DE4493317C2 - Flexibles Potentiometer im Kontrollsystem einer Hupe - Google Patents

Description

Hintergrund der Erfindung

Anwendungsgebiet: Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein flexibles Potentiometer, welches als Betätigungsorgan im Kontrollsystem einer Automobilhupe benutzt wird.

Stand der Technik: In den 80ziger Jahren begannen die Automobilhersteller damit Airbags in der Nähe der Lenkradnabe anzuordnen. Abb. 1 und 2 zeigen in der Seiten- und Vorderansicht ein typisches Airbag System 10. Unter Bezugnahme auf Abb. 1 und 2 beinhaltet ein solches Airbag System 10 einen Airbag 12, welcher sich zwischen einer steifen Lenkradnabe 10 und einer Airbagnabenverkleidung 20 befindet. Nabe 16, welche mit der Lenkradsäule 24 verbunden ist, stützt das Lenkrad 26 mittels Speichen 32A, 328, 32C und 32D.

Sobald das Automobil einen plötzlichen Stoß erhält, entläßt eine Druckkapsel einen Druckluftstoß in den Airbag 12. Airbag 12 wird dadurch aufgeblasen. Die Nabenverkleidung 20 spaltet sich entlang einer teilweise perforierten Linie 38 unter der Krafteinwirkung durch den Airbag 12.

Unter Bezugnahme auf Abb. 3, ein typisches Kontrollsystem 40 einer Automobilhupe beinhaltet ein Betätigungsorgan 42, welches ein bewegliches Element 44 und ein stationäres Element 46 einschließen kann. Wenn das bewegliche Element 44 gegen das stationäre Element 46 preßt, schließt sich ein elektrischer Kreis, was ein elektrisches Signal am Leiter 48 zwischen dem stationären Element 46 und einem Hupenkontrollschaltkreis 52 auslöst. Wenn das Signal am Leiter 48 eintrifft, aktiviert der Hupenkontrollschaltkreis 52 eine Hupe 56 mittels einer angelegten Spannung aus der Stromversorgung 58.

Hupenbetätigungsorgane, wie in 42 gezeigt, gibt es in einer Vielzahl von Anordnungen am Lenkrad, sowie unter- oder oberhalb der Lenkradnabenverkleidung. Es hat sich als am sichersten erwiesen, wenn das Hupenbetätigungsorgan auf der Nabenverkleidung oder un­ terhalb davon angeordnet ist, damit der Fahrer die Hupe mit der Handfläche oder dem Handballen betätigen kann.

Hersteller von Airbag Systemen haben Hupenbetätigungsorgane in der Form eines Membranschalters zwischen der Nabenverkleidung und dem Airbag angeordnet. Verschiedene Probleme sind jedoch mit diesen Membranschaltern aufgetreten, welche die Hupe entsprechend der ausgeübten Kraft in einem gewünschten Bereich betätigen. Membranschalter haben die Tendenz entweder zuviel oder zu wenig Kraft zum Schließen zu benötigen.

Weiterhin ist bereits aus der DE-40 34 539 als nächstliegendem Stand der Technik ein gattungsgemäßes Betätigungsorgan für eine Hupe bekannt, welches einen Airbag zwischen einer Lenkradnabe und einer Nabenverkleidung einschließt. In der Nabenverkleidung gemäß dieser Druckschrift sind Membranschalter integriert, die zwei parallele, plattenförmige und flexible Elektroden aus rostfreiem Stahl oder Phosphorbronze enthalten. Diese Elektroden sind mittels mehrerer horizontal beabstandeter, nicht leitender Abstandshalter voneinander getrennt angeordnet. Drückt nun der Fahrer auf die Nabenverkleidung, so biegt sich die Elektrode zwi­ schen zwei Abstandshaltern hindurch und berührt die andere Elektrode. Geschieht die Berührung der beiden Elektroden aufgrund eines genügend hohen Anpreß­ drucks, wird eine Hupe aktiviert. Der Stand der Technik zeigt daher ein als Schalter arbeitendes Betätigungsorgan, bei dem ein bestimmter Anpreßdruck aufgebracht werden muß, damit ein fest eingestellter, statischer Widerstandsschwellenwert unterschritten wird und der Hupensignalkreis geschlossen wird.

Nachteilig bei diesem bekannten Betätigungsorgan ist, daß eine bestimmungs­ gerechte Benutzung der Hupe nicht in allen Fällen gewährleistet ist. Ist der notwen­ dige Anpreßdruck relativ hoch, löst die Hupe bei unpräzisem Pressen auf die Nabenverkleidung - beispielsweise in Gefahrsituationen - nicht aus. Ist hingegen der zur Auslösung führende Anpreßdruck relativ niedrig eingestellt, kann es zu ver­ sehentlichem Aktivieren der Hupe kommen. Da zudem unterschiedlichste Benutzer­ kreise die in Massenproduktion herstellte Hupe verwenden, ist die passende Wahl eines geeigneten Schwellenwertes für den Anpreßdruck verhältnismäßig problema­ tisch.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, bei einem Betätigungsorgan gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 die vorgenannten Nachteile zu vermeiden und ein flexibleres und genauer abstimmbares Betätigungsorgan für eine Hupe zu schaffen.

Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung durch ein Betätigungsorgan gemäß Anspruch 1 gelöst.

Zusammenfassung der Erfindung

Ein flexibles Potentiometer agiert als Betätigungsorgan im Kontrollsystem einer Automobilhupe. In einer bevorzugten Ausführung ist das flexible Potentiometer an einem flexiblen Medium befestigt, welches seinerseits wiederum an der Innenseite der Airbagnabenverkleidung befestigt ist. Die Form des flexiblen Potentiometers ist so gewählt, daß die Automobilhupe ertönt, wenn der Fahrer gegen gewisse Stellen der Außenseite der Nabenverkleidung preßt. Der elektrische Widerstand des flexiblen Potentiometers verändert sich in dem Maße, wie sich seine Form infolge Pressens gegen die Nabenverkleidung durch den Benutzer verändert. Ein Hupen­ kontrollschaltkreis reagiert auf äußerst schnelle Veränderungen des elektrischen Widerstandes des flexiblen Potentiometers, aber nicht so sehr auf allmähliche Veränderungen, welche zum Beispiel infolge von Temperaturschwankungen auf­ treten können. Zusätzliche flexible Potentiometer können benutzt werden um Funktionen von Nebenaggregaten zu kontrollieren, wie zum Beispiel eines Tempomaten ("Cruise Control").

Der Hupenkontrollschaltkreis bewirkt die Funktion der Hupe, sobald er Fahrer gegen gewissen Stellen der Nabenverkleidung mit zumindest einer leichten Anpreßkraft drückt. Der elektrische Widerstand des flexiblen Potentiometers kann sich ver­ ändern infolge von Temperaturschwankungen. Daher reagiert ein bevorzugter Hupenkontrollschaltkreis auf äußerst schnelle Veränderungen im elektrischen Widerstand des flexiblen Potentiometers, aber nicht auf allmähliche Veränderungen.

Das flexible Potentiometer beinhaltet ein Leitermaterial mit einem veränderlichen elektrischen Widerstand, dessen Widerstand sich beachtlich ändert sobald der Leiter gebogen wird. Das flexible Potentiometer kann ebenfalls ein Leitermaterial mit konstantem elektrischen Widerstand einschließen, welches auf dem Leitermaterial mit veränderlichem Widerstand aufgebracht ist. Der elektrische Widerstand des Leiters mit veränderlichem Widerstand ändert sich beachtlich, sobald er gebogen wird. Dagegen bleibt der elektrische Widerstand des Leiters aus einem Material mit konstantem Widerstand relativ konstant, sobald er gebogen wird. Der Leiter mit dem konstanten elektrischen Widerstand bietet einen Stromweg parallel zu dem des Leiters mit dem veränderlichen elektrischen Widerstand. Daher ist die gesamte Änderung des elektrischen Widerstands des flexiblen Potentiometers geringer, wenn ein solcher Leiter mit konstantem elektrischen Widerstand aufgebracht wird. Der Leiter mit konstantem elektrischen Widerstand trägt dazu bei die elektrische Widerstand/Last Kurve zu linearisieren.

Kurzbeschreibung der Abbildungen

Abb. 1 zeigt eine Seitenansicht eines Airbag Systems nach dem Stand der Technik;

Abb. 2 zeigt eine Vorderansicht des Airbag Systems aus Abb. 1;

Abb. 3 zeigt eine schematische Darstellung eines typischen Automobilhupenkontrollsystems nach dem Stand der Technik;

Abb. 4A zeigt eine Innenansicht eines flexiblen Potentiometers in einer ersten Anordnung der vorliegenden Erfindung, welches an der Innenseite der Lenkradnabenverkleidung befestigt ist;

Abb. 4B zeigt eine Innenansicht eines flexiblen Potentiometers in einer zweiten Anordnung der vorliegenden Erfindung, welches an der Innenseite der Lenkradnabenverkleidung befestigt ist;

Abb. 4C zeigt eine Innenansicht eines flexiblen Potentiometers in einer dritten Anordnung der vorliegenden Erfindung, welches an der Innenseite der Lenkradnabenverkleidung befestigt ist;

Abb. 5 zeigt eine schematische Darstellung eines Automobilhupenkontrollsystems, welches auf ein flexibles Potentiometer der vorliegenden Erfindung reagiert;

Abb. 6 zeigt eine schematische Darstellung eines Automobilhupenschaltkreises, welcher einen Mikroprozessrechner benutzt;

Abb. 7 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Teils des flexiblen Potentiometers der vorliegenden Erfindung in der Vergrößerung;

Abb. 8 zeigt einen vergrößerten Querschnitt eines Teiles des flexiblen Potentiometers der vorliegenden Erfindung;

Abb. 9 zeigt in der Perspektive ein repräsentatives Potentiometer der vorliegenden Erfindung;

Abb. 10 zeigt einen vergrößerten Querschnitt eines Teiles des flexiblen Potentiometers der vorliegenden Erfindung, wobei zwei weitere Konfigurationen in gebrochener Linie dargestellt sind;

Abb. 11 ist die Wiedergabe einer mikroskopischen Aufnahme in der Vergrößerung eines Teiles des flexiblen Potentiometers der vorliegenden Erfindung;

Abb. 12 zeigt eine schematische Darstellung eines Kontrollschaltkreises, welcher mehrere Funktionen in einem Automobil kontrolliert; und

Abb. 13 zeigt eine Innenansicht von mehreren flexiblen Potentiometern, welche an der Innenseite der Lenkradnaben­ verkleidung befestigt sind.

Detaillierte Beschreibung der illustrierten Ausführungen.

Abb. 4A zeigt eine Innenansicht einer Nabenverkleidung 70, welche einen Airbag abdeckt, ähnlich in der Art wie die Nabenverkleidung 20 den Airbag 12 in Abb. 1 abdeckt. (Abb. 4A ist eine Innenansicht mit Blickrichtung von der Lenkradsäule zum Fahrer hin). Ein flexibles Potentiometer 74 dient als Hupenbetätigungsorgan in einem Hupenkontrollsystem. Das flexible Potentiometer 74 schließt ein flexibles Medium 78 ein, welches an der Innenseite 80 der Nabenabdeckung 70 befestigt ist. Wie weiter unten erläutert, verändert sich der elektrische Widerstand des flexiblen Potentiometers sobald es gebogen wird. Der Begriff "flexibles Potentiometer" wird benutzt, gleichwohl könnte man es auch als einen biegsamen veränderlichen Resistor bezeichnen.

Unter Bezugnahme auf Abb. 4A, schließt das flexible Potentiometer 74 ein Leitermaterial mit veränderlichem elektrischen Widerstand 86 ein, wie zum Beispiel eine im Nachfolgenden beschriebene Tinte, welche auf das Medium 78 aufgetragen wird. Leitende Schnittstellen 88 können bequemerweise für die Herstellung und Montage des flexiblen Potentiometers 74 verwendet werden. Ein Leitermaterial 87 mit konstantem elektrischen Widerstand kann auf ein Leitermaterial 86 aufgetragen werden. Der elektrische Widerstand des Leitermaterials 86 ändert sich beachtlich, sobald das Leitermaterial 86 gebogen wird. Der elektrische Widerstand des Leitermaterials 87 bleibt hingegen relativ konstant, wenn Leitermaterial 87 gebogen wird. Das Leitermaterial 87 mit konstantem elektrischen Widerstand bietet einen Stromweg parallel zu dem des Leitermaterials 86 mit veränderlichem elektrischen Widerstand. Daher ist die gesamte Änderung des elektrischen Widerstandes des flexiblen Potentiometers 74 geringer wenn ein solches Leitermaterial 87 mit konstantem elektrischen Widerstand aufgebracht wird. In diesem Sinne wirkt Leitermaterial 87 mit konstantem elektrischen Widerstand als ein Dämpfungswiderstand. Das Aufbringen eines Leitermaterials 87 mit konstantem Widerstand ist eine preiswerte Art den elektrischen Widerstand des flexiblen Potentiometer 74 zu verringern. Das Leitermaterial 87 mit konstantem elektrischen Widerstand trägt dazu bei, die elektrische Widerstand/Last Kurve des flexiblen Potentiometers 74 zu linearisieren. Jedoch selbst bei Verwendung des Leitermaterials 87 mit konstantem Widerstand, ist die Widerstand/Last Kurve des flexiblen Potentiometers 74 nicht vollkommen linear.

Wenn das flexible Potentiometer 74 als einfaches Ein/Aus - Hupenbetätigungsorgan benutzt wird, ist die zusätzliche Präzision, die durch das Leitermaterial mit konstantem Widerstand erreichbar ist, wahrscheinlich nicht notwendig. Dementsprechend zeigen Abb. 4B und 4C ein flexibles Potentiometer 74 ohne das Leitermaterial 87 mit konstantem Widerstand. Das Leitermaterial 86 könnte ebenfalls direkt auf der Innenseite 80 aufgetragen werden. Daher benötigt das flexible Potentiometer 74 nicht das flexible Medium 78. Das flexible Potentiometer benötigt jedoch zumindest das Leitermaterial 86 auf einigen Medien.

Die Form des Leimaterials 86 wird so gewählt, daß die Automobilhupe ertönt, wenn der Fahrer gegen bestimmte Stellen der Aussenseite der Nabenverkleidung 70 preßt. Die Formen, wie in Abb. 4A-4C dargestellt, sind so gestaltet, daß der Fahrer die Automobilhupe betätigen kann, indem er gegen jede beliebige Stelle der Nabenverkleidung 70 pressen kann, außer eventuell an den Rändern der Nabenverkleidung 70. (Die Nabenverkleidung 70 beinhaltet einige gekrümmte Teile, welche sich um einen Teil des Airbag legen, was den falschen visuellen Eindruck vermitteln mag, daß das Leitermaterial 86 einen geringeren Teil der Innenseite der Nabenverkleidung 70 überdeckt, wie es in Wirklichkeit der Fall ist.)

Es ist wichtig, daß abgebrochene Objekte den Fahrer nicht im Gesicht treffen, wenn die Nabenverkleidung entlang der Reisstelle 38 aufbricht, beim Aufblasen des Airbags. Dementsprechend sollten Teile des flexiblen Potentiometers 74, welche zerbrechen können, vorzugsweise an den Rändern der Nabenverkleidung 70 angeordnet werden, wo sie weniger den Fahrer treffen können. In Abb. 4B und 4C, sind das Medium 78 und die Leiter 82 nur auf einer Seite der Nabenverkleidung 70 vorhanden. Abb. 4B zeigt Leitermaterial 86 sowohl oberhalb als auch unterhalb der Linie 38 verbunden mit Leitern 82. Abb. 4C zeigt Leitermaterial 86 oberhalb als auch unterhalb der Linie 38 nicht mit Leitern 82 verbunden.

Das flexible Potentiometer 74 beinhaltet Anschlußstellen 90 und 92 (und im Falle von Abb. 4C Anschlußstellen 90A und 92A, sowie 90B und 92B), was ermöglicht die flexiblen Potentiometer 74A und 74B mit einem Automobilhupenkontrollsystem 94, wie in Abb. 5 beschrieben, zu verbinden. (Das Hupenkontrollsystem 94 ist besonders ausgelegt für das flexible Potentiometer 74 der Abb. 4A und 4B; das Hupenkontrollsystem 94 kann auch leicht auf die flexiblen Potentiometer 74A und 74B der Abb. 4C angepaßt werden.) Das Automobilhupenkontrollsystem 94 beinhaltet den Hupenkontroll­ schaltkreis 96, die Stromversorgung 98 und die Hupe 100. Stromversorgung 98 and Hupe 100 können standardisierte, wohlbekannte Automobilteile sein.

Aufgabe des Hupenkontrollschaltkreises 96 ist es die Stromversorgung 95 zu aktivieren, wenn der Fahrer gegen bestimmte Stellen der Nabenverkleidung 70 mit einer minimalen Anpreßkraft drückt. Ein bevorzugter Hupenkontrollschaltkreis 96 hat nachfolgende Eigenschaften: Der elektrische Widerstand des flexiblen Potentiometers 74 kann sich verändern infolge von Temperaturschwankungen. Daher reagiert ein bevorzugter Hupenkontrollschaltkreis 96 auf äußerst schnelle Veränderungen des elektrischen Widerstands des flexiblen Potentiometers, aber nicht auf allmähliche Veränderungen. Darunter versteht man etwa solche Veränderungen, wie sie zeitlich erfolgen würden, wenn jemand die Hupe betätigt.

Der elektrische Widerstand eines flexiblen Potentiometer 74 ist abhängig von der Form und den Eigenschaften verschiedener Parameter, wie der Nabenverkleidung 70, dem Airbag, dem flexiblen Medium 78 und dem Leitermaterial 86. Die Form und die Eigenschaften dieser Parameter variieren beachtlich von einem Automodell zum anderen. Auf Grund der Herstellungstoleranzen können die Form und Eigenschaften der Parameter selbst beim gleichen Wagentyp variieren. Da der Hupenkontrollschaltkreis 96 auf Veränderungen im elektrischen Widerstand statt dem absoluten Widerstandswert des flexiblen Potentiometer 74 reagiert, werden zumindest kleine (und vielleicht selbst große) Abweichungen in der Form und den Eigenschaften der Parameter nicht die Wirkungsweise des Hupenkontrollschaltkreises 96 beeinträchtigen, wenn der Fahrer gegen die Nabenverkleidung 70 preßt, um die Hupe ertönen zu lassen. Ein Hupenkontrollschaltkreislauf 96 mit dieser Eigenschaft besitzt eine gegen Null abklingende Wirkung.

Diejenigen, die mit dem Stand der Technik vertraut sind, wissen, daß eine Vielzahl von Schaltkreisen eingesetzt werden kann, um die oben beschriebenen Funktionen des Hupenkontrollschaltkreises 96 auszuüben. Der Hupenkontroll­ schaltkreis 96 kann einen Mikroprozessrechner einschließen, welcher eine beachtliche Flexibilität und Einfachheit in der Unterbringung einer breiten Vielzahl von Parametern vorsieht.

Unter Bezugnahme auf Abb. 6, schließt der Hupenkontrollschaltkreis 96 eine Spannungsquelle 102 ein, welche die Spannung zur Erreichen des Widerstands des flexiblen Potentiometer 74 bereitstellt. Die Spannungsquelle 102 kann einen Spannungsverteiler vorsehen. Ein Analog/Digital Umwandler (A zu D) 104 wandelt das analoge Signal, welches von der Spannungsquelle 102 ausgeht, in ein digitales Signal um, welches vom Mikroprozessrechner 106 gelesen wird. Der Mikroprozessrechner 106, welcher ROM (read only memory) und RAM (random access memory) 108 einsetzt, reagiert bevorzugt auf schnelle Veränderungen im elektrischen Widerstand statt auf auf absolute Widerstandswerte. Darüber hinaus kann der Mikroprozessrechner 106 anders reagieren, je nach Größe der Veränderungen. Zum Beispiel kann der Mikroprozessrechner 106 veranlassen, daß eine Stromquelle Spannungen an die Hupe abgibt, die sich auf die Größe der Veränderung jenseits eines gewissen Schwellenwertes beziehen.

Nachteile eines Mikroprozessrechners liegen u. a. in den Kosten. Die Funktionen des Hupenkontrollschaltkreises 96 können von einer Vielzahl von Analogschaltkreisen erfüllt werden, was für jemanden, der mit dem Stand der Technik vertraut ist, offensichtlich ist.

Abb. 7 zeigt einen Teil eines flexiblen Potentiometers 74 der vorliegenden Erfindung in der Perspektive und in der Vergrößerung. Das flexible Potentiometer 74 beinhaltet ein Medium 110 (in Abb. 4A-4C als Medium 78 identifiziert) Medium 110 besteht aus einem biegsamen elektrischen Isoliermaterial. Verschiedene Polymerarten wie Polyamide, Policarbonide, oder Mylar erscheinen gegenwärtig geeignet für ein solches Medium 11C.

Medium 110, wie in Abb. 7 dargestellt, besitzt eine Oberfläche 112, auf der ein Leitermaterial 114 (in den Abb. 4A-4C als Leitermaterial 86 identifiziert) in einer vorgewählten Anordnung aufgebracht ist. Zum Beispiel ist in Abb. 9 diese Anordnung in Form eines U oder einer Schlaufe, was für Betätigungsorgane für andere Komponenten, wie zum Beispiel eines Tempomaten, wünschenswert sein kann. Die Präzision, wie in Abb. 9 gezeigt, mag für einen Tempomaten nicht unbedingt notwendig sein. Andere Formen können wünschenswert sein, um eine Vielzahl von elektrischen Ausgabesignalen infolge einer Durchbiegung zu erzeugen.

Das Leitermaterial 114 in Abb. 7 besteht aus einer elektrisch leitfähigen Tinte, welche genau bestimmbar seinen elektrischen Widerstand nach einem Durchbiegen oder Verbiegen des Mediums 110 zwischen einer ersten und einer zweiten Anordnung verändert. Verschiedene Phenolharze erscheinen gegenwärtig als Leitermaterial 114 geeignet. Zum Beispiel hat sich ein Phenolharz der Formulierung 3609, hergestellt durch die Firma "Electronic Corporation of America" (EMCA - REMEX Products, Ablestik Electronic Materials and Adhesives), 160 Commerce Drive, Montgomeryville, Pennsylvania 18936, als geeignet erwiesen, da es elastisch flexibel und während Tausenden von Zyklen verbiegbar ist. Das Leitermaterial 114 kann ebenfalls ein zweiteiliges Epoxy Material sein, ein durch Wärme härtbarer Klebstoff, oder ein thermoplastisches Material, wie zum Beispiel Graphit oder Kohle. Das Leitermaterial 114 kann auch eine Kohle - Ruthenium Verbindung sein. Das Leitermaterial 114 kann auch eine leitfähige Tinte sein, welche auf dem Medium 110 anhaftet. Anhaften bedeutet, daß das leitfähige Material 114 an dem Medium 110 befestigt ist, wobei das leitfähige Material 114 Materialien einschließt, welche Befeuchten, Kleben oder Haften erleichtern. Die gewählte Tinte kann Graphit in Kombination mit einem Bindemittel einschließen. Die elektrisch leitfähige Tinte ist vorzugsweise so beschaffen, daß sie auf das Medium 110 in flüssiger Form aufgebracht werden kann, und anschließend zu einer festen Form trocknet. Der unterteilte Leiter 116 ist von der Art, daß er auf das leitfähige Material 114 in flüssiger Form aufgebracht wird und anschließend zu einer festen Form trocknet. Alternativ hierzu kann der unterteilte Leiter 116 ebenfalls ein Festkörper sein, welcher auf das leitfähige Material 114 aufgepreßt wird.

Das flexible Potentiometer in Abb. 7 kann einen unterteilten Leiter 116 (weiter oben als Leitermaterial 87 mit konstanten Widerstand identifiziert) beinhalten, welcher aus Silber besteht und dem Leitermaterial 114 anhaftet. Der unterteilte Leiter 116 besteht aus einem elektrisch leitfähigen Material in den Segmenten 116A, 116B, 116C, 116D und 116E, in gleichen Abständen entlang Leitermaterial 114. Er kann ebenfalls aus einer formbaren Silberlegierung oder anderen leitenden Metallen, sowie leitfähigen Kohlenstoffverbindungen bestehen. Der unterteilte Leiter 116 behält seine elektrische Leitfähigkeit nach der Durchbiegung.

Wie bereits zuvor erwähnt, zeigt Abb. 7 nur einen Teil eines flexiblen Potentiometers; das heißt die Länge 111 kann sowohl länger als auch kürzer als in der Darstellung sein. Die Breite 113 ist größer als dargestellt, damit das Leitermaterial 114 zu einem kompletten Schaltkreis geformt werden kann, wie in Abb. 9 dargestellt.

Unter Bezugnahme auf Abb. 8, hat das Material in der Darstellung eine Dicke 118, welche disproportional zur wahren Dicke des Medium 110 ist, was aus Darstellungsgründen erforderlich ist. Damit Medium 110 elastisch biegsam ist, wird eine Dicke von ca 0,127 mm (0.005 Zoll) bis ca 0,254 mm (0.010 Zoll) bevorzugt. Falls es unelastisch biegsam sein soll, müssen das Material und die Dicke entsprechend gewählt werden.

Wie in Abb. 8 dargestellt, ist das Leitermaterial 114 so auf dem Medium 110 aufgebracht, daß es anhaftet, und hat seinerseits eine Dicke 120, welche in der Darstellung erheblich größer als in Wirklichkeit ist. Das heißt, die Dicke 120 ist disproportional zur wahren Dicke des Medium 110 und der wahren Schichtdicke des Leitermaterials 114 dargestellt. Insbesondere ist die Dicke 120 des Leitermaterials 114 ungefähr 0,0076 mm (0.0003 Zoll) bis 0,0254 mm (0.001 Zoll) und vorzugsweise etwa 0,0178 mm (0.0007 Zoll).

Wie in Abb. 8 dargestellt, kann der unterteilte Leiter 116 auf dem Leitermaterial 114 angeordnet und befestigt sein. Der unterteilte Leiter 116 besteht aus einer Anzahl von Segmenten 116A-116E, wie in Abb. 7 dargestellt. Die Segmente sind in vorgewählten Abständen 122 und 124 angeordnet, wie in Abb. 8 dargestellt. Insbesondere können die Abstände 122 und 124 unterschiedlich sein, oder sie können gleich groß gewählt werden, je nachdem was der Benutzer wünscht. Die Segmente sind auf dem Leitermaterial 114 so angeordnet, daß die Leitfähigkeit und damit der elektrische Widerstand geregelt werden kann, was im Einzelnen später erörtert wird.

Der unterteilte Leiter 116 kann eine Dicke 126 von 0,00889 mm (0.00035 Zoll) bis etwa 0,01397 mm (0.00055 Zoll) haben mit einer bevorzugten Dicke von ca 0.01143 mm (0.00045 Zoll). Jedes Segment 116F und 116G hat eine Länge 128, die so gewählt wird, daß der elektrische spezifische Widerstand des flexiblen Potentiometers 74 reguliert wird, wie im nachhinein weiter ausgeführt. Wie bereits erwähnt, kann die Präzision eines solchen unterteilten Leiter 116 höher sein als für einfache Anwendungen erforderlich ist.

Unter Bezugnahme auf Abb. 8 und 9, ist das Medium 110 mit einem Leitermaterial 114 auf der Oberseite dargestellt. Das bedeutet, daß das Leitermaterial 114 mit dem unterteilten Leiter 116 auf dem Medium 110 angeordnet ist. Dieses wiederum kann gebogen werden zwischen einer ersten Lage, gezeigt durch Linien 130, und einer zweiten Lage, dargestellt in durchbrochenen Linien 132. Anders ausgedrückt, das Medium 110 ist verbiegbar oder durchbiegungsfähig zwischen der Lage 130 und der Lage 132. Nach erfolgter Durchbiegung zwischen den Lagen 130 und 132, verändert sich der elektrische Widerstand, gemessen zwischen den Anschlußstellen 134 und 136 konsistent und vorhersagbar. Das heißt, die Veränderung des elektrischen Widerstandes ist sowohl voraussagbar oder bekannt für verschiedene Durchbiegungen oder Lagen, als auch konsistent und verändert sich nicht radikal oder zufällig während der Lebensdauer des Potentiometers. Das Medium 110 kann also wiederholt gebogen werden zwischen den Lagen 130 und 132, und der elektrische Widerstand wird sich hierbei konsistent und voraussagbar verändern entsprechend der Verbiegung und Lage.

Man hat empirisch festgestellt, daß die Durchbiegung zwischen den Lagen 132 und 130 und allen Zwischenlagen bestimmt werden kann, und damit die genaue Position des Medium 110 und des Leitermaterials 114 während der Durchbiegung zwischen den Lagen 132 und 130 durch Messung des elektrischen Widerstands zwischen den Anschlußstellen 134 und 136 und anschließender Berechnungen mittels eines geeigneten Computerprogramms, wie es zum Beispiel von Advantech, Inc., 1333 East 9400 South, Suite 160, Sandy, Utah 84093, oder Abrams & Gentile Entertainment, Inc., 244 West 54th Street, New York, NY 10019 erhältlich ist. Das heißt, ein Mikroprozessrechner kann an die Leiterstellen 134 und 136 angeschlossen werden. Der Mikroprozessrechner benutzt ein Program, welches die Berechnung der Durchbiegung des flexiblen Potentiometers zwischen zwei beliebig gewählten Lagen gestattet. Das heißt, der Mikroprozessrechner ist in der Lage die relativen Positionen bestimmter Punkte 137A-137G entlang des Randes 137 des Medium 110 zu berechnen, auf der Basis des gemessenen Widerstands an den Anschlußstellen 134 und 136. Diese Information wird anschließend übertragen oder angezeigt je nach Wunsch. Das heißt, die Position oder Anordnung des Medium 110 und des flexiblen Potentiometers spiegelt sich im Widerstand wider.

In Abb. 10 ist ein Teil des flexiblen Potentiometers in einer gebogenen Lage A und in einer weiteren gebogenen Lage B in gebrochener Linie dargestellt. Es ist auch in einer nicht gebogenen Lage C dargestellt. Der elektrische Widerstand des Potentiometers verändert sich konsistent und voraussagbar in dem Maße wie das Potentiometer stufenweise gebogen oder durchbogen wird in jede beliebige Lage zwischen A, B und C, sowie anderen Lagen, welche eine größere Verbiegung oder Durchbiegung erfordern.

Man glaubt zu wissen, ohne daß eine wissenschaftliche Bestätigung bisher erfolgt ist, daß während der Verbiegung oder Durchbiegung des Potentiometers die leitende Tinte, welche Graphit enthält, rissig wird oder sich verformt wie in Abb. 11 dargestellt. Das heißt, das getrocknete Leitermaterial 114 hat einen körnigen oder kristallinen Aufbau, welcher aufreißt oder zerbricht infolge der Durchbiegung. In dem Maße wie sich die leitende Tinte verbiegt, glaubt man zu wissen, daß die Anzahl der Risse und die Zwischenabstände zunehmen, wobei sich der elektrische Widerstand in voraussagbarer Weise verändert. Die Änderung kann nach Anlegen geeigneter elektrischer Signale gemessen werden.

Der unterteilte Leiter 116 ist entlang dem Leitermaterial 114 in vorgewählten Längen angeordnet um den spezifischen Widerstand des durchgebogenen Leitermaterials 114 zu kontrollieren oder regulieren, und abzusichern, daß bei entsprechenden Durchbiegungen die Änderung des Widerstands zwischen Lagen A, B, und C konsistent während der Lebensdauer des Medium 110 und des Leitermaterials 114 bleibt. Insbesondere wird die Länge und Breite der Segmente 116 sowie der Abstände 122 und 124 empirisch so gewählt um einen Widerstand zu erreichen der konsistent reproduzierbar ist.

Mit dem unterteilten Leiter 116 auf dem Leitermaterial 114 befestigt oder angehaftet, kann der Widerstand sich immer noch etwas mit der Zeit verändern. Diese Änderung bewegt sich jedoch innerhalb akzeptabler Toleranzen, oder wird von Zeit zu Zeit gemessen, so daß entsprechende Anpassungen gemacht werden können, um ein Abdriften des Widerstandes mit der Zeit zu berücksichtigen.

Unter Bezugnahme auf Abb. 9 läßt sich erkennen, daß das hier dargestellte Potentiometer einen ersten Ast 138 und einen zweiten Ast 140 besitzt, welche beide in etwa parallel zur Achse 142 des Medium 110 mit einer Gesamtlänge 144 sowie einer Breite 146 verlaufen. Der erste Ast 138 und der zweite Ast 140 erstrecken sich in Längsrichtung und sind mit einem dritten Ast 148 verbunden um die gewünschte Anordnung des Leitermaterials 114 zu bilden. Nur ein Ast 138 besteht aus dem Leitermaterial 114 mit einem unterteilten Leiter 116, wie in Abb. 7 und 8 dargestellt. Der andere Ast 140 besitzt einen Leiter, dessen Widerstand sich nicht bei Durchbiegung verändert.

Es ist festzuhalten, daß die Anschlußstellen 34 und 136 Gleitanschlußstellen sind, welche auf das Medium 110 genietet werden oder anderweitig befestigt sind um einen elektrischen Anschluß des ersten Astes 138 und des zweiten Astes 140 mit äußeren elektrischen Komponenten, wie einem Mikroprozessrechner zu erhalten.

Im Gebrauch wird das Medium 110 wiederholt durchgebogen und diese Durchbiegung kann gemessen werden, indem die Änderung des Widerstands an den Anschlußstellen 134 und 136 gemessen wird. Damit kann der Widerstand und hiermit die Bewegung oder Durchbiegung einer Vielzahl von Objekten genau gemessen werden.

Die vorliegende Erfindung ist nicht nur auf die Verwendung eines flexiblen Potentiometers 74 für ein Hupenbetätigungsorgan beschränkt. Flexible Potentiometer können als Betätigungsorgane zur Kontrolle einer Reihe von elektrischen Nebenaggregaten eingesetzt werden, wie z. B. Scheibenwischer, Tempomaten, Scheinwerfer, Radios und Heizgebläse. Hierbei braucht der flexible Potentiometer nicht in der Nähe der Lenkradverkleidung oder eines Airbag angeordnet werden. Einige flexible Potentiometer könnten zum Beispiel auf dem Armaturenbrett angeordnet werden.

Unter Bezugnahme auf Abb. 12 und 13, werden mehrfache flexible Potentiometer 74, 166 und 168 dazu benutzt, eine Anzahl von Geräten in einem Automobil zu kontrollieren. Zum Beispiel wird das flexible Potentiometer 74, welches mit der leitenden Schnittstelle 88 verbunden ist, als Hupenbetätigungsorgan eingesetzt. Das flexible Potentiometer 166, welches mit der leitenden Schnittstelle 170 verbunden ist, wird zur Kontrolle der Scheinwerfer eingesetzt. Das flexible Potentiometer 168, welches mit der leitenden Schnittstelle 172 verbunden ist, wird zur Kontrolle des Tempomaten eingesetzt. Die Spannungsquellen 102, 176 und 178 wandeln die Widerstände in den flexiblen Potentiometern in analoge Spannungen, welche wiederum in digitale Spannungen duch A - D Wandler 104, 132 und 184 umgewandelt werden. Die ditalen Spannungen aus den A - D Wandlern 104, 182 und 184 können zum Beispiel 4 bits besitzen, welche von einem Mikroprozessrechner 186 gelesen werden. Ein solcher Mikroprozessrechner ist leistungsfähiger als der Mikroprozessrechner 106 in Abb. 6.

Der Mikroprozessrechner 186 kann verschieden auf verschiedene Spannungsänderungen reagieren. Zum Beispiel kann eine Spannungsänderung einen aufgeblendeten Hauptscheinwerfer anzeigen. Im Falle der Hupe, können unterschiedliche Spannungsänderungen unterschiedliche gewünschte Hupenlautstärken anzeigen. Das flexible Potentiometer 74 kann sowohl als Schalter als auch als Verstärker funktionieren, wobei eine minimale Kraft eine Funktion ausübt, und eine größere Kraft sie entsprechend verstärkt.

Ein flexibles Potentiometer kann auch als Betätigungsorgan für ein Hupenkontrollsystem in einem Automobil ohne Airbag eingesetzt werden. In einem Automobil mit Airbag braucht ein flexibles Potentiometer, welches als Betätigungsorgan für ein Hupenkontrollsystem eingesetzt wird, nicht in der Nähe des Airbags angeordnet werden.

Das flexible Potentiometer 74 wird vorzugsweise auf der Innenseite 80 der Nabenverkleidung 70 durch ein mechanisches nicht klebendes Verfahren angeheftet, wie zum Beispiel durch Wärmeschweißung, Anbindung mittels eines Ultraschallverfahrens, oder eines Gußverfahrens. Alternativ hierzu könnte das flexible Potentiometer 74 im Gummi der Nabenverkleidung 70 oder auf der Aussenseite der Nabenverkleidung 70 eingebettet werden.

Das Leitermaterial 36 könnte direkt auf der Innenseite 80 angeordnet werden. Der besseren Handhabung halber wird es jedoch auf dem flexiblen Material 78 angeordnet. Das flexible Potentiometer 74 könnte auch auf einer anderen Oberfläche, wie einem formgepreßten Material angeordnet werden. Das Leitermaterial 86 könnte in Plastik eingegossen werden.

Das flexible Potentiometer 74 kann überall dort angeordnet werden, wo es Bewegung gibt. Zum Beispiel könnte das flexible Potentiometer 74 hinter dem Airbag angeordnet werden (d. h. der Airbag befindet sich zwischen dem Fahrer und dem flexiblen Potentiometer 74), falls sich der gesamte Bereich bewegt. In allen diesen Anordnungen ist das flexible Potentiometer 74 von der Betriebsweise her mit der Nabenverkleidung 70 so verbunden, daß ein Drücken gegen die Nabenverkleidung 70 ein Verbiegen des flexiblen Potentiometers 74 verursacht.

Das flexible Potentiometer kann dazu benutzt werden eine unelastische Verformung zu messen, falls das Medium 110 sich selbst unelastisch verformen läßt. DGS Medium 110 sollte sich durchbiegen ohne eine elektrische Diskontinuität oder einen offenen Kreis im Leitermaterial 86 zu verursachen und sollte im allgemeinen seine elektrischen Isoliereigenschaften bewahren. In solchen Fällen muß ein geeignetes Material eingesetzt werden, welches sich von den oben beschriebenen Materialien unterscheiden kann.

Diejenigen, die mit dem Stand der Technik vertraut sind, wissen, daß Änderungen an obigen Ausführungen möglich sind ohne die grundsätzlicher Ideen der Erfindung zu verändern. Die dargestellten Details der Ausführungen oder Alternativen sollten daher nicht den Umfang folgender Ansprüche einschränken.

Claims (14)

1. Betätigungsorgan für eine Hupe (100) in einem Hupenkontrollsystem (94) eines Autos, welches einen Hupenkontrollschaltkreis (96) einschließt, der die Hupe (100) selektiv bei Erhalt eines Eingangssignals aktiviert,
mit einem mit dem Hupenkontrollschaltkreis (96) verbundenen Leiter (82, 90, 92; 90A, 92A, 90B, 92B) und
mit einem mit dem Leiter (82, 90, 92; 90A, 92A, 90B, 92B) verbundenen Leiter­ element (86, 114), welches mit der Nabenverkleidung (70) des Lenkrads des Automobils in Wirkverbindung steht,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Leiterelement (86, 114) einen sich je nach Biegung verändernden elek­ trischen Widerstand besitzt,
daß das Leiterelement (86, 114) eine Biegung erfährt und ein dem elektrischen Widerstand des Leiterelements (86, 114) entsprechendes Eingangssignal über den Leiter (82, 90, 92; 90A, 92A, 90B, 92B) an den Hupenkontrollschaltkreis (96) abgibt, wenn der Fahrer Druck gegen die Nabenverkleidung (70) ausübt, und
daß der Hupenkontrollschaltkreis (96) die Hupe (100) aktiviert, wenn die zeitliche Widerstandsänderung des Leiterelements (86, 114) einen vorgegebenen Schwellen­ wert übersteigt.

2. Betätigungsorgan gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet duch ein flexibles Medium (78, 110), welches an dem Leiterele­ ment (86, 114) befestigt ist, und daß das Leiterelement (86, 114) mit der Naben­ verkleidung (70) mittels des flexiblen Mediums (78, 110) in Verbindung steht.

3. Betätigungsorgan gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand des Leiterelements (86, 114) sich infolge von Rißbildung verändert.

4. Betätigungsorgan gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale, welche bei Biegung des Leiter­ elements (86, 114) erzeugt werden, von der Raumform des Leiterelements (86, 114) abhängen.

5. Betätigungsorgan gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Nebenkontrollschaltkreis, welcher ein elektrisches Nebenaggregat des Automobils nach Erhalt eines zweiten Eingabesignals aktiviert, mit
einem zweiten Leiter (82, 90C, 92C), welcher mit dem Nebenkontrollschalt­ kreis verbunden ist, und
einem zweiten Leiterelement (86), welches mit dem zweiten Leiter (82, 90C, 92C) verbunden ist, wobei das zweite Leiterelement (86) einen Widerstand besitzt, welcher sich verändert, wenn das zweite Leiterelement (86) gebogen wird, wobei ein zweites Eingangssignal ausgelöst wird.

6. Betätigungsorgan gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß getrennte Leiterabschnitte (116A, 116B, 116C, 116D, 116E, 116F, 116G, 116H) elektrisch mit dem Leiterelement (86, 114) verbunden und in Längsrichtung des Leiterelements (116A, 1168, 116C, 116D, 116E, 116F, 116G, 116H) voneinander beabstandet angeordnet sind.

7. Betätigungsorgan gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Leiterelement (86, 114) derart unter der Naben­ verkleidung (70) angeordnet ist, daß die Hupe (100) bei Ausüben von hinreichen­ dem Druck auf jede beliebige Stelle der Nabenverkleidung (70) aktivierbar ist.

8. Betätigungsorgan gemäß einem der vorstehenden Ansprüche zur Verwen­ dung in einem Auto mit einem Airbag, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Nabenverkleidung (70) nach Aufblasen des Airbags entlang einer Sollbruchlinie (38) trennt, unterhalb welcher keine Leiter (82, 90, 92; 90A, 92A, 90B, 92B) angeordnet sind.

9. Betätigungsorgan gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Leiterelement (86, 114) aus einem Phenolharz besteht.

10. Betätigungsorgan gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Leiterelement (86, 114) aus leitender Tinte besteht.

11. Betätigungsorgan gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hupenkontrollschaltkreis (96) die Hupe (100) als Folge schneller Änderungen des Widerstands, aber nicht als Folge langsamer Änderungen des Widerstands aktiviert, wie sie zum Beispiel durch Temperatur­ schwankungen ausgelöst werden können.

12. Betätigungsorgan gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hupenkontrollschaltkreis (96) die Hupe (100) als Folge schneller Änderungen des Widerstands, aber nicht als Reaktion auf einen absoluten Widerstandwert aktiviert.

13. Betätigungsorgan gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hupenkontrollschaltkreis (96) eine Spannungs­ quelle (102) einschließt, welche ein Signal abgibt, das repräsentativ für den Wider­ standswert des Leiterelements (86, 114) ist.

14. Betätigungsorgan gemäß Anspruch 2 und ggf. einem der Ansprüche 3 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das flexible Medium (78, 110) an der Nabenver­ kleidung (70) befestigt ist.