DE19752628C2 - Druckempfindlicher Schalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen mechanischen Schalter mit zwei elektrischen Leiter, die mechanisch zum Kontakt miteinander gebracht werden oder voneinander entfernt werden, und insbesondere, obwohl sie nicht darauf beschränkt sein soll, auf einen flexiblen folienartigen druckempfindlichen Schalter, der an einem Sitz angebracht ist, um das Vorhandensein oder Fehlen eines Insassen darauf in einer binären Weise durch den Kontakt oder den nicht vorhandenen Kontakt zwischen den elektrischen Leitern erfaßt.

Ein gemäß dem Stand der Technik bekannter Sensor, der erfaßt, ob ein Insasse auf einem Fahrzeugsitz sitzt, weist einen an dem Sitz angebrachten Magneten und einen an dem Fahrzeugboden angebrachten Magnetsensor zur Erfassung einer Veränderung des durch den Magneten erzeugten Magnetfeldes auf, der sich mit einer Auf- und Abwärtsbewegung des Sitzes vertikal auf- und abwärts bewegt, wobei auf diese Weise eine Abwärtsbewegung des Sitzes erfaßt wird. Das japanische eingetragene Patent Nr. 2 535 120 (ein Gegenstück entsprechend der DE 42 12 018 A1) offenbart einen Sitzsensor mit einem piezoelektrischen Film, der durch eine zugehörige elektrische Schaltung angeregt wird, und einem Bandpaßfilter, der eine Schwingung aus dem piezoelektrischen Film erfaßt. Beim Setzen wird ein Kontaktteil mit dem piezoelektrischen Film in Kontakt gebracht, so daß die darin auftretende Schwingung gedämpft wird.

Ein für andere Zwecke als die Erfassung des Sitzens auf einem Sitz verwendeter druckempfindlicher Schalter ist in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 49 029/1990 (bei der es sich um ein Gegenstück zu der DE 30 44 384 C2 handelt) offenbart, gemäß der ein druckempfindlicher Schalter bei einer Tastatur eines Musikinstruments zur Erzeugung von Tönen einen einwirkenden Druck im Ansprechen auf eine Änderung des Widerstandswertes zwischen einem Paar Leiterplatten erfaßt, die gegenüberliegend mit einem dazwischengelegten Halbleiterkörper angeordnet sind.

Mit der zuerst beschriebenen Anordnung zur Erfassung des Sitzens durch eine Kombination aus dem Magneten und dem Magnetsensor ist ein Sitzaufbau erforderlich, der eine zuverlässige Magenetbewegung beim Setzen ermöglicht, wobei das Vorsehen eines derartigen Sitzaufbaus kostspielig ist. Bei dem in dem eingetragenen Patent Nr. 2 535 120 offenbarten Sitzsensor ist der piezoelektrische Film kostspielig, wobei es ebenfalls notwendig ist, eine Regelung, die die Schwingung des piezoelektrischen Films aufrecht erhält, und ein Filter vorzusehen, das zur Erfassung eines Schwingungssignals verwendet wird, was zu einer komplizierten Anordnung und Erhöhung der Kosten führt.

Der in der Patentveröffentlichung Nr. 49 029/1990 offenbarte druckempfindliche Schalter ist zur Erfassung eines auf die Tastatur bei Drücken durch den Spieler einwirkenden Drucks ausgelegt und wird, wenn er zur Erfassung eines durch das physikalische Gewicht eines Menschen erzeugten Drucks verwendet wird, durch die Schlagfestigkeit (impact resistance) beeinträchtigt. Insbesondere ist der Schalter selbst kostspielig, da für die Leiterplatten Silber oder Kupfer verwendet wird.

Die Druckschrift DE 38 39 134 C1 beschreibt einen druckempfindlichen Schalter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Genauer ist eine Kontaktmatte für Fahrzeugsitze beschrieben, die zwei durch einen Abstandshalter voneinander getrennte elektrisch leitende Folien aufweist, die durch eine Polsterschicht gehalten werden. Der Abstandshalter weist Öffnungen auf, durch die bei Ausübung eins Drucks auf die leitenden Folien ein Kontakt zwischen den Folien hergestellt wird. Dabei werden sogenannte Kontaktnieten verwendet, die zur Herstellung eines Kontakts zwischen den beiden Folien dienen. Ferner dienen sie dazu, eine Entlüftung der Hohlräume bei Zusammenpressen der beiden Folien zu gewährleisten. Die Folien selbst sind vollständig aus einem leitenden Material.

Die Druckschrift DE 42 22 127 A1 offenbart eine Verwendung von Polyethylennaphthalat sowie von Polyethylenterephthalat für Fahrzeugsitzpolster.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen druckempfindlichen Schalter mit einem einfachen Aufbau und einer hohen Schlagfestigkeit kostengünstig zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch einen druckempfindlichen Schalter gelöst, wie er in Patentanspruch 1 definiert ist.

Mit dem beschriebenen druckempfindlichen Schalter sind, wenn keine beabsichtigte Andrückkraft einwirkt, die einander gegenüberliegend angeordneten Filme durch die Elastizität der jeweiligen Filme in dem Bereich der Öffnung bei dem Abstandhalter voneinander entfernt. Auf diese Weise ist der druckempfindliche Schalter geöffnet bzw. ausgeschaltet. Jedoch werden, wenn eine zum Biegen des ersten Films und des zweiten Films ausreichende niederdrückende Kraft einwirkt, sowohl der erste als auch der zweite Film in die Öffnung gedrückt, wodurch deren leitende Schichten in Kontakt miteinander gebracht werden. Auf diese Weise wird der Schalter geschlossen bzw. eingeschaltet.

Polyethylennaphthalat zeigt eine hohe mechanische Festig­ keit, weshalb es geeignet ist, einem Druck aufgrund des physikalischen Gewichts eines Menschen ausgesetzt zu wer­ den, wenn es unter dem Sitz angeordnet wird. Der Glasüber­ gangspunkt Tg, bei dem sich dessen physikalische Eigen­ schaften (spezifische Wärme, Expansionsrate, Kompressions­ rate usw.) ändern, liegt bei 113 Grad, wobei das Material eine gute Haltbarkeit bei großer Hitze zeigt und somit haltbar unter rauhen Anwendungsbedingungen bei Fahrzeugen ist. Das heißt, daß dieses Material eine hohe Zuverlässig­ keit im Verlauf der Betriebsdauer als druckempfindlicher Schalter zeigt.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist einer der ersten und zweiten Filme einen Polyethylennaphthalatfilm auf, während der andere Polyethylenterephtalat aufweist. Da das Polyethylenterephtalat kostengünstig ist, kann der druckempfindliche Schalter kostengünstiger hergestellt wer­ den.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbei­ spielen unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung nä­ her beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 perspektivische Darstellung des Erscheinungsbildes gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht ei­ nes Abdeckfilms 1, eines Abstandhalters 2 und eines Träger­ films 3 eines in Fig. 1 gezeigten druckempfindlichen Schal­ ters PSS,

Fig. 3 einen entlang der in Fig. 1 gezeigten Linie 3A-3A genommenen vergrößerten Querschnitt, und

Fig. 4 ein Seitenaufriß eines eingebauten Sitzes, wobei au­ ßerdem die Stelle eines Sitzerfassungsschalters dargestellt ist, bei dem der in Fig. 1 gezeigte druckempfindliche Schalter PSS bei einem Sitz innerhalb des Fahrzeugs ange­ bracht ist.

Fig. 1 zeigt das Erscheinungsbild eines druckempfindlichen Schalters PSS gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Der druckempfindliche Schalter PSS weist einen Abdeckfilm 1 (ersten Film), einen isolierenden Abstandhalter 2 und einen Trägerfilm 3 (zweiten Film) auf, die sandwichartig ge­ schichtet sind und als eine Einheit miteinander verbunden sind. Dieses Bauelemente sind in auseinandergezogener Form in Fig. 2 dargestellt. Dementsprechend ist auf sowohl Fig. 1 als auch Fig. 2 verwiesen.

Der druckempfindliche Schalter PSS weist einen aus Polye­ thylennaphtalat ausgebildeten Trägerfilm 3 (der gemäß die­ sem Ausführungsbeispiel eine Dicke von 100 µm hat), einen parallel zu und gegenüberliegend der Rückseite des Träger­ films 3 angeordneten Abdeckfilm 1(der gemäß diesem Ausfüh­ rungsbeispiel eine Dicke von 100 µm hat) sowie einen zwi­ schen dem Trägerfilm 3 und dem Abdeckfilm 1 sandwichartig gehaltenen isolierenden Abstandhalter 2 auf (der gemäß die­ sem Ausführungsbeispiel aus Polyethylenterephthalat ausge­ bildet ist und eine Dicke von 125 µm hat). Wie in Fig. 4 gezeigt, wird der druckempfindliche Schalter PSS als Sit­ zerfassungsschalter verwendet, der intern bei einem einge­ bauten Sitz benachbart zu der Oberflächenschicht eines Sitzkissens darauf untergebracht ist.

Zu einer Ecke hin ist der Trägerfilm 3 mit einer rechtecki­ gen Aussparung ausgebildet, die als Anschlußfenster 3b dient. An dessen Rückseite oder oberen Oberfläche ist der Trägerfilm 3 mit einer leitenden Schicht 3a versehen, wobei diese gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine Kupferfolie ist und gemäß einer Technik für gedruckte Schaltungen derart ausgebildet ist, daß das Anschlußfenster 3b und die Rand­ kanten des Trägerfilms 3 ausgelassen sind. Es ist deutlich, daß die leitende Schicht 3a um einen gegebenen Abstand von den Rändern des Trägerfilms 3 derart nach innen angeordnet ist, daß diese davon beabstandet ist. Jedoch springt ein dem Anschlußfenster 3b benachbart angeordneter Abschnitt 3c zu dem Rand hervor, wobei dieser nachstehend als "Streifen" (tab) 3c bezeichnet ist.

Der Abdeckfilm 1 ist ebenfalls an einer mit dem Streifen 3c der leitenden Schicht 3a an dem Trägerfilm 3 fluchtenden Position mit einer rechteckigen Aussparung ausgebildet, die als Anschlußfenster 1b dient. An dessen Rückseite oder un­ teren Oberfläche ist der Abdeckfilm 1 gleichmäßig mit einer leitenden Schicht 1a versehen, die gemäß diesem Ausfüh­ rungsbeispiel gemäß der Technik für gedruckte Schaltungen ausgebildet ist, wobei das Anschlußfenster 1b und die Rand­ kanten des Abdeckfilms 1 ausgelassen sind. Die leitenden Schicht 1a ist von den Rändern des Abdeckfilms 1 nach innen um einen Abstand davon angeordnet, schließt jedoch einen Streifen 1c an einer Position mit ein, die mit dem bei dem Trägerfilm 3 ausgebildeten Anschlußfenster 3b fluchtet (ausgerichtet ist). Der Bereich und die Position der an dem Abdeckfilm 1 ausgebildeten leitenden Schicht 1a mit Ausnah­ me des Streifens 1c überlappen den Bereich und die Position der leitenden Schicht 3a an dem Trägerfilm 3 mit der Aus­ nahme des Streifens 3c, wenn der Trägerfilm 3, der Abstand­ halter 2 und der Abdeckfilm 1 wie in Fig. 1 gezeigt als ei­ ne Einheit geschichtet sind. Jedoch sei bemerkt, daß die Streifen 1c und 3c nicht miteinander fluchten, sondern re­ lativ zueinander versetzt sind. Der Streifen 3c des Träger­ films 3 fluchtet mit dem Anschlußfenster 1b bei dem Abdeck­ film 1, während der Streifen 1c des Abdeckfilms 1 mit dem Anschlußfenster 3b des Trägerfilms 3 fluchtet.

Der Abstandhalter 2 ist mit einem Anschlußfenster 2c, das das Anschlußfenster 3b bei dem Trägerfilm 3 überlappt, und einem anderen Anschlußfenster 2b ausgebildet, das das An­ schlußfenster 1b bei dem Abdeckfilm 1 überlappt, wenn der Trägerfilm 3 und der Abdeckfilm 1 mit dem isolierenden Ab­ standhalter 2 als eine Einheit verbunden sind. An einem Ge­ biet des isolierenden Abstandhalters 2, der einem Bereich der leitenden Schichten 3a, 2a an dem Trägerfilm 3 und an dem Abdeckfilm 1 gegenüberliegend angeordnet ist, das die Streifen 3c und 1c ausschließt, ist der isolierende Ab­ standhalter 2 mit einer regelmäßigen Anordnung von zwanzig Öffnungen ausgebildet, die in vier Reihen mit jeweils fünf Öffnungen angeordnet sind, die jeweils durch den Abstand­ halter 2 in Richtung der Dicke verlaufen. Gemäß diesem Aus­ führungsbeispiel ist jede Öffnung kreisförmig und weist ei­ nen Durchmesser von 10 mm auf. Der Abstandhalter 2 hat eine Dicke von 125 µm, wobei dementsprechend im Vergleich zu der Dicke des Abstandhalters der Durchmesser von 10 mm jeder Öffnung 2a relativ groß ist. Das Verhältnis der Durchmesser der Öffnung der Abstandhalterdicke ist derart gewählt, daß, wenn eine niederdrückende Kraft entweder auf den Abdeckfilm 1 oder auf den Trägerfilm 3 derart einwirkt, daß er zu dem anderen gedrängt wird, der Film gebogen wird, so daß die leitenden Schichten 1a und 3a bei einer Kraft miteinander in Kontakt gebracht werden, die größer als ein gegebener Wert ist, wohingegen die beiden Filme aufgrund der Elasti­ zität der Filme bei einer Kraft, die geringer als der gege­ bene Wert ist, getrennt gehalten werden, damit die leiten­ den Schichten 1a und 3a voneinander beabstandet gehalten werden.

Der Trägerfilm 3, der Abstandhalter 2 und der Abdeckfilm 1 sind in der genannten Reihenfolge übereinander gelegt (Fig. 2), damit sie als eine Einheit verbunden sind. Dabei liegt der Streifen 3c der leitenden Schicht an dem Trägerfilm 3 durch das Anschlußfenster 2b in dem Abstandhalter 2 und durch das in dem Abdeckfilm 1 ausgebildete Anschlußfenster 1b frei. In ähnlicher Weise liegt der Streifen 1c der lei­ tenden Schicht des Abdeckfilms 1 durch das Anschlußfenster 2c in dem Abstandhalter 2 und durch das Anschlußfenster 3b in dem Trägerfilm 3 frei. Ein Kernleiter eines Leitungs­ drahtes 4b mit einer Isolierschicht, die in einem elektri­ schen Kabel enthalten ist, ist an den freiliegenden Strei­ fen 1c durch die Anschlußfenster 3b und 2c gelötet. In ähn­ licher Weise ist ein Kernleiter eines eine Isolierschicht aufweisenden Leitungsdrahtes 4a an den freiliegenden Strei­ fen 3c durch die Anschlußfenster 1b und 2b gelötet. Eine isolierende Schicht 5b ist über und um die Anschlußfenster 3b und 2c angebracht, wobei über und um die Anschlußfenster 1b und 2b eine isolierende Schicht 5a angebracht ist. Dies vervollständigt den wie in Fig. 1 gezeigten druckempfindli­ chen Schalter PSS.

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt in vergrößerter Ansicht, der entlang der in Fig. 2 gezeigten Linie 3A-3A genommen ist. Wenn der druckempfindliche Schalter PSS bei dem Sitz inner­ halb eines Fahrzeug in einer in Fig. 4 gezeigten Weise an­ gebracht ist, gibt es, falls kein Insasse auf dem Sitz sitzt, keine auf den druckempfindliche Schalter PSS einwir­ kende niederdrückende Kraft, wobei dementsprechend in dem Bereich der Öffnung 2a die leitenden Schichten 3a und 1a nicht miteinander in Kontakt gebracht werden, weshalb die Verbindung zwischen den Leitungsdrähten 4a und 4b unterbro­ chen ist bzw. der Schalter ausgeschaltet ist. Wenn ein In­ sasse auf dem Sitz sitzt, wird der Abdeckfilm 1 unter dem Gewicht (der niederdrückenden Kraft) des Insassen derart gebogen, daß er in die bei dem Abstandshalter 2 ausgebilde­ ten Öffnung 2a heruntergedrückt wird, wodurch die an der unteren Oberfläche des Abdeckfilms 1 angeordnete leitende Schicht mit der an der oberen Oberfläche des Trägerfilms 3 angeordneten Trägerfilms 3 in Kontakt gebracht wird. Dies vervollständigt die Verbindung zwischen den Leiterdrähten 4a und 4b bzw. der Schalter wird eingeschaltet.

Polyethylennaphthalat zeigt eine hohe mechanische Festig­ keit, weshalb es geeignet ist, einem Druck aufgrund des physikalischen Gewichts eines Menschen ausgesetzt zu wer­ den, wenn es unter dem Sitz angeordnet wird. Der Glasüber­ gangspunkt Tg, bei dem sich die physikalischen Eigenschaf­ ten (spezifische Wärme, Expansionsrate, Kompressionsrate usw.) ändern, liegt bei 113 Grad, wobei das Material eine gute Haltbarkeit bei großer Hitze zeigt und somit haltbar unter rauhen Anwendungsbedingungen bei Fahrzeugen ist. Es ist lediglich notwendig, daß die leitenden Schichten 1a und 3a elektrische Leiter sind, wobei diese dementsprechend re­ lativ einfach und kostengünstig ausgebildet werden können, wodurch eine kostengünstige Herstellung des druckempfindli­ chen Schalters PSS ermöglicht wird.

Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel weist das für den Trägerfilm 3 verwendete Material Polyethylenterephthalat auf und weist gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine Dicke von 100 µm auf. Ansonsten ist die Anordnung identisch zu der gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel verwendeten. Somit weist das für den Abdeckfilm 1 verwendete Material Poly­ ethylennaphthalat auf.

Polyethylenterephthalat weist einen Tg-Punkt (Glasüber­ gangspunkt) auf, der gleich 69 Grad ist, und ist hinsicht­ lich der Haltbarkeit bei großer Hitze dem Polyethylennaph­ thalat etwas unterlegen, jedoch ist es kostengünstiger als Polyethylennaphthalat, wodurch eine kostengünstigere Her­ stellung des druckempfindlichen Schalters PSS ermöglicht wird.

Obwohl vorstehend die Verwendung von Polyethylenterephtha­ lat für den Trägerfilm 3 bei Verwendung von Polyethylennaphthalat für den Abdeckfilm 1 beschrieben wurde, ist die Verwendung von Polyethylennaphthalat für den Trägerfilm 3 bei Verwendung von Polyethylenterephthalat für den Abdeck­ film 1 ebenfalls möglich.

Sowohl gemäß dem ersten als auch dem zweiten Ausführungs­ beispiel wurden der Abdeckfilm 1, der Abstandshalter 2 und der Trägerfilm 3 derart beschrieben, daß sie im wesentli­ chen eine gleiche reckteckige Form haben. Jedoch können die Längen der Streifen 1c und 3c vergrößert werden, wobei die Filme 1 und 3 sowie der Abstandshalter 2 in deren Längen in dem Gebiet dieser Streifen vergrößert werden können, damit der Verbindungsbereich mit den Leiterdrähten von dem recht­ eckigen Abschnitt hervorspringen, wobei auf diese Weise der Verbindungsbereich aus dem rechteckigen Abschnitt versetzt ist.

Vorstehend wurde ein folienförmiger druckempfindlichen Schalter PSS offenbart. Dabei ist ein Abstandshalter 2 aus einem isolierenden Material zwischen einem ersten Film 1 aus einem isolierenden Material, der mit einer ersten Elek­ trode 1a versehen ist, und einem zweiten Film 3 aus einem isolierenden Material angeordnet, der mit einer zweiten Elektrode 3a versehen ist. Der Abstandshalter 2 weist eine Anzahl von Öffnungen 2a auf, durch die die erste Elektrode 1a und die zweite Elektrode 3a sich einander mit einem Luftzwischenraum dazwischen gegenüberliegen. Ein erste Lei­ tungsdraht 4a und ein zweiter Leitungsdraht 4b sind jeweils mit der ersten Elektrode 1a und der zweiten Elektrode 3a verbunden. Bei einem druckempfindlichen Schalter gemäß ei­ nem ersten Ausführungsbeispiel sind der erste und der zwei­ te Film aus Polyethylennaphtalatfilmen ausgebildet. Bei ei­ nem druckempfindlichen Schalter gemäß einem zweiten Ausfüh­ rungsbeispiel ist der erste Film 1 aus einem Polyethylenterephthalatfilm ausgebildet, wohingegen der zweite Film 3 aus einem Polyethylennaphtalatfilm ausgebildet ist.

Claims (2)

1. Druckempfindlicher Schalter mit
einem ersten Film (1),
einem Abstandshalter (2) aus einem isolierenden Material mit zumindest einer Öffnung (2a),
und einem zweiten Film (3),
wobei der Abstandshalter zwischen dem ersten Film und dem zweiten Film angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
der erste Film (1) aus einem isolierenden Material besteht und eine leitende Schicht (1a) an dessen dem Abstandshalter (2) zugewandten Fläche angebracht ist,
der zweite Film (3) aus einem isolierenden Material besteht und eine leitende Schicht (3a) an dessen dem Abstandshalter (2) zugewandten Fläche angebracht ist, und
zumindest entweder der erste oder der zweite Film aus einem Polyethylennaphthalatfilm ausgebildet ist.

2. Druckempfindlicher Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste oder der zweite Film aus einem Polyethylennaphthalatfilm ausgebildet ist, während der andere aus einem Polyethylenterephthalatfilm ausgebildet ist.