DE2306498C3 - Beschleunigungsabhängiger Schalter, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einer elektrisch leitenden Flüssigkeit, der nachjustierbar ist - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein beschleunigungsabhängiger Schalter nach dem Anspruch 1, und es sind dessen vorteilhafte Ausgestaltungen den Unteransprüchen zu entnehmen.

In der Zeichnung sind Ausführungsformen der Erfindung dargestellt

Für ein volles Verständnis der Erfindung ist es zweckdienlich, zunächst die an einem selbstfahrenden Fahrzeug wirkende Beschleunigung zu beschreiben.

Bei einem Versuch, bei dem eine Gliederpuppe in ein selbstfahrendes Fahrzeug gesetzt worden ist und das Fahrzeug einem Zusammenstoß mit einem feststehenden Körper ausgesetzt wurde, wurde gemessen, daß die Puppe einer Bremsbeschleunigung von ungefähr 30 g (g ist eine Gravitationseinheit) ausgesetzt gewesen ist, das ist eine negative Beschleunigung (im nachfolgenden zur Einfachheit als »Beschleunigung« bezeichnet) bei einer Fahrgeschwindigkeit von 30 km/Stunde und einer Beschleunigung von etwa 80 g bei einer Fahrzeug-Geschwindigkeit von 60 km/Stunde.

Wenn man demgemäß annimmt, daß der Abstand S zwischen dem Kopf der Gliederpuppe und der Windschutzscheibe 60 cm beträgt, dann ergibt sich für die Zeit T vom Einsetzen der Beschleunigung von 50 g bis zum Zusammenstoß des Kopfes mit der Windschutzscheibe:

T= i/2 5/30 g = 0,064 Sekunden oder 64 msec.

Die Tätigkeit eines auf eine Beschleunigung ansprechenden und eine Schutzvorrichtung auslösenden Schalters muß innerhalb einer sehr kurzen Zeit vollständig durchgeführt werden, da im anderen Fall ein Fahrzeuginsasse in dem Fahrzeug einer Verletzungsgefahr ausgesetzt ist.

Die Beschleunigung ist beispielsweise an einer Stelle gemessen worden, die am günstigsten für das Anbringen einer Beschleunigungs-Meßvorrichtung ist und an der die geringste Vibration auftritt, und zwar an einem kleinen Personenkraftwagen, dessen Motor ein Zylindervolumen von etwa 1000 ecm bis 1500 ecm besitzt. Wenn sich das Fahrzeug in der Periode befindet, während der es parkt, oder wenn es einer Beschleunigung oder einer Bremsung ausgesetzt ist, wurde eine Beschleunigung von 0,2 g —0,3 g gemessen. Sobald das Fahrzeug über eine holprige Fahrbahn bei einer konstanten Geschwindigkeit von 50 km/Stunden gefahren ist, wurde in vertikaler, horizontaler und seitlicher Richtung eine Beschleunigung von 0,5 g bis 0,6 g gemessen. Schleißlich ergab sich eine Beschleunigung

während normaler Bewegungsperioden des Fahrzeuges, d. h. bei Perioden, in denen es parkt, einer Beschleunigung oder Bremsung ausgesetzt ist oder es bei einer konstanten Geschwindigkeit fährt, von 0,2 g bis 1,6 g.

Andererseits wurde während einer anorralen Bewegungsperiode des Fahrzeuges, d. h. bei einer Notbremsung oder einer scharfen Beschleunigung, eine Beschleunigung von 0,5 g bis 3 g an der gleichen Stelle gemessen, obwohl die Beschleunigung in Abhängigkeit von den Fahrbahnzuständen unterschiedlich war, d. h., ob die Fahrbahn ausgebaut, nicht ausgebaut, trocken oder naß war.

Im folgenden soll der Minimalwert der Beschleunigung, der für das öffnen oder Schließen eines auf Beschleunigung ansprechenden Schalters notwendig ist, als »Beschleunigungsansprechwert« bezeichnet werden. Wenn angenommen wird, daß aus dem Beschleunigungsbereich von 0,5 g bis 3 g, der während der anomalen Bewegungsperiode gemessen worden ist, für den Beschleunigungsansprechwert 1 g gewählt wird, so liegt dieser Wert 1 g innerhalb des B£schleunigungsbereiches von 0,5 g bis 1,6 g, der beim Fahren des Fahrzeuges bei konstanter Geschwindigkeit oder während einer normalen Bewegungsperiode gemessen worden ist.

In diesem Zusammenhang wurde die Vibrationsbeschleunigung untersucht, die während der Periode hervorgerufen wird, bei der das Fahrzeug bei konstanter Geschwindigkeit fährt. Als Folge davon wurde festgestellt, daß die Vibrationsfrequenz von 20 Hz und 60 Hz auftritt und daß die Beschleunigung in einer bestimmten Richtung von 25 msec bis 8 msec dauert.

Demgemäß ist einzusehen, daß ein Schalter mit einer leitfähigen Flüssigkeit und mit einem Beschleunigungsansprechwert von 1 g betätigt wird, sobald eine Beschleunigung von 1,6 g auf diesen in einer bestimmten Richtung für beispielsweise 30 msec langer als 25 msec angewendet wird.

In F i g. 1 ist ein Beispiel eines Schalters gemäß der Erfindung dargestellt, der einen Behälter 141 oder eine erste Elektrode aus einem elektrisch leitfähigen Material aufweist, das nicht von Quecksilber angegriffen wird, sowie eine zweite Elektrode 142 in Form eines Zylinders und mit einem Leiter 142Λ, einem isolierenden Zylinder 143, der geeignet ist, die Elektroden 141 und 142 derart zu tragen, daß diese in einem bestimmten Abstand zueinander angeordnet bleiben. Dieser Schalter weist außerdem das Quecksilber !44 auf und wird durch ein Abdichfmaterial 145 derart abgedichtet, daß das Innere des Schalters von der Umgebungsluft abgetrennt ist.

Der Zylinder 143 hat vier hervorragende Teile 143Λ, welche in Form blattartiger Zacken ausgeformt sind und nahe der Oberfläche des Quecksilbers 1*4 durch Anschweißung oder dergleichen angeordnet sind. Wenn nur die Schwerkraft auf dem Schalter unter normalen Bedingungen des Schalters wirkt, d-h, wenn keine Beschleunigung in einer horizontalen Richtung auf diesen ausgeübt wird, so wird die Form des Quecksilbers beibehalten, wie sie durch die ausgezogene Linie in Fig. 13gezeigt ist

Wie aus der F i g. 1 auch zu sehen ist, ist der Schalter unter normalen Bedingungen in einem geöffneten Zustand.

ίο Wenn nun ein geeigneter Beschleunigungswert an den Schalter in Richtung des Teiles A für eine geeignete Zeitdauer gegeben wird, verformt sich das Quecksilber 144 in einer Weise, wie sie mit gestrichelten Linien dargestellt ist, d-h, das Quecksilber wird über die hervorstehenden Teile 143Λ angehoben, indem es durch die dazwischenliegenden Zwischenräume hindurchtritt Als Folge davon stellt das Quecksilber eine Berührung mit der zweiten Elektrode 142 her.

Wenn die hervorstehenden Teile 143Λ in dem Schalter nicht vorgesehen sind und auf diesen eine Beschleunigung in eine horizontale Richtung für eine kurze Zeit ausgeübt wird, oder wenn die auf den Schalter wirkende Beschleunigungsrichtung von der Pfeilrichtung A in die entgegengesetzte Richtung innerhalb einer kurzen Zeit verändert wird, d. h, daß der Schalter einer Vibration in horizontaler Richtung ausgesetzt ist, dann wird die Oberfläche des Quecksilbers als Welle angehoben, oder ein kugelförmiges Quecksilber trennt sich vom Quecksilber 144, worauf die

jo Elektroden 141 und 142 kurzgeschlossen werden.

Anstelle der gewünschten Tatsache, daß nämlich der Schalter durch eine kontinuierlich für eine bestimmte Zeitdauer ausgeübte Beschleunigung eines bestimmten Wertes betätigt wird, wird der Schalter demgemäß veranlaßt, in Tätigkeit zu treten, wenn die Tätigkeit des Schalters nicht gewünscht wird, d. h, die Fehltätigkeit wird durch ein sogenanntes Rauschen hervorgerufen. Diese Fehltätigkeit wird aber somit durch das Anbringen der hervorstehenden Teile verhindert

In der F i g. 3 ist ein Zylinder 143a gezeigt, der mit einem Ring 143B anstelle der hervorstehenden Teile 143Λ (Fig. 1) ausgebildet ist. Ein mit solch einem Zylinder 143a ausgebildeter Schalter ist nicht vorzuziehen, da die Betriebscharakteristik dieses Schalters durch den Ring 143ß veränderlich ist.

Es wurde ein Versuch an drei Schaltern durchgeführt, bei denen die Abmessungen im Verhältnis zu den Abmessungen nach F i g. 1 derart vermindert waren, daß der Innendurchmesser der zweiten Elektrode 142

so 5,5 mm betrug. Ein erster Schalter oder eine Probe A der drei Schalter wurde ohne die hervorstehenden Teile 143A hergestellt. Ein zweiter Schalter oder eine Probe S wies die hervorstehenden Teile 143Λ auf. Ein dritter Schalter oder eine Probe B besaß den Ring 143Ä Das Ergebnis ist in nachfolgender Tabelle zusammengestellt

Testbedingungen

Probe A (5,5 0)

Probe S

hervorstehender Teil: 1,5 mm breit χ 1,5 mm lang

Probe B

Innendurchmesser des Ringes 143ß 3 mm 0

Einsprechzeit
(wenn die rechtsbeschriebene Beschleunigung kontinuierlich in Teilrichtung A angewendet

1,5 g
3,0 g

schaltet in 0,015 see schaltet in 0,016 see schaltet nicht
schaltet in 0,011 see schaltet in 0,011 see schaltet in 0,020 see

	5	23 06 498	6	Probe S	Probe B
Fortsetzung				hervorstehender Teil:	Innendurchmesser
Test	Testbedingungen	Probe A	1,5 mm breit χ 1,5 mm	des Ringes 143S
		(5.5 0)	lang	3 mm 0
			die durchschnitt	die durchschnitt
			liche Anzahl der	liche Anzahl der
Vibrationsentgegen	Fahrt 500 m auf	die durchschnitt	Schaltvorgänge bei	Schaltvorgänge bei
wirkende Charakte	einer unebenen	liche Anzahl der	5 Fahrten	5 Fahrten
ristik (bei Anbringung	Fahrbahn bei einer	Schaltvorgänge bei	(Klappern) l,5mal	(Klappern) 1,7 mal
an einem kleinen	Geschwindigkeit	5 Fahrten	Bei Rutschen von	Bei Rutschen von
Personenwagen)	von 40 km/Stunde	(Klappern) 22mal	etwa 1 m und bei	8 m und vollkomme
Ansprechcharakte	Bei Fahrt auf	Bei Rutschen vor.	einer Geschwindig	nem Anhalten des
ristik bei anomalen	einer trockenen,	etwa 1 m und bei	keit von 35 km/Std	Fahrzeuges sprach
Bedingungen (bei An	ebenen oder	einer Geschwindig	sprach der Schalter	der Schalter nicht an
bringung an einem	flachen Fahrbahn	keit von 35 km/Std.	an
kleinen Personen	bei einer	sprach der Schalter
wagen)	Geschwindigkeit	an
	von 50 km/Std.
	wird das Fahrzeug
	plötzlich gebremst

Wie aus der Tabelle zu sehen ist, ist die Probe 5, die dahingehend verbessert ist, keine Fehlschaltung durchzuführen, gegenüber der Probe A bezüglich der Ansprechzeit nahezu gleich; jedoch liegt die Probe B bezüglich der Ansprechzeit weit unter den anderen Proben. Die Proben 5 und B sind in der der Vibration entgegenwirkenden Charakteristik gegenüber der Probe A bedeutend verbessert Bei dem Test der Schalttätigkeit im Falle einer Notlage, d. h. im Falle der Anwendung einer Notbremsung, spricht die Probe B nicht an.

Mit anderen Worten zeigt die gemäß der F i g. 1 gefertigte Probe S so hervorragende Merkmale in der Selektivität und ist keiner Fehltätigkeit gegenüber in vertikaler und horizontaler Richtung hervorgerufener Vibration unterworfen, ohne daß sie durch den Bereich der Ansprechzeit (das ist die Zeitdauer vom Anwenden einer Beschleunigung in einer Richtung bis zum Tätigkeitsbeginn des Schalters) beeinflußt wird, wobei diese Ansprechzeit ein notwendiges Merkmal für den auf Beschleunigung ansprechenden Schalter und den Beschleunigungsansprechwert ist (das ist die Größe der minimalen Beschleunigung zur Betätigung des Schalters).

Wenn bei dem Schalter mit dem Ring 143B der Durchmesser des Ringes 143B auf etwa die Größe von 5,5 mm vergrößert wird, wird auch der Innendurchmesser der zweiten Elektrode und der Durchmesser der Quecksilbermasse zunehmen. Ein solcher Schalter ist daher variabel in Ansprechzeit und im Beschleunigungsansprechwert und liegt unterhalb der Vibrationsbeschleunigung, die in vertikaler und horizontaler Richtung hervorgerufen wird

Es ist demgemäß schwierig, daß der Schalter die gewünschte Charakteristik erhält, ohne die hervorstehenden Teile. Das kommt daher, daß der Faktor für die Bestimmung der Ansprechzeit von dem Raumabstand zwischen Quecksilberoberfläche und zweiter Elektrode 142 abhängt, während der Beschleunigungsansprechwert von dem Abstand einer vertikalen Komponente der Quecksilberoberfläche und der zweiten Elektrode 142 in bezug auf den Innendurchmesser dieser zweiten Elektrode abhängt (in dem Fall, daß der Durchmesser der Quecksilbermasse annähernd gleich groß ist dem Innendurchmesser der zweiten Elektrode).

Wenn auf den Schalter eine Beschleunigung in einer Richtung ausgeübt wird, die vollständig der Gravitationsrichtung entgegenliegt, oder wenn der Schalter aui dem Kopf steht hängt es von der Menge des Quecksilbers und dem Raumvolumen in dem Behaltet ab, ob der Schalter geöffnet oder geschlossen ist.

Ein anderes Beispiel eines Schalters gemäß det Erfindung wird anhand der Fig.4 beschrieben, dei geeignet ist, einen verhältnismäßig niedrigen Beschleu nigungsansprechwert aufzuweisen. Dieser Schaltet besitzt einen Behälter 1710 aus einem elektrisch isolierenden Material, eine erste Elektrode 1711 au; einer gepreßten Stahlplatte und mit einigen hervorste· henden Teilen 1711A eine zweite, fest in den Behaltet 1710 eingefügte Elektrode 1712 mit einer Zuleitung XTYlA, einen Isolierzylinder 1713 zum Positionieren dei ersten und zweiten Elektrode 1711 und 1712 in einen* bestimmten Abstand, eine geeignete Menge an Queck silber 1714 und ein Abdichtmaterial 1715 zum Abdichter des Behälters. Der Bodenteil des Behälters 1710 is konisch ausgeformt, und die Neigung oder der vertikale Winkel des konischen Bodens beeinflußt den Beschleu nigungsansprechwert des Schalters.

Da die erste Elektrode 1711 einen Teil des oberer Teiles des abgedichteten Behälters ausfüllt, müßten ir dem Fall, in dem die hervorstenden Teile 1711 A an dei ersten Elektrode durch Pressen ausgeformt sind, dies« verstärkt werden. Es sind daher diese hervorstehender Teile getrennt als Metallplatte gefertigt, die fest an di« erste Elektrode 1711 angeschweißt wird.

Die Anzahl der hervorstehenden Teile 171 \A \s optimal festgelegt Es ist wünschenswert, diese in viel Richtungen für die Vibrationen vorzusehen, die ii Richtungen nach vorne, rückwärts, rechts und link! hervorgerufen werden. Um jedoch eine Fehltätigkei des Schalters in bezug auf die Vibrationen einei besonderen Richtung zu vermeiden, können d« hervorstehenden Teile auch nur in einer besonderei Richtung vorgesehen werden. Die hervorstehend« Teile YlWA können ebenso vom Bodenteil de! Behälters 1710 für das gleiche Ergebnis ausgehen.

Ein anderes Beispiel der hervorstehenden Teile ist ii F i g. 5 gezeigt das das Verhältnis zwischen hervorste henden Teilen, dem darin gehaltenen Quecksilber um einer Elektrode aufzeigt

Wird das Zentrum der Elektrode 1821 betrachtet, so sind die hervorstehenden Teile 1822 und die das Quecksilber berührenden Teile 1821/4 auf radialen Linien koinzidierend angeordnet, wodurch der Effekt des Vermeidens von Fehltätigkciien des Schalters, die aufgrund von Vibrationsbeschleunigiing hervorgerufen werden, vergrößert ist.

Die Elektrode 1821 besitzt Kontaktteile 1821A die mit dem Quecksilber dann in Berührung kommen, wenn auf den Schalter eine Beschleunigung wirkt. Außerdem besitzt die Elektrode Verbindungsteile 18215 zum Verbinden dieser Kontaktteile 1821A

Die Verbindungsteile 1821B sind vorzugsweise derart isoliert, daß sie nicht direkt in Berührung mit dem Quecksilber in dem Behälter stehen. Die Verbindungsteile 18213 sind Befestigungselemente für die Kontaktteile 1821/4 in dem Behälter. Mit dem Bezugszeichen 1823 ist das Quecksilber bezeichnet, das in Berührung mit der anderen Elektrode (nicht gezeigt) steht.

Wenn unter den in F i g. 5 gezeigten Bedingungen ein geeigneter Beschleunigungswert für eine geeignete Zeitdauer auf den Schalter wirkt, fließt das Quecksilber durch die Spalten zwischen den hervorstehenden Teilen 1822 und kommt in Berührung mit den Kontaktteilen 1821A so daß sie ein Elektrodenpaar kurzschließen.

In Fig.6 ist eine Abwandlung der in Fig. 17 dargestellten Vorrichtung gezeigt Diese Abwandlung besitzt wieder die hervorstehenden Teile 1822 und das Quecksilber 1823, welche in der Wirkungsweise denen aus F i g. 5 entsprechen. Außerdem sind dabei Elektrodenpaare 1924 und 1925 vorgesehen, die sich etwas von den Elektroden aus Fig.5 unterscheiden. Diese Elektroden 1924 bzw. 1925 haben Kontaktteile 19244 und 1925Λ und Verbindungsteile 1924B und 19255, die derart an dem Behälter befestigt sind, daß sie nicht mit dem Quecksilber in Berührung kommen. Auch in diesem Fall wird der Schalter mit einer solchen Abwandlung nicht durch Vibrationsbeschleunigung aktiviert, jedoch wird er durch eine bestimmte Beschleunigung aktiviert, die kontinuierlich für eine bestimmte Dauer ausgeübt wird, wodurch die Elektroden 1924 und 1925 kurzgeschlossen werden.

Die in den F i g. 1 bis 6 gezeigten Schalter sind normalerweise geöffnet, jedoch sind sie dann geschlossen, wenn ein bestimmter Beschleunigungswert in horizontaler Richtung auf sie ausgeübt wird. Jedoch können diese Schalter leicht in Schalter abgewandelt werden, die in Normalstellung geschlossen, doch dann geöffnet sind, wenn eine bestimmte Beschleunigung auf sie wirkt

Solch ein Schalter kann dadurch hergestellt werden, daß ein voneinander isoliertes Elektrodenpaar derart angeordnet wird, daß diese Elektroden bei normalen Bedingungen mit dem Quecksilber in Kontakt stehen und daß bei Verschiebung der Quecksilbermasse durch Anwenden einer entsprechenden Beschleunigung zumindest eine der Elektroden den Kontakt mit dem Quecksilber abbricht

Die anhand der Fig. 1 bis 6 beschriebenen Schalter sind zur Einfachheit der Beschreibung mit einem kreisförmigen Querschnitt ausgebildet, so daß der Schalter vorzugsweise auf eine auf ihn ausgeübte Beschleunigung in horizontaler Richtung anspricht, da sich in diesem Fall die Charakteristik des Schalters nicht ändert In Fällen jedoch, in denen Beschleunigungen in bestimmten Richtungen auf den Schalter ausgeübt werden, die beispielsweise 90° miteinander bilden, kann der Querschnitt des Schalters quadratisch sein. Des weiteren kann der Schalterquerschnitt dreieckig sein, wenn die einzelnen Richtungen 120° zueinander bilden. Anschließend wird das dünne Rohr 201 Ab zusammengepreßt und beispielsweise durch Schweißen abgedich-■> tet, wodurch ein abgedichteter Behälter oder Schalter gebildet ist.

Ein weiteres Beispiel eines Schalters gemäß der Erfindung ist in der F i g. 7 dargestellt. Dieser Schalter besteht aus einer ersten Elektrode 201 aus einem

ίο elektrisch leitfähigen Material wie Eisen oder eine Eisen- und Nickellegierung, die von Quecksilber nicht angegriffen wird, sowie aus einer zweiten Elektrode 202 aus einem Material, wie beispielsweise Eisen. Diese erste Elektrode 201 ist in Form eines Deckels

ι ^r> ausgebildet, während die zweite Elektrode 202 in Form eines Zylinders mit einem Teil 202/4 mit größerem Durchmesser, einem Teil 2025 von kleinerem Durchmesser und einem Flansch 202C ausgebildet ist. Die Dicke des Flansches 202C ist dünner als die der Teile 202/4 und 202Ä

Des weiteren besitzt dieser Schalter eine dünne Bodenplatte 203, an deren Umfang ein wellenförmiger Teil 203/4 ausgebildet ist und die fest mit dem Flansch 202C durch Anschweißen od. dgl. verbunden ist, sowie einen elektrisch isolierenden Füllstoff 204 aus Glas, Porzellan oder synthetischem Harz und Quecksilber 205.

Diese Teile oder Materialien sind zur Bildung des Schalters in Form eines abgedichteten Behälters angeordnet. Das Verfahren zur Herstellung dieses Schalters wird im nachfolgenden beschrieben.

Zunächst wird die erste Elektrode 201 und die zweite Elektrode 202 durch ein Haltewerkzeug H in der vorbestimmten Position gehalten, wie die F i g. 8 zeigt Sodann wird der Füllstoff in den Zwischenraum G zwischen erster Elektrode 201 und zweiter Elektrode 202 eingefüllt. Wenn als Füllstoff Glas verwendet wird, wird zunächst Glaspuder (oder Kügelchen) in den Zwischenraum eingefüllt und sodann erhitzt, bis dieser schmilzt und fest an erster und zweiter Elektrode anhaftet. Nachdem die erste Elektrode 201 und die zweite Elektrode 202 durch Abkühlung des geschmolzenen Glases fest miteinander verbunden sind, wird sodann das Haltewerkzeug H entfernt, wodurch ein behälterähnliches Gebilde erstellt ist Dabei ist es wünschenswert daß das Haltewerkzeug H aus einem widerstandsfähigen oder hitzebeständigen Material, beispielsweise Kohle, gefertigt ist das leicht von dem Glas abgenommen werden kann, oder daß das

so Haltewerkzeug H für die leichte Abnahme von dem Glas mit einem Agens überzogen ist.

Wenn Epoxydharz als Füllstoff verwendet wird, ist das Verfahren zum Halten der Elektroden mit Epoxydharz im wesentlichen das gleiche wie bei der Glasverwendung, mit einer Ausnahme, daß die Heizbedingungen unterschiedlich sind.

Nach dem Reinigen der Innenseite des behälterähnlichen Gebildes wird eine geeignete Menge Quecksilber 205 in das Gebilde durch den Flansch 202C geschüttet, der das offene Ende des Gebildes darstellt, und sodann wird die Bodenplatte 203 genau auf den Flansch 202C aufgesetzt und Flansch und Bodenplatte durch einen starken elektrischen Strom verschweißt, so daß das behälterähnliche Gebilde verschlossen wird.

Dieses Verschließen des Gebildes kann auch durch andere Verfahren erreicht werden. Nach Fig.9 kann beispielsweise, wenn der Flansch 202C einen hervorstehenden Teil 202D aufweist, die Bodenplatte 203 an dem

Flansch 202C dadurch befestigt werden, daß der hervorstehende Teil 202D die Platte zusammenquetschend umfaßt oder daß synthetisches Harz, beispielsweise Epoxydharz, auf den hervorstehenden Teil aufgetragen wird, um damit einen abgedichteten ■> Behälter zu bilden.

Vorzugsweise wird das behälterähnliche Gebilde in einer besonderen Atmosphäre abgedichtet, beispielsweise in einer Wasserstoffatmosphäre oder in einem inerten Gas, um die Kontermination des Quecksilbers so ι ο klein wie möglich zu halten.

Zurückkehrend zu F i g. 7 ist zu sehen, daß bei normalen Bedingungen ein Zwischenraum zwischen erster Elektrode 201 und zweiter Elektrode 202 vorhanden ist, so daß diese Elektroden nicht kurzgeschlossen sind. Wenn jedoch eine Beschleunigung auf den Schalter in horizontaler Richtung oder in einer zur Gravikation entgegengesetzten Richtung ausgeübt wird, wird die Form des Quecksilbers 205 oder seine Lage verändert. Das bedeutet, daß sich das Quecksilber 2« in eine schräge Stellung oder zur ersten Elektrode 201 bewegt, worauf das Quecksilber zugleich beide Elektroden berührt und dadurch zwischen diesen einen Kurzschluß herstellt.

Bei dem in F i g. 7 gezeigten Schalter mit kreisförmigen Querschnitt hängen die Charakteristiken oder Beschleunigungsansprechwert und Ansprechzeit wie oben beschrieben von der Veränderung oder Verlagerung des inneren Durchmessers des behälterähnlichen Gebildes und von der Veränderung des Abstandes jü zwischen unteren Ende der ersten Elektrode 201 und der Oberfläche des Quecksilbers 205 in dem Schalter ab, der genau unter normalen Bedingungen angeordnet ist Das bedeutet, daß der Beschleunigungsansprechwert und die Ansprechzeit mit dem Abstand veränderbar sind.

Die inneren Durchmesser der Elektroden 201 und 202 können leicht mit großer Genauigkeit hergestellt werden, so daß daher die Unterschiede in der Quecksilbermenge und im Füllstoff als wichtige Faktoren verbleiben. Es ist möglich, den Innendurchmesser des Füllstoffes 204 mit annähernd der gleichen Genauigkeit zu erhalten, wie die Elektroden, die den Innenraum in dem behälterähnlichen Gebilde darstellen, wenn die Behandlung des Füllstoffes, nämlich des Glases oder des Harzes dahingehend gesteuert wird, daß bei der Verfestigung dieser Stoffe der Effekt der Zusammenziehung berücksichtigt wird. Der eine Abmessung des Füllstoffes darstellende Abstand zwischen den Elektroden 201 und 202 beeinflußt die dielektrische Kraft des Schalters. Da die Querschnittsfläche des behälterähnlichen Gebildes proportional dem Quadrat des Innendurchmessers des zylindrischen Teiles oder der das Quecksilber enthaltenen zweiten Elektrode 202 ist, beeinflußt die Schwankung des Durchmessers beträchtlich den Abstand zwischen Quecksilberoberfläche und erster Elektrode 201, auch wenn diese nur klein ist

Mit anderen Worten bewirken die Schwankungen der Innendurchmesser der Elektroden 201 und 202 und die Schwankung des Innendurchmessers des Füllstoffes 204 die Variation des Rauminhaltes des abgedichteten Schalters, sogar wenn diese Schwankungen nicht so groß sind, so daß eine beträchtliche Beeinflussung der Arbeitscharakteristiken des Schalters vorhanden sind. Ein geometrischer Fehler dieser Variation oder die Variation in der Kontrolle der Quecksilbermenge verändern den Abstand zwischen Quecksilberoberfläche und erste Elektrode 201 beträchtlich. Somit ist zu sehen, daß die Schwankungen der Innendurchmesser der Elektroden und des Füllstoffes Hauptfaktoren sind, die die Charakteristiken des auf Beschleunigung ansprechenden Schalters erniedrigen können.

Um daher das Volumen des Innenraumes in dem abgedichteten Schalter einstellen zu können, wird ein Finstellwerkzeug Wverwendet, wie in Fig. 10 gezeigt ist. Die Bodenplatte 203 und der Flansch 202Cwerden in eine Nut IVi des Einstellwerkzeuges W eingeführt, das zur Einstellung des Volumens des Innenraumes des Schalters nach oben oder unten gedreht werden kann.

Durch eine Drehung des Einstellwerkzeuges nach oben oder in Pfeilrichtung wird der Flansch 202C gebogen, und die Bodenplatte 203 wird in Form einer Schale nach außen aufgebläht, wodurch das oben beschriebene Volumen, in dem das Quecksilber enthalten ist, vergrößert wird. Wenn im Gegensatz dazu das Einstellwerkzeug nach unten oder in zur Pfeilrichtung entgegengesetzten Richtung gedreht wird, wird das Volumen verkleinert. In diesem Zusammenhang ist es vorzuziehen, daß bei Biegung des Flansches 202Cauf dessen gesamten Umfang eine gleichmäßige und gleichförmige Kraft ausgeübt wird.

In Fig. 11 ist ein anderes Beispiel eines Schalters gemäß der Erfindung gezeigt. Der in F i g. 7 gezeigte Schalter ist für den Fa!! geeignet, in dem auf diesen in horizontaler Richtung eine relativ hohe Ansprechbeschleunigung von beispielsweise 1 g oder mehr ausgeübt wird. Dieser Schaltertyp (F i g. 7) kann jedoch dahingehend ausgebildet werden, auf eine Beschleunigung von etwa 0,5 g anzusprechen; jedoch tritt dabei die Schwierigkeit auf, daß er beispielsweise unter der vibrationswiderstehenden Charakteristik steht, da der Abstand zwischen Quecksilberoberfläche und erster Elektrode 201 kleiner ist.

Der in F i g. 11 dargestellte Schalter zur erfindungsgemäßen Lösung der obengenannten Schwierigkeit besitzt eine erste Elektrode 201a in Form eines Deckels, eine zweite Elektrode 202a in Form eines Zylinders, eine Bodenplatte 203a, einen Füllstoff 204a und Quecksilber 205a. Diese Bestandteile bilden einen abgedichteten Behälter oder Schalter in gleicher Weise wie in F i g. 7.

Die Bodenplatte 203a ist in Form eines Kegels gefertigt, und die Neigung der Platte 203a oder der Kegelwinkel bestimmt den Beschleunigungsansprechwert dieses Schalters.

Der Beschleunigungsansprechwert kann dadurch eingestellt werden, daß das Einstellwerkzeug W nach oben oder unten in gleicher Weise gedreht wird, wie dies in bezug zu Fig. 10 beschrieben wurde. Genauer gesagt wird die Neigung der Platte 203a durch Drehung des Einstellwerkzeuges W nach oben oder unten geändert, wodurch der Beschleunigungsansprechwert und die Ansprechzeit eingestellt werden.

Diese Art Schalter kann das Verhältnis des Rauminhaltes zur Quecksilbermenge groß machen, und daher wird die Charakteristik des Schalters durch die Schwankung der Quecksilbermenge beeinflußt, jedoch ist diese Beeinflussung verhältnismäßig klein.

Bei dem in F i g. 11 gezeigten Schalter ist der Abstand zwischen freier Oberfläche des Quecksilbers 205a und erster Elektrode 201a verhältnismäßig groß und daher dafür verantwortlich, daß das Quecksilber bei vertikaler Vibration des Schalters zum Spritzen oder Sprengen veranlaßt wird, so daß als Folge davon der Schalter Fehltätigkeiten vollführen wird. Dieser Nachteil kann dadurch vermieden werden, daß ein konisches Gebilde

256 in den Raum unter die erste Elektrode 201a gebracht wird, wie dies die Fig. 12 zeigt. Durch die Verwendung eines solchen konischen Gebildes 256 kennen die Elektroden 201a und 202a kurzgeschlossen werden, ohne daß die Quecksübermenge vergrößert ist.

In der F i g. 13 ist ein anderes Beispiel eines Schalters dargestellt. Bei diesem Beispiel ist die Querschnittsform eines Quecksüberbehälters abgeändert, üih die Querschnittsfläche einzustellen, wodurch die Oberfläche des Quecksilbers angehoben oder gesenkt wird. Die Tätigkeit dieses Schalters ist ähnlich dem in F i g. 7 gezeigten Schalter und der Aufbau dieses Schalters (F i g. 13) ist ebenso dem aus F i g. 7 ähnlich, ausgenommen, daß die zylindrische Form oder die zweite Elektrode 202 durch einen Behälter oder eine zweite Elektrode 2026 mit einem Boden ersetzt ist und daß die erste Elektrode 201 durch eine erste Elektrode 201 b mit einem dünnen Rohr 2OiAb ersetzt ist. In der Fig. 13 bedeuten die Bezugszeiehen 205b das Quecksilber und 204 den Füllstoff.

Wenn Glas als Füllstoff 204 verwendet wird, wird das Glas in Form eines Körpers 204/4 geschmolzen, dessen Abmessungen es zulassen, daß er geeignet zwischen erster Elektrode 2016 und zweiter Elektrode 2026 eingefügt wird, wie in Fig. 15 gezeigt ist. Sodann werden diese Komponenten, nämlich die Elektroden 201Zj und 2026 und der Körper 204A zu einer Einheit zusammengefügt, und anschließend wird die Einheit in einer Heizvorrichtung, beispielsweise in einem Induktionsheizofen erhitzt, wodurch insbesondere die Metallteile oder die Elektroden der Einheit aufgeheizt werden. In diesem Fall sollte die Oberfläche des die Oberflächen der Metallteile berührenden Körpers derart geschmolzen werden, daß die Form des Körpers nicht deformiert wird, wodurch eine geschlossene Haftung an die Oberflächen der Metallteile gegeben ist.

In den Fällen, bei denen ein Füllstoff mit hitzebeständigen Eigenschaften und einer Luftdichtigkeit verwendet werden kann, die unter der des Glases liegt, wird die relative Lage der Elektroden 2016 und 2026 durch ein Abstandselement 204ß aus einem elektrisch isolierenden Material, wie die Fig. 16 zeigt, festgelegt, und sodann wird ein flüssiges Bindemittel 204c aus Epoxydharz in den Zwischenraum zwischen die Elektroden 2016 und 2026 gegossen. Nachdem das flüssige Bindemittel 204c erhärtet ist, sind die Elektroden und das Abstandselement fest zueinander angeordnet Nachdem sodann eine geeignete Menge an Quecksilber durch das dünne Rohr 201 Ab eingegossen ist, wird nach Bedarf ein geeignetes Gas in der Behälter 2026 eingefüllt

Der Querschnitt des unteren Teiles 202/46 des Behälters 2026 hat eine elliptische Form, wie aus Fig. 14 zu sehen ist Wenn auf diesen unteren Teil 202Λ6 in Richtung der Pfeile A\ und A2 Kräfte ausgeübt werden, so wird dessen Querschnittsfläche größer werden. Wenn umgekehrt auf diesen unteren Teil 202/46 in Richtung der Pfeile B\ und B₂ Kräfte ausgeübt werden, so wird die Querschnittsfläche abnehmen. Damit kann die Arbeitscharakteristik des Schalters nach Bedarf geändert werden oder kann innerhalb eines gewünschten Bereiches eingestellt werden. Die auf den unteren Teil 202/46 wirkenden Kräfte erfolgen in einer geraden Richtung nach F i g. 14, jedoch kann der untere Teil 202Ab zur Einstellung der Querschnittsfläche und damit des Volumens des Behälters 2026gedreht werden. Ein anderes Beispiel des Schalters gemäß der Erfindung ist in Fig. 17 dargestellt. Die Form dieses Suchers ist etwas ähnlich zu den in Fig.21 und 24 gezeigten Schaltern, die für einen niedrigrn Beschleunigungsansprechwert geeignet sind. Jedoch unterscheidet sich dieser Schalter aus Fig. 17 von denen aus Fig. 11 u:;w 12 in dem Schaltverhalten. Das heißt, der Schalter

in is; normalerweise geschlossen und wird geöffnet, wenn eine Beschleunigung auf den Schalter in horizontaler Richtung wirkt.

Dieser Schalter besteht aus einem Deckel 201c, der eine erste Elektrode 307 mit Hilfe eines Füllstoffes 2046 aus elektrisch isolierendem Material im Zentrum des Deckels hält, sowie einer Bodenplatte 2036, die zur Bildung eines abgedichteten Behälters an dem Deckel 201 c angebracht ist.

Die Bodenplatte 2036 besitzt einen Einstellteil 203/46, der relativ dünn ausgebildet ist. Der abgedichtete Behälter nimmt eine geeignete Menge an Quecksilber 205c auf. Der Einstellteil 203Λ6 hat die gleiche Funktion wie der untere Teil 202Ab aus Fig. 13.

Wenn ein auf Beschleunigung ansprechender Schalter gewünscht wird, der, wie in Fig. 18 gezeigt, normalerweise geschlossen ist, der jedoch in Tätigkeit geöffnet ist und der einen relativ hohen Beschleunigungsansprechwert aufweist, so kann ein solcher Schalter durch Erhöhung der Neigung der Bodenplatte 2036 erstellt werden.

In Fig. 18 ist ein weiteres Beispiel eines Schalters gemäß der Erfindung dargestellt. Der empfindliche Einstellbereich dieses Schalters ist größer als bei den vorangegangenen Beispielen. Dazu ist dieser Schalter mit einer sehr hohen Einstellgenauigkeit ausgebildet und besitzt Mittel zur Veränderung seiner Charakteristiken. Einige der oben beschriebenen Schalter haben solche Elemente, jedoch ist dieser nach der halbfesten Art ausgebildet.

Der in Fig. 18 dargestellte Schalter besitzt einen Decke! 201 & einen Füllstoff 204a und ein Quecksilber 205a, was in etwa gleich den entsprechenden Teilen aus Fig. 12 ist Der Schalter besitzt des weiteren einen zylindrischen Teil 202c, der einen Teil des abgedichteten Behälters des Schalters bildet, sowie einen L-förmigen Trägerteil 202,4c; der sich von dem zylindrischen Teil nach unten erstreckt Eine Einstellschraube 318 ist in den Endteil des L-förmigen Trägerteiles 202Ac eingeschraubt, wodurch diese an den unteren Teil einer Bodenplatte 203c anschlägt Die Bodenplatte 203c ist aus einem elastischen Material in Form einer Membrane mit einem wellenförmigen Teil 203Ac gefertigt der nahe am äußeren Umfang der Bodenplatte 203c angeordnet ist. Die Bodenplatte 203c kann daher um einiges nach oben oder unten mit Hilfe der Einstellschraube 318 bewegt werden. Nach Bedarf kann die Einstellschraube 218 mit einer Skala für die Anzeige der Schalterempfindlichkeit ausgerüstet werden.
Die Verfahren zur Vergrößerung der Genauigkeit und zur Erweiterung des empfindlichen Einstellbereiches des Schalters und die Verfahren der Herstellung des Schalters der unterschiedlichen Arten wie oben beschrieben, können auf alle der oben beschriebenen Schalter angewendet werden.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Beschleunigungsabhängiger Schalter, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem geschlossenen Behälter, der elektrische Kontakte und eine elektrisch leitende Flüssigkeit enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter einen deformierbaren Teil zur Nachjustage seines Volumens und/oder seiner Form aufweist

2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter in einem Durchlaß eine Steuervorrichtung (143Λ, F i g. 1) aufweist

3. Schalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil einer zylindrischen Innenwand eines abgedichteten Behälters, auf die bei Ausübung einer Beschleunigung die elektrisch leitfähige Flüssigkeit bewegt wird, mit einer Vielzahl von hervorstehenden Teilen (143Λ, Fig. 1) ausgebildet ist die sich zur Steuerung der Bewegung der elektrisch leitfähigen Flüssigkeit radial erstrecken.

4. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen Deckel (201), der als ein elektrisch leitfähiger Kontakt ausgebildet ist durch einen zylindrischen Körper (202) als anderer, elektrisch leitfähiger Kontakt mit einem Teil (202/1,) von größerem Durchmesser, einem Teil (202B) zu einem kleineren Durchmesser und einem Flanschten (202CJ, durch eine Bodenplatte (203) mit einem wellenförmigen Teil (203AJ und einem Umfangsteil, der fest mit dem Flanschteil (202C) verbunden ist, durch einen elektrisch isolierenden Füllstoff (204), der in dem Raum zwischen Deckel (201) und zylindrischem Körper (202) eingefüllt ist, und eine elektrisch leitfähige Flüssigkeit (205), die in einem durch den Deckel (201) den zylindrischen Körper (202) und den Füllstoff (204) abgedichteten Behälter enthalten ist, wobei der Flanschteil (202CJ dünner als der Teil (202A) mit größerem Durchmesser und der Teil (202B) mit kleinerem Durchmesser des zylindrischen Körpers ist und der Innenraum durch Ausüben einer Biegekraft auf den Teil verändert werden kann, an dem der Flanschteil (202CJ und die Bodenplatte (203) fest miteinander verbunden sind (Fig. 7 bis 10).

5. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen als eine elektrisch leitfähige Elektrode wirkenden Deckel (20IaJ, durch einen als anderer elektrisch leitfähiger Kontakt wirkenden Zylinderkörper mit einem zylindrischen Teil (202a) und einem Flanschteil (202CaJi durch eine kegelförmige Bodenplatte (203a) mit einem Umfangteil, der fest mit dem Flanschteil (2OaCaJ verbunden ist, durch einen elektrisch isolierenden Füllstoff (204aJ, der in den Raum zwischen Deckel (20IaJ und zylindrischen Körper (202) eingefüllt ist, und durch eine elektrisch leitfähige Flüssigkeit (2OSaJ₁ die in dem durch den Deckel (20IaJ, den zylindrischen Körper (202), die kegelförmige Bodenplatte (203aJ und den Füllstoff (204aJ gebildeten Behälter enthalten ist, wobei ein vertikaler Winkel der kegelförmigen Bodenplatte (203aJ durch Ausüben einer Kraft auf den Teil einstellbar ist, an dem der Umfangteil der Bodenplatte und der Flanschteil (202CaJ fest miteinander verbunden sind (Fig. 11, 12).

6. Schalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Körper einen dünnen Teil aufweist, dessen Querschnitt elliptisch ist, wobei der zylindrische Körper durch Ausüben einer Kraft auf den elliptischen Teil zur Einstellung eines gewünschten Ansprechbereichs für die Schaltvorrichtung deformierbar ist (F i g. 13 bis 17).

7. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet daß der zylindrische Körper (202cJ, der als der eine elektrisch leitfähige Kontakt wirkt mit einem Trägerarm (202.AcJ mit einer Einstellschraube (318) ausgebildet ist und daß die Bodenplatte (203cj aus einem elastischen Material besteht wobei der Trägerarm (202/\cJsich bis unterhalb der Unterseite der Bodenplatte (203cJ erstreckt und die Bodenplatte durch Ausüben einer Kraft mittels der Einstellschraube (318) zur Einstellung eines Ansprechbereiches des Schalters deformierbar ist (F i g. 18).