DE19508014C1 - Mechanischer Beschleunigungsschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen mechanischen Beschleunigungs­ schalter nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein solcher Beschleunigungsschalter (DE 35 09 054 C1) weist eine an einer Federzunge angeordnete seismische Masse und ein Kontaktstück auf. Die elektrisch leitende Federzunge und das Kontaktstück sind durch das Gehäuse geführt und weisen an ihren freien Enden je einen elektrischen Kontakt auf. Unter Einwirkung einer Beschleunigung wird die Federzunge mit der seismischen Masse hin zum Kontaktstück ausgelenkt. Bei aus­ reichender Beschleunigung wird über die beiden elektrischen Kontakte an der Federzunge und dem Kontaktstück eine elek­ trisch leitende Verbindung hergestellt.

Mit einem solchen Beschleunigungsschalter sind kurze Schalt­ zeiten nur auf Kosten eines unzuverlässigen Ansprechverhal­ tens realisierbar. Bei einem Einsatz des Beschleunigungs­ schalters im Fahrzeug ist nämlich der Beschleunigungsschalter Vibrationen ausgesetzt, die die Federzunge in Schwingungen versetzen können und so ein ungewolltes Schließen des Be­ schleunigungsschalters zur Folge haben können.

Aus der Druckschrift DE 40 02 845 C1 ist ein Beschleunigungsschalter als Sicherheitseinrichtung eines Airbag-Steuergeräts bekannt, der einen an einer Blattfeder befestigten Dauermagneten als seismische Masse aufweist. Dieser Dauermagnet betätigt unter Einwirkung einer Beschleunigung einen magnetisch steuerbaren Schalter (Reed-Schalter). Der Dauermagnet steht in magnetischer Wirkverbindung mit einem weichmagnetischen Formteil, so daß er durch die so erzeugte magnetische Haltekraft in einer Ruhelage gehalten wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Beschleunigungsschalter der eingangs genannten Art zu schaffen, mit einer sehr kurzen Schließzeit und einem dennoch definierten Ansprechverhalten.

Soll ein Beschleunigungsschalter der eingangs genannten Art als Safing-Sensor/Sicherheitseinrichtung zur Seitenaufprallerkennung in Kraftfahrzeugen verwendet werden, darf zwischen einem Aufprall und dem Auslösen von Rückhaltemittel nur eine äußerst geringe Zeitspanne verstreichen. Die Schaltzeit des die Beschleunigung aufnehmenden Schalters geht in diese Zeitspanne ein. Bei einem Beschleunigungsschalter der eingangs genannten Art ist die Schaltzeit vor allem von dem Abstand zwischen den elektrischen Kontakten abhängig. Ist dieser Abstand sehr klein, kann schon eine geringe Beschleunigungskraft, die insbesondere einen Frequenzanteil aufweist, der gleich der Resonanzfrequenz des Systems "Federzunge, seismische Masse" ist, die Federzunge mit der seismischen Masse zum Schwingen anregen und damit eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der Federzunge und dem Kontaktstück bewirken. Eine Fehlauslösung von Rückhalteeinrichtungen des Kraftfahrzeugs kann die Folge sein. Ein Vergrößern des Abstandes zwischen der Federzunge und dem Kontaktstück bei gleichzeitiger Erhöhung der Elastizität der Federzunge löst dieses Problem nicht, da bei erhöhter Elastizität der Federzunge diese nur anfälliger für Schwingungen ist. Versuche haben gezeigt, daß die Federkraft der ersten Federzunge alleine nicht zur geforderten Dämpfung von Schwingungen der Federzunge ausreicht.

Die Erfindung löst diese Aufgabe bei einem Beschleunigungs­ schalter der eingangs genannten Art dadurch, daß die seismi­ sche Masse stationär durch eine zusätzlich zur Federkraft der Federzunge wirkenden Kraft in ihrer Ruhelage gehalten wird und daß der Abstand zwischen der Federzunge in ihrer Ruhelage und dem Kontaktstück kleiner als 300 µm beträgt.

Der erfindungsgemäße Beschleunigungsschalter hat insbesondere den Vorteil, daß bei kleinen Schalterabmessungen eine elektrisch leitende Verbindung zwischen Federzunge und Kontaktstück aufgrund von Schwingungen der Federzunge verhindert wird, solange die auf den Beschleunigungsschalter wirkende Beschleunigungskraft unter einem definierten Grenzwert liegt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden durch die Unteransprüche gekennzeichnet.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen erstes Ausführungsbeispiel eines mechanischen Beschleunigungsschalters im stationären Zustand im Längsschnitt,

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines mechanischen Beschleunigungsschalters im stationären Zustand im Längsschnitt.

Ein in der ersten Figur mit einem Bezugszeichen versehenes Element hat in der zweiten Figur dasselbe Bezugszeichen.

Der Beschleunigungsschalter 1 (Fig. 1) hat ein Gehäuse 13, das eine Federzunge 11 und ein Kontaktstück 12 aufweist, das ebenfalls als Federzunge ausgeführt ist. An der Federzunge 11 ist eine seismische Masse 2 angeordnet. Parallel zur Feder­ zunge 11 ist ein stiftförmiger Formkörper 3 angeordnet.

Federzunge 11 und Kontaktstück 12 sind parallel zueinander auf sich gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses 13 auf unter­ schiedlicher Höhe durch das Gehäuse 13 geführt. An der Stelle ihrer Durchführung am Gehäuse 13 sind die Federzunge 11 und das Kontaktstück 12 fest eingespannt. Die Federzunge 11 mit der seismischen Masse 2 ist aus ihrer stationären Ruhelage zum Kontaktstück 12 hin bewegbar, so daß bei einer ausreichen­ den Kraft quer zur Längsrichtung der Federzunge 11 und ge­ richtet von der Federzunge 11 zum Kontaktstück 12 das freie Ende der Federzunge 11 das Kontaktstück 12 berührt.

Durch die Anordnung der seismischen Masse 2 an der Federzunge 11 sind Federzunge 11 und seismische Masse 2 aufgrund ihrer Massenträgheit empfindlich für Beschleunigungskräfte F in vorgenannter Richtung. Die Federkraft der Federzunge 11 wirkt dabei einer Beschleunigungskraft F entgegen.

Die seismische Masse 2 ist ein Magnet und bildet mit dem Formkörper 3 aus einem Material mit hoher Permeabilität einen Magnetkreis. Der Formkörper 3 ist dabei so angeordnet, daß der Abstand zwischen Formkörper 3 und seismischer Masse 2 in der Ruhelage der Federzunge 11 minimal ist. Eine Beschleuni­ gungskraft F, die größer ist als die Federkraft der Feder­ zunge 11 zuzüglich der magnetischen Haltekraft zwischen seis­ mischer Masse 2 und Formkörper 3 bewirkt eine Auslenkung der Federzunge 11 in Richtung Kontaktstück 12 und stellt eine elektrisch leitende Verbindung her. Durch die magnetische Haltekraft kann die Federzunge 11 zusätzlich vorgespannt werden. Die magnetische Haltekraft zwischen der seismischen Masse 2 und dem Formkörper 3 vermeidet ein ungewolltes Schwingen der Federzunge 11.

Das Kontaktstück 12 ist biegesteifer als die Federzunge 11, um ein Schwingen des Kontaktstückes 12 seinerseits zu vermei­ den. Die Elastizität der Federzunge 11 und die Größe der magnetischen Haltekraft zwischen seismischer Masse 2 und Formkörper 3 sowie die Anordnung der seismischen Masse 2 längs der Federzunge 11 definiert die Beschleunigungsschwel­ le, ab der der Beschleunigungsschalter 1 schaltet.

Der Schaltweg, d. h. der Abstand zwischen Federzunge 11 und Kontaktstück 12 ist im Sinne einer kurzen Schließzeit des Beschleunigungsschalters 1 klein. Die seismische Masse 2 ist längs der Federzunge 11 nahe dem Bereich am freien Ende der Federzunge 11 angeordnete der durch die Berührung bzw. die Berührungspunkte zwischen der Federzunge 11 und dem Kontakt­ stück 12 bei der aus ihrer Ruhelage ausgelenkten Federzunge 11 festgelegt ist. Ist die seismische Masse 2 aus einem elek­ trisch leitenden Material hergestellt, kann sie auch am Ende der Federzunge 11 angeordnet sein.

Die Federzunge 11 kann auch auf der gleichen Gehäuseseite wie das Kontaktstück 12 durch das Gehäuse 13 geführt werden. Der Formkörper 3 in seiner Ausgestaltung als biegesteifer Stift kann sowohl auf der Gehäuseseite durch das Gehäuse 13 geführt werden, auf der auch die Federzunge 11 durch das Gehäuse 13 geführt wird, als auch auf der dieser Gehäuseseite gegenüber­ liegenden Gehäuseseite. Der Formkörper 3 in seiner Ausgestal­ tung als biegesteifer Stift kann auch auf beiden Gehäusesei­ ten durch das Gehäuse geführt werden. Der Formkörper 3 kann jede andere Ausgestaltung aufweisen und im oder am Gehäuse 13 angeordnet sein.

Die seismische Masse 2 kann auch aus einem Material mit hoher Permeabilität hergestellt sein und mit einem Magneten einen Magnetkreis bilden. Der Magnet kann dabei am Formkörper 3 angeordnet sein, der nun aus einem beliebigen Material herge­ stellt ist. Der Formkörper 3 kann dabei selbst der Magnet sein.

Bei einer Ausgestaltung des Beschleunigungsschalters 1 gemäß Fig. 1 isoliert das Gehäuse 13 die Federzunge 11 und das Kontaktstück 12 elektrisch. Ein solches Gehäuse 13 ist vor­ zugsweise aus Glas hergestellt, zumindest im Bereich der Durchführung von Federzunge 11 und Kontaktstück 12. Das her­ metisch dichte Gehäuse 13 kann mit Schutzgas angefüllt sein, um ein Korrodieren der Federzunge 11 oder des Kontaktstückes 12 zu verhindern.

Vorzugsweise wird ein herkömmlicher Reedschalter mit seinem Schutzgas gefüllten Glasgehäuse und seinen beiden Federzungen zu dem erfindungsgemäßen Reschleunigungsschalter 1 umgestal­ tet, wobei lediglich eine seismische Masse an einer der Fe­ derzungen und ein Formkörper im oder am Reedschaltergehäuse angeordnet ist.

Die Federzunge 11 kann einen lokalen Masseanstieg als seismi­ sche Masse aufweisen. Ein lokaler Masseanstieg an der Feder­ zunge 11 ist dann hinfällig, wenn die Federzunge 11 selbst eine ausreichende Massenträgheit aufweist.

Der Beschleunigungsschalter 1 kann auch als Umschalter ausge­ führt werden. Dazu ist die Federzunge 11 in ihrer Ruhelage mit einem weiteren Kontaktstück elektrisch leitend verbunden. Die elektrisch leitende Verbindung zwischen Federzunge 11 und weiterem Kontaktstück entsteht durch eine Berührung des frei­ en Endes der Federzunge mit dem weiteren Kontaktstück oder durch eine Berührung der seismischen Masse 2 mit dem weiteren Kontaktstück, sofern die seismische Masse 2 aus elektrisch leitendem Material hergestellt ist. Demzufolge kann auch der Formkörper 3, insbesondere in seiner Ausgestaltung als biege­ steifer Stift, die Funktion des weiteren Kontaktstücks über­ nehmen, sofern der Formkörper 3 aus elektrisch leitendem Material hergestellt ist. Für die elektrische Isolation des weiteren Kontaktstücks gegen das Gehäuse 13 und seine Anord­ nung im oder am Gehäuse 13 gelten die Ausführungen für die Federzunge 11 und das Kontaktstück 12.

In seiner Ausführungsform gemäß Fig. 2 weist der Beschleuni­ gungsschalter 1 ein Gehäuse 13 aus Metall auf, in dem eine Federzunge 11 mit einer seismischen Masse 2 angeordnet ist. Ein Kontaktstück 12 ist mittels einer Druckglas-Einschmelzung 14 elektrisch isoliert durch das Gehäuse 13 geführt. Der Hohlraum im Inneren des Gehäuses 13 ist mit Schutzgas ange­ füllt.

Durch eine lokale Gehäusevertiefung 15 ist die Federzunge 11 vorgespannt. Die durch die Vorspannung verursachte zusätzli­ che Federkraft verhindert ein Schwingen der Federzunge 11.

Die vorgestellten Ausführungsformen von Beschleunigungsschal­ tern 1 sind im stationären Zustand offen. Sie können im sta­ tionären Zustand ebenso geschlossen sein und bei einer Be­ schleunigungskraft, die einen definierten Grenzwert über­ steigt, öffnen.

Die Ausgestaltung des Beschleunigungsschalters 1 als Umschal­ ter hat zum einen den Vorteil, daß während des Fertigungspro­ zesses Bestückungszustände des Beschleunigungsschalters 1 erkannt werden können, zum anderen, daß mit der Abgabe eines Signals im Ruhezustand des Beschleunigungsschalters 1 ein zusätzliches Merkmal zum Erkennen von defekten Schalterbau­ teilen und eines Lötstellenbruches an einer Verbindung zwi­ schen weiterem Kontaktstück, Federzunge 11 und einer eine Auswerteschaltung tragende Platine erkannt wird.

Der Beschleunigungsschalter 1 kann als Safing-Sensor im Kraftfahrzeug zur Aufprallerkennung und Ansteuerung von Si­ cherheitseinrichtungen eingesetzt werden. Der erfindungsgemä­ ße Beschleunigungsschalter 1 eignet sich dabei für die Erken­ nung eines Front- und Heckaufpralls wie auch für die Erken­ nung eines Seitenaufpralls oder eines Aufpralls aus jeder anderen Richtung. Bei dem Einsatz des Beschleunigungsschal­ ters 1 als Safing-Sensor zur Seitenaufprallerkennung weist der Beschleunigungsschalter 1 einen Schaltweg, der als Ab­ stand zwischen der Federzunge 11 in ihrer Ruhelage und dem Kontaktstück 12 definiert ist, vorzugsweise kleiner als 300 µm, bzw. 150 µm auf, um kurze Schaltzeiten zu erzielen.

Der Beschleunigungsschalter 1 kann mit einem weichen Kunst­ stoff umspritzt werden, um ihn gegen mechanische Einwirkungen und einen Aufprall nach einem Fallenlassen zu schützen. Mit der zusätzlichen Kunststoffschicht ist der Beschleunigungs­ schalter 1 auch in der Fertigung einfacher zu handhaben. Er kann zudem als SMD-Bauteil ausgeführt werden.

Durch die Anwendung von in ihren Abmessungen kleinen Feder­ zungen/Kontaktstücken weist der erfindungsgemäße Beschleuni­ gungsschalter 1 ein kleines Volumen und Gewicht auf, das in der Größenordnung eines herkömmlichen Reedschalters liegt bei seiner erfindungsgemäßen Ausgestaltung als Schutzgas-Kontakt im Metallgehäuse noch weit darunter. Durch die erfin­ dungsgemäße Modifizierung handelsüblicher Bauteile wie z. B. eines Reedschalters oder eines Schutzgas-Kontakts im Metall­ gehäuse, werden zudem fertigungstechnische Schritte redu­ ziert. Die Bauelementeanzahl des erfindungsgemäßen Beschleu­ nigungsschalters 1 ist minimiert.

Claims (15)

1. Mechanischer Beschleunigungsschalter (1) in einem Gehäuse (13), mit einer an einer elektrisch leitenden Federzunge (11) angeordneten seismischen Masse (2), und mit einem Kontaktstück (12), dadurch gekennzeichnet, daß die seismische Masse (2) stationär durch eine zusätzlich zur Federkraft der Federzunge (11) wirkende Kraft in ihrer Ruhelage gehalten wird, und daß der Abstand zwischen der Federzunge (11) in ihrer Ruhelage und dem Kontaktstück (12) kleiner als 300 µm ist.

2. Beschleunigungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die seismische Masse (2) ein Magnet ist und mit einem Formteil (3) aus einem Material mit hoher Permeabilität einen Magnet­ kreis bildet, wobei seismische Masse (2) und Formteil (3) in der Ruhelage der seismischen Masse (2) minimalen Abstand auf­ weisen und das Formteil (3) im oder am Gehäuse (13) angeord­ net ist.

3. Beschleunigungsschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Formteil (3) ein biegesteifer Stift ist, der parallel zu der Federzunge (11) durch das Gehäuse (13) geführt ist.

4. Beschleunigungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ab­ stand zwischen der Federzunge (11) in ihrer Ruhelage und dem Kontaktstück (12) kleiner als 300 µm ist.

5. Beschleunigungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ab­ stand zwischen der Federzunge (11) in ihrer Ruhelage und dem Kontaktstück (12) kleiner als 150 µm ist.

6. Beschleunigungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktstück (12) eine Federzunge ist.

7. Beschleunigungsschalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktstück (12) biegesteifer als die Federzunge (11) ist.

8. Beschleunigungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ge­ häuse (13) zumindest teilweise aus Glas hergestellt ist und mit Schutzgas gefüllt ist.

9. Beschleunigungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (13), Federzunge (11) und Kontaktstück (12) als Reedschalter ausgebildet sind.

10. Beschleunigungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fe­ derzunge (11) vorgespannt ist.

11. Beschleunigungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (13), Federzunge (11) und Kontaktstück (12) als Schutzgas-Kontakt im Metallgehäuse ausgebildet sind.

12. Beschleunigungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fe­ derzunge (11) in ihrer Ruhelage mit einem weiteren Kontakt­ stück elektrisch leitend verbunden ist.

13. Beschleunigungsschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fe­ derzunge (11) in ihrer Ruhelage mit dem biegesteifen Stift elektrisch leitend verbunden ist.

14. Beschleunigungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fe­ derzunge (11) einen lokalen Masseanstieg als seismische Masse (2) aufweist.

15. Beschleunigungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fe­ derzunge (11) an ihrem freien Ende einen Bereich aufweist, der durch Berührungspunkte zwischen der Federzunge (11) und dem Kontaktstück (12) bei der aus ihrer Ruhelage ausgelenkten Federzunge (11) festgelegt ist und daß die seismische Masse (2) nahe an diesem Bereich angeordnet ist.