DE102005058857B4

DE102005058857B4 - Einklemm-Sensorvorrichtung

Info

Publication number: DE102005058857B4
Application number: DE102005058857.3A
Authority: DE
Inventors: Dr. Kindermann Lutz-Herbert
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2005-12-09
Filing date: 2005-12-09
Publication date: 2016-10-20
Anticipated expiration: 2025-12-10
Also published as: DE102005058857A1

Abstract

Einklemm-Sensorvorrichtung (1, 6) für ein an einem Fahrzeugkarosseriegerüst beweglich angeordnetes Fahrzeugkarosserieteil umfassend – eine drucksensitive Schicht (4, 8) zur Erfassung eines auf sie ausgeübten Drucks und zur Bereitstellung eines entsprechenden Sensorsignals, dadurch gekennzeichnet, dass – die drucksensitive Schicht (4, 8) eine DLC(Diamond Like Carbon)-Schicht aufweist, – die Einklemm-Sensoreinrichtung einen Dichtungskeder (2) aufweist, und – die drucksensitive Schicht (4, 8) zwischen einem Metallstreifen (3) und einer Gegenelektrode (5) innerhalb des Dichtungskeders (2) von diesem wasserdicht umschlossen angeordnet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung beschreibt eine Einklemm-Sensorvorrichtung für ein an einem Fahrzeugkarosseriegerüst beweglich angeordnetes Fahrzeugkarosserieteil mit einer drucksensitiven Schicht zur Erfassung eines auf sie ausgeübten Drucks und zur Bereitstellung eines entsprechenden Sensorsignals, wobei die drucksensitive Schicht eine DLC(Diamond Like Carbon)-Schicht aufweist. Des Weiteren wird eine Fahrzeug-Einklemmschutzvorrichtung und eine Automatikvorrichtung zum Bewegen eines an einem Fahrzeugkarosseriegerüst beweglich angeordneten Fahrzeugkarosserieteils vorgestellt.
Mit einer automatischen Heckklappe ausgestattete Fahrzeuge weisen häufig mindestens einen Drucksensor zur Verhinderung eines Einklemmunfalls auf. Der Drucksensor ist dabei so an einem Öffnungsspalt der Heckklappe angeordnet, dass ein Fremdgegenstand bei den automatischen Schließen der Heckklappe einen Druck auf diesen ausübt. Der Drucksensor reagiert auf den erfassten Druck sofort mit der Aktivierung eines Warnsignals und/oder mit einem Anhalten des automatischen Schließens der Heckklappe.
Ein entsprechender Drucksensor ist beispielsweise die in der Druckschrift DE 195 35 796 A1 beschriebene Dichtung mit einer Schicht aus einem piezoelektrischen Material. Diese Schicht soll aus Quarzkristallen, Lithiumsulfat oder Rochelle-Salz, sowie aus Polyvinylidenfluorid aufgebaut sein. Die Druckschrift DE 101 30 344 A1 betrifft eine Einklemmschutzvorrichtung für ein schließbares Fahrzeugteil mit einer Sensorleiste zum Erkennen eines Einklemmens eines Gegenstands. Der ist in der Druckschrift DE 103 15 188 A1 offenbarte Drucksensor weist dünne Schichten oder Folien eines piezoelektrischen oder elektroaktiven Polymer(EAP)-Materials auf. Dieses Polymer(EAP)-Material soll zur Erfassung eines möglichen Fremdgegenstands auf verschiedenen Materialien wie Glas oder Metall aufgeklebt werden.
Die in den Druckschriften DE 195 35 796 A1 , DE 101 30 344 A1 und DE 103 15 188 A1 beschriebenen Drucksensoren weisen allerdings den Nachteil auf, dass ihre Herstellung teilweise mit sehr arbeitsintensiven Schritten verbunden ist. Zusätzlich ist die Montage eines dieser Drucksensoren an einer Heckklappe häufig zeit- und arbeitsaufwendig. Dies macht die Ausstattung eines Fahrzeugs mit einem dieser Drucksensoren für einen Kunden entsprechend teuer.
Aus der Druckschrift DE 195 35 796 A1 ist eine Einklemm-Sensorvorrichtung für ein an einem Fahrzeugkarosseriegerüst beweglich angeordnetes Fahrzeugkarosserieteil (z. B. Schiebedach) bekannt. Zur Erfassung eines Drucks und zur Bereitstellung eines entsprechenden Sensorsignals dient ein piezoelektrisches Element, z. B. eine Schicht aus einem piezoelektrischen Material.
Die Druckschrift DE 103 33 986 A1 offenbart einen Sitzbelegungssensor, der in Abhängigkeit von einer Druckbelastung ein Signal erzeugt. Die Druckbelastung wird durch einen piezoelektrischen Lack in ein elektrisches Signal umgewandelt.
Ferner beschreibt die Druckschrift DE 199 54 164 A1 einen Sensor zur Zustandsbestimmung von Kenngrößen an mechanischen Komponenten unter Verwendung von amorphen Kohlenstoffschichten mit piezoresistiven Eigenschaften. Als Zustandsgrößen können die Kraft, die auf eine Oberfläche einwirkt, oder der Druck gemessen werden.
Drucksensoren sind häufig aufgrund ihrer exponierten Anbringposition einer hohen Belastung durch Temperatureinflüsse, Wind oder Feuchtigkeit ausgesetzt. Herkömmliche Drucksensoren sind dabei mit dem Nachteil behaftet, dass sie sehr anfällig gegenüber den genannten Belastungen sind. Dies kann zu einer Beschädigung des Drucksensors und damit zu weiteren Kosten für den Benutzer führen. Wird die Beschädigung zudem nicht rechtzeitig erkannt, so kann dies zu einem durch den funktionsbeeinträchtigten Drucksensor nicht verhinderten Einklemmunfall führen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zu finden, über welche die oben genannten Nachteile zumindest teilweise reduzierbar sind.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Einklemm-Sensorvorrichtung für ein an einem Fahrzeugkarosseriegerüst beweglich angeordnetes Fahrzeugkarosserieteil mit einer drucksensitiven Schicht zur Erfassung eines auf sie ausgeübten Drucks und zur Bereitstellung eines entsprechenden Sensorsignals, wobei die drucksensitive Schicht eine DLC(Diamond Like Carbon)-Schicht aufweist.
Dabei weisen Drucksensoren mit einer sensitiven Schicht aus DLC den Vorteil auf, dass sich diese Materialien leicht innerhalb eines Dichtungsteils anbringen lassen. Die Anbringung kann somit auf einfache Weise so erfolgen, dass die sensitive Schicht des fertigen Drucksensors über eine Kunststoffumhüllung wasserdicht und wärmeisoliert von der Umgebung abgeschlossen ist. Dies gewährleistet einen besseren Schutz des Drucksensors vor einer Beschädigung durch Feuchtigkeit, Fahrtwind oder extrem hohe oder tiefe Temperaturen. Durch die einfach realisierbaren Möglichkeiten zum Anbringen einer DLC-Schicht innerhalb einer Kunststoffumhüllung lässt sich eine erfindungsgemäße Einklemm-Sensorvorrichtung zudem gegenüber einem Drucksensor mit einer Piezofolie kostengünstiger herstellen. Mit DLC-Schichten lassen sich geringe Kräfte über eine deutlich nachweisbare Widerstandsänderung messen. Damit gewährleistet eine erfindungsgemäße Einklemm-Sensorvorrichtung zusätzlich ein frühzeitiges Erkennen eines Fremdgegenstands an einem motorisch bewegten Karosserieteil beim Bewegen des Karosserieteils.
Piezokeramiken erzeugen bei einer mechanischen Beanspruchung ein dazu proportionales Feld. Die bei der Verformung induzierte Spannung kann über ein Multimeter abgegriffen werden. Allerdings ist dieses Signal nur im Moment der Verformung der Piezokeramik unvermindert nachweisbar. Verharrt die Piezokeramik in dem verformten Zustand, so fließen die Ladungen langsam ab und das Signal geht verloren. Demgegenüber liefern DLC-Schichten zu jedem Zeitpunkt der Bestromung ein belastungsabhängiges Widerstandssignal.
Hierdurch ist bei einer erfindungsgemäßen Einklemm-Sensorvorrichtung mit einer DLC-Schicht ein Nachweis einer stattgefundenen Verformung über einen längeren Zeitraum möglich. Beispielsweise kann zuerst bei einer Erfassung einer Widerstandsänderung an der DLC-Schicht ein Stoppsignal an die Automatik des Karosserieteils ausgegeben werden. Wird die Widerstandsänderung zu einem späteren Zeitpunkt noch immer erfasst, so kann die von dem Karosserieteil bereits vor der Erfassung der Widerstandsänderung ausgeführte Bewegung rückgängig gemacht werden.
Ein Karosserieteil oder ein Karosseriegerüst kann direkt mit einer DLC-Schicht beschichtet werden. Über eine entsprechende Auswerteeinrichtung lässt sich auch in diesem Fall eine Berührung der drucksensitiven Schicht während eines Öffnungs- und/oder eines Schließvorgangs nachweisen. Dabei bietet eine Beschichtung eines Karosserieteils oder eines Karosseriegerüst mit einer DLC-Schicht eine kostengünstige Möglichkeit zur Realisierung eines sicheren Einklemmschutzes. Vorteilhafte Weiterbildungen einer erfindungsgemäßen Einklemm-Sensorvorrichtung nach Anspruch 1 können dem weiteren Unteranspruch 2 entnommen werden. Eine erfindungsgemäße Einklemm-Sensorvorrichtung kann dabei auch Bestandteil einer Fahrzeug-Einklemmschutzvorrichtung und einer Automatikvorrichtung zum Bewegen eines an einem Fahrzeugkarosseriegerüst beweglich angeordneten Fahrzeugkarosserieteils sein.
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen:
1 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen DLC-Sensorkeder; und
2 ein Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen DLC-Sensor.
Die nachfolgend näher geschilderten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar.
In 1 ist ein erfindungsgemäßer DLC(Diamond Like Carbon)-Sensorkeder 1 im Querschnitt dargestellt. Der betreffende DLC-Sensorkeder 1 ist als Teil einer Dichtung an einer nicht dargestellten automatischen Heckklappe angeordnet. Selbstverständlich ist das hier beschriebene Beispiel eines erfindungsgemäßen DLC-Sensorkeders 1 auch bei einem Fahrzeugfenster, einer Fahrzeugtür, einem Schiebedach, einem Cabrioverdeck oder bei einer manuell betätigbaren Heckklappe anwendbar.
An seinem Äußeren weist der DLC-Sensorkeder 1 einen Keder 2 aus Kunststoff auf. Als Keder 2 eignet sich dabei ein herkömmlicher Kunststoff-Keder mit einem Innenvolumen, in welches die im Weiteren beschriebenen Komponenten in einem einfach auszuführenden Verfahren hineingeschoben sind. Dieser Keder 2 besteht aus einem wasserdichten, nicht elektrisch leitenden und wärmeisolierenden Gummimaterial. Zusätzlich ist der Keder 2 leicht verformbar. Gerät beispielsweise eine Hand einer Person während eines Schließens der automatischen Heckklappe in den Spalt zwischen der Heckklappe und dem Kofferraumrand, so führt der dabei durch die Hand auf den DLC-Sensorkeder 1 ausgelöste Druck zu einer Verformung des Keders 2. Der Keder 2 dient damit zur Weiterleitung des Drucks in den sich darin befindenden Innenraum.
Im Inneren des Keders 2 befindet sich ein Metallstreifen 3 mit einer darauf angebrachten DLC(Diamond Like Carbon)-Schicht 4 und einer auf der Gegenseite der DLC-Schicht 4 angeordneten Gegenelektrode 5. Über den Metallstreifen 3 und die Gegenelektrode 5 ist die DLC-Schicht 4 bestrombar.
Das Innere des DLC-Sensorkeders 1 wird von dem Keder 2 wasserdicht umschlossen. Somit ist gewährleistet, dass das Innere des DLC-Sensorkeders 1 auch an einer exponierten Fahrzeugposition gut einem Eindringen von Feuchtigkeit geschützt ist. Des Weiteren dient der Keder 2 für die darin angebrachten Komponenten auch als Wind- und Temperaturschutz.
Durch einen Druck auf den DLC-Sensorkeder 1 wird die DLC-Schicht 4 verformt. Diese Verformung der DLC-Schicht 4 lässt sich über einen geänderten elektrischen Widerstand der DLC-Schicht 4 durch eine in 1 nicht dargestellten Sensoreinrichtung nachweisen.
Die Sensoreinrichtung reagiert bei einer erfassten Änderung des elektrischen Widerstands der DLC-Schicht 4 mit der Ausgabe eines Stoppbefehls an die Fahrautomatik der Heckklappe. Die Schließbewegung der Heckklappe wird anschließend sofort gestoppt. Wird die elektrische Widerstandsänderung in der DLC-Schicht 4 nach Ablauf eines vorgegebenen Zeitintervalls noch immer über die Sensoreinrichtung nachgewiesen, so gibt die Sensoreinrichtung ein Steuersignal zum Öffnen der Heckklappe an die Fahrautomatik aus. Die Heckklappe öffnet sich daraufhin automatisch und die Hand kann problemlos aus dem Spalt zwischen der Heckklappe und dem Kofferraumrand gezogen werden.
In 2 ist ein weiteres Beispiel eines erfindungsgemäßen DLC(Diamond Like Carbon)-Sensors 6 gezeigt. Der DLC-Sensor 6 lässt sich ebenfalls für alle oben schon genannten Beispiele eines an einem Karosseriegerüst beweglich angeordneten Fahrzeugteils verwenden. Bei dem Beispiel aus 2 wurde auf ein Einzeichnen der das Innere des DLC-Sensors 6 umhüllenden Gummiumhüllung verzichtet. Der DLC-Sensor 6 weist in seinem Inneren einen Isolierstreifen 7 mit einer vergleichsweise geringen Leitfähigkeit auf. Auf diesen Isolierstreifen 7 ist eine mäanderförmige DLC(Diamond Like Carbon)-Beschichtung 8 aufgetragen. Als Alternative dazu ist auch eine gerade DLC-Linie möglich.
An den beiden Enden des Isolierungsstreifens 7 befinden sich Elektroden, welche in 2 allerdings nicht eingezeichnet sind. Diese stehen mit den beiden Enden der DLC-Beschichtung 8 so im Kontakt, dass eine Bestromung der DLC-Beschichtung 8 möglich ist. Über einen auf den DLC-Sensor 6 wirkenden Druck wird die DLC-Beschichtung 8 verformt. Dies ist mit einer Änderung des elektrischen Widerstands der DLC-Beschichtung 8 verbunden, welche sich über eine in 2 nicht skizzierte Sensoreinrichtung nachweisen lässt.
Bei einer erfassten Widerstandsänderung kann die Sensoreinrichtung sofort ein entsprechendes Sensorsignal an eine Fahrzeugkomponente, beispielsweise an die Fahrautomatik eines verfahrbaren Karosserieteils, ausgeben. Ebenso kann aber auch in Abhängigkeit des Sensorsignals ein akustisches Warnsignal aktiviert werden.
Als Alternative zu den in 1 und 2 vorgestellten Vorrichtungen kann eine erfindungsgemäße Einklemm-Sensorvorrichtung auch aus einer polierten Unterlegscheibe mit einer DLC-Beschichtung 8 aufgebaut sein. Die Unterlegscheibe wird anschließend auf beiden Seiten mit einer dünnen Cu-Platte kontaktiert. Auf diese Weise lassen sich schon bei sehr geringen Kräften signifikante Widerstandsänderungen an der fertig präparierten Unterlegscheibe messen.
Des Weiteren können die in den 1 und 2 dargestellten Vorrichtungen anstelle einer DLC-Schicht 4 oder einer DLC-Beschichtung 8 auch einen Piezolack aufweisen, was hier aber nicht beansprucht wird. Eine Formänderung an den entsprechenden Piezolacken lässt sich über die dabei induzierte Spannung nachweisen. In Abhängigkeit des Spannungssignals kann sofort eine Fahrautomatik eines verfahrbaren Karosserieteils gestoppt und/oder eine Warneinrichtung aktiviert werden.
Eine weitere Anwendungsmöglichkeit besteht darin, Piezolack-Schichten und/oder DLC-Schichten auf die Kanten eines verfahrbaren Karosserieteils, beispielsweise einer Heckklappe, aufzutragen. Bei einer Berührung der drucksensitiven Schichten während eines Öffnungs- und/oder eines Schließvorgangs signalisiert eine Auswerteeinheit sofort dem Stellmotor ein Hindernis im Schließbereich des Karosserieteils.

Claims

Einklemm-Sensorvorrichtung (1, 6) für ein an einem Fahrzeugkarosseriegerüst beweglich angeordnetes Fahrzeugkarosserieteil umfassend – eine drucksensitive Schicht (4, 8) zur Erfassung eines auf sie ausgeübten Drucks und zur Bereitstellung eines entsprechenden Sensorsignals, dadurch gekennzeichnet, dass – die drucksensitive Schicht (4, 8) eine DLC(Diamond Like Carbon)-Schicht aufweist, – die Einklemm-Sensoreinrichtung einen Dichtungskeder (2) aufweist, und – die drucksensitive Schicht (4, 8) zwischen einem Metallstreifen (3) und einer Gegenelektrode (5) innerhalb des Dichtungskeders (2) von diesem wasserdicht umschlossen angeordnet ist.
Einklemm-Sensorvorrichtung (1, 6) nach Anspruch 1 2, die einen Träger (7) aufweist, wobei die drucksensitive Schicht (8) mäanderförmig auf dem Träger (7) ausgebildet ist.
Fahrzeug-Einklemmschutzvorrichtung umfassend eine Einklemm-Sensorvorrichtung (1, 6) nach einem der Ansprüche 1 bis 2.
Automatikvorrichtung zum Bewegen eines an einem Fahrzeugkarosseriegerüst beweglich angeordneten Fahrzeugkarosserieteils umfassend eine Fahrzeug-Einklemmschutzvorrichtung nach Anspruch 3.