DE10207016A1

DE10207016A1 - Beleuchtbarer drucksensitiver elektrischer Sensor oder Schalter

Info

Publication number: DE10207016A1
Application number: DE2002107016
Authority: DE
Inventors: Markus Breitenberger
Original assignee: Autoliv Development AB
Current assignee: Autoliv Development AB
Priority date: 2002-02-19
Filing date: 2002-02-19
Publication date: 2003-11-13

Abstract

Es wird ein drucksensitiver elektrischer Sensor oder Schalter 3 mit einer Sensorträgerschicht 6, 13 vorgestellt, auf der eine betätigungskraftempfindliche Sensorschicht 7 aufgebaut ist, wobei über dieser Sensorschicht 7 eine Abdeckschicht 10 angeordnet ist. DOLLAR A Um einen solchen elektrischen Sensor oder Schalter 3 unter Einhaltung einer sehr geringen Bauhöhe beleuchtbar zu machen, wird vorgeschlagen, dass zwischen der Abdeckschicht 10 und der Sensorschicht 7 eine Elektrolumineszenzlichtquelle 9 angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen beleuchtbaren drucksensitiven elektrischen Sensor oder Schalter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Aus vielen Bereichen der Technik ist der Wunsch bekannt, elektrische Schalter oder Sensoren mit Beleuchtungsvorrichtungen zu versehen, die das Auffinden dieser Sensoren oder Schalter auch bei Dunkelheit ermöglichen.
So ist beispielsweise aus der US 6,062,595 ein Airbagmoduldeckel mit Druckschaltern bekannt geworden, bei dem die Druckschalter mittels LED's beleuchtet werden, die an der Deckelrückseite im Bereich der Schalter angeordnet sind. Derartige Airbagmoduldeckel werden beispielsweise im Bereich des Lenkradtopfes angeordnet, wo die durch diesen Aufbau verursachte vergleichsweise große Bautiefe üblicherweise keine Probleme bereitet.
Sofern jedoch Betätigungssensoren und Schalter beispielsweise im Bereich von Lenkradspeichen, des Lenkradkranzes oder an der Oberfläche eines Kraftfahrzeugarmaturenbrettes angeordnet werden sollen, ist die Nutzung eines beleuchteten Schalters gemäß der US 6,062,595 in der Regel nicht möglich und sehr unvorteilhaft.
So sind denn auch durch die DE 196 48 374 A1 und die DE 197 39 626 A1 andere, nicht beleuchtete Sensor- oder Drucktasten zur Betätigung von elektrischen Geräten bekannt geworden, die im Bereich des Lenkradkranzes oder der Lenkradspeichen eines Kraftfahrzeuges angeordnet sind.
Darüber hinaus ist es bekannt, Elektrolumineszenzfolien als Beleuchtungsmittel für Kraftfahrzeuganzeigesysteme zu nutzen. Derartige Elektrolumineszenzleuchtmittel nutzen als Leuchtstoffe Halbleiterkristalle, die elektrische Energie in Lichtenergie umsetzen. Die Leuchtmittel sind durch ihren hohen Wirkungsgrad sehr vorteilhaft einsetzbar, da die elektrische Leistungsaufnahme eines solchen Leuchtmittels sehr gering ist und die Verluste aufgrund der Emission von Infrarotstrahlung auf ein Mindestmaß beschränkt sind. Zudem zeichnen sich derartige Elektrolumineszenzleuchtmittel durch Langlebigkeit, Umweltstabilität und Wirtschaftlichkeit aus.
Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe an die Erfindung darin, einen beleuchtbaren elektrischen Sensor oder Schalter zu schaffen, der eine sehr geringe Bauhöhe aufweist, kostengünstig herstellbar sowie im Betrieb zuverlässig, energiesparend und wartungsarm ist.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen des Hauptanspruches. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar. In einem weiteren unabhängigen Patentanspruch 11 und zugehörigen Unteransprüchen wird zudem ein Kraftfahrzeuglenkrad beschrieben, dass mit Sensoren oder Schaltern gemäß der Erfindung ausgestattet ist.
Demnach besteht der beleuchtbare drucksensitive elektrische Sensor oder Schalter aus einer Sensorträgerschicht, auf der eine drucksensitive Sensorschicht aufgebaut ist, sowie aus einer darüber befindlichen Abdeckschicht und einer Lichtquelle, die zwischen der Abdeckschicht und der Sensorschicht angeordnet und als Elektrolumineszenzlichtquelle ausgebildet ist.
Durch die Kombination einer solchen Drucksensorschicht mit einer Elektrolumineszenzlichtquelle lassen sich beleuchtbare Betätigungssensoren und Schalter mit einer Bauhöhe konstruieren, die im Bereich der Dicke der gewählten sehr dünnen Trägermaterialien, also im Bereich von wenigen zehntel Millimetern, liegt.
Dadurch ergeben sich ganz neue Gestaltungsmöglichkeiten für die Integration derartiger Schalt- oder Sensorelemente, etwa in das Lenkrad oder in das Armaturenbrett eines Kraftfahrzeugs, aber auch hinsichtlich des Aufbringens derartiger Schalter oder Sensoren auf alle möglichen denkbaren Fahrzeugbauteile oder Gebrauchsgegenstände.
Vorzugsweise ist bei einem solchen beleuchtbaren drucksensitiven elektrischen Sensor oder Schalter sowohl die Trägerschicht für die Lumineszenzlichtquelle als auch die Abdeckschicht als Kunststofffolie ausgebildet. Die drucksensitive elektrische Sensorschicht wird in der Regel auf eine mechanisch stabile Trägerschicht aufgebracht sein, obwohl auch nicht ausgeschlossen werden soll, dass auch diese drucksensitive Schicht auf einer Folie, beispielsweise eine Kunststofffolie, aufgetragen ist.
Die Abdeckfolie eines solchen beleuchtbaren drucksensitven elektrischen Sensors oder Schalters ist vorzugsweise zumindest an ihrer Unterseite oder aber auch auf ihrer Oberseite bedruckbar oder beschreibbar, damit auf diesen Oberflächen beispielsweise Funktionssymbole aufgebracht werden können. Sofern diese Abdeckfolie dann auch noch teil- oder volltransparent ausgebildet ist, können derartige Funktionssymbole als Positiv- oder Negativabbildung sichtbar gemacht werden.
Ein besonders günstiger Aufbau des Elektrolumineszenzsensors ergibt sich dann, wenn die Elektrolumineszenzschicht mit ihrer Trägerschicht zwischen der Abdeckschicht und der Sensorträgerschicht angeordnet ist.
In einer anderen bauteil- und platzsparenden Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Elektrolumineszenzschicht auf der Unterseite der Abdeckschicht angeordnet ist.
Eine weitere Maßnahme zum hochintegrierten Aufbau eines solchen beleuchtbaren drucksensitiven elektrischen Sensors oder Schalters ergibt sich dann, wenn die drucksensitive elektrische Sensorschicht auf der Unterseite der Trägerfolie für die Elektrolumineszenzschicht angeordnet ist.
Wie bereits erwähnt, ist die Nutzung derartiger erfindungsgemäßer Sensoren oder Schalter in der Automobilindustrie von großer Bedeutung. Beispielsweise können solche Sensoren oder Schalter in der Polsterung eines Lenkradkranzes oder der Lenkradspeichen vorteilhaft untergebracht werden. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Abdeckschicht nicht flächenbündig mit der Polsterschicht des Lenkrades abschließt, wodurch zusätzlich eine leichte Ertastbarkeit der Sensorposition im Lenkradkranz ermöglicht wird. Vorzugsweise sollte dabei die Abdeckschicht 0,5 bis 3 mm unterhalb der Oberkante der Polsterschicht des Lenkrades enden.
Die Erfindung lässt sich mit Hilfe der gefügten Zeichnung und anhand von Ausführungsbeispielen erläutern. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeuglenkrades
Fig. 2 eine schematische Querschnittsdarstellung durch den erfindungsgemäßen Sensor oder Schalter,
Fig. 3 eine vereinfachte schematische Darstellung des Sensors oder Schalters gemäß Fig. 2, jedoch in einer anderen Ausführungsform, und
Fig. 4 eine weitere Ausführungsform des Sensor- oder Schalteraufbaus.
In Fig. 1 ist demnach die Nutzung eines erfindungsgemäßen Schalters oder Sensors in einem Fahrzeuglenkrad 1 dargestellt. Das Lenkrad 1 besteht in dieser vereinfachten Darstellung aus Lenkradspeichen 2 und einem Lenkradkranz 4, wobei in ersteren die drucksensitiven und beleuchtbaren elektrischen Schalter und Sensoren 3 eingearbeitet sind.
Ein derartiger druckempfindlicher und beleuchtbarer Sensor bzw. Schalter 3 ist in Fig. 2 in einer schematischen Querschnittsdarstellung abgebildet. Wie dieser Darstellung deutlich entnommen werden kann, ist dieser Sensor oder Schalter 3 hier in einer topfförmigen Vertiefung der Polsterschicht 5 einer Lenkradspeiche 2 untergebracht.
Der schichtweise Aufbau dieses Schalters oder Sensors 3 beginnt von unten nach oben gesehen mit einer Sensorträgerschicht 6, die eine drucksensitive Sensorschicht 7 trägt. über dieser Sensorschicht 7 ist mit Abstand eine Trägerfolie 8 für eine Elektrolumineszenzschicht 9 angeordnet, über der sich dann ebenfalls unter Wahrung eines geringen Abstandes eine Abdeckschicht 10 befindet.
Die Abdeckschicht 10 schließt in diesem Ausführungsbeispiel deutlich erkennbar nicht flächenbündig mit der Oberseite 11 des Lenkradspeichenpolsters 5 ab, so dass die Position des Sensors oder Schalters 3 auch durch den Tastsinn eines Menschen leicht auffindbar ist. Der Abstand der Abdeckschicht 10 zu der Polsteroberseite 11 beträgt dabei vorzugsweise 0,5 bis 3 mm.
Die Abstände zwischen den einzelnen Lagen des Drucksensors 6, 7 sowie des Elektrolumineszenzleuchtmittels 8, 9 und der Abdeckschicht 10 sind in dieser schematischen Abbildung stark überhöht dargestellt. Tatsächlich ist ihr Abstand auf wenige zehntel Millimeter ausgelegt, damit der Betätigungsweg von der Oberseite der Abdeckschicht 10 bis zur Sensorschicht 7 bereits durch ein nur ein leichtes Berühren mit einer Fingerspitze überwindbar ist. Derartige Sensoren oder Schalter 3 können aber auch so aufgebaut sein, dass alle oder zumindest einzelne Schichten 6, 7; 8, 9; 13; 10 unmittelbar aufeinander liegen.
Zur Verringerung des Materialaufwandes sowie Reduzierung der Bauhöhe des erfindungsgemäßen Sensors bzw. Schalters 3 kann auch ein Schichtenaufbau gemäß der schematischen Darstellung in Fig. 3 gewählt werden. Dabei ist vorgesehen, dass die Elektrolumineszenzschicht 9 an der Unterseite der Abdeckschicht 10 angebracht ist und diese Elektrolumineszenzschicht 9 der drucksensitiven Schicht 7 direkt gegenüber liegt.
Eine weitere Variante des Sensor- bzw. Schalteraufbaus ist der schematischen Darstellung gemäß Fig. 4 entnehmbar. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird sowohl die Elektrolumineszenzschicht 9 als auch die druckempfindliche Sensorschicht 7 auf der einen bzw. anderen Seite einer Trägerschicht 13 aufgebracht. Oberhalb der Elektrolumineszenzschicht 9 ist dann die Abdeckschicht 10 angeordnet, während unterhalb der drucksensitiven Schicht 7 vorzugsweise eine Druckplatte 12 vorhanden ist, die als Widerlager für diese drucksensitive Schicht 7 beim Betätigen des Schalters bzw. Sensors 3 dienen kann. Alle Trägerschichten 6, 8, 10, 13 sind vorzugsweise als dünne Folien und in der Regel als dünne Kunststofffolien ausgebildet.
Hinsichtlich der Wirkungsweise des Sensors bzw. Schalters 3 gemäß den Fig. 2 bis 4 soll darauf hingewiesen werden, dass sich bei einer Druckbeaufschlagung des Sensors oder Schalters der elektrische Widerstand des drucksensitiven Teils (Sensorschicht 7) ändert.
Da ein solcher Sensor oder Schalter in der Regel mit einer Steuerungs- und/oder Regelungselektronik verbunden ist, lässt sich mittels eines geeigneten Auswertealgorithmus eine Aussage über die Betätigungskraft machen. Neben der reinen Aussage über den Schaltzustand "An" oder "Aus" kann durch die Festlegung von Betätigungskraftschwellen die Information des drucksensitiven Sensors auch darüber hinaus verwertet werden. So kann beispielsweise bei der Nutzung eines solchen Sensors zur Steuerung und Regelung eines Radios eine Betätigungskraft von 0 bis 3 Newton ignoriert werden, von 3 bis 6 Newton als Wunsch hinsichtlich der Radiofunktion "Sendersuchlauf" verstanden werden, und das Überschreiten der Betätigungskraftschwelle von 6 Newton als Einschalt- oder Ausschaltwunsch interpretiert werden. Bezugszeichenliste 1 Lenkrad
2 Speichen
3 Schalter, Sensor
4 Lenkradkranz
5 Speichenpolster
6 Sensorträgerschicht
7 Sensorschicht
8 Trägerfolie
9 Elektrolumineszenzschicht
10 Abdeckschicht
11 Polsteroberseite
12 Druckplatte
13 Trägerschicht

Claims

1. Beleuchtbarer drucksensitiver elektrischer Sensor oder Schalter (3), mit einer Sensorträgerschicht (6), zur Aufnahme einer Sensorschicht (7), die ihren elektrischen Widerstand bei einer Kraftbeaufschlagung verändert, und mit einer darüber befindlichen Abdeckschicht (10), dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Abdeckschicht (10) und der drucksensitiven Sensorschicht (7) eine Elektrolumineszenzlichtquelle (9) angeordnet ist.

2. Sensor oder Schalter gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die drucksensitive elektrische Sensorschicht (7) auf einer Sensorträgerschicht (6) angeordnet ist.

3. Sensor oder Schalter gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckschicht (10) über eine bedruckbare bzw. beschreibbare Ober- und/oder Unterseite verfügt.

4. Sensor oder Schalter nach Anspruch 1 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckschicht (10) teil- oder volltransparent ausgebildet ist.

5. Sensor oder Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrolumineszenzlichtequelle als eine auf einer Trägerschicht (8) aufgebrachte Elektolumineszenzschicht (9) ausgebildet ist.

6. Sensor oder Schalter nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorträgerschicht (6), die Lumineszenzträgerschicht (8), die Abdeckschicht (10) und eine Trägerschicht (13) als dünne Folien ausgebildet sind.

7. Sensor oder Schalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Folien (6, 8, 10, 13) als Kunststofffolien ausgebildet sind.

8. Sensor oder Schalter nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrolumineszenzschicht (9) auf der Unterseite der Abdeckschicht (10) angeordnet ist.

9. Sensor oder Schalter nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die drucksensitive Sensorschicht (7) und die Elektrolumineszenzschicht (9) auf jeweils gegenüberliegenden Seiten der Trägerschicht (13) angeordnet sind.

10. Sensor oder Schalter nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor oder Schalter (3) an einem Kraftfahrzeugbauteil angebracht ist.

11. Kraftfahrzeuglenkrad (1) mit einem Lenkradkranz (4) und mit diesem Lenkradkranz (4) in Verbindung stehenden Lenkradspeichen (2), dadurch gekennzeichnet, dass das Lenkrad (1) über mindestens einen Schalter oder Sensor (3) mit den Merkmalen wenigstens eines der vorherigen Ansprüche verfügt.

12. Lenkrad nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckschicht (10) nicht flächenbündig mit einer Oberseite (11) Polsterschicht (5) des Lenkrades (1) abschließt.

13. Lenkrad nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Abdeckschicht (10) des Schalters oder Sensors (3) vorzugsweise 0,5 bis 3 mm unterhalb der Polsteroberseite (11) des Lenkrades (1) endet.