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HINTERGRUND
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Die
vorliegende Offenbarung betrifft allgemein nach Bedarf morphbare
Karosserieformteile und -oberflächen,
und im Besonderen nach Bedarf morphbare Karosserieformteile und
-oberflächen
auf der Basis von aktiven Materialien.
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Gegenwärtige Fahrzeugelemente,
wie Karosserieseitenformteile, Scheuerleisten, Eckenschützer und
Stoßfänger von
verschiedenen Arten sind seit vielen Jahren angewandt worden. Diese
Typen von Fahrzeugelementen haben sowohl dekorative als auch schützende Funktionen.
Beispielsweise schützen
Eckenschützer
die Ecke einer Tür,
eines Stoßfängers oder
dergleichen, und können
derart hergestellt werden, dass sie die Fahrzeugoberfläche dekorativ
betonen. Karosserieseitenformteile sind im Wesentlichen aus zahlreichen
Stücken
gebildet, die horizontal ausgerichtet und an der Seite eines Fahrzeugs
angebracht sind. Karosserieseitenformteile müssen die Zwischenräume berücksichtigen,
die zum Öffnen
und Schließen
von Türanordnungen
in Fahrzeugen gehören.
Infolgedessen erfordern einige Fahrzeuge, dass ein Teil des Formteils
weggeschnitten werden muss, um ein Öffnen und Schließen der Tür zuzulassen.
Das Problem damit, das Formteil auf diese Weise bilden zu müssen, ist,
dass die ästhetischen
Qualitäten
des Formteils vermindert werden. Aus der Entfernung hat man Schwierigkeiten
beim Unterscheiden, ob der weggeschnittene Teil einen Schaden an
dem Fahrzeug darstellt oder ein Teil des Designs ist.
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Gegenwärtige Fahrzeugelemente
von dem oben beschriebenen Typ sind im Allgemeinen statisch. Das
heißt
diese Fahrzeugelemente sind entweder an dem Fahrzeug vorhanden oder
nicht. Beispielsweise wird das Montieren eines Nummernschildhalters
an der Vorderseite des Fahrzeugelements auf dem angestrebten Fahrzeugmarkt
nicht immer benötigt.
Es gibt viele gesetzliche Vorschriften, die vordere Nummernschilder
nicht verlangen, wohingegen andere dies tun. Im Hinblick auf die
Kosten jedoch werden die Hersteller alle ihre Fahrzeugmodelle mit
einem Nummernschildhalter herstellen. Dies stellt ein ästhetisches
Problem dar, wenn die gesetzlichen Vorschriften kein vorderes Nummernschild verlangen
und/oder ein Besitzer kein vorderes Nummernschild will.
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Dementsprechend
gibt es in der Technik einen Bedarf für nach Bedarf morphbare Karosserieformteile
und -oberflächen,
die ein Mittel zum Schützen
des Fahrzeugs bereitstellen und ästhetisch ansprechend
sind. Es wäre
besonders vorteilhaft, wenn das Fahrzeugelement sich nach Bedarf
reversibel morphen kann.
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KURZE ZUSAMMENFASSUNG
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Hierin
sind morphbare Fahrzeugelemente und Verwendungsverfahren offenbart.
Eine Ausführungsform
umfasst einen Abschnitt auf der Basis von nicht aktivem Material,
der mit einem Abschnitt auf der Basis von aktivem Material gekoppelt
ist, wobei der Abschnitt auf der Basis von aktivem Material ein aktives
Material umfasst, das geeignet ist, zumindest ein Merkmal in Ansprechen
auf ein Aktivierungssignal zu ändern,
wobei die Änderung
des zumindest einen Merkmals eine Änderung einer Moduleigenschaft,
einer Formorientierung oder einer Kombination aus der Moduleigenschaft
und der Formorientierung an dem Abschnitt auf der Basis von aktivem
Material ist; eine Aktivierungsvorrichtung in Wirkverbindung mit
dem aktiven Material, die geeignet ist, das Aktivierungssignal bereitzustellen;
und einen Controller in Wirkverbindung mit der Aktivierungsvorrichtung.
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Eine
andere Ausführungsform
ist zumindest ein zweiteiliges morphbares Formteil für ein Fahrzeug,
das eine Schnittstelle einer Tür
und eines Türrahmens
angrenzend überspannt,
wobei das morphbare Formteil ein erstes Formteil umfasst, das an
der Türrahmenoberfläche angebracht
ist; ein zweites Formteil, das an der Tür angebracht ist und einen
Abschnitt auf der Basis eines aktiven Materials umfasst, der an
das erste Formteil angrenzt, wobei der Abschnitt auf der Basis des
aktiven Materials ein aktives Material umfasst, das geeignet ist,
zumindest ein Merkmal in Ansprechen auf ein Aktivierungssignal zu ändern, wobei
die Änderung
des zumindest einen Merkmals eine Änderung einer Moduleigenschaft,
einer Formorientierung oder einer Kombination aus der Moduleigenschaft
und der Formorientierung an dem Abschnitt auf der Basis von aktivem
Material ist, um einen Türzwischenraum
beim Öffnen
der Tür
bereitzustellen, eine Aktivierungsvorrichtung in Wirkverbindung
mit dem aktiven Material, die geeignet ist, das Aktivierungssignal
bereitzustellen; und einen Controller in Wirkverbindung mit der
Aktivierungsvorrichtung.
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In
einer Ausführungsform
umfasst ein Verfahren zum selektiven Bilden oder Löschen eines
erhöhten
Musters in einer Fahrzeugoberfläche,
dass ein Muster gebildet wird, das ein aktives Material in der Fahrzeugoberfläche umfasst,
wobei das aktive Material eine ausgewählte Form aufweist von einer trainierten
Form, die von einer umgebenen Fahrzeugoberfläche vorsteht, und einer trainierten
Form, die im Wesentlichen mit einer Kontur der umgebenden Oberfläche ausgerichtet
ist; das aktive Material aktiviert wird, wobei das Aktivieren des
aktiven Materials die ausgewählte
Form von der trainierten Form, die vorsteht, derart ändert, dass
sie sich mit der Kontur der umgebenden Oberfläche im Wesentlichen ausrichtet,
und der trainierten Form, die im Wesentlichen ausgerichtet ist,
derart ändert,
dass sie von der Kontur der umgebenden Fahrzeugoberfläche vorsteht;
und das aktive Material deaktiviert wird.
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Die
oben beschriebenen und weitere Merkmale werden durch die folgenden
Figuren und die ausführliche
Beschreibung beispielhaft ausgeführt.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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In
den Zeichnungen, die beispielhafte Ausführungsformen sind und in denen
gleiche Elemente gleich nummeriert sind, ist:
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1 eine
schematische Darstellung eines Querschnitts eines Karosserieseitenformteils
vor der Aktivierung gemäß einer
Ausführungsform
der Offenbarung;
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2 eine
schematische Darstellung des Querschnitts eines Karosserieseitenformteils,
genommen entlang der Linien 2-2 von 1, bei Aktivierung
des zumindest einen aktiven Materials gemäß einer Ausführungsform
der Offenbarung;
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3 eine
schematische Darstellung eines Querschnitts von Federn in einem
morphbaren Fahrzeugelement vor der Aktivierung gemäß einer
Ausführungsform
der Offenbarung;
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4 eine
schematische Darstellung eines Querschnitts eines morphbaren Fahrzeugelements vor
der Aktivierung gemäß einer
Ausführungsform der
Offenbarung;
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5 die
schematische Darstellung des Querschnitts des formbaren Fahrzeugelements
in 5 bei Aktivierung des zumindest einen aktiven Materials
gemäß einer
Ausführungsform
der Offenbarung;
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6 eine
schematische Darstellung eines Querschnitts eines morphbaren Fahrzeugelements vor
der Aktivierung gemäß einer
Ausführungsform der
Offenbarung; und
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7 die
schematische Darstellung des Querschnitts des morphbaren Fahrzeugelements
in 7 bei Aktivierung des zumindest einen aktiven Materials
gemäß einer
Ausführungsform
der Offenbarung.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Die
vorliegende Offenbarung betrifft allgemein morphbare Fahrzeugelemente
und Verwendungsverfahren in einem Fahrzeug, und im Besonderen morphbare
Fahrzeugelemente, die ein aktives Material umfassen, das die Formorientierung und/oder
die Moduleigenschaften des Fahrzeugelements in Ansprechen auf ein
Aktivierungssignal ändert.
Bei Deaktivierung kann das morphbare Fahrzeugelement seine ursprüngliche
Konfiguration wieder erlangen. In manchen Ausführungsformen können die
aktiven Materialien als Aktoren angewandt werden, die in dem morphbaren
Fahrzeugelement angeordnet sind, um die Änderung der Formorientierung und/oder
der Moduleigenschaften zu bewirken. Obwohl hierin Bezug auf Kraftfahrzeuganwendungen genommen
wird, ist in Betracht zu ziehen, dass das morphbare Fahrzeugelement
angepasst werden kann, um verschiedene Oberflächen zu bilden, wobei nach
Bedarf morphbare Oberflächen
erwünscht
sein können,
wie es etwa bei Flugzeugen, Zügen,
Bussen, Lkw, Vans, Freizeitfahrzeugen und dergleichen erwünscht sein
kann.
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So
wie er hierin verwendet wird, bezieht sich der Ausdruck "Fahrzeugelement" auf verschiedene Teile,
die das Fahrzeug bilden, welche umfassen, aber nicht darauf beschränkt sein
sollen, Karosserieseitenformteile, Scheuerleisten, Eckenschützer, Stoßfänger, Kotflügel, Vorderendstrukturen,
Nummernschildhalter, Kofferraumflächenelemente, Motorhaubenflächenelemente,
Karosserieflächenelemente,
Türflächenelemente
und dergleichen. Er bezieht sich auch auf Innenflächen des
Fahrzeugs, die umfassen, aber nicht darauf beschränkt sind,
das Armaturenbrett, die Sonnenblende, die Mittelkonsole, die Armlehne,
den Sitz, die Kopfstütze,
die Türfläche und
dergleichen. Andere geeignete Teile oder Komponenten des Fahrzeugs
werden Fachleuten in Anbetracht dieser Offenbarung deutlich werden.
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Das
morphbare Fahrzeugelement umfasst allgemein ein aktives Material,
das geeignet ist, eine Formorientierung in Ansprechen auf ein Aktivierungssignal
zu ändern.
Der Ausdruck "aktives
Material", wie er
hierin verwendet wird, bezieht sich auf mehrere unterschiedliche
Klassen von Materialien, von denen alle eine Änderung zumindest eines Merkmals,
wie etwa der Abmessung, Form und/oder des Elastizitätsmoduls
zeigen, wenn sie zumindest einem Typ von vielen unterschiedlichen
Typen von angelegten Aktivierungssignalen ausgesetzt werden, wobei Beispiele
derartiger Signale thermisch, elektrisch, magnetisch, mechanisch,
pneumatisch und dergleichen sind. Eine Klasse von aktiven Materialien
besteht aus Form gedächtnismaterialien.
Diese Materialien zeigen einen Formgedächtniseffekt. Genauer können sie,
nachdem sie pseudoplastisch verformt worden sind, in Ansprechen
auf das Aktivierungssignal zu ihrer ursprünglichen Form zurückgesetzt
werden. Geeignete Formgedächtnismaterialien
umfassen, ohne Einschränkung,
Formgedächtnislegierungen
(SMA), ferromagnetische SMA und Formgedächtnispolymere (SMP). Eine
zweite Klasse von aktiven Materialien kann als diejenigen angesehen
werden, die eine Änderung
zumindest eines Merkmals zeigen, wenn sie einem angelegten Aktivierungssignal
ausgesetzt sind, aber bei Wegnahme des angelegten Aktivierungssignals
zu ihrem ursprünglichen Zustand
zurückkehren.
Aktive Materialien in dieser Kategorie umfassen, sind aber nicht
darauf beschränkt,
piezoelektrische Materialien, elektroaktive Polymere (EAP), magnetorheologische
Fluide und Elastomere (MR), elektrorheologische Fluide (ER), elektrostriktive
Polymere, ionische Polymergele, Verbundstoffe aus einem oder mehreren
der vorstehenden Materialien mit nicht aktiven Materialien, Kombinationen
mit zumindest einem der vorstehenden Materialien und dergleichen.
Das aktive Material kann in einem Element des Fahrzeugs integriert
sein oder kann das vollständige
Element bilden. Darüber
hinaus kann ein selektives Morphen mittels Elastizitätsmoduländerungen,
Formänderungen,
Rotationen, Umorientierung und dergleichen bewirkt werden. Von den
oben angemerkten Materialien können
Fahrzeugelementanordnungen auf SMA-Basis und SMP-Basis in manchen
Ausführungsformen
ferner einen Rückführmechanismus
umfassen, um die ursprüngliche
Geometrie der Anordnung wiederherzustellen. Der Rückführmechanismus
kann mechanisch, pneumatisch, hydraulisch oder auf der Basis von
einem der vorstehend erwähnten
aktiven Materialien sein.
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Indem
das aktive Material benutzt wird, kann das morphbare Fahrzeugelement
zumindest ein Merkmal reversibel ändern, um nach Bedarf einen Schutz
bereitzustellen, ein verbessertes Aussehen des Fahrzeugelements
bereitzustellen, sowie "verschwindende" Befestigungseinrichtungen
bereitzustellen, wo dies erwünscht
und konfiguriert ist. Zusätzlich
kann das aktive Material derart konfiguriert sein, dass es als Aktor
fungiert, um die Änderung
der Formorientierung und/oder Moduleigenschaften, d.h. ein Morphen,
zu bewirken. Das Anlegen eines Aktivierungssignals an das aktive
Material kann die reversible Änderung
bei Bedarf bewirken. Geeignete Aktivierungssignale werden von dem
besonderen verwendeten aktiven Material abhängen. Wie es zuvor besprochen
wurde, kann das Aktivierungssignal, das zum Ändern der Formorientierung
des Fahrzeugelements bereitgestellt wird, eine mechanische Belastung
oder Beanspruchung, ein thermisches Signal, ein elektrisches Signal,
ein magnetisches Signal, und Kombinationen mit zumindest einem der
vorstehenden Signale und dergleichen umfassen.
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In
den 1-2 ist ein beispielhaftes morphbares
Fahrzeugelement 10 gezeigt, das zur Verwendung als Karosserieseitenformteil
geeignet ist, das eine Schnittstelle 12 zwischen einer
Karosserieoberfläche 13 und
einer Türoberfläche 16 überspannt.
Das Fahrzeugelement 10 weist einen Abschnitt 18 aus
aktivem Material auf, der an einem herkömmlichen Karosserieseitenformteilabschnitt 20 der Türoberfläche 16 angebracht
gezeigt ist. Das Karosserieseitenformteil 16 überspannt
die Schnittstelle 12 und ist geradlinig mit einem Formteilabschnitt 14 ausgerichtet,
der an der Karosserieoberfläche 13 angeordnet
ist. Wie es in 2 deutlicher gezeigt ist, umfasst
der Abschnitt 18 aus aktivem Material allgemein eine starre
Basis 22 und eine flexible Abdeckung 24, die daran
in Bezug auf die Basis 22 angebracht ist. Das Fahrzeugelement 10 einschließlich des
Abschnitts 18 aus aktivem Material kann an einer Karosserieoberfläche eines
Fahrzeugs (z.B. einer Türoberfläche 16)
durch Befestigungselemente oder Klebstoffe, wie etwa doppelseitiges
Klebeband, Acrylschaumband und dergleichen, befestigt sein. Der
Abschnitt 18 aus aktivem Material umfasst ein aktives Material 26,
das geeignet ist, eine Formorientierung und/oder Moduleigenschaften
in Ansprechen auf ein Aktivierungssignal zu ändern. Das aktive Material kann
viele Formen annehmen, wie es zuvor besprochen wurde. Das aktive
Material kann beispielsweise in der Form eines Festkörpers aus
Formgedächtnispolymer
vorliegen, so dass die Aktivierung eine Moduländerung hervorruft. Bei anderen
Beispielen kann das aktive Material die Form von Formgedächtnislegierungsfedern
zwischen der flexiblen Abdeckung annehmen. Darüber hinaus kann der Abstand
zwischen der flexiblen Abdeckung und der Basis mit einem elektrorheologischen
oder magnetorheologischen Fluid gefüllt sein. Andere Abwandlungen
sind in Betracht zu ziehen und liegen im Können des Fachmanns.
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Das
aktive Material 26 steht mit einer Aktivierungsvorrichtung 28 und
einem Controller 30 in Wirkverbindung. Die Aktivierungsvorrichtung 28 liefert das
geeignete Aktivierungssignal an das aktive Material 26 auf
der Basis von Signalen, die von dem Controller 30 bereitgestellt
werden. Beispielsweise kann das Fahrzeugelement 10 ein
Karosserieseitenformteil bilden, das eine im Wesentlichen kontinuierliche Oberfläche über Schnittstellen,
wie etwa jene, die durch die Schnittstelle 12 bereitgestellt
wird, hinweg bereitstellt. Bei der selektiven Aktivierung des Abschnitts 18 aus
aktivem Material, z.B. einem Formgedächtnispolymer, ändern sich
die Formorientierung und/oder die Moduleigenschaften des Abschnitts 18 aus
aktivem Material, um das gewünschte
Ausmaß an
Zwischenraum zwischen der Türoberfläche 16 und
der Türrahmenoberfläche 14 bereitzustellen,
um ein Öffnen
der Tür
zu ermöglichen
(wie es durch die Struktur 32 in gestricheltem Linienzug
in 2 gezeigt ist). Obwohl das Fahrzeugelement 10 derart dargestellt
ist, dass es einen hohlen Innenbereich aufweist, der durch die flexible
Abdeckung 12 und die starre Basis 14 definiert
ist, ist in Betracht zu ziehen, dass die flexible Abdeckung 12 und
die starre Basis eine feste Struktur bilden könnten, d.h. keinen hohlen Innenbereich.
Außerdem
kann das gesamte Fahrzeugelement 10 (z.B. Karosserieformteil)
aus dem aktiven Material gebildet sein, oder ausgewählte abschnitte
davon, wie es gezeigt ist.
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Optional
kann das aktive Material das Fahrzeugelement 10 ohne ein
angelegtes Aktivierungssignal von dem Controller passiv morphen.
Beispielsweise kann das aktive Material 26 ausgewählt sein, um
eine Änderung
der Formorientierung und Moduleigenschaften bei einer mechanischen
Spannung, z.B. einer Druckbelastung, zu erfahren, wie sie durch das Öffnen der
Tür hervorgerufen
wird, damit man das Fahrzeug betreten und dieses verlassen kann. Dies
ist beispielsweise bei einer SMA der Fall, wenn sie sich in ihrer
austenitischen Phase befindet, d.h. ein Beispiel von Superelastizität. Beim Öffnen der
Tür berührt ein
Abschnitt des Fahrzeugelements 10 den Abschnitt 18 aus
aktivem Material, was bewirkt, dass sich dieser plastisch verformt.
Wenn die Tür
nicht geöffnet
wird, ist das aktive Material 26 unbelastet und somit deaktiviert,
und die Form- und Moduleigenschaften des Fahrzeugelements 10 kehren
zu ihren ursprünglichen
Form- und Moduleigenschaften in Abwesenheit der Last zurück, was
dann dazu verwendet werden kann, die kontinuierliche Oberfläche über die
verschiedenen Schnittstellen, wie etwa die Tür und den Türrahmen, hinweg bereitzustellen,
so dass ein ansprechendes ästhetisches
Erscheinungsbild des Fahrzeugs erhalten bleibt.
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Als
ein weiteres Beispiel kann das morphbare Fahrzeugelement zur Verwendung
als Scheuerleiste konfiguriert sein, die aus dem aktiven Material, z.B.
einem Formgedächtnispolymer,
gebildet ist. Ein Aktivierungssignal in Ansprechen auf die Vorwegnahme
eines Öffnens
einer Tür,
wie etwa die Bewegung eines Türgriffs,
das Betätigen
eines Schlüsselanhängers zur
Fernbedienung und dergleichen, kann dazu verwendet werden, eine
ther mische Aktivierung des Formgedächtnispolymers auszulösen, um
eine Änderung
in ihrem Modul zu bewirken, was zulässt, dass eine Verformung der
Scheuerleiste beim Öffnen
der Tür
auftritt. Das Formgedächtnispolymer
würde erwärmt bleiben,
bis die Tür
geschlossen wird, oder beim Schließen der Tür wieder erwärmt werden.
Die erwärmte
Scheuerleiste aus Formgedächtnispolymer
steht, nachdem die Tür
geschlossen worden ist, nicht langer unter Last, und würde zu ihrer
ursprünglichen
Konfiguration zurückkehren.
Auf diese Weise kann das Öffnen
und Schließen
der Tür
mit minimalem Aufwand oder Widerstand, wie er auf Kräfte zurückzuführen ist,
die zu der Scheuerleiste gehören,
programmiert sein.
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In 3 ist
eine Querschnittsansicht eines morphbaren Fahrzeugelements 40 gezeigt.
Das Fahrzeugelement 40 umfasst eine starre Basis 22 und
eine flexible Abdeckung 24, die zusammenwirkend einen hohlen
Innenbereich 42 definieren. Mehrere Drähte 44 sind in dem
Innenbereich 42 angeordnet, wobei ein Ende an der starren
Basis 22 angebracht ist und das andere Ende an einer Unterseite der
flexiblen Abdeckung 24 angebracht ist. Die Drähte 44 können irgendeine
Form annehmen, die umfasst, aber nicht darauf beschränkt ist,
Streifen, Bänder,
Federn und dergleichen. Die mehreren Drähte 44 sind aus dem
aktiven Material gebildet und stehen mit der Aktivierungsvorrichtung 28 und
dem Controller 30 in Wirkverbindung, der das Aktivierungssignal an
das aktive Material liefert. Die Aktivierung des aktiven Materials
bewirkt eine Änderung
der Formorientierung und/oder Moduleigenschaften, so dass sich die
Form zu der Struktur 46 mit gestricheltem Linienzug ändert, wie
es gezeigt ist, oder es kann eine elastische Kompression bei Anlegen
einer Last auftreten, z.B. ein Kontakt des Abschnitts aus aktivem
Material mit einer Türrahmenoberfläche.
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Beispielsweise
können
die Drähte 44 aus
einer Formgedächtnislegierung
gebildet sein. Ein Anlegen eines Aktivierungssignals an die Drähte 44 aus Formgedächtnislegierung
bewirkt, dass sich die Formgedächtnislegierung
zu der zweiten Formorientierung zusammenzieht, wie dies durch die
Struktur mit gestricheltem Linienzug deutlich gemacht ist. Die Lage
der Drähte 44 aus
Formgedächtnislegierung kann
abhängig
von dem beabsichtigten Umfang an Morphen innerhalb des Fahrzeugelements 40 sowie der
gewünschten
Anwendung variieren, was alles innerhalb des Könnens des Fachmanns in Anbetracht dieser
Offenbarung liegt.
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Wie
es zuvor beschrieben wurde, kann der Controller 30 derart
programmiert sein, dass er das Aktivierungssignal bei einem Ereignis,
wie etwa einem Öffnen
der Tür,
liefert und das Aktivierungssignal beim Schließen der Tür unterbricht. Alternativ kann
das Aktivierungssignal durch einen elektronischen Schlüsselanhänger, ein
Drücken
oder Aktivieren der Knöpfe
für eine
motorunterstützte
Entriegelung, was anzeigt, dass jemand das Fahrzeug betritt oder
dieses verlässt,
und dergleichen, eingeleitet werden. Bei Empfang des Aktivierungssignals
ziehen sich die Drähte 44 aus
Formgedächtnislegierung
zusammen, was bewirkt, dass sich die flexible Abdeckung 24 nach
innen biegt.
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In
einer anderen Ausführungsform
können Drähte aus
aktivem Material dazu benutzt werden, um sich auszudehnen, was eine
gewünschte
Verschiebung bewirkt, wie es Fachleuten in Anbetracht dieser Offenbarung
deutlich werden wird. Darüber
hinaus kann die erwünschte
Verschiebung auch durch die Verwendung von anderen aktiven Materialien, wie
etwa elektroaktiven Polymeren, piezoelektrischen Elastomeren, Fluiden
aus aktivem Material, die sich selektiv ausdehnen oder zusammenziehen, und
dergleichen, erhalten werden.
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Abgesehen
von einer strengen Formwiederherstellung kann jedes aktive Material,
das derart hergestellt werden kann, dass es sich linear ausdehnt
oder zusammenzieht, dazu verwendet werden, einen Biegeaktor herzustellen,
indem das aktive Material mit einem nicht aktiven elastischen Element kombiniert
wird. In der Literatur, wird dies im Allgemeinen als Unimorph-Aktor
bezeichnet. Wenn beide Komponenten aus dem gleichen Material hergestellt sind,
aber so, dass sie sich in entgegengesetzte Richtungen verformen,
wird das Material ein Bimorph. Bei bedarfsabhängigen Anwendungen, wie etwa
jene, die oben beschrieben sind, können sich manche aktive Materialien
selbst für
die Außenfläche des
morphbaren Fahrzeugelements eignen.
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Die
Verwendung eines aktiven Materials, das sich ausdehnt oder zusammenzieht,
kann ein Biegen nach links oder rechts einleiten. In der Bimorph-Konfiguration
kann jede Richtung auch abhängig
von der Orientierung der Schichten aus aktivem Material erreicht
werden. Ein Unimorph kann erzeugt werden, indem eine Formgedächtnislegierung,
ein leitfähiges Polymer,
ein elektrostriktives Polymer oder ein anderes sich axial dehnendes
Material zusammen mit einer elastischen Komponente verwendet wird,
die bewirkt, dass ein Biege-Paar erzeugt wird. Das elastische Element
kann zu vielen Materialklassen gehören, die Metalllegierungen,
Polymere und Keramiken umfassen. Bevorzugte Materialien sind jene,
die große
elastische Dehnungsgrenzen zeigen, und jene, die mechanische Energie
effizient speichern können. Sekundäre Erwägungen umfassen
jene, die leicht mit dem zumindest einen aktiven Material verbunden werden
können,
Eigenschaften haben, die in dem Arbeitstemperaturbereich akzeptabel
sind, und eine angemessene Zähigkeit
aufweisen, um eine wiederholte Betätigung zu überstehen. Ein Bimorph kann
für jedes
Material erzeugt werden, indem das Material abhängig vom Ansteuerungssignal
sowohl zur Dehnung als auch zur Kompression angetrieben werden kann.
Für diesen
Effekt können
piezoelektrische Materialien verwendet werden. Aktoren aus ionischem Polymer,
wie etwa Verbundstoffe aus ionischem Polymer und Metall und leitfähige Polymere,
zeigen diesen Effekt intrinsisch aufgrund des Transports von Innenspezies,
die ein Anschwellen über
eine Membran hinweg bewirken. Daher werden diese Materialien für diese
Art von Verformung bevorzugt verwendet.
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In
den 4 und 5 ist nun ein beispielhaftes
morphbares Fahrzeugelement 50 gezeigt, das zur Verwendung
als Eckenschutz konfiguriert ist. Eckenschützer werden im Allgemeinen
angewandt, um das Fahrzeug vor Dellen, Beulen und Kratzern zu schützen, wenn
Türen geöffnet werden
und gegen benachbarte Fahrzeuge stoßen. Beispielsweise kann der
Eckenschutz 50 konfiguriert sein, um die Fahrzeugtür, die Kofferraumtür, den Stoßfänger und
dergleichen während
des normalen Betriebes des Fahrzeugs zu schützen.
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Das
Fahrzeugelement 50 gemäß einer
Ausführungsform
umfasst örtlich
festgelegte Bereiche 52 aus aktivem Material in Wirkverbindung
mit Bereichen 54 aus nicht aktivem Material 54.
In 4 ist das Fahrzeugelement 50 in einer
anfänglich
im Wesentlichen geraden Konfiguration gezeigt. 5 veranschaulicht
das Fahrzeugelement 50 in einer zweiten Formorientierung
in dem aktivierten Zustand, wobei der Eckenschutz eine krummlinige
Form annimmt. Auf diese Weise kann der Eckenschutz selektiv aktiviert
werden, um die krummlinige Form anzunehmen und somit Oberflächen anderer
Fahrzeuge, mit denen in Kontakt getreten wird, zu schützen. In dem
aktivierten Zustand wird der Eckenschutz zu seiner ursprünglichen
Form wiederhergestellt, die in manchen Anwendungen koplanar mit
der umgebenden Oberflächenkontur
sein kann.
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Im
Betrieb bewirkt das Anlegen eines Aktivierungssignals an die Bereiche 52,
dass sich das aktive Material in die zweite Formorientierung verformt.
Die Verformung bewirkt, dass sich das aktive Material entlang einer
vordefinierten Strecke wölbt,
wodurch kinetische Energie absorbiert wird, die zu irgendeinem geringfügigen Aufprallereignis
gehört.
In dem Fall, dass das nicht aktive Material fest an einer Oberfläche angebracht
ist, würde
sich der örtlich
festgelegte Bereich 52 abhängig von der beabsichtigten Anwendung
nach außen
oder nach innen wölben.
Als solche wird die Lage des aktiven Materials abhängig von
den Abmessungsachsen und der gewünschten Anwendung
variieren. Auf diese Weise kann ein Aufprall eines Objekts bewirken,
dass sich das Fahrzeugelement 10 entlang der vordefinierten
Strecke wölbt.
Beispielsweise kann der Eckenschutz strategisch an dem Fahrzeug
positioniert sein, um einen Schutz vor einem Aufprall eines Einkaufswagens
bereitzustellen.
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Alternativ
ist das morphbare Fahrzeugelement 50 vollständig aus
dem aktiven Material gebildet, das bei einem Aktivierungssignal
zumindest ein Merkmal ändert.
Das morphbare Fahrzeugelement kann in einer anfänglichen geraden Konfiguration vorliegen
und sich bei einem Aktivierungssignal zu einer gekrümmten Position
biegen. Beispielsweise wickelt sich der Türeckenschutz um die Ecke der
Tür, wodurch
er diese bei Bedarf schützt.
Das Ausmaß an Krümmung hängt von
der beabsichtigten Anwendung ab.
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In
anderen Anwendungen können
die morphbaren Scheuerleisten derart konfiguriert sein, dass sie
eine aktive Dämpfung
bereitstellen, indem sie sich in Ansprechen auf das Aktivierungssignal nach
außen
ausdehnen. Beispielsweise können
dielektrische Elastomere wie morphbare Scheuerleisten verwendet
werden. Zum Beispiel wird ein abgedichtetes Rohr aus dielektrischem
Elastomer mit einem definierten Innendruck gefertigt und an den
gewünschten
Lagen bei etwa der Fahrzeugecke aufgebracht. Wenn eine Spannung
angelegt wird, dehnt sich der Durchmesser des Rohrs in einem Ausmaß aus, das
bewirkt, dass ein effektiver Schutz vor Beulen geschaffen wird.
Bei einem anderen Beispiel sind Scheuerleisten aus Formgedächtnispolymer
gebildet, das beim Öffnen
der Tür
erwärmt
werden kann und somit weich wird, um jeglichen Aufprallschaden beim
Anstoßen
an ein benachbartes Objekt, wie etwa die Seite eines Fahrzeugs,
zu minimieren. Nach dem Schließen
der Tür
kann das Formgedächtnispolymer wieder
zu seiner ursprünglichen
unverformten Geometrie zurückkehren,
und das Formgedächtnispolymer
kann sich bei Unterbrechung der Aktivierung beim Abkühlen versteifen.
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In
den 6 und 7 ist nun ein Fahrzeugstoßfänger 60 gezeigt,
der ein morphbares Fahrzeugelement 62 anwendet, um einen
Nummernschildhalter zu definieren. Das Fahrzeugelement 62 ist durch
ein Muster definiert, das aus dem aktiven Material gebildet ist.
Alternativ kann der gesamte vordere Stoßfänger aus dem aktiven Material
gebildet sein, wobei Abschnitte, die dem Nummernschildhalter entsprechen,
selektiv aktiviert werden, obwohl dies allgemein in Anbetracht der
Material- und Verarbeitungskosten, die zu den aktiven Materialien
gehören, weniger
bevorzugt ist.
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Wie
es in 7 deutlicher gezeigt ist, bewirkt das Anlegen
eines Aktivierungssignals an das aktive Material in dem Stoßfänger, dass
der Nummernschildhalter abhängig
von der Konfiguration und dem Typ von verwendetem aktivem Material
erscheint oder verschwindet. Beispielsweise im Fall von Formgedächtnispolymeren
kann ein thermisches Aktivierungssignal angewandt werden oder eine
Last kann aufgebracht werden, um den vorgeformten Nummernschildhalterabschnitt
plastisch zu verformen (d.h. der vorgeformte Nummernschildhalter
umfasst Vorsprünge,
die von den Planaren Hauptoberflächen ausgehen,
die im Allgemeinen den Stoßfänger definieren)
und ihn gleichmäßig mit
der übrigen
Konturfläche
des Stoßfängers auszurichten.
Ein anschließendes
Abkühlen
des Nummernschildhalterabschnitts wird die plastische Verformung
an ihrer Stelle verriegeln und ein "Verschwinden" des Halters bewirken. Wenn die Oberflächenkontur,
die zu dem Nummernschildhalter gehört, erwünscht ist, wird dann ein erneutes
Erwärmen
des Nummernschildhalterbereiches bei Fehlen einer Last den Nummernschildhalterabschnitt
zu seiner ursprünglichen
Formorientierung zurückführen. Abhängig von
dem Typ des benutzten aktiven Materials kann das Formteil, das aus dem
aktiven Material gebildet ist, dazu gebracht werden, bei Aktivierung
zu erscheinen oder zu verschwinden.
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In
einer anderen Ausführungsform
können Bereiche
aus SMP an verschiedenen Außen-
und Innenflächen
des Fahrzeugs angeordnet sein. Eine thermische Aktivierung durch
die Verwendung von beheizten Werkzeugen, die zu einem erwünschten Muster
geformt sind, kann dazu verwendet werden, persönlich angepasste und/oder unterschiedliche Flachreliefgravuren
und Anzeigevorrichtungen zu schaffen. Wenn man diese Gravuren und
Anzeigevorrichtungen nicht länger
wünscht,
wird das Erwärmen
der Formgedächtnispolymerfläche bei
weggenommenen Oberflächenlasten
diese "löschen". Geeignete Innen-
und Außenflächen umfassen,
sind aber nicht darauf beschränkt,
einen Fahrzeugstoßfänger, eine
Innenfläche,
eine Lenkradfläche,
eine Sitzfläche,
eine Armaturenbrettfläche,
eine Konsolenfläche
und dergleichen.
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In
einer anderen Ausführungsform
können örtlich festgelegte
Bereiche aus Formgedächtnispolymer
an Außenbereichen
des Fahrzeugs, die Beulen, Dellen und Kratzern ausgesetzt sind,
angeordnet sein. Um diese plastischen Verformungen zu beseitigen,
würde man
eine thermische Aktivie rung bei Fehlen einer Last aufbringen, um
die Oberflächenbereiche,
die aus Formgedächtnispolymer
hergestellt sind, zu heilen und/oder zu reparieren. Natürlich wäre die Reparatur
auf einen Schaden begrenzt, der zu einer plastischen Verformung
der Oberfläche
gehört, im
Gegensatz zu Abrieb, Rissen, Abrissen, Brüchen und dergleichen.
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Optional
kann das Muster aus dem aktiven Material eine Dicke aufweisen, und/oder
es kann halb undurchsichtig oder durchscheinend sein, so dass das
Muster hinterleuchtet sein kann. Beispielsweise kann eine Beleuchtungsplatte
hinter dem Muster angeordnet sein, um die Hinterleuchtung bereitzustellen.
Alternativ kann eine reflektierende oder helle Platte, z.B. eine
Chromplatte, angewandt werden. Auf diese Weise ist das Muster leicht
sichtbar und ästhetisch
interessant. Darüber
hinaus kann das Muster texturiert sein.
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In
anderen Beispielen ist das morphbare Fahrzeugelement ein Kofferraum,
eine Haube, ein Spoiler ein Armaturenbrett, eine Sonnenblende, eine Mittelkonsole,
eine Armlehne, ein Sitz, eine Kopfstütze und dergleichen. Das morphbare
Fahrzeugelement besitzt örtlich
festgelegte Bereiche aus dem zumindest einen aktiven Material. Beispielsweise
ist das Armaturenbrett aus einem Formgedächtnispolymermaterial gebildet,
das dazu verwendet werden kann, persönlich angepasste/unterschiedliche
Flachreliefgravuren und Anzeigevorrichtungen mit erwärmten Werkzeugen
zu schaffen. Wenn man anschließend
wünscht,
die Gravuren und/oder Anzeigevorrichtungen zu entfernen, können die örtlich festgelegten
Bereiche aus dem SMP bei weggenommenen Oberflächenlasten wieder erwärmt werden,
wodurch die Anzeigevorrichtungen und/oder Gravuren "gelöscht" werden.
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In
einem anderen Beispiel ist das morphbare Fahrzeugelement ein Frontspoiler,
ein Kotflügel,
ein Stoßfänger und
dergleichen. Diese Bereiche erhalten typischerweise Scharten, Dellen,
Kratzer oder Schäden
bei niedrigen Geschwindigkeiten aufgrund ihrer engen Nähe zum Boden.
Beispielsweise weist der Frontspoiler an einem Sportwagen zumindest
ein aktives Material auf. Es kann sein, dass der Fahrer den Frontspoiler
mit Steinen plastisch verformt. Beim Wiedererwärmen des zumindest einen aktiven
Materials in dem Frontspoiler bei weggenommenen Oberflächenlasten
kann die plastische Verformung in dem Frontspoiler repariert werden.
Dies kann alternativ für Kotflügel, Stoßfänger und
dergleichen angewandt werden.
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Die Änderung
des zumindest einen Merkmals aus dem aktiven Material bleibt erwünschtermaßen für die Dauer
des angelegten Aktivierungssignals bestehen. Ebenso erwünschtermaßen kehrt
die Änderung
des zumindest einen Merkmals zu der ursprünglichen Form vor der Aktivierung
zurück.
Auf diese Weise kann eine Reversibilität auftreten.
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Formgedächtnispolymere
(SMP) beziehen sich allgemein auf eine Gruppe von Polymermaterialien,
die die Fähigkeit
zeigen, in irgendeine zuvor definierte Form zurückzukehren, wenn sie einem
geeigneten thermischen Stimulus ausgesetzt werden. Formgedächtnispolymere
können
auf Temperatur oder Wärme
ansprechend sein (d.h. die Änderung der
Eigenschaft wird durch ein thermisches Aktivierungssignal hervorgerufen),
auf Licht ansprechend sein (d.h. die Änderung der Eigenschaft wird
durch ein Aktivierungssignal auf der Basis von Licht hervorgerufen),
auf Feuchtigkeit ansprechend sein (d.h. die Änderung der Eigenschaft wird
durch ein Flüssigkeitsaktivierungssignal,
wie Feuchte, Wasserdampf oder Wasser, hervorgerufen) oder auf eine
Kombination mit zumindest einem der Vorstehenden ansprechend sein.
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Im
Allgemeinen sind SMP phasengetrennte Copolymere, die zumindest zwei
unterschiedliche Einheiten umfassen, die derart beschrieben werden können, dass
sie unterschiedliche Segmente in dem SMP definieren, wobei jedes
Segment unterschiedlich zu den Gesamteigenschaften des SMP beiträgt. So wie
er hierin verwendet wird, bezieht sich der Ausdruck "Segment" auf einen Block,
Pfropf oder eine Folge der gleichen oder ähnlichen Monomer- oder Oligomereinheiten,
die copolymerisiert sind, um das SMP zu bilden. Jedes Segment kann
kristallin oder amorph sein und wird einen entsprechenden Schmelzpunkt
bzw. eine entsprechende Glasübergangstemperatur
(Tg) aufweisen. Der Ausdruck "thermische Übergangstemperatur" wird hierin der Zweckmäßigkeit
halber verwendet, um sich gattungsgemäß auf entweder eine Tg oder
einen Schmelzpunkt abhängig
davon zu beziehen, ob das Segment ein amorphes Segment oder ein
kristallines Segment ist. Für
SMP mit (n) Segmenten sagt man, dass das SMP ein hartes Segment
und (n – 1)
weiche Segmente aufweist, wobei das harte Segment eine höhere thermische Übergangstemperatur
als irgendein weiches Segment aufweist. Somit weist das SMP (n)
thermische Übergangstemperaturen
auf. Die thermische Übergangstemperatur
des harten Segments wird die "letzte Übergangstemperatur" genannt, und die
niedrigste thermische Übergangstemperatur
des sogenannten "weichsten" Segments wird die "erste Übergangstemperatur" genannt. Es ist wichtig
anzumerken, dass man sagt, dass, wenn das SMP mehrere Segmente aufweist,
die sich durch die gleiche thermische Übergangstemperatur auszeichnen,
die auch die letzte Übergangstemperatur
ist, dann das SMP mehrere harte Segmente aufweist.
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Wenn
das SMP über
die letzte Übergangstemperatur
hinaus erwärmt
wird, kann dem SMP-Material eine permanente Form verliehen werden.
Eine permanente Form für
das SMP kann festgelegt oder gespeichert werden, indem das SMP anschließend unter
diese Temperatur abgekühlt
wird. So wie sie hierin verwendet werden, sind die Ausdrücke "ursprüngliche
Form", "zuvor definierte
Form" und "permanente Form" Synonyme und sollen
austauschbar verwendet werden. Eine temporäre Form kann festgelegt werden,
indem das Material auf eine Temperatur, die höher ist als die thermische Übergangstemperatur
irgendeines weichen Segments, jedoch unter die letzte Übergangstemperatur
erwärmt
wird, eine äußere Spannung
oder Last aufgebracht wird, um das SMP zu verformen, und dann unter
die besondere thermische Übergangstemperatur
des weichen Segments abgekühlt
wird, während
die verformende äußere Spannung
oder Last beibehalten wird.
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Die
permanente Form kann wiederhergestellt werden, indem das Material
bei weggenommener Spannung oder Last über die besondere thermische Übergangstemperatur
des weichen Segments jedoch unter die letzte Übergangstemperatur erwärmt wird.
Somit sollte klar sein, dass es durch Kombinieren mehrerer weicher
Segmente möglich ist,
mehrere temporäre
Formen darzustellen, und es mit mehreren harten Segmenten möglich ist,
mehrere permanente Formen darzustellen. Ähnlich wird eine Kombination
mehrerer SMP unter Verwendung eines geschichteten oder Verbundansatzes Übergänge zwischen
mehreren temporären
und permanenten Formen darstellen.
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Für SMP mit
nur zwei Segmenten wird die temporäre Form des Formgedächtnispolymers
bei der ersten Übergangstemperatur
festgelegt, gefolgt durch ein Abkühlen des SMP, während es
unter Last ist, um es in der temporären Form zu verriegeln. Die temporäre Form
wird aufrechterhalten, solange das SMP unter der ersten Übergangstemperatur
bleibt. Die permanente Form wird wiedererlangt, wenn das SMP bei
weggenommener Last wieder über
die erste Übergangstemperatur
gebracht wird. Ein Wie derholen der Erwärmungs-, Formungs- und Abkühlschritte kann
die temporäre
Form wiederholt zurücksetzen.
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Die
meisten SMP zeigen einen "Einweg"-Effekt, wobei das
SMP eine permanente Form zeigt. Nach dem Erwärmen des Formgedächtnispolymers über die
thermische Übergangstemperatur
eines weichen Segments ohne eine Spannung oder Last, wird die permanente
Form erreicht, und die Form wird nicht ohne die Verwendung äußerer Kräfte in die
temporäre
Form zurückkehren.
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Als
eine Alternative können
manche Formgedächtnispolymerzusammensetzungen
derart zubereitet werden, dass sie einen "Zweiwege-Effekt" zeigen, wobei das SMP zwei permanente
Formen aufweist. Diese Systeme umfassen zumindest zwei Polymerkomponenten.
Beispielsweise könnte eine
Komponente ein erstes vernetztes Polymer sein, während die andere Komponente
ein unterschiedliches vernetztes Polymer ist. Die Komponenten könnten durch
Schichttechniken kombiniert sein oder einander durchdringende Netze
sein, wobei die beiden Polymerkomponenten vernetzt sind, aber nicht
miteinander. Durch Ändern
der Temperatur ändert
das Formgedächtnispolymer
seine Form in der Richtung einer ersten permanenten Form oder einer zweiten
permanenten Form. Jede der permanenten Formen gehört zu einer
Komponente des SMP. Die Temperaturabhängigkeit der gesamten Form
wird durch die Tatsache hervorgerufen, dass die mechanischen Eigenschaften
einer Komponente ("Komponente
A") beinahe unabhängig von
der Temperatur in dem interessierenden Temperaturintervall sind.
Die mechanischen Eigenschaften der anderen Komponente ("Komponente B") sind in dem interessierenden
Temperaturintervall temperaturabhängig. In einer Ausführungsform
wird die Komponente B bei niedrigeren Temperaturen im Vergleich
mit der Komponente A fester, während
die Komponente A bei höheren
Temperaturen fester wird und die tatsächliche Form bestimmt. Eine
Vorrichtung mit Zweiwege-Gedächtnis kann
dadurch hergestellt werden, dass die permanente Form von Komponente
A ("erste permanente
Form") eingestellt
wird, die Vorrichtung in die permanente Form der Komponente B ("zweite permanente
Form") verformt
wird und die permanente Form der Komponente B fixiert wird, während eine Spannung
angelegt wird Der Fachmann sollte erkennen, dass es möglich ist,
SMP in vielen unterschiedlichen Formen und Gestalten zu konfigurieren.
Das Konstruieren der Zusammensetzung und Struktur des Polymers selbst
kann die Auswahl einer besonderen Temperatur für eine gewünschte Anwendung zulassen.
Beispielsweise kann die letzte Übergangstemperatur
abhängig
von der besonderen Anwendung etwa 0°C bis etwa 300°C oder darüber betragen.
Eine Temperatur zur Formwiederherstellung (d.h. eine thermische Übergangstemperatur
eines weichen Segments) kann größer als
oder gleich etwa –30°C sein. Eine
andere Temperatur zur Formwiederherstellung kann größer als
oder gleich etwa 40°C sein.
Eine andere Temperatur zur Formwiederherstellung kann größer als
oder gleich etwa 100°C
sein. Eine andere Temperatur zur Formwiederherstellung kann kleiner
als oder gleich etwa 250°C
sein. Eine nochmals andere Temperatur zur Formwiederherstellung
kann kleiner als oder gleich etwa 200°C sein. Schließlich kann
eine andere Temperatur zur Formwiederherstellung kleiner als oder
gleich etwa 150°C sein.
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Optional
kann das SMP ausgewählt
werden, um ein durch Spannung induziertes Nachgeben bereitzustellen,
das direkt verwendet werden kann (d.h. ohne das SMP über seine
thermische Übergangstemperatur
zu erwärmen,
um es zu "erweichen"), um die Platte
dazu zu bringen, sich an eine gegebene Oberfläche anzupassen, wie es für verschiedene
Anwendungen erwünscht
sein kann. Die maximale Dehnung, der das SMP in diesem Fall standhalten
kann, kann in den meisten Ausführungsformen
mit dem Fall vergleichbar sein, in dem das SMP über seine thermische Übergangstemperatur
hinaus erwärmt
wird.
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Obwohl
Bezug auf auf Temperatur ansprechende SMP genommen worden ist und
weiter genommen wird, werden Fachleute in Anbetracht dieser Offenbarung
erkennen, dass auf Licht ansprechende, auf Feuchtigkeit ansprechende
SMP und SMP, die durch andere Verfahren aktiviert werden, leicht
zusätzlich
zu oder anstelle von auf Temperatur ansprechenden SMP verwendet
werden können.
Anstatt Wärme
zu verwenden, kann beispielsweise eine temporäre Form in einem auf Licht
ansprechenden SMP festgelegt werden, indem das auf Licht ansprechende
SMP mit Licht mit einer spezifischen Wellenlänge (während es unter Last ist) bestrahlt
wird, was bewirkt, dass spezifische Vernetzungen gebildet werden,
und dann die Bestrahlung unterbrochen wird, während es noch unter Last ist.
Um in seine ursprüngliche
Form zurückzukehren,
kann das auf Licht ansprechende SMP mit Licht der gleichen oder einer
unterschiedlichen spezifischen Wellenlänge (bei weggenommener Last)
bestrahlt werden, was bewirkt, dass die spezifischen Vernetzungen
aufgebrochen werden. Ähnlich
kann eine temporäre
Form in einem auf Feuchtigkeit ansprechenden SMP festgelegt werden,
indem spezifische funktionelle Gruppen oder Reste Feuchtigkeit (z.B.
Feuchte, Wasser, Wasserdampf oder dergleichen) ausgesetzt werden, was
bewirkt, dass eine spezifische Menge Feuchtigkeit absorbiert wird,
eine Last oder Spannung auf das auf Feuchtigkeit ansprechende SMP
aufgebracht wird und dann die spezifische Menge von Feuchtigkeit
weggenommen wird, während
es noch unter Last ist. Um es in seine ursprüngliche Form zurückzuführen, kann
das auf Feuchtigkeit ansprechende SMP Feuchtigkeit (bei weggenommener
Last) ausgesetzt werden.
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Geeignete
Formgedächtnispolymere
können,
ungeachtet des besonderen Typs von SMP, thermoplastische, warmhärtende-thermoplastische Copolymere,
einander durchdringende Netze, einander halb durchdringende Netze
oder vermischte Netze sein. Die "Einheiten" oder "Segmente" des SMP können ein
einzelnes Polymer oder eine Mischung von Polymeren sein. Die Polymere
können
lineare oder verzweigte Elastomere mit Seitenketten oder dendritischen
Strukturelementen sein. Geeignete Polymerkomponenten zum Bilden
eines Formgedächtnispolymers
umfassen, sind aber nicht darauf beschränkt, Polyphosphazene, Polyvinylalkohole,
Polyamide, Polyimide, Polyesteramide, Polyaminosäuren, Polyanhydride, Polycarbonate,
Polyacrylate, Polyalkylene, Polyacrylamide, Polyalkylenglykole,
Polyalkylenoxide, Polyalkylenterephthalate, Polyorthoester, Polyvinylether,
Polyvinylester, Polyvinylhalogenide, Polyester, Polylactide, Polyglykolide,
Polysiloxane, Polyurethane, Polyether, Polyetheramide, Polyetherester
und Copolymere davon. Beispiele geeigneter Polyacrylate beinhalten
Polymethylmethacrylat, Polyethylmethacrylat, Polybutylmethacrylat,
Polyisobutylmethacrylat, Polyhexylmethacrylat, Polyisodecylmethacrylat,
Polylaurylmethacrylat, Polyphenylmethacrylat, Polymethylacrylat,
Polyisopropylacrylat, Polyisobutylacrylat und Polyoctadecylacrylat.
Beispiele anderer geeigneter Polymere umfassen Polystyrol, Polypropylen,
Polyvinylphenol, Polyvinylpyrrolidon, chloriertes Polybutylen, Polyoctadecylvinylether,
Polyethylenvinylacetat, Polyethylen, Polyethylenoxid-Polyethylenterephthalat,
Polyethylen/Nylon (Pfropfcopolymer), Polycaprolacton-Polyamid (Blockcopolymer),
Poly(caprolacton)dimethacrylat-n-butylacrylat, Copolymer aus Norbornen und
polyhedralem oligomerem Silsequioxan, Polyvinylchlorid, Urethan/Butadien-Copolymere,
Polyurethan enthaltende Blockcopolymere, Styrol-Butadien-Blockcopolymere
und dergleichen. Das Polymer/die Polymere, die dazu verwendet werden,
die verschiedenen Segmente in den oben beschriebenen SMP zu bilden,
sind entweder im Handel erhältlich
oder können
unter Verwendung von routinemäßiger Chemie
synthetisiert werden. Fachleute können die Polymere unter Verwendung
bekannter Chemie und Verarbeitungstechniken ohne übermäßiges Experimentieren
leicht herstellen.
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Wie
es Fachleute feststellen werden, kann das Durchführen einer Polymerisation von
unterschiedlichen Segmenten beispielsweise unter Verwendung eines
Blähmittels
einen Formgedächtnispolymerschaum
bilden, wie es für
manche Anwendungen erwünscht
sein kann. Das Blähmittel
kann vom Zersetzungstyp (entwickelt bei chemischer Zersetzung ein
Gas) oder ein Verdampfungstyp (das ohne chemische Reaktion verdampft)
sein. Beispielhafte Blähmittel
vom Zersetzungstyp umfassen, sollen aber nicht darauf beschränkt sein,
Natriumbicarbonat, Azidverbindungen, Ammoniumcarbonat, Ammoniumnitrid,
Leichtmetalle, die bei Reaktion mit Wasser Wasserstoff entwickeln,
Azodicarbonamid, N,N'-Dinitrosopentamethylentetramin
und dergleichen. Beispielhafte Blähmittel vom Verdampfungstyp umfassen,
sollen aber nicht darauf beschränkt
sein, Trichlormonofluormethan, Trichlortrifluorethan, Methylenchlorid,
komprimierten Stickstoff und dergleichen.
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Formgedächtnislegierungen
sind Legierungszusammensetzungen mit zumindest zwei unterschiedlichen
temperaturabhängigen
Phasen. Die am üblichsten
benutzten dieser Phasen sind die so genannten Martensit- und Austenit-Phasen.
In der folgenden Diskussion bezieht sich die Martensit-Phase im Allgemeinen
auf die stärker
verformbare Phase bei niedrigerer Temperatur, wohingegen sich die
Austenit-Phase im Allgemeinen auf die steifere Phase bei höherer Temperatur
bezieht. Wenn sich die Formgedächtnislegierung
in der Martensit-Phase befindet und erwärmt wird, beginnt sie sich
in die Austenit-Phase zu ändern.
Die Temperatur, bei der dieses Phänomen startet, wird häufig als
Austenit-Starttemperatur (As) bezeichnet.
Die Temperatur, bei der dieses Phänomen abgeschlossen ist, wird
die Austenit-Endtemperatur (Af) genannt.
Wenn sich die Formgedächtnislegierung
in der Austenit-Phase befindet und abgekühlt wird, beginnt sie, sich
in die Martensit-Phase zu ändern,
und die Temperatur, bei der dieses Phänomen startet, wird als die
Martensit-Starttemperatur (Ms) bezeichnet.
Die Temperatur, bei der der Austenit aufhört, sich in Martensit zu transformieren,
wird die Martensit-Endtemperatur (Mf) genannt. Es
ist anzumerken, dass die oben erwähnten Übergangstemperaturen Funktionen
der Spannung sind, die von der SMA-Probe erfahren wird. Genauer
nehmen diese Temperaturen mit zunehmender Spannung zu. Im Hinblick
auf die vorstehenden Eigenschaften erfolgt die Verformung der Formgedächtnislegierung
vorzugsweise bei oder unterhalb der Austenit-Übergangstemperatur (bei oder
unter As). Ein anschließendes Erwärmen über die Austenit-Übergangstemperatur
bewirkt, dass die verformte Probe aus Formgedächtnismaterial in ihre permanente Form
zurückkehrt.
Somit ist ein geeignetes Aktivierungssignal zur Verwendung mit Formgedächtnislegierungen
ein thermisches Aktivierungssignal mit einer Größe, die ausreicht, um Transformationen
zwischen den Martensit- und Austenit-Phasen hervorzurufen.
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Die
Temperatur, bei der sich die Formgedächtnislegierung an ihre Hochtemperaturform
erinnert, wenn sie erwärmt
wird, kann durch geringfügige Änderungen
der Zusammensetzung der Legierung und durch thermomechanische Verarbeitung
eingestellt werden. Bei Nickel-Titan-Formgedächtnislegierungen kann sie
beispielsweise von oberhalb von etwa 100°C bis unterhalb etwa –100°C verändert werden.
Der Formwiederherstellungsprozess kann über einen Bereich von nur einigen
wenigen Graden erfolgen oder eine allmählichere Wiederherstellung zeigen.
Der Start oder das Ende der Transformation kann auf innerhalb eines
Grades oder zwei abhängig von
der gewünschten
Anwendung und Legierungszusammensetzung gesteuert werden. Die mechanischen
Eigenschaften der Formgedächtnis legierung variieren über den
ihre Transformation überspannenden
Temperaturbereich stark, wobei typischerweise ein Formgedächtniseffekt,
ein superelastischer Effekt und eine hohe Dämpfungskapazität bereitgestellt werden.
Beispielsweise wird in der Martensit-Phase ein niedrigerer Elastizitätsmodul
als in der Austenit-Phase beobachtet. Formgedächtnislegierungen in der Martensit-Phase
können
große
Verformungen erfahren, indem die Kristallstrukturanordnung mit der angelegten
Spannung wiederausgerichtet wird. Wie es nachstehend ausführlicher
beschrieben wird, wird das Material diese Form beibehalten, nachdem
die Spannung weggenommen ist.
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Geeignete
Formgedächtnis-Legierungsmaterialien
zur Verwendung in der Platte umfassen, sollen aber nicht darauf
beschränkt
sein, Legierungen auf Nickel-Titan-Basis, Legierungen auf Indium-Titan-Basis,
Legierungen auf Nickel-Aluminium-Basis, Legierungen auf Nickel-Gallium-Basis,
Legierungen auf Kupferbasis (z.B. Kupfer-Zink-Legierungen, Kupfer-Aluminium-Legierungen,
Kupfer-Gold- und Kupfer-Zinn-Legierungen), Legierungen auf Gold-Cadmium-Basis,
Legierungen auf Silber-Cadmium-Basis, Legierungen auf Indium-Cadmium-Basis,
Legierungen auf Mangan-Kupfer-Basis,
Legierungen auf Eisen-Platin-Basis, Legierungen auf Eisen-Palladium-Basis und
dergleichen. Die Legierungen können von
binärer,
ternärer
oder irgendeiner höheren
Ordnung sein, solange die Legierungszusammensetzung einen Formgedächtniseffekt
zeigt, z.B. eine Änderung
der Form, Orientierung, Streckgrenze, Biegemodul, Dämpfungsfähigkeit,
Superelastizität und/oder ähnlicher
Eigenschaften. Die Auswahl einer geeigneten Formgedächtnislegierungszusammensetzung
hängt von
dem Temperaturbereich ab, in dem das Bauteil arbeiten wird.
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Abgesehen
von einer strengen Formwiederherstellung kann jedes aktive Material,
das derart hergestellt werden kann, dass es sich linear ausdehnt oder
zusammenzieht, dazu verwendet werden, einen Biegeaktor herzustellen,
indem dieses aktive Material mit einem nicht aktiven elastischen
Element kombiniert wird. In der Literatur, wird dies im Allgemeinen
als ein Unimorph-Aktor bezeichnet. Wenn beide Komponenten aus dem
gleichen Material hergestellt sind, aber so, dass sie sich in entgegengesetzte
Richtungen verformen, wird das Material ein Bimorph. Für bedarfsabhängige Anwendungen
können
sich manche Materialien selbst für
die Außenfläche des
Fahrzeugsteuermechanismus eignen.
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Die
Verwendung des zumindest einen aktiven Materials, das sich ausdehnt
oder zusammenzieht, kann ein Biegen nach links bzw. rechts einleiten.
In dem Bimorph kann jede Richtung auch abhängig von der Orientierung der
zumindest einen Schicht aus aktivem Material erreicht werden. Ein
Unimorph kann erzeugt werden, indem eine Formgedächtnislegierung, ein leitfähiges Polymer,
ein elektrostriktives Polymer oder ein anderes sich axial dehnendes
Material zusammen mit einer elastischen Komponente verwendet wird,
die bewirkt, dass ein Biege-Paar erzeugt wird. Das elastische Element
kann zu vielen Materialklassen gehören, die Metalllegierungen,
Polymere und Keramiken umfassen. Bevorzugte Materialien sind jene,
die große
elastische Dehnungsgrenzen zeigen, und jene, die mechanische Energie
effizient speichern können.
Sekundäre
Erwägungen
umfassen jene, die leicht mit dem zumindest einen aktiven Material
verbunden werden können,
Eigenschaften haben, die in dem Arbeitstemperaturbereich akzeptabel
sind, und eine angemessene Zähigkeit
aufweisen, um eine wiederholte Betätigung zu überstehen. Ein Bimorph kann
für jedes
Material erzeugt werden, indem das Material abhängig vom Ansteuerungssignal
sowohl zur Dehnung als auch zur Kompression angetrieben werden kann.
Aktoren aus ionischem Polymer, wie etwa IPMC und leitfähige Polymere,
zeigen diesen Effekt intrinsisch aufgrund des Transports von Innenspezies,
die ein Anschwellen über
eine Membran hinweg bewirken.
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Daher
werden diese Materialien für
diese Art von Verformung bevorzugt verwendet.
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Elektroaktive
Polymere umfassen diejenigen Polymermaterialien, die in Ansprechen
auf elektrische oder mechanische Felder piezoelektrische, pyroelektrische
oder elektrostriktive Eigenschaften zeigen. Ein Beispiel ist ein
elektrostriktives gepfropftes Elastomer mit einem piezoelektrischen
Poly(vinylidenfluoridtrifluorethylen)-copolymer. Diese Kombination
hat die Fähigkeit
zur Erzeugung einer variierenden Menge von ferroelektrischen-elektrostriktiven molekularen
Verbundsystemen.
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Materialien,
die zur Verwendung als elektroaktives Polymer geeignet sind, können irgendein
im Wesentlichen isolierendes Polymer oder Kautschuk (oder eine Kombination
davon) umfassen, das sich in Ansprechen auf eine elektrostatische
Kraft verformt oder dessen Verformung zu einer Änderung eines elektrischen
Feldes führt.
Beispielhafte Materialien, die zur Verwendung als vorgedehntes Polymer
geeignet sind, umfassen Silikonelastomere, Acrylelastomere, Polyurethane,
thermoplastische Elastomere, Copolymere, die PVDF umfassen, Haftklebstoffe, Fluorelastomere,
Polymere, die Silikon- und Acrylreste umfassen, und dergleichen.
Polymere, die Silikon- und
Acrylreste umfassen, können
beispielsweise Copolymere, die Silikon- und Acrylreste umfassen, und Polymermischungen,
die ein Silikonelastomer und ein Acrylelastomer umfassen, einschließen.
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Materialien,
die als ein elektroaktives Polymer verwendet werden, können auf
der Basis von einer oder mehreren Materialeigenschaften ausgewählt werden,
wie etwa eine hohe elektrische Durchbruchfestigkeit, ein niedriger
Elastizitätsmodul
(für große oder
kleine Verformungen), eine hohe Dielektrizitätskonstante und dergleichen.
In einer Ausführungsform
ist das Polymer derart gewählt,
dass es einen Elastizitätsmodul
von höchstens etwa
100 MPa aufweist. In einer anderen Ausführungsform ist das Polymer
derart gewählt,
dass es einen maximalen Betätigungsdruck
zwischen etwa 0,05 MPa und etwa 10 MPa und vorzugsweise zwischen
etwa 0,3 MPa und etwa 3 MPa aufweist. In einer anderen Ausführungsform
ist das Polymer derart gewählt,
dass es eine Dielektrizitätskonstante
zwischen etwa 2 und etwa 20 und vorzugsweise zwischen etwa 2,5 und etwa
12 aufweist. Die vorliegende Offenbarung soll nicht auf diese Bereiche
beschränkt
sein. Idealerweise wären
Materialien mit einer höheren
Dielektrizitätskonstante
als die oben angegebenen Bereiche wünschenswert, wenn die Materialien
sowohl eine hohe Dielektrizitätskonstante
als auch eine hohe dielektrische Festigkeit aufwiesen. In vielen
Fällen
können
elektroaktive Polymere als Dünnfilme
gefertigt und eingesetzt werden. Dicken, die für diese Dünnfilme geeignet sind, können unter
50 Mikrometer liegen.
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Da
sich elektroaktive Polymere mit hohen Dehnungen auslenken können, sollten
sich Elektroden, die an den Polymeren angebracht sind, ebenfalls
auslenken, ohne das mechanische oder elektrische Leistungsvermögen preiszugeben.
Im Allgemeinen können
Elektroden, die zur Verwendung geeignet sind, von irgendeiner Form
und von irgendeinem Material sein, vorausgesetzt, dass sie in der
Lage sind, einem elektroaktiven Polymer eine geeignete Spannung
zuzuführen
oder von diesem eine geeignete Spannung zu empfangen. Die Spannung
kann über
die Zeit entweder konstant sein oder variieren. In einer Ausführungsform
haften die Elektroden an einer Fläche des Polymers. Elektroden,
die an dem Polymer haften, sind bevorzugt nachgiebig und passen sich
an die sich verändernde
Form des Polymers an. Entsprechend kann die vorliegende Offenbarung nachgiebige
Elektroden einschließen,
die sich an die Form eines elektroaktiven Polymers, an dem sie angebracht
sind, anpassen. Die Elektroden können
an nur einem Abschnitt des elektroaktiven Polymers angebracht sein
und ein aktives Gebiet gemäß ihrer
Geometrie definieren.
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Verschiedene
Arten von Elektroden, die zur Verwendung mit der vorliegenden Offenbarung
geeignet sind, umfassen strukturierte Elektroden, die Metallbahnen
und Ladungsverteilungsschichten umfassen, texturierte Elektroden,
die variierende Abmessungen aus der Ebene heraus umfassen, leitfähige Fette,
wie Kohlenstofffette oder Silberfette, kolloidale Suspensionen,
leitfähige
Materialien mit hohem Querschnittsverhältnis, wie etwa Kohlenstofffibrillen
und Kohlenstoffnanoröhren,
und Mischungen von ionisch leitenden Materialien.
-
Materialien,
die für
Elektroden der vorliegenden Offenbarung verwendet werden, können variieren.
Geeignete Materialen, die in einer Elektrode verwendet werden, können Graphit,
Ruß, kolloidale Suspensionen,
dünne Metalle,
einschließlich
Silber und Gold, silbergefüllte
und kohlenstoffgefüllte
Gele und Polymere und ionisch oder elektronisch leitfähige Polymere
umfassen. Es ist zu verstehen, dass bestimmte Elektrodenmaterialien
mit besonderen Polymeren gut arbeiten können, aber mit anderen nicht genauso
gut arbeiten können.
Beispielsweise arbeiten Kohlenstofffibrillen mit Acrylelastomerpolymeren gut,
wohingegen sie mit Silikonpolymeren nicht genauso gut arbeiten.
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Geeignete
piezoelektrische Materialen umfassen, sollen aber nicht darauf beschränkt sein,
anorganische Verbindungen, organische Verbindungen und Metalle.
Im Hinblick auf organische Materialien können alle Polymermaterialien
mit nicht zentrosymmetrischer Struktur und großer Dipolmomentgruppe/großen Dipolmomentgruppen
an der Hauptkette oder an den Seitenketten oder an beiden Ketten
innerhalb der Moleküle
als geeignete Kandidaten für den
piezoelektrischen Film verwendet werden. Beispielhafte Polymere
umfassen beispielsweise, sind aber nicht darauf beschränkt, Polynatrium-4-sytrolsulfonat,
Polymer von Azochromophoren mit Polyvinylaminseitenketten und deren
Derivate; Polyfluorkohlenwas serstoffe, einschließlich Polyvinylidenfluorid,
sein Copolymer Vinylidenfluorid ("VDF"), Co-Trifluorethylen,
und deren Derivate; Polychlorkohlenstoffe, einschließlich Polyvinylchlorid,
Polyvinylidenchlorid und deren Derivate; Polyacrylnitrile und deren
Derivate; Polycarbonsäuren,
einschließlich
Polymethacrylsäure
und deren Derivate; Polyharnstoffe und deren Derivate; Polyurethane
und deren Derivate; Biomoleküle
wie Poly-L-Lactidsäuren und
deren Derivate, und Zellmembranproteine, sowie Phosphatbiomoleküle wie etwa
Phosphodilipide; Polyaniline und deren Derivate, und alle Derivate
von Tetraminen; Polyamide, einschließlich aromatische Polyamide
und Polyimide, einschließlich
Kapton und Polyetherimid und deren Derivate; alle Membranpolymere;
Poly(N-vinylpyrrolidon) (PVP)-Homopolymer und dessen Derivate; und
zufällige
PVP-Covinylacetatcopolymere; und alle aromatischen Polymere mit Dipolmomentgruppen
in der Hauptkette oder den Seitenketten oder in sowohl der Hauptkette
als auch den Seitenketten und Mischungen davon.
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Piezoelektrisches
Material kann auch Metalle umfassen, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die
aus Blei, Antimon, Mangan, Tantal, Zirkonium, Niob, Lanthan, Platin,
Palladium, Nickel, Wolfram, Aluminium, Strontium, Titan, Barium,
Calcium, Chrom, Silber, Eisen, Silizium, Kupfer, Legierungen mit
zumindest einem der vorstehenden Metalle und Oxide mit zumindest
einem der vorstehenden Metalle umfasst. Geeignete Metalloxide umfassen
SiO2, Al2O3, ZrO2, TiO2, SrTiO3, PbTiO3, FeO3, Fe3O4, ZnO und Mischungen
davon und Verbindungen der Gruppe VIA und IIB wie CdSe, CdS, GaAs,
AgCaSe2, ZnSe, GaP, InP, ZnS und Mischungen
davon. Bevorzugt ist das piezoelektrische Material aus der Gruppe
ausgewählt,
die aus Polyvinylidenfluorid, Bleizirkonattitanat und Bariumtitanat
und Mischungen davon besteht.
-
Geeignete
magnetorheologische Fluidmaterialien umfassen, sollen jedoch nicht
darauf beschränkt
sein: ferromagnetische oder paramagnetische Partikel, dispergiert
in einem Trägerfluid.
Geeignete Partikel umfassen Eisen; Eisenlegierungen, wie etwa jene,
die Aluminium, Silizium, Kobalt, Nickel, Vanadium, Molybdän, Chrom,
Wolfram, Mangan und/oder Kupfer umfassen; Eisenoxide, die Fe2O3 und Fe3O4 umfassen; Eisennitrid;
Eisencarbid; Carbonyleisen; Nickel und Nickellegierungen; Kobalt
und Kobaltlegierungen; Chromdioxid; rostfreien Stahl; Siliziumstahl;
und dergleichen. Beispiele von geeigneten Partikeln umfassen: Reineisenpulver,
reduzierte Eisenpulver, Mischungen von Eisenoxidpulver/Reineisenpulver
und Mischungen von Eisenoxidpulver/reduziertem Eisenpulver. Ein
bevorzugtes magnetisch ansprechendes Partikel ist Carbonyleisen,
stärker bevorzugt
Reduktionscarbonyleisen.
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Die
Partikelgröße sollte
derart ausgewählt sein,
dass die Partikel Multi-Domänen-Eigenschaften zeigen,
wenn sie einem Magnetfeld ausgesetzt werden. Durchmessergrößen für die Partikel
können kleiner
als oder gleich etwa 1000 Mikrometer sein, wobei kleiner als oder
gleich etwa 500 Mikrometer bevorzugt ist und kleiner als oder gleich
etwa 100 Mikrometer stärker
bevorzugt ist. Ebenfalls bevorzugt ist ein Partikeldurchmesser von
größer als
oder gleich etwa 0,1 Mikrometer, wobei größer als oder gleich etwa 0,5
stärker
bevorzugt ist und größer als oder
gleich etwa 10 Mikrometer besonders bevorzugt ist. Die Partikel
sind bevorzugt in einer Menge zwischen etwa 5,0 bis etwa 50 Vol.-%
der gesamten MR-Fluidzusammensetzung vorhanden.
-
Geeignete
Trägerfluide
umfassen organische Flüssigkeiten,
insbesondere nichtpolare organische Flüssigkeiten. Beispiele umfassen,
sind aber nicht darauf beschränkt,
Silikonöle;
Mineralöle;
Paraffinöle;
Silikoncopolymere; Weißöle; Hydrauliköle; Transformatorenöle; halogenierte
organische Flüs sigkeiten,
wie etwa chlorierte Kohlenwasserstoffe, halogenierte Paraffine,
perfluorierte Polyether und fluorierte Kohlenwasserstoffe; Diester;
Polyoxyalkylene; fluorierte Silikone; Cyanoalkylsiloxane; Glykole; synthetische
Kohlenwasserstofföle,
die ungesättigte und
gesättigte
umfassen; und Kombinationen mit zumindest einem der vorstehenden
Fluide.
-
Die
Viskosität
der Trägerkomponente
kann kleiner als oder gleich etwa 100.000 Centipoise sein, wobei
kleiner als oder gleich etwa 10.000 Centipoise bevorzugt ist und
kleiner als oder gleich etwa 1.000 Centipoise stärker bevorzugt ist. Ebenso
bevorzugt ist eine Viskosität
von größer als
oder gleich etwa 1 Centipoise, wobei größer als oder gleich etwa 250 Centipoise
bevorzugt ist und größer als
oder gleich etwa 500 Centipoise besonders bevorzugt ist.
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Wässrige Trägerfluide
können
ebenfalls verwendet werden, insbesondere jene, die hydrophile Mineraltone
wie Bentonit oder Hectorit umfassen. Das wässrige Trägerfluid kann Wasser oder Wasser mit
einer kleinen Menge an polaren, wassermischbaren, organischen Lösungsmitteln,
wie etwa Methanol, Ethanol, Propanol, Dimethylsulfoxid, Dimethylformamid,
Ethylencarbonat, Propylencarbonat, Aceton, Tetrahydrofuran, Diethylether,
Ethylenglykol, Propylenglykol und dergleichen umfassen. Die Menge
an polaren organischen Lösungsmitteln
ist kleiner als oder gleich etwa 5,0 Volumen-% des Gesamt-MR-Fluids und
bevorzugt kleiner als oder gleich etwa 3,0 %. Ebenso ist die Menge
an polaren organischen Lösungsmitteln
bevorzugt größer als
oder gleich etwa 0,1 Volumen-% und stärker bevorzugt größer als oder
gleich etwa 1,0 Volumen-% des Gesamt-MR-Fluids. Der pH des wässrigen
Trägerfluids ist
bevorzugt kleiner als oder gleich etwa 13 und bevorzugt kleiner
als oder gleich etwa 9,0. Ebenso ist der pH des wässrigen
Trägerfluids
größer als
oder gleich etwa 5,0 und bevorzugt größer als oder gleich etwa 8,0.
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Es
kann natürliches
oder synthetisches Bentonit oder Hectorit verwendet werden. Die
Menge an Bentonit oder Hectorit in dem MR-Fluid ist kleiner als oder
gleich etwa 10 Gewichtsprozent des Gesamt-MR-Fluids, bevorzugt kleiner
als oder gleich etwa 8,0 Gewichtsprozent und starker bevorzugt kleiner
als oder gleich etwa 6,0 Gewichtsprozent. Bevorzugt ist das Bentonit
oder Hectorit in einer Menge von größer als oder gleich etwa 0,1
Gewichtsprozent, stärker
bevorzugt größer als
oder gleich etwa 1,0 Gewichtsprozent und besonders bevorzugt größer als oder
gleich etwa 2,0 Gewichtsprozent des Gesamt-MR-Fluids vorhanden.
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Optionale
Komponenten des MR-Fluids umfassen: Tone, Organotone, Carboxylatseifen,
Dispersionsmittel, Korrosionsinhibitoren, Schmiermittel, Antiverschleißzusätze für extremen
Druck, Antioxidantien, thixotrope Mittel und konventionelle Suspensionsmittel.
Carboxylatseifen umfassen Eisenoleat, Eisennapthenat, Eisenstearat,
Aluminium-di- und tri-stearat, Lithiumstearat, Calciumstearat, Zinkstearat
und Natriumstearat und Tenside, wie etwa Sulfonate, Phosphatester,
Stearinsäure,
Glycerolmonooleat, Sorbitansesquioleat, Laurate, Fettsäuren, Fettalkohole,
fluoraliphatische Polymerester und Titanat-, Aluminat- und Zirkonatkopplungsmittel
und dergleichen. Polyalkylendiole, wie etwa Polyethylenglykol und
teilweise verestere Polyole, können
ebenfalls enthalten sein.
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Geeignete
MR-Elastomermaterialien umfassen, sollen aber nicht darauf beschränkt sein,
eine elastische Polymermatrix mit einer Suspension aus ferromagnetischen
oder paramagnetischen Partikeln, wobei die Partikel oben beschrieben
sind. Geeignete Polymermatrizen umfassen, sind aber nicht darauf
beschränkt,
Polyalphaolefine, Naturkautschuk, Silikon, Polybutadien, Polyethylen,
Polyisopren und dergleichen.
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Die
verschiedenen hierin gegebenen Beispiele sind lediglich exemplarisch
und sollen nicht einschränkend
sein. Andere Beispiele können morphbare
Fahrzeugelemente, wie einen Autositz, ein Türflächenelement, ein Heckspoiler,
eine Motorhaube, Schmutzschützer
und dergleichen umfassen. Das morphbare Fahrzeugelement ermöglicht vorteilhaft
Schutz, Reparatur und Gravur-/Anzeigeoptionen an einem Fahrzeug.
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Obgleich
die Offenbarung anhand einer beispielhaften Ausführungsform beschrieben worden ist,
werden Fachleute verstehen, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden
können
und Elemente davon durch Äquivalente
ersetzt werden können,
ohne vom Umfang der Offenbarung abzuweichen. Zusätzlich können viele Modifikationen vorgenommen
werden, um eine besondere Situation oder ein besonderes Material
an die Lehren der Offenbarung anzupassen, ohne von deren wesentlichem Umfang
abzuweichen. Daher soll die Offenbarung nicht auf die besondere
Ausführungsform
beschränkt sein,
die als die beste Ausführungsart
offenbart ist, die zur Ausführung
dieser Offenbarung in Betracht gezogen wird, sondern die Offenbarung
soll alle Ausführungsformen
umfassen, die in den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche fallen.
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Zusammenfassung
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Ein
morphbares Fahrzeugelement, das zumindest ein aktives Material benutzt,
um zumindest ein Merkmal in Ansprechen auf ein Aktivierungssignal
zu ändern.
Die Änderung
des zumindest einen Merkmals ist eine Änderung einer Formdimension, einer
Formorientierung, einer Ausdehnung, einer Kontraktion, eines Morphens,
einer Streckgrenzeneigenschaft, eines Elastizitätsmoduls oder einer Kombination.
Die Änderung
des zumindest einen Merkmals in dem morphbaren Fahrzeugelement ist
vorzugsweise reversibel. Hierin sind auch Verfahren für das morphbare
Fahrzeugelement unter Benutzung zumindest eines aktiven Materials,
um bei Bedarf zumindest ein Merkmal in Ansprechen auf ein Aktivierungssignal
zu ändern.