DE19614315A1 - Drucksensoranordnung - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Drucksensoranordnung nach
dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Solche Anordnungen mit mehreren
Drucksensoreinheiten werden beispielsweise zur Überwachung der
einzelnen Drücke in den verschiedenen Druckkanälen eines pneuma
tisch regulierbaren Sitzkontursystems benötigt, wie dies z. B. in
der Offenlegungsschrift DE 44 03 071 A1 angegeben ist.
Es ist bekannt, eine Drucksensoreinheit so aufzubauen, daß eine
bewegliche Meßmembranwandung an einen Druckfluidraum angrenzt
und an die Meßmembranwandung eine Potentiometermeßeinheit ange
koppelt ist, um die druckabhängige Meßmembranauslenkung in einen
zugehörigen elektrischen Widerstandswert umzuwandeln, der dann
von einer nachgeschalteten elektrischen Auswerteeinheit zur
Druckbestimmung ausgewertet werden kann. Drucksensoreinheiten
dieser Art sind in den Offenlegungsschriften DE 30 10 198 A1, GB
2 004 070 A und EP 0 320 387 A1 sowie der Patentschrift US 3 908
461 offenbart.
Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung
einer Drucksensoranordnung der eingangs genannten Art zugrunde,
die mit vergleichsweise geringem Aufwand realisierbar ist und
eine zufriedenstellende Meßgenauigkeit für alle von den Druck
sensoreinheiten zu messenden, gegebenenfalls unterschiedlichen
Drücken liefert.
Dieses Problem wird durch eine Drucksensoranordnung mit den
Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bei dieser Anordnung werden
nebeneinanderliegende Drucksensoreinheiten verwendet, bei denen
der zu messende Druck eine entsprechende Auslenkung einer Meß
membranwandung verursacht, wobei diese Auslenkung mittels einer
an die Meßmembranwandung angekoppelten Potentiometermeßeinheit
in einen zugehörigen elektrischen Widerstandswert transformiert
wird, der dann von einer nachgeschalteten Auswerteeinheit ausge
wertet werden kann. Derartige Drucksensoreinheiten erlauben eine
zufriedenstellende Meßgenauigkeit bei vergleichsweise geringem
Herstellungsaufwand. Zusätzlich wird der Herstellungsaufwand da
durch klein gehalten, daß für die einzelnen nebeneinanderliegen
den Drucksensoreinheiten eine gemeinsame Membran vorgesehen ist,
an der die einzelnen Meßmembranwandungen für die Drucksensorein
heiten ausgebildet sind, so daß für die Mehrzahl von Drucksen
soreinheiten nur eine einzige Membran gefertigt zu werden
braucht. Gleichzeitig läßt sich aufgrund dieses Aufbaus die
Drucksensoranordnung verhältnismäßig kompakt bauen.
Ein kompakter und wenig aufwendiger Aufbau der Drucksensoranord
nung wird von einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 2
dadurch gefördert, daß die von einem zugehörigen beweglichen
Stellteil der Potentiometermeßeinheiten abfahrbaren Widerstands
bahnkomplexe für die verschiedenen Drucksensoreinheiten von ei
ner gemeinsamen Platine getragen werden, die vorzugsweise zu
sätzlich Stromversorgungs- und Auswerteleitungen beinhaltet.
In einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 3 sind die
Drucksensoreinheiten einschließlich ihrer gemeinsamen Membran
und die gemeinsame Platine kompakt in einem gemeinsamen Gehäuse
untergebracht, von dem die einzelnen Druckfluidanschlüsse abge
hen.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in den Zeich
nungen dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Hierbei
zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Druckregeleinrichtung mit ei
ner Drucksensoranordnung für ein pneumatisches Multikon
turlehnensystem eines Fahrzeugsitzes,
Fig. 2 eine Längsschnittansicht einer der in Fig. 1 verwendeten
Drucksensoreinheiten,
Fig. 3 eine schematische Seitenansicht der in der Einrichtung
von Fig. 1 verwendeten Drucksensoranordnung,
Fig. 4 eine Seitenansicht einer in der Anordnung von Fig. 3
verwendeten Membran und
Fig. 5 eine Draufsicht auf die Membran von Fig. 4.
In Fig. 1 ist als Blockschaltbild eine Druckregeleinrichtung für
ein Multikonturlehnensystem eines Fahrzeugsitzes mit Memory-
Funktion mit denjenigen Komponenten dargestellt, die vorliegend
für das Verständnis der Erfindung von Interesse sind. Die Regel
einrichtung beinhaltet sechs gleichartige, ansteuerbare 2/2-Ma
gnetventile (E₁ bis E₆) , von deren einer Anschlußseite jeweils
eine Druckfluidleitung (K₁ bis K₆) abgeht. Jede Druckfluidleitung
(K₁ bis K₆) führt in nicht gezeigter, üblicher Weise zu einem zu
gehörigen Luftkissen des Fahrzeugsitzes, mit denen dessen Sitz
lehnenkontur vom jeweiligen Benutzer in einer gewünschten Weise
einstellbar ist. An jede Druckfluidleitung (K₁ bis K₆) ist eine
Drucksensoreinheit (D₁ bis D₆) angeschlossen, um den betreffenden
Druck in der Druckfluidleitung (K₁ bis K₆) zu erfassen. Die
Drucksensoreinheiten (D₁ bis D₆) geben elektrische Meßsignale ab,
die über einen Meßleitungssatz (1) einer Steuerlogikeinheit (2)
zugeführt werden. An die andere Anschlußseite der sechs Magnet
ventile (E₁ bis E₆) ist eine gemeinsame Verteilerleitung (3) an
geschlossen, die zu einem ersten Anschluß (4) eines 3/2-Magnet
ventils (E₇) geführt ist, von dem ein zweiter Anschluß (5) an At
mosphäre geführt und ein dritter Anschluß (6) an eine Druck
fluidzufuhrleitung (7) angeschlossen ist und dessen erster An
schluß (4) wahlweise steuerbar mit dem zweiten (5) oder dem
dritten Anschluß (6) verbindbar ist, um Druckluft aus den Luft
kissen ablassen bzw. die Luftkissen mit Druckluft aufblasen zu
können. Die sechs 2/2-Magnetventile (E₁ bis E₆) und das 3/2-Ma
gnetventil (E₇) werden von der Steuerlogikeinheit (2) über einen
entsprechenden Steuerleitungssatz (8) in jeweils geeigneter
Weise angesteuert.
Fig. 2 zeigt den Aufbau einer der sechs baugleichen Drucksensor
einheiten (D₁ bis D₆). Die jeweilige Drucksensoreinheit beinhal
tet einen Druckfluidraum (9), der nach außen von einer hauben
förmigen Abdeckung (10) begrenzt ist, in die seitlich ein Druck
fluidanschluß (11) angebracht ist. Nach innen wird der Druck
fluidraum (9) von einer zur Abdeckung (10) koaxialen, zylindri
schen Meßmembranhaube (12) begrenzt, deren obenliegender Boden
(12a) eine abhängig vom Druck im Druckfluidraum (9) axial beweg
liche Meßmembranwandung bildet. Im Inneren der Meßmembranhaube
(12), d. h. auf deren dem Druckfluidraum (9) abgewandten Seite,
ist mit der beweglichen Meßmembranwandung (12a) eine axial ver
laufende Übertragungsstange (13) verbunden, die nach unten durch
eine Bohrung (14) eines Gehäusezwischenbodens (15) durchgeführt
ist. An das untere, freie Ende der Übertragungsstange (13) ist
ein bewegliches Stellteil in Form eines Schiebers (16) einer Po
tentiometermeßeinheit angekoppelt, wobei die Potentiometermeß
einheit des weiteren einen Dickschichtwiderstandskomplex (18)
mit einer mäanderförmigen Leiterbahnanordnung beinhaltet. Der
Dickschichtwiderstandskomplex (18) ist auf einen zugehörigen Ab
schnitt einer Platine (17) aufgebracht. Der Schieber (16) fährt
auf dem Dickschichtwiderstandskomplex (18) entsprechend der Be
wegung der Meßmembranwandung (12a) entlang, wodurch sich am
Schieber (16) über einen zugehörigen Widerstandsabgriff (19) ein
elektrischer Widerstandswert abgreifen läßt der ein Maß für den
zu messenden Druck im Druckfluidraum (9) ist. Der über den
Widerstandsabgriff (19) erhaltene elektrische Widerstandswert
wird dann als Meßsignal über den zugehörigen Leitungssatz (1)
der Steuerlogikeinheit (2) zugeführt. Platz- und aufwandssparend
dient die Platine (17) gleichzeitig zur Aufnahme und Kontaktie
rung der Magnetventile (E₁ bis E₇) mittels einer entsprechenden,
elektrisch leitfähigen Verbindung (21), wie in Fig. 2 für ein
beliebiges (Ex) dieser Magnetventile angedeutet.
Bei fehlendem Druck im Druckfluidraum (9) befindet sich die Meß
membranwandung (12a) in einer obenliegenden Ausgangsstellung, in
der sie mittels einer Druckfeder (20) gehalten wird, die sich
einerseits an der Innenseite der Meßmembranwandung (12a) und an
dererseits auf dem Gehäusezwischenboden (15) abstützt. Die Meß
genauigkeit der Drucksensoreinheiten (D₁ bis D₆) ist unter ande
rem durch die spezifische Auslegung der Leiterbahnen des Dick
schichtwiderstandskomplexes (18) hinsichtlich deren Breite und/
oder Abstand zueinander bestimmt, wobei durch entsprechende Lei
terbahngestaltung auch Regelhysteresen realisierbar sind. Des
weiteren ist die Meßgenauigkeit durch die Parameter der spirali
gen Druckfeder (20) sowie der Querschnittsfläche und der
Hublänge der beweglichen Meßmembranwandung (12a) bestimmt.
Selbstverständlich können diese Drucksensorparameter für die
einzelnen Drucksensoreinheiten (D₁ bis D₆) bei Bedarf unter
schiedlich gewählt seine um unterschiedliche Kennlinien, Genau
igkeitsgrade und/oder Hysteresen in den einzelnen Drucksen
soreinheiten (D₁ bis D₆) zu realisieren.
Wie in Fig. 3 veranschaulicht, ist in einem kompakten Aufbau der
Drucksensoranordnung für die sechs Drucksensoreinheiten (D₁ bis
D₆) ein gemeinsames Gehäuse (22) vorgesehen, das in einem oberen
Teil in einer Reihe nebeneinanderliegend die sechs haubenförmi
gen Abdeckungen (10) sowie den Zwischenboden (15) beinhaltet,
auf den die Abdeckungen (10) aufgesetzt sind. In einem unteren
Teil des Gehäuses (22) unterhalb des Zwischenbodens (15) ist die
Platine (17) als einstückiges, gemeinsames Bauteil für sämtliche
Drucksensoreinheiten (D₁ bis D₆) und, wie zu Fig. 2 erwähnt, für
sämtliche Magnetventile (E₁ bis E₇) untergebracht. Die Platine
(17) trägt somit an den geeigneten Stellen die Dickschichtwider
standskomplexe (18) der einzelnen, den Drucksensoreinheiten (D₁
bis D₆) individuell zugeordneten Potentiometermeßeinheiten. Au
ßerdem sind auf die gemeinsame Platine (17) alle erforderlichen
Stromversorgungs- und Informationsleitungen, letztere vor allem
auch zur Übertragung der Widerstandsmeßwerte, als Leiterbahnsatz
(23) aufgedruckt. Dabei dient ein Teil des Leiterbahnsatzes (23)
zur Versorgung und Ansteuerung der mit der Platine (17) verbun
denen Magnetventile (E₁ bis E₇). Um die im Blockdiagramm von Fig.
1 dargestellte Druckluftverteilung zu erreichen, besitzt das Ge
häuse (22) geeignete, nicht gezeigte Druckluftkanäle sowie pneu
matische Anschlüsse, von denen einer (24) stellvertretend in
Fig. 3 explizit dargestellt ist.
Wie in den Fig. 4 und 5 gezeigt, sind die verschiedenen Meßmem
branhauben (12) für die einzelnen, nebeneinanderliegend im Ge
häuse (22) angeordneten Drucksensoreinheiten (D₁ bis D₆) Teil ei
ner einstückig gefertigten Membran (25), die eine streifenför
mige Membranplatte (25a) beinhaltet, von der sich die zylindri
schen, nach unten offenen Meßmembranhauben (12) erheben. Da
durch, daß für sämtliche Drucksensoreinheiten (D₁ bis D₆) die
einteilige Membran (25) und die gemeinsame Platine (17) vorgese
hen und diese Komponenten in dem gemeinsamen Gehäuse (22) unter
gebracht sind, ergibt sich eine Drucksensoranordnung, die gegen
über einer solchen mit voneinander getrennt in eigenen Gehäusen
angeordneten Drucksensoreinheiten (D₁ bis D₆) wesentlich weniger
Fertigungsaufwand und Bauraum erfordert.
Mit der gezeigten Drucksensoranordnung wird eine Druckrückmel
dung realisiert, die zur kontinuierlichen Drucküberwachung
zwecks Erkennung von Veränderungen aufgrund von Temperatur-,
Luftdruck-, Höhen- und Leckeinflüssen und zur Abspeicherung von
Druckwerten zwecks Erfüllung einer Memory-Funktion eingesetzt
wird. Eine Druckerhöhung wird von der Druckregeleinrichtung ge
mäß Fig. 1 dergestalt durchgeführt, daß das 3/2-Magnetventil (E₇)
in die gezeigte, die Verteilerleitung (3) mit der Druckluftzu
fuhrleitung (7) verbindende Stellung und das oder die betreffen
den 2/2-Magnetventile (E₁ bis E₆) auf Durchlaß geschaltet werden.
Die Auslösung einer solchen Druckerhöhung erfolgt über herkömm
liche, den einzelnen Luftkissen zugeordnete Betätigungsschalter,
deren Schaltzustand von der Steuerlogikeinheit (2) abgetastet
wird. Sobald die Betätigung eines jeweiligen Betätigungsschal
ters beendet ist, wird das diesem Schalter zugeordnete 2/2-Ma
gnetventil (E₁ bis E₆) geschlossen, und der sich einstellende
Druckwert wird für eine Drucknachregelung von der Steuerlogik
einheit (2) über die betreffenden Drucksensoreinheiten (D₁ bis
D₆) erfaßt und abgelegt.
Diese Drucknachregelungsfunktion kompensiert mögliche Druckver
änderungen, die sich abhängig von Temperatur, Luftdruck, Höhe
über Normalnull und kleinen Lecks ergeben können. Dazu wird ein
permanenter Sollwert-Istwert-Vergleich der manuell oder durch
die Memory-Funktion eingestellten Druckwerte durchgeführt, und
bei einer erkannten Abweichung wird eine kompensierende Betäti
gung der Magnetventile (E₁ bis E₇) veranlaßt. Zur Unterdrückung
der Schalthäufigkeit der Magnetventile (E₁ bis E₇) und einer
nicht gezeigten Luftdruckversorgungspumpe wird ein Nachrege
lungsvorgang jeweils erst bei Überscheiten einer vorgegebenen
Toleranzgrenze, z. B. von ± 15 hPa, ausgelöst.
Analog zum beschriebenen Druckerhöhungsvorgang wird eine Druck
reduktion durch entsprechende Betätigung eines oder mehrerer der
Betätigungsschalter ausgelöst, woraufhin der aufgebaute Druck in
einem oder mehreren der Luftkissen reduziert wird. Hierzu werden
das oder die dem jeweiligen Betätigungsschalter zugeordneten
2/2-Magnetventile (E₁ bis E₆) auf Durchgang und das 3/2-Magnet
ventil (E₇) auf den Atmosphärenanschluß (5) geschaltet. Sobald
die Betätigung des oder der Betätigungsschalter beendet wird,
schließen das oder die betreffenden 2/2-Magnetventile (E₁ bis
E₆), und der in jeder Druckfluidleitung (K₁ bis K₆) anstehende
Druck wird als Sollwert in der Steuerlogikeinheit (2) für die
Drucknachregelung, d. h. die Drucküberwachung, abgelegt.
Als Memory-Funktion sind zwecks Abspeicherung individueller
Sitzlehnenkonturen z. B. drei unterschiedliche Einstellungen des
Luftkissensatzes der Sitzlehne möglich. Die Speicherung der zu
gehörigen Druckeinstellwerte erfolgt in der Steuerlogikeinheit
(2). Als Einstellwerte für die Memory-Funktion dienen diejenigen
Druckwerte, die in den Druckfluidleitungen (K₁ bis K₆) zu dem
Zeitpunkt vorliegen, zu welchem der Benutzer eine hierfür vorge
sehene Speichertaste betätigt. Wird durch Betätigen eines hier
für vorgesehenen Memory-Schalters eine der drei abgespeicherten
Kombinationen der Sitzlehnenkontur aufgerufen, so vergleicht die
Steuerlogikeinheit (2) zunächst den anhand der von den Drucksen
soreinheiten (D₁ bis D₆) abgegebenen Widerstandswerte erkannten
momentanen Druckistzustand mit dem abgespeicherten Drucksollzu
stand, wonach die Ventile (E₁ bis E₇) passend angesteuert werden,
um die gewünschten Druckwerte in den einzelnen Luftkissen einzu
stellen.
Es versteht sich, daß erfindungsgemäße Drucksensoranordnungen
nicht nur wie beschrieben für Multikonturlehnensysteme von Fahr
zeugsitzen, sondern überall dort eingesetzt werden können, wo
mehrere parallele Drucksensoreinheiten zur Überwachung der
Drücke in zugeordneten Druckfluidkanälen benötigt werden. Neben
der gezeigten Anordnung der Drucksensoreinheiten in einer Reihe
können diese selbstverständlich bei Bedarf auch in einer zweidi
mensionalen Gruppierung matrixförmig nebeneinanderliegend ange
ordnet sein, wobei die hierfür jeweils einzusetzende Membran die
einzelnen beweglichen Meßmembranwandungen in dazu konformer An
ordnung enthält.
Claims (4)
1. Drucksensoranordnung mit
- - mehreren Drucksensoreinheiten (D₁ bis D₆), von denen jede einen Druckfluidraum (9) mit Druckfluidanschluß (11), eine bewegli che, an den Druckfluidraum (9) angrenzende Meßmembranwandung (12a) und eine an die bewegliche Meßmembranwandung (12a) ge koppelte Potentiometermeßeinheit (16, 18) zur Umwandlung der Meßmembranauslenkung in einen zugehörigen elektrischen Wider standswert aufweist,
dadurch gekennzeichnet, daß
- - die Drucksensoreinheiten (D₁ bis D₆) nebeneinanderliegend ange ordnet sind und
- - für die nebeneinanderliegenden Drucksensoreinheiten (D₁ bis D₆) eine gemeinsame Membran (25) vorgesehen ist, an der die ein zelnen beweglichen Meßmembranwandungen (12a) der Drucksen soreinheiten (D₁ bis D₆) ausgebildet sind.
2. Drucksensoranordnung nach Anspruch 1, weiter
dadurch gekennzeichnet, daß
für die nebeneinanderliegenden Drucksensoreinheiten (D₁ bis D₆)
eine gemeinsame Platine (17) vorgesehen ist, welche für jede
Drucksensoreinheit (D₁ bis D₆) einen eigenen Widerstandsbahnkom
plex (18) als Teil der betreffenden Potentiometermeßeinheit
trägt, entlang dem ein mit der zugehörigen Meßmembranwandung
(12a) gekoppeltes Stellteil (16) der Potentiometermeßeinheit
bewegbar ist.
3. Drucksensoranordnung nach Anspruch 2, weiter
dadurch gekennzeichnet, daß
ein gemeinsames Gehäuse (22) zur Unterbringung der Platine (17)
und der Drucksensoreinheiten (D₁ bis D₆) einschließlich deren ge
meinsamer Membran (25) vorgesehen ist.
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