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Die
Erfindung betrifft ein Hupenmodul für ein Fahrzeuglenkrad.
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Seit
der serienmäßigen Einführung von
Gassackmodulen im Lenkrad ist es ein Ziel, die Anordnung und Integration
der Hupenschaltung zu verbessern. Ein weit verbreitetes Konzept
sieht vor, das Gassackmodul schwimmend, als sogenanntes Floating
Horn, einzubauen, wobei zur Betätigung
der Hupe das gesamte Gassackmodul in die Lenkradnabe hineingedrückt wird.
Hierdurch wird generell ein Hupenschaltkreis geschlossen, wobei
sich ein Teil eines Schalters am Gassackmodul und der andere Teil an
der Lenkradnabe befindet. Bei geschlossenem Hupenschaltkreis fließt ein Strom,
und eine Auswerteschaltung bewirkt die Auslösung eines Hupsignals.
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Der
hierbei vom Gassackmodul zurückgelegte
Weg ist relativ lang. Dies hat zur Folge, dass zwischen dem Gassackmodul
und der Wandung seiner Aufnahme im Lenkrad ein relativ breiter Spalt
bestehen muss, um eine sichere Bewegung des Gassackmoduls zu gewährleisten.
Dieser Spalt erweist sich jedoch als störend und sollte möglichst
klein gehalten werden.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, ein Hupenmodul zu schaffen, mit dem die
Bewegung des Gassackmoduls im Lenkrad zur Betätigung der Hupe minimiert werden
kann.
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Erfindungsgemäß ist hierzu
bei einem Hupenmodul für
ein Fahrzeuglenkrad wenigstens ein elektronischer Hupensensor vorgesehen,
der ein bei Aufbringung einer Hupenbetätigungskraft auslenkbares Auslösebauteil
aufweist, wobei am Aus lösebauteil
wenigstens ein Dehnungsmessstreifen angeordnet ist, über dessen
Auslenkung ein Signal erzeugt wird. Anstelle wie herkömmlich einen
elektrischen Schaltkreis zu schließen, indem zwei elektrische Kontakte
in Berührung
gebracht werden, wird das Signal durch die Auslenkung des Auslösebauteils
und durch Änderung
des Widerstands des Dehnungsmessstreifens bzw. einer der Änderung
einer elektronischen Größe des Dehnungsmessstreifens
zugeordneten Spannung erzeugt. Ein derartiger bekannter Dehnungsmessstreifen
muss nur um einen sehr geringen Betrag ausgelenkt werden, um ein
sicher messbares Signal zu liefern. Auf diese Weise können die
Wege, die zur Betätigung
der Hupe notwendig sind, deutlich verringert werden. Da sich das
Gassackmodul im Lenkrad nicht mehr über so weite Strecken bewegen
muss, können
auch die Spalte zwischen dem Gassackmodul und den Wänden seiner Aufnahme
verkleinert werden.
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Bei
einer Auslenkung des Auslösebauteils wird
der Dehnungsmessstreifen in seiner Form und/oder Länge verändert, wodurch
ein durch den Dehnungsmessstreifen bestimmter elektronischer Wert,
bevorzugt sein elektrischer Widerstand oder eine diesem zugeordnete
Spannung, verändert
wird.
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Diese
Veränderung
kann z. B. von einer Auswerteelektronik detektiert werden, die vorzugsweise eine
Signalverarbeitung vornimmt und insbesondere aus dem durch den Dehnungsmessstreifen
bestimmten elektronischen Wert ein Signal erzeugt, das letztendlich
zum Ertönen
eines Huptons führt.
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Die
Auswerteelektronik ist vorzugsweise so ausgebildet, dass sie zwischen
echten Hupensignalen und kurzen Störimpulsen unterscheidet, die
z. B. bei Befahren einer schlechten Wegstrecke durch kurzzeitiges
Schwingen des Gassackmoduls aufgrund seiner Trägheit z. B. beim Überfahren
eines Schlaglochs erzeugt werden. Anhand ihrer kürzeren Zeitdauer lassen sich
derartige Störimpulse
leicht von echten Hupensignalen unterscheiden.
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Um
einen definierten Ausgangswert zu bestimmen, ist vorzugsweise vorgesehen,
dass die Auswerteelektronik so programmiert ist, dass sie zu einem
vorbestimmten Startzeitpunkt den durch den Dehnungsmessstreifen
bestimmten elektronischen Wert als Nullwert festlegt. Dies kann
beispielsweise jeweils beim Start des Fahrzeugs geschehen.
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Das
Auslösebauteil
weist bevorzugt einen bei Hupenbetätigung auslenkbaren balkenartigen Abschnitt
auf. Dieser kann beispielsweise ein frei auskragendes Ende aufweisen,
so dass er etwa die Form einer Zunge annimmt. Möglich wäre es auch, den balkenartigen
Abschnitt in Form einer Brücke auszubilden.
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Zumindest
ein Dehnungsmessstreifen sitzt vorteilhaft am Übergang des balkenartigen Abschnitts
zum Rest des Auslösebauteils,
da an dieser Stelle durch die Änderung
der Krümmung
bei Auslenkung des balkenartigen Abschnitts einen besonders große Änderung
des durch den Dehnungsmessstreifen bestimmten elektronischen Werts
zu erwarten ist. Da die Dehnungsmessstreifen sehr empfindlich sind, reicht
bei einer Länge
des balkenartigen Abschnitts von etwa 1,5 cm eine Auslenkung um
maximal ca. 0,2 mm, um ein sicher detektierbares Signal zu erzeugen.
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Vorzugsweise
bildet das Auslösebauteil
einen Abschnitt einer Platte, insbesondere einer Leiterplatte.
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Der
auslenkbare balkenartige Abschnitt ist vorteilhaft einstückig mit
der Platte verbunden und beispielsweise aus der Platte ausgeschnitten
oder ausgefräst.
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Diese
Gestaltung hat den Vorteil, dass eine einzige Leiterplatte für das gesamte
Hupenmodul verwendet werden kann, auf der auch weitere Hupensensoren
sowie gegebenenfalls die Auswerteelektronik angeordnet sein können.
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Zur
besseren Erfassung der Bewegung des Gassackmoduls können mehrere
Hupensensoren vorgesehen sein. Beispielsweise können vier oder fünf Hupensensoren
verwendet werden, die bevorzugt alle in einer gemeinsamen Elementebene
und vorteilhaft alle auf der gleichen Platte angeordnet sind.
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Auch
die Auswerteelektronik kann auf derselben Platte angeordnet sein
wie der bzw. die Hupensensoren. Vorteilhaft übernimmt eine einzige Auswerteelektronik
die Auswertung der Daten sämtlicher
Dehnungsmessstreifen des gesamten Hupenmoduls.
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Eine
elektrische Kontaktierung des Gassackmoduls entfällt, da kein elektrischer Kontakt
zwischen dem Gassackmodul und dem Hupenmodul geschlossen werden
muss, sondern das Hupensignal allein durch die Auslenkung des Dehnungsmessstreifens
und der Änderung
des durch den Dehnungsmessstreifen bestimmten elektronischen Werts
generiert wird.
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In
der Nähe
des Dehnungsmessstreifens sind bevorzugt Befestigungsstellen zur
Befestigung des Hupensensors vorgesehen, sodass eine kontrollierte
Auslenkung des Auslösebauteils
um einen vorgegebenen Betrag sichergestellt ist. Die Befestigung erfolgt
beispielsweise an der Lenkradnabe oder einem mit der Lenkradnabe
verbundenen weiteren Bauteil. Vorzugsweise erfolgt die Befestigung
beidseitig des balkenartigen Abschnitts.
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Über die
Befestigungsstellen kann auch das gesamte Hupenmodul an der Lenkradnabe
befestigt werden.
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Im
Rahmen der Erfindung einsetzbare Dehnungsmessstreifen sind beispielsweise
aus der Wagetechnik bekannt.
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Um
auf einfache Weise ein Hupensignal von einer Veränderung des über den
Dehnungsmessstreifen bestimmten elektronischen Werts zu unterscheiden,
die beispielsweise auf thermischer Ausdehnung basiert, ist es möglich, auch
auf der gegenüberliegenden
Seite des Hupensensors wenigstens einen Dehnungsmessstreifen vorzusehen.
Aus der Korrelation der Veränderungen
der elektronischen Werte, die von den Dehnungsmessstreifen auf den unterschiedlichen
Seiten geliefert werden, lässt
sich auf einfache Weise in der Auswerteelektronik entscheiden, ob
es sich um ein echtes Hupensignal oder ein Störsignal handelt.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung sind mehrere parallel verlaufende Dehnungsmessstreifen
vorgesehen, was die die Signalqualität verbessert.
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Der
Dehnungsmessstreifen kann beispielsweise durch Aufdrucken eines
Widerstandslacks auf den Hupensensor gebildet sein. Hierzu kann
z. B. eine Struktur aus Widerstandslack mittels eines geeigneten
bekannten Druckers, etwa auf Basis eines Tintenstrahldruckers, auf
den Hupensensor aufgedruckt werden. Es ist jedoch auch möglich, andere
für Dehnungsmessstreifen
bekannte Materialien zu verwenden.
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Bevorzugt
ist das Auslösebauteil
vorgespannt eingebaut, was auf einfache Weise einen Toleranzausgleich
für das
Modul ermöglicht.
Hierzu können
zusätzche
Federn notwendig sein.
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Die
Erfindung wird vorzugsweise in einem Fahrzeuglenkrad umgesetzt,
bei dem im Nabenbereich ein Gassackmodul beweglich angeordnet ist, wobei
am Gassackmodul wenigstens ein Kontaktpunkt vorgesehen ist, der
in Kontakt mit einem Auslösebauteil
kommt, um das Auslösebauteil
auszulenken. Hierbei handelt es sich, wie bereits erwähnt, um einen
rein mechanischen Kontakt, nicht um das Schließen eines elektrischen Schaltkreises.
Durch das Auslenken des Gassackmoduls wird eine Auslenkung des Auslösebauteils
bewirkt, wobei durch die Auslenkung des Auslösebauteils der Dehnungsmessstreifen
geometrisch verändert
wird, wodurch sich ein durch den Dehnungsmessstreifen bestimmter
elektronischer Wert ändert,
was wiederum von einer Auswerteelektronik detektiert und als Hu pensignal
interpretiert wird. Dieses Signal wird entsprechend weitergegeben
und ein Hupton erzeugt.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
in Verbindung mit den beigefügten
Zeichnungen. In diesen zeigen:
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1 eine
schematische Ansicht eines Nabenbereichs eines erfindungsgemäßen Fahrzeuglenkrads
mit einem eingebauten Hupenmodul gemäß der Erfindung;
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2 einen
Schnitt entlang der Linie II-II in 1;
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3 eine
schematische Draufsicht auf einen Hupensensor eines erfindungsgemäßen Hupenmoduls;
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4 einen
Schnitt durch den Hupensensor entlang der Linie IV-IV in 3;
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5 eine
perspektivische Ansicht des Hupensensors in 3;
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6 eine
schematische Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Hupenmodul mit fünf Hupensensoren;
und
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7 eine
schematische perspektivische Ansicht des Hupenmoduls in 6.
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1 zeigt
den Nabenbereich 10 eines nicht weiter dargestellten Fahrzeuglenkrads
mit einem Hupenmodul 12 (siehe 6 und 8), das hier nur abschnittsweise sichtbar
ist. Das Hupenmodul 12 liegt unterhalb einer Halterung 14 für ein Gassackmodul 15 (schematisch
gezeigt in 2). Sowohl das Hupenmodul 12 als
auch die Halterung 14 sind fest mit dem Nabenbereich 10 verbunden.
In der Halterung 14 sind mehrere Öffnungen 16 ausgebildet,
durch die Rastbolzen des Gassackmoduls 15 hindurchgesteckt werden,
die an einer Rastfeder lenkradfest verrasten (nicht dargestellt).
Das Gassackmodul 15 ist um ein vorgegebenes Maß in Richtung
senkrecht zur Bildebene der 1 beweglich.
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Das
Hupenmodul 12 weist eine großflächige Platte 18 auf,
die hier aus einer einzigen Leiterplatte gebildet ist (siehe 6 und 8). Einzelne Abschnitte dieser Platte 18 bilden
Hupensensoren 20, die für
die eigentliche Erzeugung eines Hupensignals verantwortlich sind.
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Jeder
der Hupensensoren 20 ist in einer Elementebene E ausgerichtet
und besitzt ein auslenkbares Auslösebauteil 22 in Form
eines balkenartigen Abschnitts. Der balkenartige Abschnitt ist hier
in Form einer Zunge ausgebildet, die an einem Ende einstückig mit
dem Rest der Platte 18 verbunden ist. In diesem Beispiel
ist das Auslösebauteil 22 aus
der Leiterplatte herausgefräst.
Der balkenartige Abschnitt ist im gezeigten Beispiel etwa 1,5 cm
lang.
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In Übergangsbereich
vom Auslösebauteil 22 zum
Rest der Platte 18 ist ein Dehnungsmessstreifen 24 aufgebracht,
dessen elektrischer Widerstand sich verändert, wenn sich seine Geometrie ändert. Dieser Widerstand
oder gegebenenfalls auch ein anderer, durch den Dehnungsmessstreifen
bestimmter elektronischer Wert ändert
sich, wenn das Auslösebauteil 22 ausgelenkt
wird. Hierüber
wird ein elektrisches Signal erzeugt, das zur Generierung eines
Hupensignals verwendet wird, wie später näher erläutert wird.
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Am
freien Ende des Auslösebauteils 22 ist ein
Auslenkabschnitt 26 vorgesehen, an dem eine Kraft F zur
Auslenkung des Auslösebauteils 22 aufgebracht
wird, wenn ein Hupensignal erzeugt werden soll.
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Der
Dehnungsmessstreifen 24 ist hier direkt im Übergang
des Auslösebauteils 22 zur
restlichen Platte 18 angeordnet. In diesem Beispiel sind
vier parallel zueinander verlaufende Dehnungsmessstreifen 24 vorgesehen.
Aus Gründen
der Übersichtlichkeit sind
diese nur in 5 sämtlich mit Bezugszeichen versehen.
Jeder Dehnungsmessstreifen 24 besteht aus einer dünnen Schicht
eines bekannten Widerstandslacks, der auf die Platte 18 aufgedruckt
ist.
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Natürlich kann
auch eine andere geeignete Geometrie für den Dehnungsmessstreifen 24,
insbesondere in Form einer einzigen, verbundenen Linie mit parallel
verlaufenden Abschnitten, gewählt
werden. Außerdem
kann jede andere Art von bekannten Dehnungsmessstreifen, wie sie
beispielsweise in Labor- oder Personenwaagen Einsatz finden, aus
jedem dafür
geeigneten Material eingesetzt werden.
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Die 6 und 7 zeigen
das gesamte Hupenmodul 12. Die Platte 18 ist in
etwa U-förmig ausgebildet.
An jedem der vier Eckpunkte des U ist jeweils ein Hupensensor 20 angeordnet,
wobei die Auslösebauteile 22 jeweils
zweier benachbarter Hupensensoren 20 voneinander wegweisen.
Ein fünfter, optionaler,
Hupensensor 20 ist zwischen zwei der Hupensensoren 20 an
den Eckpunkten vorgesehen, in 6 auf dem
rechten Schenkel des U, wobei dessen Auslösebauteil 22 nach außen weist.
Alle fünf Hupensensoren 20 sind
in derselben Elementebene E ausgerichtet.
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An
diesem fünften
Hupensensor 20 ist an einer breiten schaufelförmigen Fläche ein
Gewicht befestigt. Dieser Sensor generiert ein Signal, wenn das Fahrzeug
eine Schlechtwegstrecke befährt,
mittels dem die anderen Hupensensoren 20 ausgeschaltet werden
können,
um Fehlauslösungen
von Hupsignalen zu verhindern.
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Das
Hupenmodul 12 weist außerdem
eine (nur in 6 schematisch angedeutete) Auswerteelektronik 29 auf,
die ebenfalls auf der Platte 18 angeordnet ist und die
die durch die Dehnungsmessstreifen 24 bestimmten elektronischen
Werte zu einem Hupensignal verarbeitet.
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Die
Signalverarbeitung umfasst insbesondere für jeden Hupensensor 20 eine
Wheatstonesche Brücke,
die den Widerstandswert des Dehnungsmessstreifens 24 in
eine dazu korrelierende Spannung umsetzt (nicht dargestellt).
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Das
Hupenmodul 12 ist so in den Nabenbereichs 10 des
Lenkrads eingebaut, dass bei eingesetztem Gassackmodul 15 Kontaktpunkte 30,
die an entsprechenden Stellen an der Unterseite des Gassackmoduls 15 angebracht
sind, in Kontakt mit den Auslenkabschnitten 26 der Auslösebauteile 22 sind. Im
gezeigten Fall sind die Kontaktpunkte 30 einfach durch
in den Boden des Gassackmoduls 15 eingeschraubte Schrauben
gebildet. An dieser Stelle wird kein elektrischer Kontakt hergestellt,
sondern lediglich ein mechanischer. Es ist nicht erforderlich, dass die
Platte 18 im Bereich der Auslenkabschnitte 26 elektrisch
leitend ist. Die gesamte Signalerzeugung findet in den Dehnungsmessstreifen 24 statt
und beruht nicht auf einem zwischen dem Gassackmodul 15 und
dem Auslösebauteil 22 zustande
kommenden elektrischen Kontakt.
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Im
unbelasteten, neutralen Ausgangszustand drückt das Gassackmodul 15 bereits
ein wenig auf die Auslösebauteile 22,
sodass diese um ein vorbestimmtes Maß vorgespannt sind. So lassen
sich Abstandstoleranzen bei der Montage von Gassackmodul 15 und
Hupenmodul 12 ausgleichen.
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Die
Auswerteelektronik 29 des Hupenmoduls 12 erfasst
den Widerstandswert, den der Dehnungsmessstreifen 24 in
diesem Grundzustand aufweist, bzw. den zugeordneten Spannungswert.
Dieser wird von der Auswerteelektronik 29 zu einem Nullwert
verarbeitet. Dies geschieht beispielsweise zu einem vorbestimmten
Startzeitpunkt, beispielsweise jeweils beim Starten des Fahrzeugs.
Ein derartiger Nullwert wird für
jeden einzelnen Hupensensor 20 ermittelt. Von diesem Nullwert ausgehend
werden Änderungen
des durch die Dehnungsmessstreifen 24 bestimmten elektronischen
Wertes von der Auswerteelektronik 29 aufgenommen, verarbeitet
und interpretiert.
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Zur
Betätigung
der Hupe, also zur Erzeugung eines Hupsignals, drückt der
Fahrer auf das Gassackmodul 15 und bringt auf dieses eine
in den Nabenbereich 10 hinein gerichtete Kraft auf, die senkrecht
zur Elementebene E des Hupenmoduls 12 wirkt. Damit wirkt
eine Kraft F von den Kontaktpunkten 30 des Gassackmoduls 15 auf
die Auslenkabschnitte 26 der Auslösebauteile 22 der
Hupensensoren 20 des Hupenmoduls 12. Hierdurch
werden die Auslösebauteile 22 elastisch
nach unten ausgelenkt (in 2), wodurch
sich der durch die Dehnungsmessstreifen 24 bestimmte elektronische
Wert verändert.
Um ein messbares Signal zu erzeugen, ist bei der hier dargestellten
Geometrie lediglich eine Auslenkung von maximal ca. 0,2 mm erforderlich,
also nur eine ganz minimale Verlagerung des Gassackmoduls 15 in
Richtung zum Nabenbereich 10.
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Lässt der
Fahrer das Gassackmodul 15 wieder los, sorgt ein (nicht
dargestelltes) Rückstellelement
dafür,
dass das Gassackmodul 15 wieder in seine Ausgangsstellung
zurückbewegt
wird.
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Das
Hupenmodul 12 ist über
Befestigungsstellen 25 am Nabenbereich 10 befestigt.
Die Befestigung kann natürlich
auch an einem mit dem Nabenbereich 10 verbundenen Bauteil
erfolgen. Die Befestigungsstellen 25 (von denen in den
Figuren nicht alle mit Bezugszeichen versehen sind) sind hier durch einfache
Bohrungen in der Platte 18 gebildet, durch die z. B. Schrauben
gesteckt sind, die am Nabenbereich 10 bzw. einem nabenfesten
Bauteil verschraubt sind. Die Befestigung kann auf jede geeignete
Form erfolgen, also beispielsweise auch über Klipse, Warmverstemmen
oder Ultraschallschweißen.
In diesem Beispiel sind jeweils zwei Befestigungsstellen 25 seitlich
der Auslösebauteile 22 in
jedem Hupensensor 20 vorgesehen. Über die Befestigungsstellen 25 ist
auch das gesamte Hupenmodul 12 am Nabenbereich 10 befestigt.
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Zusätzlich zu
den auf der in den Figuren dargestellten Oberseite des Hupensensors 20 angeordneten
Dehnungsmessstreifen 24 ist jeweils gegenüberliegend
auf der Unterseite der Hupensensoren 20 ebenfalls wenigstens
ein Dehnungsmessstreifen 24 vorgesehen (einer davon ist
in 4 angedeutet). Auf diese Weise ist es einfach
möglich,
eine durch ein Herunterdrücken
des Gassackmoduls 15 ausgelöste Änderung des durch die Dehnungsmessstreifen 24 bestimmten elektronischen
Werts von einer Änderung
aufgrund beispielsweise thermischer Ausdehnung zu unterscheiden.
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Die
Auswerteelektronik 29 ist auch dazu in der Lage, beispielsweise
aufgrund der kürzeren
Zeitdauer, Störsignale
herauszufiltern, wie sie etwa durch das Befahren einer schlechten
Wegstrecke und damit verbundene Schwingungen des Gassackmoduls 15 durch
die Trägheitswirkung
entstehen.
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Ein
weiterer Vorteil ist, dass das Hupenmodul vor dem Einbau des Gassackmoduls
in das Fahrzeuglenkrad getestet werden kann, da alle notwendigen
Schaltkreise in das Hupenmodul selbst integriert sind.
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Natürlich wäre es auch
möglich,
das Hupenmodul 12 am Gassackmodul 15 zu befestigen
und die Kontaktpunkte 30 fahrzeugfest, z. B. im Nabenbereich 10,
anzuordnen.