DE102008021679A1 - Adaptive Objekthalter aus einem aktiven Material - Google Patents

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Abstract

In einer Ausführungsform umfasst eine Vorrichtung ein aktives Material. Eine Aktivierung des aktiven Materials bewirkt eine Verformung innerhalb der Vorrichtung, um sich einem Gegenstand anzupassen und/oder diesen festzuhalten, ohne in den Gegenstand unter einer Fläche des Gegenstands einzugreifen. In einer weiteren Ausführungsform bewirkt ein Kontakt mit einem Gegenstand eine Verformung innerhalb der Vorrichtung, um sich dem Gegenstand anzupassen und/oder diesen festzuhalten. In einer noch weiteren Ausführungsform kann ein Objekthalter umfassen: eine Vertiefung, einen Deckel, der über der Vertiefung angeordnet ist, und einen Schalter, der ausgebildet ist, um zu bewirken, dass das aktive Material eine verformte Form in der Vertiefung beibehält. Der Deckel umfasst ein aktives Material. Das aktive Material ist ausgebildet, um sich in die Vertiefung hinein zu verformen, wenn es mit einem Gegenstand in Kontakt gelangt.

Description

  • Hintergrund
  • Die vorliegende Offenlegung betrifft Objekthalter und im Spezielleren Objekthalter, deren Funktionalität/Leistung durch die Aufnahme von aktiven (intelligenten) Materialien verbessert ist.
  • Objekthalter, insbesondere in Fahrzeugen, sind für den Kundenkomfort, die Sauberkeit des Fahrzeuges und das Freimachen der Aufmerksamkeit und der Hände des Fahrers für die Aufgabe des Fahrens wichtig. Je nach Konstruktion des Halters kann die typische Aufnahme Gefäße für Getränke (Schalen, Becher und/oder Flaschen) mit einem unterschiedlichen Grad an Sicherheit/Festigkeit aufnehmen und halten. Das Problem bei diesen Haltern besteht darin, dass eine einzige Haltergeometrie im Allgemeinen nicht in der Lage ist, einem/m einfachen Insassenzugriff für all diese verschiedenen Arten von Gegenständen Rechnung zu tragen und bereitzustellen, und sie oft nicht in der Lage ist, ihre Position und Orientierung in den verschiedenen Beschleunigungsbereichen, die während des Fahrens eines Fahrzeuges erfahren werden können, entsprechend sicherzustellen.
  • Es besteht daher der permanente Wunsch, die Objekthalter in einem Fahrzeug zu verfeinern, um zuzulassen, dass ein einziger Halter verschiedene Formen und Größen von Gegenständen problemlos sichert und dabei einen einfachen Zugriff bereitstellt.
  • Kurzzusammenfassung
  • Hierin offenbart sind Verfahren und Systeme zum Halten eines Gegenstands und Prozesse zur Verwendung derselben.
  • In einer Ausführungsform kann ein Objekthalter umfassen: eine Vertiefung, einen Deckel, der über der Vertiefung angeordnet ist, und einen Schalter, der ausgebildet ist, um zu bewirken, dass das aktive Material eine verformte Form in der Vertiefung beibehält. Der Deckel umfasst ein aktives Material. Das aktive Material ist ausgebildet, um sich in die Vertiefung hinein zu verformen, wenn es mit einem Gegenstand in Kontakt gelangt.
  • In einer weiteren Ausführungsform umfasst ein Objekthalter: eine Vertiefung, einen Halterabschnitt, der in der Vertiefung angeordnet ist und ein aktives Material umfasst, und einen Schalter, der ausgebildet ist, um das aktive Material in der verformten Form zu halten, bis der Gegenstand entfernt ist. Das aktive Material ist ausgebildet, um, wenn es mit einem Gegenstand in Kontakt gelangt, den Gegenstand aufzunehmen und sich in die Form des Gegenstands zu verformen.
  • In einer noch weiteren Ausführungsform kann ein Objekthalter umfassen: eine Vertiefung, eine Auskleidung, die in der Vertiefung angeordnet ist, und einen Schalter, der ausgebildet ist, um eine Umwandlung eines aktiven Materials einzuleiten, wenn ein Gegenstand in der Vertiefung angeordnet ist. Die Auskleidung kann ein aktives Material umfassen.
  • In einer noch weiteren Ausführungsform umfasst ein Objekthalter: eine Ausdehnung, die ein aktives Material und/oder einen Sensor umfasst. Die Ausdehnung ist derart ausgebildet, dass, wenn ein Gegenstand mit der Ausdehnung oder einem zweiten Sensor in Kontakt gelangt, das aktive Material aktiviert wird, um einen Abschnitt des Gegenstands abzudecken und gegen diesen zu schieben, wenn es sich in einer ausgefahrenen Position befindet.
  • In einer weiteren Ausführungsform kann ein Objekthalter umfassen: eine Vertiefung, die ausgebildet ist, um einen formschlüssigen Halt an einem Gegenstand zu empfangen und zu schaffen, und eine intelligente Befestigungsbasis, die ein aktives Material umfasst und ausgebildet ist, um den Halter lösbar an einer Fläche anzubringen.
  • In einer weiteren Ausführungsform umfasst eine Vorrichtung ein aktives Material. Eine Aktivierung des aktiven Materials bewirkt eine Verformung innerhalb der Vorrichtung, um sich einem Gegenstand anzupassen und/oder diesen festzuhalten, ohne in den Gegenstand unter einer Fläche des Gegenstands einzugreifen.
  • In einer noch weiteren Ausführungsform umfasst eine Vorrichtung ein aktives Material. Ein Kontakt mit einem Gegenstand bewirkt eine Verformung innerhalb der Vorrichtung, um sich dem Gegenstand anzupassen und/oder diesen festzuhalten.
  • Die oben beschriebenen und weitere Merkmale sind durch die nachfolgenden Fig. und die detaillierte Beschreibung beispielhaft erläutert.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • Nunmehr wird Bezug auf die Fig. genommen, die beispielhafte Ausführungsformen darstellen und in denen gleiche Elemente gleich bezeichnet sind.
  • 1 ist eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Halters.
  • 2 ist eine Querschnittsansicht des Halters von 1, wenn ein Gegenstand in dem Halter angeordnet ist.
  • 3 ist eine Querschnittsansicht des Halters von 1, wobei sich ein Gegenstand in dem Halter befindet und der Deckel aus einem aktiven Material den Gegenstand hält.
  • 4 u. 5 sind isometrische Ansichten einer beispielhaften Ausführungsform einer Fläche aus einem aktiven Material.
  • 6 ist eine Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform eines Halters aus einem aktiven Material.
  • 7 ist eine Querschnittsansicht des Halters von 6, der einen Gegenstand hält.
  • 811 sind beispielhafte sequentielle Veranschaulichungen eines beispielhaften Vorganges, der einen Halter verwendet, welcher eine Kombination aus den in 3 veranschaulichten Ausführungsformen und der in 7 veranschaulichten Ausführungsform umfasst.
  • 12 ist eine schematische Veranschaulichung von SMA-Fingern zum Ergreifen eines Gegenstands.
  • 13 ist eine Querschnittsansicht des Halters von 8, die die Finger veranschaulicht, die den Gegenstand ergreifen.
  • 14 veranschaulicht Ausführungsformen der Finger, wobei diese in unterschiedlichen Positionen und Zuständen angeordnet sind.
  • 1517 sind Veranschaulichungen von verschieden geformten Gegenständen und möglichen Fingerpositionierungen.
  • 1820 sind beispielhafte Ausführungsformen eines Halters aus einem aktiven Material, der mehrere Segmente umfasst, die in Serie oder parallel durch viele Gelenke verbunden sind.
  • 21 ist eine beispielhafte perspektivische Darstellung eines adaptiven Halters mit einem/r SMP-Deckel/Fläche.
  • 2224 sind beispielhafte Ausführungsformen einer weiteren Ausführungsform des in den 13 veranschaulichten Halters, veranschaulicht in einer Draufsicht bzw. Seitenansichten.
  • 2528 sind Seitenansichten bzw. Draufsichten eines beispielhaften mechanischen adaptiven Haltesystems, das durch aktive Materialien angetrieben wird.
  • 2933 sind Ansichten einer mehrfach segmentierten, ausfahrbaren Greifvorrichtung, die durch aktive Materialien angetrieben wird.
  • Detaillierte Beschreibung
  • Die folgende Beschreibung der Ausführungsformen ist lediglich beispielhaft und soll die Offenlegung, ihre Anwendung oder Verwendungen in keiner Weise einschränken.
  • Objekthalter mit der Fähigkeit, große Reisetrinkbecher aufzunehmen, sind für Limonadedosen, Flaschen, kleinere Becher und andere Schalen oft zu groß. Infolgedessen können diese kleineren Gegenstände überschwappen und/oder verrückt werden. Aktive Materialien können einem Objekthalter zusätzliche Funktionalität verleihen und den Halter befähigen, auf den Gegenstand zu schieben, gegen ihn zu drücken und/oder ihn zu ergreifen, wobei er sich auf eine bestimmte Weise der Größe und Form des Gegenstands anpasst. Infolgedessen ist der Halter mit vielen Gegenständen wie Schalen, Dosen, Flaschen, Schreibutensilien (z. B. Schreibfedern, Stiften und Markern), Münzen, Sonnenbrillen, Mobiltelefonen, Radarwarngeräten, Radios (z. B. Satellitenradio), MP3-Playern, Fernbedienungen (z. B. Garagenöffner und Toröffner), Transpondern, Schlüsseln und vielen anderen Dingen kompatibel. Darüber hinaus wird der Gegenstand, da er auf eine bestimmte Weise ergriffen und gesichert wird (anstatt nur in einen Halter gestellt zu werden), festgehalten und wird nicht bei einer plötzlichen Beschleunigung oder ähnlichen Fahrbedingungen versehentlich verrücken. Um die Funktionalität dieser Vorrichtungen weiter zu verbessern, kann ein Festhalten eines Gegenstands ohne die Hilfe der Schwerkraft auf Grund der Greif-/Anpassungfähigkeiten erreicht werden, die durch die aktiven Materialien bereitgestellt werden (z. B. an der Sonnenblende, der Dachverkleidung, der Kopfstütze etc. befestigt).
  • In einigen Ausführungsformen kann der Halter einen flexiblen Deckel über dem Halterbereich aufweisen, sodass die Öffnung des Halters mit dem den Halter umgebenden Bereich fluchtend ist. Dies vereinfacht das Reinigen des Halters und erhöht die Ästhetik des Bereiches, in dem der Halter angeordnet ist (z. B. Konsole, Armaturenbrett oder ein anderer Ort in einem Fahrzeug). Anders ausgedrückt, der Halter ist in der Lage, Dinge mit mehren Größen aufzunehmen/festzuhalten und, wenn er nicht in Verwendung ist, kann er eine bündige und unter Umständen glatte Fläche bereitstellen, die einfacher zu reinigen ist. Bei vielen Gelegenheiten zeigt sich, dass ein singulär dimensionierter Halter nicht universell genug für den weiten Bereich von Gegenständen ist, die ein Fahrzeuginsasse in dem Fahrgastraum unter Umständen sichern möchte. Ein adaptiver Halter aus einem aktiven Material kann sich an verschiedene Dinge anpassen, gegen diese drücken und diese sogar ergreifen und hiermit einen einzigen Halter multifunktionell machen.
  • In einigen Ausführungsformen kann der Halter eine Fläche mit einer definierten Oberfläche aufweisen, und nach einer Aktivierung kann sich ein Abschnitt der oder die gesamte Fläche ändern. Die Aktivierung kann passiv (z. B. durch Kontakt mit oder Nähe zu dem zu haltenden Gegenstand (wie z. B. ein Wärmefluss von einer heißen Kaffeetasse)), manuell (z. B. durch einen Knopf, Druckschalter usw.) und/oder über einen Sensor (wie z. B. Kontakt, Näherung (Kapazität) etc.) erfolgen. Zum Beispiel kann das AM aktiv modifiziert werden, sodass es um einen Gegenstand herum schrumpft oder wächst. Zusätzlich oder alternativ kann/können (ein) Sensor/en verwendet werden, um das Vorhandensein des Gegenstands zu erfassen, z. B. die Anordnung eines Gegenstands auf/in dem adaptiven Halter zu erfassen und/oder den auf die neu gebildete Vertiefung oder Aufnahme aufgebrachten Druck zu erfassen, sodass es bekannt ist, wenn der Gegenstand von dem adaptiven Halter entfernt wurde. Die Fläche, die eine/n Hohlraum/Extrusion erzeugt, kann je nach Wunsch verborgen oder offen gezeigt werden. Sie kann auf jeder beliebigen Fläche, umfassend eine Türverkleidung, Konsolen, Handschuhfachdeckel, herausnehmbare Vorrichtungen, Armaturenbretter, Sitzlehnen, Dachverkleidungen, Sonnenblenden, Klappablagen, Gepäckboxen, Seitenwände usw. angeordnet werden. Darüber hinaus kann der Halter in verschiedenen Umgebungen wie z. B. Transportfahrzeugen (Flugzeugen, Zügen, Wasserfahrzeugen, Lastkraftwagen, Anhängefahrzeugen, U-Bahnen etc.), in Gebäuden (Bürogebäuden, Geschäften, Eigenheimen, Schulen, Restaurants, Sportstadien, Veranstaltungsstätten etc.) wie auch an anderen Orten verwendet werden.
  • Eine Anzahl beispielhafter Ausführungsformen von Halteanordnungen aus einem aktiven Material ist hierin beschrieben. Die aktiven Halteanordnungen verwenden alle Komponenten aus einem aktiven Material. Beispielhafte aktive Materialien (AM) umfassen: Formgedächtnislegierungen („SMAs"; z. B. thermisch und spannungsaktivierte Formgedächtnislegierungen und magnetische Formgedächtnislegierungen (MSMA)), elektroaktive Polymere (EAPs) wie z. B. dielektrische Elastomere, ionische Polymermetallverbundstoffe (IPMC), piezoelektrische Materialien (z. B. Polymere, Keramik) und Formgedächtnispolymere (SMPs), Formgedächtniskeramik (SMCs), Baroplastik, magnetorheologische (MR) Materialien (z. B. Fluide und Elastomere), elektrorheologische (ER) Materialien (z. B. Fluide und Elastomere), Zusammensetzungen der vorhergehenden aktiven Materialien mit nicht aktiven Materialien, Systeme, die zumindest eines der vorherigen aktiven Materialien umfassen, und Kombinationen, die zumindest eines der vorherigen aktiven Materialien umfassen. Der Einfachheit halber und beispielhaft wird hierin auf Formgedächtnislegierungen und Formgedächtnispolymere Bezug genommen. Eine Formgedächtniskeramik, Baroplastikmaterialien und dergleichen kann auf eine ähnliche Weise verwendet werden. Zum Beispiel bewirkt bei Baroplastik eine druckinduzierte Vermischung von Nanophasendomänen von Komponenten hoher und niedriger Glasumwandlungstemperatur (Tg) die Formänderung. Baroplastik kann bei relativ niedrigen Temperaturen wiederholt ohne Verschlechterung verarbeitet werden. SMCs sind ähnlich wie SMAs, sind jedoch in der Lage, wesentlich höheren Betriebstemperaturen standzuhalten als andere Formgedächtnismaterialien. Ein Beispiel einer SMC ist ein piezoelektrisches Material.
  • Die Fähigkeit von Formgedächtnismaterialien, nach dem Anlegen oder Entfernen äußerer Reize in ihre ursprüngliche Form zurückzukehren, hat zu ihrer Verwendung in Aktuatoren geführt, um Kraft aufzubringen, die zu einer gewünschten Bewegung führt. Aktuatoren aus einem aktiven Material bieten die Möglichkeit einer Reduktion der Größe, des Gewichts, des Volumens, der Kosten, des Lärms des Aktuators und einer Erhöhung der Robustheit im Vergleich zu traditionellen elektromechanischen und hydraulischen Betätigungsmitteln. Ferromagnetische SMAs zum Beispiel zeigen schnelle Dimensionsänderungen von bis zu mehreren Prozent in Ansprechen auf ein aufgebrachtes magnetisches Feld (und proportional zu seiner Stärke). Diese Änderungen sind jedoch Änderungen in eine Richtung und nutzen die Aufbringung entweder einer Vorspannkraft oder einer Feldumkehr, um die ferromagnetische SMA in ihre Ausgangskonfiguration zurückzubringen.
  • Formgedächtnislegierungen sind Legierungszusammensetzungen mit mindestens zwei verschiedenen temperaturabhängigen Phasen oder Polarität. Die am häufigsten verwendeten dieser Phasen sind die sogenannte Martensit- und die Austenitphase. 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 (As) bezeichnet. Die Temperatur, bei der dieses Phänomen endet, wird oft als Austenit-Endtemperatur (Af) 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 Martensit-Anfangstemperatur (Ms) bezeichnet. Die Temperatur, bei der der Austenit aufhört, in den Martensit überzugehen, wird oft als Martensit-Endtemperatur (Mf) bezeichnet. Der Bereich zwischen As und Af wird oft als der Martensit-zu-Austenit-Umwandlungstemperaturbereich bezeichnet, während der zwischen Mr und Mf oft als der Austenit-zu-Martensit-Umwandlungstemperaturbereich bezeichnet wird. Es sollte angemerkt werden, dass die oben erwähnten Umwandlungstemperaturen Funktionen der Spannung sind, die die SMA-Probe erfährt. Allgemein steigen diese Temperaturen mit steigender Spannung. Im Hinblick auf die vorhergehenden Eigenschaften erfolgt eine Verformung der Formgedächtnislegierung vorzugsweise bei oder unterhalb der Austenit-Anfangstemperatur (bei oder unterhalb von As). Ein anschließendes Erwärmen über die Austenit-Anfangstemperatur bewirkt, dass die verformte Formgedächtnismaterial-Probe beginnt, bis zur Fertigstellung bei der Austenit-Endtemperatur in ihre ursprüngliche (nicht gespannte) permanente Form zurückzukehren. Somit ist ein geeigneter/s Aktivierungseingang- oder -signal zur Verwendung mit Formgedächtnislegierungen ein thermisches Aktivierungssignal in einer Größenordnung, die ausreicht, um Umwandlungen zwischen der Martensit- und der Austenitphase zu bewirken.
  • Die Temperatur, bei der sich die Formgedächtnislegierung an ihre Hochtemperaturformt erinnert (d. h. ihre ursprüngliche, nicht gespannte Form), wenn sie erwärmt wird, kann durch geringfügige Änderungen in der Zusammensetzung der Legierung und durch thermomechanische Verarbeitung angepasst werden. In Nickel-Titan-Formgedächtnislegierungen kann sie z. B. von über etwa 100°C auf unter etwa –100°C geändert werden. Der Formwiedererlangungsprozess kann über einen Bereich von nur wenigen Grad stattfinden oder eine allmählichere Wiederherstellung über einen größeren Temperaturbereich an den Tag legen. Der Anfang oder das Ende der Umwandlung kann innerhalb mehrerer Grade abhängig von der gewünschten Anwendung und Legierungszusammensetzung gesteuert werden. Die mechanischen Eigenschaften der Formgedächtnislegierung variieren stark über den Temperaturbereich, der ihren Übergang überspannt, und stellen typischerweise Formgedächtniseffekte und superelastische Effekte bereit. Zum Beispiel wird in der Martensitphase ein niedrigerer Elastizitätsmodul als in der Austenitphase beobachtet. Formgedächtnislegierungen in der Martensitphase können durch Neuausrichtung der Kristallstrukturanordnung mit der aufgebrachten Spannung große Verformungen durchmachen. Das Material behält dies Form, nachdem die Spannung entfernt wurde. Anders ausgedrückt, durch Spannung induzierte Phasenänderungen in der SMA erfolgen von der Art her in zwei Richtungen, die Aufbringung von ausreichend Spannung, während sich eine SMA in ihrer Austenitphase befindet, bewirkt eine Änderung in ihre Martensitphase mit niedrigerem Modul. Das Entfernen der aufgebrachten Spannung wird bewirken, dass die SMA in ihre Austenitphase zurückschaltet und damit ihre Anfangsform und den höheren Modul wiedererlangt.
  • Geeignete Formgedächtnislegierungsmaterialien umfassen 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-Zinklegierungen, Kupfer-Aluminiumlegierungen, Kupfer-Gold- und Kupfer-Zinnlegierungen), 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 binär, ternär oder von irgend einer höheren Ordnung sein, vorausgesetzt die Legierungszusammensetzung weist einen Formgedächtniseffekt auf wie z. B. eine Änderung der Form, der Orientierung, der Fließgrenze, des Biegemoduls, des Dämpfungsvermögens, der Superelastizität und/oder ähnlicher Eigenschaften. Die Wahl einer geeigneten Formgedächtnislegierungszusammensetzung ist zum Teil von dem Temperaturbereich der beabsichtigten Anwendung abhängig.
  • Die Rückverformung in die Austenitphase bei einer höheren Temperatur ist begleitet von sehr großen Spannungen (im Vergleich mit denen, die erforderlich sind, um das Material zu verformen), die so hoch sein können wie die natürlich Fließgrenze des Austenitmaterials, manchmal bis zu dem Dreifachen oder mehr der verformten Martensitphase. Für Anwendungen, die eine große Anzahl von Betriebszyklen erfordern, kann eine Dehnung von weniger als oder gleich 4% oder dergleichen der verformten Länge des verwendeten Drahtes erhalten werden. In Experimenten, die mit Flexinol®-Drähten mit einem Durchmesser von 0,5 Millimeter (mm) durchgeführt wurden, wurde die maximale Dehnung in der Größenordnung von 4% erhalten. Dieser Prozentsatz kann sich auf bis zu 8% bei dünneren Drähten oder für Anwendungen mit einer geringen Anzahl an Zyklen erhöhen. Diese Grenze bei der erzielbaren Dehnung bedeutet eine beträchtliche Einschränkungen bei der Anwendung von SMA-Aktuatoren, wenn der Raum begrenzt ist.
  • MSMAs sind Legierungen, die oft aus Ni-Mn-Ga bestehen und die Form infolge einer durch ein magnetisches Feld induzierten Dehnung ändern. MSMAs besitzen interne Varianten mit verschiedenen magnetischen und kristallographischen Orientierungen. In einem magnetischen Feld ändern sich die Proportionen dieser Varianten, was zu einer Änderung der gesamten Form des Materials führt. Ein MSMA-Aktuator erfordert allgemein, dass das MSMA-Material zwischen den Spulen eines Elektromagneten angeordnet wird. Der elektrische Strom, der durch die Spule fließt, induziert ein magnetisches Feld durch das MSMA-Material, das eine Änderung der Form bewirkt.
  • Wie zuvor erwähnt, sind weitere beispielhafte Formgedächtnismaterialien Formgedächtnispolymere (SMPs). „Formgedächtnispolymer" bezieht sich allgemein auf ein Polymermaterial, das beim Anlegen eines Aktivierungssignals eine Änderung einer Eigenschaft wie z. B. eines Moduls, einer Abmessung, eines thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der Feuchtigkeitsdurchlässigkeit, einer optischen Eigenschaft (z. B. Lichtdurchlässigkeit), oder einer Kombination, die zumindest eine der vorhergehenden Eigenschaften in Kombination mit einer Änderung in seiner Mikrostruktur und/oder Morphologie umfasst, zeigt. Formgedächtnispolymere können wärmeempfindlich (d. h., die Änderung der Eigenschaft wird durch ein thermisches Aktivierungssignal bewirkt, das entweder direkt über eine Wärmezufuhr oder -abfuhr oder indirekt über eine Schwingung mit einer Frequenz, die geeignet ist, um hohe Schwingungsamplituden auf dem Molekularniveau anzuregen, die zu einer inneren Wärmeerzeugung führen, geliefert wird), fotoempfindlich (d. h., die Änderung der Eigenschaft wird durch ein elektromagnetisches Strahlungsaktivierungssignal bewirkt), feuchtigkeitsempfindlich (d. h., die Änderung der Eigenschaft wird durch ein Flüssigkeitsaktivierungssignal wie z. B. Feuchtigkeit, Wasserdampf oder Wasser bewirkt), chemisch empfindlich (d. h., empfindlich gegenüber einer Veränderung der Konzentration einer oder mehrere chemischer Spezies in seiner Umgebung, z. B. der Konzentration an H+-innen, also des pH der Umgebung) oder eine Kombination sein, die zumindest eines der vorhergehenden umfasst.
  • Im Allgemeinen sind SMPs phasengetrennte Copolymere, die zumindest zwei verschiedenen Einheiten umfassen, welche so beschrieben werden können, dass sie verschiedene Segmente innerhalb des SMPs definieren, wobei jedes Segment unterschiedlich zu den Gesamteigenschaften des SMPs beiträgt. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „Segment" auf einen Block, einen Pfröpfling oder eine Sequenz desselben oder ähnlicher Monomer- oder Oligomereinheiten, die copolymerisiert sind, um das SMP zu bilden. Jedes Segment kann (semi-)kristallin oder amorph sein und weist eine/n entsprechende/n Schmelzpunkt bzw. eine Glasübergangstemperatur (Tg) auf. Der Begriff „Wärmeumwandlungstemperatur" wird hierin einfacherweise verwendet, um allgemein entweder auf eine Tg oder einen Schmelzpunkt Bezug zu nehmen, je nachdem, ob das Segment ein amorphes Segment oder ein kristallines Segment ist. Für SMPs, die (n) Segmente umfassen, kann gesagt werden, dass das SMP ein hartes Segment und (n – 1) weiche Segmente aufweist, wobei das harte Segment eine höhere Wärmeumwandlungstemperatur aufweist als jedes weiche Segment. Somit weist das SMP (n) Wärmeumwandlungstemperaturen auf. Die Wärmeumwandlungstemperatur des harten Segments wird als die „letzte Umwandlungstemperatur" bezeichnet und die niedrigste Wärmeumwandlungstemperatur des so genannten „weichsten" Segments wird als die „erste Umwandlungstemperatur" bezeichnet. Es ist wichtig, darauf hinzuweisen, dass, wenn das SMP mehrere Segmente aufweist, die durch dieselbe Wärmeumwandlungstemperatur, die auch die letzte Umwandlungs temperatur ist, gekennzeichnet sind, gesagt werden kann, dass das SMP mehrere harte Segmente aufweist.
  • Wenn das SMP über die letzte Umwandlungstemperatur erwärmt wird, kann dem SMP-Material eine permanente Form verliehen werden. Eine permanente Form für das SMP kann durch ein nachfolgendes Abkühlen des SMPs unter diese Temperatur festgelegt oder ins Gedächtnis eingeprägt werden. Wie hierin verwendet, sind die Begriffe „ursprüngliche Form", „vorher definierte Form", „vorbestimmte Form" und „permanente Form" gleichbedeutend und sollen untereinander austauschbar verwendet werden. Eine temporäre Form kann festgelegt werden, indem das Material auf eine Temperatur erwärmt wird, die höher als eine Wärmeumwandlungstemperatur eines jeglichen weichen Segments ist, jedoch unter der letzten Umwandlungstemperatur liegt, eine äußere Spannung oder Belastung aufgebracht wird, um das SMP zu verformen, und es dann unter die bestimmte Wärmeumwandlungstemperatur des weichen Segments abgekühlt wird, während die verformende äußere Spannung oder Belastung aufrechterhalten wird.
  • Die permanente Form kann wiedererlangt werden, indem das Material, während die Spannung oder Belastung entfernt ist, über die bestimmte Wärmeumwandlungstemperatur des weichen Segments, jedoch unter die letzte Umwandlungstemperatur erwärmt wird. Es sollte somit einzusehen sein, dass es durch Kombinieren mehrerer weicher Segmente möglich ist, mehrere temporäre Formen zu zeigen, und mit mehreren harten Segmenten kann es möglich sein, mehrere permanente Formen zu zeigen. In ähnlicher Weise wird bei Verwendung eines Ansatzes mit einer Schichtung oder einem Verbund eine Kombination aus mehreren SMPs Übergänge zwischen mehreren temporären und permanenten Formen zeigen.
  • Das Formgedächtnismaterial kann auch ein piezoelektrisches Material umfassen. In bestimmten Ausführungsformen kann das piezoelektrische Material auch als ein Aktuator ausgebildet sein, um ein schnelles Ausfahren vorzusehen. Wie hierin verwendet, wird der Begriff „piezoelektrisch" verwendet, um ein Material zu beschreiben, das sich mechanisch verformt (die Form ändert), wenn ein Spannungspotential angelegt wird, oder umgekehrt eine elektrische Ladung erzeugt, wenn es mechanisch verformt wird. Piezoelektrische Materialien zeigen eine geringe Änderung in den Abmessungen, wenn sie der angelegten Spannung unterworfen werden, wobei das Ansprechen zu der Stärke des angelegten Feldes proportional ist und sehr schnell erfolgt (in der Lage ist, den Bereich von tausend Hertz ohne weiteres zu erreichen). Da ihre Abmessungsänderung gering ist (z. B. kleiner als 0,1%), werden sie, um das Ausmaß ihrer Abmessungsänderung drastisch zu erhöhen, üblicherweise in Form von piezokeramischen unimorphen und bimorphen flachen Patch-Aktuatoren verwendet, die derart aufgebaut sind, dass sie sich beim Anlegen einer relativ niedrigen Spannung in eine konkave oder konvexe Form verbiegen. Die Formänderung/Verbiegung solcher Patches innerhalb der Auskleidung des Halters ist geeignet, um den gehaltenen Gegenstand zu ergreifen/freizugeben.
  • Ein Typ eines Unimorphs ist eine Struktur, die aus einem einzigen piezoelektrischen Element besteht, das außen mit einer flexiblen Metallfolie oder einem flexiblen Metallstreifen verbunden ist, die/der durch das piezoelektrische Element stimuliert wird, wenn sie/er mit einer sich ändernden Spannung aktiviert wird, und zu einer axialen Wölbung oder Auslenkung führt, wenn sie/er der Bewegung des piezoelektrischen Elements entgegenwirkt. Die Aktuatorbewegung für einen Unimorph kann durch Zusammenziehung oder Ausdehnung erfolgen. Unimorphe können eine Dehnung bis zu einer Höhe von etwa 10% zeigen, jedoch können sie im Allgemeinen nur geringen Belastungen relativ zu den Gesamtabmessungen der unimorphen Struktur standhalten. Ein kommerzielles Beispiel eines vorgespannten Unimorphs wird als „THUNDER" bezeichnet, wobei dies eine Abkürzung für „THin layer composite UNimorph ferroelectric Driver and sEnsoR" ist. THUNDER ist eine Verbundstruktur, die mit einer piezoelektrischen Keramikschicht aufgebaut ist (beispielsweise Bleizirkonattitanat), welche an ihren zwei Hauptflächen elektroplattiert ist. Eine Vorspannungsschicht aus Metall ist an der elektroplattierten Oberfläche auf mindestens einer Seite der Keramikschicht mittels einer Klebstoffschicht befestigt (beispielsweise „LaRC-SI®", das von der National Aeronautics and Space Administration (NASA) entwickelt wurde). Während der Herstellung eines THUNDER-Aktuators werden die Keramikschicht, die Klebstoffschicht und die erste Vorspannschicht gleichzeitig auf eine Temperatur über dem Schmelzpunkt des Klebstoffes erwärmt und dann anschließend abkühlen gelassen, wodurch sich die Klebstoffschicht wieder verfestigt und aushärtet. Während des Abkühlprozesses wird die Keramikschicht aufgrund der höheren Wärmezusammenziehungskoeffizienten der Metallvorspannschicht und der Klebstoffschicht als die der Keramikschicht verspannt. Auch wegen der größeren thermischen Zusammenziehung der Laminatmaterialien als die Keramikschicht verformt sich die Keramikschicht zu einer Bogenform mit einer im Allgemeinen konkaven Fläche.
  • Im Gegensatz zu der unimorphen piezoelektrischen Vorrichtung umfasst eine bimorphe Vorrichtung eine dazwischen liegende flexible Metallfolie, die zwischen zwei piezoelektrischen Elementen als Schicht angeordnet ist. Bimorphe zeigen mehr Verschiebung als Unimorphe, da sich ein keramisches Element unter der angelegten Spannung zusammenziehen wird, während sich das andere ausdehnt. Bimorphe können Dehnungen bis zu etwa 20% zeigen, aber können im Allgemeinen, ähnlich wie Unimorphe, keinen hohen Belastungen relativ zu den Gesamtabmessungen der unimorphen Struktur standhalten.
  • Beispielhafte piezoelektrische Materialien umfassen anorganische Verbindungen, organische Verbindungen und Metalle. 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 Kandidaten für den piezoelektrischen Film verwendet werden. Beispiele für Polymere umfassen Polynatrium-4-Styrolsulfat („PSS"), Poly S-119 (Polyvinylamin-Hauptketten-Azochromophor) und ihre Derivate; Polyfluorkohlenstoffe, umfassend Polyvinylidenfluorid („PVDF"), sein Copolymer Vinylidenfluorid („VDF"), Trifluorethylen („TrFE") und ihre Derivate; Polychlorkohlenwasserstoffe, umfassend Polyvinylchlorid („PVC"), Polyvinylidenchlorid („PVC2") und ihre Derivate; Polyacrylonitrile („PAN") und ihre Derivate; Polycarbonsäuren, umfassend Polymethacrylsäure („PMA") und ihre Derivate; Polyharnstoffe und ihre Derivate; Polyurethane („PUE") und ihre Derivate; Biopolymermoleküle wie z. B. Poly-L-Milchsäuren und ihre Derivate und Membranproteine wie auch Phosphat-Biomoleküle; Polyaniline und ihre Derivate und alle Derivate der Tetramine; Polyimide, umfassend Kapton®-Moleküle und Polyetherimid („PEI") und ihre Derivate; alle Membranpolymere; Poly-(N-Vinylpyrrolidon) („PVP")-Homopolymer und seine Derivate und Zufalls-PVP-Co-Vinylacetat („PVAc")-Copolymere; und alle aromatischen Polymere mit Dipolmomentgruppen in der Hauptkette oder den Seitenketten oder sowohl in der Hauptkette als auch den Seitenketten, sowie Kombinationen, die mindestens eines der vorhergehenden umfassen.
  • Des Weiteren können piezoelektrische Materialien Pt, Pd, Ni, T, Cr, Fe, Ag, Au, Cu und Metall-Legierungen, die mindestens eines der vorhergehenden umfasse, und Kombinationen umfassen, die mindestens eines der vorhergehenden umfassen. Diese piezoelektrischen Materialien können z. B. auch ein Metalloxid wie z. B. SiO2, Al2O3, ZrO2, TiO2, SrTiO3, PbTiO3, BaTiO3, FeO3, Fe3O4, ZnO und Kombinationen mit mindestens einem der vorhergehenden umfassen; sowie Verbindungen der Gruppen VIA und IIB wie z. B. CdSe, CdS, GaAs, AgCaSe2, ZnSe, GaP, InP, ZnS und Kombinationen, die mindestens eines der vorhergehenden umfassen.
  • MR-Fluide sind eine Klasse von intelligenten Materialien, deren rheologische Eigenschaften sich beim Anlegen eines magnetischen Feldes schnell ändern können (z. B. können Eigenschaftsänderungen von mehreren hundert Prozent innerhalb weniger Millisekunden erfolgen), was sie sehr geeignet zum Einsperren (Einschränken) oder Zulassen der Entspannung von Formen/Verformungen durch eine deutliche Änderung ihrer Scherfestigkeit macht, wobei solche Änderungen nutzbringend zum Ergreifen und Freigeben von Gegenständen in hierin beschriebenen Ausführungsformen sind. Beispielhafte Formgedächntismaterialien umfassen auch magnetorheologische (MR) und ER-Polymere. MR-Polymere sind Suspensionen von magnetisch polarisierbaren Partikeln mit Mikrometergröße (z. B. ferromagnetische oder paramagnetische Partikel wie unten beschrieben) in einem Polymer (z. B. ein duroplastisches/er elastisches/r Polymer oder Kautschuk). Geeignete Polymermatrizen umfassen Polyalphaolefine, Naturkautschuk, Silikon, Polybutadien, Polyethylen, Polyisopren und Kombinationen mit mindestens einem der vorhergehenden.
  • Die Steifigkeit und unter Umständen die Form der Polymerstruktur werden bewirkt, indem die Scher- und Kompressions/Zug-Moduln dadurch verändert werden, dass die Stärke des angelegten magnetischen Feldes variiert wird. Die MR-Polymere entwickeln ihre Struktur typischerweise, wenn sie einem magnetischen Feld so kurz wie einige wenige Millisekunden ausgesetzt werden, wobei die Steifigkeits- und Formänderungen zu der Stärke des angelegten Feldes proportional sind. Werden die MR-Poly mere nicht länger dem magnetischen Feld ausgesetzt, kehrt sich der Vorgang um und das Elastomer kehrt in seinen Zustand mit niedrigerem Modul zurück. Die kompakte Unterbringung der felderzeugenden Spulen stellt allerdings eine Herausforderung dar.
  • MR-Fluide zeigen eine Scherfestigkeit, die proportional zu der Größe eines angelegten magnetischen Feldes ist, wobei die Eigenschaftsänderungen von mehreren hundert Prozent innerhalb weniger Millisekunden bewirkt werden können. Wenngleich auch bei diesen Materialien die Probleme beim kompakten Unterbringen der zum Erzeugen des angelegten Feldes erforderlichen Spulen bestehen, können sie als Sperr- oder Freigabemechanismus für z. B. ein federbasiertes Ergreifen/Freigeben verwendet werden.
  • Geeignete MR-Fluidmaterialien umfassen ferromagnetische oder paramagnetische Partikel, die in einem Träger, z. B. in einer Menge von etwa 5,0 Volumenprozent (Vol.-%) bis etwa 50 Vol.-% auf der Basis des Gesamtvolumens der MR-Zusammensetzung, dispergiert sind. Geeignete Partikel umfassen Eisen; Eisenoxide (einschließlich Fe2O3 und Fe3O4); Eisennitrid; Eisencarbid; Carbonyleisen; Nickel; Kobalt; Chromdioxid; und Kombinationen, die mindestens eines der vorhergehenden umfassen, wie z. B. Nickellegierungen; Cobaltlegierungen; Eisenlegierungen, z. B. Edelstahl, Siliziumstahl, wie auch andere, einschließlich Aluminium, Silizium, Cobalt, Nickel, Vanadium, Molybdän, Chrom, Wolfram, Mangan und/oder Kupfer.
  • Die Partikelgröße sollte so gewählt sein, dass die Partikel Eigenschaften mehrerer magnetischer Komponenten zeigen, wenn sie einem magnetischen Feld ausgesetzt sind. Die Partikeldurchmesser (z. B. wie entlang einer Hauptachse des Partikels gemessen) können kleiner oder gleich etwa 1000 Mikrometer (μm) sein (z. B. etwa 0,1 Mikrometer bis etwa 1000 Mikrometer) oder im Spezielleren etwa 0,5 bis etwa 500 Mikrometer und im Spezielleren etwa 10 bis etwa 100 Mikrometer.
  • Die Viskosität des Trägers kann weniger als oder gleich etwa 100.000 Centipoise (cPs) betragen (z. B. etwa 1 cPs bis etwa 100.000 cPs) oder im Spezielleren etwa 250 cPs bis etwa 10.000 cPs oder noch spezieller etwa 500 cPs bis etwa 1.000 Centipoise. Mögliche Träger (z. B. Trägerfluide) umfassen organische Flüssigkeiten, insbesondere nicht polare organische Flüssigkeiten. Beispiele umfassen Öle (z. B. Silikonöle, Mineralöle, Paraffinöle, Weißöle, Hydrauliköle, Transformatoröle und synthetische Kohlenwasserstofföle (z. B. ungesättigte und/oder gesättigte)); halogenierte organische Flüssigkeiten (wie z. B. chlorierte Kohlenwasserstoffe, halogenierte Paraffine, perfluorierte Polyether und fluorierte Kohlenwasserstoffe); Diester; Polyoxyalkylene; Silikone (z. B. fluorierte Silikone); Cyanoalkylsiloxane; Glykole; und Kombinationen, die zumindest einen der angeführten Träger umfassen.
  • Es können auch wässrige Träger verwendet werden, insbesondere solche, die hydrophile mineralische Tone wie z. B. Betonit oder Hektorit umfassen. Der wässrige Träger kann Wasser oder Wasser, das ein polares, wassermischbares organisches Lösungsmittel (z. B. Methanol, Ethanol, Propanol, Dimethylsulfoxid, Dimethylformamid, Ethylencarbonat, Propylencarbonat, Azeton, Tetrahydrofuran, Diethylether, Ethylenglykol, Propylenglykol und dergleichen) umfasst, wie auch Kombinationen umfassen, die zumindest einen der angeführten Träger umfassen. Die Menge an polarem organischem Lösungsmittel in dem Träger kann weniger als oder gleich etwa 5,0 Vol.-% (z. B. etwa 0,1 Vol.-% bis etwa 5,0 Vol.-%) auf der Basis des Gesamtvolumens des MR-Fluids oder im Spezielleren etwa 1,0 Vol.-% bis etwa 3,0 Vol.-% betragen. Der pH des wässrigen Trägers kann weniger als oder gleich etwa 13 (z. B. etwa 5,0 bis etwa 13) oder im Spezielleren etwa 8,0 bis etwa 9,0 betragen.
  • Wenn die wässrigen Träger natürlichen und/oder synthetischen Bentonit und/oder Hektorit umfassen, kann die Menge an Ton (Bentonit und/oder Hektorit) in dem MR-Fluid weniger als oder gleich etwa 10 Gewichtsprozent (Gew.-%) auf der Basis eines Gesamtgewichts des MR-Fluids oder im Spezielleren etwa 0,1 Gew.-% bis etwa 8,0 Gew.-% oder im Spezielleren etwa 1,0 Gew.-% bis etwa 6,0 Gew.-% oder noch spezieller etwa 2,0 Gew.-% bis etwa 6,0 Gew.-% betragen.
  • Optionale Komponenten in dem MR-Fluid umfassen Tone (z. B. organophile Tone), Carboxylatseifen, Dispergiermittel, Korrosionshemmer, Schmiermittel, Antiverschleißadditive, Antioxidantien, thixotrope Mittel und/oder Antiabsetzmittel. Carboxylatseifen umfassen Eisenoleat, Eisennaphthenat, Eisenstearat, Aliuminiumdi- und tristearat, Lithiumstearat, Calciumstearat, Zinkstearat und/oder Natriumstearat; oberflächenaktive Substanzen (z. B. Sulfonate, Phosphatester, Stearinsäure, Glycerolmonooleat, Sorbitansesquioleat, Laurate, Fettsäuren, Fettalkohole, fluoaraliphatische Polymerester) und Haftvermittler z. B. Titanat, Aluminat und Zirkonat); wie auch Kombinationen, die zumindest eines der vorhergehenden umfassen. Auch Polyalkylendiole wie z. B. Polyethylenglykol und teilweise veresterte Polyole können inkludiert sein.
  • Elektrorheologische (ER) Fluide sind MR-Fluiden insofern ähnlich, als sie eine Änderung der Scherfestigkeit zeigen, wenn sie einem angelegten Feld, in diesem Fall eher einer Spannung als einem magnetischen Feld, ausgesetzt sind. Das Ansprechen erfolgt schnell und proportional zu der Stärke des angelegten Feldes. Es ist jedoch um eine Größenordnung kleiner als das von MR-Fluiden und typischerweise sind mehrere tausend Volt erforderlich.
  • Elektronische elektroaktive Polymere (EAPs) sind ein Laminat aus einem Paar Elektroden mit einer Zwischenschicht aus einem dielektrischen Material mit einem niedrigen Elastizitätsmodul. Ein Anlegen eines Potentials zwischen den Elektroden drückt die Zwischenschicht zusammen und bewirkt, dass sie sich in der Ebene ausdehnt. Sie zeigen ein Ansprechen, das proportional zu dem angelegten Feld ist, und können mit hohen Frequenzen betätigt werden. Formverändernde EAP-Laminatfolien wurden (von der Firma Artificial Muscle Inc. bei der SPIE Conference 2005) demonstriert. Ihr Hauptnachteil besteht darin, dass sie angelegte Spannungen benötigen, die um ungefähr drei Größenordnungen größer sind als jene, die von einer Piezoelektrik benötigt werden.
  • Elektroaktive Polymere umfassen jene Polymermaterialien, die in Ansprechen auf elektrische oder mechanische Felder piezoelektrische, pyroelektrische oder elektrostriktive Eigenschaften aufweisen. Ein Beispiel für ein elektrostriktives Pfropfelastomer mit einem piezoelektrischen Polyvinylidenfluorid-Trifluorethylen-Copolymer. Diese Kombination besitzt die Fähigkeit, eine variable Menge von ferroelektrischen elektrostriktiven molekularen Verbundsystemen zu erzeugen.
  • Materialien, die zur Verwendung als ein elektroaktives Polymer geeignet sind, können jedes/n im Wesentlichen isolierende/n Polymer und/oder Gummi 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 Silikoneleastomere, Acrylelastomere, Polyurethane, thermoplastische Elastomere, Copolymere, die PDVF umfassen, druckempfindliche Kleber, Fluorelastomere und Polymere, die Silikon- und Akrylkomponenten (z. B. Copolymere, die Silikon- und Akrylkomponenten umfassen, Polymermischungen, die ein Silikonelastomer und ein Akrylelastomer umfassen, etc.) umfassen.
  • Materialien, die als ein elektroaktives Polymer verwendet werden, können auf der Basis einer oder mehrerer Materialeigenschaften wie z. B. einer hohen elektrischen Durchbruchsfeldstärke, eines niedrigen Elastizitätsmoduls (z. B. für große oder kleine Verformungen), einer hohen Dielektrizitätskonstante und dergleichen ausgewählt sein. In einer Ausführungsform kann das Polymer derart ausgewählt sein, dass es einen Elastizitätsmodul von höchstens etwa 100 MPa aufweist. In einer weiteren Ausführungsform kann das Polymer derart ausgewählt sein, dass es einen maximalen Betätigungsdruck zwischen etwa 0,05 Megapascal (MPa) und etwa 10 MPa oder im Spezielleren zwischen etwa 0,3 MPa und etwa 3 MPa aufweist. In einer weiteren Ausführungsform kann das Polymer derart ausgewählt sein, dass es eine Dielektrizitätskonstante zwischen etwa 2 und etwa 20 oder im Spezielleren zwischen etwa 2,5 und etwa 12 aufweist. Die vorliegende Offenlegung 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 dünne Filme hergestellt und implementiert sein, die z. B. eine Dicke von weniger als oder gleich etwa 50 Mikrometer aufweisen.
  • Da elektroaktive Polymere sich 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, können fügsam sein und sich der sich verändernden Form des Polymers anpassen. Die Elektroden können nur an einem Abschnitt eines elektroaktiven Polymers angelegt sein und eine aktive Fläche gemäß ihrer Geometrie definieren. Verschiedene Arten von Elektroden umfassen strukturierte Elektroden mit Metallspuren und Ladungsverteilungsschichten, texturierte Elektroden mit verschiedenen Maßen außerhalb der Ebene, leitfähige Pasten (z. B. Kohlepasten oder Silberpasten), kolloidale Suspensionen, leitfähige Materialien mit einem hohen Aspektverhältnis (z. B. Kohlenstofffilamente und Kohlenstoff-Nanoröhrchen und Mischungen aus ionenleitfähigen Materialien), wie auch Kombinationen, die zumindest eines der vorhergehenden umfassen.
  • Beispielhafte Elektrodenmaterialien können Graphit, Ruß, kolloidale Suspensionen, Metalle (umfassend Silber und Gold), gefüllte Gele und Polymere (z. B. silbergefüllte und kohlenstoffgefüllte Gele und Polymere) und innen- oder elektronisch leitfähige Polymere wie auch Kombinationen umfassen, die zumindest eines der vorhergehenden umfassen. Es ist einzusehen, dass bestimmte Elektrodenmaterialien mit gewissen 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.
  • Magnetostriktive sind Festkörper, die eine starke mechanische Verformung entwickeln, wenn sie einem äußeren magnetischen Feld ausgesetzt werden. Dieses Phänomen der Magnetostriktion wird den Drehungen von kleinen magnetischen Domänen in den Materialien zugeschrieben, die zufällig orientiert sind, wenn das Material keinem magnetischen Feld ausgesetzt ist. Die Formänderung ist am größten bei ferromagnetischen Festkörpern (z. B. Terfenol-D). Diese Materialien besitzen ein sehr schnelles Ansprechvermögen, wobei die Dehnung proportional zu der Stärke des Feldes ist, und sie kehren nach dem Entfernen des angelegten magnetischen Feldes in ihre Ausgangsabmessung zurück. Diese Materialien besitzen jedoch maximale Dehnungen von etwa 0,1 bis etwa 0,2 Prozent.
  • In einer Ausführungsform, die in den 13 veranschaulicht ist, umfasst der Halter eine Vertiefung 2, einen Schalter (z. B. einen Schalter, Sensor, Controller etc.) 4 und einen Deckel 6. Der Deckel kann optional einen Sensor (nicht gezeigt) umfassen. Wenn ein Gegenstand, z. B. eine Limonadendose 8, auf dem Deckel 6 angeordnet wird, streckt sich der Deckel, passt sich der Dose 8 an und lässt zu, dass sich die Dose 8 in die Vertiefung 2 hinein bewegt. Sobald die Dose den Boden der Vertiefung 2 erreicht hat, aktiviert der Schalter (z. B. ein durch Gewicht aktivierter Schalter) das AM, um den Deckel um den Gegenstand 8 herum zu verengen, der sich in die Vertiefung 2 hinein verformt, und sie in der Vertiefung 2 zu halten. Hier kann der Deckel ein AM (z. B. ein Formgedächtnispolymer), ein flexibles Material (z. B. Neopren, Leder) mit einer AM-Schicht etc. sein. Hier kann der Aktivierungsschalter 4 (z. B. ein durch Gewicht aktivierter Schalter) an der Basis des Halters eine leichte Verengung um den Behälter 8 herum bewirken. Der Deckel 6 wird sich verformen, um den Gegenstand (die Dose 8) aufzunehmen. Ein Kontakt mit dem Schalter 4 wird den Deckel 6 aktivieren, um die Deckelform zu fixieren und den Gegenstand festzuhalten.
  • Es gibt viele Möglichkeiten, einen Hohlraum zu erzeugen, um etwas zu halten. Dies kann mit einer kontinuierlichen Fläche geschehen, die einen Hohlraum mit einer Draufsicht eines Kreises, eines Sternmusters, eines Dreiecks etc. bilden kann. Der Hohlraum kann auch geneigt sein und kann Verbundkrümmungen, Erhebungen und kleine Kontakte aufweisen, um anzuordnende und einfach zu entfernende oder festzuhaltende Dinge besser zu halten und einen Druck oder ein gewünschtes Niveau an Reibung für diese zu erzeugen. Der Hohlraum kann auch mit einer nicht durchgehenden Oberfläche erzeugt sein. Das Extrudieren einer/von Ausdehnung/en (z. B. als Finger bezeichnet) kann ebenso verwendet werden, um Dinge zu halten. Die Finger können in einer gewissen Menge vorhanden sein, wenn zwei mit ausreichender Breite und Kontur vorhanden sind, können Dinge gehalten werden, etc. Hier kann der Deckel 6 aus einem Material mit einem eingebetteten AM (z. B. eingebettete konzentrische, ringförmige Muster aus einer gestreckten SMA) hergestellt sein. Wenn der Gegenstand auf dem Deckel angeordnet wird, wird er einsinken und den flexiblen Deckel elastisch verformen. Die SMA kann dann aktiviert werden, um die konzentrischen Ringe zu schrumpfen und den Gegenstand zu ergreifen. Das Halten erfolgt z. B. in einem Zustand mit eingeschalteter Energie. Eine Deaktivierung der SMA wird dann den Gegenstand freigeben und wird den Modul der SMA-Ringe herabsetzen und zulassen, dass das elastisch verformte, flexible Material in seine ursprüngliche flache Deckelform zurückkehrt und dabei die SMA wieder streckt.
  • In einer weiteren Ausführungsform kann der Deckel ein SMP umfassen. Eine Aktivierung des Deckels 6 durch Erwärmen des Deckels 6 erweicht ihn und lässt zu, dass der Gegenstand in die Vertiefung hinein sinkt. Ein Abkühlen des SMP versteift dann das SMP, das die Muldenform beibehält und den Gegenstand hält. Ein Wiedererwärmen des SMP senkt ihren Modul und lässt zu, dass der Gegenstand entfernt wird. Bei der Entfernung wird, während das SMP noch immer erwärmt ist, seine Formgedächtnisei genschaft bewirken, dass es in seine ursprüngliche flache Deckelform zurückkehrt.
  • In einer weiteren Ausführungsform kann ein Halten bei einer Nullleistung verwendet werden. Hier umfasst ein kreisförmiger Hohlraum (einen) konvexe(n) Vorsprünge (z. B. regelmäßige und/oder unregelmäßige Vorsprünge wie (eine/n) Erhebung(en), Zacken, Finger, Rippe/n Borste/n, flexiblen Stange/n, Blase/n oder sonst wie geformte Vorsprünge) entlang seiner Seiten. Die Vorsprünge enthalten eine SMA in verschiedenen Formen (z. B. ein Blech, einen Draht etc.). Die SMA weist eine nicht verformte (flache und/oder gerade) im Gedächtnis eingeprägte Hochtemperaturgeometrie auf, wurde jedoch verformt (um sich der Form des gewünschten Vorsprungs anzupassen), bevor sie in der flexiblen Wandauskleidung des Hohlraums eingebettet wird. Um einen Gegenstand (z. B. eine Schale, ein Mobiltelefon, Sonnenbrillen etc.) einzusetzen, würde die SMA aktiviert werden, um die Vorsprünge abzuflachen und dadurch die Seiten des Hohlraums zu glätten und zuzulassen, dass der Gegenstand eingesetzt wird. Sobald der Gegenstand eingesetzt wurde, könnte die Energie ausgeschaltet werden, dadurch die SMA deaktiviert und zugelassen werden, dass die elastisch verformte flexible Wand in ihre vorspringende Form zurückkehrt und dabei die SMA wieder gestreckt wird und den Gegenstand ergreift. Eine Freigabe des Gegenstands kann dann durch erneutes Aktivieren der SMA bewerkstelligt werden.
  • Die oben stehende Ausführungsform kann ebenso mit einem SMP bewerkstelligt werden, wobei die Seitenwände, die die Vorsprünge umfassen, aus einem geeigneten SMP hergestellt sind. Ein Erwärmen des SMP wird bewirken, dass die Vorsprünge weich werden (z. B. um einen Faktor von mehr als oder gleich etwa 30), wodurch das Einsetzen eines Gegenstandes zugelassen wird. Ein Beenden der Zufuhr von Leistung wird zu einem Ab kühlen des SMP, einem Einsperren des SMP in der übereinstimmenden Form und dadurch zu einem Halten des Gegenstandes führen. Ein Wiedererwärmen des SMP wird ein einfaches Entfernen des Gegenstands zulassen und bewirken, dass die SMP-Vorsprünge in ihre Ausgangsform zurückkehren. Die Vorsprünge könnten sogar vertikale SMP-Vorsprünge auf einer flachen, horizontalen Fläche sein. Hier würde ein Erwärmen des SMP und ein Drücken eines Gegenstands gegen sie eine Einbuchtung in den Vorsprüngen erzeugen, die mit der Geometrie des Gegenstands übereinstimmt. Dies würde eine seitliche Bewegung des Gegenstands beschränken.
  • Zum Beispiel, unter Bezugnahme auf die 4 und 5, kann eine Fläche, die aktive Materialien enthält, derart konstruiert sein, dass sich bei einer Aktivierung ihre Oberflächenstruktur, die Steifigkeit und/oder Hafteigenschaften ändern, sodass sich ihr statischer Reibungskoeffizient drastisch ändert, wodurch erreicht wird, dass die Wahrscheinlichkeit, dass Dinge auf der Oberfläche während des Fahrens rutschen, weit geringer ist. Bei einer Aktivierung würden die kleinen Vorsprünge 60 in der Oberfläche eine sichtbare, zunehmende Oberflächenrauigkeit werden oder die Oberfläche würde sehr weich, beinahe gelartig werden, sodass ein Gegenstand kleine Vertiefungen bilden würde, die das Verhindern eines Rutschens unterstützen würden, und schließlich könnten die Hafteigenschaften der Oberfläche bei einer Aktivierung erhöht werden und eine bessere Verbindung mit dem Gegenstand könnte gebildet werden, um ein Rutschen zu verhindern. Die Oberfläche in dem inaktiven Zustand (62) kann härter, steifer, flacher, glatter und/oder weniger haftend sein, sodass sie anderen Materialien, die verwendet werden, um den Innenraum des Fahrzeugs zu dekorieren, ähnlich ist. In einer ähnlichen Ausführungsform könnte bei einer Aktivierung das Gegenteil stattfinden, wobei die Aktivierung des Materials den zweiten, niedrigeren Reibungszustand erzeugen würde und der inaktive Zustand die Oberfläche mit der hohen Reibung sein würde. Die Fähigkeit, diese Oberflächeneigenschaften bei Bedarf durch die Aktivierung/Deaktivierung von aktiven Materialien zu ändern, könnte auch verwendet werden, um ein Reinigen der Oberfläche zu erleichtern.
  • In einer noch weiteren Ausführungsform kann der Deckel eine Hybridkombination aus einer SMA und einem SMP (z. B. ein Laminat und/oder eine Mischung aus einem flexiblen Material und einem SMP) und eingebettete konzentrische, ringförmige Muster aus einer gestreckten SMA umfassen. Hier würde das SMP eine niedrigere Umwandlungstemperatur besitzen als die SMA. In Verwendung würde das SMP durch Erwärmen erweicht, sodass der auf dem Deckel 6 angeordnete Gegenstand in die Vertiefung 2 hinein sinken wird, wobei das flexible Material in dem Deckel 6 elastisch verformt wird. Die SMA würde dann aktiviert werden, um die Reifen zu schrumpfen und die/den Schale/Gegenstand zu ergreifen. Der Großteil des SMP würde abgekühlt werden, bevor die SMA abgekühlt wird. Infolgedessen würde das SMP die verformte Form einsperren, die daher beim Abkühlen der SMA beibehalten würde, d. h., dies würde ein Halten bei einer Nullleistung vorsehen. Ein Wiedererwärmen des SMP würde seinen Modul senken und zulassen, dass die elastisch gespeicherte Energie in dem flexiblen Material sowohl das SMP als auch die SMA streckt und zugelassen wird, dass die Schale oder ein anderer Gegenstand entfernt wird und der Halter/Halterdeckel in seine ursprüngliche Form zurückkehrt.
  • Eine noch weitere Ausführungsform umfasst einen tragbaren Halter, sodass der Halter an einem gewünschten Ort (wie z. B. an einem Arm eines Stuhles etc.) befestigt werden kann, z. B. einen nicht adaptiven Halter (einen ohne ein intelligentes Material, um das Ding zu halten), der eine intelligente Befestigungsbasis oder einen adaptiven Halter (z. B. der die hierin beschriebene/n intelligente/n Materialausführungsformen nutzt) aufweist, und der optional eine intelligente Befestigungsbasis aufweist. Das adaptive Haltersystem würde nach unten anliegen und einen formschlüssigen Halt an dem Gegenstand erzeugen, während die intelligente Befestigungsbasis den Gegenstand und den Halter an der Oberfläche sichern würde, mit der sie in Kontakt steht. Zum Beispiel kann der tragbare Halter (einen) intelligente(n) Hakenbefestigungsbereich/e verschiedentlich auf seiner Basis und/oder seinen Seiten aufweisen, der/die zulassen wird/werden, dass er an einer beliebigen Fläche (z. B. horizontal oder vertikal) mit Schlaufen befestigt wird. Detaillierte Beschreibungen von beispielhaften Haken- und Schlaufenkonstruktionen, die verwendet werden können, sind in der veröffentlichten US-Anmeldung Nr. US 2004-0 074 060 A1 an Brown et al., dem US-Patent Nr. 7 013 536 an Golden et al. und dem US-Patent Nr. 7 032 282 an Powell et al. offenbart.
  • Die 6 und 7 veranschaulichen eine weitere Ausführungsform eines AM-Halters, wobei der Halter nach oben um den Gegenstand herum extrudiert. Wie in den Fig. ersichtlich, ist der AM-Halter 14 auf einer Fläche 10 angeordnet. Der Halter 12 weist einen Sensor 14 auf. Wenn ein Gegenstand 16 auf dem AM-Halter 12 angeordnet wird, aktiviert der Sensor 14 das Formgedächtnismaterial, sodass es sich nach oben und um den Gegenstand herum bewegt und einen Abschnitt davon abdeckt und den Gegenstand 16 (z. B. einen Kaffeebecher) in Position sichert. Zum Beispiel können „extrudierende" Finger von der Oberfläche vorstehen, um Gegenstände von unterhalb einer flexiblen Oberfläche zu ergreifen. Die Finger können in verschiedenen Positionen und Orientierungen unter der Oberfläche angeordnet sein. Nach einer Aktivierung werden die Finger die Oberfläche verformen, um einen Kontakt mit dem Gegenstand herzustellen und diesen in Position zu halten. Die Oberfläche kann ein aktives Material umfassen, das genügend flexibel sein kann, um sich um den ge wünschten Betrag zu bewegen, wenn das Material erwärmt wird, z. B. polymere Materialien und/oder Formgedächtnispolymere. Wünschenswerterweise kann das flexible Material hohen Membranverformungen standhalten, während es einen geringen Widerstand an die AM(z. B. SMA)-Finger bereitstellt. Dieser Kombinationsprozess ist in den 811 weiter veranschaulicht. In 8 beginnt das Einsetzen des Gegenstands in den Halter und in 9 ist es beendet. In 10 beginnt das Anpassen und in 11 ist es beendet.
  • Die 12 und 13 zeigen zusammen genommen die Verwendung von AM(z. B. SMA)-Fingern. Die AM-Finger 22(a–b) können derart konstruiert sein, dass der nicht verformte Zustand (null Dehnung in der martensitischen/austenitischen Phase) vorliegt, wenn die Finger 22b ausgefahren sind. Im Anfangsstadium, bevor der Gegenstand 26 angeordnet wird und die Oberfläche flach ist, werden sich die SMA-Finger 22a in einer verformten martensitischen Phase befinden. Wenn der Gegenstand 26 in der Oberfläche 24 angeordnet wird, wird ein Aktivierungssignal (z. B. von einem Sensor (z. B. einem Gewichtssensor, einem Drucksensor, einem mechanischen System, einem Bewegungssensor, wie auch einer Kombination die einen der vorhergehenden Sensoren umfasst); nicht gezeigt) den Vorgang auslösen, der den SMA-Finger erwärmen wird (um ihn in die austenitische Phase umzuwandeln) und die Finger 22b zwingt, wieder zu ihrer ursprünglichen Form zurückzukehren, bis die Spitzen den Gegenstand 26 mit einem bestimmten Druck berühren (die Aktivierung der SMA-Finger kann z. B. durch Widerstands/Induktionsheizung erfolgen).
  • 14 zeigt ein Beispiel eines Sperrmechanismus 28 (z. B. eine Vorspannfeder), um die Finger 22b in Position zu halten und sie in die verstaute Position (22a) zurückzustellen. Energie, um die Finger 22b in der eingerückten Position zu halten, kann vermieden werden, wenn eine ent sprechende mechanische/elektrische/magnetische Vorrichtung verwendet wird, z. B. ein Halten mit Nullleistung. Ein bistabiler Mechanismus kann die Finger in Position halten. Die Aktivierung und Deaktivierung des Sperrmechanismus kann z. B. auch durch ein verschiedenes aktives Material (z. B. SMA) und/oder durch eine SMA erfolgen, die in einem SMP eingebettet ist (z. B. wobei das SMP (bei einer Temperatur unter Tg) verwendet wird, um die Form zu fixieren, und ein Wiedererwärmen des SMP eine Änderung aus einer ausgefahrenen Position in eine verstaute Position ermöglichen kann). Ein Sperrmechanismus 28a wie z. B. eine Vorspannfeder kann an der Unterseite des SMA-Fingers 22a befestigt sein, sodass der Finger 22a in seine verstaute Position (siehe 12) zurückkehrt, wenn der Finger 22 freigegeben ist. Dies wird den Finger 22a in die ursprüngliche („verformte") Position verformen (siehe 13). Abhängig von der Menge an dem AM zugeführter Energie, um seine Materialeigenschaftsänderung und/oder Deformation zu aktivieren, können die Finger in zahlreichen Orientierungen angeordnet sein, sodass Gegenstände mit verschiedener Größe und Form ergriffen werden könnten, z. B. 22b und 22c.
  • Um Gegenstände mit verschiedenen Formen (einen zufällig geformten Gegenstand 32, einen abgerundeten Gegenstand 34 und ein Schreibgerät 36) und Größen unabhängig von der Orientierung zu halten, kann ein Netzwerk von SM(z. B. SMA, SMA, eingebettet in einem flexiblen Polymer, SMP, etc.)-Fingern verwendet werden, wie in den 1517 veranschaulicht. Gruppen von SM-Fingern 22 sind an verschiedenen Punkten mit mehreren Orientierungen positioniert. Sensoren können Information an einen Algorithmus bereitstellen, um die notwendigen SMA-Finger zu aktivieren und den Gegenstand zu ergreifen.
  • Der Halter kann eine Anordnung von Stäben und/oder Knoten mit verschieden verbundenen SMP-Knoten, SMA-Stäben wie auch eine Kombination, die zumindest eines der vorhergehenden umfasst, z. B. ähnlich einem kleinen Spielzeug umfassen. Diese dreidimensionale Anordnung kann eine flexible Abdeckung aufweisen, die eine Mehrschichtstruktur bildet. Die Mehrschichtstruktur kann auf einer flachen Fläche (z. B. im Fall von SMP-Knoten) oder als eine Auskleidung in einem Halter (z. B. im Fall sowohl von SMP-Knoten als auch SMA-Stäben) angeordnet sein. Im Fall von SMP-Knoten können diese aktiviert werden, um die Struktur recht flexibel/einfach verformbar zu machen, wobei sie in diesem Stadium den Gegenstandeaufnehmen könnte. Das Material würde dann abgekühlt werden, um den Gegenstand zu halten. Ein Wiedererwärmen würde das Freigeben des Gegenstands zulassen. Im Fall von SMA-Stäben, wenn sich die Stäbe in ihrem kalten Martensitstadium befänden, könnten sie relativ einfach verformt werden und das einrückende Anordnen des Gegenstands in dem Halter zulassen. Ein Erwärmen der SMA würde bewirken, dass sich der Halter der Form des eingesetzten Gegenstandes anpasst, der ebenfalls fest ergriffen wird. Ein Abschalten der Energie würde die übereinstimmende Form in dem Halter beibehalten, jedoch zulassen, dass der Gegenstand herausgezogen wird. Ein Wiedererwärmen der SMA nach dem Herausziehen des Gegenstands würde die Konstruktion aus SMA-Stäben in ihre ursprüngliche Form zurückstellen.
  • Unter Bezugnahme auf die 1820 weist ein Halteabschnitt, der in und/oder über einem Hohlraum 42 angeordnet ist, steife Bereiche 46 auf, die mit Gelenken 44 (oder gelenkartigen Verbindungen) verbunden sind und aus einem AM (z. B. einem SMP) gebildet sein können. Wenn die Gelenke 44 z. B. ein SMP umfassen, wird, wenn die Gelenke 44 heiß sind, eine relative Drehung der steifen Bereiche zugelassen, wenn sie kalt sind, ist ihre relative Position gesperrt, und wenn sie erwärmt sind und kein Gegenstand vorhanden ist, werden die Gelenke 44 in ihre Normalpositionen zurückkehren. SMA-Drähte (entweder in ihrem superelastischen Modus oder in ihrem Formwiedererlangungsmodus) könnten ebenfalls über der gesamten Oberfläche angeordnet sein, um eine zusätzliche Rückstellkraft zu liefern. Zusätzlich oder als Alternative können die Gelenke 44 (eine) Feder/n (z. B. (eine) Torsionsvorspannfeder/n) umfassen, um das Treiben des AM in seine Normalkonfiguration zu erleichtern.
  • Mit Bezug auf MR- und ER-Fluide könnten diese in Schichten wie z. B. in den Auskleidungen von Objekthaltern (z. B. in einer Lederschaumschichtstruktur oder auf der Anwendung vom Fingertyp) verwendet werden. Wenn kein Feld angelegt ist, würden sich diese Fluide ohne weiteres verformen (fließen), um einen Gegenstand aufzunehmen. Eine Aktivierung des Feldes würde den Film effektiv erhärten (seine Scherfestigkeit erhöhen), die Form der Auskleidung einsperren und den Gegenstand ergreifen. Ein Entfernen des Feldes würde den Film zu der geringen Scherfestigkeit zurückbringen und ein einfaches Entfernen des Gegenstands zulassen.
  • Unter Bezugnahme auf 21 ist eine hohle Schachtel 50 mit Bändern 54 aus SMP, die über der Oberseite verwoben sind, abgebildet. Wenn das SMP kalt ist, ist es eine steife, halbstarre Fläche, während, wenn es heiß ist, die einzelnen Bänder gummiartig sind. Wenn ein großer Gegenstand (z. B. eine Schale) gegen die Oberseite gedrückt wird, während die SMP-Bänder heiß sind, wird sich die Fläche (z. B. die gesamte Fläche) verformen, und wenn sie abgekühlt sind, wird die durch den Gegenstand verliehene Form beibehalten. Ein anschließendes Erwärmen, ohne dass der Gegenstand vorhanden ist, wird die Fläche in ihre flache Konfiguration zurückstellen. Wenn ein kleiner Gegenstand (z. B. ein Stift oder eine Feder) in die Fläche gedrückt wird, während die SMP-Bänder heiß sind, werden sich die von dem Gegenstand berührten einzelnen Bänder strecken (und wie mit einem großen Gegenstand reagieren) oder der Gegenstand wird zwischen den gestreckten Bändern gleiten. Sobald die Bänder abgekühlt sind, werden sie steif und halten den Gegenstand in Position. Wiederum wird ein anschließendes Erwärmen, ohne dass der Gegenstand vorhanden ist, die Fläche in ihre flache Konfiguration zurückstellen.
  • Ähnlich der in den 13 veranschaulichten Ausführungsform kann der Halter einen Deckel mit einer Spule aus einem AM-Material 18 (z. B. einem aufgespulten Band aus SMA) umfassen das derart gewickelt ist, dass es eine Fläche über (z. B. eine flache Fläche über) einem Hohlraum (der Vertiefung 2) erzeugt. (Siehe 2224). Wenn ein Gegenstand in die Spule geschoben wird, während sie sich bei einer niedrigen Temperatur befindet, wird sich die Spule plastisch mit einem Innendurchmesser in den Hohlraum hinein verformen, der im Wesentlichen einem Außendurchmesser des Gegenstands entspricht (z. B. tritt das aktive Material physikalisch mit dem Gegenstand in Kontakt, sodass der Gegenstand durch den durch das verformte aktive Material gebildeten Halter gehalten und in diesem angeordnet wird), während eine Unterstützung für die Seiten der/des Schale/Gegenstands bereitgestellt wird. Im Prinzip würden sich größere Spulen nur verschieben, wenn eine Lippe an der nächsten kleineren Spule sie dazu zwingt, sich zu verformen, oder wenn ein Vorsprung an dem Gegenstand sie verformt. Wenn die SMA erwärmt wird und der Gegenstand entfernt ist, wird die Spule in ihre ursprüngliche Konfiguration zurückkehren und eine flache Fläche bereitstellen.
  • Die 2528 sehen ein Beispiel eines mechanischen adaptiven Haltesystems vor, das Formgedächtniseigenschaften verwendet, um die Sicherungsfinger auszufahren und zurückzuziehen. Eine Spule aus einem SMA-Band wird als Greifvorrichtung verwendet. Wenn sich die Spule in dem Niedertemperatur-Martensitstadium befindet, könnte sie in die ver staute Position ausgewickelt werden, indem an einem Ende mit einem aktivierten SMA-Draht (oder einem anderen Aktuator) gezogen wird. Um die Greiffinger 70 auszufahren, würde die AM-Spule 18 erwärmt werden und sie würde in ihre aufgespulte Form zurückkehren, die in den Hohlraum hinein vorstehen würde. Mehrere wiederholte Einheiten können verwendet werden, um einen Gegenstand aus mehreren Richtungen zu sichern. Alternativ kann die Spule z. B. eine Bandfeder sein, die versuchen würde, sich aufzuwickeln, und der SMA-Aktuator kann nur die Zug/Begradigungswirkung bereitstellen, oder die Zug/Begradigungswirkung kann durch eine lineare Feder bereitgestellt sein und nur das Aufspulen würde auf der Aktivierung der AM-Spule 18 basieren.
  • Die 2933 veranschaulichen eine Ausführungsform, bei der ein Gegenstand durch einen aus mehreren mit Drehgelenken verbundenen Verbindungselementen hergestellten Arm festgehalten (z. B. ergriffen) wird, der einen AM-Draht 72 (z. B. SMA-Draht) aufweist, welcher an einer Seite befestigt ist, sodass er sich in einer bestimmten Richtung biegen und/oder kräuseln würde (dies könnte auch mit einem zu einer Seite innerhalb eines sehr nachgiebigen und flexiblen Materials weg eingebetteten SMA-Draht geschehen). Der Rest des Systems besteht aus einer Spule (federbelastet, um den Arm in der nicht bevorzugten Richtung aufzuspulen, oder an einen kleinen Motor gehakt), die den Arm zurückziehen würde. Wenn die SMA erwärmt wird, würde sie die Federkraft überwinden, die Spule drehen und versuchen, sich in die andere Richtung zu biegen und/oder zu kräuseln. Während sie das tut, würde sie ausfahren und sich um den Gegenstand herum wickeln. Ein Drehen der Spule in die andere Richtung würde die Feder verstauen. Dies Arme könnten in Anordnungen und aus mehreren Richtungen zugreifen, um den Gegenstand, den sie halten, besser zu ergreifen und sich diesem anzupassen.
  • Die hierin offenbarten verschiedenen Ausführungsformen von Deckeln und Deckelbewegungen vereinfachen ein Deckelausfahren und -zurückziehen über die Verwendung von aktiven Materialien wie z. B. SMA, SMP, ER, EAP, MR etc. Diese intelligenten Halter können bei Nichtvorhandensein der, mit der Unterstützung der, oder gegen die Schwerkraft (z. B. an einer Wand oder Decke, z. B. um einen Garagentoröffner an der Unterseite einer Sonnenblende des Daches eines Fahrzeugs zu halten) verwendet werden. Darüber hinaus können diese Halter tragbar sein (z. B. an einem Stuhl befestigt sein, Teil eines Fachs sein etc.). Diese Halter erlauben eine reinere Designästhetik, verstecken die Vertiefung/en, die verwendet wird/werden, um diese Funktionen zu erfüllen, sodass eine designte Oberflächenkrümmung beibehalten werden kann, wenn der Halter nicht benutzt wird. Schließlich gestatten adaptive Halter einen stärkeren Griff auf eine breite Vielfalt von Gegenständen, die innerhalb eines Fahrzeugs angeordnet sind, was eine bessere Sicherung ihrer Position und Orientierung zulässt und auch einen einfacheren Zugriff auf sie zulässt. Diese Vorrichtungen können sogar verwendet werden, um Gegenstände ohne ein aktives Material (z. B. Gegenstände, die kein aktives Material umfassen), Gegenstände mit einer glatten Oberfläche und Gegenstände, bei denen der Abschnitt aus einem aktiven Material nur mit der Oberfläche des Gegenstands in Kontakt steht (z. B. nicht in das Material des Gegenstands einhakt), zu halten, festzuhalten und/oder mit diesen in Kontakt zu stehen. Anders ausgedrückt, die Halter können ihre Funktion ausüben, ohne mit dem Gegenstands unter der Oberfläche in Kontakt zu stehen (z. B. ohne in den Gegenstand unterhalb einer Oberfläche des Gegenstands einzugreifen).
  • Die intelligenten Halter können eine Vorrichtung sein, die ein odere mehrere aktive Materialien umfasst. Eine Aktivierung des einen oder der mehreren aktiven Materialien kann einen Kontakt mit einem Gegenstand be wirken und/oder zulassen, um darin eine Verformung innerhalb der Vorrichtung zu bewirken, sodass sie sich dem Gegenstand besser anpassen und/oder diesen besser festhalten kann. In weiteren Ausführungsformen bewirkt ein Kontakt mit einem Gegenstand eine Verformung innerhalb der Vorrichtung, sodass sie sich dem Gegenstand besser anpassen und/oder diesen besser festhalten kann. In einigen Ausführungsformen kann eine Deaktivierung des/der aktiven Materialien und/oder eine Aktivierung des/von weiteren aktiven Materials/ien die Verformung innerhalb der Vorrichtung in ihrem verbesserten Anpassungs/Festhaltestadium fixieren. In weiteren Ausführungsformen kann eine Deaktivierung des/der aktiven Materialien und/oder eine Aktivierung eines/von weiteren aktiven Materials/ien die Verformung umkehren und bewirken, dass die Vorrichtung versucht, in ihre anfängliche Konfiguration zurückzukehren.
  • Die hierin offenbarten Bereiche sind inklusive und kombinierbar (z. B., Bereiche von „bis zu etwa 25 Gewichts-% oder im Spezielleren etwa 5 Gewichts-% bis etwa 20 Gewichts-%" sind inklusive der Endpunkte und aller Zwischenwerte der Bereiche von „etwa 5 Gewichts-% bis etwa 25 Gewichts-%" usw.). „Kombination" ist inklusive Mischungen, Gemischen, Derivaten, Legierungen, Reaktionsprodukten und dergleichen. Ferner bezeichnen die Begriffe „erste/r/s", „zweite/r/s" und dergleichen hierin keinerlei Reihenfolge, Menge oder Wichtigkeit, sondern dienen dazu, ein Element von einem anderen zu unterscheiden, und der Begriff „ein/e/s" bezeichnet hierin keine Beschränkung einer Menge, sondern bezeichnen das Vorhandensein von zumindest einem der Elemente, auf die Bezug genommen wird. Die Angabe „etwa", die in Verbindung mit einer Größe verwendet wird, versteht sich einschließlich des angegebenen Werts und besitzt die durch den Kontext bestimmte Bedeutung (umfasst z. B. den der Messung der speziellen Größe zugehörigen Fehlergrad). Das Suffix „(s)", wie hierin verwendet, soll sowohl den Singular als auch den Plural des Begriffes umfassen, den es modifiziert, und umfasst daher eines oder mehrere von diesem Begriff (z. B. umfasst/en der/die Farbstoff/e einen oder mehrere Farbstoffe). Die Bezugnahme über die gesamte Beschreibung auf „eine bestimmte Ausführungsform", „eine weitere Ausführungsform", „eine Ausführungsform" und dergleichen bedeutet, dass ein bestimmtes Element (z. B. ein Merkmal, eine Struktur und/oder eine Eigenschaft), das in Verbindung mit der Ausführungsform beschrieben ist, in zumindest einer hierin beschriebenen Ausführungsform enthalten ist und in anderen Ausführungsformen vorhanden sein kann oder nicht. Darüber hinaus sollte einzusehen sein, dass die beschriebenen Elemente auf jede beliebige geeignete Weise in den verschiedenen Ausführungsformen kombiniert sein können.
  • Alle zitierten Patente, Patentanmeldungen und weiteren Referenzen sind hierin durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen. Wenn allerdings ein Begriff in der vorliegenden Anmeldung einem in der Referenz enthaltenen Begriff widerspricht oder mit diesem in Widerspruch steht, genießt der Begriff aus der vorliegenden Anmeldung Vorzug gegenüber dem widersprechenden Begriff aus der aufgenommenen Referenz.
  • Während die Offenlegung unter Bezugnahme auf eine beispielhafte Ausführungsform beschrieben wurde, wird für den Fachmann einzusehen sein, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können und Elemente davon durch Äquivalente ersetzt werden können, ohne von dem Umfang der Offenlegung abzuweichen. Überdies können zahlreiche Abwandlungen vorgenommen werden, um eine bestimmte/s Situation oder Material an die Lehre der Offenlegung anzupassen, ohne von dem wesentlichen Umfang derselben abzuweichen. Die Offenlegung soll daher nicht auf die spezielle Ausführungsform beschränkt sein, die als beste Art offenbart ist, wie die Ausführung der Offenlegung vorstellbar ist, sondern die Offenlegung schließt alle Ausführungsformen ein, die in den Umfang der beiliegenden Ansprüche fallen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - US 7013536 [0074]
    • - US 7032282 [0074]

Claims (32)

  1. Objekthalter, der umfasst: eine Vertiefung; einen Deckel, der über der Vertiefung angeordnet ist, wobei der Deckel ein aktives Material umfasst, wobei das aktive Material ausgebildet ist, um sich in die Vertiefung hinein zu verformen, wenn es mit einem Gegenstand in Kontakt gelangt; und einen Schalter, der ausgebildet ist, um zu bewirken, dass das aktive Material eine verformte Form in der Vertiefung beibehält.
  2. Objekthalter nach Anspruch 1, wobei der Schalter einen durch ein Gewicht aktivierten Schalter und einen Sensor umfasst und wobei das Bewirken, dass das aktive Material eine verformte Form beibehält, eine Aktivität umfasst, die aus der Gruppe gewählt ist, welche aus dem Erwärmen des aktiven Materials und dem Signalisieren eines Steuergeräts besteht.
  3. Objekthalter nach Anspruch 1, wobei der Deckel konzentrische Ringe aus einer Formgedächtnislegierung umfasst.
  4. Objekthalter nach Anspruch 3, wobei der Deckel ferner ein Formgedächtnispolymer umfasst, das eine niedrigere Umwandlungstemperatur aufweist als die Formgedächtnislegierung.
  5. Objekthalter nach Anspruch 1, wobei das aktive Material aus der Gruppe gewählt ist, die aus einem MR-Fluid und einem ER-Fluid besteht, und wobei das aktive Material in einem inneren Abschnitt des Deckels angeordnet ist.
  6. Objekthalter nach Anspruch 1, wobei das aktive Material in Form einer Wicklung vorliegt, die derart ausgebildet ist, dass, wenn kein Gegenstand vorhanden ist, das aktive Material gewickelt ist und eine Fläche über die Vertiefung bildet, und sich das aktive Material beim Schieben durch einen Gegenstand in den Hohlraum hinein verformt, um einen Halter zu bilden, der einen Durchmesser besitzt, welcher im Wesentlichen einem Außendurchmesser des Gegenstands entspricht.
  7. Objekthalter nach Anspruch 1, wobei das aktive Material ferner ausgebildet ist, um sich der Form des Gegenstands anzupassen.
  8. Objekthalter nach Anspruch 1, ferner umfassend eine Befestigungsbasis, die ausgebildet ist, um den Objekthalter lösbar an einer Fläche anzubringen.
  9. Objekthalter nach Anspruch 8, wobei die Befestigungsbasis eine intelligente Befestigungsbasis ist, die ein aktives Material umfasst.
  10. Objekthalter nach Anspruch 9, wobei das aktive Material ein aktiver Hakenbefestigungsbereich ist, der ausgebildet ist, um an einem Schlaufen aufnehmenden Bereich lösbar an der Fläche befestigt zu sein.
  11. Objekthalter, der umfasst: eine Vertiefung; einen Halterabschnitt, der in der Vertiefung angeordnet ist und ein aktives Material umfasst, wobei das aktive Material ausgebildet ist, um, wenn es mit einem Gegenstand in Kontakt gelangt, den Gegenstand aufzunehmen und sich in die Form des Gegenstands zu verformen; und einen Schalter, der ausgebildet ist, um das aktive Material in der verformten Form in der Vertiefung zu halten, bis der Gegenstand entfernt ist.
  12. Objekthalter nach Anspruch 11, wobei der Halterabschnitt steife Gebiete umfasst, die mit dem aktiven Material miteinander verbunden sind.
  13. Objekthalter nach Anspruch 12, wobei das aktive Material ein SMP umfasst.
  14. Objekthalter nach Anspruch 12, wobei der Halter ferner einen SMA-Draht umfasst, der durch den Halter hindurch angeordnet ist und sich zu einem Ende des Halters hin erstreckt.
  15. Objekthalter, der umfasst: eine Vertiefung; eine Auskleidung, die in der Vertiefung angeordnet ist, wobei die Auskleidung ein aktives Material umfasst; und einen Schalter, der ausgebildet ist, um eine Umwandlung eines aktiven Materials einzuleiten, wenn ein Gegenstand in der Vertiefung angeordnet ist.
  16. Objekthalter nach Anspruch 15, wobei das aktive Material eine SMA umfasst, die eine Vielzahl von Vorsprüngen bildet und aktiviert werden kann, um die Vorsprünge abzuflachen.
  17. Objekthalter nach Anspruch 15, wobei das aktive Material ein SMP umfasst, das eine Vielzahl von Vorsprüngen bildet, und wobei die Vorsprünge, wenn sie erwärmt werden, erweichen und das Einsetzen eines Gegenstands zulassen, und das SMP beim Abkühlen hart wird, um den Gegenstand festzuhalten.
  18. Objekthalter nach Anspruch 15, wobei der Schalter ausgebildet ist, um eine Temperatur des aktiven Materials zu ändern.
  19. Objekthalter, der umfasst: eine Ausdehnung mit einem aktiven Material und/oder einem Sensor, wobei die Ausdehnung derart ausgebildet ist, dass, wenn ein Gegenstand mit der Ausdehnung oder einem zweiten Sensor in Kontakt gelangt, das aktive Material aktiviert wird, um einen Abschnitt des Gegenstands abzudecken und gegen diesen zu schieben, wenn es sich in einer ausgefahrenen Position befindet.
  20. Objekthalter nach Anspruch 19, wobei die Ausdehnung eine Spule des aktiven Materials umfasst, die ausgebildet ist, um sich, wenn sie aktiviert ist, von einer eingewickelten Konfiguration in eine ausgewickelte Konfiguration zu bewegen.
  21. Objekthalter nach Anspruch 19, wobei das aktive Material eine Anordnung von Fingern umfasst, die in der Lage sind, den Gegenstand festzuhalten, wenn sie aktiviert sind.
  22. Objekthalter nach Anspruch 21, wobei jeder Finger ferner mehrere Glieder umfasst, die mit Gelenken verbunden sind, wobei das aktive Material in der Form eines Drahtes vorliegt, der sich entlang des Fingers zu einem Ende des Fingers hin erstreckt, sodass der Finger ausgebildet ist, um sich zu biegen.
  23. Objekthalter nach Anspruch 23, ferner umfassend eine Spule, wobei der Finger in einer verstauten Position um die Spule gewickelt ist und sich in der ausgefahrenen Position von der Spule weg erstreckt.
  24. Objekthalter nach Anspruch 19, wobei die Ausdehnung einen mechanischen Abschnitt umfasst, der durch das aktive Material angetrieben werden kann.
  25. Objekthalter, der umfasst: eine Vertiefung, die ausgebildet ist, um einen formschlüssigen Halt an einem Gegenstand zu erzeugen; eine intelligente Befestigungsbasis, die ein aktives Material umfasst und ausgebildet ist, um den Halter lösbar an einer Fläche anzubringen.
  26. Objekthalter nach Anspruch 25, wobei die intelligente Befestigungsbasis ferner Hakenelemente umfasst, die ausgebildet sind, um an Schlaufen auf der Fläche lösbar befestigt zu sein.
  27. Vorrichtung mit einem aktiven Material, wobei eine Aktivierung des aktiven Materials eine Verformung innerhalb der Vorrichtung bewirkt, um sich einem Gegenstand anzupassen und/oder diesen festzuhalten, ohne in den Gegenstand unter einer Fläche des Gegenstands einzugreifen.
  28. Vorrichtung nach Anspruch 27, wobei eine Deaktivierung des aktiven Materials und/oder eine Aktivierung eines weiteren aktiven Materials die Verformung innerhalb der Vorrichtung fixiert.
  29. Vorrichtung nach Anspruch 27, wobei eine Deaktivierung des aktiven Materials und/oder eine Aktivierung eines weiteren aktiven Materials die Verformung umkehrt.
  30. Vorrichtung mit einem aktiven Material, wobei ein Kontakt mit einem Gegenstand eine Verformung innerhalb der Vorrichtung bewirkt, um sich dem Gegenstand anzupassen und/oder diesen festzuhalten.
  31. Vorrichtung nach Anspruch 30, wobei eine Deaktivierung des aktiven Materials und/oder eine Aktivierung eines weiteren aktiven Materials die Verformung innerhalb der Vorrichtung fixiert.
  32. Vorrichtung nach Anspruch 30, wobei eine Deaktivierung des aktiven Materials und/oder eine Aktivierung eines weiteren aktiven Materials die Verformung umkehrt.
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