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Die Erfindung betrifft einen Druckschlauchsensor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus der
DE 102 30 560 A1 ist es bekannt, einen Druckschlauch in einen Stoßfänger eines Kraftfahrzeugs zu integrieren. Ein solcher Druckschlauchsensor kann beispielsweise zur Aktivierung aktiver Fußgängerschutzsysteme verwendet werden. Ein solcher Druckschlauchsensor umfasst einen Schlauchkörper, der an seinen Stirnseiten verschlossen ist, wobei in dem Schlauchkörper ein Drucksensor angeordnet ist. Wird auf den Druckschlauch an irgendeinem Punkt Druck ausgeübt, erfasst der Sensor diese Druckerhöhung. Nachteilig ist, dass Defekte des Schlauches wie Abklemmungen, Schnitte oder Undichtigkeiten nicht diagnostizierbar sind.
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Aus der
DE 197 31 178 C1 ist eine Schlauchleitung für brennbare und nicht brennbare wassergefährdende Stoffe mit mindestens zwei Schlauchschichten bekannt, zwischen denen mindestens ein elektrischer Leiter angeordnet ist, wobei der elektrische Leiter entweder durchgehend einen Querschnitt unter 0,5 mm
2 hat und aus einem spröden Material besteht oder bereichsweise einen Querschnitt über 0,5 mm
2 aufweist und in bestimmten Abständen mit Sollbruchstellen ausgestattet ist, die ab einer bestimmten, zumindest in Schlauchlängsrichtung wirkenden Überdehnung brechen. Dabei ist weiter vorgesehen, dass der elektrische Leiter ein Draht ist, der in mindestens einer schmalen, parallel zur Schlauchlängsachse angeordneten Zone in sinusförmigen Schleifen mit kleiner Amplitude verlegt ist.
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Aus der
EP 0 185 650 B1 ist ein Schlauch, insbesondre ein Hydraulikschlauch, bekannt, in dessen Wandung eine Armierung eingebettet ist, und die Armierung zumindest einen elektrischen Messdraht aufweist, dessen Enden aus der Wandung zu elektrischen Anschlüssen geführt sind, wobei der Widerstand des Messdrahtes in Abhängigkeit von auf ihn einwirkenden mechanischen Kräften veränderlich ist. Dabei ist weiter vorgesehen, dass der Messdraht innerhalb der Wandung wendelförmig verläuft oder der Messdraht in einem Schlauchstück in Längsrichtung zick-zack um den Umfang verläuft.
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Aus der
DE 199 36 076 A1 ist ein endlicher, flexibler Druckschlauch bekannt, bestehend aus wenigstens einer ersten zwischen dem Außen- und Innenumfang des Schlauches liegenden Schlauchwandung, in der über die wirksame Schlauchlänge wenigstens ein hin- und ein zurückführender elektrischer Leiter integriert ist, wobei die Leiter in den Enden des Druckschlauchs wahlweise zu einer offenen oder geschlossenen Leiterschlaufe verbunden sind. Dabei wird bei einem Defekt des Druckschlauches, z. B. einem Bruch an den Anschlussstellen oder bei einem Riss in der Schlauchwandung als Ursache einer Überdehnung, der Stromfluss in dem elektrischen Leiter unterbrochen.
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Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, einen Druckschlauchsensor zu schaffen, der eine verbesserte Diagnostizierbarkeit von Defekten aufweist.
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Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch den Gegenstand mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Hierzu umfasst der Druckschlauchsensor einen Schlauchkörper, der an seinen Stirnseiten verschlossen ist, wobei in dem Schlauchkörper ein Drucksensor angeordnet ist. Der Schlauchkörper weist an seiner Innenseite mindestens eine elektrisch leitfähige Struktur auf, die derart strukturiert ist, dass bei einem Abklemmen des Druckschlauchs mindestens ein elektrischer Parameter der leitfähigen Struktur sich verändert, wobei der elektrische Parameter durch eine Auswerteeinheit erfassbar ist. Dabei wird unter einem Abklemmen insbesondere eine Quetschung des Schlauchkörpers verstanden, bei der der Innenraum des Schlauchkörpers in zwei Teilräume getrennt wird. In diesem Fall würde eine Druckänderung in dem Teilraum, wo der Drucksensor nicht angeordnet ist, nicht mehr erfasst werden. Durch die Änderung des elektrischen Parameters erfasst die Auswerteeinheit dieses Abklemmen und kann dies als Fehler diagnostizieren und signalisieren. Dabei kann die Auswerteeinheit innerhalb des Schlauchkörpers oder außerhalb angeordnet sein. Der Parameter ist beispielsweise eine Kapazität oder ein Widerstandswert. So kann beispielsweise an der Innenseite des Schlauchkörpers eine Leiterbahnstruktur aufgebracht werden, die bei einem Abklemmen sich kurzschließt, sodass die Widerstandsänderung erfassbar ist.
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In einer Ausführungsform ist der Drucksensor an einer Stirnseite des Schlauchkörpers angeordnet, wobei dieser vorzugsweise dabei auch der Abdichtung der Stirnseite dient.
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In einer weiteren Ausführungsform weist der Schlauchkörper eine Vorderseite und eine Rückseite auf, wobei die Vorderseite eine erste leitfähige Struktur und die Rückseite eine zweite leitfähige Struktur aufweist. Ist der Schlauchkörper beispielsweise ein Hohlzylinder, so sind die Vorder- und Rückseite jeweils Halbzylinder. Dabei kann weiter vorgesehen sein, dass die Vorder- und Rückseite zunächst als Einzelteile mit den leitfähigen Strukturen beispielsweise beschichtet, verklebt oder bedruckt werden und anschließend zum Schlauchkörper zusammengefügt werden. Alternativ können die leitfähigen Strukturen auch im Herstellprozess eines nahtlosen Schlauchkörpers, oder in den bestehenden Schlauchkörper eingebracht werden.
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Vorzugsweise sind die erste leitfähige Struktur und die zweite leitfähige Struktur miteinander elektrisch verbunden, da Widerstandsänderungen sehr einfach und zuverlässig messbar sind. Weiter vorzugsweise wird daher die erste leitfähige Struktur mit der zweiten leitfähigen Struktur über einen Widerstand verbunden. Dabei ist der Widerstand vorzugsweise mindestens eine Größenordnung (Faktor 10) größer als der Widerstandswert der ersten und/oder zweiten leitfähigen Struktur. Dies bewirkt beim Abklemmen eine sehr große Widerstandsänderung, die sehr einfach detektierbar ist. Dabei kann der Widerstand beispielsweise auf die Innenseite eines Verschlussteils der einen Stirnseite aufgebracht werden. Es ist aber auch möglich, den Widerstand als diskretes Bauelement auszubilden.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die mindestens eine leitfähige Struktur, die erste leitfähige Struktur und/oder die zweite leitfähige Struktur als Mäanderstruktur ausgebildet. Dies hat insbesondre bei der Erfassung von Widerstandsänderungen den Vorteil, dass unabhängig von der genauen Orientierung der Abklemmung sichergestellt ist, dass es zu einem Kurzschluss kommt. Ein weiterer Vorteil ist, dass durch mäanderförmige Strukturen die Wahrscheinlichkeit erhöht wird, dass Einschnitte des Schlauchkörpers zu einer Durchtrennung der leitfähigen Struktur führen, sodass auch Einschnitte neben Abklemmungen erfasst werden.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die erste leitfähige Struktur als Mäanderstruktur und die zweite leitfähige Struktur als vollflächige Struktur ausgebildet. Dabei stellt die vollflächige Struktur ein zuverlässiges Kurzschließen sicher (unabhängig von der Orientierung der Abklemmung), wobei die Mäanderstruktur der Vorderseite Einschnitte erfasst. Dabei wird davon ausgegangen, dass nach dem Einbau des Druckschlauchsensors die Rückseite Schlauchkörpers weitgehend geschützt ist, sodass dort keine Einschnitte zu befürchten sind. Allerdings sind Einschnitte denkbar, die die Mäanderstruktur verfehlen und somit zu keiner Durchtrennung führen. Ebenso können keine Undichtigkeiten erfasst werden, beispielsweise an den Stirnseiten.
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Daher wird in einer weiteren Ausführungsform der Druckschlauchsensor über dem Normaldruck befüllt. Kommt es dann zu einem Einschnitt oder eine Undichtigkeit, so wird dies durch den Druckabfall am Drucksensor erfasst und signalisiert. Die Signalisierung wird dabei beispielsweise durch ein Steuergerät vorgenommen, dass die Daten von Drucksensor und/oder der Auswerteeinheit erhält. Dabei sollte die Diagnose im Steuergerät hinreichend tolerant für Temperaturschwankungen und Druckschwankungen aufgrund von unterschiedlichen Höhenlagen sein. Hierzu kann beispielsweise das Steuergerät Temperatur und Höhenlagedaten von anderen Sensoren erhalten und entsprechende Ausgleichsrechnungen durchführen, sodass Druckschwankungen aufgrund von Temperaturänderungen oder Höhenänderungen nicht zu falschen Ergebnissen führen.
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In einer weiteren Ausführungsform wird der Druckschlauchsensor mit einem Füll-Gas (ungleich Luft) befüllt. Geeignete Füll-Gase sind beispielsweise CO2 oder Xenon.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die Auswerteeinheit in den Drucksensor integriert, was eine sehr kompakte Bauform ermöglicht. Dabei kann vorgesehen sein, dass dann der Drucksensor und die Auswerteeinheit ihre Daten an ein externes Steuergerät übermitteln, dass dann die eigentliche Diagnose und gegebenenfalls Signalisierung vornimmt. Es ist aber auch möglich, die komplette Diagnose im integrierten Drucksensor vorzunehmen, der dann nur ein Diagnosesignal nach außen abgibt.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Fig. zeigen:
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1 eine perspektivische Darstellung eines Druckschlauchsensors,
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2 eine Querschnittsdarstellung des Druckschlauchsensors,
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3 eine schematische Darstellung einer Innenseite einer Vorderseite des Schlauchkörpers,
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4 einen schematischen Längsschnitt durch den Druckschlauchsensor,
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5a ein schematisches Ersatzschaltbild des Druckschlauchsensors im Normalzustand und
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5b ein schematisches Ersatzschaltbild des Druckschlauchsensors mit einer Abklemmung.
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Der Druckschlauchsensor 1 umfasst einen Schlauchkörper 2, der im einfachsten Fall als Hohlzylinder oder in weiteren Ausprägungen als anwendungsspezifisch geformter Hohlkörper ausgebildet ist. Der Schlauchkörper 2 ist an seinen beiden Stirnseiten durch einen Boden 3 und einen Deckel 4 gasdicht verschlossen. Der Schlauchkörper 2 weist eine Vorderseite 5 und eine Rückseite 6 auf, die jeweils als Halbzylinder ausgebildet sind (siehe 2). Auf der Innenseite 7 der Vorderseite 5 ist eine erste leitfähige Struktur 8 aufgebracht und auf der Innenseite 9 der Rückseite 6 ist eine zweite leitfähige Struktur 10 aufgebracht. Die erste leitfähige Struktur 8 ist dabei als Mäanderstruktur MS ausgebildet (siehe 3), wobei die Struktur je nach Technologie variieren kann, beispielsweise keine Rundungen, sondern scharfe Kanten aufweist. Die zweite leitfähige Struktur 10 ist als leitfähige Fläche ausgebildet, die die Innenseite 9 der Rückseite 6 vollflächig oder zumindest nahezu vollflächig bedeckt. Die erste leitfähige Struktur 8 weist einen Widerstand R1 und die zweite leitfähige Struktur 10 weit einen Widerstand R2 auf. Die erste leitfähige Struktur 8 und die zweite leitfähige Struktur 10 sind über einen Widerstand RD miteinander elektrisch verbunden. Dabei ist vorzugsweise RD » R1, R2. Vorzugsweise sollte RD mindestens eine Größenordnung größer sein. Der Widerstand RD ist vorzugsweise auf einer Innenseite des Bodens 3 angeordnet. Auf der Innenseite des Deckels 4 ist ein Drucksensor 11 und eine Auswerteeinheit 12 angeordnet. Dabei sei angemerkt, dass Drucksensor 11 und Auswerteeinheit 12 als integrierte Einheit ausgebildet sein können. Des Weiteren können diese prinzipiell auch derart ausgebildet sein, dass diese den Deckel 4 selbst bilden. Der Drucksensor 11 misst den Druck P1 im Inneren des Druckschlauchsensors 1. Die Auswerteeinheit 12 ermittelt den resultierenden Widerstand R oder eine vergleichbare Größe wie beispielsweise den Strom, um auf den resultierenden Widerstand R zu schließen. Dabei sei angemerkt, dass der Druckschlauchsensor 1 mit einem Druck P1 befüllt ist, der größer als der normale umgebende Luftdruck P0 ist. Über eine oder mehrere Datenleitungen sind der Drucksensor 11 und die Auswerteeinheit 12 mit einem Steuergerät 13 verbunden, das abhängig von einer Diagnose eine Anzeigeeinheit 14 zur Signalisierung eines Status bzw. Fehlers ansteuert.
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Der erfindungsgemäße Druckschlauchsensor 1 kann mittels der Daten des Drucksensors 11 bzw. der Auswerteeinheit 12 auf Funktionsfähigkeit überwacht werden, wobei Abklemmungen, Undichtigkeiten oder Einschnitte diagnostizierbar sind, was nachfolgend erläutert werden soll.
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Im Normalzustand misst der Drucksensor 11 den Fülldruck P1 des Druckschlauchsensors 1, und die Auswerteeinheit 12 misst den Widerstand R, der sich aus der Reihenschaltung von R1, R2 und RD zusammensetzt. Wird dann von außen eine Kraft F auf die Vorderseite 5 ausgeübt, so erhöht sich der Druck im Innern des Druckschlauchsensors 1 auf P1*. Diese äußere Kraft F wird somit von dem Drucksensor 11 detektiert und an das Steuergerät 13 übermittelt, sodass beispielsweise ein aktives Fußgängerschutzsystem angesteuert wird. Wird nun, aus welchen Gründen auch immer, der Druckschlauchsensor 1 abgeklemmt, kann in dem vom Drucksensor 1 abgeklemmten Teil des Druckschlauchsensors 1 eine Druckänderung durch den Drucksensor 11 nicht erfasst werden. Allerdings führt das Abklemmen dazu, dass sich die erste leitfähige Struktur 8 und die zweite leitfähige Struktur 10 berühren und den Widerstand RD kurzschließen, was in 5b schematisch dargestellt ist. Der resultierende Widerstand R ist dann kleiner als die Reihenschaltung von R1 und R2 (unter Vernachlässigung von Übergangswiderständen an der Abklemmung). Die Auswerteeinheit 12 kann entsprechend den resultierenden Widerstand R an das Steuergerät 13 übermitteln, das dann den Defekt signalisieren kann. Ein Einschnitt in den Druckschlauchsensor 1 führt dazu, dass der Druck P1 abnimmt und sich dem äußeren Umgebungsdruck P0 anpasst. Somit können Defekte durch Undichtigkeiten oder Einschnitte diagnostiziert werden und ebenfalls durch das Steuergerät 13 signalisiert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10230560 A1 [0002]
- DE 19731178 C1 [0003]
- EP 0185650 B1 [0004]
- DE 19936076 A1 [0005]
