DE112009000495B4

DE112009000495B4 - Beeinflussbares Sitzpolster unter Verwendung einer Betätigung mit aktivem Material

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Publication number: DE112009000495B4
Application number: DE112009000495.4T
Authority: DE
Inventors: Jennifer P. Lawall; Steven E. Morris; Diane K. McQueen; Nancy L. Johnson
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2008-03-03
Filing date: 2009-03-02
Publication date: 2016-11-10
Anticipated expiration: 2029-03-03
Also published as: WO2009111362A2; US20090218858A1; US7909403B2; WO2009111362A3; DE112009000495T5

Abstract

Beeinflussbares Polster (10), das zur Verwendung mit einem Sitz (12) angepasst ist, der eine Außenfläche (16) definiert, die einen Zustand aufweist, und zum autonomen Ändern des Zustandes, wobei das Polster (10) umfasst: einen Aktuator (18), der nachrichtentechnisch mit der Fläche (16) gekoppelt ist und ein Element (14) mit aktivem Material umfasst, das dazu dient, eine reversible Änderung einer grundlegenden Eigenschaft zu erfahren, wenn es einem Aktivierungssignal ausgesetzt oder gegenüber diesem abgeschottet ist, wobei der Aktuator (18) ausgestaltet ist, um zu bewirken oder zu ermöglichen, dass der Zustand der Fläche (16) abgewandelt werden kann, wenn das Element (14) aktiviert ist; eine Signalquelle (24), die nachrichtentechnisch mit dem Element (14) gekoppelt ist und dazu dient, das Aktivierungssignal zu erzeugen, um das Element (14) zu aktivieren; und eine umgestaltbare Struktur (20), die in dem Sitz (12) angeordnet ist und zwischen mehreren Strukturausgestaltungen relativ zu der Fläche (16) abwandelbar ist, wobei der Zustand eine geometrische Ausgestaltung der Fläche (16) ist, und jede der Strukturausgestaltungen bewirkt, dass die Fläche (16) eine unterschiedliche geometrische Ausgestaltung aufweist; wobei der Aktuator (18) antriebstechnisch mit der Struktur (20) gekoppelt ist und dazu dient, die Struktur (20) abzuwandeln, um eine der Ausgestaltungen zu erreichen, wenn das Element (14) aktiviert ist; wobei der Aktuator (18) eine Überlastschutzeinrichtung (78) umfasst, die mit dem Element (14) gegenüber der Struktur (20) verbunden ist und ausgestaltet ist, einen sekundären Arbeitsausgangsweg vorzusehen, wenn das Element (14) aktiviert ist und die Struktur (20) nicht bewegt werden kann.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein Sitzpolster und genauer ein beeinflussbares Sitzpolster, das eine Betätigung mit aktivem Material benutzt, um eine Änderung zumindest eines Zustandes, der durch das Polster definiert ist, zu bewirken oder zu ermöglichen.
2. Diskussion des Standes der Technik
Herkömmliche Sitzpolster weisen typischerweise feste Flügel oder äußere Abschnitte der Basis oder Rückenlehne auf, die sich in Richtung des Insassen anpassen, um eine wiegenartige Ausgestaltung zu bilden (1). In einer Kraftfahrzeugumgebung werden diese Einrichtungen beispielsweise angewandt, um eine seitliche Unterstützung für Insassen während der Querbeschleunigung vorzusehen. Zusätzlich zur Funktionalität werfen diese Einrichtungen jedoch auch verschiedene Probleme in der Technik auf, die Ausgestaltungen mit einer Einheitsgröße, welche nicht die Körpergröße oder Vorlieben des Insassen berücksichtigen, einschließen. Ein weiteres Problem ist, dass festzustellen ist, dass Sitzpolster infolge eines wiederholten Kontakts (z. B. Verschieben, Bürsten und so weiter) durch Insassen, die sich auf den Sitz setzen oder diesen verlassen, häufig beschleunigten Verschleiß zeigen und zerreißen. Infolgedessen werden typischerweise Zunahmen bei der Beschädigung der Außenfläche (z. B. schützende Lederbedeckung) und die zugehörigen Reparatur-/Wartungskosten festgestellt.
Ferner ist aus der DE 100 22 434 A1 ein Fahrzeugsitz bekannt geworden, in den Luftkissen integriert sind, mit Hilfe derer sich die Gestalt des Sitzes verändern lässt. Alternativ kommen bei den in den Druckschriften DE 102 11 383 A1 und DE 10 2007 017 809 A1 beschriebenen Fahrzeugsitzen aktive Materialien für die Gestaltänderung zum Einsatz.
Allerdings sind derartige Materialien verhältnismäßig empfindlich, weshalb der Erfindung die Aufgabe zugrunde liegt, ein auf Basis eines aktiven Materials beeinflussbares Polster anzugeben, dessen Lebensdauer von dem aktiven Material im Wesentlichen unabhängig ist.
KURZZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Als Antwort auf die vorstehend erwähnte Aufgabe schlägt die vorliegende Erfindung ein beeinflussbares Polster vor, das die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
Das erfindungsgemäße Polster benutzt vorteilhafterweise eine Betätigung mit aktivem Material, die die Energieeffizienz verbessert und das Gewicht, die Komplexität, die Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls und Rauschen (sowohl akustisch als auch mit Bezug auf EMF) im Vergleich mit mechanisch, elektromechanisch, hydraulisch oder pneumatisch basierten Systemen als Gegenstück verringert.
Allgemein ist ein beeinflussbares Sitzpolster vorgesehen, das zur Verwendung mit einem Sitz, der eine Außenfläche definiert, angepasst ist. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Polster eine Struktur, die in dem Sitz untergebracht ist und in einer ersten Stellung, die von der Fläche beabstandet ist, eine erste Distanz beabstandet ist. Ein Aktuator ist antriebstechnisch mit der Struktur gekoppelt und umfasst ein Element mit aktivem Material. Eine Signalquelle dient dazu, ein Aktivierungssignal zu erzeugen und an das Element zu liefern, um das Polster mit Leistung zu beaufschlagen. Der Aktuator ist ausgestaltet, um die Struktur in eine zweite Stellung, die von der Fläche eine zweite Distanz beabstandet ist, die sich von der ersten unterscheidet, zu bewegen, wenn das Materialelement aktiviert ist. Stärker bevorzugt ist der Aktuator ausgestaltet, um die Struktur zu einer von mehreren möglichen zweiten Stellungen beispielsweise durch die Verwendung von mehreren Elementen mit aktivem Material oder einen Verriegelungsmechanismus, der mehrere Anschläge aufweist, zu bewegen.
Die Offenbarung kann anhand der folgenden ausführlichen Beschreibung der verschiedenen Eigenschaften der Offenbarung und der hierin eingeschlossenen Beispiele leichter verstanden werden.
KURZBESCHREIBUNG DER VERSCHIEDENEN ANSICHTEN DER ZEICHNUNG
Eine bevorzugte Ausführungsform/bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungsfiguren in einem beispielhaften Maßstab beschrieben, in denen ist:
1 eine Perspektivansicht eines Kraftfahrzeugsitzes aus dem Stand der Technik mit nicht einstellbaren Basis- und Rückenlehnenpolstern;
2 ein Aufriss von vorne eines Kraftfahrzeugsitzes, der beeinflussbare Seitenpolster aufweist und der im Inneren ein System zeigt, das angepasst ist, um die geometrische Ausgestaltung der Polster zu ändern, mit einem Aktuator mit aktivem Material, Rückstellfedern, einer Signalquelle, die mit dem Aktuator verbunden ist, und einer Eingabeeinrichtung, die nachrichtentechnisch mit dem Aktuator und der Quelle gekoppelt ist, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
2a ein Teilaufriss des in 2 gezeigten Sitzes, wobei mehrere Sensoren und ein Controller die Eingabeeinrichtung ersetzen und nachrichtentechnisch mit der Quelle und dem Aktuator gekoppelt sind, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
2b ein Aufriss des in 2 gezeigten Polsters, welcher insbesondere das Polster in konkaven (durchgezogene Linien) und abgeflachten (verdeckte Linien) Stellungen in Antwort darauf veranschaulicht, dass der Aktuator aktiviert bzw. deaktiviert ist;
3a ein Aufriss von vorne eines einstellbaren Polsters, das eine flexible Plattenstruktur, die eine nach oben gewölbte Ausgestaltung aufweist, und ein Drahtbetätigungselement aufweist, das mit der Platte verbunden ist, um eine Sehne damit zu bilden, wobei die Platte und das Polster eine erste abgeflachte Stellung aufweisen, wenn das Element deaktiviert ist (verdeckte Linien) und eine erhöhte Stellung, wenn das Element aktiviert ist (durchgezogene Linien), gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
3b ein Aufriss von vorne eines einstellbaren Polsters, das eine mit Widerstand behaftete, flexible Plattenstruktur, die eine nach unten gewölbte Ausgestaltung aufweist, erste und zweite Schieber, die die Struktur mitnehmen, und ein Drahtbetätigungselement umfasst, das die Schieber verbindet, wobei das Polster eine erste abgeflachte Stellung aufweist, wenn das Element deaktiviert ist (verdeckte Linien), und eine erhöhte Stellung (durchgezogene Linien), wenn es aktiviert ist, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
3c ein Aufriss von vorne eines einstellbaren Polsters, das eine mit Widerstand behaftete, flexible Plattenstruktur, die eine nach unten gewölbte Ausgestaltung aufweist und sich gemeinsam mit der Basis erstreckt, und einen SMA-getriebenen Schraubenaktuator aufweist, der bewegliche Schiebermuttern aufweist, die die Struktur weiter wölben, wenn sie sich verschieben, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
3d eine Perspektivansicht eines einstellbaren Polstersystems, das mit einem Sitzrahmen gekoppelt ist, wobei das System Seitenstreifen umfasst, die durch Schuhe mitgeführt werden und durch einen gleitenden Querstab an einem Ende verbunden sind, wobei mehrere Formgedächtnisdrähte den Querstab mit dem Rahmen verbinden, sodass eine Aktivierung bewirkt, dass der Stab und die Schuhe sich nach oben verschieben und die Streifen weiter wölben, und eine Rückstellfeder, die mit dem Stab verbunden ist, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
4 ein Teilaufriss des in 2 gezeigten Sitzes, wobei Überlastschutzeinrichtungen hinzugefügt sind, um mehrere Elemente zu schützen, gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform der Erfindung;
5a ein Aufriss eines einstellbaren Polsters, das eine gekrümmt geformte Struktur und vertikal orientierte Drahtbetätigungselemente umfasst, die in einem deaktivierten und abgeflachten Zustand (Typ mit verdeckten Linien) und in einem erhöhten Zustand infolge einer Aktivierung (Typ mit durchgezogenen Linien) gezeigt sind, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
5b ein Aufriss von vorne eines einstellbaren Polstersystems, das ein Zahnstangen- und Zahnradgetriebe, einen Dreistabgelenkmechanismus, der das Getriebe mit einer ersten und zweiten Schwenkstruktur verbindet, und einen SMA-Drahtaktuator umfasst, der durch die Ruhelast erhöhbar ist und antriebstechnisch mit der Zahnstange gekoppelt ist, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
6 ein Aufriss des in 4 gezeigten Polsters, das insbesondere in einer vergrößerten Ansicht eine Struktur veranschaulicht, die eine Drehachse, eine Überlastschutzeinrichtung für das Element und einen Verriegelungsmechanismus definiert, der ein Zahnrad, eine Sperrklinke und ein zweites Element mit aktivem Material umfasst, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
7a eine Perspektivansicht eines ersten und zweiten einstellbaren Seitenpolsters, die einen Aktuator auf der Basis von aktivem Material umfassen, welcher eine Scherenanordnung anwendet, die in einem abgeflachten und deaktivierten Zustand gezeigt ist, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
7b eine Perspektivansicht der in 7a gezeigten Polster, wobei die Anordnung in einem erhöhten Zustand ist, der durch eine Aktivierung hervorgerufen wird;
8a eine Perspektivansicht eines ersten und zweiten einstellbaren Seitenpolsters, die einen Aktuator auf der Basis von aktivem Material umfassen, der eine Faltanordnung anwendet, die in einem abgeflachten und deaktivierten Zustand gezeigt ist, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
8b eine Perspektivansicht der in 8a gezeigten Polster, wobei die Anordnung in einem erhöhten Zustand ist, der durch eine Aktivierung hervorgerufen ist;
9 ein Aufriss des in den 2a und 3 gezeigten Systems, wobei insbesondere ein Element mit gespeicherter Energie zwischen einer Lösevorrichtung, die ein Element mit aktivem Material umfasst, und der Struktur veranschaulicht ist, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
10a ein Aufriss eines einstellbaren Polsters, das eine Ringsektorstruktur, die mehrere radial innere Zähne definiert, und eine durch aktives Material betätigte Raste umfasst, wobei die Raste mit der Struktur in Eingriff steht und das Polster sich in einem erhöhten Zustand befindet, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;
10b ein Aufriss des in 10a gezeigten Polsters, wobei die Raste von der Sektorstruktur außer Eingriff steht, um das Polster in einem abgesenkten Zustand zu halten;
11 ein Aufriss eines einstellbaren Polsters, das eine Ringsektorstruktur, die mehrere radial äußere Zähne definiert, die sich in einem Schlitz verschieben, und sowohl in einem abgeflachten (durchgezogene Linien) als auch einem erhöhten (verdeckte Linien) Zustand gezeigt ist, eine durch aktives Material betätigte Raste umfasst, und eine Rückstellfeder, die die Struktur in Richtung des erhöhten Zustandes vorspannt, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; und
12 ein Aufriss eines einstellbaren Polsters, das eine vertikale Ratsche, einen beweglichen Schieber und eine Vorspannfeder umfasst, wobei der Schieber ferner in einer vergrößerten Ansicht einen durch SMA gelösten Verriegelungsstift umfasst, der selektiv mit der Ratsche in Eingriff steht, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung wird mit Bezug auf ein Kraftfahrzeugsitzpolster 10 (1 und 2) beschrieben und veranschaulicht; jedoch ist wohl festzustellen, dass ihre Vorzüge verschiedentlich mit anderen Arten von Sitzen (oder Möbeln) benutzt werden können, die Liegesofas, Flugzeugsitze und Kindersitze umfassen. Die Erfindung führt allgemein ein beeinflussbares Polster 10 an, das zur Verwendung mit einem Sitz 12 angepasst ist, der eine Basis 12a, die ausgestaltet ist, um das Hinterteil eines Insassen (nicht gezeigt) abzustützen, und eine Rückenlehne 12b umfasst, die ausgestaltet ist, um den Rücken des Insassen abzustützen. Das Polster 10 ist antriebstechnisch mit einem Element 14 mit aktivem Material gekoppelt, sodass bewirkt werden kann, dass es durch dieses in mindestens einen Zustand (z. B. geometrische Ausgestaltung, Orientierung, Steifigkeit usw.) verändert wird.
I. Beschreibung und Funktionalität aktiver Materialien
Wie hierin verwendet, soll dem Ausdruck ”aktives Material” seine übliche Bedeutung zu Teil werden, wie sie Fachleute verstehen, und er umfasst jedes Material oder jeden Verbundwerkstoff, das/der eine reversible Änderung einer grundlegenden (z. B. chemischen oder intrinsischen physikalischen) Eigenschaft zeigt, wenn es/er einer äußeren Signalquelle ausgesetzt wird. Somit sollen aktive Materialien jene Zusammensetzungen umfassen, die in Ansprechen auf ein Aktivierungssignal eine Änderung in Steifigkeitseigenschaften, Form und/oder Abmessungen zeigen können.
Aktive Materialien umfassen, ohne Einschränkung, Formgedächtnislegierungen (SMA), ferromagnetische Formgedächtnislegierungen, elektroaktive Polymere (EAP), piezoelektrische Materialien, magnetorheologische Elastomere, elektrorheologische Elastomere, High-Output-Paraffin-(HOP)-Wachsaktuatoren und dergleichen. Abhängig von dem besonderen aktiven Material kann das Aktivierungssignal, ohne Einschränkung, die Form von Wärmeenergie, einem elektrischen Strom, einer elektrischen Spannung, einem elektrischen Feld (Spannung), einer Temperaturänderung, einem Magnetfeld, einer mechanischen Belastung oder Spannung und dergleichen annehmen, wobei das besondere Aktivierungssignal von den Materialien und/oder der Ausgestaltung des aktiven Materials abhängt. Beispielsweise kann ein magnetisches Feld zur Änderung der Eigenschaft des aktiven Materials, das aus magnetostriktiven Materialien gefertigt ist, angelegt werden. Ein Wärmesignal kann zur Änderung der Eigenschaft thermisch aktivierter aktiver Materialien, wie SMA, angelegt werden. Ein elektrisches Signal kann zur Änderung der Eigenschaft des aktiven Materials, das aus elektroaktiven Materialien und Piezoelektrika (PZT) gefertigt ist, angelegt werden.
Aktive Materialien, die zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung besonders geeignet sind, umfassen Formgedächtnislegierungen, ferromagnetische Formgedächtnislegierungen und andere aktive Materialien, wie etwa elektroaktive Polymere (EAP), die als Aktuatoren unter faserartigen Ausgestaltungen und Atmosphärenbedingungen fungieren können, sind aber nicht darauf beschränkt. Diese Typen von aktiven Materialien haben die Fähigkeit, sich an ihre ursprüngliche Form und/oder ihren ursprünglichen Elastizitätsmodul zu erinnern, der nachfolgend durch Anlegen eines äußeren Stimulus wieder abgerufen werden kann. Somit ist die Verformung gegenüber der ursprünglichen Form ein temporärer Zustand. Auf diese Weise kann sich ein Element, das aus diesen Materialien zusammengesetzt ist, in Ansprechen auf ein Aktivierungssignal in die eingelernte Form ändern.
Genauer beziehen sich Formgedächtnislegierungen (SMA) im Allgemeinen auf eine Gruppe von Metallmaterialien, die die Fähigkeit zeigen, in irgendeine zuvor definierte Form oder Größe zurückzukehren, wenn sie einem geeigneten thermischen Stimulus ausgesetzt werden. Formgedächtnislegierungen sind in der Lage, Phasenübergänge zu vollführen, in denen ihre Streckgrenze, Steifigkeit, Abmessung und/oder Form als eine Funktion der Temperatur verändert werden. Der Ausdruck ”Streckgrenze” bezieht sich auf eine Spannung, bei der ein Material eine genau angegebene Abweichung von der Proportionalität zwischen Spannung und Dehnung zeigt. Im Allgemeinen können Formgedächtnislegierungen in der Niedertemperatur- oder Martensitphase plastisch verformt werden und werden sich, wenn sie irgendeiner höheren Temperatur ausgesetzt sind, in eine Austenitphase oder Hauptphase umwandeln und in ihre Form vor der Verformung zurückkehren. Somit werden, wie es nachstehend weiter beschrieben wird, Materialien, die einen Formgedächtniseffekt nur bei Erwärmung zeigen, als ein Formgedächtnis in einer Richtung besitzend bezeichnet; und diejenigen Materialien, die auch ein Formgedächtnis nach dem Wiederabkühlen zeigen, werden als ein Formgedächtnisverhalten in zwei Richtungen besitzend bezeichnet.
Formgedächtnislegierungen liegen in mehreren verschiedenen temperaturabhängigen Phasen vor. Die am häufigsten verwendeten dieser Phasen sind die sogenannte Martensit- und die Austenitphase, die oben erläutert sind. In der nachfolgenden Erläuterung bezieht sich die Martensitphase allgemein auf die stärker verformbare Phase niedrigerer Temperatur, wohingegen sich die Austenitphase allgemein auf die starrere Phase höherer Temperatur bezieht. Wenn sich die Formgedächtnislegierung in der Martensitphase befindet und erwärmt wird, beginnt sie, sich in die Austenitphase zu ändern. Die Temperatur, bei der dieses Phänomen beginnt, wird oft als Austenit-Anfangstemperatur (A_s) bezeichnet. Die Temperatur, bei der dieses Phänomen abgeschlossen ist, wird als die Austenit-Endtemperatur (A_f) bezeichnet.
Wenn sich die Formgedächtnislegierung in der Austenitphase befindet und abgekühlt wird, beginnt sie, sich in die Martensitphase zu ändern, und die Temperatur, bei der dieses Phänomen beginnt, wird als die Martensit-Anfangstemperatur (M_s) bezeichnet. Die Temperatur, bei der der Austenit aufhört, sich in Martensit umzuwandeln, wird die Martensit-Endtemperatur (M_f) genannt. Im Allgemeinen sind die Formgedächtnislegierungen in ihrer martensitischen Phase weicher und leichter verformbar und in ihrer austenitischen Phase härter, steifer und/oder starrer. Im Hinblick auf das zuvor Gesagte ist ein geeignetes Aktivierungssignal zur Verwendung mit Formgedächtnislegierungen ein thermisches Aktivierungssignal mit einer Größenordnung, die ausreicht, um Umwandlungen zwischen den Martensit- und Austenitphasen zu bewirken.
Formgedächtnislegierungen können abhängig von der Legierungszusammensetzung und der bisherigen Verarbeitung einen Formgedächtniseffekt in eine Richtung, einen intrinsischen Effekt in zwei Richtungen oder einen extrinsischen Formgedächtniseffekt in zwei Richtungen zeigen. Geglühte Formgedächtnislegierungen zeigen typischerweise nur den Formgedächtniseffekt in eine Richtung. Ein ausreichendes Erwärmen im Anschluss an eine Verformung des Formgedächtnismaterials bei niedriger Temperatur wird den Übergang der Art von Martensit nach Austenit induzieren und das Material wird seine ursprüngliche, geglühte Form wiedererlangen. Somit werden Formgedächtniseffekte in eine Richtung nur beim Erwärmen beobachtet. Aktive Materialien, die Formgedächtnislegierungszusammensetzungen umfassen, die Gedächtniseffekte in einer Richtung zeigen, bilden sich nicht automatisch zurück und werden wahrscheinlich eine äußere mechanische Kraft erfordern, um sich in die Form zurückzubilden, die zuvor für die Luftströmungssteuerung geeignet war.
Intrinsische und extrinsische Zweirichtungs-Formgedächtnismaterialien zeichnen sich durch einen Formübergang beim Erwärmen von der Martensitphase in die Austenitphase sowie einen zusätzlichen Formübergang beim Abkühlen von der Austenitphase zurück in die Martensitphase aus. Aktive Materialien, die einen intrinsischen Formgedächtniseffekt zeigen, sind aus einer Formgedächtnislegierungszusammensetzung hergestellt, die bewirken wird, dass sich die aktiven Materialien infolge der oben angeführten Phasenumwandlungen automatisch selbst zurückbilden. Ein intrinsisches Formgedächtnisverhalten in zwei Richtungen muss in dem Formgedächtnismaterial durch Bearbeitung induziert werden. Solche Prozeduren umfassen eine extreme Verformung des Materials während es sich in der Martensitphase befindet, ein Erwärmen/Abkühlen unter Zwang oder Belastung, oder eine Oberflächenmodifizierung durch z. B. Laserglühen, Polieren oder Kugelstrahlen. Sobald dem Material beigebracht wurde, den Formgedächtniseffekt in zwei Richtungen zu zeigen, ist die Formänderung zwischen den Niedertemperatur- und Hochtemperaturzuständen allgemein reversibel und bleibt über eine hohe Zahl von thermischen Zyklen hinweg erhalten. Im Gegensatz dazu sind aktive Materialien, die die extrinsischen Formgedächtniseffekte in zwei Richtungen zeigen, Verbund- oder Mehrkomponentenmaterialien, die eine Formgedächtnislegierungszusammensetzung, welche einen Effekt in eine Richtung zeigt, mit einem weiteren Element kombinieren, das eine Rückstellkraft bereitstellt, um die ursprüngliche Form zurückzubilden.
Die Temperatur, bei der sich die Formgedächtnislegierung bei Erwärmung an ihre Hochtemperaturform erinnert, kann durch geringfügige Änderungen der Zusammensetzung der Legierung und durch Wärmebehandlung eingestellt werden. In Nickel-Titan-Formgedächtnislegierungen kann sie z. B. von über etwa 100°C auf unter etwa –100°C geändert werden. Der Formwiedererlangungsprozess findet über einen Bereich von nur wenigen Graden statt, und der Anfang oder das Ende der Umwandlung kann, abhängig von der gewünschten Anwendung und Legierungszusammensetzung, innerhalb von einem oder zwei Graden gesteuert werden. Die mechanischen Eigenschaften der Formgedächtnislegierung variieren stark über den Temperaturbereich, der ihre Umwandlung überspannt, und verleihen dem System typischerweise Formgedächtniseffekte, superelastische Effekte und ein hohes Dämpfungsvermögen.
Geeignete Formgedächtnislegierungsmaterialien umfassen ohne Einschränkung: 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-Platin-Basis, Legierungen auf Eisen-Palladium-Basis und dergleichen. Die Legierungen können binär, ternär oder von irgendeiner höheren Ordnung sein, vorausgesetzt die Legierungszusammensetzung zeigt einen Formgedächtniseffekt, z. B. eine Änderung der Formorientierung, des Dämpfungsvermögens und dergleichen.
Es ist festzustellen, dass SMA einen Modulanstieg des 2,5-fachen und eine Abmessungsänderung von bis zu 8% (je nach Vordehnung) zeigen, wenn sie über ihre Martensit/Austenit-Phasenübergangstemperatur erwärmt werden. Es ist festzustellen, dass thermisch induzierte SMA-Phasenänderungen in eine Richtung verlaufen, sodass ein Vorspannkraft-Rückstellmechanismus (wie etwa eine Feder) erforderlich sein würde, um die SMA in ihre Ausgangskonfiguration zurückzubringen, sobald das angelegte Feld weggenommen wird. Ein Joule'sches Erwärmen kann verwendet werden, um das gesamte System elektronisch steuerbar zu machen.
Spannungsinduzierte Phasenänderungen in SMA, die durch Belasten und Entlasten hervorgerufen werden, sind jedoch von Natur aus in zwei Richtungen. D. h. das Anlegen einer ausreichenden Spannung, wenn sich die SMA in ihrer austenitischen Phase befindet, wird bewirken, dass sie sich in ihre martensitische Phase mit niedrigerem Modul umwandelt, in der sie eine ”superelastische” Verformung von bis zu 8% zeigen kann. Die Wegnahme der angelegten Spannung wird bewirken, dass sich die SMA in ihre austenitische Phase zurückstellt und dabei ihre Ausgangsform und den höheren Modul wiedererlangt.
Ferromagnetische Formgedächtnislegierungen (FSMA) sind eine Unterklasse von SMA. FSMA verhalten sich wie herkömmliche SMA-Materialien, die eine spannungs- oder thermisch induzierte Phasenumwandlung zwischen Martensit und Austenit zeigen. Außerdem sind FSMA ferromagnetisch und besitzen eine starke magnetokristalline Anisotropie, was zulässt, dass ein äußeres magnetisches Feld die Orientierung/den Anteil von feldausgerichteten martensitischen Varianten beeinflusst. Wenn das magnetische Feld entfernt wird, kann das Material ein vollständiges Formgedächtnis in zwei Richtungen, ein partielles in zwei Richtungen oder eines in eine Richtung zeigen. Für ein partielles oder Formgedächtnis in eine Richtung kann ein äußerer Stimulus, eine Temperatur, ein magnetisches Feld oder eine Spannung zulassen, dass das Material in seinen Ausgangszustand zurückkehrt. Ein vollkommenes Formgedächtnis in zwei Richtungen kann für eine proportionale Steuerung mit kontinuierlich zugeführter Leistung verwendet werden. Ein Formgedächtnis in eine Richtung ist am nützlichsten für Anwendungen vom Rasttyp, bei denen ein verzögerter Rückstellstimulus eine Rastfunktion zulässt. Äußere Magnetfelder werden im Allgemeinen über Elektromagnete mit weichmagnetischem Kern in Kraftfahrzeuganwendungen erzeugt. Ein elektrischer Strom, der durch die Spule fließt, induziert ein Magnetfeld durch das FSMA-Material, was eine Formänderung bewirkt. Alternativ kann auch ein Paar Helmholtzspulen für ein schnelles Ansprechen verwendet werden.
Beispielhafte ferromagnetische Formgedächtnislegierungen sind Legierungen auf Nickel-Mangan-Gallium-Basis, Legierungen auf Eisen-Platin-Basis, Legierungen auf Eisen-Palladium-Basis, Legierungen auf Kobalt-Nickel-Aluminium-Basis und Legierungen auf Kobalt-Nickel-Gallium-Basis. Wie SMA können diese Legierungen 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 Zusammensetzung der Formgedächtnislegierung hängt zum Teil von dem Temperaturbereich und der Art des Ansprechens in der vorgesehenen Anwendung ab.
Elektroaktive Polymere umfassen diejenigen Polymermaterialien, die in Ansprechen auf elektrische oder mechanische Felder piezoelektrische, pyroelektrische oder elektrostriktive Eigenschaften zeigen. Ein Beispiel ist ein elektrostriktiv-gepfropftes Elastomer mit einem piezoelektrischen Polyvinylidenfluoridtrifluorethylen-copolymer. Diese Kombination hat die Fähigkeit zur Erzeugung einer variierenden Menge von ferroelektrischenelektrostriktiven molekularen Verbundsystemen. Diese können als piezoelektrischer Sensor oder auch als elektrostriktiver Aktuator betrieben werden.
Materialien, die zur Verwendung als ein elektroaktives Polymer geeignet sind, können jedes/jeden im Wesentlichen isolierende/isolierenden Polymer oder Kautschuk (oder eine Kombination davon) umfassen, das/der sich in Ansprechen auf eine elektrostatische Kraft verformt oder dessen Verformung zu einer Änderung eines elektrischen Feldes führt. Beispielhafte Materialien, die zur Verwendung als ein vorgedehntes Polymer geeignet sind, umfassen Silikonelastomere, Acrylelastomere, Polyurethane, thermoplastische Elastomere, Copolymere, die PVDF umfassen, Haftklebstoffe, Fluorelastomere, Polymere, die Silikon- und Acrylkomponenten umfassen, und dergleichen. Polymere, die Silikon- und Acrylkomponenten umfassen, können z. B. Copolymere mit Silikon- und Acrylkomponenten und Polymermischungen mit einem Silikonelastomer und einem Acrylelastomer umfassen.
Materialien, die als ein elektroaktives Polymer verwendet werden, können auf der Basis von einer oder mehreren Materialeigenschaften, wie etwa einer hohen elektrischen Durchschlagfestigkeit, einem niedrigen Elastizitätsmodul (für große oder kleine Verformungen), einer hohen Dielektrizitätskonstante und dergleichen, gewählt werden. In einer Ausführungsform ist das Polymer derart gewählt, dass es einen maximalen Elastizitätsmodul von 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 bevorzugt zwischen etwa 0,3 MPa und etwa 3 MPa aufweist. In einer weiteren Ausführungsform ist das Polymer derart gewählt, dass es eine Dielektrizitätskonstante zwischen etwa 2 und etwa 20 und bevorzugt 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 Durchschlagfestigkeit hätten. In vielen Fällen können elektroaktive Polymere als Dünnfilme hergestellt und implementiert sein. Dicken, die für diese Dünnfilme geeignet sind, können unter 50 Mikrometer liegen.
Da sich elektroaktive Polymere bei hohen Dehnungen durchbiegen können, sollten sich an den Polymeren befestigte Elektroden ebenso durchbiegen, ohne die mechanische oder elektrische Leistung zu beeinträchtigen. Im Allgemeinen können zur Verwendung geeignete Elektroden jede Form aufweisen und aus jedem Material sein, vorausgesetzt sie sind in der Lage, eine geeignete Spannung an ein elektroaktives Polymer zu liefern oder von diesem eine geeignete Spannung zu empfangen. Die Spannung kann entweder konstant sein oder sich mit der Zeit ändern. In einer Ausführungsform kleben die Elektroden an einer Oberfläche des Polymers. Elektroden, die an dem Polymer kleben, sind bevorzugt nachgiebig und passen sich der sich ändernden Form des Polymers an. Dementsprechend kann die vorliegende Offenbarung nachgiebige Elektroden umfassen, die sich der Form eines elektroaktiven Polymers, an dem sie angebracht sind, anpassen. Die Elektroden können nur an einem Abschnitt eines elektroaktiven Polymers angebracht sein und eine aktive Fläche gemäß ihrer Geometrie definieren. Verschiedene zur Verwendung mit der vorliegenden Offenbarung geeignete Arten von Elektroden umfassen strukturierte Elektroden mit Metallbahnen und Ladungsverteilungsschichten, texturierte Elektroden mit verschiedenen Maßen außerhalb der Ebene, leitfähige Pasten wie z. B. Kohlepasten oder Silberpasten, kolloidale Suspensionen, leitfähige Materialien mit einem hohen Querschnittsverhältnis wie z. B. Kohlenstofffilamente und Kohlenstoff-Nanoröhrchen und Mischungen aus ionisch leitfähigen Materialien.
Materialien, die für Elektroden der vorliegenden Offenbarung verwendet werden, können variieren. Geeignete Materialien, die in einer Elektrode verwendet werden, können Grafit, Ruß, kolloidale Suspensionen, dünne Metalle, die Silber und Gold umfassen, silbergefüllte und kohlenstoffgefüllte Gele und Polymere und ionisch oder elektronisch leitfähige Polymere umfassen. Es ist einzusehen, dass bestimmte Elektrodenmaterialien mit bestimmten Polymeren gut funktionieren können und mit anderen nicht so gut funktionieren können. Zum Beispiel funktionieren Kohlenstofffilamente gut mit Acrylelastomerpolymeren und nicht so gut mit Silikonpolymeren.
Geeignete piezoelektrische Materialien umfassen anorganische Verbindungen, organische Verbindungen und Metalle, sollen jedoch nicht darauf beschränkt sein. Was organische Materialien betrifft, so können alle Polymermaterialien mit einer nicht zentralsymmetrischen Struktur und (einer) Gruppe(n) mit einem starken Dipolmoment an der Hauptkette oder an der Seitenkette 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-styrolsulfonat, Polymer von Azochromophoren mit Polyvinylaminseitenketten und deren Derivate; Polyfluorkohlenwasserstoffe, einschließlich Polyvinylidenfluorid, sein Copolymer Vinylidenfluorid (”VDF”), Co-Trifluorethylen, und ihre Derivate; Polychlorkohlenwasserstoffe, umfassend Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid und seine Derivate; Polyacrylnitrile und ihre Derivate; Polycarbonsäuren, umfassend Polymethacrylsäure und ihre Derivate; Polyharnstoffe und ihre Derivate; Polyurethane und ihre Derivate; Biomoleküle wie z. B. Poly-L-Milchsäuren und ihre Derivate und Zellmembranproteine wie auch Phosphat-Biomoleküle wie etwa Phosphodilipide; Polyaniline und ihre Derivate und alle Derivate der Tetramine; Polyamide, umfassend aromatische Polyamide und Polyimide, umfassend Kapton und Polyetherimid und ihre Derivate; alle Membranpolymere; Poly-N-Vinylpyrrolidon(PVP)-Homopolymer und seine Derivate und Zufalls-PVP-Co-Vinylacetat-Copolymere; und alle aromatischen Polymere mit Dipolmomentgruppen in der Hauptkette oder Seitenketten oder sowohl in der Hauptkette als auch den Seitenketten, und Mischungen davon.
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 besteht. 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 gewählt, die aus Polyvinylidenfluorid, Bleizirconattitanat und Bariumtitanat und Mischungen daraus besteht. Es ist festzustellen, dass piezoelektrische Keramiken für die vorliegende Erfindung auch besonders anwendbar sind.
Schließlich können geeignete magnetorheologische Elastomere, zum Beispiel, um die Steifigkeit des Polsters zu ändern, eine elastische Polymermatrix umfassen, die eine Suspension aus ferromagnetischen oder paramagnetischen Partikel umfasst, wobei die Partikel oben beschrieben sind. Die Polymermatrizen umfassen, sind aber nicht darauf beschränkt, Polyalphaolefine, Naturkautschuk, Silikon, Polybutadien, Polyethylen, Polyisopren und dergleichen.
II. Beispielhafte Ausgestaltungen, Anwendungen und Nutzung eines aktiven Polsters
Mit Bezug auf die 2–12 sind beispielhafte Ausführungsformen des aktiven Sitzpolsters 10 zur Verwendung mit einem Kraftfahrzeugsitz 12 angepasst, der eine Außenfläche 16 definiert. Das veranschaulichte Polster 10 umfasst einen internen Aktuator 18, der dazu dient, einen Zustand, wie etwa die geometrische Ausgestaltung, der Fläche 16, autonom zu ändern.
Genauer umfasst das Polster 10 eine darin angeordnete umgestaltbare Struktur 20. Die Struktur 20 wird bevorzugt, beispielsweise durch eine Kissenschicht 22 des Sitzes 12, entfaltet, um den Insassenkomfort aufrecht zu erhalten. In der veranschaulichten Ausführungsform ist die Struktur 20 zwischen einer ersten und zweiten Stellung (z. B. Formen, Ausgestaltungen, Orientierungen usw.) relativ zu der Fläche 16 bewegbar (z. B. gradlinig bewegbar, schwenkbar, verschiebbar, umgestaltbar usw.), wobei jede der Stellungen bewirkt, dass die Fläche 16 eine unterschiedliche geometrische Ausgestaltung (z. B. 2b) aufweist.
Beispielsweise kann die erste Stellung derart sein, dass bewirkt wird, dass die Struktur 20 nach oben auf der Fläche 16 anliegt, wodurch bewirkt wird, dass sich das Polster 10 nach oben bewegt (2b und 3a, b). In dieser Ausgestaltung ist festzustellen, dass das erste und zweite Seitenpolster (1 und 2) eine stärker konkave (oder wiegenartige) Ausgestaltung bilden werden, die eine stärkere seitliche Abstützung für den Insassen bereitstellen wird. Die zweite Stellung bewirkt, dass die Struktur 20 nach unten an dem Polster 10 anliegt, um zu bewirken, dass die Fläche 16 sich abflacht (2b). Es ist festzustellen, dass dies den Eingriff mit dem Insassen, der auf den Sitz 12 sitzt und diesen verlässt, verringert. Wie es nachstehend weiter beschrieben wird, kann das bevorzugte Polster 10 bei Bedarf selektiv entweder die erste oder die zweite Stellung (2b) erreichen.
Genauer kann das Polster 10 eine größere Vielzahl von Stellungen erreichen. In einer Kraftfahrzeugumgebung kann das erfindungsgemäße Polster 10 beispielsweise ausgestaltet sein, um die vorstehend erwähnte ”abgeflachte” Orientierung für den Einstieg und Ausstieg (es ist festzustellen, dass in dieser Hinsicht nur das fahrzeugäußere Polster separat verändert werden kann), eine zweite geringfügig nach oben gekippte Orientierung für die normale Fahrt, eine dritte Orientierung die stärker als die zweite gekippt ist, für eine Hochleistungsfahrt, eine vierte Orientierung, die stärker als die dritte gekippt ist, für eine hohe Querbeschleunigung, und schließlich eine fünfte im Allgemeinen vertikale Orientierung zum Seitenaufprallschutz zu erreichen. Im letzteren Fall ist festzustellen, dass Aufprallausgestaltung beispielsweise lediglich durch das Lösen eines Stiftes (nicht gezeigt) und dann manuelles Rücksetzen erreicht werden könnte.
Wie es zuvor erwähnt wurde, ist der Aktuator 18 antriebstechnisch mit der Struktur 20 gekoppelt und umfasst ein Element 14 mit aktivem Material, das dazu dient, eine reversible Änderung einer grundlegenden Eigenschaft zu erfahren, wenn es einem Aktivierungssignal ausgesetzt oder gegenüber diesem abgeschottet ist. Das heißt, der Aktuator 18 ist ausgestaltet, zu bewirken oder zu ermöglichen, dass sich die Struktur 20 in eine der Stellungen bewegt, wenn das Element 14 aktiviert ist; und zu diesem Zweck kann das Element 14 ausgestaltet sein, um Veränderungen direkt oder indirekt anzutreiben. Es ist festzustellen, dass das Element 14 dazu verwendet werden kann, das Polster 10 in Richtung der ersten oder zweiten Stellung anzutreiben.
Zu diesem Zweck ist eine Signalquelle 24 (z. B. Leistungsversorgung) nachrichtentechnisch mit dem Element 14 gekoppelt und dient dazu, das Aktivierungssignal zu erzeugen, um das Element zu aktivieren. In einer Kraftfahrzeugumgebung kann die Quelle 24 beispielsweise aus dem Ladesystem eines Fahrzeugs, das die Batterie (2) einschließt, bestehen, und das Element 14 kann damit durch Leitungen 26 oder durch eine geeignete drahtlose Nahbereichs-Nachrichtenverbindung (z. B. HF, Infrarot usw.) verbunden sein. Ein Schalter oder eine andersartige Eingabeeinrichtung mit einer elektrischen Schnittstelle zu dem Formgedächtnislegierungselement 14 kann verwendet werden, um den Schaltkreis zwischen der Quelle und dem Element 14 zu schließen, um eine bedarfsabhängige Steuerung des Polsters 10 vorzusehen.
Alternativ kann der Schalter durch einen Controller 30 und zumindest einen Sensor 32, der nachrichtentechnisch mit dem Controller 30 gekoppelt ist, ersetzt oder ergänzt sein. Der Controller 30 und der Sensor/die Sensoren 32 sind zusammenwirkend ausgestaltet, um selektiv eine Betätigung zu bewirken, wenn eine vorbestimmte Bedingung detektiert wird (2b). In einer Kraftfahrzeugumgebung kann beispielsweise ein Sensor 32 angewandt werden, der angibt, wenn die Fahrzeugtür benachbart zu der Sitzstellung offen ist, wobei der Controller 30 bewirkt, dass das Polster 10 nur dann betätigt wird (in eine stärker horizontale Stellung gedreht wird und in dieser verbleibt), wenn dieses Ereignis ermittelt wird. Als ein zweites Beispiel kann zumindest ein Unfallsensor 32, und stärker bevorzugt ein Seitenaufprallunfallsensor 32, angewandt werden, sodass der Controller 30 tatsächliche Unfallereignisse detektieren und/oder bevorstehende Unfallereignisse vorhersagen kann, wobei der Controller 30 bewirkt, dass das Polster 10 nur dann betätigt wird, wenn ein Ereignis ermittelt wird.
In einem nochmals anderen Beispiel können der Sensor 32 und/oder Controller 30 (z. B. durch Zuhilfenahme eines GPS-/Kartendatenbanksystems) zusammenwirkend ausgestaltet sein, um das Vorhandensein einer minimalen Gier- oder Seitenbeschleunigungsrate des Fahrzeugs vorwegzunehmen oder zu ermitteln. In dieser Ausgestaltung ist der Controller 30 ausgestaltet, um autonom die Polster 10 in Richtung einer stärker konkaven oder ”sportlichen” Stellung einzustellen, wenn die Rate einen minimalen Schwellenwert übersteigt. Zumindest ein Kraftmessdosensensor 32 kann in Zuordnung zu der Sitzbasis 12a benutzt werden. In dieser Ausgestaltung ist die Kraftmessdose 32 funktional relativ zu der Fläche 16 angeordnet, um eine minimale darauf aufgebrachte Kraft (z. B. das Gewicht eines durchschnittlichen kindlichen Insassen, größere seitliche Beschleunigungslasten aufgrund von Kurvenfahrt usw.) detektieren zu können. Das Polster 10 kann bei Aufbringung und/oder Wegnahme der Kraft autonom verändert werden. Schließlich ist festzustellen, dass das Polster 10 programmierbar ausgestaltet sein kann, um einen Speicherabruf zu bewirken, wobei die Eingabevorrichtung 28 und der Controller 30 zusammenarbeiten, um zu bewirken, dass der Aktuator 18 eine von mehreren Stellungen, die in einem internen Speicher gespeichert sind, zu erreichen. Es ist festzustellen, dass geeignete Algorithmen, eine geeignete Verarbeitungsfähigkeit und geeignete Sensoreingänge ebenso im Können eines Fachmanns in Anbetracht dieser Offenbarung liegen.
Zu der konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung zurückgekehrt, zeigen die 3a–d verschiedene Ausführungsformen, wobei die Form der Struktur 20 umgestaltet wird, um eine Änderung einer Polsterhöhe zu bewirken. Eine erste Ausführungsform ist in 3a gezeigt, wobei die Struktur 20 eine mit Widerstand behaftete, flexible Platte aufweist, die einen gebogenen seitlichen Querschnitt definiert, der nach oben gewölbt ist. Die Plattenstruktur 20 bildet allgemein überlagerte Schichten mit zumindest einem Abschnitt der Fläche 16 (z. B. dem Abschnitt der Fläche 16, der durch die Polster 10 gebildet ist), um direkt mit diesem in Eingriff zu stehen.
Der Aktuator 18 besteht aus zumindest einem Element 14 mit aktivem Material, wie etwa einem SMA-Draht, das mit der Plattenstruktur 20 bei oder in der Nähe jedes Endes des gekrümmten Profils verbunden ist, um eine Sehne zu bilden (3a). So wie es hierin verwendet wird, soll der Ausdruck ”Draht” nicht auf eine einzelne Form beschränkt sein, sondern umfasst darüber hinaus andere geometrische Formen, wie Bündel, Streifen, Schnüre, Kabel, Webungen und so weiter. Für ein zugeschnittenes Kraft- und inkrementelles Verschiebungsverhalten umfasst der Aktuator 18 stärker bevorzugt mehrere Elemente mit aktivem Material (wie SMA-Drähte und EAP-Spannglieder oder -Rollaktuatoren) 14, die elektrisch oder mechanisch in Reihe oder parallel ausgestaltet sind und mechanisch in ineinanderschiebbaren, gestapelten oder gestaffelten Ausgestaltungen verbunden sind. Das heißt, mehrere Elemente 14 können mehrere unterschiedliche aktivierbare Teilsätze aufweisen, wobei jeder Teilsatz ausgestaltet ist, um zu bewirken, dass sich die Struktur 20 in eine unterschiedliche der erreichbaren Stellungen bewegt, wenn er aktiviert ist. Die elektrische Ausgestaltung kann während des Betriebs durch Software-Zeitabstimmung, Schaltungs-Zeitabstimmung und extern oder betätigungsinduzierten elektrischen Kontakt abgewandelt werden.
Genauer sind mehrere Elemente 14 gleichermaßen mit der Struktur 20 in Eingriff und in Längsrichtung versetzt. Das Element/die Elemente 14 und die Struktur 20 sind zusammenwirkend ausgestaltet und ausgewählt, um eine funktionale Beziehung zwischen der Betätigungskraft, die dadurch erzeugt wird, und dem Biegemodul der Struktur 20 aufzuweisen. Wie es in 3a gezeigt ist, bewirkt eine Kontraktion des Elements/der Elemente 14 aufgrund einer Aktivierung (oder Deaktivierung in dem Fall eines EAP-Rollaktuators), dass die Höhe der Platte 20, und daher des Polsters 10, zunimmt und die seitliche Spanne nach innen gezogen wird. Es ist festzustellen, dass in dieser Ausgestaltung das Polster 10 eine flexible äußere Abdeckung 34 umfasst, die sich an unterschiedlichen Formen anpassen kann. Bei Deaktivierung bewirkt der Biegemodul der Platte 20, dass diese und das Polster in die ursprüngliche Form zurückkehren.
In einem zweiten Beispiel kann die mit Widerstand behaftete, flexible Struktur 20 nach unten gewölbt und durch erste und zweite Schieber 36 mitgeführt werden (3b). Zumindest ein SMA-Draht 14 mit Gedächtnis in zwei Richtungen oder ein konzentrisch ausgerichteter Draht und eine Druckfeder können dazu verwendet werden, die Schieber 36 zu verbinden, sodass, wenn bewirkt wird, dass der Draht 14 sich zusammenzieht, die Schieber 36 nach innen gebracht werden; aber wenn er deaktiviert wird, die Schieber 36 in ihre ursprüngliche Stellungen zurückkehren. Wie es in 3b gezeigt ist, steht der erhöhte Abstand zwischen den Schiebern 36 direkt in Korrelation mit einem flacheren Strukturprofil und daraus folgend einer niedrigeren Polsterhöhe.
Alternativ kann eine einzige gewölbte Struktur 20 die Sitzbasis 12a oder Rückenlehne 12b überspannen und ausgestaltet sein, gleichzeitig beide Seitenpolster 10 zu verändern. In 3c ist eine gebogene Bahn 20, die seitliche Polstereingriffsschuhe 38 aufweist, in einer ersten Stellung durch einen Schraubenaktuator befestigt und in der Mitte an dem Sitzrahmen 40 verankert. Insbesondere umfasst der Aktuator eine Schraubenspindel 42, eine erste und zweite Schiebermutter 44, bevorzugt zumindest ein Lager 46, das an dem Sitzrahmen 40 angebracht ist, und einen Antrieb 48 auf der Basis von aktivem Material (z. B. SMA). Der Antrieb 48 ist ausgestaltet, um selektiv zu bewirken, dass die Spindel 42 rotiert, wenn er aktiviert wird, und kann eine aufgewickelte SMA, mehrere synchrone PZT usw. anwenden. Die Mutter 44 sind außen benachbart zu der Bahn 20 dort angeordnet, wo sie harte Anschläge aufweisen, die verhindern, dass sich die Bahn 20 geraderichtet. Wenn sie gedreht wird, bewirkt die Spindel 42, dass sich die Mutter 44 entweder nach innen oder nach außen relativ zu der Mittellinie der Basis 12a verschieben. Dies bewirkt, dass die Bahn 20 sich weiter wölbt oder gerade richtet, bzw. sich die Polster 10 anheben oder absenken. Schließlich ist festzustellen, dass ein zusätzliches Formgebungselement 14a verwendet werden kann, um den Schraubenaktuator zu unterstützen. Beispielsweise kann ein zweiter Draht 14a, der bevorzugt eine gekrümmte Form aufweist, mit der Bahn 20 an den Schuhen 38 verbunden sein, wie es in 3c gezeigt ist, sodass eine Kontraktion des Drahtes 14a bewirkt, dass sich die Bahn 20 weiter wölbt.
In einer dritten umgestaltbaren Ausführungsform sind die Polster 10 durch flexible Streifen 50 definiert. Die Streifen 50 sind mit den äußeren Schienen 40a des Basis- oder Rückenlehnenrahmens (3d) und mit einem unteren verschiebbaren Querstab 52 durch die zwei Führungen 54 gekoppelt. Die Führungen 54 werden entlang der Schienen 40a mitgeführt und gleiten entlang derselben. Zumindest ein Formgedächtnisdraht 14 verbindet einen festen Querstab 40b und den verschiebbaren Querstab 52. Wenn der aktiviert ist, bewirkt der Draht 14, dass der verschiebbare Stab 52 sich in Richtung des festen Querstabs 40b bewegt. Diese Aktion bewirkt, dass die Streifen 50 sich weiter wölben, sodass die Höhe des Polsters erhöht wird. Stärker bevorzugt wird der verschiebbare Stab 52 in Richtung einer distalen Stellung relativ zu dem festen Stab 40b, beispielsweise durch zumindest eine damit verbundene Zugfeder, vorgespannt. Es ist festzustellen, dass die gewölbten Streifen 50 auch eine Federwirkung zurück in Richtung der Ruhestellung aufweisen. Bei Deaktivierung wird bewirkt, dass der verschiebbare Stab 52 durch die Feder zurückkehrt. Starker bevorzugt definieren die Schuhe 54 und Schienen 40a zusammenwirkend eine Verriegelung vom Reibungs- oder Kugelrasttyp, um die Streifen 50 und Polster 10 in der erhöhten Stellung zurückzuhalten, wenn der Draht/die Drähte 14 deaktiviert sind. Die Streifen 50 weisen bevorzugt einen länglichen rechteckigen Querschnitt auf, um einen niedrigen Biegemodul in der Richtung nach vorne und nach hinten und einen großen Biegemodul seitlich aufzuweisen.
In anderen Ausführungsformen (z. B. 2 und 4–11) definiert die Struktur 20 eine Schwenk- oder Drehachse, um die das Polster 10 bei Betätigung nach oben und nach unten verschwenkt und somit einen Schwingarm bildet. Hier kann der Aktuator 18 im Wesentlichen aus zumindest einem SMA-Draht 14 bestehen, der die Schwingarme 20 fest miteinander (2) oder einzeln mit dem Rahmen 40 verbindet, wie es in 4 gezeigt ist (bevorzugt innerhalb des Sitzes 12, sodass er unabhängig ist).
In den 2 und 4 verbindet der Draht 14 die obere Flache des Arms 20 und erstreckt sich horizontal über der Achse, um zu bewirken, dass sich der Arm 20 nach oben in Richtung einer stärker konkaven Stellung schwingt, wenn er aktiviert ist. Im Gegensatz dazu ist festzustellen, dass der Draht 14 an der unteren Fläche des Arms 20 angebracht und vertikal orientiert sein kann, um zu bewirken, dass der Arm 20 nach unten in Richtung der flacheren Stellung schwingt. Darüber hinaus ist festzustellen, dass der Draht 14 durch eine Riemenscheibe oder konturierte Fläche (nicht gezeigt) in jeder dieser Ausgestaltungen mitgeführt werden könnte, um die Betätigungskräfte und Verschiebungen auf gewünschte Eigenschaften zuzuschneiden (z. B. Verringern der aufgebrachten Last, wenn die Betätigung fortschreitet, usw.).
Es liegt auch im Bereich der Erfindung, dass der Draht 14 und die Struktur 20 zusammenwirkend ausgestaltet sind, sodass der Draht 14 sich vertikal in Richtung einer festen Abstützung erstreckt, während er bewirkt, dass das Polster 10 in Richtung einer erhöhten Stellung angetrieben wird. Beispielsweise weist die Struktur 20 in den 5a–d einen gekrümmten seitlichen Querschnitt und eine interne Schwenkachse auf, um einen Aktuatoreingriffsabschnitt 20b zu definieren. Ein SMA-Draht 14 ist mit der Struktur 20 nahe bei dem inneren Rand und mit dem Rahmen 40 verbunden. Wenn der aktiviert ist, zieht sich der SMA-Draht 14 zusammen, was bewirkt, dass der distale Rand der Struktur 20 nach oben rotiert. Es ist festzustellen, dass der Aktuator 18 ferner ausgestaltet sein kann, um die Arbeit, die von dem Draht 14 mit der Ruhelast des Insassen verrichtet wird, zu verstärken. Beispielsweise kann die Struktur 20 einen länglichen Eingriffsabschnitt 20b definieren, der sich in Richtung der Mittellinie des Sitzes 12 erstreckt. Hier ist festzustellen, dass die Last und die Materialaktivierung zusammenwirkend arbeiten, um die abschließende Verschiebung der Struktur 20 zu erreichen. Schließlich kann, wie es in 5a gezeigt ist, eine Torsionsfeder 100, die konzentrisch mit der Schwenkachse ausgerichtet ist und eine Federkonstante aufweist, die geringer als die Last und/oder Betätigungskraft ist, dazu verwendet werden, eine Rückstellung vorzusehen.
Stärker bevorzugt können die Polster 10 antriebstechnisch derart gekoppelt sein, dass sie gleichzeitig beeinflusst werden können. Beispielsweise, und wie es in 5b gezeigt ist, kann ein Satz seitlicher Polster 10 antriebstechnisch mit einem vertikalen Zahnstangen- und Ritzelgetriebe 64 und einem schwenkbaren Dreistrangen-Gestängemechanismus gekoppelt sein. Hier ist der mittlere Stab 66 fest mit der Mitte des Ritzels 68 verbunden und verläuft durch diese, um übereinstimmend damit zu rotieren. Ein erster und zweiter äußerer Stab 70, 72 sind schwenkbar mit den Enden des mittleren Stabes 66 und mit seitlichen Strukturen 20 an übereinstimmenden Punkten oberhalb ihrer Schwenkachsen gekoppelt. Die Zahnstange 74 weist eine Plattform 76 an ihrem oberen Ende auf, die ausgestaltet ist, eine Aufnahme der Ruhelast zu ermöglichen, und steht mit einer Rückstelldruckfeder in Eingriff, an deren unterem Ende der Sitzrahmen 40 anschlägt, um als Rückstellung zu wirken. Zumindest ein Formgedächtnisdraht 14 ist mit der Feder verbunden und verbindet die Zahnstange 74 und den Rahmen 40. Die Zahnstange 74 wird abgesenkt, und es wirkt bewirkt, dass das Ritzel 68, und daher die Polster 10, rotieren, wenn der Draht/die Drähte 14 aktiviert werden und/oder die Ruhelast auf die Plattform 76 aufgebracht wird. Wenn die Last weggenommen wird und der Draht 14 deaktiviert wird, gibt die Druckfeder ihre Energie frei, was die Zahnstange 74 und die Polster 10 zurück in ihre Ruhestellungen antreibt. Stärker bevorzugt ist zumindest ein Verriegelungsmechanismus vorgesehen, der ausgestaltet ist, entweder mit der Zahnstange 74 oder dem Ritzel 68 in Eingriff zu stehen, um die Polster 10 in der aktivierten Stellung zurückzuhalten, selbst wenn der Draht/die Drähte 14 deaktiviert ist/sind.
Wie es in 6 gezeigt ist, umfasst der bevorzugte Aktuator 18 erfindungsgemäß eine Überlastschutzeinrichtung 78, die mit jedem Element 14 gegenüber der Struktur 20 verbunden ist. Die Überlastschutzeinrichtung 78 ist ausgestaltet, um einen sekundären Ausgangsweg vorzusehen, wenn das Element 14 aktiviert ist, aber die Struktur 20 nicht bewegt werden kann (z. B. durch einen Gegenstand, wie etwa dem Insassen, blockiert ist). In der veranschaulichten Ausführungsform umfasst die Überlastschutzeinrichtung 78 eine Zugfeder 80, die in Reihe mit dem Draht 14 geschaltet ist. Die Feder 80 wird bis zu einem Punkt gestreckt, an dem die aufgebrachte Vorlast dem Lastniveau entspricht, an dem festzustellen ist, dass der Aktuatordraht 14 beginnen würde, bei Blockierung eine übermäßige Kraft zu erfahren. Infolgedessen wird eine Aktivierung des Drahts 14 zunächst eine Kraft aufbringen, die versucht, die Struktur 20 zu verändern, aber wenn das Kraftniveau die Vorlast in der Feder 80 übersteigt (z. B. das Polster 10 blockiert ist), wird der Draht 14 stattdessen die Feder 80 weiter strecken, wodurch die Unversehrtheit des Aktuators 18 bewahrt wird.
Stärker bevorzugt, und wie es in 6 gezeigt ist, umfasst die Schutzeinrichtung 78 dort, wo sie mit dem Rahmen 40 verbunden ist, darüber hinaus einen Hebel 82 zwischen dem Element 14 und der Feder 80. Der Hebel 82 definiert einen ersten und zweiten Arm 84, 86 und eine Schwenkachse. Das Element 14 ist an einem der Arme 84, 86 angebracht und von der ersten Achse eine erste Distanz beabstandet. Die Feder 80 ist an dem anderen Arm angebracht und von der Achse eine zweite Distanz beabstandet, die größer als die erste ist, um einen Hebelarm vorzusehen.
Es ist festzustellen, dass komplexere Strukturen verwendet werden können, um eine Verschiebung zu bewirken. Beispielsweise, und wie es in den 7a, b gezeigt ist, kann der Aktuator 18 eine Scherenanordnung 88 enthalten, die mehrere schwenkbar verbundene Elemente 90 umfasst, die ferner durch seitliche Stege 92 verbunden sind. Die Anordnung 88 ist zwischen zusammengelegten und ausgefahrenen Zuständen beeinflussbar. Die Anordnung 88 ist schwenkbar mit einem ersten und zweiten seitlichen Polster 10 bevorzugt an dem oberen Ende der obersten Elemente 90 verbunden. Der Aktuator 18 ist ausgestaltet, um zu bewirken, dass sich die Anordnung 88 zwischen den Zuständen verschiebt, wenn das Element/die Elemente 14 aktiviert ist/sind. Wie es in 7b gezeigt ist, besteht ein bevorzugter Aktuator 18 aus einem einzigen SMA-Draht 14, der wiederholt um die unteren Stege 92 der Anordnung 88 mitgeführt wird. Alternativ können auch mehrere SMA-Drahtschleifen 14 verwendet werden. Es wird bewirkt, dass die Strukturen 20 übereinstimmend (z. B. synchron und gleichmäßig) zwischen Stellungen infolge eines Verschiebens der Anordnung 88 zwischen Zuständen schwingen.
Darüber hinaus, und wie es in den 8a, b gezeigt ist, kann der Aktuator 18 eine im Allgemeinen horizontal orientierte Faltanordnung 94 umfassen, die zwischen zusammengelegten und ausgefahrenen Zuständen beeinflussbar ist. Die Faltanordnung 94 umfasst eine Reihe von parallelen Leisten 96, die schwenkbar mit einer zentral angeordneten schwimmenden Rippe 98 und mit den Strukturen 20 an ihren distalen Enden verbunden sind. Ein bevorzugter Aktuator 18 besteht in dieser Ausgestaltung aus einem SMA-Draht 14, der sich gemeinsam mit jedem Satz schwenkbar verbundener Leisten 96 erstreckt und durch diese abgestützt ist. Die Anordnung 94 und Elemente 14 sind zusammenwirkend ausgestaltet, sodass die Elemente 14 derart ausgestaltet sind, dass bewirkt wird, dass die Anordnung 94 sich zwischen Zuständen verschiebt, wenn sie aktiviert sind, und bewirkt wird, dass die Strukturen 20 übereinstimmend zwischen Stellungen infolge eines Verschiebens der Anordnung 94 zwischen Zuständen schwingen.
Um, wie es zuvor beschrieben wurde, dem Aktuator 18 entgegenzuwirken, ist bevorzugt dort ein Rückstellmechanismus (d. h. ”Rückstellung”) 100 vorgesehen, wo eine Betätigung in zwei Richtungen vorgesehen ist, und stärker bevorzugt dort, wo eine Betätigung in einer Richtung vorgesehen ist. Das heißt, der Rückstellmechanismus 100 ist antriebstechnisch mit der Struktur 20 gekoppelt und wirkt antagonistisch zu den dem Aktuator 18.
Der Rückstellmechanismus 100 kann durch eine Druck-, Zug-, Blatt- und Torsionsfeder, ein Elastomer, einen pneumatischen/hydraulischen Zylinder, ein zusätzliches Element mit aktivem Material oder dergleichen ausgeführt sein. Beispielsweise ist in den 2 und 4 der Rückstellmechanismus 100 eine Zugfeder, die mit der unteren Hälfte des Schwingarms 20 verbunden ist. Wenn bewirkt wird, dass der Aktuator 18 den Arm 20 nach oben schwingt, wird bewirkt, dass die Feder 100 Energie durch Strecken speichert. Es ist festzustellen, dass die durch das Element 14 erzeugte Betätigungskraft größer als die Rückstellkraft der Feder 100 ist. Bei Deaktivierung überwindet die Feder 100 den Elastizitätsmodul des deaktivierten Drahtes 14, sodass bewirkt wird, dass der Draht 14 sich streckt und der Arm 20 zurück in die ursprüngliche Stellung schwingt (3). Die superelastische Dehnung auf den Draht 14 bewirkt, dass der Rückstellmechanismus 100 eine Phasenumwandlung zurück in den martensitischen Zustand beschleunigt.
Alternativ ist auch festzustellen, dass die Rückstellfeder 100 durch ein zweites Element mit aktivem Material ersetzt oder mit einem solchen kombiniert sein kann (9). Als eine bevorzugte Ausführungsform kann der Rückstellmechanismus 100 ein SMA-Draht mit einer Austenit-Endtemperatur sein, die geeignet niedrig gewählt ist, sodass er in seinem Hochmodulzustand sein wird, wenn er nicht unter Spannung steht. Wenn er gestreckt ist, wird der Rückstelldraht dies ”superelastisch” ausführen und eine sehr erwünschte, nahezu konstante Rückstellkraft im Vergleich mit der linear zunehmenden Rückstellkraft, die durch normale Federn ausgeübt wird, ausüben.
In einem anderen Beispiel umfasst der Aktuator 18 ferner ein Element 102 mit gespeicherter Energie, das zwischen das Element 14 mit aktivem Material und die Struktur 20 eingekoppelt ist (9 und 12). Das Element 102 mit gespeicherter Energie dient dazu, gespeicherte Energie freizugeben, wenn das Element 14 mit aktivem Material aktiviert wird, um die Struktur 20 infolge eines Freigebens der Energie zu verändern. Zum Beispiel kann das Element 102 mit gespeicherter Energie aus einer Druckfeder bestehen, die durch die Struktur 20 in der unteren Stellung zusammengedrückt wird (9 und 12) oder eine Torsions- oder Uhrfeder, die mit der Schwenkachse der Struktur 20 in Eingriff steht und konzentrisch mit dieser ausgerichtet ist. Hier fungiert das Aktuatorelement 14 als eine Freigabe, die dazu dient, zu bewirken, dass ein vorgespannter Stift oder eine Sperrklinke 104 von der Feder 102 außer Eingriff gelangt, um diese dadurch zu befreien und somit das Polster 10 zu verändern. In 9 ist der Rückstellmechanismus 100 ein zweiter SMA-Draht. Hier sind der Draht und die Feder 102 zusammenwirkend ausgestaltet, sodass die Feder 102 eine Dekompressionskraft erzeugt, die größer als der Elastizitätsmodul des Drahtes ist, wenn er deaktiviert ist, aber nicht, wenn er aktiviert ist. Das heißt, der Draht kann die Federkraft überwinden, wenn er aktiviert ist.
Schließlich ist ein Rast- oder Verriegelungsmechanismus 106 mit einem Halten ohne Leistung bevorzugt bewegbar vorgesehen, um die Struktur 20 in der beeinflussten Stellung zu halten, selbst nachdem das Aktuatorelement 14 (oder der Rückstelldraht 100) deaktiviert worden ist. Wenn es erwünscht ist, wird der Verriegelungsmechanismus 106 gelöst, sodass die Struktur 20 zurück in die vorhergehende Stellung bewegt werden kann. Beispielsweise, und wie es in 6 gezeigt ist, wenn die Struktur 20 eine Schwenkachse definiert, kann der Verriegelungsmechanismus 106 ein ”verzahntes” Rad 108 sein, das fest damit gekoppelt und konzentrisch mit der Achse ausgerichtet ist. Das Rad 108 weist bevorzugt mehrere abgeschrägte Zähne 108a auf, die jeweils eine separat erreichbare Drehstellung aufweisen. Eine Sperrklinke 110 dient dazu, selektiv mit dem Zahnrad 108 in Eingriff zu gelangen, um dadurch eine Bewegung zu verhindern. Genauer, und wie es in 6 gezeigt ist, definiert die Sperrklinke 110 eine abgeschrägte Klaue, die verschiebbar mit den mehreren Zähnen 108a in Eingriff gelangt, um zuzulassen, dass das Zahnrad 108 in einer ersten Richtung rotiert, und eine Bewegung in der anderen Richtung zu verhindern. Ein Element 112 mit aktivem Material (z. B. SMA-Draht) ist bevorzugt vorgesehen und ausgestaltet, um zu bewirken, dass die Sperrklinke 110 selektiv von der Struktur 20 außer Eingriff gelangt, wenn es aktiviert ist.
Der bevorzugte Verriegelungsmechanismus 106 umfasst darüber hinaus seine eigene Rückstellung (z. B. eine Zugfeder, ein Element mit gespeicherter Energie usw.) 114, das antagonistisch zu dem außer Eingriff gelangenden Element 112 fungiert. Die Rückstellung 114 übt eine konstante Kraft darauf aus, um den Mechanismus 106 in Richtung der in Eingriff stehenden Stellung vorzuspannen. Alternativ kann der Verriegelungsmechanismus 106 ein erstes und zweites Element mit aktivem Material umfassen, das, wenn es aktiviert ist, bewirkt, dass der Mechanismus 106 mit der Struktur 20 in Eingriff bzw. von dieser außer Eingriff gelangt. Schließlich kann in nochmals einer anderen Alternative ein Zahnradstab (nicht gezeigt) benutzt werden, wobei ein Zweirichtungselement 112 ausgestaltet ist, zu entriegeln und dann den Mechanismus 106 mit dem Stab an einer gewünschten inkrementellen Stellung wieder zu verriegeln. Stärker bevorzugt ist jedoch das Polster 10 stufenlos zwischen zwei Extremen einstellbar. Somit ist festzustellen, dass ein Reibungseingriff anstelle eines verzahnten Rades oder Stabes angewandt werden kann.
In nochmals einer anderen Ausführungsform können das verzahnte Rad 108 und die Struktur 20 funktional kombiniert sein, um eine Ratsche vorzusehen, wie es in 10a–11 gezeigt ist. Stärker bevorzugt weist die Struktur 20 in dieser Ausgestaltung einen Ringsektor auf, der entweder radial innere oder äußere Zähne 20a definiert. In den 10a, b weist die Struktur 20 mehrere radial innere Zähne 20a auf, die jeweils bevorzugt abgeschrägt sind, so dass eine separat erreichbare Drehstellung vorgesehen ist. Eine Raste 106 dient dazu, verschiebbar mit den Zähnen 20a in Eingriff zu gelangen, wenn sich die Struktur 20 in einer ersten Richtung dreht, und einen ergriffenen Zahn an einer erreichbaren Stellung der Wahl zu fangen, um eine Bewegung in der entgegengesetzten Richtung zu verhindern. Eine bevorzugte Raste 106 benutzt ein Element 14 mit aktivem Material, das ausgestaltet ist, um selektiv von der Struktur 20 außer Eingriff zu gelangen, wenn es deaktiviert ist. Die Struktur 20 ist (über einen Aktuator 18 oder von Hand) in nur einer Richtung bewegbar, wenn die Raste 106 in dem außer Eingriff stehenden Zustand ist.
In 11 verschiebt sich ein Ringsektor 20 frei innerhalb eines gekrümmten Schlitzes 116 passender Breite und passenden Radius und definiert radial äußere Zähne 20a. In dieser Ausgestaltung ist ein Element mit gespeicherter Energie (z. B. eine Druckfeder usw.) 102 bevorzugt innerhalb des Schlitzes 116 angeordnet, sodass bewirkt wird, dass es Energie speichert, wenn sich die Struktur 20 nach innen (in der ”anderen” Richtung) verschiebt. Wieder ist bevorzugt eine Raste 106 aus aktivem Material ausgestaltet, um selektiv zu verhindern, dass die Struktur 20 in der anderen Richtung rotiert, und hält die Energie zurück, bis sie für eine Betätigung benötigt wird.
Schließlich können in einer ähnlichen Ausführungsform eine vertikale Ratsche 118 und ein Schieber 120 von Hand verändert werden, um mehrere feste Polsterhöhen zu bewirken. Beispielsweise, und wie es in 12 gezeigt ist, kann der Schieber 120 einen Planaren Körper aufweisen, der obere und untere Ränder, die der longitudinalen Länge des Polsters 10 entsprechen, einen Eingriffsschuh 38 entlang des oberen Randes, einen zurückziehbaren Verriegelungsstift 122 innerhalb des oberen und unteren Randes und einen Hubgriff, der an dem unteren Rand angebracht ist, oder ein Vorspannelement (z. B. eine Feder) 124, die mit diesen in Eingriff steht, definiert. Die Ratsche 118 definiert gegenüberliegende Seiten, die beabstandet sind, um eine vertikale Fuge vorzusehen, in der sich der Schieber 120 verschiebt. Mehrere abgeschrägte Zähne 118a sind bevorzugt an beiden Seiten definieren und ragen in die Fuge vor. Ein erster und zweiter gegenüberliegender Stift 122 sind in Richtung einer ausgefahrenen Stellung vorgespannt, in der sie mit den Zähnen 118a in Eingriff stehen. Die Stifte 122 und Zähne 118a sind zusammenwirkend ausgestaltet, um ein Verschieben des Schiebers 120 abhängig von der Orientierung der Zähne 118a in einer Richtung (z. B. Zurückziehen in die Basis 12a) zu verhindern, wenn sie in Eingriff stehen. Somit kann der Schieber 120 auf eine gewünschte Höhe angehoben oder abgesenkt werden, indem die Stifte 122 über die abgeschrägten Zähne 118a gleiten gelassen werden. Um die Stifte 122 zu lösen, wird eine Betätigung mit Formgedächtnismaterial benutzt. Beispielsweise, und wie es in der vergrößerten Ansicht in 12 gezeigt ist, kann ein einzelner SMA-Draht 14 durch die Verriegelungsstifte 122 mitgeführt werden, sodass bewirkt wird, dass sich die Stifte 122 zurückziehen, wenn er aktiviert wird. In der veranschaulichten Ausführungsform ist festzustellen, dass das Zurückziehen der Stifte 122 ermöglicht, dass die Vorspannfeder 124 den Schieber 120 in die oberste Stellung bewegt.

Claims

Beeinflussbares Polster (10), das zur Verwendung mit einem Sitz (12) angepasst ist, der eine Außenfläche (16) definiert, die einen Zustand aufweist, und zum autonomen Ändern des Zustandes, wobei das Polster (10) umfasst: einen Aktuator (18), der nachrichtentechnisch mit der Fläche (16) gekoppelt ist und ein Element (14) mit aktivem Material umfasst, das dazu dient, eine reversible Änderung einer grundlegenden Eigenschaft zu erfahren, wenn es einem Aktivierungssignal ausgesetzt oder gegenüber diesem abgeschottet ist, wobei der Aktuator (18) ausgestaltet ist, um zu bewirken oder zu ermöglichen, dass der Zustand der Fläche (16) abgewandelt werden kann, wenn das Element (14) aktiviert ist; eine Signalquelle (24), die nachrichtentechnisch mit dem Element (14) gekoppelt ist und dazu dient, das Aktivierungssignal zu erzeugen, um das Element (14) zu aktivieren; und eine umgestaltbare Struktur (20), die in dem Sitz (12) angeordnet ist und zwischen mehreren Strukturausgestaltungen relativ zu der Fläche (16) abwandelbar ist, wobei der Zustand eine geometrische Ausgestaltung der Fläche (16) ist, und jede der Strukturausgestaltungen bewirkt, dass die Fläche (16) eine unterschiedliche geometrische Ausgestaltung aufweist; wobei der Aktuator (18) antriebstechnisch mit der Struktur (20) gekoppelt ist und dazu dient, die Struktur (20) abzuwandeln, um eine der Ausgestaltungen zu erreichen, wenn das Element (14) aktiviert ist; wobei der Aktuator (18) eine Überlastschutzeinrichtung (78) umfasst, die mit dem Element (14) gegenüber der Struktur (20) verbunden ist und ausgestaltet ist, einen sekundären Arbeitsausgangsweg vorzusehen, wenn das Element (14) aktiviert ist und die Struktur (20) nicht bewegt werden kann.
Polster nach Anspruch 1, wobei der Aktuator (18) ferner ein Element (102) mit gespeicherter Energie umfasst, das nachrichtentechnisch mit dem Element (14) mit aktivem Material gekoppelt ist, wobei das Element (102) mit gespeicherter Energie dazu dient, gespeicherte Energie freizugeben, wenn das Element (14) mit aktivem Material aktiviert ist, und ausgestaltet ist, den Zustand infolge des Freigebens der Energie zu ändern.
Polster nach Anspruch 1, das ferner umfasst: zumindest einen Sensor (32), der nachrichtentechnisch mit der Quelle (24) gekoppelt ist, und dazu dient, eine Bedingung zu detektieren, und ausgestaltet ist, um selektiv zu bewirken, dass die Quelle (24) das Materialelement (14) aktiviert, wenn die Bedingung detektiert ist.
Polster nach Anspruch 3, wobei die Bedingung ein tatsächliches oder bevorstehendes Unfallereignis ist.
Polster nach Anspruch 3, wobei der Sensor (32) eine Kraftmessdose ist, die funktional relativ zu der Fläche (16) angeordnet ist, und die Bedingung eine minimale auf die Fläche (16) aufgebrachte Kraft ist.
Polster nach Anspruch 3, wobei der Sitz (12) ein Teil eines Fahrzeugs bildet, wobei das Fahrzeug ferner eine Tür benachbart zu dem Sitz umfasst, und die Bedingung das Öffnen oder Schließen der Tür ist.
Polster nach Anspruch 3, wobei die Bedingung eine minimale Gier- oder Querbeschleunigungsrate ist.
Polster nach Anspruch 1, wobei das Element (14) ein Formgedächtnislegierungsdraht ist.
Polster nach Anspruch 1, wobei die Struktur (20) eine flexible Platte (20) ist, die ein gewölbtes Profil bildet, und das Element (14) ein Formgedächtnislegierungsdraht ist, der antriebstechnisch mit der Platte (20) gekoppelt ist und dazu dient, zu bewirken, dass sich die Platte (20) weiter wölbt, wenn er aktiviert ist.
Polster nach Anspruch 9, wobei ein Sitzrahmen (40) einen verschiebbaren Querstab (52) umfasst, die Platte (20) mit dem Querstab (52) verbunden ist und der Draht (14) antriebstechnisch mit diesem gekoppelt ist, sodass bewirkt wird, dass sich der Querstab (52) verschiebt, und bewirkt wird, dass die Platte (20) sich weiter wölbt, wenn der Draht (14) aktiviert ist.
Polster nach Anspruch 1, wobei die Struktur (20) und das Element (14) einstückig ausgebildet sind und aus Formgedächtnispolymermaterial bestehen.
Polster nach Anspruch 1, wobei der Aktuator (18) mehrere Elemente (14) umfasst, die mehrere unterschiedliche Teilsätze darstellen, und jeder Teilsatz ausgestaltet ist, zu bewirken, dass sich die Struktur (20) in eine unterschiedliche der Stellungen bewegt, wenn er aktiviert ist.
Polster nach Anspruch 1 oder 12, wobei der Aktuator (18) eine Scherenanordnung (88) umfasst, die zwischen zusammengelegten und ausgefahrenen Zuständen beeinflussbar und schwenkbar mit der Struktur (20) verbunden ist, wobei das zumindest eine Element (14) ausgestaltet ist, um zu bewirken, dass sich die Anordnung zwischen den Zuständen verschiebt, wenn es aktiviert ist, und bewirkt wird, dass die Struktur (20) sich zwischen Stellungen infolge eines Verschiebens der Anordnung zwischen Zuständen bewegt.
Polster nach Anspruch 1 oder 12, wobei der Aktuator (18) eine Faltanordnung (94) umfasst, die zwischen zusammengelegten und ausgefahrenen Zuständen beeinflussbar und schwenkbar mit der Struktur (20) verbunden ist, wobei das zumindest eine Element (14) ausgestaltet ist, um zu bewirken, dass sich die Anordnung zwischen den Zuständen verschiebt, wenn es aktiviert ist, und bewirkt wird, dass sich die Struktur (20) zwischen Stellungen infolge eines Verschiebens der Anordnung (94) zwischen Zuständen bewegt.
Polster nach Anspruch 14, wobei der Sitz (12) ein erstes und zweites Seitenpolster umfasst, die zusammenwirkend die Fläche (16) definieren und in denen eine erste und zweite verschwenkbare Struktur (20) angeordnet sind, wobei der Aktuator (18) eine vertikale Zahnstange (74) und ein Ritzel (68) und einen Gestängemechanismus, der die Strukturen (20) verbindet, umfasst, und eine Plattform (76) fest mit der Oberseite der Zahnstange (74) verbunden und ausgestaltet ist, eine Ruhelast aufzunehmen.
Polster nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Rückstellmechanismus (100), der antriebstechnisch mit der Struktur (20) antagonistisch zu dem Aktuator (18) gekoppelt ist und eine Vorspannkraft erzeugt, die kleiner als die Betätigungskraft ist, sodass der Mechanismus (100) bewirkt, dass sich die Struktur (20) in die erste Stellung bewegt, wenn das Element (14) deaktiviert ist, und zulässt, dass der Aktuator (18) die Struktur (20) in die zweite Stellung antreibt, wenn das Element (14) aktiviert ist.
Polster nach Anspruch 16, wobei der Rückstellmechanismus (100) aus der Gruppe ausgewählt ist, die im Wesentlichen aus Druck-, Zug-, Blatt-, pneumatischen/hydraulischen und Torsionsfedern besteht, wobei Formgedächtnislegierungsdrähte in dem martensitischen Modus arbeiten und Formgedächtnislegierungsdrähte in dem superelastischen Modus arbeiten.