DE2206813A1

DE2206813A1 - Aufprallschalter

Info

Publication number: DE2206813A1
Application number: DE19722206813
Authority: DE
Inventors: Lon Edward Altadena Calif. Bell (V.StA.)
Original assignee: TRW Technar Inc
Current assignee: TRW Technar Inc
Priority date: 1971-02-22
Filing date: 1972-02-12
Publication date: 1972-08-31
Also published as: SE396158B; FR2126292A1; SE7412514L; CA950011A; SE396159B; SE7412513L; BR7200964D0; SE383800B; GB1386421A; IT949164B; GB1386423A; US3688063A; FR2126292B1

Description

Technar Incorporated, eine Gesellschaft nach den 3esetzen des Staates Kalifornien, 1390 North Lake Avenue, Pasadena, Kalifornien (V.St.A.)

Aufprallschalter

Die Erfindung befaßt sich mit einer auf Beschleunigung ansprechenden Schalteinrichtung,die insbesondere durch eine eine vorgegebene Zeitspanne anhaltende Beschleunigung ausgelöst wird.

Bei der zunehmenden Bedeutung von Sicherheitseinrichtungen für Kraftfahrzeuge ergibt sich auch ein gesteigertes Bedürfnis nach Schalteinrichtungen, die auf Aufprallsituationen ansprechen. So gibt es beispielsweise einen Luftsack, der sich zum Schutz der Insassen des Kraftfahrzeugs bei einer Aufprallsituation sofort aufblaßt. Weiterhin gibt es verschiedene Einrichtungen, die diejenigen Bedingungen ertasten, unter denen ein Auslöser ge- . tätigt werden sollte. Es gibt konventionelle Beschleunigungsmesser, die auf eine Beschleunigung über einem bestimmten Mindestwert ansprechen. Jedoch können sich große Beschleunigungen schon durch Vibrationen«od. dgl.

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des Fahrzeugs ergeben, sind also nicht einem Fahrzeugaufprall zuzuschreiben. Daher sind konventionelle Beschleunigungsmesser nicht zufriedenstellend, mindestens solange sie nicht mit irgendeiner Zeitgebevorrichtung kombiniert werden, die ermittelt, daß die hohe Beschleunigung mit einer bestimmten Mindeständerung der Geschwindigkeit einhergeht, d.h. daß das Produkt aus Beschleunigung und Zeit einen vorbestimmten Wert übersteigt. Ein weiteres Problem ergibt sich aus der Feststellung der Beschleunigung über einen möglichst breiten Winkelbereich. Konventionelle Beschleunigungsmesser sprechen nur auf die Beschleunigungskomponente längs einer Achse an. Wenn die Beschleunigung mit dieser Achse einen Winkel einschließt, nimmt die durch die Beschleunigung ausgeübte Kraft mit dem Kosinus des Winkels ab, so daß bei senkrecht zu der Achse stehender Beschleunigung die Kraftkomponente in Achsenrichtunc auf den Beschleunigungsmesser gegen Null geht.

Die vorliegende Erfinaung richtet sich auf eine Beschleunigung feststellende Einrichtung, die besonders für die Verwendung als Aufprallschalter geeignet ist und sowohl auf eine bestimmte Beschleunlgungsgröße wie auch auf einen bestimmten Geschwindigkeitsbetrag anspricht und den Schalter auslöst. Eine einzige Eicheinrichtung stellt sowohl die Beschleunigung^größe wie den Geschwindigkeitsbetrag der Einrichtung ein. In einer bestimmten Ausführungsform der Erfindung wird die Beschleunigung längs zwei verschiedener Achsen festgestellt. Der Winkel größter Empfindlichkeit ist einstellbar durch Verändern des Schwerpunkts der Rollen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einiger Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügte

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Zeichnung beschrieben. Im einzelnen zeigen:

Fig. IA und IB

einen Querschnitt durch eine Ausführungsform eines mit den Merkmalen der Erfindung ausgestatteten Aufprallschalters;

Fig. 2 eine Draufsicht auf ein flexibles Band, das in dem Aufprallschalter nach den Figuren IA und IB Verwendung finden kann;

Fig. 3

bis 6 die Eichtechnik nach der erfindunas— gemäßen Lehre;

Fig. 7A

und 7B eine alternative Ausführungsform eines mit den Merkmalen der Erfindung ausgestatteten Aufprallschalters mit einem breiten Anspreche winkelbereich;

Fig. 8 eine Draufsicht auf das in dem Schalter nach den Figuren 7A und 7B verwendete flexible Band;

Fig. 9 eine modifizierte Ausführungsform des Aufprallschalters nach den Figuren 7A und 7B; und

Fig. 10 ein Diagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise des Schalters nach Fig. 9.

Der in Fig. 1 dargestellte Aufprallschalter umfaßt eine reguläre Rolamit-Anordnung, wie sie in Research Report SC-RR-67-656, von D.F. Wilkes in dem vom National Bureau of Standards veröffentlichten Aufsatz "Rolamite: A New Mechanical Design Concept" beschrieben ist. Der Aufprallschalter weist zwei zylindrische Rollen 10 und 12 auf, die in einem Formgehäuse 14 positioniert sind. Das Formgehäuse ist mit zwei ebenen, parallelen Flächen 16 und 18 versehen, deren Abstand geringfügig größer als der Rollendurchmesser ist. Die Oberfläche 18 wird von einer integral als Teil des Gehäuses gegossenen Bank 19 gebildet.

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Die Rollen werden zwischen den beiden Parallelflächen durch ein flexibles Federband 20 gehalten, das aus einem Beryllium-Kupfer- oder anderem geeigneten ebenen Federmaterial besteht. Das Band ist am linken Ende der oberen Parallelfläche 16 durch Nasen 22 am Gehäuse 14 verankert. Das Band erstreckt sich um die Rolle 10 und dann um die Rolle 12 herum und zurück längs der unteren Parallelfläche 18. Das andere Bandende erstreckt sich über das Ende der Bank 19 hinaus und endet in der Nähe eines zweipoligen Schalters, der in dem Gehäuse befestigt ist. Der Schalter weist eine obere Fahne 30 auf, die einen beweglichen Kontakt 32 am Ende einer an der Fahne befestigten Blattfeder 34 trägt. Die Fahne stellt einen elektrischen Anschluß dar, der sich durch die Gehäusewand erstreckt und eine äußere Anschlußverbindung bildet. In ähnlicher Weise trägt eine Fahne 36 einen Festkontakt 38, während eine Fahne 40 einen zweiten Festkontakt 42 auf der anderen Seite des beweglichen Kontaktes 32 trägt^ Die Fahnen 36 und 40 erstrecken sich durch das Gehäuse 14 und werden von diesem gehaltert, so daß sie äußere elektrische Anschlußmoglichkeiten für die Kontakte bilden. Das Band 20 ist mit dem Zungenkontakt 32 über ein Federelement 46 verbunden, das vorzugsweise die Form eines umgekehrten V hat und mit einem Ende in einer Öffnung am Bandende und mit dem anderen Ende in einer Öffnung der Blattfeder 34 festgehakt ist. Die Blattfeder 34 und das Federelement 46 halten gemeinsam eine solche Bandspannung aufrecht, die ausreicht, die Rollen 10 fest gegen die obere Fläche 16 zu halten. Das Band 20 übt im Ergehnis auf eine noch zu beschreibende Weise eine resultierende Kraft auf die Rollen aus, die sie nach links drückt, wie das in der Fig. IA dargestellt ist.

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Die Rollen sind in Fig. IA in Normalstellung gezeigt, in der die Rolle 12 und das sie umgebende Band 20 gegen einen einstellbaren Anschlag liegen, der von einer sich durdi die Gehäusewandung erstreckenden Schraube 50 gebildet wird. Diese Schraube stellt eine noch zu beschreibende Eichvorrichtung dar. Der Schalter ist mit geschlossenen Kontakten 32, 42 gezeigt. Fig. IB zeigt diejenige Schaltstellung, bei der die Rollen relativ zum Gehäuse nach rechts in eine Stellung bewegt worden sind, in der die Rolle 12 vom Ende der Bank 19 herabgerollt ist. In dieser Stellung drückt die Rolle 12 das Band nach unten gegen ein federbelastetes Rücksteliglied, das im ganzen mit 5? bezeichnet ist. Das Rückstellglied 52 weist einen Rückstellknopf 54 auf, der sich durch die Gehäusewandung erstreckt. Eine an dem Rückstellglied befestigte Feder 56 liegt gegen die Gehäuseinnenseite an und drückt das Rückstellglied 52 gegen die Rollen. Die Kraft der Feder 56 reicht nicht aus, die nach unten gerichtete Kraft der Rolle 12 zu übersteigen, wenn jene von der Kante der Bank 19 herunterfällt. Durch Niederdrücken des Rückstellknopfes 54 auf der Außenseite des Gehäuses 14 jedoch drückt das Rückstellglied 52 das Band 20 samt Rolle 12 nach oben zurück auf die Bank 19, so daß die Rollen in die in Fig. IA gezeigte Stellung zurückkehren,können.

Man bemerke aus der Fig. IB,daß dann, wenn die Rolle 12 von dem Ende der Bank 19 heruntergefallen ist, sie dem Ende des Bandes 20 eine Bewegung nach rechts ermöglicht. Dadurch bewegt sich auch der Kontakt 32 nach rechts gegen den Festkontakt 38. Somit ergeben sich zwei Schaltstellungen. In der Anfangsstellung des Aufprallschalters sind die Rollen in der in Fig. IA gezeigten Stellung und es führt ein elektrischer Weg über die Kontakte 32 und 42. Wenn auf das Gehäuse 14 eine Beschleunigung wirkt und das

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Gehäuse nach links bewegt, bleiben die Rollen aufgrund ihrer Trägheit praktisch stehen. Wenn sich das Gehäuse nach links bewegt, erreichen die Rollen diejenige Stelle, an der die Rolle 12 von dem Ende der Bank 19 in die in Fig. IB dargestellte Stellung herabfällt. Dies ist eine stabile Rastposition, in der der elektrische Weg über die Kontakte 32 und 38 führt. Der Schalter bleibt in dieser Stellung, bis er durch Niederdrücken des Rückstellknopfes 54 wieder in die Anfangsstellung zurückgebracht worden ist.

Das Band 20 ist so ausgelegt, daß es eine resultierende Kraft auf die Rollen 10 und 12 ausübt, die dazu neigt, die Rollen gegen die einstellbare Schraube 50 zu schieben. Diese Kraft wird von dem unter Spannung stehenden Band durch einen Ausschnitt in dem Band erzeugt, der im einzelnen in Fig. 2 dargestellt ist. Rolamit hat die Eigenschaft, daß das Band eine resultierende Kraft erzeugt, aufgrund der Differenz der Federkonstante an der Stelle, an der das Band die Rolle 10 verläßt und an der Stelle, an der das Band die Rolle 12 verläßt. Ein Mittel zur Reduzierung der Federkonstante des Bandes besteht darin, daß seine effektive Breite durch einen Ausschnitt in dem Band reduziert wird. Der Ausschnitt (Fig. 2) muß sich hinreichend lang über die Bandlänge erstrecken, so daß der Berührungspunkt zwischen der oberen Rolle 10 und dem Band, in Fig. IA bei A und in Fig. IB bei A· ,stets am Ausschnitt-Abschnitt des Bandes liegt. Die Ausschnittlänge muß sich jedoch nicht bis zu dem Berührungspunkt B zwischen der Rplle 12 und der unteren Fläche 18 erstrecken. Indem der Schlitz über seine gesamte Länge mit konstanter Breite ausgeführt wird, wird eine konstante Kraft auf die Rollen ausgeübt, und zwar unabhängig von der Stellung der Rollen längs der Führungsflächen 16 und 18. Man sieht,daß

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die auf das Gehäuse 14 ausgeübte Beschleunigung diejenige Kraft übersteigen muß, die von der Federspannung des Bandes 20 erzeugt wird, ehe die Rollen sich von ihrer Stellung an der Einstellschraube 50 weg bewegen. Durch richtige Wahl des Elastizitätsmoduls des Materials, der Materialdicke und der effektiven Bandbreite an den Punkten A und B, kann der Aufprallschalter hinsichtlich seiner Ansprechbarkeit so ausgeführt werden, daß er auf einen beliebig voreinstellbaren Beschleunigungswert des Gehäuses 14 anspricht. Dieser Wert wird als der g-Wert des Schalters bezeichnet.

Ein herausragendes Merkmal des Schalters nach Fig. 1 für die Verwendung als Aufprallschalter besteht darin, daß die Beschleunigung des Gehäuses nicht erst einen vorbestimmten g-Wert übersteigen muß, ehe die Rollen anfangen sich zu bewegen, sondern daß diese Beschleunigung über eine hinreichend lange Zeitspanne aufrechterhalten' werden muß, damit sich die Rollen aus ihrer Ausgangsstellung an der Einstellschraube 50 an die Stelle bewegen, an der die Rolle 12 von dem Ende der Bank 19 herunterfällt und damit den Schalter betätigt. Durch Einstellung der Entfernung, die die Rollen zurückzulegen haben, muß die Anordnung eine bestimmte Geschwindigkeitsänderung erfahren, ehe der Schalter auslöst. Dieser Wert, der als Beschleunigung-mal-Zeit-Wert oder als g.t-Wert bezeichnet wird, ist daher eine Funktion der Differenz der Federkonstante des Bandes am Punkt A und am Punkt B und der Entfernung, die die Rollen beim Übergang vom Punkt A zu .Punkt A¹ zurücklegen müssen. Da die Federkonstanten-Differenz an den Berührungsstellen A und B durch einen Ausschnitt in dem Band von der Stelle A bis A^f gegeben ist, wird der g-Wert durch die Differenz der Bandbreite an den Stellen A und B bestimmt, d.h. der g-Wert

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ist proportional zur Breite des Ausschnittes. Der g.t-Wert des Schalters ist daher proportional zur Ausschnittfläche, d.h. dem Produkt aus Breite w mal Länge L.

Bei der Herstellung der Vorrichtungen gemäß Figuren IA und IB kann w und L sehr genau eingehalten werden. Bei gegebener Breite und Länge des Ausschnittes führt jedoch ein dünneres Band zu einem niedrigeren g-Wert und damit niedrigeren g.t-Wert,der Vorrichtung. Umgekehrt bedeutet ein dickeres Band einen größeren g-Wert und daher g.t-Wert der Vorrichtung. Den g-Wert und den g.t-Wert der Vorrichtung beeinflussen jedoch nicht nur Schwankungen in der Banddicke sondern auch Veränderungen des Elastizitätsmoduls des Bandes. Da die effektive Federkonstante des Bandes aufgrund üblicher Fertigungstoleranzen schwanken kann,müssen Maßnahmen zur Korrektur derartiger Schwankungen getroffen werden, so daß der Schalter genau auf den Nenn-g-Wert und den Nenn-g.t-Wert abgeglichen werden kann.

Man betrachte ein normales Band, wie es in Fig. 3 dargestellt ist, dessen Federkonstante 1 beträgt und das einen Ausschnitt von w = 3 und L = 10 mit einer Fläche von A = 30 aufweist. Wenn dieses Band durch ein dünneres Band ersetzt wird, deren Federkonstante nur dreiviertel derjenigen des Normalbandes ist, dann könnte zur Erlangung des gleichen g-Wertes und g.t-Wertes die Ausschnittbreite auf w = 4 und Ausschnittfläche A = 40 (Fig. 4) erhöht werden. Wenn andererseits ein dickes Band benutzt wird, dessen Federkonstante vierdrittel derjenigen des Normalbandes beträgt, sollte die Ausschnittbreite auf w = 2,25 und die Ausschnittsfläche auf A = 22,5 verkleinert werden, um den gleichen g-Wert und g.t-Wert zu erhalten.

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Erfindungsgemäß wird statt einer Benutzung von Bändern mit unterschiedlicher Ausschnittgröße je nach Federkonstante des Bandes eine Eicheinrichtung vorgesehen, durch die durch bloße Änderung des effektiven Wertes der Länge L es möglich ist, sowohl den g-Wert wie den g.t-Wert an die verschiedenen Schwankungen der Federkonstanten des Bandes anzupassen. Han nehme beispielsweise an, daß die Federkonstante des Bandmaterials schwankt zwischen dem dreiviertel-fachen bis zu dem vierdrittel-fachen eines Normalwertes. Ein g-Wert und ein g.t-" Wert entsprechend einer nominellen Federkonstante von 1 kann durch einen Ausschnitt gemäß Fig. 6 erreicht werden, der eine gleichförmige Ausschnittbreite W„ von der Stelle S₀ bis S- aufweist und dann nach außen bis zu einer Maximalbreite bei 0 aufgeweitet ist. Man nehme an, daß die Anfangsstellung s der Rolle zwischen den Grenzen 0 bis Sq eingestellt.werden kann. Indem der Abschnitt des Ausschnittes von s₀ bis s_? mit gleichförmiger Breite von- W = 2,25 und einer Ausschnittsfläche von 22,5 ausgeführt wird, wird der gewünschte g-Wert und g.t-Wert für ein Band mit einer Federkonstante von vier Dritteln des Normalwertes dadurch erreicht, daß die Rolle an einer s_Q entsprechenden Anfangsstellung positioniert wird. Bei einem Normalband von der Federkonstanten 1 wird der anfängliche Berührungspunkt A der Rolle (Fig. IA) längs des sich aufweitenden Abschnittes bis zu einer Stelle verschoben, deren Breite W = 3 ist, wodurch sich der gewünschte g-Wert ergibt. Indem die Form des nach außen sich erweiternden Abschnittes so gewählt wird, daß die resultierende Ausschnittfläche rechts von der·anfänglichen Berührungsstelle der Rolle gleich 30 ist, wird auch der richtige g.t-Wert erhalten. Für ein Band mit der Federkonstanten von dreiviertel des Normalwertes wird die Rolle bei 0 in Fig. 6 positioniert,

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wo die Ausschnittbreite W = 4 und die Ausschnittfläche A = 40 betragen. Dies ergibt den richtigen g-Wert und g.t-Wert für ein Band mit der Federkonstanten von drei Vierteln des Normalwertes. Indem somit der sich erweiternde Ausschnitt die richtige Form erhält, kann die Vorrichtung so geeicht werden, daß durch einen einzigen Einstellvorgang der Anfangsstellung der Rollen an dem Band sowohl der richtige g-Wert wie der richtige g.t-Wert erhalten werden kann. Die Einstellung der Anfangsstellung wird durch die Einstellschraube 50 erreicht.

Die vorstehende Beschreibung erläutert die Möglichkeit einer gleichzeitigen Eichung des g-Wertes und des g.t-Wertes des Schalters.

In der allgemeineren Lösung ergibt sich diejenige Kraft, F, die von dem Band einer gegebenen Differenz der effektiven Breite Δ w des Bandes bei den beiden Berührungspunkten erzeugt.wird, aus der Gleichung

(1)

wobei E der Elastizitätsmodul des Bandmaterials, t die Banddicke und d der Rollendurchmesser sind. Unter der effektiven Breite wird die Gesamtbreite des Materials verstanden. Somit wird die effektive Breite A w des Bandes durch einen Einschnitt oder durch Kerben des Bandrandes reduziert. Die zur Bewegung der Rollen benötigte Beschleunigung g_ wird für die spezielle Anwendung ausgewählt. Das ergibt dann den g-Wert des Aufprallschalters. Durch Wahl der minimalen Dicke innerhalb des Toleranzbereichs des Bandes kann Δ w_Q für die Stelle s_Q aus der obigen Beziehung mit Hilfe des Newton¹sehen

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Grundgesetzes

gis) = jjj· (₂₎

mit W der Masse der beiden Rollen ermittelt werden.

Der g.t-Wert für eine anfängliche Einstellung der Rollenberührungsstelle bei s_Q ergibt sich aus

^S2
G₀ =( g(s) ds (3)

^s0

Die Lösung der Gleichung (3) für einen rechtwinkligen Ausschnitt lautet

G₀ = g_c. (S₂ -S₀) (4)

Die Kurvenform und daher die Änderung in Δ w als Funktion von s in dem Eichgebiet (s 4 s_Q) ergibt sich aus dem Ausdruck

^qc . (s_ -s)

g(s)=g_o.e ° (5)

Die Gleichungen (1), (2) und (5) ergeben zusammengenommen

^go . (s_o -s)

in dem Gebiet (s £ s ). Wenn das Gebiet s bis s_o recht-

O £.

winklig ist, ergibt eine Verknüpfung der Gleichungen (6) und (4)

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S-S S-S

O O

Wg s,, -s s„ -s

!° _e 2 ο _Avi _e 2 ο

_{w (s) =} _ ic

Man bemerke, daß die Differenz in der Breite Δ w an den beiden Berührungsstellen als Funktion von (s) nicht nur durch einen Ausschnitt wie etwa in den Zeichnungen sondern auch dadurch erreicht werden kann, daß die Breite des Bandes in dem Gebiet des einen oder anderen Berührungspunktes verändert wird. Der Ausschnitt verdient jedoch den Vorzug," da er einen gleichförmigen Rand des Bandes ermöglicht. Die Notwendigkeit einer Eichung des Schalters kann aus . Gleichung (1) ersehen werden, aus dem hervorgeht, daß der g-Wert proportional zu t ist. Somit können geringfügige Veränderungen der Banddicke aufgrund gewöhnlicher Fertigungstoleranzen sehr wesentlich den g-Wert beeinflussen.

Während der Schalter nach Figuren IA und IB eine sehr empfindliche Vorrichtung zur Feststellung von Beschleunigungen darstellt, die einen bestimmten g-Wert übersteigen und auch hinreichend lange anhalten, um einen bestimmten g.t-Wert zu übersteigen, so spricht diese Vorrichtung nur auf diejenige Beschleunigungskomponente der Vorrichtung an, die parallel zur Bewegungsrichtung der Rollen liegt. Wenn die Beschleunigungsrichtung von dieser Richtung abweicht, nimmt die Beschleunigungskomponente in Rollenbewegungsrichtung mit dem Kosinus des eingeschlossenen Winkels ab. Die Empfindlichkeit der Vorrichtung nimmt also mit der Kosinusfunktion ab, wenn die Beschleunigungsrichtung der Vorrichtung sich relativ zur Längsachse der Vorrichtung ändert. Eine Beschleunigung, die normal zur Rollenbewegungsrichtung steht, bleibt ohne Wirkung. Es ist jedoch häufig erwünscht, einen Aufprallschalter zu haben, der auf Beschleunigungen über einen relativ breiten Winkelbereich relativ zur Position der Vorrichtung anspricht.

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Eine derartige Vorrichtung, die in einem größeren Winkelbereich empfindlich ist, ist in den Figuren 7A und 7B dargestellt. Die Fig. 7A zeigt die Vorrichtung in ihrer Anfangsstellung und die Fig. 7B zeigt die gleiche Vorrichtung mit ausgelöstem Schalter nach Einwirkung eines bestimmten g.t-Wertes. Die Vorrichtung nach Fig. 7A umfaßt ein im ganzen mit 70 bezeichnetes Gehäuse, das beispielsweise aus Plastik geformt ist und eine Rückwand 72 und vier Außen-Seitenwände 74 aufweist. In dem Gehäuse sitzen zwei integral angeformte Führungselemente 76 und 78, die ebene, glatte, leicht konvexe Führungsflächen 80 und aufweisen·

Zwei Rollen 84 und 86 können auf den Führungseiementen und 78 abrollen und werden von einem einzigen Band 88 gehalten. Das Band ist an einem Ende durch einen Stift an dem Führungselement 76 verankert. Das Band erstreckt sich in einer Schlaufe um die Rolle 84 und überbrückt dann einen Spalt 92 zwischen benachbarten Enden der Führungselemente 76 und 78. Das Band verläuft weiter über die Führungsfläche 82 und bildet eine Schlaufe um die Rolle 86. Das Band 88 läuft dann vom Ende des Führungselementes 78 zu einer Klammer 94 in Form einer steifen Blattfeder. Das Band 88 läuft um das Außenende der Stützklammer 94 und ist an der Klammer 94 mit einer Niete 96 oder einer anderen geeigneten Haltevorrichtung befestigt. Die Klammer 94 wird von dem Gehäuse 70 über zwei Fahnen 98 gehalten, die die Klammer 94 umgreifen. Die Bandfederwirkung der Klammer 94 hält das Band 88 unter Spannung. Wenn das Band 88 brechen sollte, federt · die Klammer 94 gegen einen Kontakt 100. Die Klammer 94 und der Kontakt 100 erstrecken sich nach außen aus dem Gehäuse und bilden zwei elektrische Anschlüsse 102 und 104. Man sieht, daß der Ausfall des Bandes einen elektri-

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sehen Stromweg zwischen den Anschlüssen 102 und 104 herstellt, der den Ausfall an einer entfernten Stelle der Anordnung anzeigen kann.

Die Form des Bandes ist in Fig. 8 dargestellt. Das Band weist einen Endabschnitt auf, an dem die Stifte 90 das Band an dem Führungselement 76 festlegen. Das Band weist ein Ausschnittgebiet auf, das sich von A¹ bis A erstreckt. Die Länge dieses Ausschnittgebietes ist geringfügig größer als die maximale Bewegungsstrecke der Rollen 84 längs der Führungsfläche 80. Das Band weist verringerten Querschnitt im Abschnitt CC auf, der hinreichend eng ist, um durch den Ausschnitt A· A zu passen, so daß das Band um die Rolle geschlungen werden kann. Der Abstand A· A in Fig. 8 entspricht dem Umfang der Rolle 84. In ähnlicher Weise ist das Band mit einem zweiten Ausschnittgebiet B¹B und einem zweiten Gebiet D±D mit verringertem Querschnitt versehen, der schmal genug ist, um durch den Ausschnitt B-i B zu passen. Wiederum entspricht die Strecke B-B des Bandes (Fig. 8) dem Umfang der Rolle 86.

Wegen der unterschiedlichen Breite des Bandmaterials an dem Berührungspunkt A für die Rolle 84 und dem Berührungspunkt B für die Rolle 86 wird eine resultierende Kraft auf jede Rolle 84 und 86 ausgeübt, die die Rollen gegen Anschläge 106 und 108 drücken. Eine parallel zur Führungsfläche 80 wirkende Beschleunigung, die in ihrer Wirkung die von dem Band 88 erzeugte Kraft übersteigt, ist zur Bewegung der Rolle 84 weg von dem Anschlag 106 nötig. Wenn eine derartige Kraft auf das Gehäuse 70 ausgeübt wird und für eine hinreichend lange Zeit aufrechterhalten bleibt, sorgt die Trägheit der Rolle 84 dafür, daß sich das Gehäuse relativ zur Rolle bewegt. Im Ergebnis bewegt sich die Rolle längs des

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Führungselementes 76 in einer Richtung weg vom Anschlag 106, bis sie mit einem elektrischen Kontakt 110 in Berührung kommt. Der in Form einer Blattfeder ausgeführte Kontakt 110 steht elektrisch mit einem äußeren Anschluß 112 in Verbindung. Somit stellt die Bewegung der Rolle 84 gegen den Kontakt 110 eine elektrischen Weg zwischen den Anschlüssen 102 und 112 her.

In ähnlicher Weise läßt eine aufgrund einer Beschleunigung auf das Gehäuse 70 parallel zur Führungsfläche 82 wirkende Kraft, die die von dem Band 88 auf die Rolle ausgeübte Kraft übersteigt, die Rolle 86 längs der Führungsfläche 82 bewegen. Wenn diese Kraft eine hinreichend lange Zeit bestehen bleibt, kommt die Rolle mit einem Kontakt 114 in Berührung. Der Kontakt 114 hat ebenfalls die Form einer Blattfeder und steht in elektrischer Verbindung mit dem äußeren Anschluß 112. Die Bewegung der Rolle 86 gegen den Kontakt 114 stellt einen elektrischen Weg zwischen den Anschlüssen 102 und 112 her. Die Position der Rollen 84 und 86 für den Fall, daß sie an den Kontakten 110 und 114 anliegen, ist in Fig. 7B dargestellt.

Da der Aufprallschalter normalerweise so befestigt ist, daß die Schwerkraft senkrecht zur Papierebene der Figuren 7A und 7B wirkt, müssen die Rollen 84 und 86 gegen eine Einwirkung der Schwerkraft, die sich als Rollenbewegung äußeit, unterstützt werden. Dies geschieht dadurch, daß das Band 88 direkt (bei 116) an den Rollen 84 und 86 durch Stifte befestigt wird. Es sind zwar für jede Rolle in der Figur 7A und 7B zwei Stifte gezeigt; doch kann das Band selbstverständlich auch aufgeklebt, aufgelötet oder in anderer Weise auf der Rolle innerhalb des Bogens zwischen den beiden dargestellten Stiften befestigt werden. Innerhalb dieses Bogens verbleibt das Band stets in Berührung

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mit der Rolle über die gesamte Wegstrecke der Rollenbewegung hinweg, und zwar vom Anschlag bis zu dem Kontakt. Somit werden die Rollen von dem Band gehalten, wobei die Bandspannung hinreichend:ist, die Rollen zu halten und das Band in Berührung mit den Führungsflächen 80 und 82 zu halten.

Die vorstehend beschriebene Eichtechnik ist in entsprechender Weise auf die Anordnung anwendbar, die in den Figuren 7A und 7B erläutert ist, und zwar indem den Ausschnittgebieten die richtige Form gegeben wird, und indem die Stellungen der Anschläge 106 und 108 vom Gehäuseäußeren aus einstellbar sind. Durch Verschiebung der Anfangslage der Rollen 86 und 84 kann die Vorrichtung auf den nominellen g-Wert und g.t-Wert abgeglichen werden. Eine Möglichkeit, eine richtige Veränderung der Bandbreite zu erreichen, ist in Fig. 8 bei 117 und 119 angedeutet.

Bei der Vorrichtung gemäß den Figuren 7A und 7B liegt die Richtung maximaler Empfindlichkeit für die Rolle 84 im wesentlichen Parallel zur Führungsfläche 80. Die Richtung der Empfindlichkeit der Rolle 86 liegt im wesentlichen parallel zur Führungsfläche 82. Indem die beiden Rollen auf Beschleunigungen ansprechen, die unter verschiedenen Winkeln auftreten können, ist eine einen Aufprall feststellende Vorrichtung gewonnen, die einen viel größeren Winkelbereich ihrer Ansprechcharakteristik besitzt als die Vorrichtung gemäß Fig. 1.

Während die Vorrichtung nach Fig. 7 zwei Winkel maximaler Empfindlichkeit besitzt, sind diese Winkel durch die relativen Winkelstellungen der Führungselemente 76 und in dem Gehäuse festgelegt. Es ist häufig erwünscht, diese

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Winkel ohne vollständige Demontage des Gehäuses zu variieren. Eine einfache und wirkungsvolle Möglichkeit für die Veränderung der Empfindlichkeitswinkel der Vorrichtung nach Fig. 7 ist in Fig. 9 erläutert. Die Vorrichtung nach Fig. 9 ist grundsätzlich mit dem im Zusammenhang mit Fig. 7 beschriebenen Vorrichtung identisch. Jedoch haben die Rollen 84 und 86 eingedrehte Löcher und 122. Diese Löcher sind exzentrisch gebohrt, so daß sich der Schwerpunkt CG aus der Drehachse der Rollen verschieben läßt. Die Wirkung einer Verschiebung des Schwerpunktes besteht in einer Verschiebung des Winkels der größten Empfindlichkeit jeder Rolle auf irgendwelche Beschleunigungen, die auf das Gehäuse 70 einwirken. Die Wirkung der Verschiebung des Schwerpunktes relativ zur Drehachse der Rolle kann am besten aus Fig. 10 ersehen werden. Liegt der Schwerpunkt in der Drehachse der Rolle, dann ist die Richtung maximaler Empfindlichkeit der Rolle gegenüber einer Beschleunigungskraft parallel zu der Fläche, auf der sich die Rolle bewegt. Da die Rolle gegen die Fläche durch das umfassende Band gehalten wird, hat eine senkrecht zur Bewegungsebene der Rolle liegende Kraftkomponente auf den Rollenmittelpunkt keinen Einfluß auf die Beschleunigung der Rolle. Wenn jedoch der Schwerpunkt außermittig liegt, bewegt sich der Schwerpunkt auf einer Kreisbahn, wenn sich die Rolle bewegt«. Man sieht, daß die Richtung maximaler Empfindlichkeit gegenüber einer äußeren Kraft jeweils in einer Richtung senkrecht zu der Linie liegt, die sich zwischen dem Berührungspunkt der Rolle mit der Führungsfläche und dem Punkt erstreckt, an dem der Schwerpunkt liegt. Je größer somit der Abstand des Schwerpunktes vom Drehmittelpunkt der Rolle ist, um so größer ist der Winkel der Richtung maximaler Empfindlichkeit verschoben. Man sieht aus Fig. 10, daß durch eine Änderung der Winkelposition Q

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des Schwerpunktes relativ zum Weg des Rollenmittelpunktes, wie auch durch eine Veränderung des Abstandes, unter dem der Schwerpunkt aus dem Rollenmittelpunkt verschoben ist, der Winkel maximaler Empfindlichkeit gegenüber einer äußeren Beschleunigungskraft gesteuert werden kann. Der größte Wert für θ wird erreicht, wenn der Schwerpunkt am Berührungspunkt einer Tangente an die Kreisbahn des Schwerpunktes der Rolle durch den Berührungspunkt von Rolle und Band positioniert wird, wie das in Fig. 10 dargestellt ist.

Insgesamt wurde ein Aufprallschalter beschrieben, der eine bestimmte Zeitspanne hindurch wirkende Beschleunigungskräfte feststellen kann derart, daß das Produkt aus Beschleunigung und Zeit einen vorgegebenen Wert übersteigt, ehe der Schalter ausgelöst wird. Der Schalter verwendet Rollen, die von einem um sie gewundenen Band gehalten werden, bei dem eine Bewegung der Rollen entlang des Bandes Schaltkontakte betätigt, um die Bewegung der Rolle über eine vorgegebene Strecke hinaus zu signalisieren. In einer Ausführungsform der Erfindung dient die Veränderung des Schwerpunktes der Rollen zur Verschiebung der Richtung maximaler Empfindlichkeit gegenüber der Beschleunigungskraft. Eine einzige Eich—Einstellung, und zwar durch Verschieben der Anfangsposition der Rollen, steuert sowohl den Betrag der Beschleunigungskraft, der zur Bewegung der Rollen benötigt wird, wie auch den Wert des Beschleunigungs-Zeit-Produktes, der zur Auslösung des Schalters bei nominellen Werten nötig ist.

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Claims

Ansprüche

1· Aufprallschalter, gekennzeichnet durch zwei in einem Gehäuse (14; 70) untergebrachten Rollen (10, 12; 84, 86), die auf in dem Gehäuse definierten Führungsflächen (16, 18; 80, 82) beweglich sind; durch ein jede Rolle umschließendes und längs der beiden Führungsflächen sich erstreckendes Federband (20; 88), das durch eine Spannvorrichtung (36, 46; 94) unter Spannung gehalten wird, wobei sich eine resultierende, mindestens eine Rolle entlang der ihr zugeordneten Führungsfläche gegen einen Anschlag (50; 106, 108) drückende Kraft ergibt; sowie durch mindestens einen im Gehäuse befestigten, und durch die Bewegung einer zugehörigen Rolle entlang ihrer Führungsfläche um eine vorbestimmte Strecke vom Anschlag aus be- ' tätigbaren Kontakt (32, 38, 42; 110, 114).
2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Rolle auf einer eigenen Führungsfläche beweglich ist.
3. Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Federband an einem Abschnitt (A A¹; 0S„; B B¹) seiner Länge derart modifiziert ist, daß sich eine in Richtung auf das verankerte Bandende weisende resultierende Kraft auf die Rollen ergibt.
4. Schalter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Führungsflächen (80, 82) in dem Gehäuse unter einem beträchtlichen Winkel angeordnet sind.

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5. Schalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Führungsfläche (80, 82) in Bewegungsrichtung der Rollen geringfügig konvex ist.
6. Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwerpunkt (CG) mindestens einer Rolle gegenüber der Drehachse der Rolle verschoben ist.
7. Schalter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannvorrichtung eine an dem Gehäuse verankerte und an dem Federband befestigte Blattfeder (34; 94) aufweist; und daß ein am Gehäuse befestigter elektrischer Kontakt (32, 42; 100) in der Nähe, jedoch mit Abstand von der Blattfeder am Gehäuse befestigt ist, derart, daß bei Nachlassen oder Ausfall der Spannkraft der Blattfeder der Kontakt von der Blattfeder betätigt wird.
8. Schalter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsflächen parallel zueinander angeordnet sind,und daß der Durchmesser jeder Rolle kleiner als der Abstand der beiden Führungsflächen voneinander und größer als der halbe Abstand ist; daß das Federband sich im wesentlichen S-förmig um die beiden Rollen herum von einer Führungsfläche zur anderen erstreckt; daß der Kontakt einen beweglichen und mindestens einen Festkontakt aufweist; daß die Federspannung hinreicht, den beweglichen Kontakt von dem Festkontakt abzuziehen und damit den Schalter zu öffnen, wenn beide Rollen sich zwischen den Führungsflächen befinden; daß die vorzugsweise zylindrischen Rollen in ein Rollen ermöglichendem Kontakt mit dem Federband stehen und in eine Stellung jenseits der in einem Absatz endenden einen Führungsfläche bewegbar

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sind, derart, daß die Bewegung einer Rolle die Bandspannung verringert und den beweglichen Kontakt gegen den Festkontakt anschlagen läßt.
9. Schalter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Federband mindestens einen, sich mindestens teilweise um mindestens eine Rolle erstreckenden Ausschnitt (A A¹, BB') aufweist.
10. Schalter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der modifizierte Abschnitt des Federbandes die effektive Breite des Bandes über den Längenabschnitt verändert , wobei die Materialbreite des Bandes am Berührungspunkt zwischen der Rolle und dem Band nahe einer Führungsfläche geringer ist, als die Bandbreite am Berührungspunkt zwischen der Rolle und dem Band an der anderen Führungsfläche.
11. Schalter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der modifizierte Abschnitt ein mittig aus dem Band ausgeschnittener Streifen ist.
12. Schalter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Breitenunterschied an den beiden Berührungspunkten variiert, wenn die Stellung der Rollen in einer Richtung parallel zu den Führungsflächen verschoben wird.
13. Schalter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Breitenunterschied des Bandes an den beiden Berührungspunkten sich über einen Bereich einer einstellbaren Anfangsposition exponentiell ändert.

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14. Schalter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Breite exponentiell nach der Gleichung ändert;

it G O

Wg ο

w(s) = e

wobei g der nominelle g-Wert des Schalters, s -s der

ο ^ ' ο

Abstand der einstellbaren Anfangsposition s des Berührungspunktes vom Berührungspunkt s der Maximal einstellung, k eine von den physikalischen Eigenschaften des Federbandes und der Rollen bestimmte Konstante, W die Masse der Rollen, und

^S2

_o = Γ g(s) ds

G
ο

ist, wobei s_ -s die kleinste Bewegungsstrecke des Berührungspunktes längs des Bandes für den normalen g.t-Wert des Schalters ist.
15. Schalter nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Bandbreite sich über den einstellbaren Bereich der Anfangsposition der Tangentenpunkte exponentiell ändert, entsprechend der Gleichung:

^so -^s

Λ 2 °

Aw(s) = w e
ο

wobei w die Breite längs der Länge s„ -s des Bandes, ε» -s die kleinste
Anfangsposition ist

» -s die kleinste Bewegungsstrecke der Rollen aus der

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16. Schalter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Federband an einem ersten Abschnitt (A A*) seiner Länge einen als Längsschlitz ausgeführten Ausschnitt und an einem zweiten Abschnitt (CC) seiner Länge eine so stark verringerte Breite aufweist, daß der zweite Abschnitt zur Bildung einer Schlaufe um eine Rolle durch den Längsschlitz paßt; und daß das Band im ersten und zweiten Abschnitt unterschiedliche Federkonstanten aufweist.
17. Schalter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannvorrichtung (46) einen bewegbaren Schaltkontakt (32, 34) sowie mindestens einen Festkontakt (38, 42) aufweist, wobei durch eine Bewegung des zugeordneten Federbandendes der bewegliche Kontakt auf den Festkontakt gedrückt wird.
18. Schalter nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Kontakt in der Nähe der gebogenen Führunqsflachen angeordnet und durch die Rollen betätigbar ist.
19. Schalter nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein am Gehäuse angebrachtes Rückstellglied (52), das gegen das Federband an der vorzugsweise in der Mitte des Gehäuses endenden Führungsfläche andrückbar ist.
20. Schalter nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet,durch einen einstellbaren Anschlag (50; 106, 108) zur Einstellung der Anfangsposition der Rollen derart, daß ein Breitenunterschied der beiden Berührungspunkte für die Anfangsposition der Rollen geändert wird.

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21. Aufprall-Fühler zur Auslösung eines Schalters, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ansprechen auf einen vorbestimmten Beschleunigungsbetrag g und einen vorbestimmten Betrag g.t des Produktes aus Beschleunigung und Zeit ein Gehäuse (14; 70), Rollen (10, 12; 84, 86), ein Federband (20; 88) sowie Führungen (16, 18; 80, 82) in dem Gehäuse vorgesehen sind, wobei sich das Federband längs der Führungen und um die Rollen erstreckt; daß eine Spannvorrichtung (36, 46; 94) die Enden des Bandes am Gehäuse festlegt, und daß das Federband einen Breitenunterschied Δ w in den beiden Gebieten aufweist, in denen das Federband die Rollen berührt, und eine resultierende Kraft auf die Rollen ausgeübt wird; daß ein Anschlag (50; 106, 108) in dem Gehäuse beweglich gelagert ist und die Bewegung der Rollen unter dem Einfluß der Kraft anhält; daß der Anschlag einstellbar ist, wobei die Einstellung des Anschlages den anfänglichen Berührungspunkten zwischen Band und Rolle verschiebt; und daß die Federbandform derart gewählt wird, daß der Federbandbreitenunterschied A* sich über das Einstellgebiet s des anfänglichen Berührungspunktes aus der Beziehung bestimmt:

\ S —S / O

wo g der nominelle g-Wert des Schalters, die Anfangsstellung der Rolle am Band am Punkt s des minimalsten

w, k eine durch die physikalischen Eigenschaften des Materials bestimmte Konstante, und

G_q

^Sr²

l g (s) ds

ist, wobei g (s) diejenige Beschleunigungskraft ist, die zur Bewegung der Rollen benötigt wird, und s_? die Stelle maximaler Bewegung der Rollen ist.

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