DE4113563A1 - Druckschalter fuer geschlossene gasfoermige oder fluessige systeme, insbesondere fuer einen druckbehaelter zur befuellung eines airbags - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Druckschalter für geschlossene gas­ förmige oder flüssige Systeme, insbesondere für einen Druckbehäl­ ter zur Befüllung eines Airbags.

Airbags werden aus Sicherheitsgründen heute zunehmend mehr in Kraftfahrzeugen zum Schutz des Kraftfahrzeuglenkers aber auch des Beifahrers eingesetzt. Ein sicherer Betrieb eines derartigen Airbags im Falle einer Kollision erfordert, daß er in Bruchteilen einer Sekunde voll aufgeblasen ist. Um dies zu gewährleisten, ar­ beiten heute eingesetzte Airbags nach dem Prinzip, daß im Falle einer Kollision eine Explosion ausgelöst wird, worüber sich der Druck im Luftsack in Bruchteilen einer Sekunde aufbauen soll. Zur Durchführung der Explosion werden Tabletten, insbesondere Natriumzyanid verwandt, die dann zur Explosion gebracht werden. Natürlich stellen aber derartige hochtoxische Tabletten eine große Gefahr für Mensch und Umwelt dar. Zudem besteht nach einer Kol­ lision für den Autofahrer eine große Vergiftungsgefahr.

Wird nämlich die Tablette nicht komplett abgebrannt und kommen Reste des Zündstoffes mit Wasser in Berührung, so entstehen gif­ tige Dämpfe, nämlich insbesondere Blausäure (HCN), die den Tod der Kraftfahrzeugfahrer bewirken können.

Natürlich muß darüber hinaus auch bei Unfallwagen, wie aber auch bei endgültig ausgemusterten, zum Schrott gelangenden Fahr­ zeugen eine entsprechende Entsorgung der hochgiftigen Zünd-Ta­ bletten sichergestellt werden.

Um diese Nachteile auszuschalten, werden derzeit auch Airbags entwickelt, bei denen der Airbag im Falle einer Kollision schlag­ artig mit Luft aufgepumpt werden soll, die aus einer unter ent­ sprechendem Druck stehenden Luftflasche strömt. Im Falle eines Crashes wird eine Membran entzündet, die ein schlagartiges Auf­ pumpen des Airbags ermöglicht. Da es sich bei der Luft-Druck­ flasche um ein abgeschlossenes Gas-System handelt, muß über Jahre hinweg sichergestellt werden, daß der Luftdruck in dem Hochdruckbehälter stets in ausreichender Höhe vorhanden ist, da­ mit die Funktion des Airbags in einem Kollisionsfalle stets si­ chergestellt werden kann. Sinkt der Druck unter eine gewisse Druckschwelle, so kann dies mittels einer Warnleuchte im Fahr­ zeug angezeigt werden. Es ist also ein Druckschalter erforder­ lich, der möglichst billig herstellbar sein soll und dabei in Funktion und Einsatz höchst zuverlässig über viele Jahre hinweg arbeitet.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es von daher, einen Druckschalter für geschlossene flüssige oder gasförmige Systeme, also Systeme mit konstantem Volumen, insbesondere für einen Druckbehälter zur Befüllung eines Airbags zu schaffen, der zu­ verlässig arbeitet und dabei einfach aufgebaut ist.

Durch die vorliegende Erfindung wird ein höchst einfach aufge­ bauter Druckschalter geschaffen, der gleichwohl eine hohe Zu­ verlässigkeit und Funktionstauglichkeit aufweist, und dies über viele Jahre hinweg.

Der erfindungsgemäße Druckschalter arbeitet dabei mit einer in­ tegrierten Kompensationsschaltung, worüber gewährleistet wird, daß nicht nur der Druck als solcher ermittelt und mit einer vor­ einstellbaren Druckschwelle verglichen wird (um bei Unterschrei­ ten der Druckschwelle ein Warnsignal auszulösen), sondern der es auch erlaubt, eine temperaturbedingte Druckerhöhung oder Druck­ verminderung so zu verarbeiten, daß durch diese temperaturbe­ dingte Druckänderung auch die Druckschwelle entsprechend nach­ geführt, d. h. nachgeregelt wird.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird dabei ein Drucksensor mit zumindest zwei Sensor-Widerstän­ den verwandt, die bei Druckerhöhung bzw. Druckverminderung eine gegenläufige Widerstandskennlinie aufweisen. Darüber ist es möglich, mit einer weiteren in Reihe geschalteten Widerstands- Korrekturschaltung sicherzustellen, daß bei einer temperaturbe­ dingten Druckänderung in dem geschlossenen System am Abgriffs­ punkt des Drucksensors die druckbedingte Abnahme des Wider­ standswertes im wesentlichen gleich ist der temperaturbedingten Zunahme des Widerstandswertes, also hierdurch ausgeglichen wird. Mit anderen Worten wird durch eine temperaturbedingte Druckän­ derung entsprechend dem Gesetz von Gay Lussac die für die Warn­ funktion wesentliche Druckschwelle stets so mitverändert, daß z. B. allein durch eine temperaturbedingte Druckerhöhung nicht fälschlicherweise ein ausreichender Druck angezeigt oder umge­ kehrt bei allein durch Temperaturerniedrigung gesunkenem Druck die Warnfunktion ausgelöst wird, obwohl der Druck z. B. in der Gasflasche, d h. dem Gasbehälter bei einer Durchschnittstempera­ tur von z. B. 20°C immer noch dem ursprünglichen Befüllungs­ druck entspricht.

Damit ist am Abgriffpunkt das Spannungssignal über den ganzen Temperaturbereich im wesentlichen konstant.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist einem der bei­ den Sensor-Widerstände ein Temperatur-Kompensations-Widerstand parallel geschaltet, der die gleichen Kompensationsfunktion be­ wirkt.

Schließlich kann zu dem Drucksensor (auch zum Ausgleich einer temperaturveränderlichen Empfindlichkeit der gesamten Anordnung bedingt durch eine temperaturbedingte Stromänderung) eine Wider­ stands-Kompensationsschaltung in Reihe geschaltet werden, die bevorzugt mit einem Widerstand mit negativem Temperaturkoeffi­ zienten (NTC) arbeitet.

Die bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsformen arbeiten also so, daß vor allem durch die temperaturbedingte Widerstands­ änderung des Meßsignals selbst eine Kompensation bezüglich des temperaturbedingten Druckanstieges möglich ist. Dies bietet den wesentlichen Vorteil, daß insbesondere auch bei der Prüfung der Schaltungsanordnung keine weiteren temperaturabhän­ gigen Komponenten berücksichtigt werden müssen.

Grundsätzlich ist erfindungsgemäß aber auch eine Schaltung der­ gestalt möglich, bei der eine durch eine Temperaturänderung aus­ gelöste Druckänderung in einem geschlossenen System zwar zu einer Drucksignalveränderung führt, bei der aber dann das an dem zweiten Eingang des Komparators anliegende Referenzsignal ebenfalls temperaturabhängig so nachgeführt wird, daß die am Komparator anliegende überprüfte Signal-Differenz wiederum tem­ peraturunabhängig wird. Dies kann bevorzugt durch zusätzlich geschaltete NTC-Widerstände mit negativem Temperaturkoeffizient in der Spannungsteiler-Strecke zum Abgriff der Referenzspannung für den Komparator erfolgen.

Nur der Vollständigkeit halber sei auch noch erwähnt, daß das bevorzugt an einer piezoresistiven Halbbrücke abgegriffene Meß­ signal auch noch einem Zwischenverstärker vor dem Eingang des Komparators zugeführt werden kann.

Darüber hinaus ist grundsätzlich auch eine Schaltung möglich, bei der nur ein einziger Widerstand, bevorzugt ein einziger pie­ zoresistiver Widerstand, verwandt wird.

Schließlich sind auch völlig andere Sensoren, beispielsweise unter Verwendung von Dehnungsstreifen arbeitende Sensoren, möglich.

Der erfindungsgemäße Druckschalter kann aber auch für andere geschlossene Systeme, wie beispielsweise zur Überwachung des Reifendrucks, zur Drucküberwachung in Feuerlöschgeräten, zur Drucküberwachung in Antiblockiersystemen etc., verwandt werden, also überall dort, wo immer eine gewisse Schaltschwelle einge­ stellt werden muß. Die Erfindung eignet sich also für geschlos­ sene Systeme mit einem konstanten, d. h. unveränderlichen, Volu­ men, aber auch für geschlossene Systeme, bei denen nicht nur die Temperatur und der Druck, sondern auch das Volumen verändert wird. Geschlossene Systeme heißt hier, daß entsprechend dem Gay- Lussac-Gesetz die in dem geschlossenen System eingefüllte Masse unverändert bleibt.

Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung erge­ ben sich nachfolgend aus den anhand von Zeichnungen dargestell­ ten Ausführungsbeispielen. Dabei zeigt im einzelnen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 2 eine Graphik zur Ermittlung eines sensor-wider­ stands-abhängigen Kompensationswiderstandes;

Fig. 3 eine weitere Graphik zur Ermittlung des sensor- widerstands-abhängigen Kompensationswiderstandes;

Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungs­ gemäßen Druckschalters;

Fig. 5 eine weitere Schaltungsanordnung für den Betrieb des erfindungsgemäßen Druckschalters;

Fig. 6 ein weiteres abgewandeltes Ausführungsbeispiel.

In Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsge­ mäßen Druckschalters mit einem Komparator 1 gezeigt, der stets dann geschaltet, d. h. sein Ausgang leitend wird, wenn die Span­ nung am positiven Eingang größer ist als die Schaltung am nega­ tiven Eingang. Im gezeigten Ausführungsbeispiel dient ein Ope­ rationsverstärker als Komparator 1.

Der negative Eingang des Komperators ist in diesem Ausführungs­ beispiel mit einem Abgriffpunkt 3 eines Spannungsteilers 5 ver­ bunden, der zumindest zwei in Reihe geschaltete Referenzspan­ nungs-Widerstände 7 umfaßt. Diese werden entsprechend vorge­ wählt.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel können sie gleich groß sein, wobei dann durch einen den oberen oder unteren Referenzspan­ nungs-Widerstand 7 parallelgeschalteter Referenzspannungs- Kompensations-Widerstand 71 eine entsprechende Feineinstellung des am negativen Eingang des Komparators 1 anliegenden Refe­ renz-Spannungswertes eingestellt werden kann. Durch diesen Re­ ferenz-Spannungswert wird die Auslöseschwelle zum Durchschal­ ten des Komparators 1 eingestellt.

Der Spannungsteiler 5 ist zwischen einem Anschlußpol 11 zum An­ legen der Betriebsspannung von beispielsweise 5 V Gleichspannung und einem das Massepotential darstellenden zweiten Anschlußpol 13 geschaltet.

In dem zweiten, zum Spannungsteiler 5 parallelgeschalteten Spannungsleiter 6 ist ein vorzugsweise in Form eines piezore­ sistiven Drucksensors ausgebildeter Drucksensor 17 vorgesehen, der in Reihe geschaltet ist mit einem Bereichswiderstand 19. Die Anordnung ist derart, daß vom einen Anschlußpol 11 kommend in Reihe der Bereichswiderstand 19, der erste Sensor-Widerstand 17′ und dann der zweite Sensorwiderstand 17′′ zwischen dem Anschluß­ pol 11 und der den zweiten Anschlußpol 13 darstellenden Masse geschaltet ist. Durch die Pfeildarstellung für die Sensor-Wider­ stände ist angezeigt, daß der untere an Masse anliegende zweite Sensorwiderstand 17′′ eine bei Druckerhöhung fallende Wider­ stands-Kennlinie und der zwischen einem Abgriffpunkt 21 (zwi­ schen den beiden Sensorwiderständen) und dem oberen Bereichswi­ derstand 19 liegende Sensor-Widerstand 17′ eine bei Druckerhö­ hung ansteigende Widerstandskennlinie aufweist.

Der Bereichswiderstand 19 muß - worauf später noch eingegangen wird - entsprechend eingestellt werden, wobei der Abgleich des Bereichswiderstandes 19 wie auch die Referenzspannungs-Wider­ stände 7 beispielsweise durch Laser oder Sandstrahlen oder über programmierbare Widerstände vorgenommen werden kann. Im ge­ zeigten Ausführungsbeispiel ist dem Bereichswiderstand 19 ein Bereichs-Korrekturwiderstand 19′ parallel geschaltet.

Die erfindungsgemäße Schaltung zeigt, wie nunmehr auf einfachste Weise und mit geringen Kosten ein entsprechender Druckschalter beispielsweise für einen Gasdruckbehälter zur Versorgung eines Airbags arbeitet.

In einem derartigen abgeschlossenen Luftbehälter mit einem be­ stimmten Fülldruck ändert sich der Innendruck nach dem Gesetz von Gay Lussac gemäß der Formel

wobei V das Volumen, m die Masse, p der Druck und T die Tem­ peratur ist. Der Druck p ändert sich bei konstantem Volumen di­ rekt proportional zur Temperatur. Wird ein geschlossener nicht ausdehnungsfähiger Gasbehälter beispielsweise mit Luft bei 20°C mit 225 bar befüllt, so herrscht bei 80°C in diesem Luftbehälter ein Innendruck von ca. 300 bar und bei beispielsweise -30°C ein Innendruck von ca. 160 bar.

Die Anforderungen an den Druckschalter sind nun so, daß das Warnsignal aufleuchten soll, wenn der Innendruck bei irgendeiner Temperatur mehr als 10 bar vom gemäß dem Gay-Lussac-Gesetz sich temperaturabhängig ändernden Solldruck nach unten ab­ weicht.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel werden in der ersten Spannungs­ teilerschaltung 5 Referenzspannungs-Widerstände 7 und der Re­ ferenzspannungs-Kompensationswiderstand 9 so gewählt, daß bei­ spielsweise am negativen Eingang eine Spannung von 2 V anliegt. Bei Raumtemperatur und Druck 0 in dem zu messenden Druckbehäl­ ter ist der in Form eines Operationsverstärkers ausgebildete Komparator 1 leitend, d. h. eine daran angeschlossene nicht näher dargestellte Warnlampe leuchtet auf. Dies heißt, daß der Druck im Druckbehälter unterhalb des Sollwertes liegt. Bei zunehmendem Druck beispielsweise beim Füllen des Druckbehälters verringert sich die Spannung am positiven Eingang des Komparators 1, da der Widerstandswert des ersten Sensor-Widerstandes 17′ ansteigt und des zweiten Sensor-Widerstandes 17′′ abfällt. Im gleichen Maße ändert sich der Spannungsabfall an diesen beiden Sensor- Widerständen. Z. B. bei 230 bar fällt die Spannung am positiven Eingang des Komparators unter 2 V. Der Komparator wird damit nichtleitend und schaltet die über seinem Ausgang angesteuerte und nicht dargestellte Warnlampe aus. Sie bleibt nunmehr nach dem Befüllen für alle Drücke über 230 bar bei Raumtemperatur ausgeschaltet. Fällt bei Raumtemperatur der Druck wieder unter 230 bar, so schaltet die nicht dargestellte Warnlampe wieder ein.

Ändert sich aber nunmehr die Umgebungstemperatur des über den Drucksensor überwachten und in Fig. 1 nur strichliert angedeu­ teten Luft- oder Gasbehälters 25, so ändert sich der Innendruck in dem Druckbehälter 25 und damit auch die ein Warnsignal aus­ lösende Druckschwelle. Die Sensor-Widerstände 17′ und 17′′ weisen einen sehr hohen Temperaturkoeffizient von beispielsweise weit über 1000 ppM, vorzugsweise über 1100 ppM, 1200 ppM usw. bis beispielsweise über 3000 ppM und höher auf. Im gezeigten Aus­ führungsbeispiel beträgt beispielsweise der Temperaturkoeffi­ zient 2200 ppM oder 0,0022%/K. Da der Bereichswiderstand 19 bzw. der entsprechende Bereichs-Korrekturwiderstand 19′ demgegenüber einen sehr viel niedrigeren Temperaturkoeffizienten von in der Regel deutlich unter 500 ppM, beispielsweise weniger als 400 ppM, weniger als 300 ppM usw. bis zumindest weniger als 100 ppM auf­ weist, steigt die Spannung am positiven Eingang des Komperators 1 allein durch den Temperaturanstieg an. Im gezeigten Ausfüh­ rungsbeispiel weist beispielsweise der Bereichswiderstand einen Temperaturkoeffizienten von 50 ppm auf. Da sich in diesem Fall aber auch der Druck mit steigender Temperatur erhöht, führt die Druckerhöhung zu einer Widerstandserniedrigung am Sensor-Wider­ stand 17′′ und damit zu einem Spannungsabfall.

Die Temperaturabhängigkeit der Sensor-Widerstände 17′ und 17′′ bzw. die Abgriffspannung U (pT) als Funktion des veränderten Druckes und der veränderten Temperatur läßt sich dann wie folgt darstellen, wobei das +- Zeichen für den Sensor-Widerstand mit an­ steigen der Widerstandskennlinie und das - Zeichen für den Sensor- Widerstand 17′′ mit fallender Widerstandskennlinie jeweils bei einem Druckanstieg gilt:

wobei R₁₉ der Wert für den Bereichswiderstand 19 und U_Betrieb die Betriebsspannung darstellt.

Der Bereichswiderstand 19 bzw. bei gegebenenfalls vorgesehenem weiteren Bereichs-Korrekturwiderstand 19′ wird nunmehr so di­ mensioniert, daß die allein temperaturbedingte Änderung der Spannung am mit dem einen Eingang des Komparators (hier des positiven Eingangs) verbundenen Abgriffspunkt 21 durch die allein druckbedingte Änderung ausgeglichen wird.

Mit anderen Worten wird beispielsweise eine temperaturbedingte Zunahme des Widerstandswertes und damit des Spannungsabfalles am Sensor-Widerstand 17′′ durch die gleichzeitig bedingte Druck­ erhöhung und damit eine entsprechende Widerstandserniedrigung mit der Folge einer Erniedrigung des Spannungsabfalles am Sen­ sor-Widerstand 17′′ ausgeglichen.

Damit kann die Spannung am positiven Eingang des Sensors über den ganzen Temperaturbereich konstant oder im wesentlichen kon­ stant gehalten werden. Der entsprechende Abgleich kann so vorge­ nommen werden, daß eine Fehlerabweichung deutlich weniger als 20%, 15%, 10% oder auch 5% oder noch weniger beträgt, und zwar über den gesamten zu berücksichtigenden Temperaturbereich.

Anhand des in Fig. 2 dargestellten Diagramms wird die am posi­ tiven Eingang des Komparators 1 anliegende Abgriffsspannung des Drucksensors 17 für verschiedene eingesetzte Bereichswiderstände 19 für drei durchgeführte Druckmessungen

-30°C und 160 bar
  25°C und 230 bar sowie
  80°C und 300 bar

dargestellt.

Werden die maximalen Spannungsschwankungen (in mV) innerhalb der maximalen Bereichsgrenzen bei -30°C bei 160 bar und 80°C bei 300 bar ermittelt und in dem in Fig. 3 dargestellten Diagramm gegenüber den eingesetzten Widerständen (Ohm) aufgetragen, so ergibt sich in dem gezeigten Ausführungsbeispiel für einen spe­ zifischen Drucksensor-Typ ein günstiger Bereichswiderstand (an der Schnittstelle zum Wert Null für ΔU) mit beispielsweise 470 Ohm.

Ein einfacher Abgleich des Druckschalters kann dadurch vorge­ nommen werden, daß die in Fig. 1 dargestellte Schaltung ohne Bereichs-Korrekturwiderstände 19′ und Referenzspannungs-Korrek­ tur-Widerstand 9 beispielsweise bei 20°C einem Schaltdruck von 230 bar ausgesetzt wird. Die am positiven Eingang des Kompara­ tors 1 anliegende Spannung wird erst ohne und dann mit einem extern zugeschalteten Bereichswiderstand 19 gemessen.

Nun wird eine zweite Temperatur und der zugehörige Schaltdruck eingestellt, wobei wieder die am positiven Eingang des Kompara­ tors 1 anliegende Spannung mit und ohne den extern zugeschalte­ ten Bereichswiderstand 19 gemessen wird. Daraus läßt sich rech­ nerisch der Kompensationswiderstand für konstante Spannungen er­ mitteln. Dieser ermittelte Widerstand wird dann in der Schaltung gemäß Fig. 1 als Bereichs-Widerstand 19 verdrahtet und die am Abgriffpunkt 21 anliegende Spannung erneut gemessen. Im ausge­ bauten Zustand des Bereichswiderstandes 19 läßt sich die Span­ nung am Spannungsteiler 5 durch entsprechendes Zuschalten der dort vorgesehenen Referenzspannungs-Widerstände 7 auf das Span­ nungsniveau bringen, das demjenigen am Abgriffpunkt 21, d. h. am positiven Eingang des Komparators 1 anliegt und als Schwell­ wert, d. h. als Druck-Auslösewert, eingestellt ist.

Zum Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 wird noch erwähnt, daß natürlich die Anschlußpole für die Betriebsspannung und Masse vertauscht werden können. In diesem Falle müßte aber der am ne­ gativen Eingang des Komparators 1 anliegende Schwellwert höher­ liegend eingestellt werden. Der Ausgang wäre dann abweichend vom erläuterten Ausführungsbeispiel immer dann leitend, wenn der Druck in dem überwachten Druckbehälter oberhalb des eingestell­ ten Schwellwertes liegt. Sollte eine nachgeschaltete Warnleuchte nur bei Unterschreiten aufleuchten, so müßte dem Komparator 1 eine Inversionsschaltung nachgeschaltet werden.

Anhand von Fig. 4 wird erläutert, daß eine zu Fig. 1 ver­ gleichbare Schaltung auch dadurch möglich ist, daß einem der beiden Sensor-Widerständen ein Widerstand, in der Regel ein Ohm­ scher Widerstand, parallel geschaltet wird.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 wird der Kompen­ sationswiderstand 19′′ demjenigen Sensor-Widerstand 17′ parallel geschaltet, der eine bei Druckerhöhung ansteigende Widerstands­ kennlinie aufweist. Die aus den beiden Sensor-Widerständen 17′ und 17′′ gebildete Halbbrücke wird in diesem Ausführungsbeispiel mit konstantem Strom gespeist. Insbesondere wenn die beiden Wi­ derstände 7 gegenüber den Sensorwiderständen 17′ und 17′′ viel größer sind, beispielsweise um den Faktor 50 oder mehr, so kann am Angriffspunkt 21 in einem - offenen - System über alle Temperaturen hinweg ein konstanter Druck abgegriffen werden. Es würde sich insoweit um das Schaltschema eines Druckschalters handeln, bei dem die Druckschwelle für alle Temperaturen gleich groß ist. Der Kompensationswiderstand 19′′ würde dazu dienen, al­ lenfalls geringe Verschiebungen des Nullpunktes über die Tempe­ ratur auszugleichen, wobei dieser Widerstand 19′′ je nach Vor­ zeichen der Verschiebung dem Widerstand 17′ bzw. 17′′ parallel geschaltet werden kann. Wird aber die in Fig. 4 gezeigte Schal­ tung in einem geschlossenen System eingesetzt, so würde eine Temperaturerhöhung auch zu einer Druckerhöhung in dem ge­ schlossenen System führen. D. h., daß am Sensor-Widerstand 17′ ein höherer Spannungsabfall auftritt und somit das am Abgriff­ punkt 21 anliegende Spannungspotential höher liegt. Diese Druck- und Spannungspotentialzunahme wird durch den Parallelwiderstand 19′′ parallel zum Sensor-Widerstand 17′ im Sinne einer Kompensa­ tion abgeglichen.

Nachfolgend wird auch noch auf Fig. 5 Bezug genommen, in der eine weitere Schaltungsanordnung dargestellt ist.

Bekanntermaßen ändern sich durch die temperaturabhängigen Sen­ sor-Widerstände bei einer Konstanzspannungs-Speisung an den An­ schlußpolen mit veränderter Temperatur auch der durch den Drucksensor 17, d. h. die Sensor-Widerstände 17′ und 17′′ fließende Strom und damit die Empfindlichkeit. Bei einem Temperaturunter­ schied von 100°K kann eine derartige Veränderung beispielsweise bis zu 20% betragen.

Falls nur eine Konstantspannung und keine Konstantstromquelle zur Verfügung steht, können durch die in Fig. 5 dargestellten Kompensationswiderstände 31 mit einem ersten Kompensationswider­ stand 31′ und einem parallelgeschalteten zweiten Kompensations­ widerstand 31′′ mit negativem Temperaturkoeffizient (NTC) geschal­ tet werden, die die gleiche temperaturabhängige Widerstandsver­ änderung wie die Sensor-Widerstände aufweisen, allerdings mit umgekehrten Vorzeichen. Damit heben sich die Widerstandsverände­ rungen gegenseitig auf.

Der Gesamtwiderstand des den Drucksensor umfassenden Span­ nungsteiler-Zweiges bleibt konstant und somit auch der bei kon­ stanter Spannung fließende Strom.

Die Kompensationsschaltung gemäß Fig. 5 kann auch bei den an­ deren Ausführungsbeispielen ergänzend mitberücksichtigt werden.

Die Anordnung der Sensor-Widerstände 17′ und 17′′ sind wie in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 derart, daß der Sensor- Widerstand mit einer ansteigenden Widerstandskennlinie bei einem Druckanstieg zwischen dem Abgriffpunkt 21 und dem die Masse bildenden zweiten Anschlußpol 13 geschaltet und der andere bei einer Druckabnahme eine sinkende Widerstandskennlinie aufweisen­ de Sensor-Widerstand 17′′ in Reihe zu den Kompensationswiderstän­ den 31 und dem anderen Anschlußpol 11 geschaltet ist. Schließlich ist bei diesem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 der Abgriff­ punkt 21 des Drucksensors 17 an den negativen Eingang des als Operationsverstärker arbeitenden Komparators 1 und die entspre­ chende Referenzspannung der Spannungsteilerschaltung 5 an den Plus-Eingang des Komparators 1 angelegt.

Es wird noch angemerkt, daß insbesondere auch bei dem Ausfüh­ rungsbeispiel gemäß Fig. 5 der einen negativen Temperaturkoef­ fizienten aufweisende Kompensationswiderstand 31′′ der gleichen Temperatur ausgesetzt werden soll bzw. muß wie die Sensor-Wider­ stände 17′ und 17′′.

In Fig. 6 ist eine weitere Abwandlung im wesentlichen zu Fig. 4 gezeigt. Bei dieser Ausführungsform kann auf den zu einem der beiden Sensor-Widerständen 17′ bzw. 17′′ parallelgeschalteten Kompensationswiderstände 9′′ verzichtet werden. Als Ausgleich da­ zu ist in der Spannungsteilerschaltung 5 zur Festlegung des Re­ ferenz-Spannungswertes zu zumindest einem der Referenzspannungs- Widerstände 7 ein Kompensationswiderstand 19′′′′ in Form eines NTCs, also eines Widerstandes mit negativem Temperaturkoeffi­ zient parallel geschaltet. Die Parallelschaltung erfolgt bezüglich des oberen bzw. unteren in Reihe geschalteten Widerstandes 7 derart, daß an dem zweiten Eingang des Komparators 7 das tem­ peraturabhängige Referenzspannungs-Signal entsprechend so nach­ geführt wird, daß die am Abgriffpunkt 21 durch die Temperatur und damit die Druckänderung im geschlossenen System bewirkte Änderung des Meßsignals so kompensiert wird, daß die am Kompa­ rator 1 anliegende Spannungsdifferenz zumindest annähernd un­ verändert, im wesentlichen eben völlig unverändert bleibt.

Im übrigen wird angemerkt, daß die vorstehend erläuterten Aus­ führungsbeispiele gemäß Fig. 1 bis 6 auch durch entsprechende, in den einzelnen Ausführungsbeispielen getrennt dargestellte Kombinationsschaltungen bewirkt werden kann.

Vor allem die anhand der Fig. 6 erläuterte Schaltung eignet sich auch für andere Sensoren, beispielsweise Sensoren, die auf der Basis eines Dehnungsmeßstreifens arbeiten. Denn bei Verwendung derartiger Sensoren kann abweichend beispielsweise zu dem Aus­ führungsbeispiel gemäß Fig. 1 keine temperaturabhängige Kom­ pensationswirkung durch den Sensor-Widerstand selbst erzielt wer­ den.

Anhand der erläuterten Ausführungsbeispiele ist deutlich gewor­ den, daß ein einfacher Aufbau des Druckschalters allein durch Verwendung passiver Ohmscher Widerstände möglich ist.

Natürlich könnten aber auch andere Widerstandselemente, gegebe­ nenfalls auch aktive Widerstände (Impedanzen) eingesetzt werden.

Bei den vorstehend erläuterten Ausführungsbeispielen unter Verwen­ dung eines Kompensationswiderstandes mit negativem Temperatur­ koeffizient (NTC) soll dieser stets die Temperatur des Gesamt­ systems haben, d. h., dieser Widerstand soll sich auf der gleichen Temperatur wie der Drucksensor befinden.

Claims (15)

1. Druckschalter für geschlossene flüssige oder gasförmige Syste­ me, insbesondere für einen Druckbehälter zur Befüllung eines Air­ bags, mit

• - einem Komparator (1),
• - an dessem einen Eingang ein einstellbares, einem Druckschwell­ wert entsprechendes Referenzsignal anliegt,
• - und an dessem anderen Eingang ein von einem Drucksensor (17) kommendes Drucksignal anliegt,
• - und einer Kompensationsschaltung zur Berücksichtigung einer temperaturbedingten Druckänderung in einem geschlossenen Druckbehälter oder -system,
• - wobei durch die Kompensationsschaltung eine an sich durch einen Temperaturänderung ausgelöste Druckänderung und damit eine entsprechende Änderung des Drucksensorsignals durch eine weitere temperaturbedingte Signaländerung zumindest annähernd kompensiert wird und/oder durch die Kompensationsschaltung das Referenzspannungssignal temperaturabhängig so nachgeführt wird, daß das an sich durch eine Temperaturänderung verän­ derte Drucksignal durch das temperaturabhängig nachgeführte Referenzsignal zumindest annähernd kompensiert wird.

2. Druckschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drucksensor zumindest einen Sensor-Widerstand (17′ oder 17′′), vorzugsweise zumindest zwei in Reihe geschaltete Sensor-Wider­ stände (17′, 17′′) mit bei Druckänderung gegenläufiger Wider­ standsänderung aufweist.

3. Druckschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Drucksensor (17) aus einem piezoresistiven Druck­ sensor (17) besteht.

4. Druckschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Kompensationsschaltung aus dem Drucksen­ sor (17) selbst und einer damit in Reihe geschalteten Wider­ standsschaltung (19) besteht, wobei die Kompensationswider­ standsschaltung (19, 19′) in bezug auf die Sensor-Widerstände (17′, 17′′) so ausgelegt ist, daß im Falle einer allein tempera­ turbedingten Druckänderung eine durch die Druckänderung bewirk­ te Drucksensor-Signaländerung am Ausgang des Drucksensors (17) durch eine gegensinnige temperaturbedingte Drucksensor-Signalän­ derung zumindest annähernd kompensiert wird.

5. Druckschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der bei einer Druckerhöhung eine abfallende Widerstandskennlinie aufweisende Sensor-Widerstand (17′′) zwi­ schen dem den Ausgang des Drucksensors darstellenden Abgriff­ punkt (21) und dem einen Anschlußpol (13) und der bei einer Druckerhöhung eine ansteigende Widerstandskennlinie aufweisende Sensor-Widerstand (17′) in Reihe mit der Kompensationswider­ standsschaltung (19, 19′) geschaltet ist.

6. Druckschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Kompensationsschaltung aus dem Drucksen­ sor (17) selbst und einer zu einem seiner Sensor-Widerstände (17′) parallelgeschalteten Widerstandsschaltung (19′′) besteht, wobei die Kompensationswiderstandsschaltung (19′′) vorzugsweise parallel zu dem Sensor-Widerstand (17′) mit bei einer Drucker­ höhung ansteigender Widerstandskennlinie geschaltet ist, und daß die Kompensationswiderstandsschaltung (19′′) in bezug auf die Sensor-Widerstände (17′, 17′′) so ausgelegt ist, daß im Falle einer allein temperaturbedingten Druckänderung eine durch die Druckän­ derung bewirkte Drucksensor-Signaländerung am Ausgang des Drucksensors (17) durch eine gegensinnige temperaturbedingte Drucksensor-Signaländerung zumindest annähernd kompensiert wird.

7. Druckschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Sensor-Widerstände (17′, 17′′) einen im Ver­ hältnis der Kompensationswiderstände (19, 19′) hohen Temperatur­ koeffizienten aufweisen.

8. Druckschalter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturkoeffizient der Sensor-Widerstände (17′, 17′′) mehr als 0,001%/K, vorzugsweise einen Temperaturkoeffizient über 0,0011, 0,0012. . .0,0029 oder mehr als 0,0030%/K aufweist.

9. Druckschalter nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeich­ net, daß die Kompensationswiderstandsschaltung einen Temperatur­ koeffizient von 500 ppmM/K, vorzugsweise unter 400, 300, 200 bzw. 100 ppmM/K aufweist.

10. Druckschalter nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Temperaturkoeffizient der Sensor-Wider­ stände (17′, 17′′) im Gegensatz zum Temperaturkoeffizient der Kompensationswiderstandsschaltung (19, 19′) zumindest um den Faktor 10, vorzugsweise um den Faktor 20, 30 oder 40 größer ist.

11. Druckschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Drucksensor (17) in Reihe eine Kom­ pensationswiderstandsschaltung (31) geschaltet ist, die zumindest einen Kompensationswiderstand (31′′) mit negativem Temperatur­ koeffizient (NTC) aufweist.

12. Druckschalter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationsschaltung (31) zumindest zwei parallelgeschal­ tete Kompensationswiderstände (31′, 31′′) aufweist, wobei lediglich ein Kompensationswiderstand (31′′) einen negativen Temperaturkoef­ fizienten aufweist.

13. Druckschalter nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Kompensationswiderstand (31′′) mit negativem Temperaturkoeffizient so gewählt ist, daß die Zunahme des tem­ peraturbedingten Drucksignals den Abfall des temperaturbeding­ ten Sensorsignals aufhebt.

14. Druckschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß in dem zum Drucksensor (17) parallelge­ schalteten Spannungsteiler (5) zu einem der dort vorgesehenen Widerstände (7) ein Kompensations-Widerstand (19′′′′) mit negati­ vem Temperaturkoeffizient (NTC) so parallel geschaltet ist, daß die am Komparator (1) anstehende Meßsignal-Differenz bei einer temperaturbedingten Druckänderung zumindest annähernd konstant ist.

15. Druckschalter nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompensations-Widerstand (19′′′′) der Tem­ peratur im geschlossenen System, also der gleichen Temperatur wie der Sensor (17) ausgesetzt ist.