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Hintergrund
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Die
vorliegende Offenlegung betrifft Objekthalter und im Spezielleren
Objekthalter, deren Funktionalität/Leistung durch die Aufnahme
von aktiven (intelligenten) Materialien verbessert ist.
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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.
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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.
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Kurzzusammenfassung
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Hierin
offenbart sind Verfahren und Systeme zum Halten eines Gegenstands
und Prozesse zur Verwendung derselben.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die
oben beschriebenen und weitere Merkmale sind durch die nachfolgenden
Fig. und die detaillierte Beschreibung beispielhaft erläutert.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Nunmehr
wird Bezug auf die Fig. genommen, die beispielhafte Ausführungsformen
darstellen und in denen gleiche Elemente gleich bezeichnet sind.
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1 ist
eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Halters.
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2 ist
eine Querschnittsansicht des Halters von 1, wenn
ein Gegenstand in dem Halter angeordnet ist.
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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.
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4 u. 5 sind
isometrische Ansichten einer beispielhaften Ausführungsform
einer Fläche aus einem aktiven Material.
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6 ist
eine Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform
eines Halters aus einem aktiven Material.
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7 ist
eine Querschnittsansicht des Halters von 6, der einen
Gegenstand hält.
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8–11 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.
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12 ist
eine schematische Veranschaulichung von SMA-Fingern zum Ergreifen
eines Gegenstands.
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13 ist
eine Querschnittsansicht des Halters von 8, die die
Finger veranschaulicht, die den Gegenstand ergreifen.
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14 veranschaulicht
Ausführungsformen der Finger, wobei diese in unterschiedlichen
Positionen und Zuständen angeordnet sind.
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15–17 sind
Veranschaulichungen von verschieden geformten Gegenständen
und möglichen Fingerpositionierungen.
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18–20 sind
beispielhafte Ausführungsformen eines Halters aus einem
aktiven Material, der mehrere Segmente umfasst, die in Serie oder parallel
durch viele Gelenke verbunden sind.
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21 ist
eine beispielhafte perspektivische Darstellung eines adaptiven Halters
mit einem/r SMP-Deckel/Fläche.
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22–24 sind
beispielhafte Ausführungsformen einer weiteren Ausführungsform
des in den 1–3 veranschaulichten
Halters, veranschaulicht in einer Draufsicht bzw. Seitenansichten.
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25–28 sind
Seitenansichten bzw. Draufsichten eines beispielhaften mechanischen
adaptiven Haltesystems, das durch aktive Materialien angetrieben
wird.
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29–33 sind
Ansichten einer mehrfach segmentierten, ausfahrbaren Greifvorrichtung, die
durch aktive Materialien angetrieben wird.
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Detaillierte Beschreibung
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Die
folgende Beschreibung der Ausführungsformen ist lediglich
beispielhaft und soll die Offenlegung, ihre Anwendung oder Verwendungen
in keiner Weise einschränken.
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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).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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In
einer Ausführungsform, die in den 1–3 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 8–11 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.
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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).
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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.
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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 15–17 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.
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Unter
Bezugnahme auf die 18–20 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.
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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.
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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.
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Ähnlich
der in den 1–3 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 22–24).
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.
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Die 25–28 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.
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Die 29–33 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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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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.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 7013536 [0074]
- - US 7032282 [0074]