DE10018806A1 - Vorrichtung zur kapazitiven Messung einer Verformung eines Bauteils, insbesondere eines Bauteils eines Kraftfahrzeugs - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kapazitiven Messung einer Verformung eines Bauteils, insbesondere eines Bauteils (2) eines Kraftfahrzeugs, welche mindestens eine Elektrode (10a) und eine Gegenelektrode (10b) aufweisende Elektrodenanordnung (10) besitzt, wobei durch die Vorrichtung (1) ein Sensorsignal erzeugbar ist, welches eine durch die Verformung des Bauteils (2) bewirkte Änderung der Kapazität der Elektrodenanordnung (10) repräsentiert. DOLLAR A Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die Elektrode (10a) und ihre Gegenelektrode (10b) der Elektrodenanordnung (10) benachbart zueinander auf einer Bodenplatte (30) der Vorrichtung (1) angeordnet sind und derart eine Kapazität ausbilden und daß eine durch eine Verformung des die Vorrichtung (1) tragenden Bauteils (2) bewirkte Deformation der Bodenplatte (30) in einer Änderung der Relativposition der beiden Elektroden (10a, 10b) der Elektrodenanordnung (10) und somit der Kapazität der Vorrichtung (1) resultiert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur kapazitiven Messung einer Verformung eines Bauteils, insbesondere eines Bauteils eines Kraftfahrzeugs, welche mindestens eine eine Elektrode und eine Gegenelektrode aufweisende Elektrodenanordnung besitzt, wobei durch die Vorrichtung ein Sensorsignal erzeugbar ist, welches eine durch die Verformung des Bauteils bewirkte Änderung der Kapazität der Elektrodenanordnung repräsentiert.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der EP 0 305 655 bekannt. Diese Druckschrift beschreibt eine Auslösevorrichtung für Sicherheitssysteme in Kraftfahrzeugen, die mit einem Auslösesensor für die Aktivierung dieser Sicherheitssysteme ausgerüstet ist, wobei diesem Auslösesensor eine Sensorelektronik zur Detektierung der Beulengeschwindigkeit zugeordnet ist. Hierbei ist vorgesehen, daß an einem Kraftfahrzeug z. B. an der Innenseite der Türen Elektroden angeordnet sind, die dazu bestimmt sind, die Kapazitätsänderung an den von dem Aufprall betroffenen Teilen zu detektieren und die aufgenommene Beulengeschwindigkeits-Signale der Sensorelektronik zuzuführen. Bei der bekannten Vorrichtung wird also eine Verformung eines Bauteils eines Kraftfahrzeugs durch eine kapazitive Messung erfaßt. In nachteiliger Art und Weise ist aber bei der bekannten Vorrichtung vorgesehen, daß die zu der kapazitiven Messung dienenden Elektroden nicht direkt an dem Bauteil, dessen Verformung erfaßt werden soll, angeordnet sind, sondern daß die Verformung dieses Bauteils nur indirekt und daher zeitlich verzögert und unzuverlässig erfaßt wird. Die Elektroden der kapazitiven Meßeinrichtung sind bei der in der vorstehend genannten Druckschrift beschriebenen Auslösevorrichtung auf einem in Verformungsrichtung hinter dem Bauteil, dessen Verformung erfaßt werden soll, angeordneten weiteren Bauteil des Kraftfahrzeugs angeordnet und die Verformung des vor der Elektrodenanordnung liegenden Bauteils wird nur durch eine Veränderung der Umgebungskapazität der Elektroden erfaßt.

Nachteilig an der bekannten Vorrichtung ist desweiteren die hohe Empfindlichkeit der derart ausgebildeten Elektrodenanordnung im Hinblick auf Störeinflüsse, also auf äußere Einflüsse, die nicht auf die Verformung des Bauteils, welches von der beschriebenen Vorrichtung bewacht werden soll, zurückzuführen sind. Wird z. B. bei der beschriebenen Anordnung der Elektroden im Türinnenraum die Seitenscheibe des Kraftfahrzeugs abgesenkt, so besteht die Gefahr, daß dieser funktionsgemäße und keinesfalls als ein Störfall, der zu einer Auslösung der Sicherheitssysteme führen soll, zu betrachtende Vorgang aufgrund der durch die Lageveränderung der Seitenscheibe bewirkten Kapazitätsänderung der Umgebungskapazität der Elektrodenanordnung darin resultieren kann, daß die der bekannten Vorrichtung nachgeschalteten Auswerteelektronik die durch das Verschieben der Seitenscheibe bewirkten Kapazitätsänderung als eine Verformung des durch die Vorrichtung überwachten Bauteils auffaßt und daraufhin die Sicherheitseinrichtungen des Fahrzeugs auslöst.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Verformung eines Bauteils, insbesondere eines Bauteils eines Kraftfahrzeugs, direkt erfaßbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Elektrode und ihre Gegenelektrode der Elektrodenanordnung benachbart zueinander auf einer Bodenplatte der Vorrichtung angeordnet sind und derart eine Kapazität ausbilden, und daß eine durch eine Verformung des die Vorrichtung tragenden Bauteils bewirkte Deformation der Bodenplatte in einer Änderung der Relativposition der beiden Elektroden und somit der Kapazität der Elektrodenanordnung der Vorrichtung resultiert.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird in vorteilhafter Art und Weise eine Vorrichtung zur kapazitiven Messung von Verformungen eines Bauteils geschaffen, welche sich nicht nur durch eine erhöhte Unempfindlichkeit gegenüber externen Störeffekten auszeichnet. Vielmehr erlaubt es die erfindungsgemäße Ausbildung der Vorrichtung, diese direkt auf dem Bauteil, dessen Verformung erfaßt werden soll, anzuordnen. Es ist in vorteilhafter Art und Weise somit nicht mehr erforderlich, wie bei den bekannten Vorrichtungen eine Änderung der Umgebungskapazität der Elektrodenanordnung durch das sich verformende Bauteil zu erfassen und somit die Verformung des Bauteils nur indirekt zu messen. Die durch die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglichte direkte Erfassung der Verformung des Bauteils auf kapazitivem Weg besitzt desweiteren den Vorteil, daß bessere Aussagen über die Art der Verformung und somit bei einem Kraftfahrzeug über die Art und Schwere der Kollision ermöglicht werden, als dies bei einer indirekten Erfassung der Fall ist.

Die erfindungsgemäße Anordnung der Elektroden der Elektrodenanordnung auf der Bodenplatte der erfindungsgemäßen Vorrichtung besitzt desweiteren den Vorteil, daß im wesentlichen nur die den beiden Elektroden zugeordnete Kapazität, nicht jedoch die Kapazität der Umgebung der Elektroden in die Generierung des Sensorsignals eingeht. Die erfindungsgemäße Anordnung der Elektroden der Elektrodenanordnung besitzt somit den Vorteil, daß sie weitgehend unempfindlich gegenüber äußeren Störeinflüssen ist.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist durch ihren kompakten Aufbau gegeben. Es ist somit in vorteilhafter Art und Weise möglich, auf einem Bauteil mehrere der erfindungsgemäßen Vorrichtungen anzuordnen, so daß eine orts- und/oder zeitaufgelöste Erfassung der Verformung des Bauteils ermöglicht wird.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die Elektrodenanordnung in einem Gehäuse der Vorrichtung aufgenommen ist. Eine derartige Maßnahme besitzt den Vorteil, daß in Folge der durch das Gehäuse bewirkten Kapselung der Elektrodenanordnung eine noch höhere Abschirmung der erfindungsgemäßen Vorrichtung und demzufolge eine erhöhte Störsicherheit und Meßgenauigkeit erreichbar ist.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind dem Ausführungsbeispiel zu entnehmen, das im folgenden anhand der Figuren beschreiben wird. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung, und

Fig. 2 eine Seitenansicht der Vorrichtung aus der Richtung II der Fig. 1.

In Fig. 1 und 2 ist nun ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 1 zur kapazitiven Messung einer Verformung eines Bauteils 2 dargestellt. Die Vorrichtung 1 weist eine Elektrodenanordnung 10 mit zwei einander gegenüberliegenden Elektroden 10a, 10b auf, die eng beabstandet zueinander auf einer Bodenplatte 30 der Vorrichtung 1 angeordnet sind. Zwischen der Elektrode 10a und ihrer Gegenelektrode 10b der Elektrodenanordnung 10 ist ein Dielektrikum 20 angeordnet, wobei es aber auch möglich ist, zwischen den beiden Elektroden 10a, 10b einen Luftspalt, also ein Dielektrikum mit der Dielektrizitätskonstante 1 vorzusehen. Im hier gezeigten Fall sind die beiden Elektroden 10a, 10b plattenförmig ausgebildet, so daß also durch dieses Elektrodenpaar eine Art Plattenkondensator ausgebildet ist. Es ist jedoch auch möglich, und bedarf für einen Fachmann keiner weiteren Erläuterung, daß jede beliebige, dem jeweiligen Einsatzzweck angepaßte Kondensatorform, z. B. ein Zylinderkondensator oder eine Kammelektrode, ebenso möglich ist.

Die beiden Elektroden 10a, 10b der Elektrodenanordnung 10 sind nun über Signalleitungen 11a, 11b mit einer in den Figuren nicht gezeigten, an und für sich bekannten und daher nicht näher beschriebenen Auswerteeinrichtung verbunden. Wird nun das die Vorrichtung 1 tragende Bauteil 2 durch eine externe Kraftbeaufschlagung verformt, so überträgt sich diese Verformung des Bauteils 2 auf die Bodenplatte 30 der Vorrichtung 1 und führt zu einer Deformation derselben. Diese Deformation bewirkt, daß sich die Relativposition und hierbei insbesondere der Relativabstand der beiden Elektroden 10a, 10b der Elektrodenanordnung 10 und somit die Kapazität der Vorrichtung 1 ändert. Diese Kapazitätsänderung der Vorrichtung 1 bewirkt nun wiederum eine Änderung des von der Vorrichtung 1 generierten Sensorsignals, wobei diese Änderung des der Auswerteeinrichtung über die Signalleitungen 11a, 11b zugeführten Sensorsignals der Vorrichtung 1 nun in dieser ausgewertet wird.

Die vorstehend beschriebene Konstruktion der Vorrichtung 1 besitzt desweiteren den Vorteil, daß es besonders einfach möglich ist, durch eine entsprechende Wahl der Steifigkeit der Bodenplatte 30 der Vorrichtung 1 die Empfindlichkeit der beschriebenen Vorrichtung dem gewünschten Einsatzzweck anzupassen: Wird nun eine relativ steife Bodenplatte 30 verwendet, so bewirkt dies, daß leichte Verformungen des die Vorrichtung 1 tragenden Bauteils 2 zu keinem bzw. nur zu einer geringfügigen Änderung der Relativposition zwischen den beiden Elektroden 10a, 10b und somit nur zu einer geringen Änderung des Sensorsignals führt, so daß die derart ausgebildete Vorrichtung 1 relativ unempfindlich ist. Wird jedoch eine relativ weiche Bodenplatte 30 verwendet, so deformiert sich die Bodenplatte 30 im wesentlichen wie das Bauteil 2, so daß bereits geringe Verformungen des Bauteils 2 zu einer hinreichend großen Deformation der Bodenplatte 30 der Vorrichtung 1 führen, wodurch eine Vorrichtung 1 mit einer erhöhten Empfindlichkeit ausgebildet ist.

Es ist auch möglich, die Bodenplatte 30 aus einem elastischen Material auszubilden. Eine derartige Vorrichtung ist insbesondere dann von Vorteil, wenn periodische Schwingungen eines Bauteils zu erfassen sind.

Da das Sensorsignal der Vorrichtung 1 im wesentlichen kontinuierlich ist, erlaubt es die beschriebene Vorrichtung 1 desweiteren in vorteilhafter Art und Weise, die Verformung des Bauteils 2 zeitaufgelöst zu erfassen. Da darüber hinaus die beschriebene Vorrichtung 1 in vorteilhafter Art und Weise besonders kompakt baut, ist es desweiteren möglich, auf dem Bauteil eine Vielzahl von entsprechenden Vorrichtungen 1 anzuordnen, so daß eine ortsaufgelöste Erfassung der Verformung des Bauteils ermöglicht wird.

Die eng beabstandete Anordnung der Elektroden 10a, 10b der Elektrodenanordnung 10 besitzt den Vorteil, daß in die das Sensorsignal bestimmende Kapazität im wesentlichen nur die den beiden Elektroden 10a, 10b zuzuordnende Kapazität, nicht jedoch eine dem Umfeld der beiden Elektroden 10a, 10b zuzurechnende Kapazität eingeht. Eine derartige Maßnahme besitzt den Vorteil, daß sich die beschriebene Vorrichtung 1 durch eine relativ hohe Unempfindlichkeit gegenüber einer Änderung der Umgebungskapazität, wie sie z. B. durch Nässe, Temperatureinflüsse, etc. bewirkt werden kann, auszeichnet. Die vorstehend genannte Anordnung der Elektroden 10a, 10b besitzt desweiteren den Vorteil, daß in einfacher Art und Weise erreicht wird, daß die Funktion der Vorrichtung 1 nicht durch sich in der Umgebung der Vorrichtung befindliche, andere Bauteile gestört wird.

Um nun eine noch bessere Abschirmung der Elektrodenanordnung 10 zu erreichen, ist vorzugsweise vorgesehen, daß die Elektrodenanordnung 10 in einem Gehäuse 40 angeordnet ist, das eine Kapselung der Elektrodenanordnung 10 bewirkt.

Die obige Beschreibung geht davon aus, daß die Vorrichtung zur kapazitiven Messung einer Verformung eines Bauteils eine Elektrodenanordnung aufweist, durch die eine eindimensionale Messung der Verformung ermöglicht wird. Es ist aber auch möglich, die beschriebene Vorrichtung für eine mehrdimensionale Verformungsmessung auszubilden, indem eine entsprechende Anzahl von Elektrodenanordnungen vorgesehen wird. Z. B. ist bei einer zweidimensionalen Erfassung vorzugsweise vorgesehen, daß die zweite Elektrodenanordnung der Vorrichtung orthogonal zur ersten Elektrodenanordnung angeordnet ist.

Die Vorrichtung 1 zur kapazitiven Messung der Verformung von Bauteilen 2 ist insbesondere bei einem Kraftfahrzeug von Vorteil, da sie in einfacher Art und Weise erlaubt, die Verformung von Bauteilen des Kraftfahrzeugs, insbesondere von tragenden Bauteilen, direkt, annähernd verzögerungsfrei und weitgehend unbeeinflußt von externen Störfaktoren zu messen.

Claims (17)

1. Vorrichtung zur kapazitiven Messung einer Verformung eines Bauteils, insbesondere eines Bauteils (2) eines Kraftfahrzeugs, welche mindestens eine eine Elektrode (10a) und eine Gegenelektrode (10b) aufweisende Elektrodenanordnung (10) besitzt, wobei durch die Vorrichtung (1) ein Sensorsignal erzeugbar ist, welches eine durch die Verformung des Bauteils (2) bewirkte Änderung der Kapazität der Elektrodenanordnung (10) repräsentiert, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (10a) und ihre Gegenelektrode (10b) der Elektrodenanordnung (10) benachbart zueinander auf einer Bodenplatte (30) der Vorrichtung (1) angeordnet sind und derart eine Kapazität ausbilden, und daß eine durch eine Verformung des die Vorrichtung (1) tragenden Bauteils (2) bewirkte Deformation der Bodenplatte (30) in einer Änderung der Relativposition der beiden Elektroden (10a, 10b) der Elektrodenanordnung (10) und somit der Kapazität der Vorrichtung (1) resultiert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenanordnung (10) der Vorrichtung (1) ein mit den Elektroden (10a, 10b) zusammenwirkendes Dielektrikum (20) aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Dielektrikum (20) durch einen Luftspalt zwischen den beiden Elektroden (10a, 10b) ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenanordnung (10) von einem diese (10) von externen Störeinflüssen zumindest teilweise abschirmenden Gehäuse (40) umgeben ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenplatte (30) der Vorrichtung (1) derart steif ausgebildet ist, daß eine unter einem vorgegebenen Grenzwert liegende Verformung des die Vorrichtung (1) tragenden Bauteils (2) in einer unter einem vorgegebenen Grenzwert liegenden Deformation der Bodenplatte (30) resultiert.

6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Elektrode (10a) und ihre Gegenelektrode (10b) einen Plattenkondensator ausbilden.

7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Elektrode (10a) und ihre Gegenelektrode (10b) einen Zylinderkondensator oder eine Kammelektrode ausbilden.

8. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die in einer Kapazitätsänderung resultierende Änderung der Relativposition der beiden Elektroden (10a, 10b) der Elektrodenanordnung (10) eine Änderung des Relativabstands dieser beiden Elektroden (10a, 10b) ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (1) mindestens eine weitere Elektrodenanordnung aufweist, durch die eine nicht von der ersten Elektrodenanordnung (10) erfaßte Verformungskomponente erfaßbar ist.

10. Kraftfahrzeug, gekennzeichnet durch mindestens eine Vorrichtung (1) zur kapazitiven Messung einer Verformung eines Bauteils (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.

11. Kraftfahrzeug nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil (2) ein Verformungselement des Kraftfahrzeugs ist.

12. Kraftfahrzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil (2) ein tragendes Element des Kraftfahrzeugs ist.

13. Verfahren zur kapazitiven Messung einer Verformung eines Bauteils (2), insbesondere eines Bauteils (2) eines Kraftfahrzeugs, bei dem von einer Vorrichtung (1) zur kapazitiven Messung der Verformung des Bauteils (2) ein die Verformung des Bauteils (2) repräsentierendes Sensorsignal erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (1) direkt auf dem Bauteil (2), dessen Verformung zu erfassen ist, angeordnet wird, indem eine zwei eine Kapazität definierende Elektroden (10a, 10b) einer Elektrodenanordnung (10) der Vorrichtung (1) tragende Bodenplatte (30) derselben (1) auf dem Bauteil (2) angeordnet wird, und daß eine durch eine Verformung des die Vorrichtung (1) tragenden Bauteils (2) bewirkte Deformation der Bodenplatte (30), die in einer Änderung der Relativposition der beiden Elektroden (10a, 10b) der Elektrodenanordnung (10) resultiert, erfaßt wird, und daß das diese Kapazitätsänderung repräsentierende Sensorsignal in einer Auswerteeinrichtung ausgewertet wird.

14. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertung des Sensorsignals zeitaufgelöst erfolgt.

15. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung einer ortsaufgelösten Messung der Verformung des Bauteils (2) auf dem Bauteil (2) mehrere Vorrichtungen (1) angeordnet werden.

16. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenplatte (30) der Vorrichtung (1) kraftschlüssig mit dem Bauteil (2) verbunden wird.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung der Bodenplatte (30) mit dem Bauteil (2) durch ein Kleben, Schrauben, Schweißen, Einpressen oder Einpassen durchgeführt wird.