Drucksensibler Foliensensor, insbesondere zur Anbringung an der Oberfläche eines autonom arbeitenden Mobilteils

Die Erfindung betrifft einen drucksensiblen Foliensensor, insbesondere zur Anbringung an der Oberfläche eines autonom arbeitenden Mobilteils wie eines Bodenreinigungsgeräts oder dergleichen, zur Erkennung von Hindernissen.

Autonom arbeitende Mobilteile, insbesondere Reinigungsgeräte sollen, um ein optimales Arbeitsergebnis zu erreichen, möglichst randnah an Hindernisse heranfahren und an diesen entlang fahren können. Um dies zu erreichen, sind entsprechend geeignete Sensoren erforderlich.

In der WO 02/071175 A1 wird hierzu ein Bodenreinigungsgerät beschrieben, das mit einer schwimmend gelagerten Haube versehen ist, die durch das Auftreffen auf ein Hindernis verschoben wird, so dass diese Verschiebung sensorisch detektiert werden kann.

Die US 4,951 ,985 A1 beschreibt einen so genannten "Bumper" für eine ortsabhängige Stoßerkennung, der aus einem elektrisch leitenden Bauteil mit einem komprimierbaren elektrisch leitenden Material versehen ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Foliensensor der eingangs genannten Art zur Hinderniserkennung zu schaffen, durch den das Gehäuse eines autonom arbeitenden Mobilteils taktil ausgerüstet wird. Durch die Hinderniserkennung soll feststellbar sein, in welchem Bereich des Gehäuses ungefähr eine Berührung mit einem Hindernis statt gefunden hat, so dass sowohl die Randbereiche des Gehäuses wie auch die Ecken taktil auszurüsten sind. Weiter soll ein Unterfahrschutz gewährleistet sein, also ausgeschlossen werden, dass das Mobilteil beispielsweise unter Möbeln festfahren kann. Schließlich soll bei einem Auftreffen auf ein Hindernis eine ausreichende Dämpfung erreicht werden, so dass weder das Hindernis noch die taktile Hinderniserkennung beschädigt werden.

Ein diese Aufgabe lösender drucksensibler Foliensensor, insbesondere zur Anbringung an der Oberfläche eines autonom arbeitenden Mobilteils, ist gekennzeichnet durch zwei

gegenseitig auf Abstand gehaltene, elektrisch leitende Folien, die unter Druck zur gegenseitigen Anlage gebracht werden können und damit eine elektrische Schaltfunktion auslösen, wodurch das Auftreffen an einem Hindernis signalisiert und von einer Auswerteschaltung weiter verarbeitet werden kann.

Der durch die Erfindung erreichte Vorteil besteht im Wesentlichen darin, dass die Außenfläche des Mobilteils mit diesem Foliensensor versehen werden kann, wodurch - unabhängig von der jeweiligen Position - signalisiert wird, sobald das Mobilteil mit einem Hindernis in Berührung kommt. Vorteilhaft ist dabei weiter, dass dieser Foliensensor ein geringes Gewicht aufweist, so dass hierdurch kein ungünstiger Einfluss insbesondere auf die Beweglichkeit des Mobilteils zu erwarten ist.

In bevorzugter Ausführungsform der Erfindung sind zwischen den Folien lokal angeordnete Abstandshalter vorgesehen, deren den Folienabstand bestimmende Höhe, gegenseitiger Abstand und Fläche sowie Randkontur der geforderten Ansprechempfindlichkeit angepasst ist. So führen höhere Abstandshalter sowie deren geringere Abstände zu einer verringerten Sensibilität, während durch gegenläufige Maßnahmen die Empfindlichkeit erhöht werden kann. Dabei besteht im Rahmen der Erfindung weiter die Möglichkeit, dass durch geeignete Anordnung der Abstandshalter Schaltflächen unterschiedlicher Größe gebildet werden können, so dass hierdurch auch die Formgebung der Mobilteile, die Einfluss auf die entstehenden Kräfte beim Auftreffen auf ein Hindernis haben, berücksichtigt werden können.

In diesem Zusammenhang ist es im Rahmen der Erfindung weiter von Bedeutung, dass die Folien zur Anbringung an verrundeten Kanten bogenförmig ausgebildet sind, wobei die Folien zur Wahrung des erforderlichen gegenseitigen Abstandes entweder in einzelnen Schichten auf die Oberfläche des Mobilteils aufkaschiert sind oder mit ausreichend hohen und benachbart angeordneten Abstandshaltern versehen oder entsprechend der zu bekleidenden Verrundung vorgeformt oder geprägt sind. Im Ergebnis erlauben daher derartige Schaltfolien eine sehr universelle Anpassung an die jeweilige räumliche Gestaltung des Mobilteils.

Weiter besteht im Rahmen der Erfindung die Möglichkeit, dass der Foliensensor derart an der Oberfläche des Mobilteils angeordnet ist, dass er zumindest im Bereich eines

Randstreifens bei Krafteinwirkung unter Kontaktgabe biegbar ist. Hierdurch wird sicher gestellt, dass auch im Randbereich, in dem der Foliensensor wegen der erforderlichen Verklebung nicht oder nur unzureichend empfindlich ist, eine ausreichende Sensibilität gegeben ist. Dabei können im Bereich des Randstreifens Mittel zur Rückstellung in die Ausgangslage vorgesehen sein. Hierfür empfiehlt es sich, dass die Mittel zur Rückstellung der Schaltfolie von Dämpfungsmaterial gebildet sind. Weiter bietet es sich hierdurch an, dass zur Bildung eines Unterfahrschutzes das Dämpfungsmaterial zumindest teilweise oben über das Gehäuse des Mobilteils übersteht.

Für den Bereich von Ecken bzw. Kanten besteht jedoch alternativ auch die Möglichkeit, dass der Foliensensor in seinem Randbereich mit einer Schaltwippe versehen ist, die eine am Rand des Foliensensors auftretende Kraftwirkung in einen von dem Rand beabstandeten Bereich überträgt. Dazu kann die Schaltwippe gelenkig gelagert und zwischen der Schaltwippe und der Schaltfolie ein im taktilen Bereich vorgesehenes

Distanzstück angeordnet sein. In besonders einfacher Ausgestaltung der Erfindung ist dabei das Distanzstück fest an der Schaltwippe angeordnet.

Um diesen Bereich in besonders einfacher Weise möglichst umfassend überwachen zu können, bevorzugt die Erfindung weiterhin, dass die Schaltwippe als winkelförmige, die Kante oder Ecke des Mobilteils umgreifende Kappe ausgebildet ist, wobei beide Schenkel des Winkels mit einem Distanzstück versehen sind.

Es besteht auch die ebenfalls bevorzugte Möglichkeit, dass die Folien mit einer potentiometrisch wirkenden Oberfläche ausgestattet sind und bei Kontaktgabe der zwischen den Folien auftretende elektrische Widerstand ermittelt wird.

Um zu vermeiden, dass die Folien bei einem Feuchtigkeitseintritt durch eine so genannte Silbermigration zwischen den Trägerfolienhälften unbrauchbar werden, ist es zweckmäßig, wenn ihre Ränder sowie die Anschlussleitungen gegen Feuchtigkeitseintritt abgedichtet sind. Diese Abdichtung kann in besonders einfacher Weise durch eine ausreichend breite Verklebung erfolgen. Alternativ kann jedoch auch das Dämpfungsmaterial den Rand der Schaltfolie umschließen. Dabei besteht weiter die Möglichkeit, dass das Dämpfungsmaterial gegen das Gehäuse des Mobilteils verklebt ist.

Eine weitere vorteilhafte Möglichkeit zur Abdichtung des Randes der Schaltfolien besteht darin, dass die Schaltfolie gemeinsam mit dem Gehäuse umschäumt ist.

Die Schaltfolie kann in besonders einfacher Ausgestaltung unmittelbar auf das Gehäuse des Mobilteils aufgeklebt sein; sie kann jedoch auch in Schichten aufkaschiert sein, was sich insbesondere dann empfiehlt, wenn die Oberfläche des Mobilteils nicht eben ausgebildet ist.

Insbesondere empfiehlt es sich, wie bereits angesprochen, dass der Foliensensor auf seiner dem Gehäuse abgewandten Seite mit Dämpfungsmaterial belegt ist. Dieses Dämpfungsmaterial kann von einem PU-Schaumstoff oder auch gummiartigen Material gebildet sein.

Hierbei ist zu beachten, dass die Dicke des Dämpfungsmaterials der geforderten taktilen Empfindlichkeit des Foliensensors entsprechend gewählt ist. Darüber hinaus muss auch die Elastizität bzw. Härte des Dämpfungsmaterials der geforderten taktilen Empfindlichkeit des Foliensensors entsprechend gewählt werden.

Schließlich spielt auch die Folienstärke eine Rolle; sie sollte der geforderten taktilen Empfindlichkeit des Foliensensors entsprechend ausgewählt sein.

Die Außenfläche des Dämpfungsmaterials kann zweckmäßigerweise mit einer gleitfähigen Beschichtung versehen sein, um im Falle der Berührung mit einem Hindernis keine bremsende Wirkung zu verursachen. Dabei kann die gleitfähige Beschichtung von einer dünnen Lage textilen Gewebes oder einer lackartigen Oberflächenschicht gebildet sein.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert; es zeigen:

Figur 1 den prinzipiellen Aufbau bei Anbringung eines Foliensensors an einem Gehäuse,

Figur 2 die Anordnung des Foliensensors im Eckbereich eines links schematisch wiedergegebenen Gehäuses,

Figur 3 den Foliensensor mit einem über das Gehäuse überstehenden Randbereich, wobei links zwei Darstellungen den Foliensensor im Ruhezustand bzw. im abgeknichten Zustand zeigen,

Figur 4 drei Ausführungsformen zur Anwendung einer Schaltwippe im Randbereich des Foliensensors,

Figur 5 eine alternative Ausführungsform zu der Darstellung in Figur 4 in einer Drauf- und einer Seitenansicht, wobei links eine Ausführungsvariante dazu gezeigt ist,

Figur 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein links schematisch angedeutetes Gehäuse.

Der in der Zeichnung dargestellte drucksensible Foliensensor 1 ist insbesondere zur Anbringung an der Oberfläche von autonom arbeitenden Mobilteilen 2 vorgesehen, insbesondere also beispielsweise Bodenreinigungsgeräten, die für ihre autonome Arbeitsweise mit einer Hinderniserkennung ausgestattet sein müssen. Die Figur 1 zeigt ein solches Bodenreinigungsgerät mit einem an der Unterseite angeordneten Wischbezug 3 zur Reinigung eines Bodenbelags 4.

Dazu ist der Foliensensor 1 gemäß Figur 3 aus zwei gegenseitig auf Abstand gehaltenen elektrisch leitenden Folien 5 gebildet, die unter Druck zur gegenseitigen Anlage gebracht werden können. Sobald die Folien 5 gegenseitig Kontakt machen, wird hierdurch eine elektrische Schaltfunktion ausgelöst, wodurch das Auftreffen an einem Hindernis signalisiert wird. Dies kann von einer Auswerteschaltung weiterverarbeitet und für die weitere Bewegungssteuerung des Mobilteils 2 ausgenutzt werden. Hierbei besteht unter Umständen sogar die Möglichkeit, den Kontaktwiderstand, der von dem Anpressdruck einerseits und der gedrückten Fläche andererseits abhängig ist, für die weitere Auswertung mit in Betracht zu ziehen.

Zwischen den Folien 5 sind lokal angeordnete Abstandshalter 6 vorgesehen, deren den Folienabstand bestimmende Höhe der geforderten Ansprechempfindlichkeit angepasst ist. Auch der gegenseitige Abstand der Abstandshalter 6, in Figur 3 mit 7 bezeichnet, sowie

deren Fläche und Randkontur beeinflussen die Ansprechempfindlichkeit und sind entsprechend den Anforderungen zu wählen.

Hierbei ist insbesondere auch eine unregelmäßige Anordnung der Abstandshalter 6 möglich, so dass Schaltflächen unterschiedlicher Größe gebildet werden können. Hierdurch lassen sich mit einem Foliensensor 1 Bereiche unterschiedlicher Empfindlichkeit herstellen.

Um einen Foliensensor 1 auch an einer Ecke oder Kante anbringen zu können, kann dieser, wie in Figur 2 dargestellt, auch bogenförmig ausgebildet sein. Im Eckbereich kann dabei zur Erhöhung der Empfindlichkeit ein Hohlraum 2.1 vorhanden sein. Um dabei den erforderlichen gegenseitigen Abstand der einzelnen Folien 5 zu wahren, können die einzelnen Schichten entweder auf die Oberfläche des Mobilteils 2 aufkaschiert sein oder aber mit ausreichend hohen und benachbart angeordneten Abstandshaltern 6 versehen sein. Ebenso besteht natürlich die Möglichkeit, den Foliensensor 1 entsprechend der zu bekleidenden Verrundungen vorzuformen oder zu prägen.

Da der Foliensensor 1 im Randbereich wegen der dort erforderlichen Verklebung nicht druckempfindlich sind, kann er derart an der Oberfläche des Mobilteils 2 angeordnet sein, dass er zumindest im Bereich eines Randstreifens 9 bei Krafteinwirkung unter Kontaktgabe biegbar ist. Auf diese Weise ist die Kontaktgabe vom Rand des Foliensensors 1 weiter zum Innenbereich hin verlagert. Dazu ist es dann jedoch erforderlich, im Bereich des Randstreifens 9 Mittel zur Rückstellung des Foliensensors 1 in die Ausgangslage vorzusehen. Diese Rückstellmittel können, da dieses Material ohnehin Anwendung findet, von Dämpfungsmaterial 10 gebildet sein.

Auf diese Weise ist es auch möglich, einen Unterfahrschutz zu realisieren, der verhindert, dass das Mobilteil 2 beispielsweise unter ein Möbelstück gerät und dort verklemmt. Dazu ist der Foliensensor 1 bzw. das Dämpfungsmaterial 10 derart angeordnet, dass er bzw. es zumindest teilweise oben über das Gehäuse des Mobilteils 2 übersteht, wie dies in der rechten Darstellung von Fig. 3 in Form einer Noppe 16 oder der linken Darstellung von Fig. 4 angedeutet ist.

Alternativ besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass der Foliensensor 1 in seinem Randbereich 9 mit einer Schaltwippe 11 versehen ist, die eine am Rand des Foliensensors auftretende Kraftwirkung in einen von ihrem Rand beabstandeten Bereich überträgt. Wie sich aus der Figur 4 ersehen lässt, ist die Schaltwippe 1 1 gelenkig bei 15 gelagert, wobei zwischen der Schaltwippe 11 und dem Foliensensor 1 ein im taktilen Bereich des Foliensensors 1 vorgesehenes Distanzstück 12 angeordnet ist. Dieses Distanzstück 12 kann fest an der Schaltwippe 1 1 angeordnet, insbesondere auch einstückig mit dieser ausgebildet sein.

Die Schaltwippe 11 kann jedoch auch als winkelförmige, die Kante oder die Ecke des Mobilteils 2 umgreifende Kappe ausgebildet sein, wie dies aus der Figur 5 hervorgeht. Hierbei sind beide Schenkel des Winkels mit einem Distanzstück 12 versehen, so dass - abhängig von der Richtung der einwirkenden Kraft - der eine oder andere Foliensensor 1 , ggf. auch beide, Kontakt gibt.

Die Folien 5 können auch mit einer potentiometrisch wirkenden Oberfläche ausgestattet sein, so dass dann bei Kontaktgabe der zwischen den Folien 5 auftretende elektrische Widerstand ermittelt wird und aus diesem Schlussfolgerungen über den Ort der Krafteinwirkung geschlossen werden.

Da der Foliensensor 1 üblicherweise aus elektrisch gut leitendem Material besteht, wofür insbesondere auch Silber in Betracht kommt, müssen die Ränder des Foliensensors 1 , ebenso wie die dort angebrachten Anschlussbänder, vor Feuchtigkeitseintritt geschützt werden, da sonst eine so genannte Silbermigration zwischen den Trägerfolienhälften statt finden kann. Dies würde einen dauerhaften elektrischen Kontakt verursachen und somit den Foliensensor 1 unbrauchbar machen. Um diese Abdichtung zu erreichen, kann eine randseitig ausreichend breite Verklebung erfolgen. Abdichtend kann jedoch auch das auf dem Foliensensor 1 angebrachte Dämpfungsmaterial 10 wirken, soweit es den Rand des Foliensensors 1 umschließt. Dies gelingt insbesondere dann, wenn das Dämpfungsmaterial 10 gegen das Gehäuse des Mobilteils 2 verklebt ist. Dabei besteht schließlich auch die Möglichkeit, dass der auf das Gehäuse aufgeklebte Foliensensor 1 unmittelbar zusammen mit dem Gehäuse umschäumt ist. Wie sich aus Fig. 1 ergibt, kann das Dämpfungsmaterial 10 auf seiner der Schaltfolie anliegenden Seite mit Noppen 14 versehen sein.

Im übrigen ist für die Anbringung des Foliensensors 1 vorgesehen, dass dieser entweder auf das Gehäuse des Mobilteils 2 aufgeklebt oder dort in Schichten aufkaschiert ist. Dabei ist der Foliensensor 1 auf ihrer dem Gehäuse abgewandten Seite mit Dämpfungsmaterial 10 belegt, das beispielsweise von einem PU-Schaumstoff oder gummiartigem Material gebildet sein kann. Die Materialeigenschaft dieses Dämpfungsmaterials 10 beeinflusst die Schaltkraft, ist also entsprechend der geforderten Empfindlichkeit auszuwählen. Gleiches gilt für die Dicke des Dämpfungsmaterials 10, das ebenfalls entsprechend der geforderten taktilen Empfindlichkeit des Foliensensors 1 zu wählen ist. Entsprechend ist auch die Elastizität bzw. die Härte des Dämpfungsmaterials 10 gemäß der geforderten Schaltempfindlichkeit auszuwählen. Schließlich hat auch die Folienstärke des Foliensensors 1 Einfluss auf die Schaltempfindlichkeit.

Schließlich kann in in der Zeichnung nicht mehr dargestellter Weise die Außenfläche des Dämpfungsmaterials 10 mit einer gleitfähigen Beschichtung versehen sein, um einerseits beim Kontakt mit Möbelstücken oder dergleichen keine Beschädigungen hervorzurufen und andererseits es zu ermöglichen, dass sich das Mobilteil 2 reibungsfrei an Hindernissen entlang bewegen kann. Hierbei kann die gleitfähige Beschichtung von einer dünnen Lage textilen Gewebes oder auch von einer lackartigen Oberflächenschicht gebildet sein.

Die Fig. 6 zeigt hierzu ein schematisch wiedergegebenes Ausführungsbeispiel, wobei ergänzend für die Navigation an den Seitenflächen Ultraschallsensoren 13 vorgesehen sind.