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Die Erfindung betrifft eine Klemmschutzvorrichtung
für eine
automatisch schließbare Öffnung.
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Mit der Vorrichtung wird ein Klemmschutz insbesondere
bei automatisch schließenden
Türen, Klappen
oder Fenstern, etwa Fahrzeugfenstern, gewährleistet. Im Falle von automatisch
schließenden Fahrzeugfenstern
ist es bekannt, im Fensterrandbereich als Klemmschutzvorrichtung
bzw. als Kraftsensor eine um eine elastisch verformbare Seele gelegte Wendel
eines Lichtwellenleiter anzuordnen. Wenn ein Fahrzeuginsasse beim
automatischen Schließen des
Fensters seine Hand, seinen Arm oder gar seinen Hals zwischen Fenster
und den Kraftsensor bringt, wird die Wendel deformiert bzw. deren
Biegeradius verändert,
was sich in einer messbaren Veränderung
der Lichtleiteigenschaften des Lichtwellenleiters bemerkbar macht.
Der Lichtwellenleiter ist einerseits mit einer Lichtquelle und andererseits
mit einem Lichtsensor verbunden. Durch die Deformierung und die
damit bewirkte Eigenschaftsveränderung
ergibt sich gegenüber
dem nicht deformierten Sollzustand am Lichtsensor eine messbare
Abweichung. Bei anderen Klemmschutzvorrichtungen dieser Art wird
ein Kraftsensor benutzt, dessen elektrischer Widerstand sich bei
Krafteinwirkung verändert.
So ist aus der
FR 25
64 971 A1 ein Kraftsensor zu entnehmen, bei dem innerhalb
eines deformierbaren Elementes ein Leiterpaar verlegt ist und bei
dem eine Widerstandsänderung
des Leiterpaares gemessen wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
alternative Klemmschutzvorrichtung vorzuschlagen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Klemmschutzvorrichtung
mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Diese umfasst einen durch
Krafteinwirkung deformierbaren Elastomerkörper und wenigstens zwei Leiterpaare.
Die Leiterpaare sind vom Elastomerkörper umschlossen und räumlich so
nahe beieinander angeordnet, dass sich bei Anliegen einer Wechselspannung
an einem Leiterpaar dessen elektrisches oder magnetisches Feld das
andere Leiterpaar beeinflusst. Das jeweils andere, im folgenden mit
Messleiterpaar bezeichnete Leiterpaar ist also innerhalb des elektrischen
oder magnetischen Feldes des spannungsbeaufschlagten Leiterpaares
angeordnet und ist mit einer Auswerteeinheit verbunden, mit der
ein in ihm induziertes Wechselspannungssignal messbar ist. Im Ausgangszustand,
also bei Fehlen einer Krafteinwirkung, sind die Leiter der Leiterpaare
in einer vorgegebenen Relativlage angeordnet. Dementsprechend ist
die genannte Beeinflussung konstant. Bei einer Krafteinwirkung verändert sich
die Relativlage der Leiter, was zu einer Veränderung der kapazitiven bzw.
induktiven Kopplung zwischen den Leiterpaaren und dementsprechend
zu einer Veränderung
des im Messleiterpaar induzierten Wechselspannungssignals führt. Der
Grad der Signalveränderung
im Vergleich zum Ausgangszustand ist zumindest in gewissem Ausmaß proportional
zur Größe der Krafteinwirkung.
Durch eine geeignete Steuereinrichtung wird bei Erreichen eines
vorbestimmten Schwellenwertes der Signalabweichung der Antriebsmotor
für beispielsweise
eine Fensterscheibe abgeschaltet.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung der
Klemmschutzvorrichtung ist in Anspruch 2 genannt. Hier sind die
Leiterpaare im Wesentlichen nach Art einer Sternviererverseilung
angeordnet. Bei einer solchen Anordnung verlaufen die Leiter parallel
zueinander und sind, im Querschnitt gesehen, auf den Ecken eines
Quadrates angeordnet. Die einem Leiterpaar zugehörigen Leiter liegen sich dabei
diametral gegenüber.
Bei einer solchen Leiteranordnung ist die Beeinflussung des Messleiterpaares
durch das spannungsbeaufschlagte Leiterpaar äußerst gering. Es liegt somit
ein relativ genau definierter Ausgangszustand vor, von dem ausgehend
bereits kleine Signaländerungen
leicht detektierbar sind.
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Bei der Ausgestaltung nach Anspruch
3 ist der Elastomerkörper
ein Schlauch, wobei die Leiterpaare in der Schlauchwand eingebettet
sind. Ein solcher Schlauch ist relativ leicht deformierbar, selbst wenn
er aus einem festeren Material besteht.
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Außerdem kann ein solcher Elastomerkörper beispielsweise
zur Detektierung eines auf einen Umfangsabschnitt seiner Außenfläche einwirkenden Flüssigkeitsdruckes
verwendet werden. Das Schlauchinnere ist dabei mit Atmosphärendruck
beaufschlagt. Die Druckverhältnisse
können
aber auch umgekehrt sein, d.h. Druckbeaufschlagung von innen, wobei
der Atmosphärendruck
auf der Umfangsfläche
des Schlauches ansteht.
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Bei der in Anspruch 4 genannten Ausführungsform
sind die in Richtung der Krafteinwirkung verlaufenden Schlauchwände mit
geringerer Wandstärke
ausgebildet. Dies kann vorteilhaft sein, wenn der Elastomerkörper aus
einem festeren Material bestehen aber dennoch verformbar sein soll.
Ein besonders einfach herstellbarer Elastomerkörper ist in den Ansprüchen 5 und
6 genannt. Ein solcher schnur- oder stabförmig ausgebildeter Elastomerkörper läßt sich
besonders gut in Dichtungen, beispielsweise für Fahrzeugfenster, integrieren.
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Die Erfindung wird nun anhand von
in den Zeichnungen beigefügten
Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 einen
Querschnitt durch einen schlauchförmigen Elastomerkörper mit
quadratischer Umrissform,
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2 den
Elastomerkörper
nach 1 in deformiertem
Zustand,
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3 einen
als Vollkörper
ausgebildeten Elastomerkörper
in unbelastetem Zustand,
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4 eine
Fahrzeugtüre,
deren Fenster-Öffnungsrand
oberseits mit einem Kraftsensor ausgestattet ist,
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5 einen
Querschnitt entsprechend der Linie V-V in 4, wobei zwischen dem Kraftsensor und
dem oberen Fensterscheibenrand ein Gegenstand eingeklemmt ist,
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6 ein
Funktionsschaltbild einer Klemmschutzvorrichtung mit einem Kraftsensor,
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7 einen
schematischen Querschnitt durch die D-Säule eines PKW mit seitlich
ausstellbarem Fenster,
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8 eine
Abbildung entsprechend 7, wobei
jedoch zwischen Ausstellfenster und Kraftsensor ein Gegenstand eingeklemmt
ist, und
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9 die
schematische Darstellung einer zweiteiligen Schiebetüre mit einer
Klemmschutzvorrichtung unter Verwendung eines Kraftsensors.
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1 zeigt
einen erfindungsgemäßen Kraftsensor 1 für eine Klemmschutzvorrichtung,
dessen Elastomerkörper 2 in
Form eines Schlauches ausgebildet ist. Der Elastomerkörper besteht
aus einem elastomeren Polymermaterial, beispielsweise aus einem
thermoplastischen Kautschuk. Der Elastomerkörper hat eine im Wesentlichen
quadratische Umrissform. Im Elastomerkörper sind insgesamt vier Leiter 3a,3b und 4a,4b eingebettet.
Die Leiter sind in den Ecken des quadratischen Elastomerkörpers 2 angeordnet
und verlaufen im Wesentlichen parallel zueinander. Die diametral
gegenüberliegenden
Leiter 3a,3b bzw. 4a,4b bilden
zusammen jeweils ein Leiterpaar. Die gedachten Verbindungslinien
zwischen den Leitern 4a und 4b bzw. 3a und 3b bzw.
die Diagonallinien 33 des quadratischen Elastomerkörpers verlaufen
rechtwinklig zueinander und schließen einen Winkel α von
90° ein.
Bei einer Krafteinwirkung in Kraftrichtung 5 weichen die
parallel zur Kraftrichtung 5 verlaufenden Schlauchwände 6 des
Elastomerkörpers 1 seitlich
auseinander und werden dabei etwa V-förmig abgewinkelt. Um dieses
Abwinkeln zu erleichtern, weisen die Schlauchwände 6 eine geringere
Stärke
auf als die quer zur Kraftrichtung 5 verlaufenden Schlauchwände 7.
Durch ihre stärkere Ausbildung
können
die Schlauchwände 7 in
Kraftwirkung 5 einwirkende Kräfte aufnehmen, ohne sich dabei
im Wesentlichen zu verformen. Dadurch bleibt der Abstand der Leiter – quer zur
Kraftwirkung 5 betrachtet – im wesentlichen gleich. Im
deformierten Zustand nach 2 ändert sich
somit neben dem Winkel ?, der kleiner wird, noch der Diagonalabstand
der Leiter 3a,3b bzw. 4a,4b.
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In 3 ist
ein Ausführungsbeispiel
dargestellt, bei dem der Elastomerkörper 2a ein Vollkörper mit
im Wesentlichen kreisförmigem
Querschnitt ist. Der Elastomerkörper 2a kann
ebenfalls aus einem thermoplastischen Kautschuk bestehen. Grundsätzlich sind
aber für
einen Elastomerkörper
beliebige Werkstoffe denkbar, sofern sie elastisch verformbar sind.
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Der Kraftsensor ist beispielsweise
Bestandteil einer Klemmschutzvorrichtung für eine elektromotorisch bewegbare
Fensterscheibe eines Kraftfahrzeuges. In 4 ist eine Fahrzeugtüre mit ei ner motorisch bewegbaren
Fensterscheibe 8 dargestellt. Bei Türen der in Rede stehenden Art
ist der Randbereich der Fensteröffnung üblicherweise
mit einer Dichtung 9 ausgekleidet. Im oberen Randbereich 10 der
Fensteröffnung
sind in der Dichtung 9 zwei Kraftsensoren 1a und 1b integriert.
Wie aus 5 ersichtlich
ist, ist die Dichtung 9 im Querschnitt im wesentlichen
S-förmig
ausgebildet. Anders ausgedrückt
handelt es sich um zwei U-Profile 11a,11b, deren Öffnungen
in entgegengesetzte Richtung weisen und die seitlich aneinandergeformt
sind, wobei sie einen gemeinsamen Schenkel aufweisen. Das eine U-Profil liegt
in dem im Querschnitt ebenfalls U-förmig ausgebildeten Türrahmen 12 ein.
Das andere U-Profil 11b umschließt den einen
Schenkel des U-profilförmigen Türrahmens 12.
Das Freiende des in 5 rechts angeordneten
Schenkels 13 ist kopfförmig
verdickt und umschließt
einen Kraftsensor 1b. Die Basis des U-Profils 11b ist
ebenfalls verdickt und umschließt
einen zweiten Kraftsensor 1a. Das U-Profil 11a nimmt den
oberen Randbereich 14 der Fensterscheibe 8 im geschlossenen
Zustand auf. Befindet sich während des
automatischen Schließvorganges
zwischen der Fensterscheibe 8 und der Dichtung 9 ein
Gegenstand, in 5 durch
ein Trinkglas 15 symbolisiert, so wird die Antriebskraft
des auf die Fensterscheibe 8 wirkenden Antriebsmotors (nicht
dargestellt) über den
Gegenstand 15 auf die Dichtung 9 und folglich auf
die Kraftsensoren 1a,1b übertragen. Die Kraftsensoren
sind beispielsweise so ausgestaltet wie in 3 dargestellt. Bei Krafteinwirkung – etwa in
Richtung des Pfeiles 16 in 3 – werden
die Kraftsensoren oval verformt. Dementsprechend ändert sich die
Relativlage der darin eingebetteten Leiter 3a,3b,4a,4b.
Die Leiterpaare des Kraftsensors 1a sind mit einem Leiterpaar
des anderen Kraftsensors 1b in Reihe oder parallel geschaltet
oder elektrisch voneinander getrennt. Im zuletzt genannten Fall
ist jeder Kraftsensor separat an ein Überwachungs- bzw. Auswertungssystem
angeschlossen. In das eine Leiterpaar der Kraftsensoren 1a,1b wird über einen
Signalgenerator 17 jeweils ein Wechselspannungssignal eingespeist.
Die anderen Leiterpaare, nämlich
die Meßleiterpaare
sind mit einer Signalauswerteeinheit 18 verbunden (siehe 6). Im Ausgangszustand,
also bei Fehlen einer Krafteinwirkung nehmen die spannungsbeaufschlagten
Leiterpaare und die Meßleiterpaare
ihre Soll-Relativlage, wie in 3 dargestellt,
ein. In diesem Ausgangszustand ist die Beeinflussung der Meßleiterpaare
durch das elektrische oder magnetische Feld der spannungsbeaufschlagten
Leiterpaare äußerst gering.
Dies liegt daran, daß zum
einen die Richtung des Magnetfeldes eines spannungsbeaufschlagten
Leiterpaares parallel zur Schleifenfläche des ihm zugeordneten Meßleiterpaares
verläuft
und daß zum
anderen die Leiter des Meßleiterpaares
auf der gleichen Äquipotentialfläche des
elektrischen Feldes des spannungsbeaufschlagten Leiterpaares liegen.
Wird nun als Folge einer Krafteinleitung entsprechend Pfeil 16 in 3 bzw. entsprechend der
Schließrichtung 19 der
Fensterscheibe 8 der Kraftsensor 1a bzw. 1b deformiert, so
wird die Symmetrie der Leiter gestört. Die Verbindungslinien zwischen
den Leitern eines Leiterpaares bzw. die Diagonallinien 33 schließen einen
Winkel zwischen sich ein, der abweichend vom Ausgangszustand kleiner
als 90° ist.
Je größer die
Verformung, desto größer ist
das „Übersprechen" zwischen den Leiterpaaren
eines Kraftsensors, d.h. desto größer ist die Abweichung des
im Meßleiterpaar
induzierten Wechselspannungssignals gegenüber dem Ausgangszustand. Diese
Abweichung wird von der Signalauswerteeinheit 18 detektiert.
Bei Überschreiten eines
vorgegebenen Schwellenwertes wird an die Antriebssteuerung 20 der
Fensterhebeeinrichtung ein Stellsignal 21 weitergeleitet,
das eine Abschaltung des Antriebsmotors bewirkt.
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Die Abbildungen gemäß 7 und 8 betreffen das Heckfenster eines PKW
mit einer seitlich ausstellbaren Fensterscheibe 22. An
der im Querschnitt dargestellten D-Säule des Fahrzeugs ist eine
Dichtung 23 fixiert, die mit der Innenseite 24 der Fensterscheibe 22 in
geschlossenem Zustand im Sinne einer Dichtpaarung zusammenwirkt.
Dazu weist die Dichtung 23 eine Anschlagfläche 25 auf,
die im geschlossenen Zustand an der Innenseite 24 der Fensterscheibe
anliegt. Die Dichtung 23 ist im Grunde genommen ein bandförmiges Teil,
dessen Seitenränder
verdickt sind und jeweils einen Kraftsensor 1c,1d umschließen. Der
Kraftsensor 1c weist einen größeren Abstand zum Fensterscheibenrand 26 auf als
der Kraftsensor 1d. Die Kraftsensoren 1c und 1d sind
unabhängig
voneinander und überwachen
unterschiedliche Einklemmsituationen. Wenn ein Insasse seine Hand
oder seinen Arm in die bei ausgestellter Fensterscheibe 22 vorhandene
Fensteröffnung 27 hineinsteckt,
so wird – wenn
sich die Fensterscheibe in Richtung des Pfeiles 28 schließt – der Kraftsensor 1c deformiert
und der Antriebsmotor für die
Fensterscheibe 28 abgeschaltet. Die andere Situation ist
die, daß eine
sich außerhalb
des Fahrzeugs befindliche Person ihre Hand oder ihren Arm in die Fensteröffnung 27 hineinsteckt.
In einem solchen Falle spricht der zweite Kraftsensor 1d an.
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In 9 ist
ein weiterer Anwendungsfall für einen
erfindungsgemäßen Kraftsensor,
nämlich
eine Klemmschutzvorrichtung für
eine sich automatisch schließende
und öffnende
Schiebetüre,
wie sie etwa bei Aufzügen
vorhanden ist, dargestellt. Die beiden Türflügel 29,30 bewegen
sich ausgehend vom geöffneten
Zustand in Richtung der Pfeile 31 aufeinander zu und liegen
im geschlossenen Zustand mit ihren Vertikalkanten 32 aneinander
an. Auf der Vertikalkante 32 der Flügeltüre 30 ist ein etwa
gemäß 1 ausgestalteter Kraftsensor 1e angeordnet.
Wenn eine Person oder ein Körperteil
einer Person zwischen den Flügeltüren 29,30 eingeklemmt
wird, werden diese mit Hilfe einer geeigneten Steuervorrichtung,
etwa gem. 6 wieder geöffnet.
-
- 1
- Kraftsensor
- 2
- Elastomerkörper
- 3
- Leiter
- 4
- Leiter
- 5
- Kraftrichtung
- 6
- Schlauchwand
- 7
- Schlauchwand
- 8
- Fensterscheibe
- 9
- Dichtung
- 10
- oberer
Randbereich
- 11
- U-Profil
- 12
- Türrahmen
- 13
- Schenkel
- 14
- Randbereich
- 15
- Trinkglas
- 16
- Pfeil
- 17
- Signalgenerator
- 18
- Signalauswerteeinheit
- 19
- Schließrichtung
- 20
- Antriebssteuerung
- 21
- Stellsignal
- 22
- Fensterscheibe
- 23
- Dichtung
- 24
- Innenseite
- 25
- Anschlagfläche
- 26
- Fensterscheibenrand
- 27
- Fensteröffnung
- 28
- Pfeil
- 29
- Türflügel
- 30
- Türflügel
- 31
- Pfeil
- 32
- Vertikalkante
- 33
- Diagonallinie