DE3802527C2

DE3802527C2 -

Info

Publication number: DE3802527C2
Application number: DE3802527A
Authority: DE
Inventors: Minoru Kodaira Tokio/Tokyo Jp Ishiharada; Toshio Akishima Tokio/Tokyo Jp Chikaraishi; Hiroshi Kodaira Tokio/Tokyo Jp Kaneda; Seisuke Tokorozawa Saitama Jp Tomita
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 1987-01-29
Filing date: 1988-01-28
Publication date: 1991-12-12
Also published as: US4830461A; US4937029A; DE3802527A1

Description

Die Erfindung betrifft einen druckempfindlichen Fühler nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Ein derartiger druckempfindlicher Fühler ist aus der JP 1 19 576/85 bekannt und weist einen optischen Wellen leiter auf, der aus einem Kern und einer Umhüllung besteht, die beide aus einem elastomeren Material bestehen. Ferner ist eine lichtaussendende Einrichtung und eine lichtempfangende Einrichtung vorgesehen, die beide mit dem optischen Wellenleiter verbunden sind.

Es ist demgegenüber Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen druckempfindlichen Fühler der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art zu schaffen, der eine verbesserte Wärme- und Stoßwiderstandsfähigkeit aufweist, wobei eine beträchtliche Steigerung der Ansprechempfind lichkeit auf eine von außen einwirkende Kraft erreicht werden soll, indem der optische Wellenleiter eine ausreichende Druckverformungsfähigkeit in einer Richtung quer zur axialen Linie und eine große Biegeverformungs fähigkeit aufweist, wobei mit Sicherheit ein Brechen, eine plastische Verformung und ähnliches des optischen Wellenleiters und weiter ein Lösen des optischen Wellen leiters von der lichtaussendenden oder lichtempfangenden Einrichtung verhindert werden soll.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruches 1.

Beim Kernmaterial des erfindungsgemäßen Fühlers ist die Verwendung einer Phenylgruppe vorteilhaft im Hinblick auf die Einfachheit in der Steuerung bzw. Einstellung des Brechungsindex und im Hinblick auf wirtschaftliche Gesichtspunkte im Vergleich zur Verwendung anderer Werk stoffe. Jedoch haben im Rahmen der Erfindung durchge führte Untersuchungen gezeigt, daß bei steigendem Gehalt von Phenylgruppen das ungehärtete Kernmaterial weicher wird, was zu einer Erhöhung der Klebrigkeit führt, die wiederum eine Verschlechterung der Knetwirkung nach sich zieht, wobei ferner die Ölresistenz, die Dauerdruck festigkeit, die Hitzebeständigkeit und die Vulkanisa tionseigenschaften verschlechtert werden. Wenn anderer seits ein derartiges Kernmaterial als Sensorelement verwendet wird, ist eine Gummielastizität über einen breiten Temperaturbereich erforderlich. Aufgrund dieser Umstände sollte der Anteil der Phenylgruppe auf nicht mehr als 40% beschränkt werden. Die untere Grenze des Brechungsindex des Kernes beträgt 1,42, weil, da der Brechnungsindex des Umhüllungsmateriales 1,40 beträgt, der Krümmungsradius im Kern sehr groß würde und somit kaum Licht hindurchtreten könnte, und auch die Handhabung als Sensor sehr schwie rig würde, da dieser dann sehr empfindlich auf Verformungen reagieren würde.

Die Unteransprüche haben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrie ben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Ausführungs form des druckempfindlichen Fühlers;

Fig. 2 eine schematische teilweise geschnittene An sicht einer weiteren Ausführungsform des druckempfindlichen Fühlers;

Fig. 3a bis 3c Schnittansichten des druckempfindlichen Fühlers längs der Linie III-III in Fig. 2 in verschiedenen Zuständen;

Fig. 4 ein Schaltbild des Erfassungsgerätes;

Fig. 5 und 6 Längsschnitte einer dritten und vierten Aus führungsform des druckempfindlichen Fühlers;

Fig. 7a und 7b eine perspektivische Ansicht und eine Schnitt ansicht einer Ausführungsform des druckemp findlichen Fühlers bei der Verwendung in einem Mattenschalter;

Fig. 8 ein Diagramm zur Darstellung der Beziehung zwischen der Belastung und der optischen Signalspannung in dem Mattenschalter gemäß Fig. 7;

Fig. 9a und 9b eine perspektivische Ansicht bzw. eine Schnitt ansicht einer weiteren Ausführungsform des Mattenschalters;

Fig. 10 und 11 Schnittansichten von Ausführungsformen des druckempfindlichen Fühlers bei der Verwen dung an einer Stoßstange;

Fig. 12 eine Schnittansicht einer weiteren Ausfüh rungsform des druckempfindlichen Fühlers;

In Fig. 1 ist eine erste Ausführungsform des druckempfind lichen Fühlers dargestellt, der einen optischen Wellenlei ter 1 und eine lichtaussendende Einrichtung 2 und eine licht empfangende Einrichtung 3 umfaßt, die optisch mit den beiden Enden des optischen Wellenleiters 1 verbunden sind.

Der optische Wellenleiter 1 besteht aus einem festen Kern 4 aus einem gummiartigen, elastischen Material mit hoher Licht permeabilität und einem hohen Brechungsindex, und einer Um hüllung 5 aus einem gummiartigen, elastischen Material mit einem Brechungsindex, der niedriger als der des Kerns 4 ist, und die den Umfang des Kerns 4 umhüllt.

Als Kernmaterial wird Methylphenylpolysiloxan oder Dimethyldi phenylpolysiloxan verwendet, das einen Phenylgruppengehalt von 5-40%, vorzugsweise 5-30%, und noch bevorzugter 8-25%, und einen Brechungsindex von 1,42-1,54, bevor zugt 1,425-1,52, und noch bevorzugter 1,44-1,5 aufweist. Kernmaterial Dimethylpolysiloxan mit einem Brechungsindex von 1,40 dient als Umhüllungsmaterial, da dies leicht erhältlich und billig ist.

Wenn der Aushärtmechanismus des Kernmaterials ein Additions reaktionstyp ist, wird der Betrag eines Aushärtkatalysators gering, und es entsteht kein Reaktionsnebenprodukt, so daß man eine ausgezeichnete Lichtpermeabilität erhalten kann.

Es wird angestrebt, daß der Betrag des Platins als Aushärtkatalysator für das Silikongummi des Kerns 0,005×10^-4-0,1×10^-4 Gewichtsteile, und bevor zugter 0,01×10^-4-0,05×10^-4 Gewichtsteile, auf der Grundlage von 100 Gewichtsteilen Basispolymer für das Sili kongummi beträgt. Die Abnahme der Kerntransparenz im Laufe der Zeit und bei hoher Temperatur wird damit wirksam ver hindert, wodurch man eine ausgezeichnete Transparenz über eine lange Zeitdauer erhalten kann.

Wenn der Kern 4 und die Umhüllung 5 aus Silikongummi be stehen, kann die Haftung zwischen beiden Materialien wirksam verbessert werden, und die optischen und mechani schen Eigenschaften des optischen Wellenleiters 1 können über einen Temperaturbereich von etwa -50°C bis etwa 200°C stabilisiert werden.

Der in Fig. 1b dargestellte Wellenleiter 1 weist einen kreisförmigen Querschnitt auf, er kann jedoch ebenfalls viereckig, wie z. B. dreieckig, rechteckig oder ähnlich, oder nicht kreisförmig gekrümmt, wie z. B. ellipsenförmig oder ähnlich, ausgebildet sein. Der Kern 4 kann weiter aus einem Bündel von mehreren linearen Körpern statt aus einem einzigen festen Körper bestehen.

Bei dem optischen Wellenleiter 1 der dargestellten Ausfüh rungsform wird das vom Kern 4 in die Umhüllung 5 aufgrund einer plastischen Verformung, wie z. B. Verbiegen, Drücken oder ähnlichem, eintretende Licht wirksam absorbiert, so daß ein Zurückstrahlen zum Kern 4 verhindert wird, wobei es von Vorteil ist, daß der Außenumfang der Umhüllung 5 mit einer lichtabsorbierenden Schicht bedeckt ist, die aus einem lichtabsorbierenden Material, wie z. B. schwarzer Kohle, einem schwarzen Pigment, einem organischen oder an organischen Farbstoff, und einem Naturgummi oder einem syn thetischen Gummi, wie z. B. Silikongummi, Fluoringummi, Butylgummi oder ähnlichem, besteht, oder daß das lichtab sorbierende Material im Umhüllungsmaterial selbst disper giert und mit ihm vermischt ist.

Um weiter die Wasserbeständigkeit, die Ölbeständigkeit, die Wetterbeständigkeit, die mechanische Festigkeit und ähnli ches des optischen Wellenleiters 1 zu verbessern, dient die lichtabsorbierende Schicht vorzugsweise zur luftdichten Ab deckung des Leiters oder des Leiters und der Schicht, wobei die Schicht aus Naturgummi oder synthetischem Gummi, wie z. B. Butylgummi, Butadiengummi, Urethangummi oder ähnlichem, oder aus einem Kunststoff, wie z. B. einem Vinylchloridharz oder ähnlichem, besteht.

Ein Ende des optischen Wellenleiters 1 ist mit der licht aussendenden Einrichtung 2 über eine optische Verbindung oder ähnlichem mittels Adhäsion verbunden. Die lichtaus sendende Einrichtung 2 kann eine Leuchtdiode, eine Glüh lampe, ein Halbleiterlaser oder ähnliches sein, wobei die Verwendung des Halbleiterlasers bevorzugt wird.

Mit dem anderen Ende des optischen Wellenleiters 1 ist die lichtempfangende Einrichtung 3 verbunden, die vorzugsweise aus einer Fotodiode, einem Fototransistor oder ähnlichem besteht.

Bei dem druckempfindlichen Fühler mit dem oben beschriebe nen Aufbau wird, wenn durch eine von außen einwirkende Kraft eine Biegeverformung, eine Druckverformung oder eine andere Verformung des optischen Wellenleiters 1 bewirkt wird, die von der lichtaussendenden Einrichtung 2 durch den optischen Wellenleiter 1 zur lichtempfangenden Einrichtung 3 übertra gene Lichtmenge stark entsprechend der Größe der von außen einwirkenden Kraft auf der Grundlage des optisch elastischen Effekts vermindert, da der optische Wellenleiter 1 einer ausreichend großen elastischen Verformung entsprechend der Größe der von außen einwirkenden Kraft unterworfen werden kann, wodurch das Vorhandensein der von außen auf den opti schen Wellenleiter 1 einwirkenden Kraft und deren Größe mit einer hohen Empfindlichkeit erfaßt werden kann.

Das an der lichtempfangenden Einrichtung 3 ankommende Licht kann in ein Lichtspannungssignal entsprechend der Lichtmenge durch einen signalverarbeitenden Schaltkreis, der sich in der lichtempfangenden Einrichtung selbst befindet oder damit mittels eines Kabels verbunden ist, umgewandelt werden.

Andererseits kann der Antrieb der lichtaussendenden Ein richtung 2 durch eine Treiberschaltung durchgeführt werden, die sich in der lichtaussendenden Einrichtung 2 selbst be findet oder mit ihr über ein Kabel verbunden ist.

Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform des druckempfind lichen Fühlers. Dieser druckempfindliche Fühler umfaßt einen optischen Wellenleiter 1, eine Grundplatte 6 zur Lagerung des optischen Wellenleiters 1, eine lichtaussendende Ein richtung 2 und eine lichtempfangende Einrichtung 3, die mit beiden Endflächen des optischen Leiters 1 verbunden sind, Kabel 9, 10, die mit einem Eingangsanschluß 7 der lichtaus sendenden Einrichtung 2 und einem Ausgangsanschluß 8 der lichtempfangenden Einrichtung 3 verbunden sind, eine Abdek kung 11 zur Abdeckung des optischen Wellenleiters 1 der lichtaussendenden Einrichtung 2 und der lichtempfangenden Einrichtung 3, ein Paar Dichtungen 12 zur Abdeckung der verbundenen Abschnitte zwischen dem Eingangsanschluß 7 und dem Kabel 9 und zwischen dem Ausgangsanschluß 8 und dem Kabel 10, und Dichtungsöffnungen zwischen der Grundplatte 6 und der Abdeckung 11, und eine Erfassungseinrichtung 13, die mit den Kabeln 9 und 10 verbunden ist.

Die Grundplatte 6 kann aus den verschiedensten Materialien entsprechend dem Verwendungszweck bestehen, wobei die Mate rialien fest oder flexibel sein können, wie z. B. Spritzguß aus Metall, Spritzguß aus Kunststoff und Spritzguß aus Gummi. Wie man aus Fig. 3a sieht, die eine vergrößerte Schnittan sicht längs der Linie III-III in Fig. 2 darstellt, ist der optische Wellenleiter 1 ausreichend und stabil in einer Nut 6a gelagert, die im mittleren Teil der Grundplatte 6 in Quer richtung ausgebildet ist, wobei der optische Wellenleiter 1 in der Nut 6a angeklebt oder in sie eingepaßt ist.

Die Abdeckung 11 als Schutz für den optischen Wellenleiter 1 besteht aus Gummi oder einem Kunststoff, der wasserbeständig, ölbeständig und wetterbeständig ist. Wie man in Fig. 3a sieht, kann die Abdeckung 11 so geformt sein, daß die Innenfläche der Abdeckung von der Umfangsfläche des opti schen Wellenleiters 1 entfernt ist, insbesondere im Be reich der oberen Hälfte, und zwar mit einem ungefähr gleich bleibenden Abstand. Weiter kann ein Vorsprung 11a oder eine Leiste mit einem gekrümmten Querschnitt auf der Innenfläche der Abdeckung 11 an einer Stelle vorgesehen sein, die der Oberseite des Wellenleiters 1 entspricht, wie dies in Fig. 3b dargestellt ist, oder es können mehrere Vorsprünge 11a oder mehrere Leisten auf der Innenfläche der Abdeckung 11 in Umfangsrichtung vorgesehen sein, wie dies in Fig. 3c dargestellt ist. Bei den Ausführungsformen gemäß Fig. 3b und 3c wird der optische Wellenleiter 1 einfach und aus reichend durch die Wirkung des Vorsprungs 11a oder der Leiste verformt, wenn auf die Abdeckung 11 eine Kraft von außen aufgebracht wird, so daß, auch wenn die von außen aufgebrachte Kraft gering ist, sie mit einer hohen Empfind lichkeit festgestellt werden kann. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3c wird eine von außen aufgebrachte Kraft immer mit hoher Empfindlichkeit erfaßt, unabhängig von der Rich tung der Kraft.

Das Querschnittsprofil des Vorsprungs 11a oder der Leiste kann ebenfalls quadratisch sein. In diesem Fall erhält man ebenfalls die oben beschriebene Wirkung.

In Fig. 4 ist eine Ausführungsform des elektrischen Schalt kreises der Erfassungseinrichtung 13 dargestellt, der eine Treiberschaltung 14 für die lichtaussendende Einrichtung 2, z. B. eine Leuchtdiode, und einen Signalverarbeitungsschalt kreis 15 für die lichtempfangende Einrichtung 3, z. B. einen Fototransistor, umfaßt.

Die Treiberschaltung 14 dient zum Einschalten der lichtaus sendenden Einrichtung 2 durch Steuern einer Spannung V_cc, die von einer Gleichstromquelle über einen Widerstand 16 zugeführt wird. Der Signalverarbeitungsschaltkreis 15, der mit der lichtempfangenden Einrichtung 3 über ein Kabel 10 verbunden ist, dient zur Erzeugung eines Ausgangssignals, nur wenn eine optische Signalspannung V_s unter eine Bezugs spannung V_ref entsprechend der Abnahme der von der licht empfangenden Einrichtung 3 empfangenen Lichtmenge absinkt, indem ein an der lichtempfangenden Einrichtung 3 erzeugter optischer Strom durch einen Transistor 17 und einen Be triebsverstärker 18 zur Erzeugung der optischen Signalspan nung V_s verstärkt wird und die optische Signalspannung V_s mit der von einem veränderbaren Widerstand 20 in einem Ver gleicher 19 zugeführten Bezugsspannung V_ref verglichen wird.

Wenn beispielsweise der druckempfindliche Fühler mit dem oben beschriebenen Aufbau an einem Fensterrahmen eines Fahrzeugfensters, das einen motorgetriebenen Fensterheber aufweist, angebracht ist, wird, wenn auf den druckempfind lichen Fühler keine Kraft von außen aufgebracht wird, das von der lichtaussendenden Einrichtung 2 ausgesendete Licht durch den optischen Wellenleiter 1 zur lichtempfangenden Einrichtung 3 übertragen, ohne daß die Lichtmenge vermindert wird, so daß die optische Signalspannung V_s größer als die Bezugsspannung V_ref wird und der Vergleicher 19 kein Aus gangssignal erzeugt.

Beim Schließen der Fensterscheibe wird, wenn die Gefahr be steht, daß ein Teil des Körpers eines Passagiers sich zwischen dem Fensterrahmen und der Fensterscheibe befindet, durch diesen Teil auf den druckempfindlichen Fühler von außen eine Kraft aufgebracht, wodurch eine Verbiegung des optischen Wellenleiters 1 stattfindet, so daß die zur licht empfangenden Einrichtung 3 übertragene Lichtmenge abnimmt, wodurch die optische Signalspannung V_s niedriger als die Bezugsspannung V_ref wird und entsprechend von dem Verglei cher 19 ein Signal ausgegeben wird. Somit wird das Anhalten oder das Herunterbewegen der Fensterscheibe auf der Grundlage des Ausgangssignals durchgeführt, wodurch die Sicherheit des Passagiers ausreichend sichergestellt ist.

Der druckempfindliche Fühler kann weiter an der Innenwand des Fahrgastraumes eines Busses, in der Umgebung eines Roboters oder anderen bewegbaren Einrichtungen, einem Zaun oder ähnlichem angebracht werden, wodurch eine Anzeige beim Ausstieg aus dem Bus, beim Anhalten des Roboters, bei einem automatischen Trägerwagen oder ähnlichem die Erfas sung eines Eindringlings usw. verwirklicht, wobei nur eine geringe Kraft von außen einwirken muß. Da der optische Wellenleiter 1 aus einem gummiartigen, elastischen Material besteht, kann der Fühler immer auf normale Weise bedient werden, auch wenn der druckempfindliche Fühler in Fabriken oder anderen Umgebungen verwendet wird, ohne daß er einem Einfluß von elektromagnetischen Wellen unterliegt, wobei er weiter in einem brennbaren, organischen Lösungsmittel, in Öl, in einer Gasatmosphäre oder ähnlichem verwendet werden kann, ohne daß die Gefahr einer Zündung, einer Explosion oder ähnlichem besteht. In jedem Fall entwickelt der druck empfindliche Fühler immer eine ausgezeichnete Leistung für die Erfassung einer von außen in allen Richtungen aufge brachten Kraft.

Obwohl der druckempfindliche Fühler der dargestellten Aus führungsform ein Ein-Aussignal entsprechend dem Vorhanden sein oder Nichtvorhandensein der von außen aufgebrachten Kraft erzeugt, kann er weiter die Größe der von außen auf den druckempfindlichen Fühler einwirkenden Kraft quantitativ ausgeben oder anzeigen. Bei der dargestellten Ausführungs form sind weiter die lichtaussendende Einrichtung 2 und die lichtempfangende Einrichtung 3 in der Erfassungseinrichtung 13 beinhaltet. Die lichtaussendende Einrichtung 2 und die lichtempfangende Einrichtung 3 können jedoch ebenfalls in direkt mit dem optischen Wellenleiter 1 über eine optische Kunststoffaser, eine optische Quarzfaser oder ähnliches verbunden sein.

Fig. 5 zeigt eine dritte Ausführungsform des druckempfind lichen Fühlers. Dieser Fühler umfaßt einen optischen Wel lenleiter 1, einen Reflektor 21, der mit einem Ende des optischen Wellenleiters 1 verbunden ist, und eine licht aussendende Einrichtung 2 und eine lichtempfangende Ein richtung 3, die mit dem anderen Ende des optischen Wellen leiters 1 über feine optische Fasern 22 und 23 verbunden sind.

Bei dieser Ausführungsform besteht der optische Wellenlei ter 1 aus einem Kern 4 aus einem gummiartigen, elastomeren Material, das eine hohe Lichtdurchlässigkeit und einen hohen Brechungsindex aufweist und in einer Umhüllung 5 aus einem gummiartigen, elastomeren Material angeordnet ist, das einen kleineren Brechungsindex als der Kern 4, ähnlich wie im Fall von Fig. 1, aufweist. Der Kern 4 und die Umhül lung 5 bestehen aus dem gleichen Material wie oben beschrie ben.

Das Querschnittsprofil des optischen Wellenleiters in einer Ebene senkrecht zur axialen Linie kann in geeigneter Weise kreisförmig, quadratisch, ellipsoid oder anders sein. Der Kern 4 kann weiter aus einem Bündel von mehreren linearen Körpern bestehen.

Als Reflektor 21 kann ein Blech aus Aluminium, Gold, Silber usw. dienen, wobei diese Bleche einer Bedampfung, einer Be schichtung, einer Ionenbeschichtung und ähnlichem unter worfen werden können, um wirkungsvoll das von dem opti schen Wellenleiter 1 übertragene Licht in Richtung der optischen Faser 23 und somit zur lichtempfangenden Einrich tung 3 zu reflektieren. Um den Reflektionsgrad durch Ver mindern des Streuverlustes an der Verbindungsfläche zwischen dem optischen Wellenleiter 1, insbesondere des Kerns 4 und dem Reflektor 21 zu verbessern, wird bevorzugt, daß die Endfläche von mindestens dem Kern 4 mit einem trans parenten Material beschichtet ist, das einen Brechungs index aufweist, der ungefähr gleich dem des Kerns ist, damit die Endfläche des optischen Wellenleiters 1 optisch eben ist. In diesem Fall wird flüssiges, synthetisches Gummi, wie z. B. flüssiges Silikongummi, flüssiges Urethan gummi usw., oder ein Kunststoff, wie z. B. Epoxyharz usw., als transparentes Beschichtungsmaterial verwendet.

Nachdem der Reflektor 21 mit einem Ende des optischen Wellenleiters 1 verbunden ist, wird der Verbindungsab schnitt dazwischen und der Reflektor 21 mit einem Be schichtungsmaterial abgedeckt, das wasserbeständig, ölbe ständig und wetterbeständig ist, wie z. B. Naturgummi, synthetisches Gummi, wie z. B. Urethangummi, Butadiengummi usw., oder Kunststoff, wie z. B. Polyethylen, Nylon, Vinyl chloridharz usw.

Als lichtaussendende Einrichtung 2 kann eine Leuchtdiode, eine Laserdiode, eine Halogenlampe, eine Xenonlampe und ähnliches verwendet werden. Als lichtempfangende Einrich tung 3 kann ein Fototransistor, eine Fotodiode, eine foto elektrische Röhre, ein Fotovervielfacher und ähnliches verwendet werden. Als optische Fasern 22, 23 zum Verbinden der lichtaussendenden Einrichtung und der lichtempfangenden Einrichtung 2, 3 mit dem optischen Wellenleiter 1 kann eine optische Faser aus Quarz, eine optische Faser aus einem Mehrkomponentenglas, eine optische Faser aus Kunststoff, ein optischer Wellenleiter aus Gummi usw. verwendet werden, die jeweils einen kleineren Durchmesser haben. Insbesondere bei der Verwendung einer optischen Faser, die eine kleine numerische Öffnung hat, kann die Streukomponente des direkt von der optischen Faser 22 zur optischen Faser 23 übertra genen einfallenden Lichts wirksam vermindert werden.

Wie in Fig. 5 dargestellt, wird die optische Verbindung der optischen Fasern 22, 23 durch direktes Einsetzen dieser Fasern in den Kern 4 durchgeführt oder kann durch direktes Verbinden der Endflächen dieser Fasern 22, 23 mit der Endfläche des optischen Wellenleiters 1 durch Kleben oder ähnliches oder durch mechanisches Verbinden eines an den Endabschnitten dieser Fasern 22, 23 befestig ten Verbindungsteils mit einem an der Endfläche des opti schen Wellenleiters 1 befestigten Verbindungsteil durch geführt werden. Im ersten Fall wird bevorzugt, daß der Verbindungsabschnitt mit einem transparenten Material, wie z. B. Epoxyharz, Silikongummi oder ähnlichem, abgedeckt ist, um die Verbindungsfestigkeit zu erhöhen, wobei der Außen umfang des Verbindungsabschnittes durch einen Schutz aus Metall, Kunststoff oder ähnlichem geschützt ist. Im letzte ren Fall ist es nicht erforderlich, die Endflächen der optischen Fasern 22, 23 mit der Endfläche des optischen Wellenleiters 1 in Berührung zu bringen, so daß ein Raum zwischen der optischen Faser und dem optischen Wellenleiter durch geeignete Auslegung der numerischen Öffnung, des Durchmessers, der Größe und der Anordnung der optischen Fasern 22, 23 vorgesehen werden kann. In diesem Fall kann Silikonöl, eine Silikonverbindung, Silikongummi oder ähn liches in den Raum gegossen werden, um die optische An passung dazwischen zu verbessern.

Bei dieser Ausführungsform können die lichtaussendende Ein richtung 2 und die lichtempfangende Einrichtung 3 direkt mit dem optischen Wellenleiter 1 verbunden werden, ohne daß optische Fasern 22, 23 verwendet werden, oder das einfal lende Licht kann von dem reflektierten Licht mittels eines Strahlteilers getrennt werden. Weiter ist es von Vorteil, daß der Außenumfang der Umhüllung 5 beispielsweise mit einem Naturgummi oder einem synthetischen Gummi, wie z.B. Butadiengummi, Silikongummi, Fluoringummi, Urethangummi oder ähnlichem, abgedeckt ist, wobei in diesen Stoffen schwarze Kohle, ein Pigment, ein organischer oder ein an organischer Farbstoff dispergiert und damit vermischt ist. Ebenfalls ist es möglich, daß schwarze Kohle, ein Pigment oder ein Farbstoff im Umhüllungsmaterial 5 selbst disper giert und damit vermischt ist, um wirkungsvoll Licht zu absorbieren, das vom Kern 4 in die Umhüllung 5 während des Verbiegens, des Zusammendrückens des optischen Wellenlei ters 1 eintritt, um wirksam zu verhindern, daß das Licht zum Kern 4 zurückgeleitet wird.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5 deckt eine äußere Be schichtung 24 eine Zone des äußeren Umfangs des optischen Wellenleiters 1 bis zum Reflektor 21 luftdicht ab, die aus Naturgummi, einem synthetischen Gummi, wie z. B. Butylgummi, Butadiengummi, Urethangummi, Fluoringummi und ähnlichem, oder einem relativ flexiblen Kunststoff, wie z. B. Vinyl chloridharz, Polyethylen, Nylon oder ähnlichem, bestehen kann. Die äußere Beschichtung 24 dient zur verbesserten Wasserbeständigkeit, Wetterbeständigkeit und zur Verbesse rung der mechanischen Festigkeit des optischen Wellenlei ters 1 und dient weiter dazu, wirksam störendes Licht fern zuhalten. Weiter kann die äußere Beschichtung 24 je nach Gebrauchszweck des druckempfindlichen Fühlers weggelassen werden.

Bei dem druckempfindlichen Fühler mit dem oben beschriebenen Aufbau wird das von der lichtaussendenden Einrichtung 2 aus gesendete Licht, das von einem Ende des optischen Wellen leiters 1 zu seinem anderen Ende strahlt, durch den Reflek tor 21 reflektiert und trifft durch den optischen Wellen leiter 1 auf die lichtempfangende Einrichtung 3.

Wenn keine Kraft von außen auf den druckempfindlichen Fühler einwirkt, wird das von der lichtaussendenden Einrichtung 2 ausgesendete Licht durch den Reflektor 21 mit einem äußerst geringen Verlust reflektiert, so daß das reflektierte Licht zu der lichtempfangenden Einrichtung 3 mit etwa der glei chen Lichtmenge zurückkehrt. Wenn andererseits der opti sche Wellenleiter 1 lokal einem Druck oder einer Biegever formung in Richtung quer zu seiner Achse durch eine von außen direkt oder indirekt auf den optischen Wellenleiter 1 einwirkende Kraft verformt wird, wird ein Teil des von der lichtaussendenden Einrichtung 2 ausgesendeten Lichts, das im Inneren des optischen Wellenleiters 1 übertragen wird, in die Umhüllung 5 an dem verformten Abschnitt gelei tet und tritt nach außen aus, wodurch die an der lichtemp fangenden Einrichtung 3 ankommende Lichtmenge entsprechend vermindert wird.

Der elastisch verformte Abschnitt des optischen Wellenlei ters 1 bewirkt nicht nur, daß das Licht nach außen geleitet wird, sondern erzeugt weiter eine Streuung des Lichts in allen Richtungen im Inneren des optischen Wellenleiters. In diesem Fall ist jedoch das an der lichtempfangenden Ein richtung 3 ankommende Streulicht nur ein geringer Betrag, so daß der druckempfindliche Fühler immer einen stabilen Betrieb sicherstellt.

Bei diesem druckempfindlichen Fühler kann daher die Größe der von außen einwirkenden Kraft mengenmäßig durch Erfas sung eines Spannungssignals im Verhältnis zu der von der lichtempfangenden Einrichtung empfangenen Lichtmenge er faßt werden, wobei dieses Spannungssignal im Vergleich zum Schwellenwert binalisiert wird, um einen Schaltbetrieb bei einer von außen aufgebrachten Kraft, die größer als dieser Wert ist, zu bewirken.

Weiter verhindert der druckempfindliche Fühler nicht nur ausreichend einen Bruch oder eine plastische Verformung und ähnliches des optischen Wellenleiters 1, sondern ebenfalls ein Lösen der lichtaussendenden und lichtempfangenden Ein richtung vom optischen Wellenleiter. Da die lichtaussendende und lichtempfangende Einrichtung 2, 3 nebeneinander an einem Endabschnitt des optischen Wellenleiters 1 angeordnet werden können, können sie mit einem einzigen Antrieb betrie ben werden, ohne daß man ein längeres Kabel oder eine opti sche Faser benötigt, so daß der Aufbau des druckempfindli chen Fühlers vereinfacht und ausreichend kompakt sein kann.

Fig. 6 zeigt eine Schnittansicht einer geänderten Ausfüh rungsform der Ausführungsform von Fig. 5. In diesem Fall ist der druckempfindliche Fühler durch Anbringung einer Linse 25 aus einem anorganischen Glas, einem plastischen, transparenten Gummi oder ähnlichem an einem Ende des opti schen Wellenleiters 1, das der Endfläche der lichtaussenden den und lichtempfangenden Einrichtung 2, 3 gegenüberliegt, ausgebildet, wobei der Reflektor 21 an einer von der Linse 25 beabstandeten Position angeordnet ist und die Zone von dem Endabschnitt der äußeren Beschichtung 24 zum Reflektor 21 mit einer Schutzkappe 26 aus Metall, Kunststoff oder ähn lichem abgedeckt ist.

Weiter kann ein transparentes Füllmaterial in den Raum zwi schen der Linse 25 und dem Reflektor 21 eingebracht werden.

Der Reflektor 21 kann ebenfalls mit der Linse 25 in Berüh rung stehen. Statt der Linse 25 kann eine Gradientenstangen linse als lichtsammelndes optisches Element verwendet werden.

Fig. 7a und Fig. 7b zeigen eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen druckempfindlichen Fühlers, wobei er als Mattenschalter ausgebildet ist. D. h., der optische Wellen leiter 1 liegt zickzackförmig auf einer unteren Matte 27 und ist auf sie aufgeklebt oder in ähnlicher Weise befestigt, wobei die lichtaussendende und lichtempfangende Einrichtung 2, 3 einerseits direkt mit den Enden des optischen Wellen leiters 1 verbunden ist, und die Erfassungseinrichtung 13 andererseits über Kabel 9, 10 verbunden ist. Weiter ist eine obere Matte 29 auf die untere Matte 27 über einen rahmen förmigen Distanzhalter 28, der am Umfang der unteren Matte 27 befestigt ist, angebracht.

Die untere Matte 27 kann aus irgendeinem festen oder flexi blen Material bestehen, wie z. B. aus einem Metall, aus Kunst stoff, aus Gummi oder geschäumtem Kunststoff, je nach Ver wendungszweck des druckempfindlichen Fühlers. Weiter kann der rahmenförmige Distanzhalter 28 auf die untere Matte 27 aufgeklebt oder in ähnlicher Weise befestigt sein, um den optischen Wellenleiter 1 zu umgeben, wobei der Distanzhalter aus dem gleichen Material wie die untere Matte 27 bestehen kann und vorzugsweise eine Dicke hat, die in etwa gleich oder etwas größer als die des optischen Wellenleiters 1 ist.

Die obere Matte 29 besteht vorzugsweise aus einem flexiblen Material, wie z. B. Gummi, flexiblem Vinylchloridharz, einem thermoplastischen Gummi oder ähnlichem, und ist auf der Innenfläche, die dem optischen Wellenleiter 1 gegenüberliegt, uneben, wie dies in Fig. 7b dargestellt ist. Auch wenn weiter die Innenfläche der oberen Matte 29 nicht uneben ist, ist diese Matte in der Lage, eine von außen einwirkende Kraft in ausreichendem Maße auf den optischen Wellenleiter 1 auf der Grundlage der elastischen Verformung der Matte selbst zu übertragen.

Bei diesem Mattenschalter ist es notwendig, daß der opti sche Wellenleiter 1 auf der unteren Matte 27 aufliegt, so daß keine Strahlungsverluste des Lichts am gekrümmten Ab schnitt des optischen Wellenleiters 1 in Verbindung mit der Größe des Leiters 1, dem Brechungsindex des Kerns und der Umhüllung und ähnlichem entstehen. Wenn beispielsweise der Kerndurchmesser 2 mm beträgt, betragen die Brechungsindizes des Kerns und der Umhüllung 1,50 bzw. 1,40, wobei der Krüm mungsradius des optischen Wellenleiters nicht kleiner als 20 mm sein soll.

Weiter kann eine flexible Folie aus einem flexiblen Schaum, einem flexiblen Gummi, einem geschäumten Gummi oder ähnli chem zwischen der unteren Matte 27 und dem optischen Wel lenleiter 1 angeordnet sein, wodurch die Empfindlichkeit der Erfassung einer von außen einwirkenden Kraft durch den optischen Wellenleiter 1 in vorteilhafter Weise verbessert werden kann.

Fig. 8 zeigt eine Beziehung der Größe der von außen auf den Mattenschalter mit dem obigen Aufbau einwirkenden Kraft und der optischen Signalspannung, die von der Erfassungseinrich tung 13 pro Quadrat von 100 mm erfaßt wird, wobei man sieht, daß die optische Signalspannung proportional abnimmt, wenn die Belastung zunimmt, und schließlich gegen eine von außen einwirkende Kraft über einen bestimmten Wert asymptotisch verläuft bzw. gesättigt ist.

Wenn beispielsweise eine Bezugsspannung der optischen Si gnalspannung 3 V beträgt, kann die Erfassungseinrichtung 13 nur ein Erfassungssignal erzeugen, wenn die von außen ein wirkende Kraft eine Größe von nicht weniger als 2 kg auf weist. Bei dem Mattenschalter kann die Erfassungsempfind lichkeit genau auf die Größe der von außen einwirkenden Kraft innerhalb eines Bereiches von einigen hundert Gramm bis zu einigen Kilogramm eingestellt werden, indem man die Bezugsspannung innerhalb verschiedener Werte ändert.

Der Mattenschalter wird somit kaum von elektromagnetischen Wellen beeinflußt und arbeitet sicher und stabil im Wasser oder einer feuergefährlichen oder explosiven Atmosphäre, wobei die Empfindlichkeit eingestellt werden kann. Der Mattenschalter dient soweit nicht nur als ein Sicherungs schalter, um das Anhalten eines Antriebs, das Auftreten eines Alarms oder ähnliches bei dem Eindringen einer Person in eine Gefahrenzone zu bewirken, wobei er rings um den Antrieb für einen Roboter, eine numerisch gesteuerte Werk zeugmaschine, eine Presse oder ähnlichem angeordnet ist, sondern dient ebenfalls als Ein-Ausschalter für eine auto matische Tür, als Schalter zur Bestätigung der Einnahme eines Sitzes in einem Automobil oder ähnlichem oder als Berührungsplatte für eine schwimmende Lagerung.

Obwohl bei der oben beschriebenen Ausführungsform davon aus gegangen wurde, daß eine von außen einwirkende Kraft größer oder kleiner als ein bestimmter Wert ist, um von der Erfas sungseinrichtung 13 erfaßt zu werden, kann die Größe der einwirkenden Kraft mengenmäßig ebenfalls durch die Erfas sungseinrichtung erfaßt werden, wobei der Mattenschalter als Fühler zur Erfassung des Gewichts eines Fahrzeugs oder ähnlichem, als Fühler zur Erfassung des gesamten Passagier gewichts in einem Aufzug oder ähnlichem verwendet werden kann.

Fig. 9a und 9b zeigen eine gegenüber der Ausführungsform von Fig. 7 geänderte Ausführungsform des Mattenschalters, wobei eine einteilige lichtaussendende und lichtempfangende Ein richtung 30 mit einem Ende des optischen Wellenleiters 1 verbunden ist, der zickzackförmig auf die Matte 27 gelegt ist, und wobei weiter die Erfassungseinrichtung 13 über Kabel 9, 10 verbunden ist, und eine Reflektorplatte 21 aus Aluminium am anderen Ende des optischen Wellenleiters 1 vorgesehen ist.

In diesem Fall kann der Kern 4 des optischen Wellenleiters 1 aus einem Phenylmethylsilikongummi des Additionsreaktions typs bestehen, das einen Gehalt der Phenylgruppe von 25% aufweist, während die Umhüllung 5 aus einem Dimethylsilikon gummi bestehen kann. Weiter kann die untere Matte 27, der Distanzhalter 28 und die obere Matte 29 aus dem gleichen Material bestehen wie oben beschrieben.

Als einteilige lichtaussendende und empfangende Einrichtung 30 kann eine Einrichtung verwendet werden, die einen Aufbau hat, der dem eines optischen Fühlers vom Reflektionstyp ähnlich ist, der lichtaussendende und empfangende Elemente aufweist, und der als ein Streifencodierungsleser oder ähn liches verwendet wird. Die lichtaussendende und empfangende Einrichtung 30 kann mit dem optischen Wellenleiter 1 über eine feine optische Faser verbunden sein.

Da der optische Wellenleiter in einem derartigen Matten schalter im wesentlichen die gleiche Funktion wie der in den Fig. 5 und 6 dargestellte optische Wellenleiter 1 hat, wenn von außen eine Kraft auf den optischen Wellenleiter 1 über die obere Matte 29 einwirkt, wird die von der licht aussendenden Einrichtung ins Innere des optischen Wellen leiters eingeleitete Lichtmenge, die zur lichtempfangenden Einrichtung über die Reflektorplatte 21 zurückgeführt wird, entsprechend der Größe der von außen einwirkenden Kraft vermindert, so daß das Vorhandensein und die Größe der von außen einwirkenden Kraft durch Messen der Änderung der Lichtmenge erfaßt werden kann.

Der dargestellte Mattenschalter kann für die gleichen Ge biete verwendet werden wie oben erwähnt, und weist die gleiche Wirkung und Funktion auf, wie oben beschrieben. Verglichen mit der oben erwähnten Ausführungsform ist der Aufbau vereinfacht, so daß der gesamte druckempfindliche Fühler in ausreichender Weise miniaturisiert werden kann.

Fig. 10 zeigt eine Schnittansicht des druckempfindlichen Fühlers gemäß der Erfindung in Verbindung mit einer Stoß stange eines Automobils. In dieser Stoßstange ist ein Kissen 32 an der Vorderfläche einer Lagerung 31 aus Metall oder einem anderen festen Material angeklebt oder in ähn licher Weise befestigt, wobei der optische Wellenleiter 1 längs der Umfangsfläche des Kissens 32 angeordnet ist. Die lichtaussendende Einrichtung 2 und die lichtempfangende Einrichtung 3 sind mit beiden Enden des optischen Wellen leiters 1 verbunden und sind weiter mit der Erfassungsein richtung (nicht dargestellt) über Kabel 9, 10 verbunden, wobei der optische Wellenleiter 1 und die lichtaussendende und empfangende Einrichtung 2, 3 mit einer Abdeckung 33 abgedeckt sind.

Für die Lagerung 31 kann ein Material, wie z. B. Metall, Kunststoff, Holz oder ähnliches, verwendet werden. Als Kissen 32 kann ein geschäumtes Material, wie z. B. Urethan schaum und ähnliches, Naturgummi und synthetisches Gummi, wie z. B. Silikongummi, Butadiengummi, Urethangummi und ähn liches, verwendet werden.

Der an der Umfangsfläche des Kissens 32 insgesamt angebrach te optische Wellenleiter 1 kann mit einem Gummimaterial, einem Kunststoff oder ähnlichem abgedeckt sein, der eine ausgezeichnete Wasserbeständigkeit und Stoßwiderstands fähigkeit aufweist. Der Verbindungsabschnitt zwischen der lichtaussendenden Einrichtung 2 (Leuchtdiode) oder der lichtempfangenden Einrichtung 3 (Fototransistor) und dem optischen Wellenleiter 1 ist vorzugsweise mit einem isolie renden, wasserbeständigen Material, wie z. B. Silikongummi, Epoxyharz oder ähnlichem, abgedeckt.

Die Abdeckung 33 besteht aus einem Material, wie z. B. Kunst stoff, d. h. Vinylchloridharz usw., Naturgummi oder synthe tischem Gummi.

Wenn ein derartiger Stoßdämpfer beispielsweise an einem automatisch geführten Fahrzeug oder einem Gabelstapler an gebracht wird, wird der optische Wellenleiter 1, wenn der Stoßdämpfer mit einer Konstruktion oder einem anderen Ar beitsfahrzeug in Berührung kommt oder mit ihm kollidiert, einer Durchbiegung oder einer anderen Verformung an einer Stelle unterworfen, die der von außen einwirkenden Kraft ausgesetzt ist, wodurch die von der lichtaussendenden Ein richtung 2 an der lichtempfangenden Einrichtung 3 ankommen de durch den optischen Wellenleiter 1 übertragene Lichtmenge vermindert wird, was wiederum von der Erfassungseinrichtung erfaßt wird. Dann wird entsprechend der empfangenen Licht menge von der Erfassungseinrichtung ein Ein-Aussignal ausge geben, wodurch ein Anhalten oder ein Rückwärtsbewegen des automatisch geführten Fahrzeugs oder des Gabelstaplers durchgeführt wird, oder das Auftreten einer nicht normalen Situation einer Betriebsperson für den Gabelstapler oder ähnlichem durch einen Signalton oder eine Alarmlampe ange zeigt werden kann.

In Fig. 11 ist eine Schnittansicht einer weiteren Ausfüh rungsform des druckempfindlichen Fühlers in Verbindung mit einer Stoßstange dargestellt, wobei der druckempfindliche Fühler an der Umfangsfläche des Kissens 32 angebracht ist und einen optischen Wellenleiter 1, eine einteilige licht aussendende und lichtempfangende Einrichtung 30, die mit einem Ende des optischen Wellenleiters verbunden ist, eine Reflektorplatte 21, die mit dem anderen Ende des optischen Wellenleiters 1 verbunden ist, und eine Erfassungseinrich tung 13, die mit der lichtaussendenden und lichtempfangen den Einrichtung 30 über Kabel 9, 10 verbunden ist, umfaßt.

Die Erfassungseinrichtung 13 ist mit einer Treiberschaltung für das Leuchtelement und einem Treiberschaltkreis und Si gnalverarbeitungsschaltkreis für das lichtempfangende Element versehen.

Eine derartige Stoßstange weist die gleiche Funktion und die gleiche Wirkung auf wie die oben beschriebene Stoßstange, mit der Ausnahme, daß das an dem Reflektor 21 ankommende Licht zum lichtempfangenden Element in der lichtaussendenden und lichtempfangenden Einrichtung 30 reflektiert wird.

Da weiter die lichtaussendende und lichtempfangende Ein richtung 30 bei dieser Stoßstange einteilig ausgebildet ist, besteht der Vorteil, daß die Kabel 9, 10 lediglich von einem Ende der Stoßstange bei dieser Konstruktion weg führen.

Fig. 12 zeigt eine Ausführungsform des druckempfindlichen Fühlers in der Reflektionsbauweise, wobei der optische Wellenleiter 1 senkrecht auf einer Grundplatte 34 über eine Halterung 35 angeordnet ist, und eine lichtaussendende Ein richtung 2 und eine lichtempfangende Einrichtung 3 am unte ren Ende des optischen Wellenleiters 1 angebracht sind, und eine Reflektorplatte 21 am oberen Ende des optischen Wellen leiters 1 angebracht ist. Der an dem optischen Wellenleiter 1 angebrachte Teil der Reflektorplatte 21 ist luftdicht mit einer Schutzkappe 36 aus Metall, Kunststoff oder einem gum miartigen Material abgedeckt.

Bei dieser Fühlerkonstruktion wird das Vorhandensein und die Größe einer von außen einwirkenden Kraft mit hoher Ge nauigkeit auf der Grundlage des Vorhandenseins oder Nicht vorhandenseins einer Biegeverformung des optischen Wellen leiters 1 erfaßt, so daß die Berührung mit einem Gegenstand sicher erfaßt werden kann, wenn der Fühler beispielsweise an einem Fahrzeug, an einem automatisch geführten Fahrzeug, einem Gabelstapler oder ähnlichem angebracht ist. Wenn der Stoßdämpfer weiter an einem Fördergerät, z. B. einem Förderer oder ähnlichem, angebracht ist, kann der Durchgang eines zu fördernden Gegenstandes genau erfaßt werden.

Claims

1. Druckempfindlicher Fühler mit einem optischen Wellenleiter bestehend aus einem Kern und einer Umhüllung, die beide aus einem elastomeren Material bestehen, und mit einer lichtaussendenden Einrichtung und einer lichtempfangenden Einrichtung, die beide mit dem optischen Wellenleiter verbunden sind, wobei der von der lichaussendenden Einrichtung über den Wellenleiter zur lichtempfangenden Einrichtung gelangende Lichtstrom vom auf den Wellenleiter ausgeübten Druck abhängt, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (4) aus Methylphenylpolysiloxan oder Dimethylphenyl polysiloxan besteht, das einen Phenylgruppengehalt von 5 bis 40% aufweist und einen Brechungsindex von 1,42 bis 1,54 hat, und daß das Umhüllungsmaterial (5) aus Dimethylpolysiloxan mit einem Brechungsindex von 1,40 besteht.

2. Druckempfindlicher Fühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtaussendende Einrichtung (2) entweder eine lumineszierende Diode oder eine Glühlampe oder ein Halbleiterlaser ist.

3. Druckempfindlicher Fühler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtempfangende Einrichtung (3) entweder eine Fotodiode oder ein Phototransistor ist.

4. Druckempfindlicher Fühler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenleiter (1) an einem Ende mit einem Reflektor (21) versehen ist.