DE19614315A1 - Drucksensoranordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Drucksensoranordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Solche Anordnungen mit mehreren Drucksensoreinheiten werden beispielsweise zur Überwachung der einzelnen Drücke in den verschiedenen Druckkanälen eines pneuma­ tisch regulierbaren Sitzkontursystems benötigt, wie dies z. B. in der Offenlegungsschrift DE 44 03 071 A1 angegeben ist.

Es ist bekannt, eine Drucksensoreinheit so aufzubauen, daß eine bewegliche Meßmembranwandung an einen Druckfluidraum angrenzt und an die Meßmembranwandung eine Potentiometermeßeinheit ange­ koppelt ist, um die druckabhängige Meßmembranauslenkung in einen zugehörigen elektrischen Widerstandswert umzuwandeln, der dann von einer nachgeschalteten elektrischen Auswerteeinheit zur Druckbestimmung ausgewertet werden kann. Drucksensoreinheiten dieser Art sind in den Offenlegungsschriften DE 30 10 198 A1, GB 2 004 070 A und EP 0 320 387 A1 sowie der Patentschrift US 3 908 461 offenbart.

Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung einer Drucksensoranordnung der eingangs genannten Art zugrunde, die mit vergleichsweise geringem Aufwand realisierbar ist und eine zufriedenstellende Meßgenauigkeit für alle von den Druck­ sensoreinheiten zu messenden, gegebenenfalls unterschiedlichen Drücken liefert.

Dieses Problem wird durch eine Drucksensoranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bei dieser Anordnung werden nebeneinanderliegende Drucksensoreinheiten verwendet, bei denen der zu messende Druck eine entsprechende Auslenkung einer Meß­ membranwandung verursacht, wobei diese Auslenkung mittels einer an die Meßmembranwandung angekoppelten Potentiometermeßeinheit in einen zugehörigen elektrischen Widerstandswert transformiert wird, der dann von einer nachgeschalteten Auswerteeinheit ausge­ wertet werden kann. Derartige Drucksensoreinheiten erlauben eine zufriedenstellende Meßgenauigkeit bei vergleichsweise geringem Herstellungsaufwand. Zusätzlich wird der Herstellungsaufwand da­ durch klein gehalten, daß für die einzelnen nebeneinanderliegen­ den Drucksensoreinheiten eine gemeinsame Membran vorgesehen ist, an der die einzelnen Meßmembranwandungen für die Drucksensorein­ heiten ausgebildet sind, so daß für die Mehrzahl von Drucksen­ soreinheiten nur eine einzige Membran gefertigt zu werden braucht. Gleichzeitig läßt sich aufgrund dieses Aufbaus die Drucksensoranordnung verhältnismäßig kompakt bauen.

Ein kompakter und wenig aufwendiger Aufbau der Drucksensoranord­ nung wird von einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 2 dadurch gefördert, daß die von einem zugehörigen beweglichen Stellteil der Potentiometermeßeinheiten abfahrbaren Widerstands­ bahnkomplexe für die verschiedenen Drucksensoreinheiten von ei­ ner gemeinsamen Platine getragen werden, die vorzugsweise zu­ sätzlich Stromversorgungs- und Auswerteleitungen beinhaltet.

In einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 3 sind die Drucksensoreinheiten einschließlich ihrer gemeinsamen Membran und die gemeinsame Platine kompakt in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht, von dem die einzelnen Druckfluidanschlüsse abge­ hen.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in den Zeich­ nungen dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Hierbei zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Druckregeleinrichtung mit ei­ ner Drucksensoranordnung für ein pneumatisches Multikon­ turlehnensystem eines Fahrzeugsitzes,

Fig. 2 eine Längsschnittansicht einer der in Fig. 1 verwendeten Drucksensoreinheiten,

Fig. 3 eine schematische Seitenansicht der in der Einrichtung von Fig. 1 verwendeten Drucksensoranordnung,

Fig. 4 eine Seitenansicht einer in der Anordnung von Fig. 3 verwendeten Membran und

Fig. 5 eine Draufsicht auf die Membran von Fig. 4.

In Fig. 1 ist als Blockschaltbild eine Druckregeleinrichtung für ein Multikonturlehnensystem eines Fahrzeugsitzes mit Memory- Funktion mit denjenigen Komponenten dargestellt, die vorliegend für das Verständnis der Erfindung von Interesse sind. Die Regel­ einrichtung beinhaltet sechs gleichartige, ansteuerbare 2/2-Ma­ gnetventile (E₁ bis E₆) , von deren einer Anschlußseite jeweils eine Druckfluidleitung (K₁ bis K₆) abgeht. Jede Druckfluidleitung (K₁ bis K₆) führt in nicht gezeigter, üblicher Weise zu einem zu­ gehörigen Luftkissen des Fahrzeugsitzes, mit denen dessen Sitz­ lehnenkontur vom jeweiligen Benutzer in einer gewünschten Weise einstellbar ist. An jede Druckfluidleitung (K₁ bis K₆) ist eine Drucksensoreinheit (D₁ bis D₆) angeschlossen, um den betreffenden Druck in der Druckfluidleitung (K₁ bis K₆) zu erfassen. Die Drucksensoreinheiten (D₁ bis D₆) geben elektrische Meßsignale ab, die über einen Meßleitungssatz (1) einer Steuerlogikeinheit (2) zugeführt werden. An die andere Anschlußseite der sechs Magnet­ ventile (E₁ bis E₆) ist eine gemeinsame Verteilerleitung (3) an­ geschlossen, die zu einem ersten Anschluß (4) eines 3/2-Magnet­ ventils (E₇) geführt ist, von dem ein zweiter Anschluß (5) an At­ mosphäre geführt und ein dritter Anschluß (6) an eine Druck­ fluidzufuhrleitung (7) angeschlossen ist und dessen erster An­ schluß (4) wahlweise steuerbar mit dem zweiten (5) oder dem dritten Anschluß (6) verbindbar ist, um Druckluft aus den Luft­ kissen ablassen bzw. die Luftkissen mit Druckluft aufblasen zu können. Die sechs 2/2-Magnetventile (E₁ bis E₆) und das 3/2-Ma­ gnetventil (E₇) werden von der Steuerlogikeinheit (2) über einen entsprechenden Steuerleitungssatz (8) in jeweils geeigneter Weise angesteuert.

Fig. 2 zeigt den Aufbau einer der sechs baugleichen Drucksensor­ einheiten (D₁ bis D₆). Die jeweilige Drucksensoreinheit beinhal­ tet einen Druckfluidraum (9), der nach außen von einer hauben­ förmigen Abdeckung (10) begrenzt ist, in die seitlich ein Druck­ fluidanschluß (11) angebracht ist. Nach innen wird der Druck­ fluidraum (9) von einer zur Abdeckung (10) koaxialen, zylindri­ schen Meßmembranhaube (12) begrenzt, deren obenliegender Boden (12a) eine abhängig vom Druck im Druckfluidraum (9) axial beweg­ liche Meßmembranwandung bildet. Im Inneren der Meßmembranhaube (12), d. h. auf deren dem Druckfluidraum (9) abgewandten Seite, ist mit der beweglichen Meßmembranwandung (12a) eine axial ver­ laufende Übertragungsstange (13) verbunden, die nach unten durch eine Bohrung (14) eines Gehäusezwischenbodens (15) durchgeführt ist. An das untere, freie Ende der Übertragungsstange (13) ist ein bewegliches Stellteil in Form eines Schiebers (16) einer Po­ tentiometermeßeinheit angekoppelt, wobei die Potentiometermeß­ einheit des weiteren einen Dickschichtwiderstandskomplex (18) mit einer mäanderförmigen Leiterbahnanordnung beinhaltet. Der Dickschichtwiderstandskomplex (18) ist auf einen zugehörigen Ab­ schnitt einer Platine (17) aufgebracht. Der Schieber (16) fährt auf dem Dickschichtwiderstandskomplex (18) entsprechend der Be­ wegung der Meßmembranwandung (12a) entlang, wodurch sich am Schieber (16) über einen zugehörigen Widerstandsabgriff (19) ein elektrischer Widerstandswert abgreifen läßt der ein Maß für den zu messenden Druck im Druckfluidraum (9) ist. Der über den Widerstandsabgriff (19) erhaltene elektrische Widerstandswert wird dann als Meßsignal über den zugehörigen Leitungssatz (1) der Steuerlogikeinheit (2) zugeführt. Platz- und aufwandssparend dient die Platine (17) gleichzeitig zur Aufnahme und Kontaktie­ rung der Magnetventile (E₁ bis E₇) mittels einer entsprechenden, elektrisch leitfähigen Verbindung (21), wie in Fig. 2 für ein beliebiges (E_x) dieser Magnetventile angedeutet.

Bei fehlendem Druck im Druckfluidraum (9) befindet sich die Meß­ membranwandung (12a) in einer obenliegenden Ausgangsstellung, in der sie mittels einer Druckfeder (20) gehalten wird, die sich einerseits an der Innenseite der Meßmembranwandung (12a) und an­ dererseits auf dem Gehäusezwischenboden (15) abstützt. Die Meß­ genauigkeit der Drucksensoreinheiten (D₁ bis D₆) ist unter ande­ rem durch die spezifische Auslegung der Leiterbahnen des Dick­ schichtwiderstandskomplexes (18) hinsichtlich deren Breite und/ oder Abstand zueinander bestimmt, wobei durch entsprechende Lei­ terbahngestaltung auch Regelhysteresen realisierbar sind. Des weiteren ist die Meßgenauigkeit durch die Parameter der spirali­ gen Druckfeder (20) sowie der Querschnittsfläche und der Hublänge der beweglichen Meßmembranwandung (12a) bestimmt. Selbstverständlich können diese Drucksensorparameter für die einzelnen Drucksensoreinheiten (D₁ bis D₆) bei Bedarf unter­ schiedlich gewählt seine um unterschiedliche Kennlinien, Genau­ igkeitsgrade und/oder Hysteresen in den einzelnen Drucksen­ soreinheiten (D₁ bis D₆) zu realisieren.

Wie in Fig. 3 veranschaulicht, ist in einem kompakten Aufbau der Drucksensoranordnung für die sechs Drucksensoreinheiten (D₁ bis D₆) ein gemeinsames Gehäuse (22) vorgesehen, das in einem oberen Teil in einer Reihe nebeneinanderliegend die sechs haubenförmi­ gen Abdeckungen (10) sowie den Zwischenboden (15) beinhaltet, auf den die Abdeckungen (10) aufgesetzt sind. In einem unteren Teil des Gehäuses (22) unterhalb des Zwischenbodens (15) ist die Platine (17) als einstückiges, gemeinsames Bauteil für sämtliche Drucksensoreinheiten (D₁ bis D₆) und, wie zu Fig. 2 erwähnt, für sämtliche Magnetventile (E₁ bis E₇) untergebracht. Die Platine (17) trägt somit an den geeigneten Stellen die Dickschichtwider­ standskomplexe (18) der einzelnen, den Drucksensoreinheiten (D₁ bis D₆) individuell zugeordneten Potentiometermeßeinheiten. Au­ ßerdem sind auf die gemeinsame Platine (17) alle erforderlichen Stromversorgungs- und Informationsleitungen, letztere vor allem auch zur Übertragung der Widerstandsmeßwerte, als Leiterbahnsatz (23) aufgedruckt. Dabei dient ein Teil des Leiterbahnsatzes (23) zur Versorgung und Ansteuerung der mit der Platine (17) verbun­ denen Magnetventile (E₁ bis E₇). Um die im Blockdiagramm von Fig. 1 dargestellte Druckluftverteilung zu erreichen, besitzt das Ge­ häuse (22) geeignete, nicht gezeigte Druckluftkanäle sowie pneu­ matische Anschlüsse, von denen einer (24) stellvertretend in Fig. 3 explizit dargestellt ist.

Wie in den Fig. 4 und 5 gezeigt, sind die verschiedenen Meßmem­ branhauben (12) für die einzelnen, nebeneinanderliegend im Ge­ häuse (22) angeordneten Drucksensoreinheiten (D₁ bis D₆) Teil ei­ ner einstückig gefertigten Membran (25), die eine streifenför­ mige Membranplatte (25a) beinhaltet, von der sich die zylindri­ schen, nach unten offenen Meßmembranhauben (12) erheben. Da­ durch, daß für sämtliche Drucksensoreinheiten (D₁ bis D₆) die einteilige Membran (25) und die gemeinsame Platine (17) vorgese­ hen und diese Komponenten in dem gemeinsamen Gehäuse (22) unter­ gebracht sind, ergibt sich eine Drucksensoranordnung, die gegen­ über einer solchen mit voneinander getrennt in eigenen Gehäusen angeordneten Drucksensoreinheiten (D₁ bis D₆) wesentlich weniger Fertigungsaufwand und Bauraum erfordert.

Mit der gezeigten Drucksensoranordnung wird eine Druckrückmel­ dung realisiert, die zur kontinuierlichen Drucküberwachung zwecks Erkennung von Veränderungen aufgrund von Temperatur-, Luftdruck-, Höhen- und Leckeinflüssen und zur Abspeicherung von Druckwerten zwecks Erfüllung einer Memory-Funktion eingesetzt wird. Eine Druckerhöhung wird von der Druckregeleinrichtung ge­ mäß Fig. 1 dergestalt durchgeführt, daß das 3/2-Magnetventil (E₇) in die gezeigte, die Verteilerleitung (3) mit der Druckluftzu­ fuhrleitung (7) verbindende Stellung und das oder die betreffen­ den 2/2-Magnetventile (E₁ bis E₆) auf Durchlaß geschaltet werden. Die Auslösung einer solchen Druckerhöhung erfolgt über herkömm­ liche, den einzelnen Luftkissen zugeordnete Betätigungsschalter, deren Schaltzustand von der Steuerlogikeinheit (2) abgetastet wird. Sobald die Betätigung eines jeweiligen Betätigungsschal­ ters beendet ist, wird das diesem Schalter zugeordnete 2/2-Ma­ gnetventil (E₁ bis E₆) geschlossen, und der sich einstellende Druckwert wird für eine Drucknachregelung von der Steuerlogik­ einheit (2) über die betreffenden Drucksensoreinheiten (D₁ bis D₆) erfaßt und abgelegt.

Diese Drucknachregelungsfunktion kompensiert mögliche Druckver­ änderungen, die sich abhängig von Temperatur, Luftdruck, Höhe über Normalnull und kleinen Lecks ergeben können. Dazu wird ein permanenter Sollwert-Istwert-Vergleich der manuell oder durch die Memory-Funktion eingestellten Druckwerte durchgeführt, und bei einer erkannten Abweichung wird eine kompensierende Betäti­ gung der Magnetventile (E₁ bis E₇) veranlaßt. Zur Unterdrückung der Schalthäufigkeit der Magnetventile (E₁ bis E₇) und einer nicht gezeigten Luftdruckversorgungspumpe wird ein Nachrege­ lungsvorgang jeweils erst bei Überscheiten einer vorgegebenen Toleranzgrenze, z. B. von ± 15 hPa, ausgelöst.

Analog zum beschriebenen Druckerhöhungsvorgang wird eine Druck­ reduktion durch entsprechende Betätigung eines oder mehrerer der Betätigungsschalter ausgelöst, woraufhin der aufgebaute Druck in einem oder mehreren der Luftkissen reduziert wird. Hierzu werden das oder die dem jeweiligen Betätigungsschalter zugeordneten 2/2-Magnetventile (E₁ bis E₆) auf Durchgang und das 3/2-Magnet­ ventil (E₇) auf den Atmosphärenanschluß (5) geschaltet. Sobald die Betätigung des oder der Betätigungsschalter beendet wird, schließen das oder die betreffenden 2/2-Magnetventile (E₁ bis E₆), und der in jeder Druckfluidleitung (K₁ bis K₆) anstehende Druck wird als Sollwert in der Steuerlogikeinheit (2) für die Drucknachregelung, d. h. die Drucküberwachung, abgelegt.

Als Memory-Funktion sind zwecks Abspeicherung individueller Sitzlehnenkonturen z. B. drei unterschiedliche Einstellungen des Luftkissensatzes der Sitzlehne möglich. Die Speicherung der zu­ gehörigen Druckeinstellwerte erfolgt in der Steuerlogikeinheit (2). Als Einstellwerte für die Memory-Funktion dienen diejenigen Druckwerte, die in den Druckfluidleitungen (K₁ bis K₆) zu dem Zeitpunkt vorliegen, zu welchem der Benutzer eine hierfür vorge­ sehene Speichertaste betätigt. Wird durch Betätigen eines hier­ für vorgesehenen Memory-Schalters eine der drei abgespeicherten Kombinationen der Sitzlehnenkontur aufgerufen, so vergleicht die Steuerlogikeinheit (2) zunächst den anhand der von den Drucksen­ soreinheiten (D₁ bis D₆) abgegebenen Widerstandswerte erkannten momentanen Druckistzustand mit dem abgespeicherten Drucksollzu­ stand, wonach die Ventile (E₁ bis E₇) passend angesteuert werden, um die gewünschten Druckwerte in den einzelnen Luftkissen einzu­ stellen.

Es versteht sich, daß erfindungsgemäße Drucksensoranordnungen nicht nur wie beschrieben für Multikonturlehnensysteme von Fahr­ zeugsitzen, sondern überall dort eingesetzt werden können, wo mehrere parallele Drucksensoreinheiten zur Überwachung der Drücke in zugeordneten Druckfluidkanälen benötigt werden. Neben der gezeigten Anordnung der Drucksensoreinheiten in einer Reihe können diese selbstverständlich bei Bedarf auch in einer zweidi­ mensionalen Gruppierung matrixförmig nebeneinanderliegend ange­ ordnet sein, wobei die hierfür jeweils einzusetzende Membran die einzelnen beweglichen Meßmembranwandungen in dazu konformer An­ ordnung enthält.

Claims (4)

1. Drucksensoranordnung mit

• - mehreren Drucksensoreinheiten (D₁ bis D₆), von denen jede einen Druckfluidraum (9) mit Druckfluidanschluß (11), eine bewegli­ che, an den Druckfluidraum (9) angrenzende Meßmembranwandung (12a) und eine an die bewegliche Meßmembranwandung (12a) ge­ koppelte Potentiometermeßeinheit (16, 18) zur Umwandlung der Meßmembranauslenkung in einen zugehörigen elektrischen Wider­ standswert aufweist,

dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Drucksensoreinheiten (D₁ bis D₆) nebeneinanderliegend ange­ ordnet sind und
• - für die nebeneinanderliegenden Drucksensoreinheiten (D₁ bis D₆) eine gemeinsame Membran (25) vorgesehen ist, an der die ein­ zelnen beweglichen Meßmembranwandungen (12a) der Drucksen­ soreinheiten (D₁ bis D₆) ausgebildet sind.

2. Drucksensoranordnung nach Anspruch 1, weiter dadurch gekennzeichnet, daß für die nebeneinanderliegenden Drucksensoreinheiten (D₁ bis D₆) eine gemeinsame Platine (17) vorgesehen ist, welche für jede Drucksensoreinheit (D₁ bis D₆) einen eigenen Widerstandsbahnkom­ plex (18) als Teil der betreffenden Potentiometermeßeinheit trägt, entlang dem ein mit der zugehörigen Meßmembranwandung (12a) gekoppeltes Stellteil (16) der Potentiometermeßeinheit bewegbar ist.

3. Drucksensoranordnung nach Anspruch 2, weiter dadurch gekennzeichnet, daß ein gemeinsames Gehäuse (22) zur Unterbringung der Platine (17) und der Drucksensoreinheiten (D₁ bis D₆) einschließlich deren ge­ meinsamer Membran (25) vorgesehen ist.