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Die Erfindung betrifft ein Sensorelement, insbesondere ein Sitzbelegungserkennungs-Sensorelement, eine Anordnung von zwei solchen Sensorelementen, eine Federmatte damit, eine Unterbaustruktur für einen Sitz damit und einen Sitz damit.
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Sitze, insbesondere Fahrzeugsitze für Kraftfahrzeuge müssen neben der Verwirklichung von Komfortaspekten wie einer guten Stützwirkung, einer ausreichenden Bewegungsfreiheit, einer angenehmen Sitztemperierung sowie einem guten Schwingungs- und Dämpfungsverhalten auch häufig mit der Fähigkeit ausgestattet sein, die Belegung des Sitzes zuverlässig zu erfassen.
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Aus der
DE 199 59 276 A1 ist eine Vorrichtung und ein Testverfahren für die Sitzbelegungserkennung bei Autositzen als Voraussetzung für intelligente Rückhaltesysteme mit Personenklassifizierung und angepasster Auslösestrategie für Gurtstrammer, Gurtkraftbegrenzer und Airbags bekannt. Diese Vorrichtung hat eine dünne flexible Trägerstruktur, z. B. eine Kunststofffolie oder eine Matrix aus Kunststoffstreifen als Basis, die unmittelbar unter der gesamten Sitzfläche platziert ist und sich genau der Sitzkontur anpasst. In die Trägerstruktur sind eine Vielzahl flacher Drucksensoren, ein oder mehrere flache Datenspeicher, ein oder mehrere flache Transponder sowie eine autonome Spannungsquelle integriert. Das ermittelte Datenmuster repräsentiert Art und Stärke der Sitzbelegung und das Sitzdruckprofil.
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Eine solche Vorrichtung ist sehr teuer, da schon die benötigten Bauteile sehr teuer sind und zudem die Montage auf dem Sitzschaum oder dem Bezug arbeits- und kostenintensiv ist. Zudem ist eine solche Vorrichtung empfindlich und fehleranfällig.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Sensorelement anzugeben, mit dem eine einwirkende Kraft präzise und zuverlässig ermittelt werden kann, das jedoch gleichzeitig kostengünstig hergestellt werden kann und zudem robust ist. Insbesondere soll ein Sitzbelegungserkennungs-Sensorelement angegeben werden, mit dem die Belegung eines Sitzes und/oder die Gewichtskraft einer auf einem Sitz sitzenden Person präzise und zuverlässig erkannt werden kann, das jedoch gleichzeitig kostengünstig hergestellt und eingebaut werden kann und zudem robust ist. Des Weiteren sollen eine Anordnung mit solchen Sensorelementen, eine Federmatte für einen Sitz, eine Unterbau-Struktur für einen Sitz sowie ein Sitz angegeben werden, die ebenfalls die genannten Vorteile verwirklichen.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst, vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Ein erfindungsgemäßes Sensorelement, insbesondere Sitzbelegungserkennungs-Sensorelement umfasst eine Doppelkörper-Druckfeder; einen Basiskörper mit einer im Wesentlichen zylindrischen Ausnehmung zur Aufnahme der Doppelkörper-Druckfeder; und ein verschiebbares Element mit einer Krafteinwirkseite und mit einer dem Basiskörper zugewandten Innenseite; eine Messspule, die in der im Wesentlichen zylindrischen Ausnehmung angeordnet und von der Doppelkörper-Druckfeder umgeben ist, und die einen gewickelten Spulendraht aufweist; und eine Stromerzeugungs-, Mess- und Auswerteeinheit, die mit dem gewickelten Spulendraht der Messspule verbunden ist; wobei die Doppelkörper-Druckfeder mit ihrem ersten Basiskörper-seitigen Ende an dem Basiskörper anliegt und mit ihrem zweiten verschiebbaren Element-seitigen Ende an dem verschiebbaren Element festgelegt ist und durch eine auf die Krafteinwirkseite des verschiebbaren Elements einwirkende Kraft von einem Ausgangszustand, in dem die Doppelkörper-Druckfeder eine nicht zusammengedrückte oder eine um ein vorbestimmtes Maß zusammengedrückte Ausgangsfederlänge aufweist, in einen zusammengedrückten Zustand kürzerer Federlänge zusammendrückbar ist; wobei die Federdrahtenden der Doppelkörper-Druckfeder elektrisch leitend miteinander verbunden sind, sodass diese eine Federspule bildet; wobei die Messspule und die Federspule eine induktiv gekoppelte Spulenanordnung bilden; und wobei die Stromerzeugungs-, Mess- und Auswerteeinheit so ausgebildet ist, dass sie die Messspule mit einem definierten Wechselstrom beaufschlagt, sodass in der Doppelkörper-Druckfeder ein Wechselstrom induziert wird, dass sie die Spannung an der Messspule, die der Gesamtimpedanz der induktiv gekoppelten Spulenanordnung proportional ist, misst, und aus der Gesamtimpedanz die auf die Krafteinwirkseite des verschiebbaren Elements einwirkende Kraft ermittelt.
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Erfindungsgemäß wird zur Kraftmessung eine Druckfeder benutzt, die – neben der mechanischen Kraftaufnahme in axialer Richtung und Speicherung der Kraft – elektrisch wie eine Spule wirkt und somit eine Federspule bildet, und deren Induktivität sich mit der Federlänge entsprechend der Belastung ändert. Dies wird zur elektrischen Auswertung genutzt.
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Erfindungsgemäß wird als Federspule eine Doppelkörperfeder verwendet, die insbesondere zwei ineinander liegende Federn aufweist, die elektrisch in Reihe geschaltet sind und auf einer Seite mit einer zusätzlichen Verbindung kurzgeschlossen sind.
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Durch die induktive Kopplung der Federspule mit einer zusätzlichen Messspule kann die Schwierigkeit der Kontaktierung der Federenden vermieden werden.
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Die Messspule und die Federspule der induktiv gekoppelten Spulenanordnung sind durch den gemeinsamen Fluss verbunden und bilden einen kurzgeschlossenen Transformator.
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Die Impedanz kann mit dem Windungsverhältnis vergrößert werden, dies wird durch die unvollkommene Kopplung begrenzt.
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Das erfindungsgemäße Sensorelement ist für beliebige Einsatzzwecke geeignet, in denen eine einwirkende Kraft zuverlässig bestimmt werden muss und bei denen gleichzeitig die Anforderung an einen einfachen, kompakten und robusten Aufbau und an eine kostengünstige Herstellung besteht.
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Ein erfindungsgemäßes Sensorelement ist konstruktiv einfach und kompakt aufgebaut, kann daher einfach und kostengünstig hergestellt werden, und ist robust und sehr langlebig.
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Durch die einfache und kompakte Bauweise sowie die einfache Funktion des erfindungsgemäßen Sitzbelegungserkennungs-Sensorelements kann die auf die Krafteinwirkseite des verschiebbaren Elements einwirkende Kraft präzise und beliebig oft bestimmt werden, ohne dass sich merkliche Genauigkeitseinbußen ergeben.
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Besonders geeignet ist das erfindungsgemäße Sensorelement als Sitzbelegungserkennungs-Sensorelement zur Erkennung einer auf einem Sitz, insbesondere einem Fahrzeugsitz sitzenden Person und zur Ermittlung der Gewichtskraft, die von dieser Person auf den Sitz aufgebracht wird. Bei einem Sitzbelegungserkennungs-Sensorelement ist der Basisbereich zur Befestigung an einem Sitz, insbesondere an einer Federmatte eines Sitzes, bestimmt.
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Ein erfindungsgemäßes Sitzbelegungserkennungs-Sensorelement ist zudem sehr langlebig und anderen Sitzbelegungserkennungsvorrichtungen günstiger und weniger störungsanfällig.
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Mit einem erfindungsgemäßen Sensorelement kann zuverlässig und präzise festgestellt werden, ob eine Kraft auf die Krafteinwirkseite des verschiebbaren Elements einwirkt und die Doppelkörper-Druckfeder demgemäß von einem Ausgangszustand, in dem die Doppelkörper-Druckfeder eine nicht zusammengedrückte oder eine um ein vorbestimmtes Maß zusammengedrückte Ausgangsfederlänge aufweist, in einen zusammengedrückten Zustand, in dem die Doppelkörper-Druckfeder eine kleinere Federlänge aufweist, die sich aus der Größe der einwirkenden Kraft ergibt, zusammengedrückt wird. Dabei steht ”zusammengedrückter Zustand” für einen beliebigen zusammengedrückten Zustand, der sich aus der aufgrund der Größe der einwirkenden Kraft ergebenden verkürzten Federlänge resultiert.
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Diese Feststellung erfolgt durch die Stromerzeugungs-, Mess- und Auswerteeinheit, welche die Messspule mit einem definierten Wechselstrom beaufschlagt, sodass in der Doppelkörper-Druckfeder ein Wechselstrom induziert wird, dass sie die Spannung an der Messspule, die der Gesamtimpedanz der induktiv gekoppelten Spulenanordnung proportional ist, misst, und aus der Gesamtimpedanz die auf die Krafteinwirkseite des verschiebbaren Elements einwirkende Kraft ermittelt.
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Gemäß einem Grundgedanken der Erfinder macht sich das erfindungsgemäße Sitzbelegungserkennungs-Sensorelement das Prinzip der induktiven Kopplung zu Nutzen.
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Die Doppelkörper-Druckfeder, deren Federdrahtenden elektrisch leitend miteinander verbunden sind, bildet einen Stromkreis, in dem aufgrund des Anlegens des definierten Wechselstroms an die Messspule ein Wechselstrom induziert wird, der eine Induktion in der Messspule bewirkt. Die Erfinder haben nun herausgefunden, dass diese Induktion, die sich aus dem in der Doppelkörper-Druckfeder fließenden Wechselstrom ergibt, abhängig von der Länge der Doppelkörper-Druckfeder ist.
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Die sich somit aus dem Wechselstromfluss in der Messspule und aus dem in der Doppelkörper-Druckfeder induzierten Wechselstromfluss ergebende Gesamtimpedanz, also das Verhältnis von elektrischer Spannung an der Messspule zu aufgenommenem Strom, kann durch die mit der Messspule verbundene Stromerzeugungs-, Mess- und Auswerteeinheit ermittelt werden. Dabei ist die Impedanz desto größer je kürzer die Federspule ist und desto kleiner je länger die Federspule ist. Die Impedanz ist also umgekehrt proportional zur Federspulenlänge.
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Gemäß einem weiteren Grundgedanken der Erfindung werden die Windungen der Doppelkörper-Grundfeder, nach Art eines Transformators, als zweite Spule/zweite Induktivität zusätzlich zu den Wicklungen der Messspule verwendet, und über die Änderung des in der Doppelkörper-Druckfeder induzierten Wechselstromflusses bei Längenänderungen der Doppelkörper-Druckfeder ändern sich auch das Gesamtmagnetfeld und die Gesamtimpedanz, die sich aus dem Wechselstromfluss in der Messspule und aus dem in der Druckfeder induzierten Wechselstromfluss ergeben. Die Spannung an der Messspule wird gemessen und daraus lassen sich die Gesamtimpedanz und die einwirkende Kraft ermitteln.
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Die Erfinder haben herausgefunden, dass die Induktivität der Druckfeder, die im Sitzbelegungserkennungs-Sensorelement zum Einsatz kommt, so groß sein muss, dass die Änderungen dieser Induktivität ausreichend groß sein müssen, damit sie zuverlässig gemessen und verarbeitet werden können und dass bei Verwendung einer Doppelkörper-Druckfeder, die eine Induktivität besitzt, die etwa um einen Faktor kleiner 4, insbesondere um den Faktor 3 größer ist als bei Einfachfedern, die Induktivität ausreichend groß ist, um die Induktivitätsänderungen präzise messen, verarbeiten und entsprechend einwirkenden Kräften zuordnen zu können.
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Bei Verwendung einer Doppelkörper-Druckfeder ist der in der Druckfeder induzierte Wechselstromfluss größer als bei Einfach-Druckfedern, die Änderung des Magnetfelds bei Längenänderung der Doppelkörper-Druckfeder ist größer als bei einer Einfach-Druckfeder, und somit kann eine Veränderung des Magnetfeldes bei Verwendung einer Doppelkörper-Druckfeder genauer ermittelt werden, als dies mit Einfach-Druckfedern möglich ist.
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Das erfindungsgemäße Sitzbelegungserkennungs-Sensorelement kann grundsätzlich bei Einzelsitzen, aber auch bei Doppel- oder Dreiersitzen eingesetzt werden. Auch Bänke, beispielsweise eine Fahrzeugrückbank, welche mehrere Sitze beinhaltet, können mit erfindungsgemäßen Sitzbelegungserkennungs-Sensorelementen ausgestattet werden.
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Das erfindungsgemäße Sitzbelegungserkennungs-Sensorelement kann so an oder in dem Sitz angeordnet sein, dass die Krafteinwirkseite des verschiebbaren Elements unterhalb des Sitzschaums angeordnet ist, so dass eine durch eine sich auf den Sitz setzende Person aufgebrachte Gewichtskraft über den Sitzschaum auf die Krafteinwirkseite des verschiebbaren Elements wirkt. Die Kraftübertragung erfolgt somit über den Sitzschaum und das verschiebbare Element auf die Doppelkörper-Druckfeder.
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Ebenso ist es möglich, das erfindungsgemäße Sitzbelegungserkennungs-Sensorelement an anderer Stelle des Sitzes, beispielsweise im Sitzschaum selbst anzuordnen.
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Durch eine derart qualifizierte Aussage über die Größe der auf die Krafteinwirkseite des verschiebbaren Elements einwirkenden Kraft kann bei einem Sitzbelegungserkennungs-Sensorelement das Gewicht der auf dem Sitz sitzenden Person bestimmt werden, und diese Erkenntnis kann auf geeignete Weise verwendet werden, beispielsweise für intelligente Rückhaltesysteme mit Personenklassifizierung und angepasster Auslösestrategie für Gurtstrammer, Gurtkraftbegrenzer und Airbags.
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In einer ersten Ausführungsform der Erfindung ist die Stromerzeugungs-, Mess- und Auswerteeinheit so ausgebildet ist, dass sie zur Ermittlung der auf die Krafteinwirkseite des verschiebbaren Elements einwirkenden Kraft aus der gemessenen Gesamtimpedanz auf gespeicherte Referenzwerte zurückgreift, in denen verschiedene Messwerte der Gesamtimpedanz der jeweiligen Federlänge der Doppelkörper-Druckfeder und/oder der jeweils ursächlichen, auf die Krafteinwirkseite des verschiebbaren Elements einwirkenden Kraft zugeordnet sind.
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Diese Referenzwerte können zuvor in geeigneter Weise bestimmt und entsprechend geordnet, bspw. als Tabelle abgelegt worden sein. Durch diese Ausführungsform kann auf einfache und zuverlässige Weise jeder gemessenen Gesamtimpedanz die jeweils ursächliche Kraft zugeordnet werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Messspule mit einem Kondensator verschaltet, so dass die induktiv gekoppelte Spulenanordnung einen Schwingkreis bildet, der insbesondere in Parallelresonanz bezogen auf die Frequenz des Messstroms betreibbar ist.
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Dadurch können die Gesamtinduktivität und die Gesamtimpedanz noch weiter erhöht werden, was es ermöglicht, schon sehr kleine Änderungen der Länge der Druckfeder und die solche Längenänderungen verursachende Kräfte präzise zu ermitteln. Die erreichbare Auflösung wird somit weiter erhöht.
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Die Doppelkörper-Druckfeder umfasst dabei äußere Druckfederwindungen mit einem größeren Durchmesser und innere Druckfederwindungen mit einem kleineren Durchmesser, die durch einen Übergangsbereich miteinander verbunden sind.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung liegt die Doppelkörper-Druckfeder mit der untersten Windung der äußeren Druckfederwindungen und/oder mit der untersten Windung der inneren Druckfederwindungen an dem Boden der im wesentlichen zylindrischen Ausnehmung des Basiskörpers an, was eine einfache und gleichzeitig kompakte Ausführung des Sitzbelegungssensorelements darstellt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Doppelkörper-Druckfeder mit ihrem zuoberst angeordneten Übergangsbereich, der die äußeren Druckfederwindungen mit größerem Durchmesser und die inneren Druckfederwindungen mit geringerem Durchmesser miteinander verbindet, an dem verschiebbaren Element festgelegt. Diese Festlegung kann durch ein Anliegen des Übergangsbereichs der Doppelkörper-Druckfeder an dem verschiebbaren Element erfolgen, ebenso kann der Übergangsbereich der Doppelkörper-Druckfeder in einen entsprechenden Einhak-, Einklips- oder Halteabschnitt des verschiebbaren Elements gehaltert sein, oder der Übergangsbereich der Doppelkörper-Druckfeder kann von dem Material des verschiebbaren Elements, herstellbar beispielsweise durch Umspritzen, umgeben sein.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der maximale Verschiebeweg des verschiebbaren Elements zum Basiskörper durch den Abstand zwischen der Unterseite des verschiebbaren Elements und dem die im Wesentlichen zylindrische Ausnehmung umgebenden oberen Rand des Basiskörpers festgelegt. Dieser maximale Verschiebeweg ist in der Praxis so bemessen, dass er größer ist als die Federlängenänderung, die sich bei einer Beanspruchung mit maximal zu erwartendem Personengewicht ergibt, oder sie entspricht dieser. Durch diese Ausführungsform wird eine ungewollte, zu starke Beanspruchung der Doppelkörper-Druckfeder vermieden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erstreckt sich der Spulenkörper von dem Boden der im Wesentlichen zylindrischen Ausnehmung bis zu einer Position auf Höhe des die im Wesentlichen zylindrische Ausnehmung umgebenden oberen Rands des Basiskörpers oder bis zu einer Position etwas darunter. Dadurch wird vermieden, dass von dem verschiebbaren Element eine zu große Kraft auf den Spulenkörper aufgebracht wird, gleichzeitig weist der Spulenkörper jedoch eine genügende Höhe für die Wicklungen des Stromleiters auf, damit diese ein für die Messung ausreichendes Magnetfeld erzeugen und messen können.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist der Spulenkörper einen Spulenwickelbereich mit insbesondere demgegenüber verbreiteten Spulenwickelendbereichsstücken, welche den Spulenwickelbereich nach oben und unten begrenzen, und einen Spulenverankerungsbereich auf, mit dem die Messspule gegenüber dem Basiskörper fest gehaltert ist. Der Spulenwickelbereich ist von einem Stromleiter, insbesondere einem Spulendraht umwickelt, der mit seinen beiden Enden zu der Stromerzeugungs-, Mess- und Auswerteeinheit führt. Dies stellt eine besonders kompakte und robuste Ausführung dar.
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Um den Stromleiter sicher und schützend zu führen, kann der Spulenkörper wenigstens in seinem unteren Spulenwickelbereich-Endstück und/oder seinen Spulenverankerungsbereich mit wenigstens einer Stromleiterführungsrille versehen sein, die im Wesentlichen axial oder leicht schräg verläuft.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das verschiebbare Element einen Führungsabschnitt auf, der es bei einer Verschiebung in Folge einer Krafteinwirkung auf die Krafteinwirkseite gegenüber dem Basiskörper, insbesondere gegenüber einer Wand des Basiskörpers führt.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung hat das verschiebbare Element wenigstens teilweise die Form einer Kappe. Dies stellt sicher, dass die im Wesentlichen zylindrische Ausnehmung, die darin angeordnete Messspule und die darin angeordnete Doppelkörper-Druckfeder nicht ohne Weiteres von außen zugänglich und demgemäß geschützt sind.
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Der Führungsabschnitt des verschiebbaren Elements kann bevorzugterweise bezüglich des Basiskörpers außen liegend, beispielsweise an einer Außenwand des Basiskörpers geführt sein.
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Der Basiskörper kann in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung Befestigungsbereiche, die bei einem Sitzbelegungserkennungs-Sensorelement zur Befestigung an nebeneinander liegenden Formfedern oder Formfederabschnitten einer Federmatte eines Sitzes bestimmt sind, aufweisen. Solche Befestigungsbereiche können als Einhak- oder Einklipsabschnitte ausgebildet sein, in einer anderen Variante können solche Befestigungsbereiche die Formfedern oder Formfederabschnitte, herstellbar beispielsweise durch Umspritzen, vollständig umgeben. Ein erfindungsgemäßes Sitzbelegungserkennungs-Sensorelement kann somit zuverlässig, positionssicher und dauerhaft mit der Federmatte eines Sitzes verbunden werden.
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Die Erfindung betrifft auch eine Anordnung von wenigstens zwei Sensorelementen der oben beschriebenen Art, deren Basisbereiche mit einer Verbindungsbrücke miteinander verbunden sind, die einen Befestigungsbereich, der bei einem Sitzbelegungserkennungs-Sensorelement zur Befestigung an einer oder mehreren Formfedern oder Formfederabschnitten einer Federmatte eines Sitzes bestimmt ist, aufweist.
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Mit einer derartigen erfindungsgemäßen Anordnung lassen sich zwei oder mehr Sensorelemente der oben beschriebenen Art zu einem Sensorelementen-Modul bzw. einer Sensorelementen-Anordnung kombinieren, die mittels einer gemeinsamen Verbindungsbrücke zuverlässig, positionssicher und dauerhaft fixiert, bei einem Sitzbelegungserkennungs-Sensorelement zuverlässig, positionssicher und dauerhaft an der Federmatte eines Sitzes angebracht werden kann. Die Verbindungsbrücke kann dabei als Einhak- oder Einklipsabschnitt ausgeführt sein, oder sie kann die ein oder mehrere Formfedern oder Formfederabschnitte, herstellbar beispielsweise durch Umspritzen, umgeben. Für die erfindungsgemäße Sensorelementen-Anordnung ergeben sich die oben mit Bezug auf das Sensorelement aufgezeigten Vorteile und Ausführungsformen, die nicht noch einmal wiederholt werden.
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Bei einer Anordnung von wenigstens zwei Sensorelementen kann für die Sensorelemente eine gemeinsame Stromerzeugungs-, Mess- und Auswerteeinheit vorgesehen sein, welche dazu ausgebildet ist, die Sensorelemente individuell mit Wechselstrom zu beaufschlagen, die Spannung zu messen und daraus die Gesamtimpedanz und die einwirkende Kraft zu ermitteln.
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Die Erfindung betrifft auch eine Federmatte für einen Sitz, insbesondere für einen Kraftfahrzeugsitz aufweisend mehrere Formfedern zur Befestigung an einem Sitzrahmen und wenigstens ein Sitzbelegungs-Sensorelement der oben beschriebenen Art, dessen Basiskörper an wenigstens einer Formfeder derart befestigt ist, insbesondere an der Formfeder eingehängt oder eingehakt ist oder die Formfeder formschlüssig umgibt, wobei das verschiebbare Element so angeordnet ist, dass seine Krafteinwirkseite auf der zum Sitzschaum hin gerichteten Seite der Federmatte liegt, und/oder wenigstens eine Anordnung von zwei Sensorelementen der oben beschriebenen Art, deren Basiskörper an wenigstens einer Formfeder derart befestigt sind, insbesondere mittels einer Verbindungsbrücke, die an wenigstens einer Formfeder eingehängt oder eingehakt ist oder die Formfeder formschlüssig umgibt, wobei die verschiebbaren Elemente so angeordnet sind, dass ihre Krafteinwirkseiten auf der zum Sitzschaum hin gerichteten Seite der Federmatte liegen.
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Für die erfindungsgemäße Federmatte ergeben sich die oben mit Bezug auf das Sitzbelegungs-Sensorelement aufgezeigten Vorteile und Ausführungsformen, die hier nicht noch einmal wiederholt werden. Eine solche Federmatte kann einfach und kostengünstig hergestellt werden und mit wenigstens einem Sitzbelegungs-Sensorelement und/einer Anordnung von wenigstens zwei Sitzbelegungs-Sensorelementen versehen werden. Ebenso ist es möglich, bereits bestehende Federmatten mit wenigstens einem erfindungsgemäßen Sitzbelegungs-Sensorelement und/oder wenigstens einer erfindungsgemäßen Anordnung von zwei Sitzbelegungs-Sensorelementen nachzurüsten.
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Die Erfindung betrifft auch eine Unterbaustruktur für einen Sitz, insbesondere einen Kraftfahrzeugsitz mit einer Federmatte der oben beschriebenen Art und einen diese Federmatte umgebenden Sitzrahmen, an dem die Federmatte befestigt ist.
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Die oben mit Bezug auf das erfindungsgemäße Sitzbelegungs-Sensorelement, die erfindungsgemäße Anordnung von zwei Sitzbelegungs-Sensorelementen und die erfindungsgemäße Federmatte für einen Sitz angegebenen Vorteile und Ausführungsformen ergeben sich ebenso bei einer solchen Unterbaustruktur für einen Sitz, diese werden nicht noch einmal wiederholt. Des Weiteren ist eine solche Unterbaustruktur einfach und kostengünstig herstellbar, indem eine erfindungsgemäße Federmatte die mit wenigstens einem Sitzbelegungs-Sensorelement und/oder wenigstens einer erfindungsgemäßen Anordnung von wenigstens zwei Sitzbelegungs-Sensorelementen versehen ist, an dem Sitzrahmen befestigt, insbesondere in diesen eingehängt wird.
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Die Erfindung betrifft ferner einen Sitz, insbesondere einen Kraftfahrzeugsitz, mit einer Unterbaustruktur der oben beschriebenen Art. Auf der Oberseite der Unterbaustruktur sind ein Sitzschaum und ein Sitzbezug so angeordnet, dass infolge einer Kraftbeaufschlagung durch eine auf dem Sitz sitzende Person das verschiebbare Element bzw. die verschiebbaren Elemente des wenigstens einen Sitzbelegungs-Sensorelements in Richtung Basiskörper verschoben wird/werden und die Doppelkörper-Druckfeder(n) von dem Ausgangszustand in einen zusammengedrückten Zustand, in dem die Doppelkörper-Druckfeder eine kleinere Federlänge aufweist, die sich aus der Größe der einwirkenden Kraft ergibt, zusammengedrückt wird/werden. Die Stromerzeugungs-, Mess- und Auswerteeinheit ist dabei so ausgebildet, dass sie aus der Gesamtimpedanz das Gewicht der auf dem Sitz sitzenden Person bestimmt.
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Die Stromerzeugungs-, Mess- und Auswerteeinheit kann dabei so ausgebildet sein, dass sie die Spannung misst und daraus die Impedanz ermittelt und für jedes Sitzbelegungs-Sensorelement eine eigene Elektronik aufweist. Gegebenenfalls ist auch die Zusammenschaltung über Multiplexer möglich. Die Stromerzeugungs-, Mess- und Auswerteeinheit kann dabei ihre Ausgangssignale über eine geeignete Schnittstelle, beispielsweise eine USB-Schnittstelle oder eine LIN-BUS-Schnittstelle an die betreffenden Steuereinheiten, beispielsweise die Motorsteuerung, die Airbagsteuerung und dergleichen zur Verfügung stellen. Die Stromerzeugungs-, Mess- und Auswerteeinheit kann so klein gebaut werden, dass sie ohne Probleme unterhalb des Sitzes, beispielsweise an der Unterseite der Unterbaustruktur des Sitzes befestigt werden kann, eine Miniaturisierung auf etwa Streichholzschachtelgröße ist möglich.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann die Stromerzeugungs-, Mess- und Auswerteeinheit direkt unterhalb des Sitzes oder an der Unterseite der Unterbaustruktur angebracht sein. Dadurch kann die Stromerzeugungs-, Mess- und Auswerteeinheit sicher, dauerhaft und versteckt angeordnet werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Stromerzeugungs-, Mess- und Auswerteeinheit so ausgebildet, dass sie aus dem veränderten Magnetfeld das Gewicht der auf dem Sitz sitzenden Person bestimmt, und ein entsprechendes Ausgangssignal ausgibt.
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Bei einer Federmatte für einen Sitz, bei einer Unterbaustruktur für einen Sitz und bei einem Sitz gemäß der vorliegenden Erfindung kann für die Sitzbelegungs-Sensorelemente eine gemeinsame Stromerzeugungs-, Mess- und Auswerteeinheit vorgesehen werden, welche dazu ausgebildet ist, alle Sensorelemente individuell mit einem Wechselstrom zu beaufschlagen und die Spannung für jedes Sensorelement zu messen und daraus die Gesamtimpedanz und die einwirkende Kraft zu ermitteln. Hierfür kann die gemeinsame Stromerzeugungs-, Mess- und Auswerteeinheit pro Sensorelement eine eigene Schaltelektronik haben, die gegebenenfalls über Multiplexer zusammengeschaltet werden kann.
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Die Erfindung ist nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beiliegenden Figuren näher erläutert.
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1 zeigt eine Draufsicht auf ein Fahrzeugsitz-Untergestell gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit einem Sitzrahmen und mit eine Federmatte, an der Befestigungselemente, zwei Sitzbelegungs-Sensorelemente und eine Anordnung von zwei Sitzbelegungs-Sensorelementen angebracht sind;
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2 zeigt eine perspektivische Ansicht der linken Hälfte der Anordnung von zwei Sitzbelegungs-Sensorelementen aus 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit geschnitten dargestelltem Basiskörper, mit geschnitten dargestellter Doppelkörper-Druckfeder und mit geschnitten dargestelltem beweglichen Element, jedoch mit nicht-geschnitten dargestellter Messspule;
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3 zeigt eine perspektivische Ansicht der linken Hälfte der Anordnung von zwei Sitzbelegungs-Sensorelementen aus 2 mit geschnitten dargestelltem Basiskörper und geschnitten dargestelltem beweglichen Element, aber mit nicht-geschnitten dargestellter Messspule;
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4 zeigt eine perspektivische Ansicht der linken Hälfte der Anordnung von zwei Sitzbelegungs-Sensorelementen aus den 2 und 3 mit geschnittener Darstellung des Basiskörpers, der Doppelkörper-Druckfeder und des beweglichen Elements aber mit nicht geschnittener Darstellung der Messspule; und
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5 zeigt eine perspektivische Ansicht der Doppelkörper-Druckfeder der Sitzbelegungs-Sensorelemente aus den 1 bis 4.
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In den folgenden Ausführungsbeispielen sind Sitzbelegungs-Sensorelemente bzw. Anordnungen von Sitzbelegungs-Sensorelementen beschrieben. Für den Fachmann ist es ohne Weiteres verständlich, dass die erfindungsgemäßen Sensorelemente für beliebige andere Zwecke geeignet sind, bei denen es darum geht, eine einwirkende Kraft präzise und einfach zu ermitteln.
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1 zeigt eine Draufsicht auf ein Fahrzeugsitz-Untergestell 2 mit einem Sitzrahmen 4 und mit einer Federmatte 6, an der Befestigungselemente 12, zwei Sitzbelegungs-Sensorelemente 14 und eine Anordnung 16 von zwei Sitzbelegungs-Sensorelementen angebracht sind.
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Das Fahrzeugsitz-Untergestell 2 in 1 ist ein exemplarisches Fahrzeugsitz-Untergestell, wie es für einen Fahrersitz oder Beifahrersitz eines Kraftfahrzeugs zum Einsatz kommt. Auf dem Fahrzeugsitz-Untergestell wird ein Sitzschaum mit einem Sitzbezug angebracht, der die Sitzfläche für den Fahrer/Beifahrer bildet.
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Das Fahrzeugsitz-Untergestell 2 weist einen Sitzrahmen 4 mit einer hinteren Querstrebe und einem vorderen in der Drauf grob gesprochenen U-förmigen Stützbereich auf, dessen Form der Unterseite des Sitzschaums angepasst ist und der mit seitlichen Längsverbindungselementen mit der hinteren Querstrebe verbunden ist. In dem vorderen Stützbereich und in der hinteren Querstrebe sind eine Vielzahl von Ausnehmungen angebracht, und zudem weisen die hintere Querstrebe jeweils vier etwa äquidistant angeordnete Einhakabschnitte und der vordere Stützbereich an seinem nach hinten gewandten Mittenabschnitt vier ebenfalls äquidistant zueinander angeordnete Einhakabschnitte auf. In die jeweils linken beiden Einhakabschnitte des vorderen Stützbereichs und der hinteren Querstrebe ist eine erste Formfeder 8, und in die jeweils rechten beiden Einhakabschnitte des vorderen Stützbereichs und der hinteren Querstrebe ist eine zweite Formfeder 10 eingehängt.
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Die beiden Formfedern 8 und 10 weisen jeweils die gleiche Form auf, die zweite Formfeder 10 ist gespiegelt um der Längsachse durch das Fahrzeugsitz-Untergestell 2 angeordnet. Die Formfedern 8 und 10 weisen jeweils ein linkes hinteres Einhakende, einen vorderen Einhakmittenbereich und ein rechtes hinteres Einhakende sowie eine zwischen dem linten unteren Einhakabschnitt und dem vorderen Einhakmittenbereich verlaufende Federhälfte und eine zwischen dem rechten hinteren Einhakabschnitt und am vorderen Einhakmittenbereich verlaufende Federhälfte auf. Die beiden Federhälften bilden jeweils einen gebogenen wellenartigen Verlauf zwischen dem linken hinteren Einhakende und dem vorderen Mittenbereich aus. Bei der linken Federhälfte der ersten Formfeder 8 macht der Federdraht von hinten nach vorne jeweils nacheinander zwei Biegungen um jeweils 90 Grad nach rechts, dann zwei Biegungen hintereinander um jeweils 90 Grad nach links, wieder zwei Biegungen hintereinander mit jeweils 90 Grad nach rechts, dann wieder zwei Biegungen hintereinander mit jeweils 90 Grad nach links, usw.. Bei der rechten Federhälfte der ersten Formfeder 8 macht der Federdraht – von hinten nach vorne – zwei Biegungen nacheinander nach links, gefolgt von zwei Biegungen nacheinander nach rechts, wieder gefolgt von zwei Biegungen nacheinander nach links, wieder gefolgt von zwei Biegungen nacheinander nach rechts, usw. Somit bildet die erste Formfeder 8 von ihrem hinteren linken Einhakabschnitt zum vorderen Mitteneinhakbereich vier Rechtssprünge und vier Linkssprünge aus; von ihrem rechten hinteren Einhakabschnitt zu dem vorderen Einhakmittenbereich bildet die erste Formfeder 8 ebenfalls vier Linkssprünge und vier Rechtssprünge aus. Der Verlauf der Links- und Rechtssprünge ist unregelmäßig. Die linke und die rechte Federhälfte der ersten Formfeder 8 weisen bis auf die hinteren Einhakenden und dem vorderen Mittenbereich einen unterschiedlichen, nicht spiegelsymmetrischen Verlauf auf.
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Der Verlauf und die Anbringung der zweiten Formfeder 10 ist spiegelsymmetrisch zu dem Verlauf und der Anbringung der ersten Formfeder 8, und zwar um die Längsachse des Fahrzeugsitz-Untergestells 2.
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An dem hinteren Rechtssprung der linken Federhälfte der ersten Formfeder 8 sowie an dem hinteren Linkssprung der rechten Federhälfte der zweiten Formfeder 2 ist jeweils ein Befestigungselement 12 angebracht. Weitere Befestigungselemente 12 sind zwischen dem dritten Rechtssprung der linken Federhälfte und dem dritten Rechtssprung der rechten Federhälfte der ersten Formfeder 8 und zwischen dem dritten Linkssprung der rechten Federhälfte und dem dritten Linkssprung der linken Federhälfte der zweiten Formfeder 10 angebracht. Weitere Befestigungselemente 12 sind an dem vordersten Rechtssprung der linken Federhälfte der ersten Formfeder 8 und an dem vordersten Linkssprung der rechten Federhälfte der zweiten Formfeder 10 angebracht. Mittels dieser Befestigungselemente 12 kann ein Sitzschaum (nicht gezeigt) auf dem Fahrzeugsitz-Untergestellt 2 montiert werden.
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Ein erstes Sitzbelegungs-Sensorelement 14 ist zwischen dem zweiten Rechtssprung der linken Federhälfte und dem zweiten Linkssprung der rechten Federhälfte der ersten Formfeder 8 angebracht, und ebenso ist ein erstes Sitzbelegungs-Sensorelement 14 gleichen Aufbaus zwischen dem zweiten Linkssprung der rechten Federhälte und dem zweiten Rechtssprung der linken Federhälfte der zweiten Formfeder 10 angebracht. Das eigentliche Sensorelement ist in dem kreisförmigen Bereich zwischen den Federhälften gebildet, und dieses Sensorelement ist mittels sich von diesem Sensorelement nach links und nach rechts erstreckenden Befestigungsbereichen an den Federabschnitten befestigt, insbesondere an diesen eingehakt oder ist um diese Federabschnitte umherum gespritzt worden.
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Des Weiteren ist eine Anordnung 16 von zwei Sitzbelegungs-Sensorelementen an dem dritten Rechtssprung der rechten Federhälfte der ersten Formfeder 8 und dem dritten Linkssprung der linken Federhälfte der zweiten Formfeder 10 befestigt. Dabei bildet das linke Sitzbelegungs-Sensorelement der Anordnung 16 das linke Ende dieser Anordnung 16 und ist linkerhalb des dritten Rechtssprungs der rechten Federhälfte der ersten Formfeder 8 angeordnet, und ebenso bildet das rechte Sitzbelegungs-Sensorelement 16 das rechte Ende der Anordnung 16 und ist rechterhalb des dritten Linkssprungs der linken Federhälfte der zweiten Formfeder 10 angeordnet. Zwischen diesen Sensorelementen der Anordnung 16 ist eine Verbindungsbrücke vorhanden, welche die Anordnung 16 mit den Federabschnitten verbindet, insbesondere in diese eingehakt oder um diese umgepritzt worden ist.
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Eine Schnittlinie A-A verläuft in Querrichtung des Fahrzeugsitz-Untergestells 2 durch die Anordnung 16 der zwei Sitzbelegungs-Sensorelemente.
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2 zeigt eine perspektivische Ansicht der linken Hälfte der Anordnung 16 von zwei Sitzbelegungs-Sensorelementen, mit geschnitten dargestelltem Basiskörper 18, mit geschnitten dargestellter Doppelkörper-Druckfeder 46 und mit geschnitten dargestelltem beweglichen Element 56, jedoch mit nicht-geschnitten dargestellter Messspule 44.
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Die Darstellungen der 2, 3 und 4 stellen Schnittdarstellungen entlang der Schnittlinie A-A der 1 dar. Dabei sind die Schraffierungen der geschnittenen Flächen zur besseren Darstellung weggelassen. Bei den Schnittdarstellungen der 2, 3 und 4 ist zur Vereinfachung nur die linke Hälfte der Anordnung 16 aus 1 mit dem linken Sitzbelegungs-Sensorelement gezeigt, die rechte Hälfte, die spiegelsymmetrisch zur linken Hälfte ist, ist zur Vereinfachung der Darstellung weggelassen.
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Das linke Sitzbelegungs-Sensorelement der Anordnung 16 von zwei Sitzbelegungs-Sensorelementen wird nachfolgend der Einfachheit halber einfach als Sensorelement bezeichnet.
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Das Sensorelement umfasst einen Basiskörper 18, der über eine Verbindungsbrücke 20, die zwei Einhakabschnitte 22 beinhaltet, von denen in den 2 bis 4 jeweils nur der linke Einhakabschnitt 22 zu sehen ist, mit dem in den 2 bis 4 nicht gezeigten rechten Sensorelement verbunden. Mittels eines von unten zwischen die Sensorelemente und in die Einhakabschnitte 22 aufgeschobenem Gegenstück 24, das in geeigneter Weise mit der Verbindungsbrücke 20, den Einhakabschnitten 22 oder den Innenseiten der Sensorelemente fixiert ist, wird eine zuverlässige und dauerhafte Befestigung der Anordnung 16 an den Formfedern 8 und 10 gewährleistet.
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Der Basiskörper 18 des Sensorelements ist mit einem zylindrischen Aufnahmeraum 26 versehen, der eine waagerechte Bodenfläche 28 aufweist und von einer Zylinderwand 30, deren Innenseite die Wandfläche des zylindrischen Aufnahmeraums 26 bildet, umschlossen ist. Die Zylinderwand 30 bildet an ihrer Oberseite eine ringförmige Stirnfläche 32 aus, die an ihrer Innenseite eine Abrundung oder Abkantung zur Vermeidung von scharfen Kanten haben kann. Mittig in dem zylindrischen Aufnahmeraum 26 und sich durch den Boden des Basiskörpers 18 erstreckend, befindet sich eine Messspule 44, die einen in einer entsprechenden Aussparung im Boden des Basiskörpers 18 angeordneten Spulenfixierungskörper 34, ein demgegenüber verbreitetes zylindrisches unteres Spulenwickelbereichendstück 36, das mit seinem äußeren unteren Ringbereich auf der Bodenfläche 28 aufsitzt, einen demgegenüber etwas schmaleren zylindrischen Spulenwickelbereich 38, um den der Spulendraht 42 mit vielen Wicklungen gewickelt ist, und ein verbreitetes zylindrisches oberes Spulenwickelbereichendstück 36 aufweist, dessen Durchmesser dem Durchmesser des unteren Spulenwickelbereichendstücks 36 entspricht und dessen Oberseite auf gleicher Höhe mit der ringförmigen Stirnfläche 32 liegt. Die Enden des Spulendrahts 42 sind über Stromleiterführungsrillen 40 in dem unteren Spulenwickelbereichendstück 36 und dem Spulenfixierungskörper zu einer in den Figuren nicht gezeigten Stromerzeugungs-, Mess- und Auswerteeinheit geführt. Von den zwei Enden des Spulendrahts 42 und den zwei Stromleiterführungsrillen 40 ist in 2 jeweils nur ein Spulendraht 42 und eine Spulendrahtführungsrille 40 zu sehen.
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Derjenige Bereich der Messspule 44, welcher durch die Spulenwickelbereichendstücke 36 und den Spulenwickelbereich 38 mit Spulendrahtwicklungen gebildet wird, ist von einer Doppelkörper-Druckfeder 46 umgeben, die äußere Druckfederwindungen 48 größeren Durchmessers, innere Druckfederwindungen 50 kleineren Durchmessers und einen zuoberst angeordneten Übergangsbereich 52 zwischen den äußeren und inneren Druckfederwindungen umfasst. Die äußeren Druckfederwindungen 48 haben einen konstanten Innen- und Außendurchmesser, wobei zwischen dem Außendurchmesser der äußeren Druckfederwindungen 48 und der Innenfläche der Zylinderwand 30 ein geringer Abstand gegeben ist, der dafür sorgt, dass auch bei einem geringen Verbiegen oder Knicken der Druckfeder 46 die äußeren Windungen 48 nicht in Kontakt mit der Innenfläche der Zylinderwand 30 kommen. Die inneren Druckfederwindungen 50 haben ebenfalls einen konstanten Außendurchmesser und einen konstanten Innendurchmesser, und sie liegen in dem Zwischenraum zwischen Messspule 44 und den äußeren Druckfederwindungen 48. Die jeweils unterste Windung der äußeren Druckfederwindungen 48 und der inneren Druckfederwindungen 50 liegen auf der Bodenfläche 28 an. Sowohl die äußeren Druckfederwindungen 48 als auch die inneren Druckfederwindungen 50 umfassen in dem beispielhaften, nicht beschränkenden Ausführungsbeispiel jeweils sechs Windungen, wobei die äußeren Druckfederwindungen 48 rechts gewunden sind und die inneren Druckfederwindungen 50 links gewunden sind. Die Druckfeder 46 erstreckt sich ein Stück weit über die ringförmige Stirnfläche 32 nach oben hinaus, und sie ist über ihren Übergangsbereich 52 mit dem verschiebbaren Element 56 verbunden, im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Übergangsbereich 52 teilweise von dem Material des beweglichen Elements 56 umgeben und somit fest damit verbunden. Diese Verbindung kann durch Umspritzen des Übergangsbereichs 52 mit dem beweglichen Element 56 hergestellt worden sein.
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Die Enden des Federdrahts der Doppelkörper-Druckfeder 46 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch den Boden des Basiskörpers 18 geführt und dort miteinander elektrisch verbunden.
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Die Messspule 44 ist mit einem hier nicht gezeigten Kondensator verschaltet und induktiv mit der Doppelkörper-Druckfeder 46, die eine Federspule/Induktivität bildet, zu einer Spulenanordnung 44, 46 gekoppelt. Diese Spulenanordnung 44, 46 bildet einen Schwingkreis, der in Parallelresonanz bezogen auf die Frequenz des Messstroms betrieben werden kann.
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Das verschiebbare Element 56 umfasst eine obere, im Wesentlichen waagerechte Krafteinwirkseite 58, die, wenn man sich vorstellt, dass auf dem Fahrzeugsitz-Untergestell 2 ein Sitzschaum mit Sitzbezug angeordnet ist, auf den sich eine Person setzt, über den Sitzbezug und den Sitzschaum mit einer Kraft beaufschlagt wird, welche das bewegliche Element 56 nach unten und die Doppelkörper-Druckfeder 46 zusammendrückt. Das bewegliche Element 56 hat wenigstens teilweise die Form einer Kappe, wobei der äußere axial gerichtete Führungswandabschnitt 60 sich weiter nach unten erstreckt als der innere Wandabschnitt. Durch die kappenartige Ausbildung des beweglichen Element 56 wird der zylindrische Aufnahmeraum 26 mit Doppelkörper-Druckfeder 46 und Messspule 44 gegenüber Einflüssen von außen geschützt. Der maximale Verschiebeweg des beweglichen Elements 56 in axialer Richtung ist durch den Abstand zwischen der ringförmigen Stirnfläche 32 des Basiskörpers 18 und der Unterseite des gegenüberliegenden ringförmigen Innenabschnitts des verschiebbaren Elements 56 definiert.
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3 zeigt eine perspektivische Ansicht der linken Hälfte der Anordnung 16 von zwei Sitzbelegungs-Sensorelementen mit geschnitten dargestelltem Basiskörper 18 und geschnitten dargestelltem beweglichen Element 56, aber mit nicht-geschnitten dargestellter Messspule 44.
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In der Darstellung gemäß 3 sind zusätzlich beide Federdrahtenden 54 zu sehen. Diese sind elektrisch miteinander verbunden.
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Des Weiteren sind in 3 beide Spulendrahtenden 42 zu sehen, die zu der in den Figuren nicht gezeigten Stromerzeugungs-, Mss- und Auswerteeinheit führen. Des Weiteren sind die äußeren Druckfederwindungen 48 und die inneren Druckfederwindungen 50 in ihrem Gesamtverlauf erkennbar, und besonders gut ist der zuoberst angeordnete Übergangsbereich 52 erkennbar, in dem die oberste Windung der äußeren Druckfederwindungen 48 unter Verringerung des Durchmessers mit der obersten Windung der inneren Druckfederwindungen 50 verbunden ist.
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4 zeigt eine perspektivische Ansicht der linken Hälfte der Anordnung 16 von zwei Sitzbelegungs-Sensorelementen, mit geschnittener Darstellung des Basiskörpers 18, der Doppelkörper-Druckfeder 46 und des beweglichen Elements 56 aber mit nicht geschnittener Darstellung der Messspule 44.
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In den 3 und 4 ist die kappenartige Ausbildung des verschiebbaren Elements 56 gut zu erkennen.
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In den 2 und 4 ist ebenfalls zu sehen, wie der Federdraht nach der untersten der äußeren Druckfederwindungen 48 im rechten Endbereich der Bodenfläche 28 nach unten gebogen ist, und man kann sich gut vorstellen, wie dieser Federdraht durch den Boden des Basiskörpers 18 verläuft, bevor er, wie wieder zu sehen ist, unten aus dem Boden austritt.
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Des Weiteren ist in 4 der hinter der Anordnung 16 liegende Bereich des dritten Rechtssprungs der rechten Hälfte der ersten Formfeder 8 zu sehen, und es ist gut zu erkennen, dass der Einhakabschnitt 22 von oben auf die erste Formfeder 8 eingehakt ist und mittels des Gegenstücks 24 von unten verschlossen ist, um die Anordnung 16 von zwei Sitzbelegungs-Sensorelementen sicher an der Federmatte 6 zu befestigen.
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5 zeigt eine perspektivische Ansicht der Doppelkörper-Druckfeder 46 der Sitzbelegungs-Sensorelemente aus den 1 bis 4.
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In 5 ist die Doppelkörper-Druckfeder 46 im noch nicht in den Sitzbelegungs-Sensorelement eingebauten Zustand zu erkennen. Dabei ist insbesondere der Verlauf des Federdrahts unterhalb der untersten der inneren Druckfederwindungen 50 und unterhalb der untersten der äußeren Druckfederwindungen 48 gut zu erkennen. Insbesondere ist der Federdraht nach der untersten der äußeren Druckfederwindungen 48 so gebogen, dass er danach in axialer Richtung verläuft, und ebenso ist der Federdraht nach der untersten der inneren Druckfederwindungen 50 ebenfalls so gebogen, dass er danach in im Wesentlicher axialer Richtung verläuft. Beiden axial verlaufenden Enden des Druckfederdrahts 54 sind parallel zueinander und in einem Abstand, der etwa einem Fünftel des Umfangs der äußeren Druckfederwindungen 48 entspricht, geführt.
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Wie in 5 nicht gezeigt ist, sind die Enden des Druckfederdrahts 54 elektrisch miteinander verbunden, damit die Doppelkörper-Druckfeder 46 eine Federspule bildet.
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Die Sitzbelegungserkennung wird nun anhand des in den 1 bis 4 beschriebenen Sensorelements der Anordnung 16 von zwei Sensorelementen näher erläutert.
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Wenn sich eine Person, also ein Fahrer oder Beifahrer auf den Sitzbezug und den Sitzschaum setzt, wirkt dessen Gewichtskraft über den Sitzschaum auf die Krafteinwirkseite 58 des verschiebbaren Elements 56 und drückt dieses verschiebbare Element 58 nach unten und die Doppelkörper-Druckfeder 46 um die Wegstrecke zusammen, welche sich aus der Federrate und der einwirkenden Gewichtskraft errechnen lässt.
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Die Messspule 44 wird dauernd von der Stromerzeugungs-, Mess- und Auswerteeinheit mit einem definierten Wechselstrom versorgt. Somit entsteht ein magnetisches Feld um die Messspule 44 und insbesondere um die Spulendrahtwicklungen des Spulenwickelbereichs 38, und dieses magnetische Feld induziert einen Wechselstrom in der als Spule wirkenden Doppelkörper-Druckfeder 46, welche ebenfalls für sich ein Magnetfeld erzeugt. Daraus resultiert ein Gesamtmagnetfeld, das sich aus dem Wechselstromfluss in der Messspule 44 und dem in der Druckfeder 46 induzierten Wechselstromfluss ergibt.
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Nach der Sitzbelegung ist die Federlänge der Doppelkörper-Druckfeder 46 reduziert, und der in der Doppelkörper-Druckfeder 46 induzierte Wechselstrom und das sich daraus ergebenden Magnetfeld und die sich daraus ergebende Gesamtimpedanz ändern sich.
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Die Stromerzeugungs-, Mess- und Auswerteeinheit misst die Spannung der Messspule 44, und kann aus der Kenntnis von Strom und Spannung nun die Gesamtimpedanz ermitteln.
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Aus der jeweils ermittelten Gesamtimpedanz kann die Stromerzeugungs-, Mess- und Auswerteeinheit die ursächliche, auf die Krafteinwirkseite des verschiebbaren Elements einwirkende Kraft ermitteln, und zwar indem sie auf bekannte Referenzwerte zurückgreift, in denen verschiedene Messwerte der Gesamtimpedanz der jeweiligen Federlänge der Doppelkörper-Druckfeder und/oder der jeweils ursächlichen, auf die Krafteinwirkseite des verschiebbaren Elements einwirkenden Kraft zugeordnet sind. Diese Referenzwerte können bspw. in einer Tabelle abgespeichert sein.
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Demgemäß lässt sich durch das erfindungsgemäße Sitzbelegungserkennungs-Sensorelement die einwirkende Kraft präzise und zuverlässig bestimmen.
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Wenn, wie bei dem Fahrzeugsitz-Untergestell 2 mehrere Sensorelemente, im Ausführungsbeispiel der 1 insgesamt vier Sensorelemente vorhanden sind, können die Ergebnisse noch verbessert werden und eine Kraftverteilung auf verschiedene Bereiche des Sitzes kann ermittelt werden.
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Vorteilhafte Kennwerte der Doppelkörper-Druckfeder 46 können wie folgt sein: Durchmesser 15,7 mm, Länge 14,5 mm, Hub 3 mm, 8 Windungen. Bei einem durch die Messspule fließenden Wechselstrom ergibt sich bei einer Doppelkörper-Druckfeder im nicht zusammengedrückten/um ein vorbestimmtes Maß zusammengedrückten Ausgangsfederlängenzustand eine Gesamtimpedanz von 141,4 Ohm, bei einer Kraftbeaufschlagung, die einen Hub von 3 mm der Doppelkörper-Druckfeder 46 bewirkt, ergibt sich eine Gesamtimpedanz von 131,1 Ohm.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Fahrzeugsitz-Untergestell
- 4
- Sitzrahmen
- 6
- Federmatte
- 8
- erste Formfeder
- 10
- zweite Formfeder
- 12
- Befestigungselemente
- 14
- Sitzbelegungs-Sensorelement
- 16
- Anordnung von zwei Sitzbelegungs-Sensorelementen
- 18
- Basiskörper
- 20
- Befestigungsbrücke
- 22
- Einhakabschnitt
- 24
- Gegenstück
- 26
- zylindrischer Aufnahmeraum
- 28
- Bodenfläche
- 30
- Zylinderwand
- 32
- ringförmige Stirnfläche
- 34
- Spulenfixierungskörper
- 36
- Spulenwickelbereichendstücke
- 38
- Spulenwickelbereich
- 40
- Spulendrahtführungsrille
- 42
- Spulendraht
- 44
- Messspule
- 46
- Doppelkörper-Druckfeder
- 48
- äußere Druckfederwindungen
- 50
- innere Druckfederwindungen
- 52
- Übergangsbereich zwischen äußeren und inneren Druckfederwindungen
- 54
- kurz geschlossener Bereich des Druckfederdrahts
- 56
- verschiebbares Element
- 58
- obere Krafteinwirkseite
- 60
- Führungsabschnitt
