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Die Erfindung betrifft einen Schalter für ein Gurtschloss eines Sicherheitsgurtsystems, beispielsweise in einem Automobil, gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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In technischen Anwendungen, wie beispielsweise dem Automobilbau und dergleichen, ist es oftmals erforderlich, die Lage eines in zwei Endlagen relativ zu einem stationären Teil verstellbaren Bauteils messtechnisch schnell und zuverlässig zu erfassen. Im Fall eines Gurtschlosses eines Sicherheitsgurtsystems, beispielsweise in einem Automobil, muss überprüft werden, ob ein Insasse angegurtet ist oder nicht. Die Kenntnis des Verriegelungszustands des Gurtschlosses ist erforderlich, um die Insassen durch ein Signal auf das Anlegen und Schliessen der Sicherheitsgurte aufmerksam zu machen. Seit der Einführung von Sicherheits-Airbags ist die Information über den Schliesszustand der Sicherheitsgurte auch für die Aktivierung oder Deaktivierung von Mechanismen zum Aufblasen von Fahrer- und Beifahrerairbags bzw. von Seiten- und Kopfairbags von Bedeutung.
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Aus dem Stand der Technik sind beispielsweise Hallsensoren zur berührungslosen Überwachung von Bauteilen, die ihre Lage verändern, insbesondere zwei unterschiedliche Endlagen einnehmen können, bekannt. Hallsensoren bestehen im Prinzip aus einer mit Konstantstrom versorgten Halbleiterschicht, üblicherweise in integrierter Bauweise. Durch eine Magnetfeldkomponente senkrecht zur Halbleiterschicht wird der Konstantstrom beeinflusst und der Sensor liefert eine auswertbare Hall-Spannung, die abgegriffen und zur Auswertung eines Zustands herangezogen bzw. auch unmittelbar als Schaltspannung eingesetzt werden kann. Die integrierte Bauweise von Hallsensoren bietet die Möglichkeit, bereits eine zur Auswertung des Schaltzustandes geeignete Auswerteschaltung auf dem Hallsensor zu integrierten. In der Automobilindustrie werden daher in vielen Anwendungen Hallsensoren als berührungslose Zustandssensoren eingesetzt.
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Aus der
EP-A-0 861 763 ist beispielsweise ein Gurtschloss mit einem integrierten vorgespannten Hallsensor bekannt, welches den Zustand eines Verriegelungskörpers bzw. eines Auswerfers für eine in das Gurtschloss eingeführte Schlosszunge berührungslos erfasst. Dabei ist ein Hallsensor mit einem Hallfeld in unmittelbarer Nachbarschaft zu einem Permanentmagneten angeordnet. Durch eine Lageveränderung des Verriegelungskörpers bzw. des Auswerfers, die dazu aus einem ferromagnetischen Material bestehen, wird das Magnetfeld des Permanentmagneten verändert. Babel verändert sich das Signal des Hallsensors und am Ausgang des Hallsensors kann die Zustandsänderung als Spannungsänderung abgegriffen werden. In einer alternativen Ausführungsvariante ist vorgeschlagen, den Hallsensor mit einem Hallfeld ohne einen Permanentmagneten zu installieren und dafür den Verriegelungskörper oder den Auswerfer als Permanentmagneten auszubilden. Auch bei dieser Anordnung soll die Lageänderung des Verriegelungskörpers oder des Auswerfers durch eine Änderung der Hallspannung erfassbar sein.
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Nachteilig an dem Gurtschloss gemäss der
EP-A-0 861 763 ist, dass der Hallsensor sehr sorgfältig in bezug auf das Verriegelungselement bzw. den Auswerfer positioniert werden muss. Ein nachträglicher Einbau des Hallsensors ist daher relativ aufwendig und teuer. Je nach seiner Anordnung ist der Hallsensor auch empfindlich gegenüber äusseren elektromagnetischen Streufeldern, die beispielsweise bereits durch einen magnetischen Schlüsselanhänger hervorgerufen werden können. Gegebenenfalls muss sogar eine zusätzliche Abschirmung angebracht werden, was den Aufbau bzw. den Einbau noch weiter verkompliziert. Die Anfälligkeit gegenüber äusseren Streufeldern wird auch noch dadurch vergrössert, dass die Signaländerungen wegen der verhältnismässig geringen Wegstrecken, die beim Schliessen bzw. Öffnen der Sicherheitsgurtverriegelung von dem Verriegelungskörper bzw. dem Auswerfer zurückgelegt werden, relativ klein sind. Auch die Gurtschlossvariante ohne vorgespannten Hallsensor, bei der entweder der Verriegelungskörper oder der Auswerfer als Permanentmagnet ausgebildet sind, erweist sich als wenig praktikabel. Die erzielbaren Signaländerungen sind auch hier relativ klein, was die Detektion von unterschiedlichen Zuständen, hier Gurtschloss offen oder geschlossen, erschwert. Durch die Erschütterungen des Verriegelungskörpers und des Auswerfers beim Schliessen und Öffnen des Sicherheitsgurtes kann es mit der Zeit zu einer Entmagnetisierung des Permanentmagneten kommen. Dies kann schliesslich dazu führen, dass der Hallsensor wirkungslos wird und die Zustandsänderungen des Gurtschlosses nicht mehr zuverlässig detektiert werden können.
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Die bekannten Gurtschlösser weisen eine sehr kompakte Bauweise auf; das Platzangebot innerhalb des Gurtschlosses ist daher meist sehr beschränkt. Dies erschwert es, Sensorbauteile innerhalb des Gurtschlossgehäuses, insbesondere in Nachbarschaft zu einem Bauteil anzuordnen, welches bei der Betätigung des Gurtschlosses seine Lage von einer Endlage in die andere Endlage verändert. Sollen dann auch noch Abschirmungen angebracht werden, steht der Konstrukteur meist vor einem praktisch unlösbaren Problem, da die Abmessungen des Gurtschlossgehäuses ja nicht verändert werden sollen.
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Aus der
EP-1 485 276 B1 ist ein mechanischer Schalter bekannt, der als Sensor zur Überwachung des Verriegelungszustands eines Gurtschlosses einsetzbar ist. Der Schalter weist zwei in einem Schaltergehäuse angeordnete Kontaktbleche auf. Die kontaktgebenden Bereiche der Kontaktbleche sind in einem oberen Gehäuseinnenraum des Schaltergehäuses angeordnet. Eines der Kontaktbleche ist als eine Kontaktfeder mit einem hammerförmigen Bereich am kontaktgebenden Ende ausgebildet, der mit einem gabelförmigen kontaktgebenden Ende des festen Kontaktblechs zusammenwirkt. Die Kontaktfeder weist einen mittleren bogenförmigen Bereich auf, der in einen seitlich vom Gehäuseinnenraum vorgesehenen Kanal hineinragt. Der Kontakt der beiden Kontaktbleche wird durch Bewegen eines Schiebers im Kanal geschlossen bzw. geöffnet.
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Dieser aus dem Stand der Technik bekannte mechanische Schalter ist unempfindlich gegenüber elektromagnetischen Streufeldern. Er weist auch keinen Permanentmagneten auf, der infolge von Erschütterungen mit der Zeit entmagnetisiert werden könnte und dadurch die Funktion des Sensor beeinträchtigen könnte. Der bekannte mechanische Schalter ist einen verhältnismässig kompakt aufgebaut und in verschiedenen Gurtschlossvarianten unterbringbar, ohne dass dazu grössere Veränderungen am Gurtschlossgehäuse oder am Gurtschloss selbst erforderlich wären. Nachteilig an dem mechanischen Schalter des Stands der Technik ist die relativ komplexe Form der Kontaktbleche, die eine sehr genaue Justierung zueinander erfordert. Der mittlere bogenförmige Bereich des als Kontaktfeder ausgebildeten Kontaktblechs muss sehr exakt ausgebildet sein, damit die Funktion des Schalters gewährleistet ist. Auch der daran anschliessende hammerförmige Kontaktbereich erfordert eine relativ hohe Präzision, damit der Kontakt zu den gabelförmigen Kontaktbereichen des feststehenden Kontaktblechs sichergestellt ist. Das Vorsehen eines oberen Gehäuseinnenraums für die kontaktgebenden Bereiche der Kontaktbleche, der ein Eindringen von Fremdkörpern verhindern soll, bedingt ein komplex gestaltetes Schaltergehäuse. Um die erforderliche Genauigkeit zu erzielen, muss eine relativ hoher Fertigungsaufwand betrieben werden, der sich negativ auf die Kosten für den Schalter auswirkt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen mechanischen Schalter zu schaffen, der als Sensor für die Überwachung des Verriegelungszustands eines Gurtschlosses eines Sicherheitsgurtsystems einsetzbar ist und im Gegensatz zu dem aus dem Stand der Technik bekannten Schalter einen einfacheren konstruktiven Aufbau aufweist. Der Schalter soll einfach und kostengünstig herstellbar sein und insbesondere eine einfache und automatisierbare Montage erlauben. Der Schalter soll möglichst kompakt aufgebaut sein und eine Integration in bestehende Gurtschlosskonstruktionen erlauben, ohne dass dazu Veränderungen am Gurtschlossgehäuse erforderlich sind.
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Die erfindungsgemässe Lösung dieser und weiterer Aufgaben besteht in einem Schalter für ein Gurtschloss eines Sicherheitsgurtsystems, beispielsweise in eifem Automobil, der die im unabhängigen Patentanspruch 1 angeführten Merkmale aufweist. Weiterbildungen und/oder vorteilhafte Ausführungsvarianten der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die Erfindung schlägt einen Schalter für ein Gurtschloss eines Sicherheitsgurtsystem, beispielsweise in einem Automobil, vor, der ein Schaltergehäuse besitzt, das einen Kontaktraum, in dem zwei Kontaktbleche zusammenwirken, und einen an den Kontaktraum angrenzenden Kanal aufweist, in dem ein Schieber verschiebbar ist. Eines der Kontaktbleche ist als eine Kontaktfeder ausgebildet und weist einen Abschnitt auf, der durch eine Verbindungsöffnung in den Kanal ragt und mit dem Schieber derart wechselwirkt, dass beim Verschieben des Schiebers der Kontakt zwischen den Kontaktblechen schaltbar ist. Der in den Kanal ragende Abschnitt des als Kontaktfeder ausgebildeten Kontaktblechs ist ein über einen Kontaktbereich der Kontaktbleche hinaus ragender freier Endabschnitt. Die Verbindungsöffnung ist in Gebrauchsstellung des Schalters oberhalb des Kontaktbereichs der beiden Kontaktbleche angeordnet.
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Der erfindungsgemässe Schalter zeichnet sich durch seine besondere einfache Konstruktion aus. Die Kontaktbleche weisen eine sehr einfache Formgebung auf. Die Betätigung des Schalters erfolgt über den freien Endbereich des als Kontaktfeder ausgebildeten Kontaktblechs, welcher in den an den Kontaktraum angrenzenden Kanal für den Schieber ragt. Auf speziell gekrümmt ausgebildete Mittelabschnitte des Kontaktblechs kann dadurch verzichtet werden. Dadurch vereinfacht sich auch die Konstruktion des Schaltergehäuses. Indem der freie Endbereich der Kontaktfeder mit dem Schieber wechselwirkt, kann die Verbindungsöffnung zwischen dem Kontaktraum und dem Kanal, durch die der freie Endbereich der Kontaktfeder geführt ist, derart angeordnet werden, dass sie sich in Gebrauchsstellung des Schalters oberhalb des Kontaktbereichs der Kontaktbleche befindet. Dies wird einfach dadurch realisiert, dass die Trennwand zwischen dem Kontaktraum und dem Kanal nicht bis zur oberen Stirnwand des Schaltergehäuses geführt ist, sondern unter Bildung der Verbindungsöffnung ca. 2 mm bis 6 mm vorher endet. Der Eintritt von Fremdkörpern in den Kontaktraum und zum Kontaktbereich der Kontaktbleche wird durch den über den Kontaktbereich hinaus ragenden freien Endbereich der Kontaktfeder weitgehend verhindert. Das Schaltergehäuse ist sehr einfach und kostengünstig in einem Massenfertigungsverfahren, beispielsweise in einem Spritzgiessverfahren, herstellbar. Die Kontaktbleche sind aufgrund ihrer einfachen Gestalt ebenfalls leicht und kostengünstig fertigbar. Infolge ihrer Formgebung sind sie auch sehr einfach im Schaltergehäuse montierbar und ist dieser Vorgang auch sehr leicht automatisierbar.
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In einer Ausführungsvariante der Erfindung ist der freie Endabschnitt des als Kontaktfeder ausgebildeten Kontaktblechs bogenförmig gekrümmt. Die Krümmung des freien Endabschnitts verläuft dabei derart, dass sein freies Ende einer Eintrittsöffnung in den Kanal abgewandt ist. Derart gestaltet, behindert der in den Kanal ragende freie Endabschnitt die Verschiebebewegung des Schiebers im Kanal nicht.
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Indem die Krümmung des Endabschnitts des als Kontaktfeder ausgebildeten Kontaktblechs derart ausgebildet ist, dass eine der Eintrittsöffnung in den Kanal zugekehrte Anlaufschräge sich in den Kanal hinein erstreckt, gleitet der Schieber sehr leicht unter die Schräge. Bei seiner weiteren Verschiebebewegung hebt der Schieber das Kontaktblech an und betätigt dadurch den Schalter.
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Der im Schaltergehäuse vorgesehene Kanal für den Schieber weist in einer weiteren Ausführungsvariante der Erfindung wenigstens eine offen ausgebildete Längsseite auf. Dies erleichtert den Eintritt des Schiebers in den Kanal, um mit dem in den Kanal ragenden freien Endbereich des als Kontaktfeder ausgebildeten Kontaktblechs wechselzuwirken.
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An einer der Längsseiten des Kanals kann eine in Längsrichtung verlaufende Führung für den Schieber vorgesehen sein. Dieser erleichtert das Verschieben des Schiebers im Kanal.
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In einer zweckmässigen Ausführungsvariante des Schalters weist der den Kontaktbereich der beiden Kontaktbleche überragende freie Endabschnitt des als Kontaktfeder ausgebildeten Kontaktblechs eine Breite auf, die im wesentlichen der Breite der Verbindungsöffnung in den Kanal entspricht. Dadurch überdeckt der freie Endabschnitt die Verbindungsöffnung und verhindert weitgehend ein Eindringen von Fremdkörpern in den Kontaktraum. Dabei weist der freie Endabschnitt aber immer noch genügend Spiel auf, um eine ungehinderte Bewegung zu erlauben.
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Zur weiteren Vereinfachung seiner Herstellung kann das als Kontaktfeder ausgebildete Kontaktblech über seine gesamte Längserstreckung im wesentlichen die gleiche Breite aufweisen.
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Für die Vereinfachung der Herstellung des Schaltergehäuses und für eine einfachere Montage der Kontaktbleche im Gehäuse erweist es sich als zweckmässig, wenn das einen Festkontakt bildende Kontaktblech wenigstens im Kontaktbereich eine Breite aufweist, die im wesentlichen derjenigen des als Kontaktfeder ausgebildeten Kontaktblechs entspricht. Zweckmässigerweise besitzen die beiden Kontaktbleche über ihre gesamte Längserstreckung die gleiche Breite.
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Eine Variante des Schalters sieht vor, dass das den Festkontakt bildende Kontaktblech einen gabelförmig ausgebildeten Doppelkontaktzungenbereich aufweist. Der Doppelkontaktzungenbereich sorgt auch bei in Längsrichtung leicht verdrillten Kontaktblechen für einen sicheren Kontakt. Mit Vorteil weisen dazu die Doppelkontaktzungenbereiche des Festkontakts gekrümmte Endbereiche auf, die sich mit ihren freien Enden an einer den Kontaktraum und den Kanal trennenden Längswand abstützen. Dadurch weisen auch die Doppelkontaktzungenbereiche eine gewisse federnde Vorspannung auf. Beim Öffnen und Schliessen des Kontakts mit dem als Kontaktfeder ausgebildeten Kontaktblech tritt infolge der Durchbiegung des Doppelkontaktzungenbereichs eine Kontaktreibung auf. Dies führt zu einer gewissen Selbstreinigung im Kontaktbereich.
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Eine vorteilhafte Variante der Erfindung sieht vor, dass der Schalter als ein Öffner ausgebildet ist und das als Kontaktfeder ausgebildete Kontaktblech gegenüber dem den Festkontakt bildenden Kontaktblech in Schliessrichtung federnd vorgespannt ist. Durch die Vorspannung in Schliessrichtung werden bei offenem wie auch bei geschlossenem Gurtschloss Klappergeräusche des Schalters vermieden.
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Zur Vereinfachung der Montage des Schalters und insbesondere zur Erleichterung des Anschlusses von Kabeln an den Schalter weist das Schaltergehäuse an seinem dem Kontaktraum entgegengesetzten Ende einen stirnseitig offen ausgebildeten Anschlussraum auf, in den die Anschlussbereiche für Kabel der beiden Kontaktbleche hineinragen. Der Anschluss der Kabel erfolgt dann einfach durch Löten.
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Eine zweckmässige Verwendung eines erfindungsgemäss ausgebildeten Schalters in einem Gurtschloss zur Detektion des Verriegelungszustands besteht in der Generierung eines optischen und/oder akustischen Warnsignals für die Insassen beispielsweise eines Automobils, sich anzugurten. Weiters kann der erfindungsgemässe Schalter in einem Gurtschloss auch für die Aktivierung oder Deaktivierung von Mechanismen zum Aufblasen von Airbags für die Insassen eines Automobils verwendet werden. Für den Fachmann erschliessen sich auch noch eine Vielzahl weiterer Verwendungsmöglichkeiten, die alle aufzuzählen, den Umfang der vorliegenden Anmeldung sprengen würde.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer nicht massstabsgetreuen schematischen Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemässen Schalters.
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Das in der einzigen Figur dargestellte Ausführungsbeispiel des Schalters trägt gesamthaft das Bezugszeichen 1. Der Schalter 1 weist ein Schaltergehäuse 2 auf, in dem ein Kontaktraum 3 vorgesehen ist. Innerhalb des Kontaktraums 3 befinden sich ein Kontaktbereich 78 von zwei Kontaktblechen 7, 8, die in dem Schaltergehäuse 2 montiert sind. Seitlich neben dem Kontaktraum 3 ist ein Kanal 4 mit einer Eintrittsöffnung 41 für einen Schieber 10 vorgesehen. Eine Längswand 6 trennt den Kontaktraum 3 vom Kanal 4. Der Schieber 10 ist beispielsweise ein Bestandteil eines Verschlussmechanismus eines Gurtschlosses eines Sicherheitsgurtsystems und ist bei der Betätigung des Verschlussmechanismus zwischen zwei Endstellungen verschiebbar. Der Kanal 4 ist an seinen Längsseiten offen ausgebildet. An einer der Längsseiten weist der Kanal 4 eine seitliche Führung 41 für den ein gefahrenen Schieber 10 auf.
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Die beiden Kontaktbleche 7, 8 erstrecken sich in Längsrichtung des Schaltergehäuses 2. Sie weisen Anschlussbereiche 73, 83 auf, die in einem Anschlussraum 9 am der Eintrittsöffnung 41 in den Kanal 4 abgewandten Ende des Schaltergehäuses 2 angeordnet sind. Die der Eintrittsöffnung 41 abgewandte Stirnseite des Schaltergehäuses 2 ist offen ausgebildet und erlaubt einen ungehinderten Zutritt zum Anschlussraum 9, beispielsweise um die Enden von elektrischen Leiterkabeln an die Anschlussbereiche 73, 83 der Kontaktbleche 7, 8 anzulöten. Das der Längswand 6 näher liegende Kontaktblech 7 ist als ein Festkontakt ausgebildet.
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Es weist einen gekrümmt ausgebildeten Endbereich 71 auf, der sich an der Längswand 6 abstützt. Vorzugsweise weist das den Festkontakt bildende Kontaktblech 7 einen gabelförmig ausgebildeten Doppelkontaktzungenbereich auf. Das zweite Kontaktblech 8 ist als eine Kontaktfeder ausgebildet. Eine im Schaltergehäuse 2 vorgesehene Kontaktblechtrennwand 21 trennt die beiden Kontaktbleche 7, 8 bis zu deren Kontaktbereich 78.
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Das als Kontaktfeder ausgebildete Kontaktblech 8 besitzt einen sich über den Kontaktbereich 78 der beiden Kontaktbleche 7, 8 hinaus erstreckenden Endabschnitt 81, der durch eine Verbindungsöffnung 5 in den Kanal 4 ragt. Die Verbindungsöffnung 5 ergibt sich einfach daraus, dass die Längswand 6 zwischen dem Kontaktraum 3 und dem Kanal 4 nicht bis zum Stirnende des Schaltergehäuses verläuft, in dem die Eintrittsöffnung 41 in den Kanal 4 vorgesehen ist. Die in Längsrichtung des Schaltergehäuses 2 gemessene Erstreckung der Verbindungsöffnung 5 beträgt beispielsweise etwa 2 mm bis etwa 6 mm. In Gebrauchsstellung des Schalters 1 befindet sich die Verbindungsöffnung 5 oberhalb des Kontaktbereichs 78 der beiden Kontaktbleche 7, 8. Der in den Kanal 4 ragende Endabschnitt 81 des als Kontaktfeder ausgebildeten Kontaktblechs 8 ist bogenförmig gekrümmt. Sein freies Ende 82 ist von der Eintrittsöffnung 41 in den Kanal 4 abgewandt und ragt in das Innere des Kanals 4. Die Krümmung des Endabschnitts 81 verläuft derart, dass sich dem ankommenden Schieber 10 eine Anlaufschräge 84 darbietet, die sich in das Innere des Kanals 4 erstreckt.
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Der den Kontaktbereich 78 der beiden Kontaktbleche überragende Endabschnitt 81 weist eine Breite auf, die etwa der Breite der Verbindungsöffnung 5 zwischen dem Kontaktraum 3 und dem Kanal 4 entspricht. Der Endabschnitt 81 weist dabei immer genügend Spiel auf, damit eine ungehinderte Bewegung in der Verbindungsöffnung gewährleistet ist. Vorzugsweise weisen beide Kontaktbleche 7, 8 über ihre gesamte Längserstreckung die gleiche Breite auf. Diese beträgt beispielsweise 1,5 mm bis 5 mm.
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Die Betätigung des als Öffner ausgebildeten Schalter 1 erfolgt durch die Wechselwirkung des in den Kanal 4 eingefahrenen Schiebers 10 mit dem gekrümmten Endabschnitt 81 des als Kontaktfeder ausgebildeten Kontaktblechs 8. Beim Einfahren wird dieses 8 gegen seine inhärente Federkraft durch den Schieber 10 angehoben. Dadurch wird im Kontaktbereich 78 der Kontakt zwischen den beiden Kontaktblechen 7, 8 unterbrochen. Wird der Schieber 10 wieder aus dem Kanal 4 heraus bewegt, federt die Kontaktfeder 8 wieder gegen den Festkontakt 7 zurück und schliesst den Kontakt.
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Das durch die Betätigung des Schalters 1 gewonnene Signal ist in einem Gurtschloss ein Indikator für den Verriegelungszustand des Gurtschlosses. Die durch den Schalter gewonnene Information über den Zustand des Gurtschlosses kann dann beispielsweise für eine Gurtwarnanzeige verwendet werden, indem abhängig vom erkannten Verriegelungszustand ein optisches und/oder akustisches Warnsignal erzeugt wird, welches dem bzw. den Insassen eines Automobils bedeutet, sich anzugurten. Weiters kann das über die Betätigung des Schalters 1 gewonnene Signal auch für die Aktivierung oder Deaktivierung von Mechanismen zum Aufblasen von Airbags für die Insassen eines Automobils verwendet werden. Befindet sich kein Beifahrer im Fahrzeug, so können aufgrund des erkannten Verriegelungszustands (offen) die Airbags auf der Beifahrerseite deaktiviert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 0861763 A [0004, 0005]
- EP 1485276 B1 [0007]
