DE3915069C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches konzipierte Einrichtung zur Detektion von Beschleunigungskräften.

Derartige Einrichtungen sind z. B. in Kraftfahrzeugen dafür vorgesehen, die Anfahrbeschleunigung, die Bremsbeschleunigung oder die Querbeschleunigung zu erfassen. Beim Überschreiten von festgelegten Beschleunigungsgrenzwerten gibt die Schaltvorrichtung einer solchen Einrichtung ein elektrisches Signal ab, wodurch dann z. B. über eine Insassenschutzvorrichtung eine Verstellung des Dämpfungsverhaltens von Stoßdämpfern oder das Ab- bzw. Zuschalten von Antriebskomponenten ausgelöst wird.

Durch die US-PS 29 97 557 ist eine dem Oberbegriff des Hauptanspruches entsprechende Einrichtung zur Detektion von Beschleunigungskräften bekanntgeworden. Bei dieser Einrichtung befindet sich das zur Schaltvorrichtung gehörige, als Kugel ausgebildete Schaltelement in einem allseits geschlossenen Führungskanal. Jedoch besteht der Führungskanal aus einem mit einem offenen und einem geschlossenen Ende versehenen zylinderartig ausgebildeten Bauteil, dessen offenes Ende mit einem Deckelteil verschlossen wird. Zur Festlegung am Aufnahmekörper wird dieses zylinderartige, den Führungskanal aufweisende Bauteil in eine Bohrung des Aufnahmekörpers gesteckt und durch zwei in die Bohrung eingeschraubte Stifte fixiert.

Außerdem ist durch das DE-GM 81 00 312 eine Einrichtung zur Detektion von Beschleunigungskräften bekanntgeworden. Bei dieser Einrichtung befindet sich das zur Schaltvorrichtung gehörige, als Kugel ausgebildete Schaltelement in einem mehr oder weniger offenen Führungskanal. Somit wirken alle Umgebungseinflüsse direkt auf das Schaltelement ein, was z. B. bei niedrigen Temperaturen dazu führen kann, daß sich die gefrierende Luftfeuchtigkeit im Führungskanal abschlägt, wodurch ein freies Bewegen des die Beschleunigungsmasse darstellenden Schaltelementes behindert oder sogar ganz unterbunden ist. Auch Verschmutzungen im Führungskanal können dazu führen, daß ein freies Bewegen des als Kugel ausgebildeten, die Beschleunigungsmasse darstellenden Schaltelementes behindert oder sogar ganz unterbunden wird. Das kann letztendlich dazu führen, daß sicherheitsrelevante Einrichtungen trotz des Einwirkens von eine Auslösung notwendig machenden Beschleunigungskräften zu spät oder nicht in Funktion gesetzt werden.

Des weiteren sind Einrichtungen zur Detektion von Beschleunigungskräften bekanntgeworden, die einen allseits geschlossenen Glaskörper aufweisen, in dem Quecksilber als Schaltelement bzw. als Beschleunigungsmasse vorhanden ist. Quecksilber ist aber ein im höchsten Maße die Umwelt belastender Werkstoff, der bei einer Entsorgung solcher Einrichtungen große Probleme aufwirft. Des weiteren verursachen die sich mit Temperaturänderungen ergebenden Viskositätsänderungen von Quecksilber ein undefiniertes Schaltverhalten, was insbesondere bei sicherheitsrelevanten Einrichtungen nicht akzeptabel ist. Bei niedrigen, unter -35° absinkenden Temperaturen, die im Gebrauchsumfeld von Kraftfahrzeugen durchaus auftreten, ist Quecksilber wegen seines in diesem Temperaturbereich liegenden Schmelzpunktes als Schaltelement bzw. Beschleunigungsmasse gänzlich unbrauchbar.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gegen magnetische Störfelder unempfindliche Einrichtung zur Detektion von Beschleunigungskräften zu schaffen, dessen Schaltelement bzw. Beschleunigungsmasse aus einem umweltverträglichen Werkstoff besteht und weitestgehend vor Umgebungseinflüssen, wie insbesondere Verschmutzung sowie Vereisung geschützt ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhaft bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Einrichtung ist, daß zwischen dem als Kugel ausgebildeten Schaltelement und dem Führungskanal nur eine sehr geringe Reibung vorhanden ist, daß die Detektion von Beschleunigungskräften einer genau definierten Richtung möglich ist und daß die Einrichtung über einen großen Temperaturbereich ein genau definiertes, störspitzenfreies Schaltverhalten aufweist.

Weiterhin ist besonders vorteilhaft, daß das den Führungskanal aufweisende Bauelement mittels an den Aufnahmekörper angeformter Clipsarme am Aufnahmekörper gehalten ist, so daß eine einfache und schnelle Möglichkeit für die Auswechslung eines solchen Bauelementes gewährleistet ist.

Durch die DE 33 47 066 A1 und die DE 34 02 387 C2 ist jeweils eine Einrichtung zur Detektion von Beschleunigungskräften bekanntgeworden, dessen Schaltvorrichtung aus einer optoelektronischen Sender-Empfängereinheit und einem als Kugel ausgebildeten Schaltelement besteht. Das die Beschleunigungsmasse darstellende magnetische Schaltelement wird dabei durch eine Magnetanordnung dem Tiefpunkt eines schüsselförmigen Aufnahmeraumes zugeordnet. Aus der DE 34 02 387 C2 geht dabei hervor, daß das Gehäuse aus einem glasklaren Thermoplast bestehen kann. Durch die Feldstärke der Magnetanordnung wird der vorgegebene Beschleunigungsgrenzwert realisiert. Solchermaßen ausgebildete Einrichtungen erlauben aber nur die Detektion von richtungsungebundenen Beschleunigungskräften, d. h. eine Detektion von aus einer genau definierten Richtung auf die Beschleunigungsmasse bzw. auf das Schaltelement einwirkenden Beschleunigungskräften ist nicht möglich. Außerdem können magnetische Störfelder dazu führen daß die Funktionssicherheit einer derart ausgebildeten Einrichtung erheblich beeinträchtigt wird.

Besonders vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Gegenstandes sind in den Unteransprüchen angegeben und werden anhand von zwei in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert, und zwar zeigen

Fig. 1a eine schematische Darstellung einer ersten Detektions-Einrichtung im Schnitt gemäß Linie A-A der Fig. 1b

Fig. 1b eine schematische Draufsicht des ersten Gegenstandes nach Fig. 1a

Fig. 1c einen Teilbereich des Gegenstandes nach Fig. 1a in der Seitenansicht

Fig. 2a eine schematische Darstellung einer zweiten Detektions-Einrichtung im Schnitt gemäß Linie B-B der Fig. 2b

Fig. 2b eine schematische Draufsicht des Gegenstandes nach Fig. 2a.

Wie aus der Zeichnung hervorgeht, setzt sich eine solche Einrichtung zur Detektion von Beschleunigungskräften hauptsächlich aus einem vorzugsweise aus Kunststoff gefertigten Aufnahmekörper 1, einem am Aufnahmekörper 1 befestigten, einen Führungskanal 2a aufweisenden, insbesondere aus Glas hergestellten, zylinderförmig ausgebildeten Bauelement 2 sowie einer aus zumindest einem optoelektronischen Sender 3a und zumindest einem optoelektronischen Empfänger 3b sowie einem als Kugel ausgebildeten Schaltelement 4 bestehenden Schaltvorrichtung zusammen.

Das als Kugel ausgebildete Schaltelement 4 ist vorteilhafterweise aus Messing gefertigt und in den Führungskanal 2a des aus Glas hergestellten, zylinderförmig ausgebildeten Bauelement 2 freibeweglich eingeschmolzen. Der Führungskanal 2a des Bauelementes 2 weist dabei einen auf das kugelförmige Schaltelement 4 abgestimmten kreisförmigen Querschnitt auf, dessen Durchmesser nur geringfügig größer als der Durchmesser des kugelförmigen Schaltelementes 4 ist. Die Reibpaarung Glas - Messing ergibt dabei äußerst geringe Reibwerte, wodurch für sich gesehen ein schnelles Ansprechen der Schaltvorrichtung erreicht wird. Das Ansprechen der Schaltvorrichtung wird noch dadurch verbessert, daß beim Verschließen des aus Glas hergestellten Bauelementes 2 ein Vakuum im Führungskanal 2a erzeugt wird und somit die Beweglichkeit des kugelförmigen Schaltelementes 4 nicht durch Verdrängungsarbeit behindert wird.

An der Kopfseite des Aufnahmekörpers 1 sind zwei vom Aufnahmekörper 1 wegweisende Clipsarme 5 und zwei vom Bauelement 2 wegweisende Endstege 6 angeformt. Das Bauelement 2 wird zwischen den beiden Endstegen 6 durch die Clipsarme 5 an dem Aufnahmekörper 1 gehalten. Die der Kopfseite gegenüberliegende Fußseite des Aufnahmekörpers 1 ist in Art einer schiefen Ebene ausgebildet. Die Größe des Neigungswinkels α der Fußseite des Aufnahmekörpers 1 ist dabei entsprechend des festgelegten Beschleunigungsgrenzwertes gewählt, bei dessen Überschreitung die Schaltvorrichtung ein elektrisches Signal abgeben soll. Die Fußseite des Aufnahmekörpers 1 ist darüber hinaus dazu vorgesehen, direkt auf einer in den Figuren nicht dargestellten Leiterplatte befestigt zu werden. Zu diesem Zweck sind in dem Aufnahmekörper 1 zwei Gewindebohrungen 7 vorhanden. An die gegenüberliegenden Seitenflächen des Aufnahmekörpers 1 sind Aufnahmetaschen 8 angeformt, die je zur Aufnahme eines optoelektronischen Senders 3a bzw. Empfängers 3b dienen, deren Anschlußbeine durch die Aufnahmetaschen 8 bis zu den zugehörigen, auf der Leiterplatte befindlichen Anschlußstellen hindurchgeführt sind. Die mit dem Aufnahmekörper 1 versehene Leiterplatte wird so angeordnet, daß die Mittelachse des Führungskanals 2a entsprechend des Neigungswinkels α ansteigend in Richtung der zu detektierenden Beschleunigungskräfte verläuft.

Soll die Bewegung des Schaltelementes 4 bestimmte Dämpfungseigenschaften aufweisen, kann der Führungskanal 2a des Bauelementes 2 vorteilhafterweise mit bestimmte Dämpfungseigenschaften realisierenden Gasen oder Flüssigkeiten gefüllt sein. Außerdem besteht die Möglichkeit, die gesamte Einrichtung zusammen mit der zugehörigen elektronischen Schaltungsanordnung mittels einer geeigneten Masse zu vergießen, und zwar um dieselbe vor Beschädigungen zu schützen.

Wie insbesondere aus den Fig. 1a und 1b hervorgeht, ist dem einen der beiden Endbereiche des Bauelementes 2 bzw. des Führungskanals 2a ein optoelektronischer Sender 3a und ein diametral gegenüberliegender optoelektronischer Empfänger 3b zugeordnet. Sowohl der optoelektronische Sender 3a als auch der Empfänger 3b sind dabei je in einer Aufnahmetasche 8 des Aufnahmekörpers 1 festgelegt. Die zu diesem einen Endbereich des Bauelementes 2 gehörige eine Endwand 2b ist einem als Madenschraube ausgebildeten Einstellglied 9 zugeordnet. Das Einstellglied 9 ist dabei in dem einen der Endwand 2b zugeordneten, an den Aufnahmekörper 1 angeformten Endsteg 6 eingeschraubt. An dem anderen, an dem Aufnahmekörper 1 angeformten Endsteg 6 stützt sich einerseits eine Schraubendruckfeder 10 ab, die andererseits an der anderen Endwand 2c des aus Glas hergestellten Bauelementes 2 anliegt. Somit ist das Bauelement 2 zwischen dem Einstellglied 9 und der Schraubendruckfeder 10 sowie durch die Clipsarme 5 verstellbar am Aufnahmekörper 1 gehalten. Durch eine Verstellung des als Madenschraube ausgebildeten Einstellgliedes 9 kann die Position des Bauelementes 2 bzw. des in seiner Ruhelage an der einen Endwand 2b anliegenden kugelförmigen Schaltelementes 4 in bezug auf den optoelektronischen Sender 3a bzw. Empfänger 3b verändert und somit das Ansprechverhalten der Schaltvorrichtung eingestellt werden.

Die Fig. 1a und 1b zeigen das kugelförmig ausgebildete, die Beschleunigungsmasse darstellende Schaltelement 4 in seiner Ruhelage. Der Lichtfluß vom optoelektronischen Sender 3a zum Empfänger 3b ist somit unterbrochen. Wirken nun Beschleunigungskräfte aus der definierten Richtung auf das Schaltelement 4 ein, die den durch den Neigungswinkel α festgelegten Beschleunigungsgrenzwert überschreiten, verläßt das kugelförmige Schaltelement 4 seine Ruhelage und das vom optoelektronischen Sender 3a ausgestrahlte Licht auf den optoelektronischen Empfänger 3b. Dadurch wird ein elektrisches Signal abgegeben, das letztendlich dafür sorgt, daß z. B. die Verstellung des Dämpfungsverhaltens von Stoßdämpfern, die Auslösung einer Insassenschutzvorrichtung oder das Ab- bzw. Zuschalten von Antriebskomponenten erfolgt.

Wie insbesondere aus den Fig. 2a und 2b hervorgeht, ist jedem der beiden Endbereiche des aus Glas hergestellten Bauelementes 2 ein optoelektronischer Sender 3a und optoelektronischer Empfänger 3b zugeordnet. Jeder optoelektronische Sender 3a und Empfänger 3b ist dabei in einer Aufnahmetasche 8 des Aufnahmekörpers 1 festgelegt. Die beiden Endwände 2a, 2b des Bauelementes 2 sind den an den Aufnahmekörper 1 angeformten Endstegen 6 mit geringem Spiel zugeordnet. Das kugelförmige, aus Messing gefertigte Schaltelement 4 liegt in seiner dargestellten Ruhelage an der Endwand 2b des Bauelementes 2 an. Damit ist der Lichtfluß des der Endwand 2b naheliegenden optoelektronischen einen Senders 3a zu dem der Endwand 2b naheliegenden einen Empfänger 3b unterbrochen, während der Lichtfluß des der Endwand 2c naheliegenden anderen optoelektronischen Senders 3a zu dem der Endwand 2c naheliegenden anderen Empfänger 3b ungehindert ist. Wirken nun Beschleunigungskräfte aus der definierten Richtung auf das Schaltelement 4 ein, die den durch den Neigungswinkel α festgelegten Beschleunigungsgrenzwert überschreiten, verläßt das kugelförmige Schaltelement 4 seine Ruhelage und das von dem einen optoelektronischen Sender 3a ausgestrahlte Licht trifft auf den einen optoelektronischen Empfänger 3b. Der Lichtfluß des anderen optoelektronischen Senders 3a zum anderen Empfänger 3b wird aber dann unterbrochen, wenn das Schaltelement 4 in diesen Bereich kommt. Dadurch wird ein elektrisches Signal abgegeben, das letztendlich dafür sorgt, daß z. B. die Verstellung des Dämpfungsverhaltens von Stoßdämpfern, die Auslösung einer Insassenschutzvorrichtung oder das Ab- bzw. Zuschalten von Antriebskomponenten erfolgt. Weil diese Einrichtung zwei funktionsmäßig geschickt miteinander verknüpfte optoelektronische Sender 3a bzw. Empfänger 3b aufweist, bleibt die Funktionstüchtigkeit der Einrichtung auch dann gewährleistet, wenn z. B. ein optoelektronischer Sender 3a oder Empfänger 3b ausfallen sollte.

Natürlich können der optoelektronische Sender 3a bzw. der Empfänger 3b auch an jeder beliebigen Stelle des Führungskanals 2a (bezogen auf dessen Mittelachse) angeordnet sein, um bestimmte Ansprechcharakteristiken der Schaltvorrichtung zu realisieren.

Claims (9)

1. Einrichtung zur Detektion von Beschleunigungskräften mit einem einen Aufnahmekörper zugeordneten, einen Führungskanal aufweisenden Bauelement, dessen Mittelachse in Richtung der zu detektierenden Beschleunigungskräfte ausgerichtet und in Art einer schiefen Ebene ansteigend angeordnet ist, wobei dem Führungskanal zumindest eine eine elektrische Signalgabe bewirkende Schaltvorrichtung zugeordnet ist, die ein Schaltelement aufweist, das als eine im Führungskanal angeordnete, eine freibewegliche Beschleunigungsmasse darstellende Kugel ausgebildet ist, deren Bewegungsspielraum durch sich gegenüberliegende Anschläge sowie den auf das Schaltelement abgestimmten kreisförmigen Querschnitt des Führungskanales eingegrenzt ist, daurch gekennzeichnet, daß das zumindest partiell transparent ausgebildete Bauelement (2) einstückig ausgeführt ist, daß das Bauelement (2) mittels an den Aufnahmekörper (1) angeformter Clipsarme (5) am Aufnahmekörper (1) gehalten ist, daß der im Bauelement (2) vorhandene Führungskanal (2a) das Schaltelement (4) gasdicht einschließt und daß die Schaltvorrichtung einen senkrechten zur Mittelachse des Führungskanals (2a) ausgerichteten optoelektronischen Sender (3a) sowie diametral dazu einen optoelektronischen Empfänger (3b) umfaßt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einem der beiden Endbereiche des Führungskanals (2a) ein jeweils am Aufnahmekörper (1) gehaltener optoelektronischer Sender (3a) und ein optoelektronischer Empfänger (3b) zugeordnet sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedem der beiden Enden des Führungskanals (2a) ein jeweils am Aufnahmekörper (1) gehaltener optoelektronischer Sender (3a) sowie jeweils ein darauf ausgerichteter optoelektronischer Empfänger (3b) zugeordnet sind.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das den Führungskanal (2a) aufweisende Bauelement (2) ein einstückig aus Glas hergestellter Zylinder ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Bauelement (2) mit seiner anderen Endwand (2c) an einem dem Aufnahmekörper (1) zugeordneten Federglied (10) abstützt und mit seiner einen Endwand (2b) einem am Aufnahmekörper (1) befestigten Einstellglied (9) zugeordnet ist.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der gasdicht verschlossene Führungskanal (2a) des einstückig aus Glas hergestellten Bauelementes (2) mit einem Schutzgas, vorzugsweise mit trockener Luft gefüllt ist.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im gasdicht verschlossenen Führungskanal (2a) des einstückig aus Glas hergestellten Bauelementes (2) ein Vakuum vorhanden ist.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das im Führungskanal (2a) des Bauelementes (2) befindliche, als Kugel ausgebildete Schaltelement (4) aus einem keramischen Werkstoff gefertigt ist.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das im Führungskanal (2a) des Bauelementes (2) befindliche, als Kugel ausgebildete Schaltelement (4) aus einem nicht magnetisierbaren Metall, vorzugsweise aus Messing, hergestellt ist.