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Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Messung des Belegungsgewichtes eines verstellbaren Fahrzeugsitzes gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus der
DE 200 12 950 U1 ist eine Sitzgewichtsmessvorrichtung zur Messung des Gewichtes eines Fahrzeugsitzes einschließlich des Gewichtes einer darauf sitzenden Person mittels mehrerer Lastsensoren bekannt, die zwischen den Verstellschienen einer Sitzverstelleinrichtung des Fahrzeugsitzes und der Fahrzeugkarosserie angeordnet sind und das Sitzgewicht in ein elektrisches Signal umwandeln. Diese Ausgestaltung einer Sitzgewichtsmessvorrichtung bedingt einen hohen Bauraumbedarf sowie hohe Kosten da mindestens vier Lastsensoren an den Verbindungspunkten zwischen den Sitzschienen und der Fahrzeugkarosserie erforderlich sind. Die Anordnung der Lastsensoren in der Verbindung zwischen den Verstellschienen und der Fahrzeugkarosserie birgt weiterhin die Gefahr eines negativen Einflusses auf das Verformungsverhalten der Sitzverstellung im Crashfall.
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Aus der
DE 94 16 933 U1 ist eine Vorrichtung zur Erfassung der Sitzbelegung eines Fahrzeugsitzes bekannt, die eine drehbar an der fahrzeugfesten (Unter-)Schiene einer Sitzlängsverstellung gelagerte Rolle aufweist, in deren Außenumfang ein gummielastischer Ringkörper eingearbeitet ist, um den ein äußerer Ring angeordnet ist, dessen Außenumfang an der mit dem Fahrzeugsitz verbundenen Sitzschiene der Sitzlängsverstellung anliegt. Die Verformung eines in den gummielastischen Ringkörper eingearbeiteten elektrischen Leiters führt zu einer Widerstands-, Induktivitäts- oder Kapazitätsänderung, aus der in einer Auswerteschaltung ein elektrisches Signal unabhängig von einer Betätigung der Sitzlängsverstellung oder einer anderen Sitzverstelleinrichtung des Fahrzeugsitzes allein durch eine Sitzbelegung generiert wird.
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Aus der
DE 197 34 508 A1 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erkennen des Gewichts eines Gegendstandes und/oder eines Insassen auf einem Fahrzeugsitz bekannt, die von einem Prinzip zur Belegungserfassung Gebrauch machen, bei dem die von einem Antriebsmotor der Sitzverstelleinrichtung abgegebene Kraft, die von der aus dem Gewicht des Fahrzeugsitzes, der bei einer Sitzverstellung zu überwindenden Reibungskraft und dem Gewicht eines Insassen zusammengesetzten, bewegten Gewichtskraft abhängt, von einem Sensor erfasst und die vom Sensor abgegebene Messgröße in einer Auswerteschaltung ausgewertet wird. Als bevorzugte Messgröße wird der vom Antriebsmotor aufgenommene Strom, die Drehzahl oder das Drehmoment des Antriebsmotors aufgenommen. Dabei wird die Messgröße unmittelbar am Antriebsmotor erfasst und daraus in der Auswerteschaltung ein Gewichtssignal abgeleitet.
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Aus der
DE 198 52 541 C1 ist eine Einrichtung zur Erkennung der Belegung eines Kraftfahrzeugsitzes bekannt, bei der Mittel zum Auslösen der Verstelleinrichtung zum Zweck der Erkennung der Sitzbelegung sowie Mittel zur Bestimmung eines von der Belegung des Sitzes abhängigen charakteristischen Verhaltens der Verstelleinrichtung vorgesehen sind, die eine Auswertung des Verhaltens bzw. von Istwertsignalen des Antriebsmotors wie dessen Stromaufnahme oder Drehzahl bei konstanter Klemmenspannung, eine Auswertung des Verhaltens eines Verstellelements der Verstelleinrichtung wie die Geschwindigkeit eines Verstellelements nach dem Auslösen der Verstelleinrichtung oder eine Auswertung von Regelgrößen einer mit dem Antrieb der Verstelleinrichtung gekoppelten Elektronikeinheit wie beispielsweise des Motorstroms, der Klemmenspannung oder der Drehzahl des Antriebsmotors ermöglichen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Einrichtung zur Messung des Belegungsgewichtes eines verstellbaren Fahrzeugsitzes zu schaffen, die einen minimalen Bauraum beansprucht, geringe Kosten sowohl bezüglich der benötigten Sensorelemente als auch bezüglich der erforderlichen konstruktiven Änderungen zur Anbringung von Sensorelementen verursacht, keinen Einfluss auf das Verformungsverhalten einer Sitzverstellung im Crashfall hat, unabhängig von den einzelnen Bauteilen der Sitzverstelleinrichtung ist und eine variable Anordnung der Sensorelemente ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Die erfindungsgemäße Lösung stellt eine Einrichtung zur Messung des Belegungsgewichtes eines verstellbaren Fahrzeugsitzes bereit, die einen minimalen Bauraum beansprucht, geringe Kosten sowohl bezüglich der benötigten Sensorelemente als auch bezüglich der erforderlichen konstruktiven Änderungen zur Anbringung von Sensorelementen verursacht, keinen Einfluss auf das Verformungsverhalten einer Sitzverstellung im Crashfall hat, unabhängig von den einzelnen Bauteilen der Sitzverstelleinrichtung ist und eine variable Anordnung der Sensorelemente ermöglicht.
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Durch die Anordnung eines Kraftsensors an einer beliebigen Stelle innerhalb des Kraftübertragungsweges vom Antriebsmotor zum Verstellelement kann die geeignetste und nur minimale Eingriffe erfordernde Stelle zur Anordnung eines Kraftsensors gewählt werden, ohne dass hierfür wesentliche Eingriffe in die Sitzverstelleinrichtung oder in die Sitzstruktur erforderlich sind oder die Eigenschaften oder das Verhalten einzelner Bauteile der Sitzverstelleinrichtung Einfluss auf die Sitzbelegungserfassung haben.
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Dabei benötigt die erfindungsgemäße Lösung nur ein einzelnes Sensorelement anstelle mehrerer verteilt am Fahrzeugsitz und in dessen Sitzstruktur anzuordnender Sensorelemente und verursacht demzufolge nur minimale Kosten zur Messung des Belegungsgewichtes, wobei die Anordnung des Sensorelements an einem Ort erfolgt, der nicht den Bauraum vergrößert. Die Anordnung des einzelnen Sensorelements nimmt zudem keinen Einfluss auf das Verformungsverhalten der Sitzverstellung im Crashfall. Weiterhin sind nur minimale konstruktive Änderungen an den gebräuchlichen Sitzverstelltypen erforderlich, so dass die erfindungsgemäße Lösung universell mit geringen Mehrkosten einsetzbar ist.
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Die erfindungsgemäße Lösung geht von der Erkenntnis aus, dass bei einer Messung der Gewichtskraft an einer Stelle, an der der Kraftfluss gebündelt mechanisch zusammenläuft, nur ein Sensorelement an Stelle einer Vielzahl von Sensorelementen erforderlich ist, wenn die Messung an Orten erfolgt, an denen nur ein Teil-Kraftfluss des Belegungsgewichtes auftritt.
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Da eine derartige Schnittstelle, an der der vom Belegungsgewicht ausgehende Kraftfluss gebündelt auftritt, der Verstellantrieb der Sitzverstelleinrichtung ist, wird in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung das Sensorelement an dieser Schnittstelle des Verstellantriebs, die aus einem Getriebeteil der Sitzverstelleinrichtung bestehen kann, angeordnet.
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Vorzugsweise wird das Sensorelement an einem nahe der Sitzwanne des Fahrzeugsitzes liegenden Getriebeteil der Sitzverstelleinrichtung angeordnet.
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Da eine der am häufigsten sowohl beim manuellen als auch bei elektrischen Sitzhöhenbzw. Sitzneigungsverstellungen im Einsatz befindliche Antriebsschnittstelle ein Antriebselement-Zahnsegment-Verstellantrieb ist, bei der unter der Voraussetzung einer hinreichend geringen Reibung und einer im Wesentlichen parallelen Sitzhöhenverstellkinematik die am Antriebselement auftretende Torsionskraft linear von der Gewichtsbelastung des Fahrzeugsitzes abhängt, wird zur Messung des Belegungsgewichtes nur ein Sensorelement zur Erfassung der auf das Antriebselement einwirkenden Torsionskraft benötigt.
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Eine neben einem Antriebselement-Zahnsegment-Verstellantrieb häufig eingesetzte Sitzverstelleinrichtung ist eine manuelle oder elektrische Spindelverstelleinrichtung, so dass in einer Variante der erfindungsgemäßen Lösung das Sensorelement an einer Verstellspindel einer Sitzverstelleinrichtung angeordnet ist und die in Längsrichtung auf die Verstellspindel einwirkende Kraft erfasst.
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Dies kann mittels eines direkt in die Verstellspindel integrierten Druck- bzw. Zugkraftsensors oder mittels eines Druck- oder Zugkraftsensors erfolgen, der in die Verbindung der Verstellspindel mit dem Fahrzeugsitz oder der Fahrzeugkarosserie eingefügt ist.
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Um zu gewährleisten, dass die Messung des Belegungsgewichtes weitestgehend unabhängig von Störgrößen ist, d. h. zur Erfassung eines zum Belegungsgewicht im Wesentlichen proportionalen Messwertes, weist die Sitzverstelleinrichtung durch die Anordnung von Lagerstellen mit geringer Reibung, beispielsweise Wälzlager oder mit minimaler Reibung behaftete Gleitlager, an den Gelenken und Lagerstellen minimale Reibungskräfte und demzufolge eine weitgehend reibungsfreie Sitzhöhenverstellkinematik auf.
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Weiterhin ist die Sitzverstelleinrichtung mit einer im Wesentlichen parallelen Sitzhöhenverstellkinematik ausgestattet, um die Messung des Belegungsgewichtes weitestgehend unabhängig von der Sitzposition einer auf dem Fahrzeugsitz sitzenden Person zu machen.
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Falls eine möglichst parallele Sitzhöhenverstellkinematik nicht gewünscht ist, kann alternativ auch ein weiteres Sensorelement vorgesehen werden, das die auf die Sitzneigung einwirkenden Gewichtskräfte erfasst, so dass unter Verwendung geeigneter Kennlinien auf die Gesamtbelastung des Fahrzeugsitzes geschlossen werden kann.
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Anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen soll der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke näher erläutert werden. Es zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht eines Sitzuntergestells mit Sitzverstelleinrichtungen;
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2 eine teilweise geschnittene Ansicht eines als Antriebsschnecke/Zahnsegment-Getriebe ausgebildeten Verstellantriebs mit einem Sensorelement zur Messung des Belegungsgewichtes eines Fahrzeugsitzes;
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3 einen Schnitt durch einen als Spindelantrieb ausgebildeten Verstellantrieb mit einem Sensorelement zur Messung des Belegungsgewichtes eines Fahrzeugsitzes und
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4 eine schematische Seitenansicht eines Fahrzeugsitzes mit einem an einem Spindelantrieb zur Lehnenverstellung angeordneten Sensorelement zur Messung des Lehnenandrucks.
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Das in 1 perspektivisch dargestellte Sitzuntergestell 10 eines Fahrzeugsitzes umfasst zwei Sitzseitenteile 11, 12 zur Aufnahme einer Sitzwanne 13, eines Sitzkissens sowie einer nicht näher dargestellten Sitzlehne. Die Sitzseitenteile 11, 12 sind mit zwei parallel zueinander angeordneten, entlang beider Sitzlängsseiten verlaufender und am Fahrzeugboden befestigter Sitzlängsverstellungen 2, 2' verbunden, die aus zwei in Unterschienen 22, 22' gleitenden Oberschienen 21, 21' bestehen. Die beiden Oberschienen 21, 21' sind jeweils über eine vordere Sitzhöhenverstellung 3 und eine hintere Sitzhöhenverstellung 4 mit den Sitzseitenteilen 11, 12 verbunden.
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Die beiden Sitzseitenteile 11, 12 sind sowohl an ihrem vorderen als auch an ihrem hinteren Ende jeweils über eine Querstrebe 14, 15 miteinander verbunden, so dass die Verstellung eines der beiden Sitzseitenteile 11, 12 auf das jeweils andere Sitzseitenteil übertragen wird.
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Soweit eine unabhängige Verstellbarkeit der Sitzhöhenverstellungen 3, 4 vorgesehen ist, kann mit diesen nicht nur die Sitzhöhe, sondern auch die Sitzneigung eingestellt werden, indem das vordere und das hintere Ende der Sitzseitenteile 11, 12 unabhängig voneinander angehoben bzw. abgesenkt werden.
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In dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die vordere Sitzhöhenverstellung 3 jeweils drei über Gelenke 31 bis 34 miteinander bzw. mit den Sitzseitenteilen 11, 12 verbundene Hebelarme 35, 36, 37 auf. Das eine Gelenk 31 verbindet die vordere Sitzhöhenverstellung 3 mit den Oberschienen 21, 21' über einen Haltewinkel 30 und dient gleichzeitig zur Aufnahme der vorderen Querstrebe 14.
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Die hintere Sitzhöhenverstellung 4 enthält eine mit den Oberschienen 21, 21' der Sitzlängsverstellungen 2, 2' verbundene Halteplatte 40 und einen über ein Gelenk 42 mit dieser verbundenen Hebelarm 41, der über ein Gelenk 43 mit der hinteren Querstrebe 15 verbunden ist. Ein zwischen den beiden äußeren Gelenken 42, 43 liegendes Gelenk 44 des Hebelarms 41 ist über ein Verstellgetriebe mit einem Antriebsmotor 8 verbunden.
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Ein weiterer Verstellantrieb kann beispielsweise zur Sitzneigungsverstellung mit der vorderen Sitzhöhenverstellung 3 verbunden werden und über einen Exzenter an der vorderen Querstrebe 14 angreifen, so dass eine entsprechende Verstellung der vorderen Sitzhöhe bei Betätigen dieses Verstellantriebs erfolgt. 1 zeigt die Anordnung eines entsprechenden Verstellantriebs 6' in einem Ausschnitt Ader Sitzwanne 13, der beispielsweise aus einem Antriebsschnecken/Zahnsegment-Getriebe besteht. Dieses Getriebe, das auch für die hintere Sitzhöhenverstellung 4 eingesetzt werden kann, wird nachfolgend anhand der 2 näher dargestellt und beschrieben.
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Der in 2 in einer teilweise geschnittenen Ansicht dargestellte Verstellantrieb 6 enthält ein an einem Ende des Hebelarms 41 angeordnetes Zahnsegment 61, das mit einer Verstellschnecke 62 kämmt. Die Verstellschnecke 62 ist über ein Ritzel 63 mit der Antriebswelle des Antriebsmotors 8 gemäß 1 verbunden und überträgt eine Drehung der Antriebswelle in die eine oder andere Richtung auf den Hebelarm 41, der um das Gelenk 42 in die eine oder andere Richtung verschwenkt wird und über das Gelenk 43 das hintere Ende des Sitzuntergestells 10 bzw. bei passiver vorderer Sitzhöhenverstellung 3 auch das vordere Ende des Sitzuntergestells 10 anhebt und absenkt.
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Zur Messung des Belegungsgewichtes ist im Kraftfluss der Sitzhöhenverstellung ein Sensorelement 9 in axialer Verlängerung der Verstellschnecke 62 angeordnet, so dass die vom Verstellantrieb auf den Hebelarm 41 ausgeübte Verstellkraft zumindest anteilig erfasst und als Maß für das Belegungsgewicht verwendet werden kann. Da sich das Sensorelement 9 zwischen einem Element der Sitzhöhenverstellung 6 und der mit der Fahrzeugkarosserie über die Sitzlängsverstellung 2, 2' verbundenen Halteplatte 40 befindet, geht der Kraftfluss des Fahrzeugsitzes durch diese Schnittstelle, die im Kraftfluss nahe an der Sitzwanne 13, die das Belegungsgewicht aufnimmt, geht.
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Ein gleichartiger Verstellantrieb kann wie vorstehend ausgeführt wurde -auch in Bezug auf die vordere Sitzhöhenverstellung 3 angewandt werden und in gleicher Weise ein Sensorelement aufnehmen, das im Kraftfluss zwischen dem Fahrzeugsitz und einer karosseriefesten Anbindung der Sitzhöhenverstellung sowie möglichst nahe an der Sitzwanne 13 gemäß 1 liegt.
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In Abwandlung des in 2 dargestellten Verstellantriebs mit einem Antriebsschnecken/Zahnsegment-Getriebe zeigt 3 einen Verstellantrieb 7, der aus einer Verstellspindel 72 und einer Spindelmutter 71 besteht, die über ein Ritzel 73 mit einem manuellen oder motorischen Antrieb verbunden ist. Über eine Anlenkung 74 ist die Verstellspindel 72 mit dem Gelenk 44 des Verstellhebels 41 der hinteren Sitzhöhenverstellung 4 oder mit einem der vorderen Querstrebe 14 zur Verstellung der Sitzhöhenverstellung 3 verbundenen Exzenter verbunden.
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Die in Längsrichtung auf die Verstellspindel 72 bei einer Sitzhöhenverstellung einwirkende Kraft ist wiederum ein Maß für die Gewichtsbelastung des Fahrzeugsitzes, so dass ein Druck- oder Zugkraftsensor als Sensorelement 9' direkt in die Verstellspindel 72 integriert oder in die obere oder untere Anbindung der Verstellspindel 72 eingebunden werden kann. In der Anordnung des Verstellantriebs 7 gemäß 3 ist die Anordnung des Sensorelements 9' in die Verbindung der Verstellspindel 72 mit der Anlenkung 74 dargestellt. Dieses Sensorelement 9' erfasst die in Längsrichtung auf die Verstellspindel 72 einwirkende Verstellkraft und damit eine dem Belegungsgewicht des Fahrzeugsitzes proportionale Kraft.
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Voraussetzung für eine möglichst exakte Proportionalität der von dem jeweiligen Sensorelement 9 oder 9' erfassten Verstellkraft an einer im Kraftfluss der Höhenverstellung des Fahrzeugsitzes liegenden Schnittstelle ist eine möglichst reibungsfreie Sitzhöhenverstellkinematik, die durch die Anordnung von Kugel- oder Wälzlagern an den Gelenkpunkten der Sitzhöhenverstellungen 3, 4 vorgesehen sind. Durch die Minimierung der Reibungskräfte ist die vom jeweiligen Sensorelement 9 bzw. 9' erfasste und in ein elektrisches Signal umgewandelte Verstellkraft ein sehr genaues Maß für das Belegungsgewicht des Fahrzeugsitzes und ermöglicht dessen Erfassung mit minimalem Aufwand, minimalen Kosten und minimalem Bauraum.
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Um unabhängig von der Sitzposition des den Fahrzeugsitz belegenden Fahrzeuginsassen ein dem Belegungsgewicht sehr genau entsprechendes Signal zu erhalten, ist weiterhin eine möglichst parallele Sitzhöhenverstellkinematik erforderlich, das heißt auch für den Fall, dass das Gewicht der auf dem Fahrzeugsitz befindlichen Person überwiegend auf der Sitzvorderkante lastet, ist durch eine parallele Sitzhöhenverstellkinematik gewährleistet, dass der Kraftfluss in vollem Umfange durch das an einer geeigneten Schnittstelle beispielsweise des Verstellgetriebes liegende Sensorelement ein dem Belegungsgewicht proportionales Signal abgibt.
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Ist dies nicht erwünscht oder in Bezug auf eine Sitzneigungsverstellung nicht immer möglich, kann mit Hilfe eines weiteren Sensorelements die Neigungs-Gewichtskraft ermittelt und in Relation zur Gesamtsitzbelastung gestellt werden. Dies kann beispielsweise in der Weise erfolgen, dass ein im Kraftfluss der vorderen Sitzhöhenverstellung 3 angeordnetes Sensorelement und ein im Kraftfluss der hinteren Sitzhöhenverstellung 4 angeordnetes Sensorelement der jeweils erfassten Gewichtskraft proportionale Signale an einen Mikroprozessor abgeben, der über Speicher- oder Tabellenwerte sowie gegebenenfalls unter Berücksichtigung des eingestellten Sitzneigungswinkels das Belegungsgewicht des Fahrzeugsitzes berechnet.
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4 zeigt ein weiteres Ausführungs- und Anwendungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lösung bei dem ein Sensorelement 9'' im Kraftfluss eines als Spindelgetriebe ausgebildeten Verstellantriebs 7 einer Lehnenverstelleinrichtung 5 angeordnet ist, der wie das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel aus einer Spindelmutter 71 und einer Verstellspindel 72 besteht, die über eine Anlenkung 74 mit einem Gelenk 45 eines Verstellhebels 18 verbunden ist, dessen anderes Ende über ein Gelenk 17 an der Sitzlehne 16 angelenkt ist.
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Das Sensorelement 9'' ist in Längsrichtung der Verstellspindel 72 zwischen dieser und der Anlenkung 74 angeordnet und erfasst die von dem Verstellantrieb 7 bei einer Lehnenverstellung ausgeübte Verstellkraft, die ein Maß für die auf die Sitzlehne 16 einwirkende Andruckkraft ist. Auf diese Weise kann beispielsweise durch fortlaufende Erfassung der Andruckkraft durch minimale Verstellbewegungen der Sitzlehne 16 festgestellt werden, ob die auf dem Fahrzeugsitz 1 befindliche Person eine korrekte Sitzposition einnimmt oder sich ”Out-of-Position” befindet.
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Bei jedem der vorstehend beschriebenen Ausführungs- und Anwendungsbeispiele der erfindungsgemäßen Lösung ist grundsätzlich nur ein Sensorelement erforderlich, so dass die gegenüber bekannten Einrichtungen zur Messung des Belegungsgewichtes erforderlichen mehreren Sensoren eingespart werden können. Durch die Integration des einen Sensorelements in ein Getriebeteil einer Sitzverstelleinrichtung wird kein zusätzlicher Bauraum beansprucht und durch den Wegfall zusätzlicher für die Funktion des Sensorelements erforderlicher Bauteile wird Gewicht eingespart, ohne dass die Messergebnisse beispielsweise von der Sitzposition der auf dem Fahrzeugsitz befindlichen Person abhängen.
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Da das Sensorelement im Kraftfluss der Verstellkraft der Verstelleinrichtung angeordnet ist, werden keine Sensorelemente benötigt, die an exponierten Stellen des Fahrzeugsitzes oder der Sitzverstellungen angebracht werden müssen, so dass von dem Sensorelement kein negativer Einfluss auf das Verformungsverhalten der Sitzverstellung im Crashfall hat.
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Schließlich ist das an einer im Kraftfluss der Sitzverstellung liegenden Schnittstelle der Sitzverstelleinrichtung angeordnete Sensorelement problemlos für unterschiedliche Sitzverstelltypen einsetzbar und kann an die gebräuchlichsten Sitzverstelltypen mit nur geringfügigen Änderungen, beispielsweise durch die Anordnung von Wälzlagern an den Gelenkpunkten der Sitzhöhenverstellkinematik, eingesetzt werden.
