to the softening temperature/transformation temperature of the material and the heating element is switched off a second time by the computing unit, for example again after a second predetermined time. The second predetermined time in which the heating element is switched on and transfers heat to the support element is preferably selected such that the softening temperature/transformation temperature of the thermoplastic material is reached. As a result, the initial shape of the support element can be restored by means of the force exerted by the deformed elastic element.

Alternativ oder zusätzlich erfolgt das zweite Abschalten des Heizelements durch die Recheneinheit, wenn detektiert wird, dass das Stützelement (aufgrund einer Krafteinwirkung durch das elastische Element) seine Ausgangsform wieder erreicht hat. Die Detektion der Ausgangslänge des Stützelements kann beispielsweise mittels eines Wegsensors oder eines elektrischen Schalters erfolgen.Alternatively or additionally, the heating element is switched off a second time by the computing unit when it is detected that the support element has regained its original shape (due to a force exerted by the elastic element). The detection of the initial length of the support element can be carried out, for example, by means of a displacement sensor or an electrical switch.

Vorzugsweise ist das erste Signal ein Ausgangssignal eines Kraftsensors, das die Recheneinheit empfängt, wenn der Kraftsensor die äußere Kraft auf das Stützelement detektiert. Wenn beispielsweise ein Getränkebecher auf der Mittelkonsole abgestellt wird, so kann dies mittels eines Kraftsensor detektiert werden. Der Kraftsensor kann mit einer Recheneinheit verbunden sein, die das detektierte Signal empfängt und daraufhin die Heizelemente der Stützelemente aktiviert. Alternativ kann durch das Abstellen des Getränkebechers direkt ein mechanischer Schalter bedient werden, der die Heizelemente einschaltet.Preferably, the first signal is an output signal of a force sensor that the computing unit receives when the force sensor detects the external force on the support element. For example, if a beverage cup is placed on the center console, this can be detected using a force sensor. The force sensor can be connected to a computing unit that receives the detected signal and then activates the heating elements of the support elements. Alternatively, by placing the beverage cup down, a mechanical switch can be operated directly, which switches on the heating elements.

Bevorzugt ist das zweite Signal ein internes Signal der Recheneinheit, das erzeugt wird, wenn die Recheneinheit für eine vorbestimmten Zeit kein Ausgangssignal des Kraftsensors empfängt. Alternativ oder zusätzlich kann das zweite Signal mittels Betätigung eines mechanischen/elektrischen Schalters erzeugt werden.Preferably, the second signal is an internal signal of the computing unit, which is generated when the computing unit does not receive an output signal from the force sensor for a predetermined time. Alternatively or additionally, the second signal can be generated by actuating a mechanical/electrical switch.

Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.A computing unit according to the invention, for example a control unit of a motor vehicle, is set up, in particular in terms of programming, to carry out a method according to the invention.

Eine erfindungsgemäße Anordnung umfasst eine erfindungsgemäße Oberfläche, eine erfindungsgemäße Recheneinheit und mindestens ein erstes Mittel, das ein erstes Signal an die Recheneinheit sendet, das diese zu einem ersten Einschalten eines Heizelements in einem Stützelement der Oberfläche veranlasst.An arrangement according to the invention comprises a surface according to the invention, a computing unit according to the invention and at least one first means which sends a first signal to the computing unit, which causes it to first switch on a heating element in a support element of the surface.

Bevorzugt handelt es sich bei dem ersten Mittel um einen Kraftsensor, der elektrisch mit der erfindungsgemäßen Recheneinheit verbunden ist und dazu eingerichtet ist eine äußere Krafteinwirkung auf ein oder mehrere Stützelemente oder die Oberfläche zu erfassen.The first means is preferably a force sensor which is electrically connected to the computing unit according to the invention and is set up to detect an external force on one or more support elements or the surface.

Vorzugsweise umfasst die Anordnung ferner mindestens ein zweites Mittel, das ein zweites Signal an die Recheneinheit sendet, das diese zu einem zweiten Einschalten des Heizelements in dem Stützelement der Oberfläche veranlasst.Preferably, the arrangement further comprises at least one second means which sends a second signal to the computing unit, which causes it to switch on the heating element in the support element of the surface for a second time.

Bevorzugt handelt es sich bei dem zweiten Mittel um eine Steuereinheit, die beispielsweise ein Schalter sein kann, der im Fahrzeuginnenraum angebracht ist und von einem Benutzer aktiviert werden kann, wenn dieser die Veränderungen in der Oberfläche nicht mehr wünscht.The second means is preferably a control unit, which can be, for example, a switch that is installed in the vehicle interior and can be activated by a user if the user no longer wants the changes in the surface.

Alternativ oder zusätzlich kann die Steuereinheit eine Zeitschaltung enthalten und das Signal des Kraftsensors empfangen, so dass nach einer vorbestimmten Zeit, in der kein Kraftsensorsignal empfangen wurde, das Signal zum erneuten Einschalten des Heizelements ausgelöst werden kann.Alternatively or additionally, the control unit can contain a timer and receive the signal from the force sensor, so that after a predetermined time in which no force sensor signal is received the signal to switch the heating element on again can be triggered.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.Further advantages and refinements of the invention result from the description and the accompanying drawings.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.The invention is shown schematically in the drawings using exemplary embodiments and is described below with reference to the drawings.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

  • 1a und 1b zeigen schematisch ein Beispiel für eine erste bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, 1a and 1b show schematically an example of a first preferred embodiment of the device according to the invention,
  • 2a und 2b zeigen schematisch ein Beispiel für die erfindungsgemäße Oberfläche mit mehreren Vorrichtungen gemäß der ersten Ausführungsform, 2a and 2 B show schematically an example of the surface according to the invention with several devices according to the first embodiment,
  • 3 zeigt schematisch ein Beispiel für eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung, 3 shows schematically an example of a preferred embodiment of the arrangement according to the invention,
  • 4 zeigt schematisch ein Beispiel für eine zweite bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, und 4 shows schematically an example of a second preferred embodiment of the device according to the invention, and
  • 5 zeigt schematisch das Verhalten von aus dem Stand der Technik bekannten temperaturgesteuerten Formgedächtnispolymeren, die vorteilhaft im Rahmen der Erfindung eingesetzt werden können. 5 shows schematically the behavior of temperature-controlled shape memory polymers known from the prior art, which can be used advantageously within the scope of the invention.

Ausführungsform(en) der ErfindungEmbodiment(s) of the invention

1a und 1b zeigen schematisch ein Beispiel für eine erste bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die Vorrichtung umfasst ein Stützelement 1, das ein Material mit thermoplastischen Eigenschaften aufweist. Bevorzugt umfasst das Stützelement 1 ein Formgedächtnispolymer bzw. ist aus einem oder mehreren Formgedächtnispolymeren wie beispielsweise Polyethylen (PE) sowie seine Varietäten Polyethylen mit hoher Dichte (PE-HD) und Polyethylen mit niedriger Dichte (PE-LD), Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymere (ABS) und/oder Polybutylenterephthalat (PBS) hergestellt. 1a and 1b show schematically an example of a first preferred embodiment of the device according to the invention. The device comprises a support element 1, which has a material with thermoplastic properties. The support element 1 preferably comprises a shape memory polymer or is made of one or more shape memory polymers such as polyethylene (PE) and its varieties high-density polyethylene (PE-HD) and low-density polyethylene (PE-LD), acrylonitrile-butadiene-styrene. Copolymers (ABS) and/or polybutylene terephthalate (PBS).

In dem Stützelement 1 befindet sich ein elastisches Element 2, beispielsweise eine oder mehrere Federn. Das elastische Element 2 kann auch durch die Materialeigenschaften des Formgedächtnispolymers bereitgestellt werden. Des Weiteren ist in dem Stützelement 1 ein Heizelement 3, beispielsweise in Form eines Heizdrahts angeordnet.In the support element 1 there is an elastic element 2, for example one or more springs. The elastic element 2 can also be provided by the material properties of the shape memory polymer. Furthermore, a heating element 3, for example in the form of a heating wire, is arranged in the support element 1.

1a zeigt das Stützelement 1 in seiner vorbestimmten Ausgangsform mit einer entsprechenden Ausgangslänge, während in 1b, eine Kraft F auf das Stützelement 1 einwirkt, die dieses auf eine temporäre, kürzere Länge zusammendrückt, sofern das Heizelement 3 aktiviert und die Erweichungstemperatur/Transformationstemperatur des thermoplastischen Materials/Formgedächtnispolymers überschritten ist. Die kürzere Länge des Stützelements 1 kann beibehalten werden, indem die Heizelemente abgeschaltet und die Stützelemente 1 unter die Erweichungstemperatur/Transformationstemperatur abgekühlt werden. Mit einer erneuten Erwärmung der Stützelemente 1 über die Transformationstemperatur kann die ursprüngliche Länge des Stützelements 1 wiederhergestellt werden. 1a shows the support element 1 in its predetermined initial shape with a corresponding initial length, while in 1b , a force F acts on the support element 1, which compresses it to a temporary, shorter length, provided that the heating element 3 is activated and the softening temperature/transformation temperature of the thermoplastic material/shape memory polymer is exceeded. The shorter length of the support element 1 can be maintained by switching off the heating elements and cooling the support elements 1 below the softening temperature/transformation temperature. By heating the support elements 1 again above the transformation temperature, the original length of the support element 1 can be restored.

2a und 2b zeigen schematisch ein Beispiel für eine erfindungsgemäße Oberfläche mit mehreren Vorrichtungen gemäß der ersten Ausführungsform. Dabei sind die gezeigten zwei Vorrichtungen, die jeweils ein Stützelement 1, ein elastisches Element 2 und ein Heizelement 3 umfassen, unter einer flexiblen Deckschicht 10 angeordnet und fest mit dieser verbunden. Es kann sich dabei insbesondere um eine flexible Dekorschicht, z.B. aus Kunststoff oder Leder usw. handeln. 2a and 2 B show schematically an example of a surface according to the invention with several devices according to the first embodiment. The two devices shown, each comprising a support element 1, an elastic element 2 and a heating element 3, are arranged under a flexible cover layer 10 and firmly connected to it. This can in particular be a flexible decorative layer, for example made of plastic or leather, etc.

Weisen die Stützelemente 1 der Vorrichtung ihre Ausgangsform auf, zeigt die Deckschicht 10 eine glatte Oberfläche (siehe 2a). Wirkt hingegen eine Kraft F auf die Deckschicht 10 und die Stützelemente 1, so nehmen die Stützelemente 1 ihre temporäre, kürzere Länge ein, sofern bzw. wenn die Heizelemente 3 aktiviert und die Erweichungstemperatur/Transformationstemperatur des thermoplastischen Materials/Formgedächtnispolymers überschritten ist. Dadurch formt sich eine Vertiefung in der flexiblen Deckschicht 10, in die der Getränkebecher 11 einsinkt und dadurch sicher fixiert ist (siehe 2b). Die veränderte Form der Oberfläche kann „eingefroren“ werden, indem die Heizelemente abgeschaltet und die Stützelemente 1 unter die Erweichungstemperatur/Transformationstemperatur abgekühlt werden. Mit einer erneuten Erwärmung der Stützelemente 1 über die Transformationstemperatur kann die ursprüngliche Oberfläche wiederhergestellt werden.If the support elements 1 of the device are in their initial shape, the cover layer 10 has a smooth surface (see 2a) . However, if a force F acts on the cover layer 10 and the support elements 1, the support elements 1 assume their temporary, shorter length if or when the heating elements 3 are activated and the softening temperature/transformation temperature of the thermoplastic material/shape memory polymer is exceeded. This forms a depression in the flexible cover layer 10, into which the beverage cup 11 sinks and is thereby securely fixed (see 2 B) . The changed shape of the surface can be “frozen” by switching off the heating elements and cooling the support elements 1 below the softening temperature/transformation temperature. By heating the support elements 1 again above the transformation temperature, the original surface can be restored.

3 zeigt schematisch ein Beispiel für eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung. Die gezeigte Anordnung umfasst ein Stützelement 1 mit einem elastischen Element 2 und einem Heizelement 3. Das Stützelement 1 ist unter einer flexiblen Deckschicht 10 eingeordnet und zwischen dem Stützelement 1 und der flexiblen Deckschicht 10 ist ein Kraftsensor 5 angebracht. Dieser ist elektrisch über eine elektrische Verbindung 4a mit einer Recheneinheit 4 verbunden. Die gezeigte Recheneinheit 4 weist zudem eine elektrische Verbindung (Steuerleitung) 4b auf, über die ein Schalter 7 betätigt wird. Dieser Schalter 7 verbindet eine Stromquelle 8 über die Stromleitung 8a mit dem Heizelement 3 in dem Stützelement 1. Außerdem ist die Recheneinheit 4 über eine elektrische Verbindung 4c mit einer Steuereinheit 6 verbunden, die ein elektrisches Signal an die Recheneinheit 4 sendet. 3 shows schematically an example of a preferred embodiment of the arrangement according to the invention. The arrangement shown comprises a support element 1 with an elastic element 2 and a heating element 3. The support element 1 is arranged under a flexible cover layer 10 and a force sensor 5 is attached between the support element 1 and the flexible cover layer 10. This is electrically connected to a computing unit 4 via an electrical connection 4a. The one shown Computing unit 4 also has an electrical connection (control line) 4b, via which a switch 7 is actuated. This switch 7 connects a power source 8 via the power line 8a to the heating element 3 in the support element 1. In addition, the computing unit 4 is connected via an electrical connection 4c to a control unit 6, which sends an electrical signal to the computing unit 4.

Die elektrischen Verbindungen 4a - 4c können kabelgebunden oder kabellos erfolgen und die Recheneinheit kann beispielsweise ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs sein. Der Kraftsensor 5 kann, wie gezeigt, auf einem Stützelement 1 angeordnet sein oder an anderen Stellen unter der flexiblen Deckschicht, an denen eine äußere Krafteinwirkung vorgesehen ist.The electrical connections 4a - 4c can be wired or wireless and the computing unit can be, for example, a control unit of a motor vehicle. The force sensor 5 can, as shown, be arranged on a support element 1 or at other locations under the flexible cover layer where an external force is provided.

Erfolgt, wie in den 1b und 2b gezeigt, eine Krafteinwirkung F auf das Stützelement 1, wird diese mittels eines Sensors 5 detektiert. Das Sensorsignal wird nachfolgend über die elektrische Verbind 4a an die Recheneinheit 4 gesandt, die daraufhin über die Steuerleitung 4b den Schalter 7 schließt, so dass Strom von der Spannungsquelle 8 zu dem Heizelement 3 fließt. Alternativ kann der Schalter als mechanischer Schalter ausgeführt sein, der durch die Krafteinwirkung F geschlossen wird.Done as in the 1b and 2 B shown, a force F on the support element 1 is detected by means of a sensor 5. The sensor signal is subsequently sent via the electrical connection 4a to the computing unit 4, which then closes the switch 7 via the control line 4b, so that current flows from the voltage source 8 to the heating element 3. Alternatively, the switch can be designed as a mechanical switch that is closed by the force F.

Durch die Bestromung des Heizelements 3 erwärmt sich das Stützelement 1 auf die Erweichungstemperatur/Transformationstemperatur des thermoplastischen Materials/Formgedächtnispolymers, so dass dieses, wie in den 1b und 2b gezeigt, seine temporäre, kürzere Länge einnimmt. Dadurch kann die Oberfläche in einem Kraftfahrzeug, wie beispielhaft in 2b gezeigt, in eine gewünschte Form gebracht werden.By energizing the heating element 3, the support element 1 heats up to the softening temperature/transformation temperature of the thermoplastic material/shape memory polymer, so that this, as in the 1b and 2 B shown takes its temporary, shorter length. This allows the surface in a motor vehicle, as exemplified in 2 B shown, can be brought into a desired shape.

Die temporäre, kürzere Länge des Stützelements 1 kann fixiert/eingefroren werden, indem das Heizelement 3 nach einer vorbestimmten Zeit, und/oder sobald das Stützelement 1 die gewünschte kürzere Länge erreicht hat, durch die Recheneinheit 4 mittels des Schalters 7 wieder abgeschaltet wird. Daraufhin kühlt das Stützelement 1 ab, die Erweichungstemperatur/Transformationstemperatur des thermoplastischen Materials/Formgedächtnispolymers wird unterschritten, und das Stützelement 1 behält seine temporäre, kürzere Länge bei.The temporary, shorter length of the support element 1 can be fixed/frozen by switching off the heating element 3 again after a predetermined time and/or as soon as the support element 1 has reached the desired shorter length by the computing unit 4 using the switch 7. The support element 1 then cools down, the softening temperature/transformation temperature of the thermoplastic material/shape memory polymer is undershot, and the support element 1 maintains its temporary, shorter length.

Um die Ausgangslänge des Stützelements 1, und damit die in 2a gezeigte ursprüngliche glatte Oberfläche, wiederherzustellen, wird die Steuereinheit 6 ausgelöst, die daraufhin ein Steuersignal an die Recheneinheit 4 sendet, wodurch diese veranlasst wird, den Schalter 7 erneut zu schließen, so dass das Heizelement 3 erneut aktiviert wird.To the initial length of the support element 1, and thus the in 2a To restore the original smooth surface shown, the control unit 6 is triggered, which then sends a control signal to the computing unit 4, causing it to close the switch 7 again, so that the heating element 3 is activated again.

Die Steuereinheit 6 kann ein Schalter sein, der im Fahrzeuginnenraum angebracht ist und von einem Benutzer aktiviert werden kann, wenn dieser die Veränderungen in der Oberfläche nicht mehr wünscht. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuereinheit 6 einen Zeitschalter enthalten und das Signal des Kraftsensors 5 empfangen, so dass nach einer vorbestimmten Zeit, in der kein Kraftsensorsignal empfangen wurde, das Signal zum erneuten Einschalten des Heizelements ausgelöst werden kann. In diesem Fall kann die Steuereinheit 6 in der Recheneinheit 4 integriert sein.The control unit 6 can be a switch that is installed in the vehicle interior and can be activated by a user if he or she no longer wants the changes in the surface. Alternatively or additionally, the control unit 6 can contain a timer and receive the signal from the force sensor 5, so that after a predetermined time in which no force sensor signal has been received, the signal can be triggered to switch the heating element on again. In this case, the control unit 6 can be integrated into the computing unit 4.

4 zeigt schematisch ein Beispiel einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. In dieser zweiten Ausführungsform umfasst das Stützelement 1 einen elastischen Schlauch 1a, der mit einem thermoplastischen (stark erweichenden oder schmelzenden) Material 1b gefüllt ist, das bei Temperaturen < 55°C vollständig erstarrt ist. Dieses Material soll insbesondere eine geringe Dichte ≤ 1,5 g/cm3 und eine geringe Schmelzwärme ≦ 230 kJ/kg aufweisen. Beispiele für solch eine Materialien sind Paraffine wie z.B. RT70 von Fa. Rubitherm, Palmitinsäure oder Stearinsäure. Der mit dem thermoplastischen Material 1b gefüllte Schlauch 1a kann beispielsweise mittels Verklebens oder Verschweißens verschlossen sein, um ein Austreten des thermoplastischen Materials 1a aus dem Schlauch 1a zu verhindern, oder der Schlauch 1a kann mit einem Deckel versehen sein. In dem Stützelement 1 ist wiederum ein elastisches Element 2 und ein Heizelement 3 angeordnet. Bei Aktivierung des Heizelements 3 schmilzt oder erweicht das thermoplastische Material 1b, so dass das Stützelement 1 unter Einwirkung einer Kraft in gleicher Weise wie in der ersten Ausführungsform verformt werden kann. Alternativ kann das Stützelement 1 nicht nur eine Verkürzung entlang seiner Achse erfahren, sondern eine dreidimensionale Verformung, wie beispielsweise eine spiralförmige Deformation und/oder ein mehrfaches Abknicken in unterschiedliche Raumrichtungen. 4 shows schematically an example of a second embodiment of the device according to the invention. In this second embodiment, the support element 1 comprises an elastic tube 1a, which is filled with a thermoplastic (highly softening or melting) material 1b, which is completely solidified at temperatures <55 ° C. This material should in particular have a low density ≤ 1.5 g/cm 3 and a low heat of fusion ≦ 230 kJ/kg. Examples of such materials are paraffins such as RT70 from Rubitherm, palmitic acid or stearic acid. The tube 1a filled with the thermoplastic material 1b can be closed, for example by means of gluing or welding, in order to prevent the thermoplastic material 1a from escaping from the tube 1a, or the tube 1a can be provided with a lid. An elastic element 2 and a heating element 3 are again arranged in the support element 1. When the heating element 3 is activated, the thermoplastic material 1b melts or softens, so that the support element 1 can be deformed under the action of a force in the same way as in the first embodiment. Alternatively, the support element 1 can experience not only a shortening along its axis, but also a three-dimensional deformation, such as a spiral deformation and/or multiple bending in different spatial directions.

5 zeigt eine schematische Darstellung des molekularen Mechanismus des temperaturgesteuerten Formgedächtniseffektes für ein Polymer, bestehend aus Netzpunkten 100 und Polymerketten 200. 5 shows a schematic representation of the molecular mechanism of the temperature-controlled shape memory effect for a polymer, consisting of network points 100 and polymer chains 200.

Formgedächtnispolymere sind künstlich hergestellte Polymere, welche die Fähigkeit besitzen, nach einer mechanischen Belastung und einer damit verknüpften temporären Formveränderung ihre ursprüngliche Form wieder einzunehmen. Das Polymermaterial wird bei der Herstellung zunächst mit gebräuchlichen Verarbeitungsmethoden in seine permanente Ausgangsform gebracht, hier beispielsweise in die Form gemäß 1a. Die Programmierung erfolgt, indem das Polymermaterial oberhalb der Transformationstemperatur deformiert und anschließend unter Aufrechterhaltung der Deformationskräfte unter die Transformationstemperatur abgekühlt wird, um die temporäre Form zu fixieren. Um den Formgedächtniseffekt aktiv auszulösen, bedarf es einer externen Anregung. Im Falle des temperaturgesteuerten Formgedächtniseffektes wird dieser ausgelöst, sobald die Temperatur die Transformationstemperatur des Materials Ttrans überschreitet, wodurch das Material aufgrund seiner Elastizität die ursprüngliche, permanente Form wieder annimmt.Shape memory polymers are artificially produced polymers that have the ability to return to their original shape after mechanical stress and an associated temporary change in shape. During production, the polymer material is first brought into its permanent initial shape using common processing methods, here for example into the shape according to 1a . The programming is done by placing the polymer material above the transformation temperature and then cooled below the transformation temperature while maintaining the deformation forces in order to fix the temporary shape. In order to actively trigger the shape memory effect, an external stimulus is required. In the case of the temperature-controlled shape memory effect, this is triggered as soon as the temperature exceeds the transformation temperature of the material T trans , causing the material to return to its original, permanent shape due to its elasticity.

Der oben beschriebene Vorgang ist in 5 am Beispiel des molekularen Mechanismus des thermisch induzierten Formgedächtniseffektes für ein Polymer, bestehend aus Netzpunkten 100 und Polymerketten 200, gezeigt.The process described above is in 5 using the example of the molecular mechanism of the thermally induced shape memory effect for a polymer consisting of network points 100 and polymer chains 200.

Im oberen Abschnitt von 5 befindet sich das Polymer mit den Netzpunkten 100 und den Polymerketten 200 zunächst in seiner ursprünglichen, permanenten Form. Die Temperatur des Polymers liegt oberhalb der Transformationstemperatur Ttrans, so dass die Polymerketten 200 flexibel sind. Bei Einwirken einer Kraft auf das Material, ist daher eine elastische Verformung der Polymerketten 200 und eine Verschiebung der Netzpunkte 100 möglich. Durch die Krafteinwirkung wird das Polymer ausgedehnt und in seine temporäre Form gebracht. Nachfolgend erfolgt eine Abkühlung unter die Transformationstemperatur Ttrans, wodurch die Polymerketten kristallisieren und die temporäre Form fixiert wird (mittlerer Abschnitt von 5). Dadurch ist die im oberen Abschnitt von 5 dargestellte ursprüngliche Form programmiert.In the upper section of 5 the polymer with the network points 100 and the polymer chains 200 is initially in its original, permanent form. The temperature of the polymer is above the transformation temperature T trans so that the polymer chains 200 are flexible. When a force acts on the material, an elastic deformation of the polymer chains 200 and a displacement of the network points 100 are possible. The force causes the polymer to expand and take its temporary shape. This is followed by cooling below the transformation temperature T trans , whereby the polymer chains crystallize and the temporary shape is fixed (middle section of 5 ). This means that the one in the upper section of 5 the original form shown is programmed.

Diese kann, wie im unteren Abschnitt von 5 dargestellt, wiederhergestellt werden, indem die Temperatur des Polymers erneut über die Transformationstemperatur Ttrans erwärmt wird (Auslösung des Formgedächtniseffekts).This can, as in the lower section of 5 shown, can be restored by heating the temperature of the polymer again above the transformation temperature T trans (triggering the shape memory effect).

Die Anwendung eines Formgedächtnispolymers ist besonders vorteilhaft, da somit sichergestellt ist, dass beim Erwärmen der Stützelemente und bei maximaler Formänderung unter Gewichtsbelastung das Polymer immer die gleiche Gestalt annimmt.The use of a shape memory polymer is particularly advantageous because it ensures that when the support elements are heated and the shape changes to the maximum under weight load, the polymer always takes on the same shape.

Claims (15)

Vorrichtung zur Erzeugung einer veränderlichen Oberfläche umfassend: ein Stützelement (1) mit einer vorbestimmten Ausgangsform, das ein Material mit thermoplastischen Eigenschaften aufweist, wobei das Stützelement (1) oberhalb einer Erweichungstemperatur des Materials durch Krafteinwirkung eine Formveränderung erfahren kann, ein elastisches Element (2), das mit dem Stützelement (1) verbunden ist, und bei einer Formveränderung des Stützelements (1) eine Kraft zurück in die Ausgangsform auf das Stützelement (1) ausübt, und ein Heizelement (3), das dazu eingerichtet ist, Wärme an das Stützelement (1) zu übertragen.Device for generating a variable surface comprising: a support element (1) with a predetermined initial shape, which has a material with thermoplastic properties, wherein the support element (1) can undergo a change in shape by the action of force above a softening temperature of the material, an elastic element (2) which is connected to the support element (1) and exerts a force back to the original shape on the support element (1) when the shape of the support element (1) changes, and a heating element (3) which is designed to transfer heat to the support element (1). Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Heizelement (3) einen elektrischen Heizdraht umfasst.Device according to one of the preceding claims, wherein the heating element (3) comprises an electrical heating wire. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das elastische Element (2) dazu eingerichtet ist, die vorbestimmte Ausgangsform des Stützelements (1) nach einer Formveränderung wieder herbeizuführen, wenn das Stützelement (1) über die Erweichungstemperatur des Materials erhitzt ist.Device according to one of the preceding claims, wherein the elastic element (2) is designed to restore the predetermined initial shape of the support element (1) after a change in shape when the support element (1) is heated above the softening temperature of the material. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Stützelement (1) ein Formgedächtnispolymer aufweist.Device according to one of the preceding claims, wherein the support element (1) comprises a shape memory polymer. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Stützelement (1) einen elastischen Schlauch (1b) umfasst, der mit dem Material mit thermoplastischen Eigenschaften gefüllt ist.Device according to one of the preceding claims, wherein the support element (1) comprises an elastic tube (1b) filled with the material having thermoplastic properties. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das thermoplastische Material bei einer Temperatur von mindestens 50°C schmilzt und/oder bei einer Temperatur von höchstens 80°C schmilzt.Device according to one of the preceding claims, wherein the thermoplastic material melts at a temperature of at least 50°C and/or melts at a temperature of at most 80°C. Oberfläche umfassend eine Deckschicht (10) und eine Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Deckschicht (10) flexibel ausgebildet und auf einer Stirnseite des Stützelements (1) der Vorrichtung angeordnet und fest mit diesem verbunden ist.Surface comprising a cover layer (10) and a device according to one of the preceding claims, wherein the cover layer (10) is designed to be flexible and is arranged on an end face of the support element (1) of the device and is firmly connected to it. Oberfläche nach Anspruch 7 umfassend eine Vielzahl Vorrichtungen nach einem der Ansprüche 1 bis 6.surface Claim 7 comprising a plurality of devices according to one of the Claims 1 until 6 . Verfahren zum Verändern einer Oberfläche nach Anspruch 7 oder 8, umfassend die Schritte: erstes Einschalten eines Heizelements (3) in mindestens einem Stützelement (1) durch eine Recheneinheit (4), wenn diese ein erstes Signal empfängt; erstes Erwärmen des Stützelements (1) auf die Erweichungstemperatur des Materials; erstes Abschalten des Heizelements (3) durch die Recheneinheit (4) nach einer ersten vorbestimmten Zeit und/oder wenn eine vorbestimmte Formveränderung des Stützelements (1) detektiert wird.Method for changing a surface Claim 7 or 8th , comprising the steps: first switching on a heating element (3) in at least one support element (1) by a computing unit (4) when it receives a first signal; first heating the support element (1) to the softening temperature of the material; first switching off the heating element (3) by the computing unit (4) after a first predetermined time and / or when a predetermined change in shape of the support element (1) is detected. Verfahren nach Anspruch 9, umfassend: zweites Einschalten des Heizelements (3) durch die Recheneinheit (4), wenn diese ein zweites Signal empfängt, zweites Erwärmen des Stützelements (1) auf die Erweichungstemperatur des Materials; und zweites Abschalten des Heizelements (3) durch die Recheneinheit nach einer zweiten vorbestimmten Zeit, und/oder wenn detektiert wird, dass das Stützelement (1) seine Ausgangsform wieder erreicht hat.Procedure according to Claim 9 , comprising: second switching on of the heating element (3) by the computing unit (4) when it receives a second signal, second heating of the support element (1) to the softening temperature of the material; and second switching off of the heating element (3) by the computing unit after a second predetermined time, and/or when it is detected that the support element (1) has returned to its original shape. Verfahren nach Anspruch 10, wobei das zweite Signal ein internes Signal der Recheneinheit (4) ist, das erzeugt wird, wenn die Recheneinheit (4) für eine vorbestimmten Zeit kein Ausgangssignal des Kraftsensors (5) empfängt.Procedure according to Claim 10 , wherein the second signal is an internal signal of the computing unit (4), which is generated when the computing unit (4) does not receive an output signal from the force sensor (5) for a predetermined time. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei das erste Signal ein Ausgangssignal eines Kraftsensors (5) ist, das die Recheneinheit (4) empfängt, wenn der Kraftsensor (5) die äußere Kraft auf das Stützelement (1) detektiert.Procedure according to one of the Claims 9 until 11 , wherein the first signal is an output signal of a force sensor (5), which the computing unit (4) receives when the force sensor (5) detects the external force on the support element (1). Recheneinheit (4), die dazu eingerichtet ist, alle Verfahrensschritte eines Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche 9 bis 12 durchzuführen.Computing unit (4), which is set up to process all process steps of a method according to one of the above Claims 9 until 12 to carry out. Anordnung zur Erzeugung einer veränderlichen Oberfläche in einem Fahrzeug umfassend eine Oberfläche nach einem der Ansprüche 7 und 8; eine Recheneinheit (4) nach Anspruch 13; und mindestens ein erstes Mittel (5), das ein erstes Signal an die Recheneinheit sendet, das diese zu einem ersten Einschalten eines Heizelements (3) in einem Stützelement (1) der Oberfläche veranlasst.Arrangement for producing a variable surface in a vehicle comprising a surface according to one of Claims 7 and 8th ; a computing unit (4). Claim 13 ; and at least one first means (5) which sends a first signal to the computing unit, which causes it to first switch on a heating element (3) in a support element (1) of the surface. Anordnung nach Anspruch 14 ferner umfassend mindestens ein zweites Mittel (6), das ein zweites Signal an die Recheneinheit (4) sendet, das diese zu einem zweiten Einschalten des Heizelements (3) in dem Stützelement (1) der Oberfläche veranlasst.Arrangement according to Claim 14 further comprising at least one second means (6) which sends a second signal to the computing unit (4), which causes it to switch on the heating element (3) in the support element (1) of the surface for a second time.
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