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Die
Erfindung betrifft einen Sitzbelegungssensor für die Ansteuerung eines Insassenschutzsystems
in einem Kraftfahrzeug mit einer Sensormatte, die eine obere Schicht,
eine untere Schicht und eine zwischen der oberen und der unteren
Schicht angeordnete Distanzschicht umfasst. Die obere Schicht und
die untere Schicht sind jeweils über
ein Haftmittel mit der Distanzschicht verbunden. Die obere und/oder
die untere Schicht sind jeweils auf ihren, der Distanzschicht zugewandten
Oberflächen
mit einer Leiterzugstruktur versehen, welche Verbindungsstrukturen
und Sensorkontakte umfasst.
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Derartige
Sitzbelegungssensoren sind in Form einer Sensormatte mit einer Vielzahl
an Sensorkontakten ausgebildet. Die Sensormatte ist in der Regel
unmittelbar unter einem Bezug eines Sitzes eines Kraftfahrzeugs
angeordnet. Mit den Sitzbelegungssensoren ist es möglich, eine
Klassifizierung von in dem Kraftfahrzeug befindlichen Personen anhand
deren Größe und Schwere
vorzunehmen. In Abhängigkeit
der ermittelten Paramenter wird die Auslösung eines Airbags und/oder
eines Gurtstraffers gesteuert. Bekannte Sitzbelegungssensoren zeigen
eine hohe Anfälligkeit
gegenüber
Brüchen
bei dreidimensionalen Belastungen, welche zum Ausfall des Sensors
führen
können.
Die Belastungen treten beispielsweise beim Ein- und Aussteigen eines
Insassen in das bzw. aus dem Kraftfahrzeug zu Tage, wobei eine zeitweilige
einseitige Belastung des Sitzbelegungssensors folgt. Die dabei auftretenden
Dehnungen und/oder Stauchungen in diesen Teilbereichen des Sitzbelegungssensors,
hervorgerufen durch das Gewicht des Insassen, können die unerwünschten
Beschädigungen
herbeiführen.
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Um
die mechanische Stabilität
der Sitzbelegungssensoren zu verbessern, wurde in der Vergangenheit
die Höhe
und Breite der Verbindungsstrukturen der Leiterzugstruktur variiert.
Die Verbindungsstrukturen umfassen Leiterbahnen und Widerstände, die
Sensorkontakte untereinander verbinden. Die Leiterzugstruktur ist
als leitende Paste oder Tinte mittels eines Druckvorganges auf die
obere und/oder untere Schicht aufgebracht. Dies erfolgte beispielsweise
durch den Einsatz unterschiedlicher Pasten oder Tinten, indem die
Größe und/oder
Form der in die Paste bzw. Tinte eingebetteten leitenden Materialien
verändert
wurde. Ferner wurde versucht, den mechanischen Aufbau des Sitzbelegungssensors
zu variieren. So wurde beispielsweise die Verbindungsstruktur mit
einer Schicht aus Carbon überzogen. Ferner
wurden Versuche mit veränderten
Materialien der Pasten und Tinten vorgenommen.
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Aus
der
EP 1 279 181 B1 ist
ebenfalls ein Sitzbelegungssensor zu entnehmen, der aus einer oberen
und einer unteren Schicht sowie einer Distanzschicht aufgebaut ist.
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Bislang
konnte jedoch keine zufrieden stellende Lösung gefunden werden.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Sitzbelegungssensor
zu schaffen, der eine mechanisch höhere Belastbarkeit aufweist,
um eine verbesserte Zuverlässigkeit
des Sitzbelegungssensors.
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Diese
Aufgabe wird durch einen Sitzbelegungssensor mit den Merkmalen des
Patentanspruches 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
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Ein
erfindungsgemäßer Sitzbelegungssensor
für die
Ansteuerung eines Insassenschutzsystems in einem Kraftfahrzeug umfasst
eine Sensormatte, welche eine obere Schicht, eine untere Schicht
und eine zwischen der oberen und der unteren Schicht angeordnete
Distanzschicht aufweist. Die obere Schicht und die untere Schicht
sind jeweils über
ein Haftmittel mit der Distanzschicht verbunden. Die obere und/oder
die untere Schicht sind jeweils auf ihren, der Distanzschicht zugewandten
Oberflächen
mit einer Leiterstruktur versehen, welche Verbindungsstrukturen
und Sensorkontakte umfasst.
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Die
Distanzschicht weist im Bereich der Verbindungsstrukutrer zumindest
abschnittsweise eine Aussparung auf, so dass die Verbin dungsstrukturen im
Bereich der Aussparung keinen Kontakt zu dem Haftmittel aufweisen.
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Der
Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass die hohe Anfälligkeit
für Brüche aufgrund von
dreidimensionalen Belastungen aus unterschiedlichen Haftkräften zwischen
dem Haftmittel und der Leiterzugstruktur sowie zwischen der Leiterzugstruktur
und der oberen bzw. unteren Schicht resultiert. Es wurde herausgefunden,
dass die Haftkraft zwischen dem Haftmittel und der Leiterzugstruktur
wesentlich größer ist
als die Haftkraft zwischen der Leiterzugstruktur und der oberen
bzw. unteren Schicht. Bei einer starken dreidimensionalen Verformung
kann sich deshalb die Leiterzugstruktur von der oberen bzw. unteren
Schicht ablösen
und im Weiteren brechen. Durch das Vorsehen einer Aussparung im
Bereich der Verbindungsstruktur kann dieser potentielle Risikofaktor
eliminiert werden.
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Erfindungsgemäß ist die
Aussparung im Bereich der Verbindungsstrukturen zumindest abschnittsweise
vorgesehen. Die Aussparung kann damit z. B. lediglich im Bereich
besonders beanspruchter Abschnitte der Leiterzugstruktur vorgesehen
sein. Hierdurch wird die Stabilität des Sitzbelegungssensors
nur geringfügig
beeinträchtigt.
Prinzipiell könnte die
Aussparung auch derart ausgestaltet sein, dass sie vollständig im
Bereich der Verbindungsstrukturen vorgesehen ist, sofern dies nicht
zu einer zu großen Instabilität des Sitzbelegungssensors
führt.
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Unter
dem Begriff der Verbindungsstrukturen sind im Rahmen der vorliegenden
Beschreibung all diejenigen Bestandteile der Leiterzugstruktur zu
verstehen, welche keinen Sensorkontakt darstellen. Verbindungsstrukturen
umfassen damit im Wesentlichen Leiterzüge und Widerstände, die
in den Leiterzügen integriert
sind. Ein Sensorkontakt bei einem gattungsgemäßen Sitzbelegungssensor ist
in Form eines Druckkontaktes ausgeführt, bei dem auf der oberen
und der unteren Schicht gegenüberliegend Schaltkontakte,
sog. Sensorkontaktflächen,
ange ordnet sind, wobei diese bei einer Druckbeanspruchung miteinander
in Kontakt gelangen. Bei einer Vielzahl derartiger Sensorkontakte
ergibt sich für
eine Person ein „Druckmuster", wobei dieses für eine Person
gegebener Schwere und Größe charakteristisch
ist.
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Gemäß einer
Ausgestaltung der Erfindung weist im Bereich der Aussparung die
Verbindungsstruktur keine gegenüberliegenden
Leiterzugabschnitte auf der oberen und der unteren Schicht auf, um
Kurzschlüsse
aufgrund der erfindungsgemäß vorgesehenen
Aussparung(en) zu verhindern.
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Grundsätzlich ist
die geometrische Gestaltung der Aussparung an die geometrische Gestalt Verbindungsstrukturen
angepasst. Dabei soll die Aussparung gemäß einer bevorzugten Ausführungsfrom
größer, insbesondere
breiter als die Verbindungsstruktur ausgeführt werden. Hierbei ist von
Bedeutung, dass das an die Verbindungsstruktur grenzende Haftmittel
nicht in Kontakt mit diesem gerät. Aufgrund
des Fertigungsprozesses eines Sitzbelegungssensors muss ferner eine
gegebene Toleranz berücksichtigt
werden, um dieses Erfordernis zu erfüllen, woraus die bevorzugte
Ausgestaltungsform resultiert.
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Die
Aussparung durchdringt gemäß einer weiteren
Ausführungsform
die Distanzschicht und das beidseitig auf die Distanzschicht aufgebrachte Haftmittel
vollständig.
Die Aussparung kann beispielsweise durch einen Stanzvorgang hergestellt werden.
Dies ist vorteilhaft, da dadurch die Verfahrensschritte bei der
Herstellung eines herkömmlichen Sitzbelegungssensors
nicht abgewandelt werden müssen,
da im Bereich der Sensorkontakte in der Distanzschicht und dem beidseitig
auf die Distanzschicht aufgebrachten Haftmittel von Haus aus Aussparungen
vorgesehen werden müssen.
Diese werden ebenfalls durch eine Stanzung realisiert.
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In
einer weiteren Ausführungsform
ist die Aussparung zumindest in den Bereichen der Sensormatte vorgesehen,
welche bei eingebautem Sitzbelegungssensor einer besonders starken
drei dimensionalen Belastung ausgesetzt ist. Welche Bereiche eines
Sitzes einer besonders starken Belastung ausgesetzt sind, ist vom
Sitztyp und der Einbauposition in einem Kraftfahrzeug abhängig. Prinzipiell
werden die der Zugangstür
des Kraftfahrzeugs zugewandten Seiten des Sitzbelegungssensors stärker beansprucht
als andere Bereiche.
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Die
Verbindungsstrukturen umfassen gemäß einer weiteren Ausbildung
Leiterbahnen und Widerstände.
Die Leiterzugstruktur, welche die Verbindungsstrukturen und die
Sensorkontakte umfasst, ist aus einer leitenden Paste, welche mittels
eines Druckvorganges auf die obere und/untere Schicht aufbringbar
ist, gebildet. Als leitende Paste wird häufig eine Silber-Tinte verwendet.
Hierbei sind Silberpartikel in ein viskoses Basismaterial, die Tinte,
eingebracht. Hierdurch ergibt sich durch den Anteil an leitenden
Partikeln eine gewünschte
elektrische Leitfähigkeit.
Die Widerstände
der Verbindungsstrukturen sind ebenfalls in gedruckter Form auf
die oberen und/untere Schicht aufgebracht, wobei die Widerstände gegenüber den
Leiterzugstrukturen in ihrer Breite und damit in ihrem Widerstand
variieren können.
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Es
kann weiter vorgesehen sein, dass die Leiterzugstruktur mit einer
Abdeckschicht, insbesondere aus Carbon, versehen ist.
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Die
obere und/oder die untere Schicht sind z. B. aus einem Kunststoff,
insbesondere Polyimid (PI) oder Polyethylenterephthalat (PET) oder
Polyethylennaphtalat (PEN), gebildet.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine
Draufsicht auf die in einer Sensormatte verwendeten Schichten für einen
erfindungsgemäßen Sitzbelegungssensor,
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2 eine
Draufsicht auf einen Teil des erfindungsgemäßen Sitzbelegungssensors, bei
dem die in 1 gezeigten Schichten übereinander
angeordnet sind,
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3 einen
Schnitt längs
der Linie A-A des in 2 dargestellten Sitzbelegungssensors,
und
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4 eine
Querschnittsdarstellung eines aus dem Stand der Technik bekannten
Sitzbelegungssensors.
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1 zeigt
die einzelnen Schichten einer Sensormatte 10 zur Verwendung
in einem erfindungsgemäßen Sitzbelegungssensor.
Dabei ist lediglich ein Ausschnitt eines vollständigen Sitzbelegungssensors
dargestellt, anhand dem das Prinzip der Erfindung erläutert wird.
Die in den Figuren dargestellten Merkmale können in der Praxis in ihren
Relationen zueinander größer oder
auch kleiner sein. In den Figuren sind gleiche Merkmale mit gleichen
Bezugszeichen versehen.
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Die
Sensormatte 10 umfasst eine obere Schicht 11,
eine untere Schicht 12 und eine Distanzschicht 13,
welche im Rahmen des Herstellungsvorganges des Sitzbelegungssensors
miteinander verbunden werden.
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Vor
dem Verbinden der jeweiligen Schichten 11, 12, 13 wird
auf eine Oberfläche 14 der
oberen Schicht 11 eine Leiterzugstruktur aufgebracht. Die Leiterzugstruktur
umfasst Verbindungsstrukturen und Sensorkontakte. Die Verbindungsstruktur
umfasst im Ausführungsbeispiel
Leiterzüge 16, 17 sowie
einen Widerstand 19. Eine Sensorkontaktfläche ist
mit dem Bezugszeichen 21 gekennzeichnet. Die obere Schicht 11 ist
ferner mit einem Entlüftungsloch 26 versehen,
welches beispielsweise durch Ausstanzen in die obere Schicht 11 eingebracht
ist. In entsprechender Weise ist auf einer Oberfläche 15 der
unteren Schicht 12 eine Leiterzugstruktur aufgebracht. Diese
ist in der Darstellung durch einen Leiterzug 18 und eine
Sensorkontaktfläche 22 ausgebildet.
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Die
obere und die untere Schicht 11, 12 sind beispielsweise
aus einem Kunststoff gefertigt. Es bieten sich insbesondere Polyimid
(PI) oder Polyethylenterephthalat (PET) an. Daneben sind auch andere Kunststoffe
vorstellbar.
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Die
Leiterzugstruktur, umfassend die Verbindungsstrukturen und die Sensorkontakte,
ist aus einer leitenden Paste gebildet. Es kann beispielsweise eine
Silber-Tinte verwendet werden. Dabei kann die leitende Paste durch
einen Druckvorgang auf die Oberflächen 14 bzw. 15 aufgebracht
werden, wobei während
des Druckvorganges bereits die in 1 dargestellten
Verbindungsstrukturen auf der oberen bzw. der unteren Schicht ausgebildet
werden.
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Wie
aus den Querschnittsdarstellungen der 3 und 4 besser
hervorgeht, werden die obere Schicht 11 und die untere
Schicht 12 über
eine Distanzschicht 13 miteinander verbunden. Die ebenfalls aus
einem Kunststoff gebildete Distanzschicht 13 weist in bekannter
Weise im Bereich der Sensorkontaktflächen 21, 22 eine
Aussparung 24 auf. Über
die Aussparung 24 können
die gegenüberliegend
angeordneten Sensorkontaktflächen 21, 22 bei
Druckbeaufschlagung miteinander in Kontakt gebracht werden, wenn
alle Schichten 11, 12, 13 miteinander
verbunden sind. Um hierbei der im unbelasteten Zustand zwischen
den Sensorkontaktflächen 21, 22 befindlichen
Luft eine Möglichkeit
zum Entweichen zu geben, ist die Aussparung 24 über einen
Kanal 25 mit einer Aussparung 27 in der Distanzschicht 13 verbunden.
Die Aussparungen 24, 27 und der Kanal 25 können z.
B. durch Stanzen in die Distanzschicht 13 eingebracht werden.
Im zusammengebauten Zustand der drei Schichten 11, 12, 13 kommt
die Aussparung 27 dabei im Bereich des Entlüftungslochs 26 zu
liegen, so dass bei einer Druckbeanspruchung über den Entlüftungskanal 25 Luft
entweichen kann.
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Um
die mechanische Belastbarkeit zu verbessern, ist in der Distanzschicht 13 eine
Aussparung 23 im Bereich der Verbindungsstrukturen 16, 17, 18, 19 vorgesehen.
Im in 1 gewählten
Ausführungsbeispiel
ist die Aussparung 23 abschnitts weise dem Leiterzug 17 sowie
dem Widerstand 19 zugeordnet. Die entsprechenden Abschnitte
sind mit den Bezugszeichen 28 und 29 gekennzeichnet.
Wie aus der prinzipiellen Darstellung der 1 hervorgeht,
ist die Aussparung 23 dabei an die geometrische Gestalt des
Leiterzugs 17 und dem darin eingebrachten Widerstand 19 angepasst,
wobei die Aussparung 23 jedoch eine größere Breite aufweist.
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2 zeigt
einen Abschnitt der Sensormatte 10 bei übereinander angeordneten Schichten 11, 12, 13. 2 ist
eine schematische Darstellung, aus der auch hervorgeht, dass die
Sensorkontaktflächen 21, 22 übereinander
zum Liegen kommen, wodurch ein Sensorkontakt 20 ausgebildet
ist. Ferner geht aus der Darstellung der 2 gut hervor,
dass der Leiterzug 18 auf der unteren Schicht 12 an
keiner Stelle mit der Verbindungsstruktur auf der oberen Schicht 11 überlappt.
Hierdurch wird auch bei vorgesehener Aussparung 23 in der
Distanzschicht 13 sichergestellt, dass bei einer mechanischen
Belastung kein Kurzschluss zwischen Einzelnen der Leiterzüge 16, 17, 18 bzw.
einem der darin integrierten Widerstände 19 auftreten kann.
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Das
Vorsehen der erfindungsgemäßen Aussparung
vermeidet ein abschnittsweises Anliegen eines Haftmittels an der
Verbindungsstruktur, im Ausführungsbeispiel
an dem Leiterzug 17 und dem Widerstand 19. Da
die Haftkraft zwischen dem Haftmittel und der Leiterzugstruktur
größer ist
als die Haftkraft zwischen der Leiterzugstruktur und der im Ausführungsbeispiel
oberen Schicht 11 wird ein Ablösen der Leiterzugstruktur von
der oberen Schicht 11 bei einer mechanischen, dreidimensionalen
Belastung verhindert.
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In 3 ist
ein Schnitt durch die Sensormatte längs der Linie A-A aus 2 dargestellt.
Dieser Darstellung ist ein Querschnitt einer herkömmlichen Sensormatte
des gleichen Aufbaus in 4 gegenübergestellt.
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Zunächst geht
aus 3 hervor, dass die obere Schicht 11 und
die untere Schicht 12 über
zwei Haftschichten 31 mit der Distanzschicht 13 verbunden
sind. Die Haftschichten 31 sind beidseitig der Distanzschicht 13 angeordnet
und liegen in der Praxis als Verbundschicht 30 vor. Die
Haftschichten 31 weisen eine gegenüber der Trägerschicht 30 größere Dicke
auf, um Unebenheiten aufgrund der auf den Oberflächen 14, 15 aufgebrachten
Verbindungsstrukturen zumindest teilweise auszugleichen. Gut ersichtlich
ist aus 3, dass die Aussparung 23 eine größere Breite
als der Leiterzug 17 aufweist. Ebenso gut ersichtich ist,
dass dem Leiterzug 17 auf der Oberfläche 15 der unteren
Schicht 12 kein Bestandteil der Verbindungsstruktur gegenüberliegt.
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Demgegenüber zeigt
die Darstellung der 4, in welcher in die Haftschicht
keine Aussparung 23 im Bereich der Verbindungsstrukturen
eingebracht ist, dass die auf den Oberflächen 14, 15 aufgebrachten
Verbindungsstrukturen 16, 17, 18 grundsätzlich von
dem Haftmittel der Haftschicht 31 umgeben sind. Aufgrund
der wesentlichen größeren Haftkraft
der Verbindungsstruktur zu dem Haftmittel im Vergleich zu dem Material
der oberen und Schicht 11, 12 kann sich bei ungünstiger
Beanspruchung eine Ablösung
und in Folge dessen eine funktionelle Störung ergeben. Die Ablösung ist
in der Regel mit einem Bruch des entsprechenden Leiterzuges oder Widerstandes
verbunden.
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Durch
das Vorsehen einer abschnittsweisen Aussparung in der Distanzschicht
im Bereich von Verbindungsstrukturen können Haftungsvariationen über die
Lebensdauer des Sitzbelegungssensors ausgeschlossen werden. Darüber hinaus
ist es möglich,
die Verbindungsstrukturen mit geringeren Dicken auszuführen. Dies
führt zu
einer erhöhten
Flexibilität
der Sensormatte in besonders beanspruchten Bereichen des Sitzbelegungssensors.
Insgesamt lassen sich Brüche
von Leiterbahnen und Festwiderständen
vermeiden, wodurch Ausfallraten des Sitzbelegungssensors minimiert
sind.