DE112005000563T5

DE112005000563T5 - Verwandelbare Karosserieformteile, Gummistreifen und Stoßfänger

Info

Publication number: DE112005000563T5
Application number: DE112005000563T
Authority: DE
Inventors: Alan L. Grosse Pointe Browne; Nancy L. Northville Johnson
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 2004-03-12
Filing date: 2005-03-10
Publication date: 2007-03-01
Also published as: WO2005089157A3; US20050202248A1; WO2005089157A2

Abstract

Verwandelbares Formteil (15), umfassend:
ein aktives Material in Wirkverbindung mit einer Fläche des Formteils (15), wobei eine Aktivierung des aktiven Materials durch einen äußeren Stimulus dazu dient, die Form des Formteils zu verändern.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der U.S. Provisional Application Seriennr. 60/552,877, die am 12. März 2004 eingereicht wurde und deren gesamter Offenbarungsgehalt hierin durch Bezugnahme miteingeschlossen ist.
HINTERGRUND
Diese Offenbarung betrifft verwandelbare Karosserieformteile und im Besonderen verwandelbare Karosserieformteile für Fahrzeugtüren, die aus Formgedächtnismaterialien gebildet sind.
Kraftfahrzeugverkleidungsteile, insbesondere Karosserieseitenformteile von verschiedenen Sorten, haben sowohl dekorative als auch schützende Funktionen. Es gibt im Allgemeinen mindestens drei Teile, die horizontal ausgerichtet und an der Seite eines Fahrzeugs angebracht sind: ein Teil für den vorderen Kotflügel, ein Teil für jede Tür und ein Teil für den hinteren Kotflügel.
Um ein Öffnen und Schließen von Türanordnungen in Kraftfahrzeugen zuzulassen, muss ein Abschnitt des daran angebrachten Formteils die zum Öffnen und Schließen gehörenden Zwischenräume berücksichtigen. Dementsprechend erfordern es einige Fahrzeuge, dass ein Abschnitt des Formteils weggeschnitten oder auf eine Dicke verjüngt wird, die ein Öffnen und Schließen der Tür ohne Kontakt und/oder Beschädigung der Formteile zulässt. Das Problem, das Formteil auf diese Weise bilden zu müssen, ist, dass es die ästhetischen Qualitäten des Formteils vermindert. Aus der Distanz hat man Schwierigkeiten, zu unterscheiden, ob ein weggeschnittener Abschnitt einen Schaden an dem Fahrzeug darstellt. 1 veranschaulicht eine Stirnansicht eines Abschnittes eines Formteils 10 aus dem Stand der Technik, das ein verjüngtes Ende 12 darstellt, wobei das verjüngte Ende an dem anlenkenden Türabschnitt eines Fahrzeugtürpfostens anliegen würde.
Es ist dementsprechend erwünscht, ein Formteil zu besitzen, das derart verwandelbar ist, dass während des Öffnens und Schließens einer Tür Zwischenräume aufrechterhalten werden können, wobei aber eine Kontinuität des Formteils bereitgestellt wird, um ein ästhetisches Aussehen zu bieten.
Hierin ist ein verwandelbares Formteil offenbart, das ein aktives Material in Wirkverbindung mit einer Fläche des Formteils umfasst, wobei eine Aktivierung des aktiven Materials durch einen äußeren Stimulus dazu dient, die Form des Formteils zu verändern.
Hierin ist auch ein verwandelbares Formteil offenbart, das eine elektrisch leitfähige Polymermatrix und eine in der elektrisch leitfähigen Polymermatrix verteilte Formgedächtnislegierung umfasst, wobei die Formgedächtnislegierung bei Aktivierung dazu dient, die Form, Steifigkeit oder Abmessungen des verwandelbaren Formteils zu verändern.
Hierin ist auch ein verwandelbares Formteil offenbart, das ein aktives Material in Wirkverbindung mit einem Abschnitt des Formteils umfasst, wobei eine Aktivierung des aktiven Materials durch einen äußeren Stimulus dazu dient, die Form, Abmessungen oder Steifigkeit des Formteils zu verändern.
Hierin ist auch ein Verkleidungsformteil für ein Fahrzeug offenbart, das ein Formteil umfasst, das fest an einer Fahrzeugtür angebracht ist und ein Ende aufweist, das an das Fahrzeugtürscharnier anschließt, wobei das Formteil einen Formgedächtnisaktuator umfasst, der im Inneren des Formteils angeordnet ist, wobei der Formgedächtnisaktuator das Formteil in Reaktion auf ein Aktivierungssignal bis zu einem Grad verjüngt, der bewirkt, dass ein Zwischenraum zum Öffnen und Schließen der Tür bereitgestellt wird.
Hierin ist auch ein Verfahren zum Verändern der Form eines Formteils offenbart, das umfasst, dass ein aktives Material, welches in Wirkverbindung mit dem Formteil steht, aktiviert wird, die Form, Abmessungen und/oder Steifigkeit des aktiven Materials verändert wird/werden; und die Form, Abmessungen und/oder Steifigkeit des Formteils verändert wird/werden.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
1 veranschaulicht eine Stirnansicht eines Abschnittes eines Formteils 10 aus dem Stand der Technik, die ein verjüngtes Ende 12 darstellt, wobei das verjüngte Ende an dem schwenkenden Türabschnitt eines Fahrzeugtürpfostens anliegen würde;
2 veranschaulicht ein beispielhaftes verwandelbares Formteil 10 bevor und nachdem das Verwandeln stattfindet;
3 veranschaulicht eine Querschnittsansicht eines anderen beispielhaften Betätigungsmechanismus auf der Basis eines Formgedächtnisses, der in dem verwandelbaren Formteil 10 von 2 angewandt werden kann. In der 3 sind Federn 30 aus der Formgedächtnislegierung gebildet und im Innenbereich des Formteils angeordnet. Ein Ende der Feder ist fest an der Basis 40 des Formteils angebracht, wohingegen das andere Ende an der Wand des Formteils angebracht ist;
4 ist eine beispielhafte Darstellung, die eine potenzielle Anwendung der verwandelbaren Gummistreifen 50 am Rand einer Kraftfahrzeugtür demonstriert. Die verwandelbaren Gummistreifen sind vorzugsweise an einem Abschnitt der Tür angeordnet, der beim Öffnen der Tür einem "Anstoßen" ausgesetzt ist; und
5 ist eine beispielhafte Darstellung, die einen verwandelbaren Halter 62 an dem vorderen Stoßfänger 60 eines Kraftfahrzeugs demonstriert. Der Halter 62 kann gebildet sein, wenn es erwünscht ist, ein Nummernschild an dem vorderen Stoßfänger 60 des Kraftfahrzeugs anzubringen. Wenn es erwünscht ist, das Nummernschild zu entfernen, kann der Stoßfänger 60 wärmebehandelt werden, um den Halter 62 zu entfernen.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Hierin sind verwandelbare Karosserieformteile offenbart, die aus aktiven Materialien (Formgedächtnismaterialien) zur Anbringung im Inneren und Äußeren eines Fahrzeugs gebildet sind. Die verwandelbaren Formteile können auch vorteilhaft in Wohnräumen oder Gebäuden, an anderen Gegenständen, wie etwa Werkzeugmaschinen, Möbeln oder dergleichen verwendet werden. In einer Ausführungsform werden die Formgedächtnismaterialien vorzugsweise als Aktuatoren angewandt und sind innerhalb des Formteils angeordnet, um eine Verwandlung zu bewirken. In einer anderen Ausführungsform werden die Formgedächtnismaterialien dazu verwendet, die verwandelbare Fläche des verwandelbaren Karosserieformteils zu bilden. Das verwandelbare Karosserieformteil kann in einer funktionalen Anwendung oder in einer dekorativen Anwendung verwendet werden. Die Verwendung von Formgedächtnismaterialien, um verwandelbare Karosserieformteile zu bilden, erlaubt das Bilden eines löschbaren inneren und äußeren Flachrelief-Displays in Fahrzeugen und Gebäuden. Sie erlaubt auch das Bilden von heil- und reparierbaren Außenflächen in Fahrzeugen, Gebäuden oder dergleichen, die Schäden standhalten können, die innerhalb der Grenzen der plastischen Verformung des in dem verwandelbaren Karosserieformteil angewandten Materials standhalten können. So wie er hierin verwendet wird, schließt der Ausdruck Fahrzeug jeden Körper ein, der zu einer Fortbewegung in der Lage ist, von dem Beispiele Kraftfahrzeuge, Flugzeuge, Boote und Schiffe oder dergleichen sind.
Wie es oben angemerkt wurde, umfassen die verwandelbaren Karosserieformteile ein Formgedächtnismaterial. Durch die Benutzung eines Formgedächtnismaterials in dem Formteil kann das Formteil seine Moduleigenschaften reversibel verändern, um eine Formveränderung für das Formteil bereitzustellen. Ein Anlegen eines Aktivierungssignals an das Formgedächtnismaterial kann eine reversible Veränderung bewirken. Geeignete Aktivierungssignale werden von der Art des Formgedächtnismaterials abhängen. Als solches kann das Aktivierungssignal, das zum reversiblen Verändern der Form und der Moduleigenschaften der Formteilstruktur bereitgestellt wird, ein Wärmesignal, ein elektrisches Signal, ein magnetisches Signal, ein mechanisches Signal, ein chemisches Signal oder dergleichen oder eine Kombination, die mindestens eines der vorstehenden Signale umfasst, und dergleichen umfassen.
Das verwandelbare Formteil umfasst im Allgemeinen ein Polymer, ein Metall oder eine Keramik in Kontakt mit dem aktiven Material. Das aktive Material kann an der Fläche des Formteils oder in dem Formteil angeordnet sein. Beispielhafte Polymere sind thermoplastische Polymere, aushärtende Polymere oder Mischungen aus thermoplastischen Polymeren mit aushärtenden Polymeren. In einer Ausführungsform, wenn das verwandelbare Formteil ein Polymer umfasst, kann das Polymer eine Formgedächtnislegierung sein. In einer anderen Ausführungsform, wenn das verwandelbare Formteil ein Metall umfasst, kann das Metall eine Formgedächtnislegierung sein.
In einer Ausführungsform umfasst das verwandelbare Formteil ein aktives Material in Wirkverbindung mit einer Fläche des Formteils, wobei eine Aktivierung des aktiven Materials durch einen äußeren Stimulus dazu dient, die Form, Steifigkeit oder Abmessungen des Formteils zu verändern. In einer anderen Ausführungsform umfasst das verwandelbare Formteil ein aktives Material in Wirkverbindung mit einem Abschnitt des Formteils, wobei eine Aktivierung des aktiven Materials durch einen äußeren Stimulus dazu dient, die Form, Steifigkeit oder Abmessungen des Formteils zu verändern. In einer nochmals anderen Ausführungsform umfasst die Fläche des verwandelbaren Formteils ein Formgedächtnismaterial, das bei Aktivierung dazu dient, die Form, Steifigkeit oder Abmessungen des Formteils zu verändern.
Beispielhafte Formgedächtnismaterialien umfassen Formgedächtnislegierung (SMA), Formgedächtnispolymere (SMP), dielektrische Elastomere, wie etwa elektroaktive Polymere (EAP), ferromagnetische SMAs, piezoelektrische Polymere, piezoelektrische Keramiken, verschiedene Kombinationen der vorstehenden Materialien und dergleichen. Von den oben angeführten Materialien werden vorzugsweise SMAs, SMPs und EAPs benutzt.
Formgedächtnislegierungen (SMA) beziehen sich im Allgemeinen auf eine Gruppe von Metallmaterialien, die die Fähigkeit zeigen, in irgendeine zuvor definierte Form oder Größe zurückzukehren, wenn sie einem geeigneten thermischen Stimulus ausgesetzt werden. Formgedächtnislegierungen sind in der Lage, Phasenübergänge zu erfahren, bei denen deren Biegemodul (Steifigkeit), Dehnfestigkeit und Formorientierung als Funktion der Temperatur geändert werden. Im Allgemeinen können Formgedächtnislegierungen in der Niedertemperatur- oder Martensitphase plastisch verformt werden, und wenn sie irgendeiner höheren Temperatur ausgesetzt werden, werden sie sich zu einer Austenitphase oder Elternphase transformieren, wobei sie zu ihrer Form vor der Verformung zurückkehren. Materialien, die diesen Formgedächtniseffekt nur bei Erwärmung zeigen, werden als ein Einweg-Formgedächtnis besitzend bezeichnet. Diejenigen Materialien, die auch ein Formgedächtnis nach dem Wiederabkühlen zeigen, werden als ein Zweiweg-Formgedächtnisverhalten besitzend bezeichnet.
Formgedächtnislegierungen können einen Einweg-Formgedächtniseffekt, einen intrinsischen Zweiweg-Effekt oder einen extrinsischen Zweiweg-Formgedächtniseffekt abhängig von der Legierungszusammensetzung und dem Verarbeitungsverlauf zeigen. Warmbehandelte Formgedächtnislegierungen zeigen im Allgemeinen nur den Einweg-Formgedächtniseffekt. Eine ausreichende Erwärmung im Anschluss an eine Niedertemperaturverformung des Formgedächtnismaterials wird einen Übergang von Martensit nach Austenit einleiten, und das Material wird seine ursprüngliche, warmbehandelte Form zurückerlangen. Somit werden Einweg-Formgedächtniseffekte nur bei Erwärmung beobachtet.
Intrinsische und extrinsische Zweiweg-Formgedächtnismaterialien zeichnen sich durch einen Formübergang sowohl beim Erwärmen aus der Martensitphase zu der Austenitphase als auch durch einen zusätzlichen Formübergang beim Abkühlen aus der Austenitphase zurück zu der Martensitphase aus. Aktive Elemente, die einen intrinsischen Einweg-Formgedächtniseffekt zeigen, werden aus einer Formgedächtnislegierungszusammensetzung gefertigt, die bewirken wird, dass sich die aktiven Elemente infolge der oben angeführten Phasentransformationen automatisch selbst rückformen. Ein intrinsisches Zweiweg-Formgedächtnisverhalten muss in das Formgedächtnismaterial über eine Verarbeitung induziert werden. Derartige Prozeduren umfassen eine extreme Verformung des Materials während es sich in der Martensitphase befindet, ein Erwärmen-Abkühlen unter Einspannung oder Last oder eine Oberflächenmodifikation, wie etwa Laser-Warmbehandeln, Polieren oder Kugelstrahlen. Sobald das Material derart trainiert worden ist, dass es den Zweigweg-Formgedächtniseffekt zeigt, ist die Formveränderung zwischen den Nieder- und Hochtemperaturzuständen im Allgemeinen reversibel und hält über eine hohe Anzahl von thermischen Zyklen an. Im Gegensatz dazu sind aktive Verbinderelemente, die die extrinsischen Zweiweg-Formgedächtniseffekte zeigen, Verbund- oder Mehrkomponentenmaterialien, die eine Formgedächtnislegierungszusammensetzung, die einen Einweg-Effekt zeigt, mit einem anderen Element kombinieren, das eine Rückstellkraft bereitstellt, um die erste andere Plattenposition in ihre ursprüngliche Position zurückzuführen.
Die Temperatur, bei der sich die Formgedächtnislegierung an ihre Hochtemperaturform erinnert, wenn sie erwärmt wird, kann durch geringfügige Veränderungen in der Zusammensetzung der Legierung und durch Wärmebehandlung eingestellt werden. In Nickel-Titan-Formgedächtnislegierungen beispielsweise kann sie von über ungefähr 100°C auf unter ungefähr –100°C verändert werden. Der Formwiederherstellungsprozess tritt über einen Bereich von einigen Graden auf, und der Start oder das Ende der Transformation kann auf innerhalb eines Grades oder zwei abhängig von der gewünschten Anwendung und der Legierungszusammensetzung gesteuert werden.
Geeignete Formgedächtnislegierungsmaterialien zum Fertigen der aktiven Elemente 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-Zink-Legierungen, Kupfer-Aluminium-Legierungen, Kupfer-Gold- und Kupfer-Zinn-Legierungen), Legierungen auf Gold-Cadmium-Basis, Legierungen auf Silber-Cadmium-Basis, Legierungen auf Indium-Cadmium-Basis, Legierungen auf Mangan-Kupfer-Basis, Legierungen auf Eisen-Platin-Basis, Legierungen auf Eisen-Palladium-Basis und dergleichen oder eine Kombination, die mindestens eine der vorstehenden Formgedächtnislegierungen umfasst. Die Legierungen können binärer, ternärer oder irgendeiner höheren Ordnung sein, solange die Legierungszusammensetzungen einen Formgedächtniseffekt, z.B. eine Veränderung in der Formorientierung, Veränderungen in der Dehnungsfestigkeit und/oder Biegemoduleigenschaften, Dämpfungskapazität, Superelastizität und dergleichen zeigt.
In einer Ausführungsform kann in einer Anwendungsart einer SMA in einem verwandelbaren Karosserieformteil die reversible Veränderung in den Moduleigenschaften der SMA verwendet werden, um dem Formteil eine Formveränderung zu verleihen. In dieser Ausführungsform wird das verwandelbare Formteil, das die SMA umfasst, entweder in einer Umgebung verwendet, in der die Temperatur über seiner Umgebungstemperatur liegt, oder wird über deren Übergangstemperatur erwärmt, so dass in jedem Fall die SMA in ihrer Austenitphase vorliegt. Wenn die SMA in ihrer Austenitphase vorliegt, kann ein geeigneter Druckbetrag auf das verwandelbare Formteil aufgebracht werden, der bewirkt, dass eine spannungsinduzierte Transformation in die beträchtlich weichere Martensitphase bewirkt wird. Die anschließende Verformung der SMA wird superelastisch genannt, wobei sie bei Wegnahme des aufgebrachten Druckes zu ihrer Austenitphase und ihrer bevorzugten Geometrie darin zurückkehrt. In einer Ausführungsform kann das Aufbringen von Druck verwendet werden, um das Formteil zu seiner ursprünglichen Konfiguration zurückzuführen. In einer anderen Ausführungsform kann der Druck verwendet werden, um die Form des Formteils zu einer neuen Konfiguration zu verändern.
In einer beispielhaften Anwendung kann ein Teil einer Tür ein verwandelbares Formteil umfassen, das eine Formgedächtnislegierung aufweist. Wenn das SMA-Element des verwandelbaren Formteils beschädigt wird (wenn es sich in seiner Martensitphase befindet), kann es über seine Transformationstemperatur erwärmt werden, um es in seine ursprüngliche Form zurückzuführen, solange die Beschädigung innerhalb des plastischen Verformungsbereiches liegt und die Beschädigung nicht zur Schaffung einer neuen Fläche führt (d.h. nicht zerrissen, geschnitten oder auf andere Weise zerbrochen wird). Wenn die SMA sich in ihrer Austenitform befindet, kann sie, falls es erwünscht ist, beim Öffnen der Tür oder bei einer Druckbelastung in irgendeine Form superelastisch verformt werden. Die Tür kann deshalb geschlossen werden und/oder Druck kann weggenommen werden, was die SMA zu ihrer Austenitform und das verwandelbare Formteil zu seiner ursprünglichen Form zurückführt.
Formgedächtnispolymere (SMPs) können ebenfalls in dem verwandelbaren Formteil verwendet werden. SMPs beziehen sich im Allgemeinen auf eine Gruppe von Polymermaterialien, die die Fähigkeit zeigen, zu irgendeiner zuvor definierten Form zurückzukehren, wenn sie einem geeigneten thermischen Stimulus ausgesetzt werden, während sie unter sehr geringer Last stehen oder nicht von außen belastet sind. Formgedächtnispolymere (SMP) zeigen auch einen riesigen Abfall im Modul um einen Faktor von etwa 30 bis etwa 100, abhängig von ihrer Zusammensetzung, wenn sie einer Temperatur über der Glastemperatur ihres unteren Temperatursegments ausgesetzt werden. Formgedächtnispolymere sind in der Lage, Phasenübergänge zu erfahren, bei denen ihre Formorientierung als Funktion der Temperatur geändert wird. Im Allgemeinen weisen SMP zwei Hauptsegmente auf, nämlich ein hartes Segment und ein weiches Segment. Die zuvor definierte oder permanente Form kann durch Schmelzen oder Verarbeiten des Polymers bei einer höheren Temperatur als der höchste Wärmeübergang gefolgt von einem Abkühlen unter diese Wärmeübergangstemperatur eingestellt werden. Der höchste Wärmeübergang ist üblicherweise die Glasübergangstemperatur (Tg) oder der Schmelzpunkt des harten Segments. Eine temporäre Form kann eingestellt werden, indem das Material auf eine Temperatur erwärmt wird, die höher ist als die Tg oder die Übergangstemperatur des weichen Segments aber niedriger ist als die Tg oder der Schmelzpunkt des harten Segments. Die temporäre Form wird eingestellt, während das Material bei der Übergangstemperatur des weichen Segments verarbeitet wird, gefolgt von einem Abkühlen, um die Form zu fixieren. Das Material kann zu der permanenten Form zurückgeführt werden, indem das Material über die Übergangstemperatur des weichen Segments erwärmt wird, während es unter geringer Last steht oder unbelastet ist.
Im Allgemeinen sind SMPs Copolymere, die aus mindestens zwei unterschiedlichen Einheiten bestehen, die derart beschrieben werden können, dass sie unterschiedliche Segmente innerhalb des Copolymers definieren, wobei jedes Segment unterschiedlich zu den Biegemoduleigenschaften und Wärmeübergangstemperaturen des Materials beiträgt. Der Ausdruck "Segment" bezieht sich auf einen Block, einen Pfropf oder eine Sequenz der gleichen oder von ähnlichen Monomer- oder Oligomereinheiten, die mit einem unterschiedlichen Segment copolymerisiert sind, um ein kontinuierliches, quervernetztes, einander durchdringendes Netz aus diesen Segmenten zu bilden. Diese Segmente können Kombinationen von kristallinen oder amorphen Materialien sein und können daher allgemein als hartes Segment/harte Segmente oder weiches Segment/weiche Segmente klassifiziert werden, wobei das harte Segment im Allgemeinen eine höhere Glasübergangstemperatur (Tg) oder einen höheren Schmelzpunkt als das weiche Segment aufweist. Jedes Segment trägt dann zu den Gesamt-Biegemoduleigenschaften des SMP und den Wärmeübergängen davon bei. Wenn mehrere Segmente verwendet werden, können mehrere Wärmeübergangstemperaturen beobachtet werden, wobei die Wärmeübergangstemperaturen des Copolymers als gewichtete Mittelwerte der Wärmeübergangstemperaturen seiner in ihm enthaltenen Segmente angenähert werden können. Die zuvor definierte oder permanente Form des SMP kann durch Blasformen des Polymers bei einer Temperatur höher als die höchste Wärmeübergangstemperatur für das Formgedächtnispolymer oder seinem Schmelzpunkt gefolgt durch Abkühlen unter diese Wärmeübergangstemperatur festgelegt werden.
In der Praxis werden in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die SMPs, die als das aktive Element angewandt werden, zwischen einer von mindestens zwei Formorientierungen geändert, so dass mindestens eine Orientierung eine Abmessungsverringerung relativ zu der anderen Orientierung/den anderen Orientierungen bereitstellen wird, wenn ein geeignetes thermisches Signal geliefert wird. Um eine permanente Form festzulegen, muss das Formgedächtnispolymer bei etwa oder über seinem Schmelzpunkt oder seiner höchsten Übergangstemperatur (auch "letzte" Übergangstemperatur genannt) liegen. Das aktive Element wird im Allgemeinen bei dieser Temperatur durch Herstellung in einer Form geformt oder mit einer aufgebrachten Kraft gefolgt durch Abkühlen, um die permanente Form festzulegen, geformt.
Die Temperatur, um die permanente Form festzulegen, liegt im Allgemeinen zwischen etwa 40°C bis etwa 300°C. Die Tg des SMP kann für eine besondere Anwendung ausgewählt werden, indem die Struktur und Zusammensetzung des Polymers modifiziert werden. Übergangstemperaturen von geeigneten SMPs liegen im Allgemeinen in einem Bereich von etwa –63°C bis über etwa 160°C. Das Konstruieren der Zusammensetzung und Struktur des Polymers selbst kann die Auswahl einer besonderen Temperatur für eine gewünschte Anwendung zulassen. Eine bevorzugte Temperatur zur Wiederherstellung einer Form ist gleich oder größer als etwa –30°C, stärker bevorzugt gleich oder größer als etwa 20°C und am stärksten bevorzugt eine Temperatur gleich oder größer als etwa 70°C. Ebenfalls eine bevorzugte Temperatur für die Wiederherstellung der Form ist gleich oder kleiner als etwa 250°C, stärker bevorzugt gleich oder kleiner als etwa 200°C und am stärkten bevorzugt gleich oder kleiner als etwa 180°C.
Geeignete Formgedächtnispolymere können thermoplastische, einander durchdringende Netze, einander halb durchdringende Netze oder gemisch te Netze sein. Die Polymere können ein einzelnes Polymer oder eine Mischung von Polymeren sein. Die Polymere können geradkettige oder verzweigtkettige thermoplastische Elastomere mit Seitenketten oder dendritischen Strukturelementen sein. Geeignete Polymerkomponenten zum Bilden eines Formgedächtnispolymers umfassen, sind aber nicht darauf beschränkt, Polyphosphazene, Polyvinylalkohole, Polyamide, Polyesteramide, Polyaminosäuren, Polyanhydride, Polycarbonate, Polyacrylate, Polyalkylene, Polyacrylamide, Polyalkylenglykole, Polyalkylenoxide, Polyalkylenterephthalate, Polyorthoester, Polyvinylether, Polyvinylester, Polyvinylhalogenide, Polyester, Polylactide, Polyglykolide, Polysiloxane, Polyurethane, Polyether, Polyetheramide, Polyetherester und Copolymere davon. Beispiele von geeigneten Polyacrylaten umfassen Polymethylmethacrylat, Polyethylmethacrylat, Polybutylmethacrylat, Polyisobutylmethacrylat, Polyhexylmethacrylat, Polyisodecylmethacrylat, Polylaurylmethacrylat, Polyphenylmethacrylat, Polymethylacrylat, Polyisopropylacrylat, Polyisobutylacrylat und Polyoctadecylacrylat. Beispiele von anderen geeigneten Polymeren umfassen Polystyrol, Polypropylen, Polyvinylphenol, Polyvinylpyrrolidon, chloriertes Polybutylen, Polyoctadecylvinylether, Ethylenvinylacetat, Polyethylen, Polyethylenoxid-Polyethylenterephthalat, Polyethylen/Nylon (Pfropfcopolymer), Polycaprolacton-Polyamid (Blockcopolymer), Poly(caprolacton)dimethacrylat-n-butylacrylat, Copolymer aus Polynorbornyl und polyhedrischem, oligomerem Silsequioxan, Polyvinylchlorid, Urethan/Butadien-Copolymere, Polyurethan-Blockcopolymere, Styrol-Butadienstyrol-Blockcopolymere und dergleichen, oder eine Kombination, die mindestens eines der vorstehenden Polymere umfasst.
Wenn, wie bei den Formgedächtnislegierungen, ein Formgedächtnispolymer in dem verwandelbaren Formteil verwendet wird, können eine Vielfalt von geometrischen Formen, wie sie oben aufgeführt sind, benutzt werden. Zusätzlich kann eine Vielfalt von Aktivierungssignalen verwendet werden.
Das bevorzugte Aktivierungssignal ist ein thermisches Aktivierungssignal, das durch Erwärmen bereitgestellt wird, wobei beispielhafte Mittel leitfähig, konvektierend, strahlend oder mit Widerstand behaftet oder Kombinationen davon sind.
2 veranschaulicht ein beispielhaftes verwandelbares Formteil 15 oder Verkleidungsteil bevor und nachdem die Verwandlung stattfindet. Das veranschaulichte verwandelbare Formteil 15 ist lediglich beispielhaft und soll nicht auf irgendeine besondere Form, Größe oder dergleichen Eigenschaft beschränkt sein. Das verwandelbare Formteil 15 umfasst im Allgemeinen ein hohles Profil mit einer Basis und Wänden, die sich davon erstrecken, um einen Innenbereich zu bilden. Das veranschaulichte verwandelbare Formteil 15 kann an einer Fläche einer Karosserie 20 mittels eines Klebstoffes, Befestigungselements und dergleichen befestigt sein.
Wie aus 2 zu sehen ist, weist der Rand des Formteils in der ursprünglichen wiederhergestellten Position ein Profil von ungefähr 90° im Gegensatz zu dem verjüngten Profil, das in 2 zu sehen ist, auf. Wenn jedoch die Tür geöffnet wird, kann ein Controller verwendet werden, um das geeignete Aktivierungssignal zu liefern und somit zu bewirken, dass die Formgedächtnislegierung, die in dem Formteil enthalten ist, sich in ein verjüngtes Profil verwandelt. Als solches ist das Formteil während der Verwendung kontinuierlich mit den anderen Abschnitten des Formteils, die in Längsrichtung an der Fahrzeugtür 20 angeordnet sind, wodurch dem Fahrzeug ein ästhetisches Aussehen verliehen wird, im Gegensatz dazu, wenn der verjüngte Abschnitt die ganze Zeit sichtbar ist. Obwohl die Diskussion spezifisch für verjüngte Profile vorgenommen wurde, ist zu verstehen, dass andere Profile annehmbar sind und hierin in Betracht gezogen werden, vorausgesetzt durch das verwandelte Profil wird ein angemessener Zwischenraum bereitgestellt.
Wie es oben angegeben wurde, kann das verwandelbare Formteil ein aktives Material in Wirkverbindung mit einem Abschnitt des Formteils umfassen, wobei eine Aktivierung des aktiven Materials durch einen äußeren Stimulus dazu dient, die Form des Formteils zu verändern. Alternativ kann das verwandelbare Formteil ein aktives Material in Wirkverbindung mit einem Abschnitt des Formteils umfassen, wobei eine Aktivierung des aktiven Materials durch einen äußeren Stimulus dazu dient, die Steifigkeit des Formteils zu verändern. Nochmals alternativ kann das verwandelbare Formteil ein aktives Material in Wirkverbindung mit einem Abschnitt des Formteils umfassen, wobei eine Druckbelastung der SMA in ihrer Austenitphase es zu ihrer Martensitphase transformiert, wobei dabei ihre Steifigkeit und die des Formteils abfällt.
In einer beispielhaften Ausführungsform, die mit einem derartigen verwandelbaren Formteil in Beziehung steht, kann das verwandelbare Formteil Füllstoffpartikel umfassen, die eine Formgedächtnislegierung aufweisen und in einer Polymermatrix verteilt sind. Die Polymermatrix kann elektrisch leitfähig gemacht werden, indem elektrisch leitfähige Füllstoffe, wie etwa Ruß, Kohlenstoffnanoröhren, in die Matrix eingearbeitet werden. Eine beispielhafte Polymermatrix umfasst Elastomere. Eine Aktivierung der Formgedächtnislegierung durch Widerstandsheizen kann verwendet werden, um die Oberflächentextur oder die Abmessungen des verwandelbaren Formteils zu verändern. Eine Aktivierung der Formgedächtnislegierung kann auch verwendet werden, um die Steifigkeit des verwandelbaren Formteils zu verändern, so dass es sich in irgendeine gewünschte Form verformt.
3 veranschaulicht eine Querschnittsansicht eines anderen beispielhaften Betätigungsmechanismus auf der Basis von Formgedächtnis, der in dem verwandelbaren Formteil 15 von 2 angewandt werden kann. In 3 sind Federn 30 aus der Formgedächtnislegierung gebildet und in dem Innenbereich des Formteils angeordnet. Ein Ende der Feder ist fest an einer Basis 40 des Formteils angebracht, wohingegen das andere Ende an der Wand des Formteils angebracht ist. Ein Controller (nicht gezeigt) steht mit der Formgedächtnislegierung in elektrischer Verbindung, wobei der Controller programmiert ist, um ein Aktivierungssignal selektiv an die Formgedächtnislegierung zu liefern. Auf diese Weise kann der Controller programmiert sein, um beim Öffnen einer Tür das Aktivierungssignal zu liefern und beim Schließen der Tür das Aktivierungssignal zu unterbrechen. Bei Empfang des Aktivierungssignals zieht sich die Feder aus der Formgedächtnislegierung zusammen, was bewirkt, dass sich die Wände nach innen biegen. Eine Unterbrechung des Signals führt die SMA-Federn zu ihrer Martensitphase mit niedrigerem Modul zurück, was zulässt, dass die vorspannende Steifigkeit der Formteilwände diese in ihre nicht verformte Ausgangsform zurückführt. Das Aktivierungssignal könnte unter Verwendung beispielsweise eines elektronischen Schlüsselanhängers, durch Niederdrücken des Knopfes für ein motorgestütztes Entriegeln oder dergleichen eingeleitet werden. Andere Ausgestaltungen als die Verwendung von Spulen, sind hierin in Betracht zu ziehen. Beispielsweise können verschiedene Drähte aus Formgedächtnislegierungen benutzt werden, um die gewünschte Verschiebung zu bewirken, wie es dem Fachmann in Angesicht dieser Offenbarung in den Sinn kommen kann. Darüber hinaus kann die gewünschte Verschiebung auch durch die Verwendung anderer Formgedächtnismaterialien, wie etwa EAPs, erhalten werden.
In einer anderen Ausführungsform umfasst der Rand einer Fahrzeugtüröffnung ein Formgedächtnismaterial, um gegen Aufpralle mit anderen Objekten beim Öffnen der Tür zu schützen. Die verwandelbaren Formteile, d.h. verwandelbare Gummistreifen (Randstreifen) können ein Formge dächtnismaterial umfassen, das geeignet ist, eine Formorientierung zu verändern und somit den Rand zu schützen. Geeignete Formgedächtnismaterialien umfassen Formgedächtnispolymere, Formgedächtnislegierungen, dielektrische Elastomere, wie elektroaktive Polymere, ferromagnetische SMAs, piezoelektrische Polymere, piezoelektrische Keramiken, verschiedene Kombinationen der vorstehenden Materialien und dergleichen.
Wie in 4 gezeigt, können die verwandelbaren Gummistreifen 50 an dem Rand der Tür, vorzugsweise an einer Stelle, die beim Öffnen einer Tür einem "Anschlagen" ausgesetzt ist, angewendet werden. Die verwandelbaren Gummistreifen liefern eine aktive Dämpfung, indem sie sich in Reaktion auf den Empfang eines angelegten Aktivierungssignals nach außen hin ausdehnen. Unter Verwendung dielektrischer Elastomere als ein Beispiel für den sich ausdehnenden Gummistreifen ist ein abgedichtetes Rohr aus dielektrischem Elastomer mit einem definierten Innendruck gefertigt und an den gewünschten Stellen bei ungefähr dem Fahrzeugrand aufgebracht. Wenn Spannung angelegt wird, dehnt sich der Durchmesser des verwandelbaren Gummistreifens 50 zu einem Umfang aus, der bewirkt, dass ein Schutz vor einer Beschädigung, wie etwa einem Anstoßen oder dergleichen, geschaffen wird. In einer verwandten Ausführungsform könnten die Gummistreifen aus einem SMP hergestellt sein, der beim Öffnen der Tür erwärmt und somit erweicht wird, um jeglichen Aufprallschaden zu minimieren, wenn sie im Begriff wären, mit einem benachbarten Objekt, wie etwa der Seite eines Fahrzeugs, zusammenzustoßen. Beim Schließen der Tür würde das SMP zu seiner ursprünglichen, nicht verformten Geometrie zurückkehren, und bei Unterbrechung des Aktivierungssignals würde es dann beim Abkühlen hart werden.
In einer noch weiteren Ausführungsform können die Formgedächtnismaterialien verwendet werden, um einen verwandelbaren in einer Form her gestellten Stoßfänger 60 bereitzustellen, wie es erwünscht sein kann, um Nummernschildhalter 62 für in einer Form hergestellte vordere Stoßfänger zu verbergen. Nicht alle Staaten erfordern es, dass ein vorderes Nummernschild an dem vorderen Stoßfänger angebracht sein muss. Gegenwärtig fertigen viele Hersteller zwei unterschiedliche Teile, um sich an die unterschiedlichen Bedürfnisse für jene Fahrzeuge, die vordere Nummernschildhalter benötigen, und jene, die keine benötigen, anzupassen. Der vordere Nummernschildhalter kann aus einem Formgedächtnismaterial gebildet sein, so dass eine Aktivierung mit einem geeigneten Aktivierungssignal bewirken kann, dass der Nummernschildhalter verschwindet. Beispielsweise kann der Halterabschnitt oder der gesamte vordere Stoßfänger aus einem Formgedächnitspolymermaterial gebildet sein, wie es in 5 gezeigt ist.
In einer Ausführungsform wird ein Aktivieren des Formgedächtnispolymers durch thermisches Erwärmen des Abschnittes, der dem Halter entspricht, Anlegen einer Last, um das SMP an der Stelle und der Form, die für den Nummernschildhalter 62 erforderlich ist, einzulassen, und dann Abkühlen des SMP, während der Druck aufrechterhalten wird, einen Nummernschildhalter 62 schaffen. Wenn anschließend ein Montagehalter nicht länger erwünscht ist, wird dann ein erneutes Erwärmen des Halterbereiches, wie beispielsweise mit einem Trocknergebläse bei Fehlen einer Last die Vertiefung entfernen. 5 zeigt auch, wie die Vertiefung aufgrund des Halterabschnittes bei Erwärmen entfernt werden kann.
In noch weiteren Ausführungsformen können Bereiche von SMP an verschiedenen Außen- und Innenflächen des Fahrzeugs angeordnet und auf die obige Weise verwendet werden (unter Verwendung erwärmter Werkzeuge, die in dem gewünschten Muster geformt sind), um personalisierte, unterschiedliche Flachrelief-Gravuren und Displays zu schaffen, die im mer im Anschluss gelöscht werden könnten, indem einfach der Bereich wieder erwärmt wird. In einer Ausführungsform wird ein plastisch beschädigter Abschnitt (nicht zerrissen, eingeschnitten oder auf andere Weise zerbrochen) eines Kraftfahrzeugs, der aus einem SMP hergestellt ist, ein Heilen/eine Reparatur von Oberflächenbereichen, die aus SMP hergestellt sind, zulassen. Wenn ein Bereich eines Kraftfahrzeugs, der ein SMP umfasst, bis zu einem Ausmaß beschädigt wird, der eine im Wesentlichen plastische Verformung mit sich bringt, kann dieser dann durch Erwärmen des SMP auf eine Temperatur größer als die untere Tg leicht repariert werden.
Die verwandelbaren Formteile können vorteilhaft in einer Vielfalt von Gegenständen verwendet werden, wie beispielsweise Fahrzeuge, Wohn- und Bürogebäude, Möbel, Werkzeugmaschinen, Hinweistafeln und Hinweissäulen oder dergleichen. Sie können unter Verwendung eines Aktivierungssignals von einem Computer oder unter Verwendung eines von Hand erzeugten Signals verwandelt werden. Die verwandelten Formteile können vorteilhaft für etwa 1000 Zyklen oder mehr, 10.000 Zyklen oder mehr, 100.000 Zyklen oder mehr oder dergleichen verwendet werden.
Obwohl die Offenbarung anhand einer beispielhaften Ausführungsform beschrieben wurde, werden Fachleute verstehen, dass verschiedene Veränderungen vorgenommen werden können und Elemente davon durch Äquivalente ersetzt werden können, ohne vom Umfang der Offenbarung abzuweichen. Zusätzlich können viele Modifikationen vorgenommen werden, um eine besondere Situation oder ein besonderes Material an die Lehren der Offenbarung anzupassen, ohne von deren wesentlichen Umfang abzuweichen. Es ist deshalb beabsichtigt, dass die Offenbarung nicht auf die besondere Ausführungsform, die als die beste Ausführungsart in Betracht gezogen wird, um diese Offenbarung umzusetzen, beschränkt ist, sondern dass die Offenbarung alle Ausführungsformen umfassen wird, die in den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche fallen.
Zusammenfassung
Hierin ist ein verwandelbares Formteil offenbart, das ein aktives Material in Wirkverbindung mit einer Fläche des Formteils umfasst, wobei eine Aktivierung des aktiven Materials durch einen äußeren Stimulus dazu dient, die Form des Formteils zu verändern. Hierin ist auch ein Verfahren zum Verändern der Form eines Formteils offenbart, das umfasst, dass ein aktives Material, das in Wirkverbindung mit dem Formteil steht, aktiviert wird, die Form, Abmessungen und/oder Steifigkeit des aktiven Materials verändert wird/werden; und die Form, Abmessungen und/oder Steifigkeit des Formteils verändert wird/werden.

Claims

Verwandelbares Formteil (15), umfassend: ein aktives Material in Wirkverbindung mit einer Fläche des Formteils (15), wobei eine Aktivierung des aktiven Materials durch einen äußeren Stimulus dazu dient, die Form des Formteils zu verändern.
Verwandelbares Formteil (15) nach Anspruch 1, wobei das aktive Material ein Formgedächtnismaterial ist, das eine Form, Steifigkeit oder Größe reversibel verändern kann, wenn es einem äußeren Stimulus ausgesetzt ist.
Verwandelbares Formteil (15) nach Anspruch 2, wobei das äußere Signal ein Wärmesignal, ein elektrisches Signal, ein magnetisches Signal, ein mechanisches Signal, ein chemisches Signal oder eine Kombination, die mindestens eines der vorstehenden Signale umfasst, ist.
Verwandelbares Formteil (15) nach Anspruch 2, wobei das Formgedächtnismaterial, eine Formgedächtnislegierung, ein Formgedächtnispolymer, ein dielektrisches Elastomer, ein elektroaktives Polymer, eine ferromagnetische Formgedächtnislegierung, ein piezoelektrisches Polymer, eine piezoelektrische Keramik oder eine Kombination, die mindestens eines der vorstehenden Formgedächtnismaterialien umfasst, ist.
Verwandelbares Formteil (15), umfassend: eine elektrisch leitfähige Polymermatrix; und eine Formgedächtnislegierung, die in der elektrisch leitfähigen Polymermatrix verteilt ist; wobei die Formgedächtnislegierung bei Aktivierung dazu dient, die Form, Steifigkeit oder Abmessungen des verwandelbaren Formteils (15) zu verändern.
Verwandelbares Formteil (15) nach Anspruch 5, wobei die elektrisch leitfähige Polymermatrix elektrisch leitfähige Füllstoffe umfasst.
Verwandelbares Formteil (15) nach Anspruch 5, wobei die elektrisch leitfähige Polymermatrix ein Elastomer umfasst.
Verwandelbares Formteil (15), umfassend: ein aktives Material in Wirkverbindung mit einem Abschnitt des Formteils, wobei eine Aktivierung des aktiven Materials durch einen äußeren Stimulus dazu dient, die Form, Abmessungen oder Steifigkeit des Formteils zu verändern.
Verwandelbares Formteil (15) nach Anspruch 8, wobei das aktive Material eine Feder (30) in Wirkverbindung mit einer Basis (40) und einer Wand (45) des verwandelbaren Formteils (15) ist.
Verwandelbares Formteil (15) nach Anspruch 8, wobei die Feder eine Formgedächtnislegierung umfasst.
Verwandelbares Formteil (15) nach Anspruch 8, wobei das Formteil (15) ein thermoplastisches oder aushärtendes Polymer umfasst.
Verwandelbares Formteil (15) für ein Fahrzeug, umfassend: ein fest an einer Fahrzeugtür (20) angebrachtes Formteil, das ein Ende aufweist, das an das Fahrzeugtürscharnier anschließt, wobei das Formteil (15) einen Formgedächtnisaktuator umfasst, der in einem Inneren des Formteils (15) angeordnet ist, wobei der Formgedächtnisaktuator das Formteil (15) in Reaktion auf ein Aktivierungssignal bis zu einem Grad verjüngt, der bewirkt, dass ein Zwischenraum zum Öffnen und Schließen der Tür bereitgestellt wird.
Gegenstand, der das verwandelbare Formteil (15) nach Anspruch 1 umfasst.
Gegenstand nach Anspruch 13, wobei der Gegenstand ein Kraftfahrzeug, einen Kraftfahrzeugstoßfänger, eine Kraftfahrzeugtür, ein Wohngebäude, ein Flugzeug, eine Werkzeugmaschine oder ein Möbelstück umfasst.
Gegenstand, der das verwandelbare Formteil (15) nach Anspruch 5 umfasst.
Gegenstand, der das verwandelbare Formteil (15) nach Anspruch 8 umfasst.
Verfahren zum Verändern der Form eines Formteils (15), das umfasst, dass: ein aktives Material, das in Wirkverbindung mit dem Formteil steht, aktiviert wird; die Form, Abmessungen und/oder Steifigkeit des aktiven Materials verändert wird/werden; und die Form, Abmessungen und/oder Steifigkeit des Formteils verändert wird/werden.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Aktivieren des aktiven Materials durch das Aufbringen eines äußeren Stimulus auftritt, wobei der äußere Stimulus ein Wärmesignal, ein elektrisches Signal, ein magnetisches Signal, ein mechanisches Signal, ein chemisches Signal oder eine Kombination, die mindestens eines der vorstehenden Signale umfasst, ist.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die Veränderung in der Form, den Abmessungen und/oder der Steifigkeit des aktiven Materials proportional zu einer Größe der Aktivierung ist.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Aktivieren des aktiven Materials durch die Verschiebung eines Gegenstandes, an dem das aktive Material fest angebracht ist, ausgelöst wird.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Formteil ein Kraftfahrzeugstoßfänger (60) ist.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Formteil ein Gummistreifen (50) ist, der fest an einer Kraftfahrzeugtür angebracht ist.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Aktiveren des aktiven Materials einen Schaden an dem Formteil repariert.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei ein Aktiveren des aktiven Materials die Schaffung von personalisierten unterschiedlichen Flachrelief-Gravuren und/oder Displays erleichtert.