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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das technische Gebiet von Belegungssensorsystemen, die in einen Sitz beispielsweise eines Kraftfahrzeugs einzubauen sind. Die vorliegende Erfindung betrifft in einer spezifischen Anwendung insbesondere das technische Gebiet von auf Foliendrucksensoren basierenden Sitzbelegungssensoren beispielsweise zur Verwendung in einem Sicherheitssystem eines Kraftfahrzeugs.
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Technischer Hintergrund
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Sitzbelegungssensoren werden gewöhnlich in Kraftfahrzeugen für die Zwecke der Airbagsteuerung oder anderer Anwendungen verwendet. Sitzbelegungssensoren bringen im Allgemeinen eine Vielzahl von Schaltelementen mit sich, die in einer Anordnungskonfiguration angeordnet und über die Fläche des Fahrzeugsitzes verteilt sind. Die einzelnen Schaltelemente werden typisch als einfache Ein/Aus-Schalter oder als Druckerfassungselemente wie beispielsweise kraftempfindliche Widerstände konfiguriert, bei denen sich ein elektrischer Widerstand über einer bestimmten Schwellenkraft kontinuierlich mit der auf den Sitz wirkenden Kraft ändert.
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Bei einer möglichen Anwendung dieser Sitzbelegungssensoren wird ein aktueller Sitzbelegungszustand mittels der Sitzbelegungssensoren ermittelt und werden die dem jeweiligen Sitz zugeordneten Airbags in der Situation eines Autounfalls nur entfaltet, wenn der aktuelle Sitzbelegungszustand eine solche Entfaltung erfordert. Bei einer anderen Anwendung wird das Signal der Sitzbelegungssensoren in einem Gurtwarnsystem zur Erzeugung eines Warnsignals verwendet, wenn ein spezifischer Fahrzeugsitz belegt ist und der entsprechende Sicherheitsgurt nicht angelegt ist.
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Um zuverlässig zu erfassen, ob ein Insasse einen Druck auf den Sitz ausübt, sind die Drucksensoren normalerweise zwischen dem Sitzkissen (der Sitzfläche oder der Rückenlehne) und dem Sitzbezug bzw. Schonbezug angeordnet, um den Belegungszustand eines Fahrzeugsitzes zu erfassen. Wenn der Sitz auch mit einer Sitzheizung ausgestattet ist, ist der Drucksensor normalerweise unter der Sitzheizung, d. h. zwischen der Sitzheizungsschicht und dem Sitzkissen angeordnet.
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Gegenwärtig wird eine beträchtliche Anzahl von Sitzen durch Ankleben des Bezugs und/oder der Sitzheizungsschicht an das darunterliegende Sitzkissen hergestellt. In diesem Fall werden erforderlichenfalls die Sitzheizungsschicht und der Bezug zusammen mit einem wärmehärtbaren Klebstoff zwischen den verschiedenen Schichten auf dem Sitzkissen montiert. Die Baugruppe wird anschließend Erwärmung und Druck ausgesetzt, um den Klebstoff zu aktivieren und die verschiedenen Schichten im Wesentlichen auf ihrer gesamten Oberfläche zusammenzukleben.
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Während dieser Phase der Wärmeaushärtung wird ein Drucksensor, der unter dem Bezug oder unmittelbar unter der Heizungsschicht angeordnet ist, ziemlich rauen Bedingungen ausgesetzt, die ihn beschädigen könnten. Darüber hinaus ist, sobald die Baugruppe ausgehärtet ist, der Drucksensor fest angeordnet und kann er deshalb nicht mehr seine Position an eine durch einen Insassen verursachte Verformung des Sitzes anpassen.
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Technisches Problem
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Sensoranordnung bereitzustellen, die an die Verwendung in den oben genannten Sitzen angepasst ist. Die Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 beanspruchte Erfindung gelöst.
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Allgemeine Beschreibung der Erfindung
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Ein Belegungssensor umfasst mindestens ein Schaltelement zur Erfassung einer auf den Sitz wirkenden Kraft. Das Schaltelement umfasst eine obere Trägerschicht und eine untere Trägerschicht, die mittels eines Abstandsstücks in einem bestimmten Abstand voneinander angeordnet sind. Das Abstandsstück umfasst mindestens eine Öffnung, die eine aktive Zone des Schaltelements definiert, in welcher die obere und untere Trägerschicht als Reaktion auf eine auf mindestens eine von der oberen und unteren Trägerschicht wirkende Kraft zusammengebracht werden können. Das Schaltelement umfasst ferner eine Elektrodenanordnung, die mindestens eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode umfasst, die in der aktiven Fläche des Schaltelements zwischen der oberen und unteren Trägerschicht derart angeordnet sind, dass ein elektrischer Kontakt zwischen der ersten und zweiten Elektrode hergestellt wird, wenn die obere und untere Trägerschicht als Reaktion auf eine auf mindestens eine von der oberen und unteren Trägerschicht wirkende Kraft zusammengebracht werden. Erfindungsgemäß umfasst der Belegungssensor ferner eine Entkopplungsschicht aus einem flexiblen Material, wobei die Entkopplungsschicht derart auf einer Oberseite des Schaltelements angeordnet ist, dass sie die obere Trägerschicht zumindest in dem Bereich der aktiven Fläche abdeckt, wobei die Anordnung derart beschaffen ist, dass die Entkopplungsschicht und das Schaltelement zumindest in dem Bereich der aktiven Fläche seitlich verschiebbar zueinander sind.
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Wenn der erfindungsgemäße Belegungssensor in einen Sitz mit thermobondiertem Bezug oder Sitzheizung eingebaut ist, verhindert die Entkopplungsschicht, die auf der Oberseite des Schaltelements angeordnet ist, dass das Schaltelement selbst an seiner Oberfläche an die darüberliegende Sitzbaugruppenschicht angeklebt wird, also beispielsweise an den Schonbezug, eine Filzschicht, eine Kunststoffschicht oder die Sitzheizungsschicht, die über dem Belegungssensor angeordnet ist. Bei der oben beschriebenen Phase der Wärmeaushärtung wird statt dessen die Entkopplungsschicht an die darüberliegende Schicht angeklebt.
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Nach der Montage bietet die seitliche Verschiebbarkeit zwischen dem Schaltelement und der Entkopplungsschicht dem Schaltelement die Möglichkeit, sich in gewissem Maße seitlich zwischen der Entkopplungsschicht und dem Sitzkissen zu verschieben, um seine Position an eine Sitzverformung anzupassen.
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Außerdem schützt die Entkopplungsschicht das Schaltelement während der Wärmeaushärtungsphase teilweise vor der hohen Temperatur und dem Druck, die während der Wärmeaushärtung des Klebstoffs auf den Sitz einwirken. Demgemäß kann eine Beschädigung des Schaltelements während dieses Montageschritts vorteilhafterweise durch die Entkopplungsschicht verhindert werden.
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Es ist anzumerken, dass bedingt durch die Flexibilität der Entkopplungsschicht – d. h., dass die Entkopplungsschicht aus flexiblem Material besteht – ein örtlicher Druck, der durch einen Insassen auf den Sitz ausgeübt wird, von der Entkopplungsschicht zu dem darunterliegenden Schaltelement übertragen wird und somit eine Erfassung der Belegung mittels des Schaltelements zuverlässig gegeben ist.
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Eine seitliche Abmessung der Entkopplungsschicht ist bei einer bevorzugten Ausgestaltung zumindest in dem Bereich der aktiven Fläche etwas größer als eine seitliche Abmessung der oberen Trägerfolie. Diese Ausgestaltung gewährleistet in wirksamer Weise, dass sich das Schaltelement nicht seitlich über die Entkopplungsschicht hinaus erstreckt und dass es daher während der Wärmeaushärtungsphase nicht an die darüberliegende Sitzschicht angeklebt werden kann. Des Weiteren sorgt die größere Abmessung der Entkopplungsschicht für den notwendigen Raum, in dem das Schaltelement in Bezug auf die Entkopplungsschicht frei verschiebbar ist.
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Es ist anzumerken, dass die Entkopplungsschicht ganz vom Schaltelement getrennt sein kann. In diesem Fall wird die Entkopplungsschicht während der Montage des Sitzes oben auf dem Schaltelement positioniert, bevor die nächste Schicht des Sitzes angeordnet wird. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung wird die Entkopplungsschicht jedoch örtlich an der oberen Trägerschicht in einem von der aktiven Fläche entfernten Bereich befestigt. Die Entkopplungsschicht kann beispielsweise an einer Verbindungslasche des Schaltelements befestigt werden, d. h. an einer Stelle, die von den aktiven Flächen entfernt ist. Der Belegungssensor bildet durch eine solche örtliche Befestigung in einem von den aktiven Flächen entfernten Bereich ein einziges Stück, das im Wesentlichen die Handhabung des Belegungssensors verbessert, während zugleich die seitliche Verschiebbarkeit des Schaltelements in Bezug auf die flexible Entkopplungsschicht beibehalten wird, was auch durch die Flexibilität der Entkopplungsschicht bedingt ist. Es ist anzumerken, dass die Entkopplungsschicht durch ein beliebiges geeignetes Mittel wie beispielsweise durch Ankleben oder Anquetschen an der oberen Trägerschicht befestigt werden kann. Alternativ dazu kann die Entkopplungsschicht bauartbestimmt mechanisch befestigt werden.
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Es versteht sich, dass das Schaltelement vorteilhafterweise eine Vielzahl aktiver Flächen umfasst, die zwischen gemeinsamen oberen und unteren Trägerschichten angeordnet sind, und dass die Entkopplungsschicht derart angeordnet ist, dass sie die obere Trägerschicht in dem Bereich der Vielzahl aktiver Flächen abdeckt. Die Anordnung ist vorzugsweise derart beschaffen, dass die verschiedenen aktiven Flächen der Vielzahl aktiver Flächen über einen größeren Bereich derart verteilt sind, dass die Erfassung der Belegung über einen größeren Bereich des Sitzes verbessert wird.
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Das Schaltelement ist vorzugsweise als Foliendrucksensor konfiguriert und die obere Trägerschicht und/oder die untere Trägerschicht besteht/bestehen vorzugsweise aus einer Polymerfolie.
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Foliendrucksensoren bzw. folienbasierte Drucksensoren, d. h. Druckmessgeräte, die den auf eine flexible Folie wirkenden Druck in ein elektrisches Signal umwandeln, sind weithin bekannt und existieren in mehreren Varianten.
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Eine weitverbreitete Variante eines folienbasierten Drucksensors umfasst eine erste flexible Trägerfolie und eine zweite flexible untere Trägerfolie, die mittels eines Abstandsstücks (z. B. einer doppelseitigen Klebefolie) in einem bestimmten Abstand voneinander angeordnet sind. Das Abstandsstück ist mit einer oder mehreren Öffnungen (Bereichen ohne Abstandsmaterial) versehen, die Zellen bzw. Hohlräume definieren. In jeder dieser Zellen bzw. in jedem dieser Hohlräume sind mindestens zwei Elektroden derart angeordnet, dass als Reaktion auf einen auf den Drucksensor wirkenden Druck die erste und zweite Trägerfolie gegen ihre Elastizität zusammengedrückt werden, was dazu führt, dass der elektrische Widerstand zwischen den mindestens zwei Elektroden der Zelle sinkt. Ein an den Drucksensor angeschlossenes Steuergerät misst den Widerstand (oder den Strom oder die Spannung) zwischen den Elektroden der Zellen und ermittelt so den auf den Drucksensor wirkenden Druck.
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Es sind mehrere mögliche Anordnungen der Elektroden in den einzelnen Zellen bekannt. Bei einer ersten Anordnung ist eine erste Elektrode auf der ersten Trägerfolie angeordnet und eine zweite Elektrode der ersten Elektrode zugewandt auf der zweiten Trägerfolie angeordnet. Wenn die erste und zweite Trägerfolie zusammengedrückt werden, wird ein elektrischer Kontakt zwischen der ersten und zweiten Elektrode hergestellt. Zellen dieses Typs werden häufig als „Durchgangsmodus“-Zellen bezeichnet. Bei einer alternativen Anordnung sind eine erste und zweite Elektrode in beabstandeter Beziehung auf einer von der ersten und zweiten Trägerfolie angeordnet, während die andere Trägerfolie mit einem Nebenschlusselement abgedeckt ist. Das Nebenschlusselement ist der ersten und zweiten Elektrode zugewandt derart angeordnet, dass, wenn die erste und zweite Trägerfolie zusammengedrückt werden, das Nebenschlusselement die erste und zweite Elektrode in Nebenschluss schaltet. Zellen dieses Typs werden als „Nebenschlussmodus“-Zellen bezeichnet.
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Die Zellen können als einfache Druckschalter konfiguriert sein. In diesem Fall tritt die Abnahme des elektrischen Widerstands bei einem genauen Druckschwellwert (der sich von einem isolatorartigen Widerstand zu einem leiterartigen Widerstand verändert) abrupt auf, wenn die erste und zweite Elektrode in physischen Kontakt miteinander gebracht werden.
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Alternativ dazu können die Zellen derart konfiguriert sein, dass der Widerstand allmählich über einen breiten Druckbereich abfällt. Um dies zu bewerkstelligen, verhindert druckempfindliches Material den direkten Kontakt der Elektroden in der Zelle. Der Widerstand des druckempfindlichen Materials ändert sich mit dem aufgebrachten Druck. Das druckempfindliche Material kann als eine Schicht auf mindestens einer der Elektroden vorhanden sein oder das Nebenschlusselement kann im Falle einer Nebenschlussmodus-Zelle aus druckempfindlichem Material bestehen.
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Die oben beschriebenen Drucksensoren können kostengünstig hergestellt werden und haben sich in der Praxis als robust und zuverlässig erwiesen. Folienbasierte Drucksensoren werden heutzutage dank dieser Eigenschaften bei allen Arten von Schalt- und Messanwendungen überall verwendet. Die Sensoren bieten ein sehr schlankes Profil und geringes Gewicht, was sie für den Einbau in verschiedene Betriebsumgebungen geeignet macht.
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Die Entkopplungsschicht besteht bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung aus einer Polymerfolie oder einem Textilmaterial. Im Falle eines Polymermaterials kann die Entkopplungsschicht aus demselben Polymermaterial wie die Trägerfolien oder aus einem anderen Material bestehen. Auch die Dicke der Entkopplungsschicht kann einer Dicke der Trägerfolien gleichen oder davon verschieden sein.
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Ein anderer Aspekt der Erfindung betrifft eine Sitzbaugruppe, die ein Sitzkissen, einen Sitzbezug und mindestens einen wie oben beschriebenen Belegungssensor umfasst, wobei der mindestens eine Belegungssensor zwischen einem Sitzkissen und einer darüberliegenden Sitzbaugruppenschicht angeordnet ist. Nach der Montage des Sitzes ist die Entkopplungsschicht des mindestens einen Belegungssensors zumindest teilweise an die darüberliegende Sitzbaugruppenschicht angeklebt. Die darüberliegende Sitzbaugruppenschicht kann der Schonbezug, eine Filzschicht, eine Sitzheizungsschicht oder eine beliebige andere Schicht, die die gesamte Sitzbaugruppe bildet, sein. Wenn die Sitzbaugruppe eine Sitzheizung umfasst, ist die Entkopplungsschicht des mindestens einen Belegungssensors zum Beispiel vorzugsweise zumindest teilweise an die Sitzheizungsschicht angeklebt.
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Es ist anzumerken, dass der erfindungsgemäße Sitzbelegungssensor für einen beliebigen geeigneten Sitz verwendet werden kann, also beispielsweise für einen Sitz eines Kraftfahrzeugs (z. B. ein Auto), eines Zugs, eines Flugzeugs oder eines Busses. Der Belegungssensor kann auch in die Sitzfläche eines solchen Sitzes oder in den entsprechenden Rückenlehnenabschnitt des Sitzes eingebaut werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Es wird nun eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung beispielhaft anhand der begleitenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
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1: eine schematisch dargestellte Schichtbaugruppe eines Sitzes, die einen Belegungsdetektor gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2: eine Draufsicht einer Ausgestaltung eines Belegungssensors.
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Beschreibung bevorzugter Ausgestaltungen
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1 zeigt einen Belegungssensor 10, der in eine schematisch dargestellte Schichtbaugruppe eines Sitzes eingebaut ist. Der Sitz umfasst ein Sitzkissen 14, das auf einem Sitzgestell 16 angeordnet ist. Ein Belegungssensor 10 ist auf dem Sitzschaumstoff bzw. Sitzkissen 14 angeordnet und durch eine Sitzheizungsschicht 18 und den Schonbezug 20 abgedeckt.
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Der Belegungssensor umfasst ein Schaltelement 22 zur Erfassung einer auf den Sitz wirkenden Kraft. Das Schaltelement 22 umfasst eine obere Trägerschicht 24 und eine untere Trägerschicht 26, die mittels eines Abstandsstücks 28 in einem bestimmten Abstand voneinander angeordnet sind. Das Abstandsstück 28 umfasst bei der dargestellten Ausgestaltung zwei Öffnungen 30, die eine aktive Zone des Schaltelements 22 definieren, in welcher die obere und untere Trägerschicht als Reaktion auf eine auf mindestens eine von der oberen und unteren Trägerschicht wirkende Kraft zusammengebracht werden können. Das Schaltelement umfasst ferner eine Elektrodenanordnung, die eine erste Elektrode 32 und eine zweite Elektrode 34 umfasst, die in der aktiven Fläche 30 des Schaltelements 22 zwischen der oberen und unteren Trägerschicht derart angeordnet sind, dass ein elektrischer Kontakt zwischen der ersten und zweiten Elektrode hergestellt wird, wenn die obere und untere Trägerschicht als Reaktion auf eine auf mindestens eine von der oberen und unteren Trägerschicht wirkende Kraft zusammengebracht werden.
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Der Belegungssensor umfasst des Weiteren eine Entkopplungsschicht 36 aus einem flexiblen Material, die derart auf einer Oberseite des Schaltelements 22 angeordnet ist, dass sie die obere Trägerschicht 24 zumindest in dem Bereich der aktiven Fläche 30 abdeckt. Die Entkopplungsschicht ist zumindest in dem Bereich der aktiven Fläche 30 derart von der oberen Trägerschicht 24 getrennt, dass die Anordnung derart beschaffen ist, dass die Entkopplungsschicht 36 und das Schaltelement 22 zumindest in dem Bereich der aktiven Fläche 30 seitlich verschiebbar zueinander sind.
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2 zeigt eine Draufsicht des Belegungssensors 10. Es ist anzumerken, dass eine seitliche Abmessung der Entkopplungsschicht 36 zumindest in dem Bereich der aktiven Fläche 30 etwas größer als eine seitliche Abmessung der oberen Trägerfolie 24 ist. Dies gewährleistet in wirksamer Weise, dass sich das Schaltelement 22 nicht seitlich über die Entkopplungsschicht 36 hinaus erstreckt und dass es daher während der Wärmeaushärtungsphase nicht an die darüberliegende Sitzschicht 18 angeklebt werden kann. Des Weiteren sorgt die größere Abmessung der Entkopplungsschicht für den notwendigen Raum, in dem das Schaltelement in Bezug auf die Entkopplungsschicht frei verschiebbar ist.
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Es ist anzumerken, dass die Entkopplungsschicht ganz vom Schaltelement getrennt sein kann. In diesem Fall wird die Entkopplungsschicht während der Montage des Sitzes oben auf dem Schaltelement positioniert, bevor die nächste Schicht des Sitzes angeordnet wird. Bei einer dargestellten Ausgestaltung wird die Entkopplungsschicht 36 jedoch örtlich an der oberen Trägerschicht 24 in einem von der aktiven Fläche entfernten Bereich 38 und/oder 138 befestigt. Die Entkopplungsschicht kann beispielsweise an einer Verbindungslasche 40 des Schaltelements 22 befestigt werden, d. h. an einer Stelle, die von den aktiven Flächen 30 entfernt ist. Der Belegungssensor bildet durch eine solche örtliche Befestigung in einem von den aktiven Flächen entfernten Bereich ein einziges Stück, das im Wesentlichen die Handhabung des Belegungssensors verbessert, während zugleich die seitliche Verschiebbarkeit des Schaltelements in Bezug auf die flexible Entkopplungsschicht beibehalten wird.
