DE2256299C3

DE2256299C3 - Trägheitsschalter für eine Kraftfahrzeug-Sicherheitsvorrichtung

Info

Publication number: DE2256299C3
Application number: DE2256299A
Authority: DE
Inventors: Shunji Matsui
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1971-11-16
Filing date: 1972-11-16
Publication date: 1981-10-22
Also published as: CA1008945A; SE381773B; IT973535B; FR2161627A5; DE2256299B2; US3840088A; DE2256299A1; GB1392570A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Trägheitsschalter für eine Kraftfahrzeug-Sicherheitsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine bisher weitverbreitet in Betracht gezogene Kraftfahrzeug-Sicherheitsvorrichtung betrifft einen aufblasbaren Schutzsack oder ein ausstreckbares Schutznetz, das gewöhnlich in zusammengelegtem Zustand außer Betrieb gehalten wird und mit einer geeigneten Betätigungseinrichtung verbunden ist, die üblicherweise aus einer unter Normalbedingungen geschlossenen Druck-Fluidquelle besteht Durch eine solche Betätigungseinrichtung kann z. B. der Schutzsack aufgeblasen werden, sobald das Kraftfahrzeug in eine Kollision verwickelt wird. Der Schutzsack wird hierbei zwischen einem Fahrzeuginsassen und beispielsweise dem Lenkrad, dem Armaturenbrett der Windschutzscheibe oder einer Sitzrückseite in eine Schutzstellung gebracht, so daß der sich bei einer Kollision aufgrund der Trägheit weiterbewegende Fahrzeuginsasse durch den rasch expandierenden Schutzsack bzw. das ausgestreckte Schutznetz weich aufgefangen wird, da der Hauptteil der Stoßenergie von dem Schutzsack bzw. Schutznetz absorbiert wird, was den Insassen vor ernsthaften Verletzungen bewahrt

Damit die Sicherheit eines Fahrzeuginsassen in ausreichendem Maße gewährleistet ist, ist es von erheblicher Bedeutung, daß die Betätigungseinrichtung für die Sicherheitsvorrichtung bei einer Kollision

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50 möglichst augenblicklich anspricht Hierzu sind meist Trägheitsschalter vorgesehen, die auf die bei einer Kollision auftretende Geschwindigkeitsänderung ansprechen.

Soll jedoch der Fahrer in bezug auf die Lenkung des Kraftfahrzeuges nicht ungebührlich behindert werden, darf die Sicherheitsvorrichtung nur im Falle eines gefährlichen Aufpralls ansprechen, d. h^ der Trägheitsschalter darf nur dann schließen, wenn infolge einer heftigen Kollision eine über einem bestimmten Wert liegende Beschleunigung auftritt Da die Größe der bei einer Kollision auftretenden Beschleunigung in der Regel von der Fahrzeuggeschwindigkeit abhängt, sollte der Trägheitsschalter nur dann schließen, wenn die Kollision bei einer über einem vorgegebenen Schwellenwert liegenden Fahrzeuggeschwindigkeit eintritt

Ferner gelangt ein solcher Schutzsack oder ein Schutznetz nach dem Auslösen der Betätigungseinrichtung gewöhnlich erst mit einer in der Größenordnung von Mikrosekunden liegenden merklichen Zeitverzögerung in die Scliutzstellung. Tritt somit eine Kollision bei einer über dem genannten Schwellenwert liegenden Fahrzeuggesclnwindigkeit auf, muß die Betätigungseinrichtung bereits im Anfangsstadium der Kollision ansprechen. Aus diesem Grunde sollte der Trägheitsschalter derart aufgebaut und angeordnet sein, daß er in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Beschleunigung geschlossen wird, die im Anfangsstadium eines solchen

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Kollisionszustandes auftritt Dieser Beschleunigungswert wird jedoch auch erreicht, wenn das Kraftfahrzeug bei einer relativ niedrigen Geschwindigkeit Erschütterungen oder Stöße erfährt, die keine ernste Beschädigung des Fahrzeugs oder eine Verletzung seiner - Insassen hervorrufen können. Ein Trägheitsschalter, der einfach auf eine über einem bestimm! en Schwellenwert liegende Beschleunigung anspricht, kann daher nicht in Abhängigkeit von der Art und Schwere eines auf das Kraftfahrzeug einwirkenden Stoßes selektiv betätigt werden.

Es wurde daher bereits ein elektrischer Schaltkreis in Betracht gezogen, bei dem der Trägheitsschalter mit einem Fahrzeuggeschwindigkeitsschalter zwischen einer EnergiequeUe und der Betätigungseinrichtung der Sicherheitsvorrichtung in Serie geschaltet ist. Der Fahrzeuggeschwindigkeitsschalter wird offengehalten, wenn das Kraftfahrzeug mit einer unter einem vorgegebenen Wert liegenden Geschwindigkeit fährt, so daß die Betätigungseinrichtung für die Sicherheitsvorrichtung außer Betrieb ist, wenn das Kraftfahrzeug einen Stoß bei einer relativ niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeit erhält und somit die sich aus dem Stoß ergebende Beschleunigung geringfügig ist.

Es kann jedoch der Fall austreten, daß ein stehendes oder mit relativ niedriger Geschwindigkeit fahrendes Kraftfahrzeug in eine heftige Kollision mit einem anderen Kraftfahrzeug verwickelt wird, das seinerseits mit hoher Geschwindigkeit fährt. Unter dieser Bedingung würde das erstere Fahrzeug schweren Schaden erleiden und sein Insasse aufgrund der bei offenem Fahrzeuggeschwindigkeitsschalter außer Betrieb gehaltenen Sicherheitsvorrichtung gegebenenfalls schwer verletzt werden. Der gleiche Fall wäre denkbar, wenn ein Kraftfahrzeug bei mäßiger Geschwindigkeit auf glatter Straße ins Schleudern geraten und auf ein Hindernis aufprallen würde, wobei der Geschwindigkeitsschalter offen bliebe, & h. daß die Betätigungseinrichtung für die Sicherheitsvorrichtung außer Betrieb wäre. Ή)

Auch eine Kraftfahrzeug-Sicherheitsvorrichtung, bei der eine Kombination eines Trägheitsschalters mit einem Fahrzeuggeschwindigkeitsschalter Verwendung findet, kann somit unter gewissen Umständen durch Nichtansprechen ausfallen, selbst wenn bei einer Kollision des Kraftfahrzeugs eine plötzliche Beschleunigung auftritt, durch die ein Fahrzeuginsasse ernsthaft verletzt werden kann.

Aus der US-PS 34 89 917 ist in diesem Zusammenhang ein Trägheitsschalter für eine Kraftfahrzeug-Sicherheitsvorrichtung bekannt, bei dem ein Masseorgan mittels einer aus einem Permanentmagneten und einer Feder bestehenden ersten Vorspanneinrichtung in eine Ruhestellung vorgespannt wird. Mit diesem Trägheitsschalter ist ein Kollisionsdetektorschalter in Reihe geschaltet, an den eine zweite Vorspanneinrichtung des Trägheitsschalters angeschlossen ist, die nach Erfassen eines Kollisionszustands durch den Koliisionsdetektorschalter eine der ersten Vorspanneinrichtung entgegengerichtete Kraft auf das Masseorgan ausübt und dadurch dessen durch die kollisionsbedingte Beschleunigung oder Verzögerung hervorgerufene Bewegung in Richtung auf einen stationären Kontakt unterstützt und das Masseorgan in dieser Arbeitsstellung arretiert. Eine geschwindigkeitsabhängige Änderung der auf das Masseorgan wirkenden Vorspannung ist jedoch nicht vorgesehen, so daß die Fahrzeuggeschwindigkeit als Parameter im wesentlichen unberücksichtigt bleibt

Darüber hinaus ist bereits ein Trägheitsschalter vorgeschlagen worden (DE-OS 22 03 326), bei dem eine Kugel als beweglicher Kontakt von einem Permanentmagneten in einer Ruhestellung außer Berührung mit einem stationären Kontakt gehalten wird, wobei für eine Berührung zwischen der Kugel und dem stationären Kontakt eine die von dem Permanentmagneten aufgebrachte Vorspannung übersteigende Beschleunigungskraft erforderlich ist Zur Erzielung einer Abhängigkeit zwischen dieser Beschleunigungskraft und der Fahrzeuggeschwindigkeit ist der Trägheitsschalter mit einer Steuereinrichtung versehen, die über einen variablen Widerstand einen Strom durch eine um den Permanentmagneten gewickelte Spule steuert Das Magnetfeld dieser Spule ist dem Magnetfeld des Permanentmagneten entgegengesetzt, so daß bei einem kleinen Widerstand und entsprechend großem Strom bereits eine geringe Beschleunigung ausreicht, um die Kugel aus der Ruhestellung in Berührung mit dem stationären Kontakt zu bringen. Mit zunehmendem Widerstand und damit abfallendem Strom nimmt der kompensierende Einfluß des Spulenmagnetfeldes ab, so daß die für eine Schalterbetätigung erforderliche Beschleunigung größer wird. Der variable Widerstand wird in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit derart verändert, daß er mit zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit kleiner wird, was zur Folge hat, daß die Empfindlichkeit des Trägheitsschalters mit steigender Fahrzeuggeschwindigkeit zunimmt Ein solcher Trägheitsschalter weist jedoch aufgrund seines im Normalbetrieb offenen magnetischen Kreises in bezug auf das Spulenmagnetfeld einen hohen Energiebdarf auf, der sich insbesondere bei Fahrzeugen mit einer zwangsläufig batterie- bzw. generatorabhängigen Stromversorgung unangenehm bemerkbar macht und darüber hinaus aufgrund der unvermeidlichen Wärmeerzeugung bei länger andauerndem Betrieb zu einem sehr nachteiligen Leistungsabfall des Trägheitsschalters führt

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Trägheitsschalter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 derart auszugestalten, daß für die erforderliche Erregung des zweiten Magneten, d.h. des Elektromagneten, nur ein relativ geringer Strom benötigt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst daß in der Ruhelage des Masseorgans ein nahezu geschlossener magnetischer Kreis über den Permanentmagneten und/oder über den Kern des Elektromagneten sowie das Masseorgan vorhanden ist

Durch diesen in der Ruhelage des Masseorgans geschlossenen magnetischen Kreis werden Leckflüsse im Trägheitsschalter minimal gehalten, so daß der Elektromagnet eine ausreichend starke Magnetkraft bei nur geringem Stromverbrauch erzeugen kann. Hierdurch wird außer der Batterie- bzw. Generatorbelastung insbesondere die unvermeidliche nachteilige Wärmeerzeugung der Spule des Elektromagneten minimal gehalten, wodurch ein Leistungsabfall des Trägheitsschalters bei längerer Betriebsdauer verhindert und dadurch die erforderliche hohe Zuverlässigkeit sichergestellt wird.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine graphische Darstellung von Beispielen für Verläufe von Beschleunigungen, die bei verschiedenen Kollisionszuständen auftreten können,

F i g. 2 in Form eines Blockschaltbilds den grundsätzlichen Aufbau eines typischen Ausführungsbeispiels für eine bekannte Kraftfahrzeugsicherheitsvorrichtung, bei der ein Trägheitsschalter und ein auf die Fahrzeuggeschwindigkeit ansprechender Schalter verwendet werden,

F i g. 3 ein Blockschaltbild eines in Betracht gezogenen Ausführungsbeispiels eines Trägheitsschalters,

F i g. 4 eine graphische Darstellung von Kurven, die die Beziehungen zwischen magnetischen Kräften und elektrischen Strömen angeben, die zum Aufbau der Magnetkräfte durch Elektromagneten erforderlich sind, welche zum öffnen und Schließen magnetischer Kreise angeordnet sind,

F i g. 5 eine graphische Darstellung einer Kurve, die die Beziehung zwischen einem an eine Solenoidspule angelegten elektrischen Strom und der durch den Strom verursachten Temperatur der Spule wiedergibt,

F i g. 6 eine Schnittansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Trägheitsschalters und

F i g. 7 eine F i g. 6 ähnliche Ansicht einer Weiterbildung der Ausführungsform gemäß F i g. 6.

Es wird zunächst auf F ι g. 1 Bezug genommen.

Wie zuvor erläutert, ist die bei einer Kollision eines Kraftfahrzeuges entwickelten Beschleunigung um so höher, je höher die Fahrzeuggeschwindigkeit ist Dies ist aus F i g. 1 ersichtlich, worin die Kurven a, b und c den jeweiligen Verlauf von Beschleunigungen zeigen, die bei Kollisionen von Fahrzeugen mit Geschwindigkeiten Va, Vb bzw. Vc auftreten, wobei Va. < Vb < Vc ist Damit der Schutz der Fahrzeuginsassen während des Kollisionszustandes vollständig gewährleistet wird, ist es zwingend notwendig, daß die Sicherheitsvorrichtung nur betätigt wird, wenn eine über einem bestimmten Wert liegende Beschleunigung aufgrund der Kollision entsteht, und bei Erschütterungen oder Stößen relativ leichten Grades, die keinen schweren Kollisionszustand und demgemäß keine Verletzung eines Fahrzeuginsassen hervorrufen können, in Ruhezustand gehalten wird. Der Trägheitsschalter zum Betätigen der Sicherheitsvorrichtung sollte daher nur dann geschlossen werden, wenn das Kraftfahrzeug eine Kollision bei einer höheren Geschwindigkeit als beispielsweise der Geschwindigkeit Vb erleidet und offen gehalten werden, wenn das Kraftfahrzeug einem Stoß ausgesetzt wird, während es mit einer kleineren Geschwindigkeit als Va gefahren wird. Ferner ist es hinsichtlich der Tatsache, daß eine merkliche Verzögerung bis zum Erreichen der vollen Schutzstellung der Sicherheitsvorrichtung auftritt, wichtig, daß der Trägheitsschalter im Anfangssta dium des Kollisionszustandes betätigt wird, wie vorstehend bereits hervorgehoben wurde. Tritt somit die Kollision auf, wenn das Kraftfahrzeug mit der Geschwindigkeit Vb gefahren wird, sollte der Trägheitsschalter innerhalb eines Zeitintervalls Tw geschlossen werden, das sich in Mikrosekunden ausdrücken läßt, wie dies F i g. 1 zu entnehmen ist Der Trägheitsschalter muß somit in Abhängigkeit von einer Beschleunigung G\ geschlossen werden, die zur Zeit T\_b von dem Moment an entwickelt wird, bei dem die Kollision beginnt Diese Beschleunigung G\ ist jedoch niedriger als der Spitzenwert der Beschleunigung, die entwickelt wird, wenn das mit einer Geschwindigkeit Va gefahrene Kraftfahrzeug eine Kollision erleidet, und somit ebenfalls innerhalb eines Zeitintervalls T_la gemäß F i g. 1 auftritt Dies bedeutet, daß ein auf eine über dem Wert G\ liegende Beschleunigung ansprechender Trägheitsschalter ungünstigerweise betätigt wird, wenn der durch die Kurve a in F i g. 1 gezeigte Kollisionszustand bei dem Kraftfahrzeug auftritt. Dieser Nachteil ist bei der in F i g. 2 dargestellten bekannten Kraftfahrzeug-Sicherheitsvorrichtung behoben. Die nur schematisch dargestellte Sicherheitsvorrichtung weist eine Schutzeinheit 20 auf, die gewöhnlich ein aufblasbarer Schutzsack oder

ίο ein ausstreckbares Schutznetz ist Diese Schutzeinheit 20 wird durch eine geeignete Betätigungseinrichtung 22, die bei Verwendung des Schutzsackes z. B. ein normalerweise geschlossener Druckgasbehälter ist, in die Schutzstellung gebracht. Die Betätigungseinrichtung 22 wird durch einen Schalterkreis gesteuert der einen Trägheitsschalter 24 und einen Fahrzeuggeschwindigkeitsschalter 26 aufweist, die in Serie zwischen einen Eingangsanschluß eines elektrischen Stromkreises der Betätigungseinrichtung 22 und eine Energiequelle 28 geschaltet sind. Der Trägheitsschalter 24 kann in Abhängigkeit vom Auftreten einer größeren Beschleunigung als die vorstehend erwähnte Beschleunigung G\ schließen, während der Geschwindigkeitsschalter 26 in Abhängigkeit von einer über der Geschwindigkeit Vb liegenden Fahrzeuggeschwindigkeit schließen kann. Durch diese Anordnung des Schalterkreises bleibt die Betätigungseinrichtung 22 außer Betrieb, wenn ein Stoß auf das Kraftfahrzeug bei einer relativ niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeit ausgeübt wird.

Tatsächlich tritt jedoch manchmal der Fall auf, daß ein Kraftfahrzeug durch ein anderes in eine Kollision verwickelt wird, wenn es parkt oder mit relativ niedriger Geschwindigkeit fährt Unter diesen Bedingungen bleibt der Fahrzeuggeschwindigkeitsschalter 26 offen und demgemäß wird die Betätigungseinrichtung 22 im Ruhezustand gehalten, obwohl die Schutzeinheit 20 in die Schutzstellung gebracht werden sollte. Die Sicherheitsvorrichtung fällt somit für den Schutz des Fahrzeuginsassen aus. Auch wenn beim Schleudern des Kraftfahrzeugs auf einer schlüpfrigen Straßenoberfläche eine Kollision auftritt, bleibt der Fahrzeuggeschwindigkeitsschalter 24 weiterhin offen, so daß die Schutzeinheit 20 nicht betätigt wird.
Zur Vermeidung dieses Nachteils kann der in F i g. 3 dargestellte Trägheitsschalter in Betracht gezogen werden, der einen zwischen der Betätigungseinrichtung 22 für die Schutzeinheit (nicht gezeigt) und der Energiequelle 28 angeordneten Arbeitskontakt-Schaltkreis 30 und eine Schaltsteuereinheit 32 aufweist Der

so Schaltkreis 30 besteht im wesentlichen aus einem stationären Kontakt 34, der über eine Leitung 36 mit dem Eingangsanschluß des elektrischen Kreises der Betätigungseinrichtung 22 verbunden ist, und einem Masseorgan 38, das über eine Leitung 40 ständig mit der Energiequelle 28 verbunden ist Das Masseorgan 38 besteht aus einem elektrisch leitenden ferromagnetischen Material und dient somit als beweglicher Kontakt, der mit dem stationären Kontakt 34 zusammenarbeitet Das Masseorgan 38 ist bei diesem Ausführungsbeispiel in Form einer festen Kugel vorgesehen, die auf einer mit der Leitung 40 verbundenen Leiterplatte ruht und bei Einwirkung einer Trägheitskraft auf der Leiterplatte rollen kann. Die Schaltersteuereinheit 32 weist außerdem einen Permanentmagneten 42 auf, der unterhalb oder längsseits der magnetischen Kugel 38 angeordnet ist Der Permanentmagnet 42 zieht die magnetische Kugel 38 an und drückt sie hierdurch in Richtung einer Ruhestellung oder Außerbetriebsstellung, die sich im

Abstand zu dem stationären Kontakt 34 befindet. Dabei ist es wichtig, daß der Permanentmagnet 38 ein Magnetfeld aufbaut, das die magnetische Kugel in der Ruhestellung hält, wenn eine Trägheitskraft mit der Beschleunigung G\ auf sie einwirkt. Auf diesem Permanentmagneten 42 ist eine Erregerspule 44 derart aufgewickelt, daß bei Erregung ein Magnetfeld mit Polen, die mit den Polen des von dem Permanentmagneten 42 ständig aufgebauten Magnetfeldes übereinstimmen, entwickelt wird. Bei Erregung der Erregerspule 44 wird somit die magnetische Kugel 38 nicht nur der von dem Permanentmagneten 38 ausgeübten Anziehungskraft sondern auch einer durch das Zusammenwirken des Permanentmagneten 38 mit der Erregerspule 44 erzeugten Anziehungskraft ausgesetzt. Ein Fahrzeuggeschwindigkeitssehalter 46 ist über eine Energiequelle 48 an die Erregerspule 44 angeschlossen. Der Fahrzeuggeschwindigkeitss'chalter 46 kann in Abhängigkeit von einer über einer vorgegebenen Geschwindigkeit z. B. über Vb, liegenden Fahrzeuggeschwindigkeit öffnen und in Abhängigkeit von einer unter diesem Grenzwert liegenden Fahrzeuggeschwindigkeit schließen. Die Windungszahl der Erregerspule 44 und möglichst die Kapazität der Energiequelle 48 sollten derart gewählt werden, daß ein Magnetfeld aufgebaut werden kann, bei dem die gemeinsam von dem Permanentmagneten 42 und der Erregerspule 44 erzeugten Feldkräfte einen Wert erreichen, der mit der Trägheitskraft der vorgegebenen Beschleunigung Gi gemäß F i g. 1 im Gleichgewicht steht. Diese Beschleunigung G₂ ist derart vorgegeben, daß die magnetische Kugel 38 aus der Haltekraft der von dem Permanentmagneten und der Erregerspule 44 gemeinsam erzeugten magnetischen Kräfte befreit werden kann, wenn sie der Trägheitskraft bei einer über dem vorgegebenen Wert liegenden Beschleunigung bei einer relativ niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeit, das heißt zum Beispiel einer niedrigeren Geschwindigkeit als Vb, ausgesetzt wird.

Wird also das Kraftfahrzeug mit einer niedrigeren Geschwindigkeit als Vb gefahren oder im Stillstand gehalten, ist der Fahrzeuggeschwindigkeitsschalter 46 geschlossen und demgemäß die Erregerspule 44 von der Energiequelle 48 erregt, so daß die magnetische Kugel 38 einer Haltekraft ausgesetzt ist, die sich aus den gemeinsam erzeugten magnetischen Kräften des Permanentmagneten 42 und der Erregerspule 44 ergibt Daraus ergibt sich, daß die magnetische Kugel 38 in der Ruhestellung oder Außerbetriebsstellung im Abstand von dem zugehörigen stationären Kontakt 34 bleibt wenn sie einer Trägheitskraft ausgesetzt wird, die kleiner ist als die kombinierten magnetischen Kräfte, nämlich einer geringeren Beschleunigung als der vorgegebene Wert G₂. Erleidet das Kraftfahrzeug jedoch eine Kollision, bei der eine Beschleunigung größer als der Wert O₂ auftritt wird die magnetische Kugel 38 innerhalb eines Zeitintervalls T₂b gemäß F i g. 1 gegen die kombinierten magnetischen Kräfte aus der Ruhestellung bewegt und stößt gegen den stationären Kontakt 34. Hierdurch wird eine elektrische Verbindung zwischen dem Eingangsanschluß der Betätigungseinrichtung 22 und der Energiequelle 28 über den stationären Kontakt 34 und die magnetische Kugel 38 gebildet, die in diesem Zustand als beweglicher Kontakt wirkt Die Betätigungseinrichtung 22 wird demzufolge ausgelöst und die Schutzeinheit 20 in die Schutzstellung gebracht

Ist dagegen die Fahrzeuggeschwindigkeit größer als beispielsweise die vorgegebene Geschwindigkeit Vb, ist der Fahrzeuggeschwindigkeitsschalter 46 offen, so daß die Erregerspule 44 stromlos bleibt. Unter dieser Bedingung wird die in der Ruhelage bzw. Außerbetriebsstellung befindliche magnetische Kugel allein der Anziehungskraft des Permanentmagneten 42 ausgesetzt, das heißt, einer verringerten Haltekraft, die im Gleichgewicht mit der Trägheitskraft bei der vorgegebenen Beschleunigung G\ steht. Erleidet unter dieser Bedingung das Kraftfahrzeug eine Kollision mit einer solchen Stärke, daß eine Beschleunigung größer als die vorgegebene Beschleunigung Gi auftritt, wird die magnetische Kugel 38 aus dem Halt der magnetischen Kraft des Permanentmagneten 42 befreit und aus der Ruhestellung oder Außerbetriebsstellung in Berührung mit dem stationären Kontakt 34 innerhalb eines Zeitintervalls TU (siehe Fig. 1) bewegt, so daß eine elektrische Verbindung zwischen dem Eingangsanschluß der Betätigungseinrichtung 22 und der Energiequelle 28 hergestellt wird.

Bei dem Trägheitsschalter gemäß F i g. 3 erfolgt somit die Erregung der Betätigungseinrichtung 22 innerhalb des Zeitintervalls T\b in Abhängigkeit von einer größeren Beschleunigung als der Wert G\ bei hoher Fahrzeuggeschwindigkeit und innerhalb des Zeitintervalls Γ2/, in Abhängigkeit von einer größeren Beschleunigung als der Wert G₂ (der größer als G\ ist) bei niedriger Fahrzeuggeschwindigkeit oder in einem Ruhezustand oder Schleuderzustand des Kraftfahrzeuges. Tritt die Kollision bei der Fahrzeuggeschwindigkeit Vc auf, wie dies durch die Kurve c in F i g. 1 veranschaulicht ist, spricht die Schaltvorrichtung auf den Kolisionszustand an und erregt die Betätigungseinrichtung für die Schutzeinheit innerhalb eines Zeitintervalls Γ20 nämlich praktisch augenblicklich, wenn das Kraftfahrzeug in den Kollisionszustand gelangt.

Damit eine Betätigung der Sicherheitsvorrichtung durch Ansprechen auf relativ leichte Stöße bei niedriger Fahrzeuggeschwindigkeit zuverlässig verhindert wird, muß die sich aus den gemeinsamen magnetischen Kräften des Permanentmagneten 42 und des Elektromagneten ergebende Haltekraft auf einen beträchtlichen Wert voreingesteüt werden. Soll hierbei die Intensität des durch den Elektromagneten aufgebauten Magnetfeldes von g\ auf gi erhöht werden, muß der der Erregerspule 44 zugeführte Strom auf den Wert Io erhöht werden, wie dies durch die Kurve d in F i g. 4 veranschaulicht ist Dies beruht darauf, daß der Elektromagnet und die magnetische Kugel 38 einen offenen magnetischen Kreis bilden, der einen beträchtlichen Leckfluß erzeugt Die Zuführung eines derart großen Stroms zu der Erregerspule 44 führt durch Wärmeabgabe zur Erzeugung einer beträchtlich hohen Temperatur, wie dies durch To in der graphischen Darstellung gemäß F i g. 5 gezeigt ist und ruft dadurch einen Leistungsabfall des Elektromagneten und demgemäß der gesamten Steuereinheit hervor, wenn der Trägheitsschalter über eine längere Zeitdauer in Betrieb ist Sind der oder die Schalter zur Steuerung des Elektromagneten Arbeitskontakt-Schalter, wird diese Tendenz verstärkt und außerdem tritt das Problem eines vergrößerten Energieverbrauchs auf. Nachstehend werden unter Bezugnahme auf die F i g. 6 und 7 Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Trägheitsschalters, bei dem diese Nachteile behoben sind, näher beschrieben.

Gemäß F i g. 6 hat ein Trägheitsschalter ein Gehäuse 60 aus einem elektrisch isolierenden nichtmagnetischen Material. Bei dieser Ausführungsform besteht das

Gehäuse 60 aus einem Unterteil 62 mit einer Kammer 62a und einer oberen Verlängerung 64 mit einer Kammer 64a. Die Verlängerung 64 ist an ihrem oberen Ende durch einen Endstopfen 66 geschlossen, der aus einem elektrisch isolierenden Material besteht. Ein als Pendel ausgebildetes magnetisches Masseorgan 68 hängt von dem Endstopfen 66 über ein Leiterelement 70 herab, das durch die Kammern 62a und 64a des Gehäuseunterteils 62 sowie die Verlängerung 64 hindurchverläuft. Ein stationärer Kontakt 72, der gewöhnlich aus einem elastischen Material besteht, ist an der Seitenwand des Gehäuseunterteils 62 angebracht. Der stationäre Kontakt 72 ragt in die Kammer 62a hinein und endet dicht bei dem magnetischen Pendel 68. Das von dem magnetischen Pendel 68 ausgehende Leiterelement 70 ist mit einer Leitung 74 verbunden, während der stationäre Kontakt 72 mit einem Leiter 74' verbunden ist. Die Leiter 74 und 74' sind zwischen den Eingangsanschluß des elektrischen Kreises der Betätigungseinrichtung für die Sicherheitsvorrichtung und die Energiequelle geschaltet (in F i g. 6 nicht dargestellt).

Gegenüber dem Vorderende des stationären Kontakts 72 ist entlang des magnetischen Pendels 68 ein Permanentmagnet 76 angeordnet, der in die Seitenwand des Gehäuseunterteils 62 eingebettet ist. Im Bedarfsfall können eine Anzahl nichtmagnetischer Abstandselemente 78, z. B. aus Aluminium oder Kupfer, ebenfalls in der Seitenwand des Gehäuseunterteils 62 eingebettet sein und zwischen dem magnetischen Pendel 68 und dem Permanentmagneten 76 liegen. Diese Abstandselemente 78 können zur Einstellung der Stärke des auf das magnetische Pendel 68 wirkenden magnetischen Feldes durch Änderung des Abstandes zwischen dem Permanentmagneten 78 und dem magnetischen Pendel 68 dienen, indem die Anzahl und/oder die Stärke der Abstandselemente entsprechend verändert wird. Unter dem Permanentmagneten 76 ist ein Elektromagnet 80 derart angeordnet, daß er das magnetische Pendel 68 im Zusammenwirken mit dem darüber befindlichen Permanentmagneten 76 bei Erregung von dem stationären Kontakt 72 wegzieht. Im einzelnen besitzt der Elektromagnet 80 einen Magnetkern 82 mit einem oberen Schenkel 82a, der im wesentlichen horizontal in Richtung zu der von dem stationären Kontakt 72 abgewandten Seitenfläche des magnetischen Pendels 68 verläuft und dicht daran endet, wenn das magnetische Pendel 68 in der gezeigten Außerbetriebsjtellung gehalten wird, einen unteren aufrechten Schenkel 82b, der von der Bodenwand des Gehäuseunterteils 62 im wesentlichen nach oben ragt und dicht am Bodenende des magnetischen Pendels 68 in Ruhestellung endet, und einen mittleren Abschnitt 82a der an der Seiten- und Bodenwand des Gehäuseunterteils 62 ausgebildet ist und den oberen Schenkel 82a sowie den unteren aufrechten Schenkel 82b miteinander verbindet Dabei ist es wichtig, daß der untere aufrechte Schenkel 82b des Kerns 82 derart gegenüber dem Gehäuseunterteil 62 angeordnet ist, daß er in geeigneter Weise von dem Zentrum des magnetischen Pendels 68 in frei hängendem Zustand beabstandet ist, nämlich in seiner Mitte einen Abstand 1 zu einer Vertikallinie aufweist, die senkrecht zum oberen Ende des Leiterelements 70 verläuft, mit dem dieses an dem oberen Endstopfen 66 verankert ist Auf den oberen Schenkel 82a des Magnetkerns 82 ist eine Spule 84 derart gewickelt, daß bei Erregung ein Magnetfeld aufgebaut wird, welches auf das magnetische Pendel 68 gemeinsam mit dem von dem Permanentmagneten 76 aufgebauten Magnetfeld einwirkt. Die Spule 84 hat Anschlüsse, die über Leitungen 86 und 86' mit geeigneten Schalteinrichtungen verbunden sind, beispielsweise dem Fahrzeuggeschwindigkeitsschalter oder einer Parallelschaltung aus dem Fahrzeuggeschwindigkeitsschalter und z. B. einem auf Verformungen ansprechenden Kollisionsdetektorschalter. In Abhängigkeit von der Art der verwendeten Schalteinrichtungen sowie aus den zuvor beschriebenen Gründen kann die Spule 84 auf den Schenkel 82a des Kerns derart aufgewickelt sein, daß ein Magnetfeld entsteht, dessen Pole mit den Polen des von dem Permanentmagneten 76 erzeugten Magnetfeldes übereinstimmen oder die entgegengesetzte Polung aufweisen.

Bei diesem Trägheitsschalter wird das magnetische Pendel 68 unterschiedlichen Haltekräften ausgesetzt, deren eine «ich aus dem Magnetfeld ergibt, das allein von dem Permanentmagneten 76 aufgebaut wird, während die andere Kraft sich aus den von dem Permanentmagneten 76 und dem Elektromagneten 80 gemeinsam erzeugten Magnetfeldern ergibt. Wird das magnetische Pendel 68 von einer dieser Haltekräfte durch Ansprechen auf eine Beschleunigung größer als der zuvor definierte Schwellenwert G\ oder G2 in Abhängigkeit von den Schaltzuständen des oder der mit der Spule 84 des Elektromagneten 80 verbundenen Schalter freigegeben, wird es gegen diese Haltekraft bewegt und stößt gegen den stationären Kontakt 72, wodurch die Leitungen 74 und 74' zwischen der Betätigungseinrichtung für die Sicherheitsvorrichtung und der dafür vorgesehenen Energiequelle verbunden werden.

Der vorstehend beschriebene Trägheitsschalter hat somit einen im wesentlichen geschlossenen magnetischen Kreis, der über den oberen Schenkel 82a, den mittleren Abschnitt 82c und den unteren aufrechten Schenkel 820 des Magnetkerns 82 und das magnetische Pendel 68 verläuft und zwischen dem Permanentmagneten 76 und dem magnetischen Pendel 68 besteht, wenn dieses in Ruhestellung gehalten und in Richtung auf den Permanentmagneten 76 und den Elektromagneten 80 angezogen wird.

Durch den geschlossenen magnetischen Kreis werden in dem Trägheitsschalter Leckflüsse minimal gehalten, so daß der Elektromagnet 80 eine relativ große magnetische Kraft bei Aufnahme eines relativ kleinen Stroms erzeugen kann, wie dies durch I_c in Fig.4 gezeigt ist Durch einen derartigen verringerten Strom wird auch weniger Wärme in der Spule des Elektromagneten erzeugt wie dies durch Tc in F i g. 5 veranschaulicht ist

Bei dem in Fig.6 gezeigten Aufbau kann das Leiterelement 70, an dem das magnetische Pendel 68 hängt an dem oberen Endstopfen 66 über eine Krümmung 70a verankert sein, die an seinem oberen Ende ausgebildet ist, so daß das magnetische Pendel 68 vor einer Abwärtsbewegung aufgrund seines eigenen Gewichtes bewahrt wird und demgemäß seine vorgegebene Stellung gegenüber dem Permanentmagneten 76 und dem Elektromagneten 80 im Betrieb genau einhalten kann. Im Bedarfsfall kann ferner der untere aufrechte Schenkel 82b des Magnetkerns 82 des Elektromagneten 80 die Form einer Schraube aus magnetischem Material haben. Die magnetische Schraube befindet sich auf der Bodenverlängerung des mittleren Abschnitts 82c des Magnetkerns 82 und ist auf das Bodenende des darüber befindlichen magnetischen Pendels 68 zu- und wegbewegbar, so daß der Abstand

zwischen dem magnetischen Pendel 68 und dem unteren aufrechten Abschnitt 82b und demgemäß die Stärke des von diesem Abschnitt des Magnetkerns 82 auf das magnetische Pendel 68 wirkenden Magnetfeldes eingestellt werden kann.

In F i g. 7 ist eine Weiterbildung des Trägheitsschalters gemäß Fig.6 veranschaulicht, bei der das magnetische Masseorgan in Form einer Kugel aus einem elektrisch leitenden ferromagnetischen Material in gleicher Weise wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 3 ausgebildet ist. Gemäß F i g. 7 besteht ein Gehäuse 88 aus einer oberen Hälfte 90 und einer unteren Hälfte 92, die durch eine horizontale Platte 94 aus einem elektrisch leitenden Material voneinander getrennt sind. Die obere Hälfte 90 des Gehäuses 88 enthält eine Kammer 90a, in der eine elektrisch leitende magnetische Kugel 96 beweglich angeordnet ist, die auf der am Boden der Kammer 90a angeordneten horizontalen Platte 94 ruht. Unter der horizontalen Platte 94 ist ein Permanentmagnet 98 angeordnet, der in der unteren Hälfte 92 des Gehäuses derart eingebettet ist, daß sich seine gegenüberliegenden Pole an der Oberseite und Unterseite der unteren Hälfte befinden. Die magnetische Kugel 96 auf der horizontalen Leiterplatte 94 wird somit in Richtung auf eine Ruhestellung gedrückt, die unmittelbar über dem Permanentmagneten 98 liegt. Ein Elektromagnet 100 hat einen Kern 102 mit einem Schenkel 102a, der im wesentlichen horizontal in Richtung auf die magnetische Kugel 96 in deren Ruhelage verläuft und an dieser endet, wobei ein anderer Schenkel 1026 in der Nähe des Bodenendes des Permanentmagneten 98 angeordnet ist. Der Kern 102 hat ferner einen mittleren Abschnitt 102c, der im wesentlichen vertikal entlang der Seitenwand der unteren Hälfte 92 des Gehäuses 88 verläuft und den oberen und unteren Schenkel 102a bzw. 1026 miteinander verbindet. Dieser mittlere Abschnitt 102c ist von einer Spule 104 zur Errichtung eines Magnetfeldes umgeben, das auf die magnetische Kugel 96 zusammen mit dem durch den Permanentmagneten 98 aufgebauten Magnetfeld einwirkt. Somit bilden der obere Schenkel 102a, der mittlere Abschnitt 102c und der untere Schenkel 1026 des Kerns 102, der Permanentmagnet 98 und die magnetische Kugel 96 in der Ruhelage einen geschlossenen magnetischen Kreis. Ein stationärer Kontakt 106 erstreckt sich durch die Seitenwand der oberen Hälfte 90 des Gehäuses 88 in die Kammer 90a und endet gegenüber dem oberen Schenkel 102a des Kerns 102 jenseits der magnetischen Kugel 96. Der stationäre Kontakt 106 und die horizontale Leiterplatte 94 sind mit Leitungen 107 bzw. 107' verbunden, die zwischen die Betätigungseinrichtung der Sicherheitsvorrichtung und die Energiequelle für die Betätigungseinrichtung geschaltet sind. Die Spule 104 besitzt außerdem Anschlüsse, die mit Leitungen 108 bzw. 108' verbunden sind, welche zur geeigneten Schalteinrichtung führen, wie beispielsweise zu dem Fahrzeuggeschwindigkeitsschalter oder der Parallelkombination aus dem Fahrzeuggeschwindigkeitsschalter und dem vorstehend genannten Kollisionsdetektorschalter.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Trägheitsschalter für eine Kraftfahrzeug-Sicherheitsvorrichtung mit einem Masseorgan aus magnetischem und elektrisch leitendem Material als beweglichem Schalterkontakt, das von einer Magnetanordnung mit einem ersten und einem zweiten Magneten in einer Ruhelage gehalten wird und bei einem von der Stärke des resultierenden Magnetfeldes beider Magneten abhängigen Beschleunigungsschwellenwert aus dieser Ruhelage in eine Arbeitslage in Berührung mit einem stationären Kontakt bewegbar ist, wobei der zweite Magnet ein Elektromagnet ist, dessen Erregung abhängig davon veränderbar ist, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit über oder unter einem Schwellenwert liegt, dadurch gekennzeichnet, daß in der Ruhelage des Masseorgans (68 bzw. 96) ein nahezu geschlossener magnetischer Kreis über den Permanentmagneten (76 bzw. 98) und/oder über den Kern (82 bzw. 102) des Elektromagneten (80 bzw. 100) sowie das Masseorgan (68 bzw. 96) vorhanden ist

2. Trägheitsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Masseorgan (68) in an sich bekannter Weise als Pendel ausgebildet ist

3. Trägheitsschalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Permanentmagnet (76) und Elektromagnet (80) übereinanderliegend gegenüber dem als Pendel ausgebildeten Masseorgan (68) auf der von dem stationären Kontakt (72) abgewandten Seite des Masseorgans angeordnet sind.

4. Trägheitsschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromagnet (80) unter dem Permanentmagneten (76) angeordnet ist

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5. Trägheitsschalter nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (82) des Elektromagneten (80) eben auf der von dem stationären Kontakt (72) abgewandten Seite des Masseorgans (68) im wesentlichen horizontal verlaufenden oberen Schenkel (82ajt einen dem Bodenende des Masseorgans (68) in dessen Ruhelage gegenüberliegenden unteren aufrechten Schenkel (82b) und einen die beiden Schenkel verbindenden Mittelabschnitt (82c; aufweist und daß die Mittelachse des unteren aufrechten Schenkels (82b) in der Ruhelage des Masseorgans (68) einen vorgegebenen Abstand (1) zu der durch den Aufhängungspunkt des Masseorgans (68) verlaufenden Vertikalen aufweist

6. Trägheitsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Masseorgan (96) als Kugel ausgebildet ist

7. Trägheitsschalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (98) unter dem kugelförmigen Masseorgan (96) angeordnet ist und daß der Kern (102) des Elektromagneten (100) einen im wesentlichen horizontal verlaufenden und an dem Masseorgan (96) in dessen Ruhelage endenden Schenkel (!02ajt einen in der Nähe des Bodenendes des Permanentmagneten (88) angeordneten, ebenfalls horizontal verlaufenden Schenkel (102b) und einen die beiden horizontalen Schenkel verbindenden vertikalen Mittelabschnitt (tO2c) aufweist

8. Trägheitsschalter nach Ansprüche oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Permanentmagneten (98) und dem Masseorgan (96) eine horizontal verlaufende Leiterplatte (94) als weiteres stationäres Kontaktelement angeordnet ist