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Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Dichtungsanordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Aus der
DE 102 55 211 B3 ist eine Dichtungsanordnung für Kraftfahrzeuge bekannt, die mindestens ein Dichtungselement zum Abdichten einer Fensterscheibe einer rahmenlosen Fahrzeugtür gegenüber einer Karosserie umfasst. Das Dichtungselement übergreift im geschlossenen Zustand der Fahrzeugtür die Oberkante der vollständig nach oben verlagerten Fensterscheibe auf ihrer zur Fahrzeugaußenseite gerichteten Seite. Die Dichtungsanordnung zeichnet sich durch zumindest einen piezoelektrischen Aktor zum Verformen oder Auslenken von zumindest einem in Richtung der Oberkante der Fensterscheibe verlaufenden Längsabschnitt des Dichtungselements zum Zwecke der Aufhebung des Übergreifens der Oberkante der Fensterscheibe durch das Dichtungselement aus.
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Ferner ist aus der
DE 100 51 784 C1 bereits ein elektromechanisches Funktionsmodul bekannt, bei dem ein piezokeramisches Element zugleich als Aktor und als Sensor dient.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kraftfahrzeug mit einer Dichtungsanordnung zu schaffen, die einen effektiven Einklemmschutz ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird mit einem Kraftfahrzeug mit einer Dichtungsanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß weist ein Kraftfahrzeug eine Dichtungsanordnung für eine verlagerbare Fensterscheibe, einen verlagerbaren Deckel oder eine verlagerbare Klappe auf. In der geschlossenen Stellung liegt die Fensterscheibe, der Deckel oder die Klappe an einem Dichtungselement der Dichtungsanordnung an, wobei die Fensterscheibe, der Deckel oder die Klappe fremdkraftbetätigt in ihre geschlossene Stellung verlagerbar sind. Die Dichtungsanordnung weist einen piezoelektrischen Aktor auf, der das Dichtungselement aus der dichtend an der geschlossenen Fensterscheibe, am geschlossenen Deckel oder an der geschlossenen Klappe anliegenden Ruhestellung in eine Verlagerungsstellung verlagern kann, in der das Dichtungselement nicht mehr oder nicht mehr vollständig an der geschlossenen Fensterscheibe, am geschlossenen Deckel oder an der geschlossenen Klappe anliegt. Dabei dient der piezoelektrische Aktor zugleich als Sensor für einen Einklemmschutz.
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Auf diese Weise kann eine besonders gut dichtende Dichtungsanordnung realisiert werden, die dennoch nur einen geringen Reibwiderstand beim Öffnen und / oder Schließen der Fensterscheibe, des Deckels oder der Klappe erzeugt, da das Dichtungselement zum Öffnen und / oder Schließen der Fensterscheibe, des Deckels oder der Klappe durch den piezoelektrischen Aktor in eine Verlagerungsstellung verlagerbar ist, in der es nicht mehr oder nur mehr teilweise an der Fensterscheibe, am Deckel oder an der Klappe anliegt.
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Beim fremdkraftbetätigten Schließen einer Fensterscheibe, eines Deckels oder einer Klappe besteht stets die Gefahr, dass eine Person ein Körperteil, wie beispielsweise einen Finger, eine Hand, einen Arm oder einen Kopf, zwischen die schließende Fensterscheibe, den Deckel oder die Klappe und die Dichtungsanordnung bringt und dieser dort eingeklemmt wird. Um in einer solchen Einklemmsituation Verletzungen zu vermeiden, wird hierzu üblicherweise ein Einklemmschutz vorgesehen, sodass die Schließkraft der Fensterscheibe, des Deckels oder der Klappe zumindest im Einklemmfall so gering ist, dass keine Verletzungen entstehen. Erfindungsgemäß dient der piezoelektrische Aktor zugleich als Sensor für den Einklemmschutz. Der piezoelektrische Aktor wird aufgrund seiner Anordnung in der Dichtungsanordnung im Einklemmfall verformt. Dabei erzeugt der piezoelektrische Aktor einen elektrischen Spannungsimpuls. Dieser Spannungsimpuls kann wiederum von einem Steuergerät ausgewertet werden, sodass beispielsweise in einem auf diese Weise detektierten Einklemmfall die Fremdkraftbetätigung der Fensterscheibe, des Deckels oder der Klappe abgeschaltet wird.
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Dabei liegt die Dichtungsanordnung in der Ruhestellung an einem Randbereich der Fensterscheibe, des Deckels oder der Klappe in der geschlossenen Stellung im Querschnitt gesehen U-förmig dichtend an. Durch das Umgreifen des Randbereichs mit den beiden freien Schenkeln der U-förmigen Dichtungsanordnung ist eine besonders gute Abdichtung realisierbar.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Kraftfahrzeug ein Steuergerät auf, das sowohl mit einem Antrieb zur Fremdkraftbetätigung der Fensterscheibe, des Deckels oder der Klappe als auch mit dem piezoelektrischen Aktor verbunden ist. Idealerweise stoppt das Steuergerät den Antrieb zum Verlagern der Fensterscheibe, des Deckels oder der Klappe während einer Verlagerung in die geschlossene Stellung, wenn der piezoelektrische Aktor in seiner Funktion als Sensor eine Spannungsspitze erzeugt, wie sie im Einklemmfall entsteht. Alternativ kann das Steuergerät den Antrieb auch reversieren.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, anhand dessen die Erfindung im Folgenden näher beschrieben wird. Die einzelnen Figuren zeigen in schematischer Darstellungsweise:
- 1 eine U-förmige Dichtungsanordnung für eine versenkbare Seitenscheibe eines Kraftfahrzeugs,
- 2 die elektrische Ansteuerung für die in 1 gezeigte Dichtungsanordnung und
- 3 eine schematische Darstellung der zeitlichen Abfolge der einzelnen Ereignisse beim Schließen der Seitenscheibe.
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In 1 ist eine U-förmige Dichtung 1 für eine verlagerbare Seitenfensterscheibe 2 eines Cabrios gezeigt. Cabrios weisen Seitentüren ohne Fensterrahmen auf, sodass die U-förmige Dichtung 1 an einem Dachseitenrahmen 3 des Cabrios angebracht ist. Sie soll den Rand der Seitenfensterscheibe 2 abdichten, wenn diese sich in ihrer ganz nach oben verlagerten, geschlossenen Stellung befindet. Die U-förmige Dichtung 1 besteht aus einem weichen Gummi, in den ein piezoelektrischer Aktor integriert ist.
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Diese Anordnung ist in der 1 in drei unterschiedlichen Positionen gezeigt. In der Position ① ist die Seitenfensterscheibe 2 leicht geöffnet. Der piezoelektrische Aktor der U-förmige Dichtung 1 ist bestromt, sodass sich die Dichtung 1 weit öffnet. In dieser Stellung der Dichtung 1 kann die Seitenfensterscheibe 2 bis in die vollständig geschlossene Stellung verlagert werden, in der sie an die obere Basis 4 der U-förmigen Dichtung 1 anstößt, ohne dabei die seitlichen Bereichen 5 der U-förmigen Dichtung 1 zu berühren. In der Position ② ist diese vollständig geschlossene Stellung der Seitenfensterscheibe 2 gezeigt. Beim Erreichen dieser vollständig geschlossenen Stellung der Seitenfensterscheibe 2 schaltet ein elektrischer Fensterheber der Seitenfensterscheibe 2 automatisch ab. Sobald der Fensterheber abschaltet, wird der piezoelektrische Aktor in der U-förmigen Dichtung 1 stromlos geschaltet. Dadurch geht die weit geöffnete Dichtung 1 wieder in ihre Grundstellung zurück, in der die seitlichen Bereiche 5 dichtend an der Seitenfensterscheibe 2 anliegen, wie es in der Position ③ gezeigt ist. Ohne den piezoelektrischen Aktor in der Dichtung 1 würde die Fensterscheibe 2 beim Schließen an den seitlichen Bereichen der Dichtung 1 reibend entlang gleiten, sodass der Einklemmschutz bereits vor dem Erreichen der vollständig geschlossenen Stellung ansprechen und den Fensterheber abschalten würde. Alternativ müsste die Dichtung 1 entsprechend weich dimensioniert werden, sodass die Abdichtung in der geschlossenen Stellung der Fensterscheibe 2 nicht so gut wäre. Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht also ein vollständiges Schließen der Fensterscheibe 2 ohne ein frühzeitiges Ansprechen des Einklemmschutzes. Zudem ermöglicht sie eine optimale Abdichtung zwischen dem Dachseitenrahmen 3 und der Fensterscheibe 2 in der geschlossenen Stellung der Fensterscheibe 2.
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Der piezoelektrische Aktor in der Dichtung 1 dient zugleich als Sensor für den Einklemmschutz. Dazu wird die Eigenschaft des piezoelektrischen Aktors genutzt, eine kurze Spannungsspitze zu erzeugen, wenn er verformt wird. Wenn nun ein Gegenstand zwischen der sich schließenden Fensterscheibe 2 und dem Dachseitenrahmen 3 eingeklemmt wird, drückt dieser gegen die Dichtung 1, in der der piezoelektrische Aktor integriert ist. Dadurch entsteht in dem piezoelektrischen Aktor eine Spannungsspitze, die von einem Steuergerät ausgewertet und als Einklemmsituation interpretiert werden kann. Das Steuergerät schaltet daraufhin den Motor des Fensterhebers ab. Analog funktioniert auch die Abschaltung des Fensterhebers beim Erreichen der vollständig geschlossenen Stellung der Fensterscheibe 2. Die Fensterscheibe 2 drückt dabei die obere Basis 4 der U-förmigen Dichtung 1 zusammen. Dabei wird der integrierte piezoelektrische Aktor verformt, sodass er eine Spannungsspitze erzeugt. Diese wird wiederum von dem Steuergerät als Einklemmfall interpretiert, woraufhin das Steuergerät den Motor des Fensterhebers abschaltet.
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In der 2 sind die wesentlichen Komponenten der dazugehörigen elektrischen Schaltung dargestellt. In dem Schaltplan ist mit S der Schalter für den Fensterheber bezeichnet, der sich im Fahrzeuginnenraum befindet. Über diesen Schalter kann ein Passagier den Fensterheber betätigen. Der elektrische Motor des Fensterhebers ist mit M bezeichnet, der piezoelektrische Aktor mit P. Des Weiteren umfasst die elektrische Schaltung einen Mikropozessor µC und ein normal sperrendes MOSFET, das mit T bezeichnet ist. Ein MOSFET ist ein Feldeffekttransistor mit einem isolierten Gate. Es weist drei Anschlüsse auf: Solange am „Gate“ keine Spannung anliegt, kann kein Strom von „Source“ nach „Drain“ fließen.
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Wenn nun der Schalter S betätigt wird, schaltet der Mikroprozessor µC die Ansteuerleitung zum „Gate“ ein, sodass am „Gate“ des MOSFET T Spannung anliegt. Dadurch kann im MOSFET T Strom von „Source“ zu „Drain“ fließen. Dieser Strom fließt nun durch den piezoelektrischen Aktor P, der die Dichtung 1 so verformt, dass diese sich nach außen zum Dachseitenrahmen 3 hin weit öffnet. Sobald das MOSFET T nicht mehr sperrt, liegt auch an der „Feedback“-Leitung Spannung an. Sobald an der „Feedback“-Leitung Spannung anliegt, schaltet der Mikroprozessor µC nun den Motor M ein, die Fensterscheibe 2 wird verlagert. Durch den bestromten piezoelektrischen Aktor P befindet sich dabei die Dichtung 1 in der in 1 gezeigten Position ①. Die Dichtung 1 ist durch den piezoelektrischen Aktor P soweit zum Dachseitenrahmen 3 zurückgezogen, dass sie nicht an der Fensterscheibe 2 anliegt, bzw. beim Schließen der Fensterscheibe 2 nicht von dieser zur Seite gedrückt werden muss.
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Wenn nun ein Gegenstand zwischen der sich schließenden Fensterscheibe 2 und dem Dachseitenrahmen 3 eingeklemmt wird, oder die Fensterscheibe 2 die vollständig geschlossene Stellung erreicht, die in 1 unter der Position ② dargestellt ist, erzeugt der in die Dichtung integrierte piezoelektrische Aktor P durch die Verformung der Dichtung 1 einen kurzen Spannungsimpuls, der über die „Feedback“-Leitung vom Mikroprozessor µC erfasst wird. Dieser schaltet daraufhin den Motor M des Fensterhebers ab, sodass die Fensterscheibe 2 nicht mehr weiter geschlossen wird. Anschließend schaltet er auch die Ansteuerleitung zum Gate wieder spannungsfrei, sodass das MOSFET T den piezoelektrischen Aktor P wieder stromlos schaltet. Dadurch liegt nun, wie in 1 in der Position ③ gezeigt, die Dichtung 1 an der Fensterscheibe 2 gut dichtend an, wenn die Fensterscheibe 2 sich in der vollständig geschlossenen Stellung befindet.
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In der 3 sind diese beschriebenen Abläufe noch einmal schematisch dargestellt. Dabei ist in dem Diagramm auf der horizontalen Achse die Zeit t aufgetragen. In vertikaler Richtung ist jeweils dargestellt, ob am Schalter S, in der Ansteuerleitung zum „Gate“, am Motor M und in der „Feedback“-Leitung Spannung anliegt oder nicht. Zum Zeitpunkt to wird der Schalter S betätigt, um die leicht geöffnete Fensterscheibe 2 zu schließen. Der Mikroprozessor µC legt daraufhin Spannung an die Ansteuerleitung zum „Gate“ an, sodass das MOSFET T öffnet und der piezoelektrische Aktor P bestromt wird. Dadurch liegt an der „Feedback“-Leitung Spannung an. Anschließend wird der Motor M des Fensterhebers zum Schließen der Fensterscheibe 2 eingeschaltet. Die Dichtung 1 ist zum Dachseitenrahmen 3 zurückgezogen, wie es in der Position ① der 1 gezeigt ist.
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Zum Zeitpunkt t1 erreicht die Fensterscheibe 2 die vollständig geschlossene Stellung, wie es in der Position ② der 1 dargestellt ist. Die Fensterscheibe 2 drückt gegen die obere Basis 4 der Dichtung 1 und verformt diese. Dabei wird auch der in die Dichtung 1 integrierte piezoelektrische Aktor P verformt. Dadurch erzeugt dieser einen kurzen Spannungsimpuls, der auch in der „Feedback“-Leitung anliegt, wie es in 3 dargestellt ist. Dieser Spannungsimpuls wird vom Mikroprozessor µC erfasst und ausgewertet. Der Mikroprozessor µC schaltet daraufhin zuerst den Motor M ab und direkt anschließend sperrt er das MOSFET T, indem er die Spannung in der Ansteuerleitung zum „Gate“ abschaltet. Dadurch wird der piezoelektrische Aktor P nicht mehr bestromt, die Dichtung geht in ihre Grundstellung zurück, in der sie, wie in der Position ③ der 1 gezeigt, sowohl mit der Basis 4 als auch mit den beiden seitlichen Bereichen 5 dichtend an der Fensterscheibe 2 anliegt.
