Die Erfindung betrifft eine Kalibriervorrichtung zum Kalibrieren eines Gewichtskraftsensors eines Sitzes, insbesondere eines Fahrzeugsitzes, ein Verfahren zur Kalibrierung eines entsprechenden Gewichtskraftsensors mit einer solchen Kalibriereinrichtung sowie ein Kalibriersystem umfassend eine erfindungsgemäße KaI ibriervorrichtung .

Es ist grundsätzlich bekannt, Sitze für KFZ, insbesondere den Beifahrersitz, mit einem Gewichtsmesssystem auszustatten. Dies soll es insbesondere ermöglichen, Gurtstraffung und Airbag- zündung an das Gewicht der Person in dem Sitz anzupassen. In den USA ist die Ausstattung mit einem entsprechenden Gewichtsmesssystem nach der Richtlinie "Car Safety Standard - FMVSS-208" verbindlich.

Verbreitet ist etwa das PODS System ("Passive Occupant Protection System") der Firma Delphi. Dieses System wird von verschiedenen Herstellern weltweit in Sitze für die Gewichtsmessung eingebaut. Das PODS System umfasst ein flaches mit Gel gefülltes Kissen zur Einlage in den Sitz unterhalb der Sitzoberfläche mit eingebauten Drucksensoren und einem elektronischen Steuergerät. Bei Gewichtsbelastung erfassen die Drucksensoren den Druckanstieg und das Steuergerät wertet die Messung aus. Es werden insbesondere die Klassen "nicht besetzt", "Erwachsener" und "Kleinkind" unterschieden.

Das Steuergerät des PODS Systems kann das Ergebnis der Gewichtskraftmessung dann über eine CAN-Schnittstelle an weitere Steuergeräte des KFZ kommunizieren. So ist etwa der Airbag abzuschalten, wenn auf dem Beifahrersitz ein Kind sitzt.

Das Gewichtssystem wird nach der Endmontage des Sitzes kalibriert .

Eine entsprechende Kalibrierung ist nach den strengen Vorgaben des Sensor-Herstellers Delphi Delco Electronics Europe GmbH für jeden Beifahrersitz durchzuführen.

Dazu werden mit einer Einrichtung zum Ausüben von Druck an unterschiedlichen Stellen des Sitzes unterschiedliche Drücke appliziert. Auf diese Weise soll die Gewichtskraft simuliert werden .

Es ist bekannt, die benötigte Kraft über einen Pneumatikzylinder zu erzeugen. Der Druck auf den Sitz wird eingestellt durch eine Änderung des Drucks innerhalb des Pneumatikzylinders. Die Belastung erfolgt dabei durch Aufdrücken einer Druckplatte auf die Sitzfläche. Es ist erforderlich, die mit dem Pneumatikzylinder erfolgte Kraft zu regeln. Dies vor allem deshalb, da die aufzubringende Kraft in der Regel nicht -linear von unterschiedlichen Größen abhängt und insbesondere auch nichtlinear mit der Eindrücktiefe in die Sitzfläche zusammenhängt. Außerdem ist die auszuübende Kraft von der jeweiligen Stelle des Sitzes abhängig, auf die die Kalibriervorrichtung momentan einwirkt, und schließlich können sich die Eigenschaften auch von Sitz zu Sitz ändern.

Weil der Kalibriervorgang insbesondere in den USA für jeden einzelnen verbauten Beifahrersitz erfolgt, ist es wünschenswert, den Kalibriervorgang besonders schnell, in einer kurzen Taktzeit durchführen zu können. Da sicherheitsrelevante Aspekte berührt sind, ist auch eine gewisse Präzision notwendig.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kalibriervorrichtung anzugeben, mit der der Kalibriervorgang besonders schnell und auch präzise durchgeführt werden kann. Es sollen auch ein entsprechendes Kalibrierverfahren und ein entsprechendes Kalibriersystem angegeben werden.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Kalibiervorrichtung zum Kalibrieren eines Gewichtssensors eines Sitzes mit einer Einrichtung zum Ausüben von Druck auf den Sitz. Dazu weist die Kalibriervorrichtung einen Kraftsensor zur Messung des ausgeübten Drucks auf den Sitz und eine Regelung zum Regeln des auf den Sitz ausgeübten Drucks unter Berücksichtigung eines Meßwerts des Kraftsensors auf. Die Kalibriervorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Ausüben von Druck auf den Sitz einen Linearantrieb umfasst .

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben .

Die Erfindung beruht auf der Feststellung, dass pro Sitz mehrere Stellen mit unterschiedlichem Druck belastet werden sollen. Entsprechend wird ein vergleichsweise großer zweidimensionaler Parameterraum durchfahren. Die Zeit für die Kalibrierung insgesamt kann sich so schnell auf mehrere Minuten aufsummieren, auch wenn jede einzelne Messung (bestimmte Stelle des Sitzes mit bestimmtem Druck) nur wenige Sekunden dauert.

Der Erfindung liegt weiterhin die Beobachtung zugrunde, daß die Zeit pro Kalibrierpunkt wesentlich von der für die Kraftregelung benötigten Zeit abhängt .

Es wurde weiter erkannt, daß die Regelzeit und Präzision wesentlich durch die nach dem Stand der Technik bekannte Verwendung von Pneumatikzylindern beeinflußt wird.

Das Kalibrieren mit Hilfe von Pneumatikzylindern ist anfällig gegen Druckschwankungen im Pneumatiksystem der Gesamtanlage. Zusätzlich ist es schwer, Druckänderungen in dem Pneumatikzylinder hinreichend genau einzustellen, um eine befriedigende Genauigkeit zu erzielen.

Insgesamt ergibt sich durch diese Nachteile eine vergleichsweise lange Einschwingzeit für die Regelung.

Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, statt des Pneumatikzylinders einen Linearantrieb zum Ausüben von Druck auf die jeweiligen Sitze zu verwenden. Dadurch fallen die Nachteile, die bei der Verwendung von Pneumatikzylindern auftreten, weg. In anderen Worten: Der Erfindung liegt die Idee zu Grunde, als Stellgröße für die Regelung nicht - wie bei einem Pneumatikzylinder - eine Kraftänderung einzusetzen.

Es sind unterschiedliche Technologien für den Linearantrieb verfügbar. Grundsätzlich kommen etwa ein Schneckengetriebe bzw. ein Gewindestangenantrieb oder auch ein Linearmotor, insbesondere ein elektrischer Linearantrieb, in Frage. Wesentlich für die Erfindung ist, dass nicht, wie bei einem Pneumatikzylinder, eine Kraft geregelt wird, sondern die Positionierung des Linearantriebs. Man kann daher auch von einer „unmittelbaren" Positionierung sprechen, da der Linearantrieb ohne Umweg, etwa über den Aufbau von Druck in einem Druckzylinder, auf die Positionierung einwirkt; Stellgröße kann insbesondere Positionierung oder Positionsänderung des Linearantriebs sein.

Grundsätzlich gilt dabei, daß es sich positiv auf den Erfolg der Erfindung auswirkt, wenn der Linearantrieb eine hohe Auflösung hat . Entsprechend können dann hinreichend kleine Kraftänderungen über die Stellgröße der Regelung erfolgen. Der vorgegebene Kraftsollwert kann dann entsprechend schnell erreicht werden.

Wird ein Linearantrieb verwendet, erfolgt die Einstellung der Kraft, um Druck auf den Sitz auszuüben, vorzugsweise durch ein Verfahren des Linearantriebs. Es wird also eine Positionierung bzw. eine Längenänderung bzw. Positionsänderung in eine Kraftänderung umgesetzt. Der sprachlichen Einfachheit halber wird das zu verfahrende lineare Element des Linearantriebs als Druckstange bezeichnet. In diesen Worten wird also eine bestimmte Kraft durch Positionierung bzw. Verfahren der Druckstange eingestellt.

Insofern sollte nicht von einer direkten Kraftregelung gesprochen werden; es wird vielmehr das Positionieren durch den Linearantrieb geregelt, was dann mittelbar, über die Druckstange, die Eindrücktiefe in den Sitz bestimmt, und somit letztlich mittelbar die auf den Sitz ausgeübte Kraft. Der sprachlichen Einfachheit halber wird jedoch in dieser Anmeldung auch von einer Kraftregelung bzw. einer „Regelung zum Regeln des auf den Sitz ausgeübten Drucks" oder auch von einer „Regelung des auf den Sitz ausgeübten Drucks" gesprochen. Es stellt sich abhängig von der Eindrücktiefe eine von dem Sitz ausgeübte Gegenkraft ein. Der Zusammenhang ist in der Regel nicht linear.

Da Linearantriebe sehr exakt und schnell positioniert werden können, können kleine Wegunterschiede genau und schnell eingestellt werden. Die Eindrücktiefe in den Sitz kann also dadurch sehr genau und schnell eingestellt werden. Das bedeutet schließlich, dass die Kraftauflösung sehr gut sein kann.

Das dem Sitz zugewandte Ende der Druckstange kann verbreitert sein, etwa über eine Druckplatte, um den Druck auf einen gewünschten Teil der Oberfläche des Sitzes zu verteilen. Bei Änderung der Eindrücktiefe der Druckplatte in den Sitz ergibt sich eine entsprechende Kraftänderung. Der Linearantrieb implementiert entsprechend die Stellgröße der Regelung.

Insgesamt können mit der Erfindung mögliche Vorgaben betreffend das Intervall der aufzuwendenden Kräfte und die Toleranz bei der Kraftaufwendung besonders schnell und genau erfüllt werden.

Kalibriervorrichtungen nach der Erfindung wurden in Zusammenarbeit mit der Daimler AG-Manufaktur

Interieurkomponenten (Standort Sindelfingen) hergestellt und bereits erfolgreich getestet.

Vorzugsweise ist der Kraftsensor in Reihe mit dem Linearantrieb verbaut. Dazu kann der Kraftsensor beispielsweise in der Druckstange oder zwischen der Druckplatte und der Druckstange verbaut sein. Ist der Kraftsensor in Reihe mit dem Linearantrieb verbaut, so kann er unmittelbar, vermittelt etwa über den Linearantrieb und/oder die Druckstange, die auf den Sitz ausgeübte Kraft messen. Die Messungen eines solchen Kraftsensors können ohne weitere Umrechnungen unmittelbar als Istwerte für die Regelung verwendet werden.

Der Kraftsensor kann einen Dehnungsmessstreifen umfassen. Solche Kraftsensoren können besonders günstig hergestellt werden und sind auch vergleichsweise robust .

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Kalibriervorrichtung einen zweiten Kraftsensor zur Überprüfung des ersten Kraftsensors auf .

Mit dem zweiten Kraftsensor kann der erste Kraftsensor besonders effektiv überwacht werden. Herkömmliche Kalibriervorrichtungen werden nach jeder Messung mit Hilfe einer Waage überprüft. Dazu müssen solche herkömmlichen Kalibriervorrichtungen seitlich verfahren werden, da die Waage in der Regel neben dem zu kalibrierenden Sitz positioniert ist. Die Überprüfung erfolgt dann durch einen Vergleich der Messwerte des Kraftsensors und der Waage. Das seitliche Verfahren der Kalibriervorrichtung und die Überprüfung mit Hilfe der Waage geht dabei vollständig in die Taktzeit ein.

Weist die Kalibriervorrichtung selbst jedoch zwei Kraftsensoren auf, so kann einer der beiden Kraftsensoren als Istwertgeber fungieren und dieser durch den weiteren Kraftsensor überprüft werden. Besonders vorteilhaft ist dabei eine Ausgestaltung, bei der beide Kraftsensoren in Reihe mit dem Linearantrieb verbaut sind. Beispielsweise können beide Kraftsensoren jeweils innerhalb der Druckstange hintereinander verbaut sein.

Eine solche Bauweise erlaubt nicht nur eine Überprüfung des istwertgebenden Kraftsensors im Anschluß an jeden Takt, sondern sogar während über die Kalibriervorrichtung Druck auf den gerade zu vermessenden Sitz ausgeübt wird. Eine solche Überprüfung kann sogar ständig durchgeführt werden. Da die Überprüfung parallel zur Regelung durchgeführt werden kann, verlängert hier die Überprüfung nicht die Taktzeit; die Kalibrierung kann so erheblich verkürzt werden.

Insgesamt kann so jede, beliebige zyklische oder auch ständige Überprüfung des Istwertgebers besonders zeiteffizient durchgeführt werden.

Die Ergebnisse der beiden Kraftsensoren werden etwa mit Hilfe einer Kontrollvorrichtung miteinander verglichen. Das Ergebnis dieses Vergleichs kann genutzt werden, um gegebenenfalls in den Kalibriervorgang einzugreifen. So kann etwa der Kalibriervorgang abgebrochen werden, falls die Messungen der beiden Kraftsensoren zu stark voneinander abweichen.

Die Überprüfung kann sich sowohl auf die Genauigkeit der Kraftmessungen als auch grundsätzlicher auf die Meßfähigkeit an sich beziehen.

Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zur Kalibrierung eines Gewichtsensors eines Sitzes mit einer Kalibriervorrichtung nach der Erfindung. Ein erfindungsgemäßes Verfahren weist folgende Schritte auf: Ausüben von Druck auf den Sitz, Messen des auf den Sitz aufgeübten Drucks mit einem Kraftsensor, Regelung des auf den Sitz ausgeübten Drucks unter Berücksichtigung eines Meßwerts des Kraftsensors. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß der Druck auf den Sitz mit Hilfe eines Linearantriebs erzeugt wird. Die Aufgabe wird zusätzlich gelöst durch ein Kalibriersystem mit einer Kalibriervorrichtung nach der Erfindung. Das Kalibriersystem ist dazu ausgelegt, ein Verfahren nach der Erfindung auszuführen.

Vorzugsweise umfaßt das Kalibriersystem ein Portal zur Positionierung der Kalibriervorrichtung. Dazu ist die Kalibriervorrichtung in dem Portal aufgehängt und kann über Antriebe des Portals bewegt werden, so daß die Kalibriervorrichtung sämtliche für die Messungen erforderlichen Positionen einnehmen kann.

Das Kalibriersystem umfaßt weiter vorzugsweise eine Waage. Mit der Waage kann die Kalibriervorrichtung zusätzlich überprüft werden. Ist ein zweiter Kraftsensor in der Kalibriervorrichtung vorhanden, so können sich diese beiden Sensoren zwar bereits gegenseitig überwachen, dennoch kann es erforderlich sein, hin und wieder die Kalibriervorrichtung insgesamt zu überprüfen. Dies kann etwa geschehen, nachdem eine größere Anzahl Sitze mit der Kalibriervorrichtung kalibriert worden ist.

Das Portal des Kalibriersystems kann dazu benutzt werden, um die Kalibriervorrichtung zu verfahren und auf die Waage aufzusetzen.

Die in der vorangehenden und folgenden Beschreibung offenbarten Aspekte beziehen sich sowohl auf die Kalibriervorrichtung, das Kalibrierverfahren als auch auf das Kalibriersystem, auch wenn dies nicht immer explizit ausformuliert ist. Die einzelnen Merkmale können grundsätzlich auch in anderen als den gezeigten Kombinationen erfindungswesentlich sein. Im folgenden soll die Erfindung auch anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden, ohne dabei die Erfindung durch die Beispiele einschränken zu wollen:

Figur 1 zeigt eine Kalibriervorrichtung nach der Erfindung.

Figur 2 zeigt die Kalibriervorrichtung aus Figur 1 zusammen mit weiteren Bestandteilen eines erfindungsgemäßen Kalibriersystems.

Figur 3 zeigt ein X-Y-Portal für ein erfindungsgemäßes KalibrierSystem.

Für gleiche beziehungsweise einander entsprechende Merkmale werden figurenübergreifend gleiche Bezugszeichen verwendet.

Im linken Teil der Figur 1 ist eine über einem Sitz 8 angeordnete Kalibriervorrichtung 20 gezeigt. Die Kalibriervorrichtung 20 umfaßt einen Linearantrieb 1, welcher hier senkrecht zur Sitzfläche ausgerichtet ist mit einer Druckstange 2. Am Ende der Druckstange 2 ist eine Druckplatte 6 mit der Form eines großen B verbaut. In die Druckstange 2 sind ein erster Kraftsensor 3 und ein zweiter Kraftsensor 4 eingebaut. Wird die Druckplatte 6 mit Hilfe des Linearantriebs über die Druckstange 2 auf den Sitz 8 gepreßt, so messen die beiden Kraftsensoren 3 und 4 die ausgeübte Kraft . Beide Kraftsensoren umfassen Dehnungsmeßstreifen (nicht gezeigt) . Seitlich beidseits des Linearantriebs 1 beziehungsweise der Druckstange 2 verlaufen Stangen 5 durch eine Führung 9. Diese zusätzlichen Stangen 5 dienen der Stabilität der Kalibriervorrichtung bzw. zum Schutz der Kraftsensoren 3 und 4 vor Querkräften.

Im rechten Teil von Figur 1 ist eine Steuerkonsole zur Steuerung der Kalibriervorrichtung 20 zu erkennen. Figur 2 zeigt schematisch die Kalibriervorrichtung 20 aus Figur

I über einem Sitz 8. Auch die Steuerkonsole 7 aus Figur 1 ist hier gezeigt .

Die Druckplatte 6 ist in Sitzrichtung nach vorne beziehungsweise hinten über eine Achse verkippbar. Der aktuelle Kippwinkel wird über einen Winkelsensor 12 gemessen. Die Meßwerte der Kraftsensoren 3 und 4 und des Winkelsensors 12 werden einer Kontroll- und Steuereinrichtung 10, 14 zugeführt; ebenso ist an diese die Konsole 7 angeschlossen. Weiter wird über diese Einrichtung 10, 14 das Signal von sechs Laserwegsensoren 13 ausgelesen. Über diese Sensoren 13 wird die möglichst exakte Position und Einstellung des Sitzes 8 vermessen. Über Antriebe

II wird die Kalibriervorrichtung 20 in einem X-Y-Portal (vgl. Figur 3) seitlich verfahren. Zusätzlich umfaßt das Kalibriersystem weitere nützliche Einrichtungen, wie einen Scanner 16, einen Handscanner 17 und einen Labeldrucker 18.

Figur 3 zeigt ein X-Y-Portal zum seitlichen Verfahren einer erfindungsgemäßen Kalibiervorrichtung. Hier erkennt man die Kalibriervorrichtung 20 aus den Figuren 1 und 2, welche in dem X-Y-Portal aufgehängt ist und entlang Schienen 21 und 22 horizontal zweidimensional verfahren werden kann.

Innerhalb des Portals ist auch eine zusätzliche Waage vorhanden (nicht gezeigt) , um die Kalibriervorrichtung 20 wiederholt mit Hilfe der Waage zu überprüfen. Dies sollte jeweils nach einer größeren Anzahl von Kalibrierungen erfolgen.

Der Kalibriervorgang wird am Beispiel eines Beifahrersitzes näher erläutert . Die Kalibrierung ist jeweils nach der Endmontage durchzuführen. Vor der Kalibrierung wird der Beifahrersitz mit seinen Verstellmotoren für die Lehne, Höhenverstellung, Neigung, Längsverstellung und Sitzkissentiefenverstellung (Antriebe jeweils nicht gezeigt) in die Kalibrierstellung gebracht. Nach der Kalibrierung wird die gewünschte Auslieferstellung eingestellt. Mit Laserwegsensoren (vgl. Figur 2) wird dazu die Stellung des Sitzes an sechs verschiedenen Stellen möglichst exakt vermessen. Die Fahrbefehle für die einzelnen Sitzachsen erhält das Steuergerät des Sitzes (nicht gezeigt) über eine zweite CAN-Schnittstelle .

Während des Kalibrierens sind nacheinander an verschiedenen Stellen des Sitzes unterschiedliche Kräfte auf diesen Sitz auszuüben. Die Kraftsollwerte können dabei etwa aus einem Bereich von 0 bis 1.000 Newton vorgegeben werden.

Das Einbringen der Kraft in den Sitz erfolgt über den oben dargestellten Linearantrieb über die Druckstange. Eine Änderung der Kraft wird dabei über ein Verfahren, also eine Positionsänderung, der Druckstange eingestellt. Dabei gilt, je mehr die Druckstange in den Sitz drückt, umso größer ist die ausgeübte Kraft .

Die beiden in der Druckstange in Reihe mit dem Linearantrieb verbauten Kraftsensoren können sich gegenseitig überwachen. Dabei dient einer der beiden Kraftsensoren als Istwertgeber für die Kraftregelung für den Linearantrieb. Die Regelung vergleicht den Kraftsollwert mit dem Kraftistwert und berechnet pro Regelungstakt einen neuen Stellwert für die Krafteinheit (den Linearantrieb) . Welche Kraftsollwerte für welche Sitzvarianten zur Kalibrierung herangezogen werden, übermittelt der für die

Produktionssteuerung zuständige Rechner (14 in Figur 2) . Die Parametertabellen mit den Sollwerten werden in der Applikation verwaltet und sind auf demselben Rechner 14 hinterlegt.

Nach Beendigung der Kalibrierung und Prüfung meldet die Applikation die Ergebnisse an die Produktionssteuerung zurück. Die Ergebnisse der geprüften Sitze werden zur Steuerung der Nachbearbeitung eingesetzt.

Die Beifahrersitze werden auf einem Werkstückträger vor der Kalibrierung vollautomatisch in das Kalibriersystem transportiert, dort positioniert und kontaktiert. Nach der Kalibrierung wird der Beifahrersitz auf demselben Werkstückträger weiter transportiert und gelangt zusammen mit den restlichen Sitzen in die Fahrzeugendmontage.

Das Messsystem kann beispielsweise einen 19-Zoll Industrie-PC aufweisen. Hier können alle Signale zusammenlaufen. Der Industrie-PC kann in einen Schaltschrank eingebaut werden, welcher sich kompakt in das Kalibriersystem integrieren läßt. Es bietet sich an, die Software Applikationen für die Testautomation mit LabView zu programmieren. Die Applikation ist modular aufgebaut, um sie an verschiedene Anwendungen anpassen zu können. Die wichtigsten Module sind: Prüfablaufrahmen; Funktionsbibliothek der einzelnen Prüfschritte; (PID) -Regelung ,• Parameterverwaltung; Variantenverwaltung; Ergebnisverwaltung; Statistikauswertung; Benutzerverwaltung; Bedienoberfäche .

Insgesamt erlaubt es die Erfindung, Sitze mit einer insgesamt kurzen Taktzeit präzise zu kalibrieren. Dabei können auch anspruchsvolle Anforderungen erfüllt werden, etwa betreffend: - eine variable Sollwertvorgabe über einen großen Kräftebereich;

- geringe Toleranzen bezüglich der Einhaltung dieser Sollwerte;

- schnelles Erreichen der Sollwerte innerhalb der geforderten Toleranz;

- zyklische Überprüfung des Istwertgebers für die Regelung.