DE4215744C2 - Sicherheitsvorrichtung zur Begrenzung, Steuerung oder Regelung der Bewegung von fremdkraftbetätigten Teilen, insbesondere von Teilen einer Fahrzeugkarosserie - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Begrenzung oder Steuerung bzw. Regelung der Bewegung von fremdkraftbetätigten Teilen einer Fahrzeugkarosserie gemäß dem Oberbegriff des ersten Anspruchs. Besonders vorteilhaft ist ihre Verwendung als Kollisionsschutz für Fensterheber, Schiebedächer, Türen oder Klappen.

Vorrichtungen zur Steuerung und insbesondere zur Überwachung des Schließvorgangs motorisch betätigter Teile wie Türen, Klappen oder Fensterscheiben von Kraftfahrzeugen sind bekannt und benutzen hierfür unterschiedlichste technische Prinzipien. Man unterscheidet dabei solche, die an einen direkten körperlichen Kontakt gebunden sind, und berührungsfrei arbeitende Systeme.

Aus der DE-OS 22 46 337 ist eine gattungsgemäße Sicherheitsvorrichtung bekannt, die eine Bestimmungsgröße einer akustischen Quelle, z. B. die Schallintensität, mißt, wobei der akustische Empfänger über eine den Luftschall leitende Übertragungsstrecke mit der akustischen Quelle verbunden ist. Die Übertragungsstrecke kann ein im Bereich einer Schließkante angeordneter, elastischer Schlauch sein. Bei seiner Deformation durch ein Hindernis verringert sich die den Empfänger erreichende Schallintensität. Eine Auswerteeinrichtung reagiert darauf mit einem Stellbefehl an den Motor.

Der Nachteil dieser Sicherheitseinrichtung besteht in der Gefahr einer Beschädigung oder Zerstörung der Übertragungsstrecke bei ihrer Verwendung als Einklemmschutz für Fensterheber eines Kraftfahrzeugs. Außerdem führt die Befestigung des Schlauches auf der umlaufenden Kante der Scheibe zu Befestigungsproblemen, im Bereich rechtwinklig abknickender Scheibenkanten zu Übertragungsproblemen. Innerhalb des Führungs­ rahmens besteht zu dem die Gefahr der unbeabsichtigten Auslösung der Sicherheits­ einrichtung.

Die DE 24 32 063 B2 beschreibt eine Einrichtung zur Überwachung des Türschließvorgangs in Nahverkehrsfahrzeugen unter Anwendung des Prinzips einer Lichtschranke. Strahlungsquelle und Sensor sind im wesentlichen in einer Ebene im Bereich der Schließkante angeordnet. Der Übertragungsweg innerhalb des relativ großvolumigen elastischen Abdeckelements wird durch einen Reflektor am gegenüberliegenden Ende der Schließkante vervollständigt. Bei Deformation des Abdeckelements erfolgt eine Dämpfung der Lichttransmission, was über den Sensor zur vorgesehenen Reaktion der Einrichtung führt.

Nachteilig ist, daß die beschriebene Einrichtung nicht bzw. nur nach aufwendiger Innenverspiegelung für die Überwachung gekrümmter Schließkanten, wie sie an Fensterscheiben eines Kraftfahrzeugs vorliegen, eingesetzt werden kann.

Durch die DE 27 19 955 C2 ist ein berührungsfreier Feldsensor zum Erkennen von Personen oder Gegenständen vor sich geradlinig bewegenden Kanten bekannt, dessen Antennenkondensatoren durch sich nähernde Objekte eine asymmetrische Kapazitätsänderung erfahren und über eine Auswerteeinrichtung zu Steuerbefehlen führen.

Leider weisen Feldsensoren oft keinen ausreichend beschränkten (schmalen) Wirkungsbereich auf, so daß auch Reaktionen von Objekten ausgelöst werden können, die nicht direkt in Bewegungsrichtung der Schließkante liegen. Beispielsweise könnte beim Einsatz dieses Sicherheitssystems als Einklemmschutz für elektrische Fensterheber in Kraftfahrzeugen die Annäherung des Kopfes oder der Schulter eines Passagiers an die Scheibe zu einer Reversierbewegung derselben führen.

Die DE 30 34 118 C2 und die DE 31 36 746 C2 beschreiben Verfahren zur elektronischen Überwachung des Öffnungs- und Schließvorgangs von elektrisch betriebenen Aggregaten, wobei aus den zeitlichen Veränderungen der charakteristischen Kenngrößen des Aggregats und deren Auswertung in einem Microcomputer ein elektrisches Stellorgan beeinflußbar ist. In einem der in mehrere Abschnitte unterteilten Schließbereiche wird beim Schließvorgang die Drehzahl bzw. die Geschwindigkeit des Aggregats laufend ermittelt und mit einem Grenzwert verglichen. Wird der Grenzwert überschritten, so erfolgt eine kurzfristige Bewegungsumkehr und dann die Abschaltung.

Dieses Verfahren erkennt ein Einklemmen sehr sicher, jedoch reagiert das System infolge der während der Bewegung bzw. Abbremsung der Verstellobjekte wirkenden, zum Teil erheblichen Massenträgheitskräfte relativ träge. Auf die eingeklemmten Objekte können deshalb ziemlich große Kräfte einwirken.

Die Erzeugung und Übertragung von akustischen Oberflächenwellen sowie ein Meßverfahren für deren Laufzeit und Amplitude sind als solches aus den Druckschriften DE 35 28 380 A1, DE 34 38 050A1 und DE 32 36 631A1 bekannt; bekannt sind auch die sogenannten "Rayleigh-Wellen", eine Sonderform der Oberflächenwellen, die an der spannungsfreien Oberfläche elastischer Medien auftreten können. Diese Oberflächenwellen klingen nach der Tiefe zu exponentiell ab und setzen sich aus senkrecht zur Oberfläche schwingenden Scherungswellen und tangential schwingenden Kompressionswellen zusammen (siehe Meyer′s Physiklexikon, Bibliographisches Institut Mannheim 1973).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu entwickeln,

• - die sich unter anderem auch für die Verwendung als separater oder zusätzlicher Kollisionschutz eignet, wobei die Auslösekraft deutlich verringert werden soll und ein Ansprechen des Kollisionsschutzes nur im unmittelbaren Gefahrenbereich erfolgen soll und
• - deren Funktionssicherheit von äußeren Einflüssen, wie Schmutz, Wasser, Eis, Verschleiß und Alterung der Teile, nicht beeinträchtigt wird.
• - die ohne Verwendung separater, örtlich vom fremdkraftbetätigten Teil getrennt angeordneter Schalter auskommt,
• - die den Bedienkomfort erhöht, insbesondere durch Verknüpfung von ergonomischen und logischen Bedienabläufen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung mit mindestens einem elektrisch-mechanischen Wandler als Geber und mindestens einem mechanisch-elektrischen Wandler als Sensor sowie einer elektronischen Aus­ werte- und Steuereinrichtung gelöst, wobei der Geber und der Sensor auf einer gemeinsamen, d. h. zusammenhängend verlaufenden akustischen Übertra­ gungsstrecke angeordnet sind, die Bestandteil eines fremdkraftbetätigten Teils, z. B. einer Fensterscheibe oder einer Heckklappe eines Kraftfahr­ zeugs, ist und die für den Menschen, seine Hände oder auch leblose Gegen­ stände besonders gut zugänglich bzw. mit diesen in Kontakt bringbar ist. Der Geber erzeugt in der Übertragungsstrecke akustische Oberflächenwel­ len (Rayleigh-Wellen). von denen der Sensor mindestens eine charakteristi­ sche Kenngröße, z. B. die Amplitude oder Frequenz erfaßt und an die Aus­ werte- und Steuereinrichtung weiterleitet.

Durch Veränderung der Eigenschaften der Übertragungsstrecke kann sich eine Anpassung der erfindungsgemäßen Vorrichtung erforderlich machen. Die verän­ derten äußeren Bedingungen können in Abhängigkeit von der Scheibenführung und Scheibenposition zu Dämpfungen des Signals in Folge von Beschädigungen, Verschmutzungen bzw. Vereisungen auch zu Reflexionen des Signals führen. Erfindungsgemäß erfolgt die Anpassung durch Vergrößerung und Verringerung der Abgabeleistung und/oder der Frequenz des Gebers. Zur Minimierung des technischen Aufwands sind Geber und Sensor vorteilhafterweise in Funk­ tionseinheit einstückig ausgeführt, wobei ihre Funktionen zeitlich nachein­ ander ausgeführt werden. Hierzu geeignet sind Piezokristalle.

Aber auch die Verwendung mehrerer Geber und Sensoren kann sinnvoll sein. Sie ermöglicht nämlich die Diagnostizierung der Alterung der Übertragungstrecke bzw. der mit ihr in Verbindung stehenden Teile (z. B. der Führungs- oder Dichtungsbereiche einer Fensterscheibe oder einer Klappe eines Kraftfahrzeugs) oder auch eines kurzfristig veränderten Zustandes, z. B. durch Eis. In einfacher Weise kann die Empfindlichkeit des Systems an die neuen äußeren Bedingungen angepaßt werden. Sinnvollerweise geschieht dies über eine Elektronikeinheit selbsttätig.

Auf dem an sich von unerwünschten Unstetigkeitsstellen freien Übertragungsweg kann die Anbringung einer (oder gegebenenfalls mehrerer) definierter Unstetigkeitsstellen zur Erhöhung der Systemempfindlichkeit von Vorteil sein. Die Unstetigkeitsstelle verändert die Ausbreitungscharakteristik der Oberflächenwellen in einem vorbestimmten Maße und dient so als Referenzpunkt auf der Übertragungsstrecke.

Unterschiedlichste Arten von Unstetigkeitsstellen sind anwendbar. Als sprunghafte Verbreiterung oder Verengung des Übertragungswegs orthogonal zur Ausbreitungsrichtung der Oberflächenwelle verändern sie plötzlich den Absorptionsgrad oder das Reflexionsverhalten. Weitere Varianten sind Ein- oder Ausknickungen, Wellen oder Kanten im Übertragungsweg. Der Radius der Unstetigkeitsstellen liegt in der Größenordnung der Wellenlänge der ersten harmonischen Oberflächenwelle und wird, um die Signalauswertbarkeit zu verbessern, in der Regel aber bevorzugt viel kleiner als diese gehalten.

Wenn der Übertragungsweg von einer Glasfläche gebildet wird, z. B. der umlaufenden Stirnfläche einer Fensterscheibe, eignen sich zur Beeinflussung der Oberflächenwellen Kerben besonders gut. Ihre Gestalt ist an die gewünschten Effekte sehr gut anpaßbar. So kann durch ihre Form und Tiefe auf das Verhältnis vom Reflexionsanteil zum Absorptionsanteil Einfluß genommen werden. Auch die Erzeugung eines Diodeneffekts, bei dem die Oberflächenwelle die Kerbe bei nur geringer Dämpfung in die eine Richtung passieren kann, während die Oberflächenwelle in der anderen Laufrichtung infolge einer (quasi) Totalreflexion gehindert ist, sich jenseits der Kerbe fortzupflanzen, ist möglich.

Für ein richtungsindifferentes Verhalten verwendet man symmetrische Kerbgeometrien, die annähernd die Form eines gleichschenkligen Dreiecks besitzen. Asymmetrische Kerbgeometrien hingegen führen zu einem richtungsabhängig umgekehrten Verhältnis von Reflexion zu Absorption. Läuft eine Oberflächenwelle beispielsweise auf eine nur gering (im flachen spitzen Winkel zur Ebene des Übertragungsweges) geneigte Keilfläche, so erfolgt in jedem Falle eine weitere Transmission der Oberflächenwelle in ursprünglicher Richtung. Ihre Amplitude ist natürlich entsprechend des Dämpfungs- und Reflexionsverhaltens der Kante vermindert.

Trifft die Oberflächenwelle jedoch auf eine Keilfläche, die steil angestellt ist und mit der Übertragungsrichtung einen Winkel von ca. 90° oder mehr einschließt, so kommt es bei gleichzeitig ausreichender Kerbtiefe zur Totalreflexion. Hingegen kann eine Oberflächenwelle der anderen Ausbreitungsrichtung die Kerbe passieren (Diodeneffekt).

Der Einsatz solcher Kerben erlaubt eine Erhöhung der Empfindlichkeit des Meßsystems, wenn ein Teil des Übertragungsweges nicht zum Überwachungsbereich gehört, jedoch äußere Verhältnisse seine Übertragungseigenschaften merklich beeinflussen können. Als Beispiel hierfür sei der vertikal verlaufende Dichtungs- bzw. Führungsbereich einer Kfz- Fensterscheibe genannt, dessen Absorptionseigenschaften in Abhängigkeit von der Stellung der Scheibe, der Scheibenverspannung und vielen Umwelteinflüssen stark variieren können. Die Möglichkeit des Ausblendens bzw. der separaten Auswertung dieser Bereiche ist für eine sichere Überwachung der freizugänglichen Oberkante der Scheibe oft von entscheidender Bedeutung. Durch Differenzbildung der Signale verschiedener, durch Kerben begrenzter Bereiche wird eine wesentliche Erhöhung der Empfindlichkeit erreicht. Zu ihrer weiteren Erhöhung und Anpassung des Meß- und Auswertesystems kann zwischen der oberen und unteren Anschlagsposition unter Anwendung eines Lernprogramms ein Eichungslauf vorgesehen sein.

Eine Auswertung der Signale der Dichtungs- und Führungsbereiche kann auch zur Steuerung der Antriebsleistung verwendet werden, um eine stets gleichbleibende Kinematik zu gewährleisten. Der Einsatz von zwei Sender/Empfänger-Einheiten, die vorzugsweise jeweils als einstückige, piezokeramische Schwinger ausgebildet sind, führt zu einer redundant arbeitenden Vorrichtung. Durch Vergleich der unabhängig voneinander ausgewerteten Meßergebnisse erhöht sich die Aussagesicherheit.

Eine vorteilhafte Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht in ihrer Verwendung als Kollisionsschutz für elektrisch betätigte Fensterheber, Schiebedächer, Türen oder Klappen. Durch Kontakt eines kollidierenden Objekts mit dem Übertragungsweg verändern sich die Übertragungseigenschaf­ ten. Dies registriert der Sensor und die Steuereinrichtung und veranlaßt entsprechende Stellbefehle. Es kann ein vollständiges oder teilweise Rever­ sieren der Verstellbewegung (bei Fensterhebern), aber auch das Verharren in der erreichten Position bestimmt sein.

Weitere Anwendungen können in der Ansteuerung von End- und Zwischenlagen eines Verstellteils bestehen. Es ist so z. B. möglich, die obere und untere Endlage "soft" anzufahren oder auch Kurzhubabsenkungen der Seitenscheibe zu steuern, die das Schließen von Türen erleichtern. Darüber hinaus kann das Funktionsprinzip der Erfindung den Einsatz von Schaltern erübrigen, weil die bloße Berührung eines oder mehrerer vorgesehener Bereiche im Übertra­ gungsweg die gewünschten Schalteffekte auslöst.

Als Übertragungsweg eignen sich bei Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrich­ tung für einen Kollisionsschutz solche von außen beeinflußbaren Flächen, die im wesentlichen die Schließflächen repräsentieren. Ihre Ebene verläuft meist winklig zur Bewegungsrichtung des fremdkraftbetätigten Bauteils. Ist dieses Bauteil beispielsweise eine Fensterscheibe eines Kraftfahrzeugs, so wird man die umlaufende Stirnfläche, die die äußere und innere Scheiben­ ebene verbindet, als Übertragungsfläche nutzen. Vorteilhaft können der Geber und der Sensor bzw. eine entsprechende Funktionseinheit an einem nicht direkt einsehbaren, nicht direkt zugänglichen und den Fensterbewe­ gungsablauf nicht störenden Bauteil des Übertragungsweges angeordnet wer­ den. Es bietet sich hierzu die Scheibenunterkante an. Sollen jedoch Geber und/oder Sensor auf dem Übertragungsweg im Bereich der Schließ­ flächen (z, B. Oberkante der Scheibe) eingesetzt werden, so werden die Energie- und Signalleitungen am Rand der Scheibe in Form von aufgedruckten Leiterbahnen vorgesehen.

Die Ein- und Auskopplung der Energie erfolgt entweder über Leiterbahnen bzw. Kabel oder drahtlos (z. B. induktiv), wenn die geforderte Ener­ giedichte und Zuverlässigkeit der Bauelemente dies zulassen.

Zur Signalauswertung kommen ein oder mehrere der nachfolgend aufgeführten Prinzipien zur Anwendung: Laufzeitmessung, Amplitudenmodulation, Phasen- und Frequenzmodulation. Entscheidend hierfür sind Bedürfnisse der Sicherheit (auch Redundanz) und der Empfindlichkeit.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und der Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1a Schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung für eine verschließbare Öffnung mit einem Sender und einem Empfän­ ger an den Enden des Übertragungsweges (in geöffneter Posi­ tion).

Fig. 1b wie Fig. 1a (in geschlossener Position).

Fig. 2 Schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung für eine verschließbare Öffnung mit einem im beweglichen Teil ange­ ordneten Übertragungsweg.

Fig. 3a Schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung für eine verschließbare Öffnung mit ausschließlich an einem Ende des Übertragungsweges angeordneten Sensor und Empfänger (in ge­ öffneter Position).

Fig. 3b Schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung für eine verschließbare Öffnung mit eingeklemmtem Gegenstand (in fast geschlossener Position).

Fig. 4a Schematische Darstellung einer Fensterscheibe eines Kraftfahr­ zeugs mit an der Scheiben-Unterkante angeordnete separatem Sen­ der und Empfänger und einem auf die Oberkante einwirkenden Ge­ genstand.

Fig. 4b Qualitative Darstellung des Verlaufs der Amplitude über den Weg (Übertragungsweg) (gemäß Fig. 4a).

Fig. 4c Qualitative Darstellung des Verlaufs der Amplitude über die Zeit (gemäß Fig. 4a).

Fig. 5a Schematische Darstellung einer Fensterscheibe eines Kraftfahr­ zeugs mit an der Scheiben-Unterkante angeordneten Sender- /Empfängereinheiten, die jeweils Oberflächenwellen mit entge­ gengesetzter Ausbreitungsrichtung erzeugen, wobei die Scheiben­ oberkante von einem Hindernis kontaktiert ist.

Fig. 5b Qualitative Darstellung der Amplitude einer reflektierten und einer gedämpften Oberflächenwelle gemäß Fig. 5a.

Fig. 5c Schematische Aufteilung des Übertragungsweges gemäß Fig. 5a ausgehend von der ersten Sender-/Empfängereinheit.

Fig. 5d Schematische Aufteilung des Übertragungsweges gemäß Fig. 5a ausgehend von der zweiten Sender-/Empfängereinheit.

Fig. 6 Schematische Darstellung einer Fensterscheibe eines Kraftfahr­ zeugs mit einer am Rand der Scheibenunterkante angeordneten Sender-/Empfängereinheit und zwei unterschiedlich ausgebildeten Kerbgeometrien im Übertragungsweg der Oberflächenwelle.

Fig. 7 Schematische Darstellung einer Fensterscheibe in einem Führungsrahmen mit Hilfsmitteln zur Endlagenerkennung durch Einkopplung in den Übertragungsweg der Oberflächenwelle.

Die Erfindung nutzt die Fähigkeit eines festen Körpers, induzierte mechani­ sche Wellen auf seiner Oberfläche als sogenannte Oberflächenwellen entlang eines konstruktionsbedingten oder extra dafür geschaffenen Ausbreitungswe­ ges fortzuleiten und bei Einwirkung äußerer Einflüsse mit Dämpfung und/oder Reflexion der Oberflächenwellen zu reagieren. Sensoren leiten die Meßimpulse an eine Auswerteeinheit weiter, wo anhand eines Algorithmus der Systemzustand beurteilt wird, der wiederum die Grundlage für Reaktionen, Stellbefehle oder ähnliches ist.

Obwohl sich die Ausführungsbeispiele weitestgehend auf die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung als Einklemmschutz für einen elektrischen Fensterheber eines Kraftfahrzeugs beziehen, erstreckt sich ihr Gegenstand auch auf andere steuer- oder regelbare Systeme, für die in analoger Weise Oberflächenwellen eingesetzt und ausgewertet werden und die entsprechend geeignete Übertragungswege im Bereich von Schließkanten bzw. Schließflächen von zueinander bewegten Objekten verwenden.

Fig. 1 stellt in vereinfachter Weise schematisch die erfindungsgemäße Vor­ richtung für eine verschließbare Öffnung dar, die an den Enden eines orts­ festen Übertragungswegs 3 einen Sender 4 und einen Empfänger 5 trägt. Im Abstand dazu ist ein bewegliches Teil 1 dargestellt. Die Vorrichtung befin­ det sich in geöffneter Position. Ein elektrisch-mechanischer Wandler kop­ pelt an einem Ende des Übertragungsweges 3 Energie ein, die zu einem Teil in Oberflächenwellen umgewandelt und zum anderen Ende des Übertragungsweges 3 transportiert wird, wo der Empfänger 5 die Signale empfängt. In Abhängig­ keit von Material und Geometrie des Übertragungsweges 3 tritt eine gewisse Signaldämpfung auf. Im geschlossenen Zustand (siehe Fig. 1 b), also bei Erreichen der Endlage des beweglichen Teils 1. berühren sich die Schließ­ flächen großflächig und koppeln einen großen Teil der Schwingungsenergie aus. Die dadurch ganz erheblich vergrößerte Signaldämpfung wird vom Empfän­ ger 5 registriert und in der Auswerteeinheit zur Erkennung der Endlage führen.

Eine ganz ähnlich aufgebaute Vorrichtung ist in Fig. 2 dargestellt, jedoch mit dem Unterschied, daß der Übertragungsweg 3 im unteren Bereich des be­ weglichen Teils 1 angeordnet ist. An dessen Enden befinden sich der Sensor 4 und der Geber 5. Obwohl das bewegliche Teil seine Endlage noch nicht erreicht hat, registriert der Sensor 4 ein stark gedämpftes Signal aufgrund der Energieauskopplung durch eine in den Übertragungsweg 3 eingreifende Hand 8.

Gemäß den Fig. 3a und 3b sind Sender und Empfänger in Form einer Funk­ tionseinheit 6 an ein und demselben Ende des Übertragungsweges 3 angeord­ net. Die Funktionseinheit ist einstückig ausgeführt, wobei sie dann abwechselnd als Geber und als Sensor fungiert. Piezokeramische Bau­ elemente können hierfür erfolgreich eingesetzt werden. Das Ende des Über­ tragungsweges 3 ist so ausgebildet, daß möglichst die gesamte Energie ab­ sorbiert wird und somit der Sensor keine Signale mehr empfangen kann. Beim Einkoppeln eines Gegenstandes 9 in den Übertragungsweg 3, beispielsweise durch Einklemmen, verändert sich die Wellenausbreitung durch Reflexion an der Einklemmstelle. Das reflektierte Signal gelangt zum Empfänger und stellt die Basis für die Erkennung des Einklemmzustandes dar.

Eine Applikation der Erfindung für einen elektrischen Scheibenheber eines Kraftfahrzeugs zeigt die schematische Darstellung von Fig. 4a. An den seitlichen Rändern der Scheibenunterkante der Fensterscheibe 2 sind separat jeweils ein Sender 4 und ein Empfänger 5 angeordnet. Sie sind in den für die Fortleitung der Oberflächenwellen vorgesehenen Übertragungsweg der Fensterscheibe, der von der umlaufenden Scheibenkante 21 gebildet ist, über einen Keil 7 eingekoppelt. Dadurch wird eine Vorzugsrichtung der Wellenaus­ breitung bzw. des Wellenempfangs erreicht. Vorzugsweise ist die gesamte Breite des Übertragungsweges vom Sender 4 bzw. vom Empfänger 5 abgedeckt. Die in der Nähe der Scheibenkante 21 liegenden Pfeile 22 geben die Ausbrei­ tungsrichtung der Oberflächenwellen an. Im Bereich der Scheibenoberkante ist in Form eines Dreiecks symbolisch ein Gegenstand 10 oder ein Körperteil gekennzeichnet, das mit dieser in Berührung steht und damit akustisch ge­ koppelt ist. Die durch dieses Objekt ausgekoppelte Schwingungsenergie be­ deutet eine zusätzliche Dämpfung und vermindert die Amplitude der Ober­ flächenwellen sowie die Intensität des am Empfänger 5 aufgenommenen Signals 50. Fig. 4b stellt den Verlauf der Amplitude über den Übertragungsweg (Scheibenkante 21) qualitativ dar. Die dazu analoge qualitative Darstellung des Verlaufs der Amplitude über der Zeit zeigt Fig. 4c. Danach ist bei Einkopplung eines Fremdobjekts in den Übertragungsweg am Empfänger 5 ein Signal 51 mit gegenüber dem Signal 52 merklich verringerter Amplitude zu erwarten.

Die schematische Darstellung einer Fensterscheibe 2 eines Kraftfahrzeugs gemäß Fig. 5a zeigt gegenüber der in Fig. 4a dargestellten Variante fol­ gende Unterschiede:
Die an den Rändern der Scheibenunterkante angekoppelten mechanisch - elek­ trischen Wandler 6 fungieren jeweils als Sender und Empfänger. Außerdem trägt der von der umlaufenden Scheibenkante 21 gebildete akustische Über­ tragungsweg zwei symmetrische und gleichartige Kerben 11, deren Radien kleiner als die Wellenlänge der ersten harmonischen Oberflächenwelle sind, um auf die Wellenausbreitung Einfluß nehmen zu können. Die Anordnung der Kerben 11 im Übertragungsweg wurde so gewählt, daß sie die frei zugängliche Scheibenoberkante, in deren Bereich ein Einklemmen erfolgen kann, genau einschließen und von den sich beidseitig anschließenden parallelen Führungsbereichen 23, 24 trennen. Die gewählte Kerbengeometrie verursacht sowohl Reflexions - als auch Dämpfungseffekte. Mit ihrer Hilfe lassen sich die Führungsbereiche 23, 24 der Fensterscheibe 2 nicht nur ausblenden, son­ dern auch separat deren Dämpfungseigenschaften auswerten. Diese wiederum sind einsetzbar zur Steuerung der Sendeleistung der Oberflächenwellen-Sender, um ein gleichbleibendes Signal-Rausch-Abstands-Verhältnis (S/N-Verhältnis) zu haben.

Die nachfolgenden Fig. 5b, 5c und 5d stellen in vereinfachter Weise die Amplitude einer Oberflächenwelle über den Weg bzw. über der Zeit dar, ohne jedoch Reflexionseffekte an den Kerben 11 zu berücksichtigen. Im Vordergrund stehen die hier durch ein Objekt verursachten Effekte infolge des Einklemmens zwischen der Scheibenoberkante und dem Türrahmen.

Das genannte Objekt 10 wird in jedem Falle eine Dämpfung der Amplitude des von der ersten Sender-/Empfänger-Einheit 61 ausgesandten Signals 53 (Fig. 5b) verursachen was von der zweiten Sender-/Empfänger-Einheit 62 registriert wird. Dies wird insbesondere der Fall sein, wenn z. B. die Hand einer Person eingeklemmt ist, die wegen ihrer relativen Weichheit und damit guten akustischen Ankopplung kaum einen nennenswerten Reflexionsanteil der Oberflächenwelle verursachen kann. Für den Fall aber, daß ein relativ harter Fremdkörper in die Übertragungsstrecke 21 der frei zugänglichen Oberkante der Fensterscheibe 2 eingekoppelt wird, kann ein zusätzliches Reflexionssignal 54 von der ersten Sender-/Empfänger-Einheit 61 registriert werden und somit durch Redundanz die Aussagefähigkeit der Vorrichtung verbessern.

Die Fig. 5c und 5d teilen den Übertragungsweg schematisch auf, wobei zum einen von der ersten Sender-/Empfänger-Einheit 61 und zum anderen von der zweiten Sender- /Empfänger-Einheit 62 ausgegangen wird. Während ein Ausblenden des von der Oberflächenwelle zuerst durchlaufenden Führungsbereichs 23,24 allein auf der Basis der Laufzeitmessung möglich ist, kann der nächste durchlaufende Führungsbereich 23 bzw. 24 dieser Oberflächenwelle nur ausgeblendet werden, wenn das an der zweiten Kerbe 11 reflektierte Signal zur Auswertung kommt. Analoges gilt für die von der anderen Sender- /Empfänger-Einheit ausgesandten Signale. Obwohl die Kerben 11 zu einer erheblichen Dämpfung der Signale führen, kann ihr Einsatz sehr vorteilhaft sein. Schließlich erlaubt die Ausblendung der Führungsbereiche 23,24 rechts und links der Fensterscheibe 2 eine gezielte und weitgehend störungsfreie Verstärkung der Signale des Kontrollbereichs K, das zu einer wesentlichen Verbesserung der Aussagesicherheit beiträgt.

In den Fig. 5c und 5d bedeuten:
S₁-S₂/E₂-E₁ Laufzeit des Signals von der ersten Sender-/Empfänger-Einheit 61 zur zweiten Sender-/Empfänger-Einheit 62 und zurück.
S₂-S₁/E₁-E₂ wie oben, nur in umgekehrter Richtung.
S₁-B-E₁ Laufzeit des Signals von der ersten Sender-/Empfänger-Einheit zur Kerbe 11 am Ort B und zurück.
S₂-A-E₂ Laufzeit des Signals von der zweiten Sender-/Empfänger-Einheit zur Kerbe 11 am Ort A und zurück.
S₁-∇-E₁ Laufzeit des Signals von der ersten Sender-/Empfänger-Einheit bis zum Gegenstand 10, der in die Übertragungsstrecke 21 eingekoppelt ist, und zurück.
S₂-∇-E₂ Laufzeit des Signals von der zweiten Sender-/Empfänger-Einheit bis zum Gegenstand 10 und zurück.
S₁-A-E₁ Laufzeit des Signals von der ersten Sender-/Empfänger-Einheit bis zur Kerbe am Ort A und zurück. (Dieser Führungsbereich wird bei der Bewertung eines Einklemm- bzw. Kollisionszustandes ausgeklammert.)
S₂-B-E₂ Laufzeit des Signals von der zweiten Sender-/Empfänger-Einheit bis zur Kerbe am Ort B und zurück. (Auch dieser Führungsbereich wird bei der Bewertung eines Kollisionszustandes ausgeklammert.)

Von den Führungsbereichen 23, 24 eingeschlossen ist der Kontrollbereich K. Er repräsentiert den Teil der Übertragungsstrecke 21, die frei zugänglich ist. Es bedarf also zur Erkennung eines Kollisionszustandes ausschließlich der Auswertung solcher Signalveränderungen, die ihre Ursache innerhalb der Laufzeit des Kontrollbereichs K haben.

Eine Variante der Erfindung stellt schematisch Fig. 6 dar. Nur noch an einem der Ränder der Scheibenunterkante ist eine Sender-/Empfänger-Einheit 6 angeordnet und über ein keilförmiges Element 7 in die Übertragungsstrecke 21 der Oberflächenwellen eingekoppelt.

Auch hier schließen zwei Kerben 12, 13 die Übertragungsstrecke 21 im oberen Bereich der Scheibenkante ein. Ihre Geometrien unterscheiden sich jedoch und sind Ursache für ein unterschiedliches Reflexions- und Dämpfungsverhal­ ten. Während die der Sender-/Empfänger-Einheit 6 am nächsten liegende Kerbe 12 symmetrisch aufgebaut ist und sich außer mit einem Dämpfungs- und einem Reflexionsanteil mit dem hauptsächlichen Transmissionsanteil auf die Ober­ flächenwelle auswirkt, verursacht die zweite asymmetrisch gestaltete Kerbe 13 eine Totalreflexion der Oberflächenwelle. Dazu besitzt diese Kerbe 13 eine steil stehende Kerbenflanke, die mit der oberen Scheibenkante einen Winkel von vorzugsweise etwa 90° einschließt und der Ausbreitungsrichtung der Oberflächenwelle zugewandt ist. Für die Beurteilung des Systemzustandes werden nur Signale ausgewertet, die im Zeitintervall zwischen der ersten Kerbe 12 und der zweiten Kerbe 13 liegen, die also den Bereich des frei zu­ gänglichen Übertragungsweges der Scheibenoberkante repräsentieren. Die Auswerteeinheit wird ein plötzlich verändertes Dämpfungsverhalten auf einen Einklemmzustand zurückführen und geeignete Steuerbefehle an den Stellmotor weitergeben , was vorzugsweise zum Reversieren der Fensterscheibe 2 führt. Allgemeine Schlußfolgerungen zu den Eigenschaften innerhalb des Führungs­ rahmens 14, 15 lassen sich durch Auswertung des Bereichs zwischen der Sen­ der-/Empfänger-Einheit 6 und der ersten Kerbe 12 erzielen. Ein Eichungslauf zwischen den Anschlagpositionen, ermöglicht Rückschlüsse auf den allgemei­ nen Zustand im Dichtungsbereich zu ziehen und eine optimale Anpassung der Empfindlichkeit des Überwachungssystems vorzunehmen. Eine solche Anpassung erlaubt vor allem die Ausschaltung veränderter äußerer Bedingungen in der Übertragungsstrecke, die zum Beispiel verursacht sein können durch Alterung des Dichtungsmaterials durch Verschmutzungen oder Vereisung der Führungsbe­ reiche der Scheibe oder auch durch Materialermüdungen.

Fig. 7 zeigt die schematische Darstellung einer Fensterscheibe 2 in einem Führungsrahmen 14, 15 mit Hilfsmitteln 17,18 zur Endlagenerkennung. Diese Hilfsmittel 17, 18 werden in Abhängigkeit von der Scheibenposition und unter Anwendung federelastischer Elemente in den Übertragungsweg der Oberflächen­ wellen mechanisch eingekoppelt und führen zu meßbaren Veränderungen der am Empfänger 6 eingehenden Signale. Die Einkoppelung der Hilfsmittel 17, 18 für die Erkennung des unteren Anschlags bzw. des oberen Anschlags erfolgen an unterschiedlichen Orten und sind deshalb meßtechnisch sehr leicht zu unter­ scheiden. Der Vorteil der Endlagenerkennung besteht zum einen darin, daß der untere Anschlag "soft" angefahren werden kann, wodurch eine leichtere, weniger robuste Bauweise ermöglicht wird. Andererseits wird der oberste Verstell- bzw. Verschlußbereich ( Dichtungsbereich 16) vom übrigen Ver­ stellbereich selektiert, in dem kein Einklemmen mehr möglich ist, und eine zwangsweise Beibehaltung der Verstellkraft zum vollständigen Verschließen der Fensteröffnung notwendig ist.

Bezugszeichenliste

1 bewegliches Teil
2 Fensterscheibe
3 Übertragungsweg
4 Sender
5 Empfänger
6 Sender-/Empfänger-Einheit
61 Sender-/Empfänger-Einheit
62 Sender-/Empfänger-Einheit
7 Keil
8 Hand
9 Gegenstand
10 Gegenstand (belebt oder unbelebt)
11 Kerbe (symmetrisch)
12 Kerbe (symmetrisch)
13 Kerbe (asymmetrisch)
14 Führungsrahmen
15 Führungsrahmen
16 Dichtungsbereich
17 Hilfsmittel
18 Hilfsmittel
21 Scheibenkante bzw. Übertragungsstrecke
22 Ausbreitungsrichtung der Oberflächenwellen
23 Führungsbereich
24 Führungsbereich
50 Signal
51 Signal
52 Signal
53 Signal
54 Reflexionssignal

A Amplitude Winkel
K Kontrollbereich
A Ort einer Kerbe
B Ort einer Kerbe

Claims (13)

1. Sicherheitsvorrichtung zur Begrenzung, Steuerung oder Regelung der Bewegung von fremdkraftbetätigten Teilen, insbesondere von Teilen einer Fahrzeugkarosserie wie einer Fensterscheibe oder einer Heckklappe eines Kraftfahrzeuges, mit mindestens einem elektrisch-mechanischen Wandler als Geber und mindestens einem mechanisch-elektrischen Wandler als Sensor, sowie einer elektronischen Einrichtung zur Steuerung oder Regelung des Gebers, zur Auswertung der Sensorsignale und darauf basierend zur Ansteuerung einer Antriebseinheit, dadurch gekennzeichnet, daß der Geber und der Sensor auf einer zusammenhängend verlaufenden Übertragungsstrecke, die Bestandteil eines Schließflächenbereiches des fremdkraftbetätigten Teils ist, derart angeordnet sind, daß ein Teil der vom Geber abgegebenen Energie in akustische Oberflächenwellen umgewandelt wird, die sich auf der Übertragungsstrecke ausbreiten und vom Sensor empfangen werden können.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die akustische Oberflächenwellen Rayleigh-Wellen sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Anpassung an gegebene oder veränderte äußere Bedingungen in der Übertragungsstrecke ein bezüglich der Amplitude geregelter Geber verwendet wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Aktuator und der Sensor als einteilige Funktionseinheit in Form eines Piezokristalls ausgeführt sind, wobei die Funktionseinheit abwechselnd als Geber und als Sensor fungiert.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Übertragungsstrecke mehrere Geber und/oder Sensoren angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Übertragungsweg für die Oberflächenwellen mindestens eine Unstetigkeitsstelle enthält, die die Ausbreitungscharakteristik der Oberflächenwellen sprunghaft ändert.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Unstetigkeitsstelle als eine sprunghafte Verbreiterung oder Verengung orthogonal zur Ausbreitungsrichtung in Form einer Ein- oder Ausknickung, oder als Rille, Kerbe oder Kante in Ausbreitungsrichtung im Übertragungsweg gebildet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius der im Übertragungsweg der Oberflächenwellen befindlichen Unstetigkeitsstelle viel kleiner als die Wellenlänge einer ersten harmonischen Oberflächenwelle ist.

9. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ihre Verwendung für eine Endlagenabschaltung für den oberen und/oder unteren Anschlag eines Fensterhebers oder zur Steuerung von Kurzhubabsenkungen.

10. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Geber und der Sensor auf der nicht direkt einsehbaren und zugänglichen Übertragungsfläche einer Fensterscheibe angeordnet und Bestandteil eines Einklemmschutzes für elektrische Fensterheber sind.

11. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Geber und der Sensor an der Schließfläche der Fensterscheibe angeordnet sind und daß deren Versorgung über auf der Fensterscheibe aufgedruckte Leiterbahnen erfolgt.

12. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ihre Verwendung zur Ansteuerung von End- und/oder Zwischenlagen eines Verstellteils.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1 und/oder 2, gekennzeichnet durch ihre Verwendung als Schalter, wobei eine Berührung der Übertragungsstrecke der Oberflächenwellen den Schaltvorgang auslöst.