DE19739814A1 - Beschleunigungssensor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Beschleunigungssensor.

Ein bekannter Beschleunigungssensor (DE 44 43 419) ist für Beschleunigungen aus zwei zueinander entgegengesetzten Rich­ tungen empfindlich und weist dabei eine magnetische seismi­ sche Masse auf, die verschiebbar auf einem Träger gelagert ist. Die Ruhelage der seismischen Masse ist etwa mittig auf dem Träger, wobei im folgenden unter Ruhelage der seismischen Masse diejenige Lage zu verstehen ist, die die seismische Mas­ se ohne Einwirkung von Beschleunigungskräften in ihrer Emp­ findlichkeitsrichtung einnimmt. Beschleunigungsabhängig wird die seismische Masse aus dieser Ruhelage je nach Richtung ei­ ner auf den Beschleunigungssensor einwirkenden Beschleuni­ gungskraft in eine Endlage verschoben. Bei den Endlagen sind magnetisch steuerbare Schalter angeordnet, die infolge einer Verschiebung der magnetischen seismischen Masse schließen. Ruhelage und Endlagen sowie Rückstellkräfte der seismischen Masse werden durch einen Weicheisen-Formkörper des Trägers bewirkt, dessen Querschnitt von der Ruhelage zu den Endlagen hin verringert ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Beschleunigungssensor und insbesondere einen als Beschleunigungsschalter ausgebildeten Beschleunigungssensor zu schaffen, der aufwandsarm herzustel­ len ist, und der für zwei Beschleunigungsrichtungen empfind­ lich ist.

Gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale des Patenanspruchs 1. Auf einem Träger mit zwei Anschlägen sind zwei seismische Massen zwischen den Anschlägen entlang des Trägers verschieb­ bar angeordnet, wobei jede seismische Masse aus einer Ruhela­ ge gegen eine Kraft auf die andere seismische Masse zu in ei­ ne Endlage verschiebbar ist. Zumindest ein Schaltelement wird infolge einer Verschiebung zumindest einer der seismischen Massen von ihrer Ruhelage in ihre Endlage betätigt, wobei die seismische Masse nicht notwendigerweise erst bei ihrer Aus­ lenkung in die Endlage einen Schaltvorgang auslöst sondern gegebenenfalls auch bei einer geringeren Auslenkung.

Der erfindungsgemäße Beschleunigungssensor ist in vorteilhaf­ ter Weise aus wenigen Bauteilen in einer geringen Anzahl von Arbeitsschritten, insbesondere einfach auszuführenden Monta­ geschritten, herstellbar. Dennoch ist der Beschleunigungssen­ sor bidirektional empfindlich, das heißt empfindlich für Be­ schleunigungen aus zwei zueinander entgegengesetzten Richtun­ gen. Er kann damit in vorteilhafter Weise in einem Kraftfahr­ zeug zum Erkennen eines Aufpralls verwendet werden. Ist seine Empfindlichkeitsachse insbesondere parallel zur Fahrzeu­ glängsachse ausgerichtet, so kann mit dem Beschleunigungssen­ sor sowohl ein Front- als auch ein Heckaufprall erkannt wer­ den. Ist seine Empfindlichkeitsachse quer zur Fahrzeuglängs­ ache angeordnet, kann der Beschleunigungssensor sowohl Quer­ beschleunigungen bei einem Seitenaufprall von rechts als auch Querbeschleunigungen bei einem Seitenaufprall von links auf­ nehmen.

Die Unteransprüche 2 und 3 sind darauf ausgerichtet, die ei­ ner beschleunigungsbedingten Auslenkung einer der seismischen Massen entgegenwirkende Kraft auf vorteilhafte Weise bereit­ zustellen. Diese Kraft wirkt einer beschleunigungsbedingeten Auslenkung beider seismischen Massen entgegen und wird in der Fachwelt auch Rückstellkraft genannt, da sie eine einmal aus­ gelenkte seismische Masse wieder in ihre Ruhelage zu ver­ schieben versucht. Sind insbesondere beide seismische Massen als Magnete ausgebildet und mit ihren Polaritäten derart an­ geordnet, daß sich zwei gleiche Pole der Magnete einander ge­ genüberstehen und sich die seismischen Massen somit voneinan­ der abstoßen, wird die einer Auslenkung einer seismischen Masse entgegenwirkende Kraft ohne zusätzliches Bauteil gewon­ nen. Die Ausbildung dieser Kraft in ihrem örtlichen Verlauf entlang der Längsachse des Trägers und in ihrer Stärke ist verantwortlich für die Auslenkgeschwindigkeit und den Aus­ lenkweg und damit insbesondere für die auf die seismische Masse einwirkende Beschleunigungsschwellenkraft, die erfor­ derlich ist, um das Schaltelement zu betätigen. Alternativ oder zusätzlich ist zwischen den beiden seismischen Massen eine Spiralfeder angeordnet, so daß eine beschleunigungsab­ hängig ausgelenkte seismische Masse gegen die Federkraft der Feder einen vorgegebenen Federweg überwinden muß, um das Schaltelement zu betätigen. Beiden vorteilhaften Weiterbil­ dungen ist gemein, daß nicht jeder seismischen Masse ein ei­ genes Element zum Erzeugen der Rückstellkraft zugeordnet ist sondern daß ein gemeinsames Kraftelement wie die Feder oder die magnetische Ausbildung der seismischen Massen die Rück­ stellkräfte für selbige erzeugt.

Die Unteransprüche 4 bis 8 sind auf vorteilhafte Weiterbil­ dungen des Schaltelements gerichtet.

Die Ansprüche 9 und 10 sind auf eine Einrichtung zum Auslösen eines Insassenschutzmittels ausgerichtet, die den erfindungs­ gemäßen Beschleunigungssensor als sogenannten Safing-Sensor verwendet.

Ausführungsbeispiele der Erfindung und ihrer Weiterbildungen werden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Beschleunigungssensor,

Fig. 2 einen weiteren erfindungsgemäßen Beschleunigungs­ sensor,

Fig. 3 einen dritten erfindungsgemäßen Beschleunigungssen­ sor,

Fig. 4 den Beschleunigungssensor nach Fig. 1 unter Ein­ wirkung einer Beschleunigungskraft aus einer Rich­ tung,

Fig. 5 den Beschleunigungssensor nach Fig. 1 unter Ein­ wirkung einer Beschleunigungskraft aus einer ande­ ren Richtung, und

Fig. 6 eine Einrichtung zum Auslösen eines Insassenschutz­ mittels unter Verwendung des erfindungsgemäßen Be­ schleunigungssensors.

Gleiche Bauteile in den Figuren sind figurenübergreifend durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet.

Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Beschleunigungssensor mit einem Träger 1 mit zwei Anschlägen 11 und 12 an seinen Enden. Zwei als Magnete ausgebildete seismische Massen 21 und 22 sind entlang der Längsachse des Trägers 1 verschiebbar auf diesem zwischen den Anschlägen 11 und 12 angeordnet. Ein Ge­ häuse 5 umschließt den Träger 1 und die seismischen Massen 21 und 22. Der Beschleunigungssensor gemäß Fig. 1 hat eine zy­ lindrische Form: Dabei weisen der Träger 1, die seismischen Massen 21 und 22 und das Gehäuse 5 hohlzylindrische Formen auf. Die Anschläge 11 und 12 sind als kreisrunde Platten aus­ gebildet.

In dem hohlzylindrischen Träger 1 ist ein Schaltelement 3 strichiert eingezeichnet, das als magnetisch steuerbarer Schalter 31 ausgebildet ist. Der magnetisch steuerbare Schal­ ter 31 enthält ein vorzugsweise mit Schutzgas angefülltes Ge­ häuse 313, das Kontakte 311 und 312 umschließt. Die Kontakte 311 und 312 sind durch das Gehäuse 313 nach außen geführt und durchdringen den Anschlag 12, um in Anschlüssen 314 und 315 zu enden, an denen ein Schaltsignal des magnetisch steuerba­ ren Schalters 31 abgegriffen werden kann.

Die seismischen Massen 21 und 22 sind in Fig. 1 in ihren Ru­ helagen eingezeichnet. Unter Ruhelage einer seismischen Masse ist diejenige Position entlang des Trägers 1 zu verstehen, die von der seismischen Masse eingenommen wird, sofern keine Beschleunigungskraft auf sie einwirkt. Die seismischen Massen werden durch eine mit einem Doppelpfeil eingezeichnete Kraft F in ihren Ruhelagen gehalten. Die Kraft F beruht auf der Ausbildung der seismischen Massen 21 und 22 als Magnete. Die Polaritäten - S für Südpol und N für Nordpol - sind derart gewählt, daß sich die seismischen Massen voneinander abstoßen und damit auf jede seismische Masse 21 und 22 die magnetische Kraft F einwirkt und die jeweilige seismische Masse 21 und 22 in ihrer Ruhelage hält.

Fig. 4 zeigt den Beschleunigungssensor nach Fig. 1 unter Einwirkung einer Beschleunigungskraft B aus der durch den Pfeil eingezeichneten Richtung. Dabei ist die Beschleuni­ gungskraft B größer als die Kraft F, so daß die seismische Masse 22 aus ihrer Ruhelage gemäß Fig. 1 in ihre Endlage ge­ mäß Fig. 4 ausgelenkt wird. In dieser Endlage bewirkt die seismische Masse 22 aufgrund ihrer magnetischen Ausbildung ein Schließen der ohne Einwirken einer Beschleunigungskraft gemäß Fig. 1 noch geöffneten Schaltkontakte 311 und 312. Das Schaltelement 3 ist damit betätigt, an den Anschlüssen 314 und 315 kann ein Schaltsignal abgegriffen werden. Die seismi­ sche Masse 21 verharrt weiter in ihrer Ruhelage, da der An­ schlag 11 einer Auslenkung aufgrund der Beschleunigungskraft B entgegensteht.

Fig. 5 zeigt den Beschleunigungssensor gemäß Fig. 1 unter Einwirkung einer Beschleunigungskraft B aus der zu Fig. 4 entgegengesetzten Richtung. Bei einer derart gerichteten Be­ schleunigungskraft B wird anstelle der seismischen Masse 22 die seismische Masse 21 aus ihrer Ruhelage in die in Fig. 5 eingezeichnete Endlage ausgelenkt, in der sie ein Schließen der Kontakte 311 und 312 des magnetisch steuerbaren Schalters 31 (Reed-Schalters) bewirkt.

Fig. 2 zeigt einen weiteren erfindungsgemäßen Beschleuni­ gungssensor, bei dem anstelle einer magnetischen auf die seismischen Massen 21 und 22 einwirkenden Kraft F eine durch eine Spiralfeder 4 verursachte Kraft F auf die seismischen Massen 21 und 22 einwirkt. Die Feder 4 ist zwischen den seis­ mischen Massen 21 und 22 angeordnet und drückt die seismi­ schen Massen 21 und 22 in ihre Ruhelagen gegen die Anschläge 11 und 12. In Fig. 2 wirkt keine Beschleunigungskraft auf den Beschleunigungssensor ein. Nahe bei den Ruhelagen der seismischen Massen 21 und 22 sind an/in den Anschlägen 11 und 12 mechanisch steuerbare Schalter 32 angeordnet, jeweils mit Kontakten 321 und 322 und elektrisch mit den Kontakten 321 und 322 verbundenen Anschlüssen 323 und 324 zum Abgreifen von Schaltsignalen. Dabei ist jeder Kontakt 321 als Federelement ausgebildet, das bei Ruhelage der seismischen Massen 21 und 22 durch je einen Fortsatz 211 und 221 der seismischen Massen 21 und 22 von dem Kontakt 322 beabstandet gehalten wird. Wird eine der seismischen Massen 21 oder 22 gemäß Fig. 4 oder Fig. 5 ausgelenkt, so wird das Federelement-Kontaktstück 321 nicht mehr durch den Fortsatz 211 in seiner vorgespannten La­ ge gehalten sondern stellt eine leitende Verbindung mit dem Kontakt 322 her. Ein entsprechendes Schaltsignal ist an den Anschlüssen 323 und 324 abzugreifen. Die Fortsätze 211 und 221 können auch einstückig mit den Kontaktstücken 321 ausge­ bildet sein anstelle einstückig mit den seismischen Massen 21 und 22.

Fig. 3 zeigt einen dritten erfindungsgemäßen Beschleuni­ gungssensor, bei dem wiederum gemäß Fig. 1 die seismischen Massen 21 und 22 als Magnete ausgebildet sind. Als Schaltele­ mente 3 sind mechanisch steuerbare Schalter 32 zu beiden En­ den des Trägers 1 vorgesehen, wobei Kontakte 321 und 322 an/in den Anschlägen 11 und 12 vorgesehen sind, die jeweils in Anschlüsse 323 und 324 münden, an denen ein Schaltsignal abgegriffen werden kann. Ein an die Anschlüsse 323 und 324 angelegtes Stromsignal fließt über die Kontakte 321 und 323 und die nun elektrisch leitend ausgebildete seismische Masse 21 beziehungsweise 22. Wird eine der seismischen Massen 21 und 22 gemäß Fig. 4 oder Fig. 5 ausgelenkt, so öffnet das jeweils aus einem Kontakt 321 oder 322 und einer seismischen Masse 21 oder 22 gebildete Schaltelement 3.

Der Beschleunigungssensor gemäß Fig. 1 erkennt aufgrund der Verwendung nur eines einzigen nahe bei den beiden Endlagen der beiden seismischen Massen 21 und 22 angeordneten Schalte­ lements 3 das Einwirken einer Beschleunigungskraft auf den Beschleunigungssensor, jedoch nicht die Richtung der Be­ schleunigungskraft. Diese kann beispielsweise mit Beschleuni­ gungssensoren gemäß Fig. 2 oder Fig. 3 erkannt werden, wo­ bei das Schaltsignal eines jeden Schaltelements 3 für eine Beschleunigungskraft aus einer bestimmten Richtung steht.

Fig. 6 zeigt eine Einrichtung zum Auslösen eines Insassen­ schutzmittels mit dem erfindungsgemäßen Beschleunigungssensor 0, der in Serie zu einem Insassenschutzmittel 9 beziehungs­ weise dessen Zündelement und einer steuerbaren Leistungsstufe 8 zwischen einer Energieversorgung angeordnet ist. Es ist ein weiterer Beschleunigungssensor 6 vorgesehen, dessen Signal von einem Auswerter 7 ausgewertet wird. Der Auswerter 7 steu­ ert die Leistungsstufe 8 leitend, wenn ein ausreichend starker Aufprall zum Auslösen des Insassenschutzmittels 9 erkannt wird. Der Beschleunigungssensor 0 weist eine Schaltschwelle auf, die bereits bei einer geringeren Aufprallstärke über­ schritten wird, so daß das Schaltsignal des Beschleunigungs­ sensors 0 ein Zeitfenster vorgibt, in dem ein Zündsignal des Auswerters 7 die steuerbare Leistungsstufe 8 leitend schalten kann. Ein derart verwendeter Beschleunigungssensor 0 ist in der Fachwelt mit dem Begriff Safing-Sensor belegt.

Im folgenden sei der Beschleunigungssensor 0 und der weitere Beschleunigungssensor 6 parallel zur Fahrzeuglängsachse aus­ gerichtet. Auch der weitere Beschleunigungssensor 6 sei wie der Beschleunigungssensor 0 bidirektional und damit für Be­ schleunigungen bei einem Front- und einem Heckaufprall emp­ findlich. Das Insassenschutzmittel 9 sei ein Schutzmittel, das bei einem Frontaufprall ausgelöst wird, wie zum Beispiel ein Fahrer- oder Beifahrerairbag, das weiter in Fig. 6 ein­ gezeichnete Insassenschutzmittel 91 zum Schutz bei einem Heckaufprall vorgesehen, beispielsweise ein Gurtstraffer. Er­ kennt der Auswerter 7, daß ein Heckaufprall vorliegt, so steuert er eine dem Insassenschutzmittel 91 zugeordnete Lei­ stungsstufe 81 leitend, um das Insassenschutzmittel 91 auszu­ lösen. Der Beschleunigungssensor 0 ist gemäß Fig. 1 ausge­ bildet und weist lediglich ein Schaltelement 3 auf, das für beide Beschleunigungsrichtungen, für die der Beschleunigungs­ sensor empfindlich ist, ein Schaltsignal liefert. In vorteil­ hafter Weise wird hier also nur ein einziger Beschleunigungs­ sensor als Safing-Sensor sowohl für einen Front- als auch für einen Heckaufprall verwendet, mit nur einem einzigen Schalte­ lement. Alternativ kann jedoch auch ein Beschleunigungssensor nach den Fig. 2 oder 3 verwendet werden, wobei hierbei der eine mechanisch steuerbare Schalter des Beschleunigungssen­ sors ausschließlich dem Zündkreis 8, 9, 0 für das Insassen­ schutzmittel 9 zum Frontaufprallschutz, der andere mechanisch steuerbare Schalter 32 des Beschleunigungssensors 0 aus­ schließlich dem Zündkreis 81, 91, 0 für das Insassenschutz­ mittel 91 zum Heckaufprallschutz zugeordnet wird.

Die Schaltschwelle des Beschleunigungssensors nach Fig. 1 kann beispielsweise dahingehend verändert werden, daß der mag­ netisch steuerbare Schalter nicht mittig zwischen den seis­ mischen Massen 21 und 22 in ihrer Ruhelage angeordnet ist, sondern verschoben zu einer der seismischen Massen hin, so daß beispielsweise die Schaltschwelle bei einem Frontaufprall größer ist als bei einem Heckaufprall.

Claims (10)

1. Beschleunigungssensor,

• - mit einem Träger (1) mit zwei Anschlägen (11, 12),
• - mit zwei entlang des Trägers (1) zwischen den Anschlägen (11, 12) verschiebbar angeordneten seismischen Massen (21, 22), wobei jede seismische Masse (21, 22) aus einer Ru­ helage gegen eine Kraft (F) auf die andere seismische Masse (22, 21) zu in eine Endlage verschiebbar ist, und
• - mit einem Schaltelement (3), das infolge einer Verschiebung zumindest einer der seismischen Massen (21, 22) von ihrer Ruhelage in ihre Endlage betätigt wird.

2. Beschleunigungssensor nach Anspruch 1, bei dem die seismi­ schen Massen (21, 22) als Magnete ausgebildet und derart auf dem Träger (1) angeordnet sind, daß sie sich magnetisch ab­ stoßen.

3. Beschleunigungssensor nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem eine Feder (4) zwischen den seismischen Massen (21, 22) angeordnet ist.

4. Beschleunigungssensor nach Anspruch 2, bei dem das Schalt­ element (3) als magnetisch steuerbarer Schalter (31) ausge­ bildet ist.

5. Beschleunigungssensor nach Anspruch 4, bei dem der magne­ tisch steuerbare Schalter (31) nahe der Endlagen der seismi­ schen Massen (21, 22) angeordnet ist.

6. Beschleunigungssensor nach einem der vorhergehenden An­ sprüche, bei dem das Schaltelement (3) als mechanisch steuer­ barer Schalter (32) ausgebildet ist.

7. Beschleunigungssensor nach Anspruch 6, bei der je ein me­ chanisch steuerbarer Schalter (32) nahe der Ruhelagen der seismischen Massen (21, 22) angeordnet ist.

8. Beschleunigungssensor nach Anspruch 7, bei der die seismi­ schen Massen (21, 22) elektrisch leitend sind und ein Strompfad bei geschlossenem Schaltelement (3) über die seis­ mischen Massen (21, 22) führt.

9. Einrichtung zum Auslösen eines Insassenschutzmittels mit einem Beschleunigungssensor (0) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem weiteren Beschleunigungssensor (6), und mit einem Auswerter (7) für ein Signal des weiteren Beschleu­ nigungssensors (6), wobei das Insassenschutzmittel (9) abhän­ gig von dem Signal des weiteren Beschleunigungssensors (6) und abhängig von dem Schaltsignal des Beschleunigungssensors (0) gesteuert wird.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, die zum Auslösen eines In­ sassenschutzmittels für den Frontaufprallschutz und eines In­ sassenschutzmittels für den Heckaufprallschutz verwendet wird, wobei der Beschleunigungssensor (0) und der weitere Be­ schleunigungssensor (6) jeweils einen Frontaufprall und einen Heckaufprall erkennen.