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Allgemeiner Stand der
Technik
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen einen atmungsaktiven,
feuchtigkeitsundurchlässigen Stoff
und insbesondere eine wasserundurchlässige, atmungsaktive Feuchtigkeitssperre,
die eine flexible Elektrodenantennenanordnung umschließt, welche
zur Verwendung in einem Insassenerfassungssystem geeignet ist.
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Allgemeiner
Stand der Technik
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Die
US-Patente Nr. 5,914,610 und 5,936,412 offenbaren, dass die Fähigkeit,
die Position, Orientierung oder Gegenwart einer Person innerhalb
eines definierten Raumes zu bestimmten, in Anwendungen wichtig ist, die
von medizinischen Behandlungen bis zu Sicherheit und Schutz reichen.
Für Anwendungen,
bei welchen die Bestimmung der Position, Orientierung oder Gegenwart
einer Person innerhalb eines definierten Raumes wichtig ist, wurden
Elektrodensensormatrizen entwickelt, um eine automatische Überwachung
des definierten Raumes zu ermöglichen.
Solche Sensormatrizen und Verfahren zum Analysieren einer Gegenwart
in einem definierten Raum werden in den zuvor erwähnten Patenten
gelehrt.
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Obwohl
das Verfahren zum Analysieren einer Gegenwart oder Aktivität in einem
definierten Raum unter Verwendung einer Sensormatrix bekannt ist,
wird die Fähigkeit,
diese Sensormatrizen an eine bestimmte Umgebung anzupassen, im Stand
der Technik nicht behandelt. Vor allem kommen in Verwendungen, in
welchen die Sensormatrix verwendet wird, um die Gegenwart oder Aktivität einer
Person zu überwachen
oder zu erfassen, zusätzliche
Faktoren ins Spiel, welche die Fähigkeit
der Sensormatrix, genaue Ablesungen des elektrischen Feldes bereitzustellen,
stark beeinflussen. Zum Beispiel ist eine erwartete Verwendung dieser
Sensormatrizen und Verfahren, wie in den US-Patenten Nr. 5,914,610
und 5,936,412 beschrieben, ein Kraftfahrzeugsitz zum Regulieren
des Einsatzes von Airbags. Außerdem
zitiert und beschreibt die im öffentlichen
Eigentum befindliche Patentzusammenarbeitsvertrags-Patentanmeldung
Nr. PCT/US01/04057, die am 8. Februar 2011 eingereicht wurde, eine
flexible Elektrodenantenne mit genug Flexibilität, Komfort und Haltbarkeit
zur Verwendung in unmittelbarer Nähe zu einem Individuum, wie
beispielsweise einem Kraftfahrzeugsitz. Es ist jedoch zu erwähnen, dass
keine dieser Bezugsquellen das Problem des Verhinderns der Absorption
von Flüssigkeiten
in das Abfühlsystem,
das die Fähigkeit
des Systems, Insassenklassifizierungsbestimmungen zu treffen, erheblich
beeinträchtigt,
auf angemessene Weise behandelt.
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Es
besteht daher ein Bedarf an einer atmungsaktiven Feuchtigkeitssperre,
welche das Abfühlsystem (bestehend
aus Elektrodenantennen, Schaumstoffsubstrat und anderen elektrischen
Komponenten) umschließt,
um eine im Wesentlichen flüssigkeitsundurchlässige Dichtung
bereitzustellen, während
sie einen ausreichenden Grad von Atmungsaktivität aufweist, um die Ablesungen
eines Temperatur/Feuchtigkeitssensors, der sich innerhalb der Sitzmattensensoranordnung
befindet, nicht zu beeinträchtigen.
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Das
Dokument WO-A-01/86676, das als der am nächsten verwandte Stand der
Technik betrachtet wird, beschreibt eine Sensormatte für einen
Fahrzeugsitz und ein Abfühlsystem
zum Erfassen mindestens zweier verschiedener Bedingungen, aufweisend
zwei Filmschichten mit aktiven Bereichen und elektrisch leitenden
Bahnen, welche die aktiven Bereiche verbinden, wobei die Struktur
von einer flüssigkeitsundurchlässigen und
gasundurchlässigen
Schutzhülle
lose umgeben ist.
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Kurzdarstellung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung stellt eine atmungsaktive Feuchtigkeitssperre
bereit, welche zur Verwendung beim Umschließen flexibler Elektroden, eines
Schaumstoffsubstrats und anderer elektrischer Komponenten innerhalb
einer im Wesentlichen flüssigkeitsundurchlässigen Umgebung
geeignet ist, ohne die Fähigkeit von
elektrischen Sensoren, Temperatur- und Feuchtigkeitsänderungen
innerhalb des umgebenden Umfeldes, wie beispielsweise des Sitzraums
eines Kraftfahrzeugs, genau zu messen, zu beeinträchtigen.
Die Erfindung weist ein atmungsaktives Polymermaterial mit einer
Feuchtdampfübertragungsrate
(MVTR für
engl. moisture vapor transmission rate) auf, die hoch genug ist,
um Wasserdampf zu erlauben, durch die Sperre befördert zu werden und rasch ein
Gleichgewicht innerhalb der umschlossenen Sitzmattensensoranordnung
zu erreichen, und zu ermöglichen,
dass die Temperatur- und Feuchtigkeitskompensation des Insassenerfassungssystems korrekt
funktioniert. Die atmungsaktive Feuchtigkeitssperre der vorliegenden
Erfindung stellt eine MVTR bereit, die hoch genug ist, um ein schnelle
Herstellung des Temperatur- und Feuchtigkeitsgleichgewichts innerhalb der
Sensormatte zu ermöglichen,
um schnelle Änderungen
der Umgebungsbedingungen im Fahrgastraum nach dem Anlassen des Autos
besser zu verfolgen und entweder Luftkühlung oder Lufterwärmung anzuwenden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist die atmungsaktive Feuchtigkeitssperre ein mikroporöser Polypropylenfilm,
der an ein Polypropylenvlies gebunden ist. In alternativen Ausführungsformen
können
auch andere atmungsaktive Polymerstoffe oder -filme mit einer ausreichend
hohen MVTR, einem geeigneten Grad von Haltbarkeit und anderen Leistungsmerkmalen,
welche für
Autositzanwendungen erforderlich sind und Komfort, Lärm, Flammverzögerung und
thermische Stabilität
umfassen, verwendet werden.
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Wie
hierin verwendet, haben diese Begriffe die folgenden Bedeutungen:
- 1. Der Begriff „atmungsaktiv" beschreibt ein Material,
das zwar dampfdurchlässig,
aber flüssigkeits-
und partikelundurchlässig
ist, wie beispielsweise Filme, die in Kleidungs- und Windelanwendungen
verwendet werden.
- 2. Der Begriff „mikroporös" beschreibt ein Material
mit einer Struktur, welche Fluida befähigt, durch sie durchzuströmen, und
eine effektive Porengröße aufweist,
die mindestens mehrere Male die mittlere freie Weglänge der
strömenden
Moleküle
ist (von mehreren Mikrometern bis zu 100 Angstrom hinab).
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Ein
besseres Verständnis
der vorliegenden Erfindung kann durch Bezugnahme auf die folgende
ausführliche
Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen, in
welchen gleiche Bezugszeichen sich auf ähnliche Teile beziehen, erhalten
werden, wobei:
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1 eine
perspektivische Ansicht einer Sitzmattensensoranordnung ist, welche
eine Schaumstoffmatte, eine flexible Elektrodenantenne und ein Temperatur/Feuchtigkeitsabfühlelement
aufweist, die alle innerhalb einer atmungsaktiven Feuchtigkeitssperre
umschlossen sind, die gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist;
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2a–c veranschaulichen
eine Draufsicht von oben, eine Seitenansicht beziehungsweise eine
Unteransicht der Sitzmattensensoranordnung gemäß der Ausführungsform von 1;
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3a ist
eine Seitenansicht im Detail, welche Konstruktionsmerkmale der Sitzmattensensoranordnung
in der Nähe
einer Ecke der Ausführungsform,
die in 2b dargestellt ist, veranschaulicht;
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3b ist
eine Seitenansicht im Detail, welche Konstruktionsmerkmale der Sitzmattensensoranordnung
entlang eines unteren Abschnitts der Ausführungsform, die in 2b dargestellt
ist, veranschaulicht;
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4a ist
eine Seitenansicht im Schnitt der Sitzmattensensoreinheit entlang
der Schnittlinie A-A;
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4b ist
eine Detailansicht der Seite im Schnitt, welche die Positionierung
des Temperatur/Feuchtigkeitssensors innerhalb der Sitzmattensensoranordnung,
die in 4a zu sehen ist, klar darstellt;
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5 stellt
eine Reihe von Abweichungsgraphen dar, welche die Auswirkung des Änderns des
atmungsaktiven Bereichs auf die Feuchtigkeitssensorgleichgewichtszeit
veranschaulichen;
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6 stellt
eine Reihe von Abweichungsgraphen dar, welche die Auswirkung des
Verwendens verschiedener, im Handel erhältlicher Polymermaterialien
mit verschiedenen MVTR-Niveaus auf die Feuchtigkeitssensorgleichgewichtszeit
veranschaulichen; und
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7 ist
ein logarithmisches Diagramm, welches die theoretisch berechnete
Zeit, die benötigt
wird, um ein Gleichgewicht bei 25 °C und einer relativen Feuchtigkeit
von 50 % zu erreichen, als eine Funktion der MVTR veranschaulicht.
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Ausführliche Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsform
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Obwohl
die Fachleute leicht erkennen, dass viele einzigartige Konstruktionen
zur Verwendung als eine atmungsaktive Feuchtigkeitssperre in einem
Insassenerfassungssystem erzeugt werden können, wird die vorliegende
Erfindung hierin hauptsächlich
in Bezug auf eine bevorzugte Konstruktion beschrieben. Insbesondere wird
die vorliegende Erfindung hierin beschrieben als eine Schaumstoffmatte
mit flexiblen Sensorelektroden und einem Temperatur/Feuchtigkeitssensor,
der daran befestigt ist, wobei alle innerhalb eines atmungsaktiven Polymerstofflaminats
umschlossen sind, um die Vorrichtung im Wesentlichen flüssigkeitsundurchlässig zu
machen, und mit einer MVTR, die hoch genug ist, um die Funktionsfähigkeit
der Sensorvorrichtung nicht zu beeinträchtigen. Alternative Konstruktionen
neben jenen, die hierin beschrieben werden, werden als innerhalb des
Rahmens und des Geistes der Erfindung befindlich angesehen.
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In
einem Beispiel einer Sitzmattensensoranordnung zur Verwendung in
Kraftfahrzeuganwendungen besteht die Anordnung aus einer Anzahl
von elektrisch leitenden Sensorstreifen, die auf der oberen und
unteren Oberfläche
eines offenzelligen flexiblen Polyurethanschaumstoffkerns haftend
befestigt sind. Jeder Sensorstreifen ist mit einer elektronischen
Steuereinheit verbunden, welche das Insassenerfassungssystem durch Messen
von Impedanzänderungen
in einem elektrischen Feld um jeden der Sensorstreifen basierend
auf der Größe und Gegenwart
eines Insassen betreibt. Die Sitzmattensensoranordnung ist so ausgelegt,
dass sie in einen ausgehöhlten
Abschnitt des Sitzpolsters eines Kraftfahrzeugsitzes eingebaut wird.
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Da
das Insassenerfassungssystem die elektrische Feldabfühltechnik
verwendet, könnten
Wasser oder andere Flüssigkeiten,
die auf dem Sitz verschüttet
werden, die Fähigkeit
des Abfühlsystems,
korrekt zu funktionieren, beeinträchtigen. Wasser und andere
leitende Flüssigkei ten
verhindern, dass das System Insassenänderungen genau abfühlt, da
die leitende Flüssigkeit
Kopplung und Kurzschlüsse
zwischen benachbarten leitenden Streifen auf der Sitzmattensensoranordnung
verursacht.
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Eine
Lösung
dieses Problems wäre,
die Sitzmattensensoranordnung zur Gänze innerhalb eines flüssigkeitsundurchlässigen Polymerfilms
zu umschließen.
Dies ist ganz so, wie die Sitzmattensensoranordnung mit einem nicht
porösen,
nicht atmungsaktiven Polymerfilm einzuwickeln oder zu beschichten,
um Wasser fern zu halten. Diese Lösung wirft jedoch zusätzliche
Probleme durch die Erzeugung von sehr unterschiedlichen Umgebungsbedingungen,
nämlich
Temperatur und Feuchtigkeit, innerhalb der Sitzmattensensoranordnung und
im umgebenden Fahrgastraum des Kraftfahrzeugs auf. Die dielektrischen
Eigenschaften der Materialien und Gase der Umgebung, welche die
leitenden Streifen umgibt, sind temperatur- und feuchtigkeitsabhängig. Das
Abdichten der gesamten Anordnung auf eine Art und Weise, die sowohl
für Flüssigkeiten
als auch Gase undurchlässig
ist, macht die Temperatur- und Feuchtigkeitskompensation der elektrischen
Felddaten erheblich schwieriger. Diese Lösung erfordert möglicherweise
letzten Endes sowohl innerhalb der Sitzmattensensoranordnung als
auch extern im Fahrgastraum einen Temperatur- und Feuchtigkeitssensor.
Es können
auch Komfortprobleme entstehen, da Luft, welche innerhalb des Dichtungsmaterials
eingeschlossen wird, nicht entweichen kann und zusammengedrückt wird,
wenn der Sitz zusammengedrückt
wird. Es ist auch zu beachten, dass, sollte irgendeine Feuchtigkeit
innerhalb der Sitzmattensensoranordnung eingeschlossen werden, es
gut möglich
ist, diese Schimmel und andere unerwünschte Bedingungen innerhalb
der Anordnung erzeugt. Ein zusätzliches
Komfortproblem kann aus der Schweißabsonderung entstehen, die
in der Sitzverkleidung, die mit dem Insassen in Kontakt ist, eingeschlossen
wird.
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Demgemäß würde eine
atmungsfähige
Feuchtigkeitssperre etliche Vorteile in einem Insassenerfassungssystem
bereitstellen. Ein atmungsaktiver, feuchtigkeitsbeständiger Stoff
kann verwendet werden, um eine positive Dichtung des offenzelligen
Schaumstoffs zur Verhinderung der Wasseraufnahme zu erzeugen. Außerdem ermöglicht die
Atmungsaktivität
eine einheitliche Temperatur- und Feuchtigkeitsumgebung zwischen
der Sitzmattensensoranordnung und dem Fahrgastraum. Diese einheitliche
Umgebungsbedingung ermöglicht
es, einen einzigen Temperatur/Feuchtigkeitssensor in die Sitzmattensensoranordnung
einzubauen, um sowohl die Umgebung der Anordnung selbst als auch
des Fahrgastraums zu beschreiben. Außerdem wird die Temperatur-
und Feuchtigkeitskompensation der elektrischen Felddaten infolge
der gleich bleibenden dielektrischen Eigenschaften der Materialien
und Gase innerhalb der Sitzmattensensoranordnung, der Sitzverkleidungsmaterialien
und des Fahrgastraums leichter gemacht. Eine atmungsaktive Feuchtigkeitssperre
sollte auch verhindern, dass sich irgendeine Feuchtigkeit in der
Sitzmattensensoranordnung, den Sitzverkleidungsmaterialien oder
dem Sitzhinterteil ansammelt oder schimmelt. Obwohl eine atmungsaktive
Membran für
gewöhnlich
keine ausreichende Menge von Luft aus der Sitzmattensensoranordnung
entweichen lässt,
wenn sich ein Fahrgast setzt, können
problemlos Belüftungslöcher auf
der unteren Oberfläche
der Anordnung eingearbeitet werden, und ein Übertragungsklebstoff, der verwendet
wird, damit die Sensormatte am Sitzhinterteil anhaftet, kann ferner
an den Rändern
der Belüftungslöcher verwendet
werden, um zu verhindern, dass Feuchtigkeit in die Anordnung eindringt.
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Obwohl
jede Anzahl von atmungsaktiven Feuchtigkeitssperrfilmen oder -stoffen
erhältlich
ist, würde eine
bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung einen mikroporösen Polypropylenfilm verwenden,
der auf ein Polypropylenvlies laminiert wird und im Handel als Stoff
der Marke PROPORE von der Minnesota Mining and Manufacturing Company
(3M) erhältlich
ist. Siehe US-Patent Nr. 4,539,256; 4,726,989; 4,902,553 und 5,238,623
für eine
vollständigere
Erörterung
der physikalischen Eigenschaften und der Herstellung von mikroporösen Polypropylenfilmen.
Dieses konkrete Film/Vlies-Laminat bietet im Vergleich zu anderen feuchtigkeitsbeständigen atmungsaktiven
Stoffen, wie beispielsweise GORETEX, der von W.L. Gore and Associates
erhältlich
ist und auf Polytetrafluorethylenpolymeren basiert, etliche vorteilhafte
Eigenschaften, welche verhältnismäßig hohe
Feuchtdampfübertragungsraten
(MVTR von etwa 8.000 g/m2 24 Stunden), Leimungsfestigkeit
gegenüber
Wasser von 345 kPa (50 psi), Abriebfestigkeit infolge des Vorhandenseins
der Vliesschicht, ein gutes Bindevermögen bei Verwenden von Acrylübertragungsklebstoffen
und verhältnismäßig niedrige
Kosten infolge der Verwendung von Polypropylenen als das Basismaterial
umfassen.
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Der
Film kann Zusatzstoffe, wie beispielsweise Antioxidationsmittel,
Flammverzögerungsmittel
und dergleichen, bis zu dem Umfang enthalten, dass solche Zusatzstoffe
die Feuchtdampfübertragung
oder mechanische Eigenschaften des Films nicht entscheidend beeinträchtigen.
Verwendbare Antioxidationsmittel umfassen Phenolverbindungen, wie
beispielsweise Pentaerythrit-tetrakis(3-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl)propionat),
das als IRGANOX 101 von CIBA Specialty Chemicals erhältlich ist,
und ANOX 20, das im Handel von Great Lakes Chemical erhältlich ist.
Verwendbare Flammverzögerungsmittel
umfassen halogenierte organische Verbindungen, organische phosphorhaltige
Verbindungen und von Natur aus flammverzögernde Zusammensetzungen. Halogenierte
organische Flammverzögerungsmittel
umfassen Biphenyle, wie beispielsweise 2,2'-Dichlorphenyle, Octabromdiphenyle und
halogenierte Diphenylether, die von 2 bis 10 Halogenatome enthalten.
Verwendbare organische Phosphorzusatzmittel umfassen Phosphorverbindungen,
wie beispielsweise Phosphorsäuren,
Phosphor-Stickstoffverbindungen, halogenierte organische Phosphorverbindungen und
dergleichen. Diese können
alleine oder z.B. mit chlorierten Biphenylen oder Antimonoxid gemischt verwendet
werden. Von Natur aus flammverzögernde
Polymere sind jene, welche keine Verbrennung unterstützen oder
selbstlöschend
sind. Beispiele umfassen Poly(vinylchlorid), Poly(vinylidinchlorid),
Polyimide, Polyetherketone und dergleichen. Siehe US-Patent 6,171,689
für eine
weitere Erörterung
von Flammverzögerungsmitteln.
Die Zusatzstoffe können
einzeln beigegeben oder miteinander gemischt werden, z.B. kann ein Flammverzögerungsmittel
mit einem Antioxidationsmittel gemischt und zur Vereinfachung der
Prozessablaufschritte während
der Herstellung zusammen damit beigegeben werden. Die Vliesschicht
kann ebenfalls Zusatzstoffe, wie beispielsweise Antioxidationsmitteln,
und dergleichen enthalten.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung enthält
die Zusammensetzung für
den atmungsaktiven Feuchtigkeitssperrfilm Octabromdiphenyloxid,
das im Handel von Great Lakes Chemical als DE-79 erhältlich ist.
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Nunmehr
unter Bezugnahme auf 1 ist eine perspektivische Ansicht
einer Sitzsensoranordnung dargestellt, welche gemäß der vorliegenden
Erfindung aufgebaut ist. Die Sitzsensoranordnung 10 weist
einen Polyurethanschaumstoffkern 20, eine Anzahl von elektrisch
leitenden Sensoren 30 und ein Temperatur/Feuchtigkeitsabfühlelement 40,
das innerhalb einer Öffnung 25 angeordnet
ist, die im Schaumstoffblock 20 ausgebildet ist, zum Messen
von Temperatur- und Feuchtigkeitsänderungen sowohl innerhalb
der Anordnung als auch im Innenraum des Kraftfahrzeugs selbst. Die
gesamte Anordnung 10 ist dann in einen im Wesentlichen flüssigkeitsundurchlässigen,
atmungsaktiven Stoff 50 gehüllt. Wahlweise können Belüftungslöcher 60 im
Boden der Anordnung 10 bereitgestellt werden, um Luft aus
der Anordnung 10 entweichen zu lassen, wenn sich ein Insasse
auf den Sitzpolster des Kraftfahrzeugs setzt. Die atmungsaktive
Feuchtigkeitssperre 50 kann am Schaumstoffkern 20 der
Anordnung 10 durch einen Acrylübertragungsklebstoff, nicht
dargestellt, anhaften.
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Nunmehr
unter Bezugnahme auf 2a bis 2c sind
eine Draufsicht von oben, eine Seitenansicht beziehungsweise eine
Unteransicht der Sitzsensoranordnung von 1 dargestellt.
Es ist zu beachten, dass 2a bis 2c ferner
die Positionierung der elektrisch leitenden Sensorstreifen 30,
des Temperatur/Feuchtigkeitssensors 40 und der Belüftungslöcher 60 in
der Sitzsensoranordnung veranschaulicht.
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Nunmehr
unter Bezugnahme auf 3a und 3b sind
Detailzeichnungen vorgesehen, um Merkmale der Seitenansicht, die
in 2b dargestellt ist, besser zu veranschaulichen.
In 3a ist eine Detailzeichnung eines Eckabschnitts
der Sitzsensoranordnung dargestellt, die gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut
ist. Wie in 1 bis 2c, ist
hier wiederum ein Schaumstoffkern 20 mit elektrisch leitenden
Sensoren 30 und einem Sperrmaterial 50, das durch
eine Schicht 70 von Acrylübertragungsklebstoff daran
befestigt ist. Ähnlich
zeigt 3b den Schaumstoffkern 20,
die leitenden Elektroden 30, das Sperrmaterial 50 und eine
Schicht 75 von Übertragungsklebstoff
auf der Unterseite des Sperrmaterials, damit es an einem Sitzpolster,
nicht dargestellt, anhaftet.
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Nunmehr
unter Bezugnahme auf 4a ist eine Seitenansicht im
Schnitt entlang der Schnittlinie A-A dargestellt. Die Figur veranschaulicht
die Positionierung des Schaumstoffkerns 20, der Öffnung 25 im
Schaumstoffkern, des Temperatur/Feuchtigkeitssensors 40 und
des Sperrmaterials 50. Ähnlich
zeigt 4b eine Detailzeichnung eines
Abschnitts von 4a, welche die Positionierung
des Schaumstoffkerns 20, der Öffnung 25 im Schaumstoffkern,
des Temperatur/Feuchtigkeitssensors 40, des Sperrmaterials 50 und
der unteren Schicht 75 von Übertragungsklebstoff, die wiederum
verwendet wird, um die Sitzmattensensoranordnung an einem Sitzpolster,
nicht dargestellt, zu befestigen.
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Nunmehr
unter Bezugnahme auf 5 ist eine Reihe von Abweichungsgraphen
dargestellt, um Versuchszellbedingungen bei einer relativen Feuchtigkeit
von 70 % und anschließendem Ändern auf
eine relative Feuchtigkeit von 90 % bei einer konstanten Temperatur
von 40 °C
zu zeigen. Für
diese Figur wurden die Versuchszellen durch Zuschneiden einer offenzelligen
Polyurethanschaumstoffmatte zu einem Block von 10,2 c, × 10,2 cm × 1,9 cm
(4 in × 4
in × 0,75
in) mit einer mittigen Öffnung,
die sich dadurch erstreckte und mit einem Temperatur/Feuchtigkeitssensor
ausgestattet war, erzeugt. Die Vergleichsversuchszelle wies keine
zusätzlichen
Abdeckungen auf. Die obere Oberfläche der feuchtigkeitsbeständigen Versuchszellen
wurde mit einem thermoplastischen Elastomer Hytrel 4056 abgedeckt,
das von DuPont erhältlich
ist und einen MVTR-Wert von etwa 400 g/m2 24
Stunden aufweist. Die feuchtigkeitsbeständigen Versuchszellen wurden
dann auf den Seiten und der Unterseite mit einem nicht atmungsaktiven
Polymerfilm abgedichtet. Außerdem
war es zur besseren Untersuchung des Einflusses des atmungsaktiven
Oberflächenbereichs
möglich,
einen Abschnitt der oberen Oberfläche der Versuchszelle abzudecken,
um den atmungsaktiven Bereich von einem Quadrat von 10,2 cm × 10,2 cm
(4 in × 4
in) auf ein Quadrat von 5,1 cm × 5,1
cm (2 in × 2
in) zu verkleinern.
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Wie
in 5 dargestellt, kamen die unbedeckten Schaumstoffzellen,
hier als Kammerumgebungsbedingungen angegeben, beinahe unverzüglich ins
Gleichgewicht und wiesen eine Verteilung von Feuchtigkeitsablesungen
um die Vorgabewerte der relativen Feuchtigkeit von 70 und 90 % auf.
Die Hytrel-bedeckten Schaumstoffversuchszellen wurden dann sowohl
in Konfigurationen von 5,1 cm × 5,1
cm (2 in × 2
in) als auch von 10,2 cm × 10,2
cm (4 in × 4
in) getestet. Die 5,1 cm × 5,1
cm (2 in × 2
in) große
Versuchszelle wies nach der anfänglichen Änderung
der Vorgabewerte der relativen Feuchtigkeit einen großen Unterschied
gegenüber den
Kammerumgebungsbedingungen und eine lange Gleichgewichtsherstellungszeit,
um die tatsächlichen Umgebungsbedingungen
zu erreichen, auf. Im Vergleich dazu wies die 10,2 cm × 10,2 cm
(4 in × 4
in) große Versuchszelle
nach Ändern
des Vorgabewerts viel kleinere Unterschiede gegenüber den
Kammerumgebungsbedingungen auf und erreichte das Gleichgewicht ungefähr 4-mal
schneller als die 5,1 cm × 5,1
cm (2 in × 2 in)
große
Versuchszelle. Dies beweist den Einfluss des atmungsaktiven Bereichs
auf die Fähigkeit
des Feuchtigkeitssensors, Änderungen
der Umgebungsbedingungen zu verfolgen.
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Nunmehr
unter Bezugnahme auf 6 ist eine andere Reihe von
Abweichungsgraphen dargestellt, welche die Auswirkungen der MTVR
auf die Feuchtigkeitssensorgleichgewichtszeit zeigen. Die Versuchszellen wurden
ganz so wie die zuvor dargelegten Hytrel 4056 Zellen mit 5,1 cm × 5,1 cm
(2 in × 2
in) großen
atmungsaktiven Oberflächen
von Macromelt 6239, Tegaderm und Propore KN-2311 mit den in Tabelle
1 angegebenen Eigenschaften hergestellt.
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Es
ist zu beachten, dass bei einer relativen Feuchtigkeit von 70 %
die Macromelt-bedeckte Probe kein Gleichgewicht zu erreichen scheint,
die Tegaderm-bedeckte Probe braucht etwa 500 Minuten, um das Gleichgewicht
zu erreichen, wohingegen das mit dem Propore-Stoff bedeckte Material
das Gleichgewicht in mehreren Minuten erreicht und die Daten der
Versuchskammer selbst genau verfolgt. Diese Ergebnisse spiegeln
sich erneut wider, wenn die relative Feuchtigkeit bei einer Zeit
von etwa 800 Minuten auf 90 % erhöht wird. Wieder ist klar, dass
der Propore-Stoff mit der größten MVTR
die Änderung
der Kammerumgebungsbedingungen am genauesten verfolgt.
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Nunmehr
unter Bezugnahme auf 7 ist ein Graph dargestellt,
welcher die theoretisch berechnete Gleichgewichtszeit, um eine Temperatur
von 25 °C
und eine relative Feuchtigkeit von 50 % innerhalb einer 40,6 cm × 40,6 cm × 1,9 cm
(16 in × 16
in × 0,75
in) großen
Sitzmattensensoranordnung zu erreichen, aus verschiedenen anfänglichen
Umgebungsbedingungen als eine Funktion der MVTR veranschaulicht.
Für Kraftfahrzeugsitzanwendungen
wäre es
wünschenswert,
eine Gleichgewichtsherstellungszeit von weniger als etwa fünf Minuten
und vorzugsweise von weniger als etwa 1 Minute zu haben, um schnelle Änderungen
der Umgebungsbedingungen im Fahrgastraum nach dem Anlassen des Autos
besser zu verfolgen und entweder Luftkühlung oder Lufterwärmung anzuwenden.
Wie hier graphisch dargestellt, ist bei anfänglichen Bedingungen einer
relativen Feuchtigkeit von 80 % und Temperaturen von 30 °C, 40 °C und 50 °C eine direkte
logarithmische Beziehung zwischen dem MVTR-Wert und der Zeit, die
erforderlich ist, damit die Sitzmattensensoranordnung Gleichgewichtsbedingungen
von 25 °C
und einer relativen Feuchtigkeit von 50 % erreicht. Um ein Gleichgewichtszeitziel
von weniger als fünf
Minuten zu erreichen, fällt
der MVTR-Mindestwert irgendwo zwischen 100 und 1.00 g/m2 24
Stunden und insbesondere in einen Bereich von etwa 400 bis 600 g/m2 24 Stunden. Natürlich kann ein Material mit
einem besonders hohen MVTR-Wert von etwa 8.000 g/m2 24
Stunden das Gleichgewicht in wesentlich weniger als fünf Minuten
oder, wie hier dargestellt, in etwa 0,1 Minuten erreichen. Dieser
theoretische Wert basiert auf einer Berechnung bei alleiniger Verwendung
der 40,6 cm × 40,6
cm (16 in × 16
in) großen
oberen Oberfläche
der 1,9 cm (0,75 in) dicken Anordnung als den atmungsaktiven Bereich.
Das Vergrößern des
atmungsaktiven Oberflächenbereichs
zum Beispiel durch Atmungsaktivmachen der unteren Oberfläche oder
das Vergrößern des
Gesamtvolumens zum Beispiel durch Vergrößern der Dicke hat jedoch eine
erhebliche Auswirkung auf die Gleichgewichtsherstellungszeit. Es
ist zu beachten, dass zum besseren Vergleich die Daten, die in 7 dargestellt
sind, in Tabelle 2 weiter zusammengefasst wurden, wie im Folgenden
dargestellt.
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Obwohl
bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung in den Beispielen und der vorangehenden Beschreibung
beschrieben wurden, versteht es sich von selbst, dass die Erfindung
nicht auf die offenbarten Ausführungsformen
beschränkt
ist, sondern zu zahlreichen Umgestaltungen und Modifikationen der
Teile und Elemente imstande ist, ohne sich vom Geist der Erfindung,
wie in den folgenden Patentansprüchen
definiert, zu entfernen. Daher sollten der Geist und der Rahmen
der angehängten
Ansprüche
nicht auf die Beschreibung der hier enthaltenen bevorzugten Ausführungsformen
beschränkt
sein.
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Die
Erfindung wird durch die angehängten
Patentansprüche
definiert.
