Sektion G: Physik

Erfindung des Monats September

In unserer Internet-Präsentation "Das Auto und die IPC" zeigen wir bahnbrechende und auch vergessene Erfindungen aus den Gebieten Kraftfahrzeugbau und Verkehrswesen. Außerdem stellen wir mit der "Erfindung des Monats" aktuelle oder auch historische Innovationen vor, die bei heutigen Autos und im Straßenverkehr nicht mehr wegzudenken sind.

Unsere "Erfindung des Monats September" - der Sitzbelegungssensor - ist entscheidend für die Sicherheit im Fahrgastraum. So kann man heutzutage - dank des Sitzbelegungssensors - das Auslöseverhalten von Airbags an die Körpergröße und das Gewicht der Fahrzeuginsassen anpassen.

Sitzbelegungssensor (kapazitiv)

G01V 3/08

Das Prinzip eines elektrischen Kondensators ist spätestens seit den Versuchen des pommerschen Geistlichen Ewald von Kleist 1745 oder der so genannten "Leidener Flasche" (1746) bekannt.

Figur 1: Kapazitiver Sitzbelegungssensor aus DE 43 01 000 C2.

Es besagt im Wesentlichen, dass bestimmte Leiteranordnungen die Fähigkeit besitzen, elektrische Ladung bei einer angelegten elektrischen Spannung zu speichern. Diese Fähigkeit nennt man auch Kapazität. Die einfachste Anordnung eines Kondensators besteht aus zwei gegenüberliegenden metallischen Platten mit einem Medium dazwischen, das Dielektrikum genannt wird. Die Kapazität eines solchen Kondensators ist abhängig von seiner Fläche, dem Abstand der Platten zueinander und den dielektrischen Eigenschaften des Mediums zwischen diesen Platten.

Moderne Sitzbelegungssensoren machen sich diese Tatsache auf einfache Art zunutze (Figur 1 aus DE 43 01 000 C2).

Figur 2: Sitzbelegungssensorik mit mehreren Kondensatoreinheiten in der Sitzfläche und in der Rückenlehne (DE 198 12 626 A1).

Baut man nämlich in die Sitzfläche eines Fahrzeugsitzes (4) eine elektrisch leitende Schicht ein (z.B. eine flexible Platte oder eine Folie aus Metall, 11) und eine zweite (13) in einem festen Abstand davon in den Schaumstoffkörper des Sitzes, so bilden diese bei nicht belegtem Sitz bei konstant angelegter Spannung einen Kondensator mit einer bestimmten Kapazität. Setzt sich nun eine Person auf diesen Sitz, werden aufgrund des Gewichtes der Person die beiden leitenden Schichten einen geringeren Abstand zueinander einnehmen und sich eventuell auch die dielektrischen Eigenschaften des Mediums zwischen ihnen (Schaumstoff, Polsterung, etc.) aufgrund der Kompression ändern. Dies führt bei konstanter Spannung zu einer Änderung der Kapazität des Kondensators. Schon mit einer einfachen Schaltung sind die Art und der Betrag dieser Veränderung leicht zu messen.

Sieht man nicht nur einen sondern viele dieser Kondensatoren an verschiedenen Orten des Sitzes vor (Figur 2 aus DE 198 12 626 A1), z.B. auch in seiner Lehne (21, 22), kann auch auf die Körpergröße, das Gewicht und die genaue Sitzposition der Person oder eines auf dem Sitz abgelegten Gegenstandes (z.B. eines Kindersitzes) geschlossen werden. Die Kenntnis dieser Parameter ist heute entscheidend für die Sicherheit im Fahrgastraum, werden doch mit diesen Größen die Aktivierung und ein angepasstes Auslöseverhalten der Airbags angesteuert.

Für eine Recherche relevante IPC-Gruppen
IPC	Technischer Aspekt
G01V 3/08	Ausgestaltung der Kondensatoren als Näherungssensoren und Auswertung der gewonnenen Daten
B60N 2/42	Bauliche Umsetzung eines Sicherheitssitzes für ein Kraftfahrzeug
H03K 17/955	Schalten oder Auslösen mit kapazitivem Detektor
G07C 11/00	Kontrollsysteme, die einen bestimmten Zustand nachweisen

Zitierte Patentdokumente
Patentnummer	Jahr	Titel
DE 198 12 626 A1	1998	Verfahren zur kapazitiven Objekterkennung bei Fahrzeugen
DE 43 01 000 C2	1993	Kapazitives Detektorsystem

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