DE2606790A1 - Aufprallfuehler - Google Patents

Description

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PATöNT/aNWALTE SCHIFF ν. FÜNER STREHL SCHÜBEL-HOPF EBBINGHAUS

MÜNCHEN 9O, MARIAHILFPLATZ 2*3 POSTADRESSE: D-8 MÜNCHEN 95, POSTFACH 95 O1 6O

Hitcichi, Ltd.

Nissan Motor Company, Ltd.

DA-11996 19. februar 1976

Aufprallfühler

Die Erfindung betrifft einen Aufprallfühler mit einem in einem Gehäuse definierten freien Raum, an dessen einem Ende ein elektrischer Kontakt oder Schalter liegt und in dem eine Feder so angeordnet ist, dass deren eines Ende am Gehäuse abgestützt ist und deren anderes Ende eine in diesem Raum gegen die Federkraft frei bewegliche träge Masse in einer Ruhelage hält, die den Kontakt oder Schalter aktiviert, wenn eine an ihr angreifende Trägheitskraft grosser als ein Schwellenwert der Trägheitskraft ist.

Aufprallfühler dieser Art dienen insbesondere in Kraftfahrzeugen der Auslösung von Sicherheitsvorkehrungen bei Unfällen. Eine der gebräuchlichsten solcher Vorkehrungen ist das automatische Aufblasen eines Luftkissens beim Aufprall des Fahrzeugs. Solche Sicherheitssysteme sind mit Fühlern ausgerüstet, die über einem bestimmten Grenzwert liegende Beschleunigungen des Bezugssystems, hier also des Kraftfahrzeugs, aufnehmen und umsetzen können. Diese Fühler nutzen die Eigenschaften einer tragen Masse im beschleunigten Bezugssystem aus.

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² 2 6 Π R 7 H

Die Größe oder Schwere des Stoßes, dem beispielsweise beim Aufprall eines Fahrzeuges ein Fahrgast unterliegt, ist nicht nur eine Funktion der Größe der Beschleunigung G, sondern auch eine Funktion der Zeitspanne, während der die Beschleunigung G wirkt. Der Betrag eines Impulses wird im allgemeinen als Produkt aus der Stoßkraft G.M (wobei M die Bezugsmasse ist) und der Dauer ihres Auftretens definiert. Die Größe dieses Impulses wird als Schv/ere des Aufprallstoßes betrachtet, dem der Fahrgast beim Aufprall eines Fahrzeugs unterliegt. In diesem Sinne kann die Größe u des Impulses durch folgende Gleichung wiedergegeben werden:

rau
M-G dt (1)

In dieser Gleichung ist t die Zeit, M die Masse des Fahrgasts, G der Augenblickswert der Beschleunigung und tau die Dauer von G. Aus Gleichung 1 folgt, dass die Grosse u des Impulses proportional der gesamten Geschwindigkeitsdifferenz des Unfallfahrzeuges vom Augenblick des Aufpralls bis zum Stillstand des Fahrzeugs ist.

Zur Verbesserung der Luftkissensysteme sind daher Aufprallfühler vorgeschlagen worden, die die gesamte Änderung der Geschwindigkeit des Unfallfahrzeuges während des Aufpralls prüfen. Als Aufprallprüfer wird eine mit einer Feder gekoppelte Masse verwendet. Dieser Fühler ist aus einer gebräuchlichen linearen Feder aufgebaut, deren eines Ende an einer Rahmen- oder Gehäusestruktur befestigt ist, und deren anderes Ende nicht eingespannt ist. Das freie Ende der Feder ist mit einer trägen Masse gekoppelt. Der Fühler weist weiterhin einen elektrischen Kontakt oder Schalter, im folgenden kurz "Schalter" genannt,auf. Die vorgespannte Feder hält die träge Masse in Ruhestellung so weit vom Schalter entfernt, dass dieser durch die Masse nicht aktivierbar ist.

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Um die beim Unfall auftretenden Beschleunigungen, denen der Fahrgast ausgesetzt ist, so früh wie möglich abtasten und erkennen zu können,sind die bekannten Fühler im Fahrzeug dort angeordnet, wo der Aufprall des Fahrzeugs zuerst erfolgt, vorzugsweise im Bereich der vorderen Stossstange des Kraftfahrzeugs. Sobald die volle Änderung der Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs erreicht ist, wird die träge Masse entgegen der Federkraft bewegt. Wenn der Betrag der Geschwindigkeitsdifferenz des aufprallenden Fahrzeugs grosser als ein bestimmter Grenzwert ist, aktiviert die träge Masse im Fühler den elektrischen Schalter, wodurch das jeweilige Sicherheitssystem beaufschlagt und aktiviert wird.

Der Verlauf der Beschleunigung G, die als Eingangsgröße für den Fühler dient, entspricht im wesentlichen dem einer halben Sinuswelle und kann durch die folgende Gleichung wiedergegeben werden:

G = Gp sin omegaO-t (2)

In dieser Gleichung ist Gp die Amplitude von G, t die Zeit und omegaO die Winkelfrequenz der Eingangsgrösse. Wenn tau die Dauer von G ist, dann ist omegaO = pi/tau. Wenn m die Grosse der tragen Masse, genauer gesagt die träge Masse des im Fühler eingebauten Massenkörpers, k die Federkonstante der Feder und schließlich χ der

Betrag der Bewegung der tragen Masse ist, so gilt

2 2 2

d x/dt = Gp sin omegaO«t - omega χ (3)

wobei omega = k/m ist.

Die Grosse omega ist dabei die Winkeleigenfrequenz des Kopplungssystems Feder-Masse.

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Wenn in der Gleichung 3 omega = omegaO ist, divergiert x. Die Winkeleigenfrequenz omega muss also kleiner als die WinkeIfreguenz omegaO der Eingangsgrösse G sein. Um die Winkeleigenfrequenz klein zu halten, müssen entweder die Federkonstante k der Feder klein oder die träge Masse gross gehalten werden. Durch diese Erfordernisse ist der Verschiebungsweg χ der tragen Masse praktisch zwingend vorgegeben. Experimentelle Ergebnisse haben gezeigt, dass bei Aufprallunfällen mit Personenkraftwagen die Dauer tau des Auftretens der Eingangsgrösse G kleiner als 30 ms ist. Der optimale Wert für omega ist dann etwa 100 rad/s. Die maximale Verschiebungsstrecke der tragen Masse ist dabei etwa 55 mm bei einer Aufprallgeschwindigkeit von rd. 21 km/h. Die für normale Personenkraftwagengeschwindigkeiten erforderlichen Aufprallfühler sind also sehr gross, entsprechend teuer und sind wegen ihrer Grosse relativ ungünstig einbaubar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Aufprallfühler kleiner und kompakter Bauweise zu schaffen, der preisgünstig hergestellt werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Aufprallfühler der eingangs genannten Art vorgeschlagen, der erfindungsgemäss gekennzeichnet ist durch ein symmetrisch geformtes Federpaar, dessen Fusspunkte so im Gehäuse gehaltert sind, dass sich die Federn zwischen ihren eingespannten Fusspunkten und ihren freien Kopfenden kreuzen und die träge Masse im Bereich des frei gegen die Federspannung verschiebbaren Kreuzungspunktes gehaltert ist.

Die Erfindung schafft also einen Aufprallfühler zum Erkennen und Signalisieren einer Aufprallgeschwindigkeit, insbesondere der Aufprallgeschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs. Der Fühler weist im wesentlichen ein Federpaar auf, das im einem

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Gehäuse so gehaltert ist, dass sich die Federn zwischen ihren Einspannpunkten oder Fusspunkten und ihren freien, nicht eingespannten Kopfenden kreuzen. Die träge Masse bzw. der Massenkörper des Sensors ist in oder in unmittelbarer Nähe des Kreuzungspunktes oder Kreuzungsbereiches der beiden Federn gehaltert oder angelenkt. Im Wirkungsweg der trägen Masse sind elektrische Kontakte oder ein Schalter angeordnet, die von der tragen Masse schaltbar oder aktivierbar sind. Beim Angriff einer über einem bestimmten Schwellenwert liegenden Trägheitskraft an der tragen Masse wird diese gegen die Federkraft in ihre Arbeitsstellung verschoben, wobei sie den Schnittpunkt der beiden Federn verschiebt. Durch, während und bei der Verschiebung der tragen Masse aufgrund einer Beschleunigung, hier negativen Beschleunigung, des Bezugssystems, hier des Kraftfahrzeugs, wird im Aufprallfühler die Aufprallgeschwindigkeit abgetastet.

Statt der einen Feder im Fühler nach dem Stand der Technik sind zwei sich kreuzende und in ihrer geometrischen Gestalt und ihren Federkenndaten zueinander vollkommen symmetrische Federn vorgesehen. Beide Federn sind einseitig eingespannt und einseitig frei. Die träge Masse wird nicht am freien Ende einer der Federn in ihrer Ruhestellung gehalten, sondern unterliegt der gemeinsamen Einwirkung beider Federn aus deren Kreuzungspunkt heraus. Die Masse ist bezüglich der Federn frei zwischen deren freiem Kopfpunkt und derem eingespannten Fusspunkt verschiebbar. Bei der Verschiebung der trägen Masse verschiebt sich auch der Berührungspunkt bzw. der Angriffspunkt zwischen dem Massenkörper und den beiden Federn. Dies führt auch dazu, dass der Elastizitätsmodul der Federkombination eine Funktion des Verschiebungsweges χ der trägen Masse ist. Die Feder weist also nichtlineare Federkenndaten auf. Dies führt dazu, dass die zuvor beschriebene Winkeleigenfrequenz des Systems eine Funktion der Verschiebung der trägen Masse aus dem Ruhepunkt

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Selbst wenn also die Winkelfrequenz omegaO der Eingangsgrösse G und die Winkeleigenfrequenz omega des Systems in einer bestimmten Lage der trägen Masse gleich sind, wird jedoch durch eine nur geringe Verschiebung der tragen Masse bereits wieder die geforderte Ungleichheit zwischen den beiden Grossen omega und omegaO eingestellt. Der Betrag der Verschiebung χ der tragen Masse divergiert also im Fühler der Erfindung nicht. Da der konstruktiven Gestaltung des Systems durch den Wert von omegaO keine Beschränkungen auferlegt werden, kann das Federsystem räumlich klein und kann damit auch der Fühler selbst klein und kompakt und preiswert ausgebildet und hergestellt werden.

Die Erfindung ist im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1

ein Ausführungsbexspiel der Erfindung in Draufsicht und im Schnitt;

Fig. 2

das in Fig. 1 gezeigte Ausführungsbexspiel im Schnitt in Seitensicht;

Fig. 3 Fig. 4

einen Schnitt der in Fig. 1 gezeigten Art bei Aktivierung des Fühlers;

einen Querschnitt in Seitensicht der in Fig. 2 gezeigten Art für die in Fig. 3 gezeigte Aktivierungsstellung;

Figuren 5a und 5b

Fig. 6

Diagramme zur Erläuterung der Funktionsweise des Fühlers der Erfindung;

ein weiteres Diagramm zur Erläuterung

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der Funktionsweise der Erfindung;

Fig. 7 in Draufsicht ein Gehäuse für einen Fühler der Erfindung;

Fig. 8 einen Schnitt nach VIII-VIII in Fig. 7; Fig. 9 einen Schnitt nach IX-IX in Fig. 7; Fig. 10 ein weiteres Ausführungsbeispiel der

Erfindung in Draufsicht und im Schnitt;

Fig. 11 den im Ausführungsbeispiel nach Fig. verwendeten Massenkörper in Seitensicht;

Fig.12 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 13 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 14 einen Schnitt nach XIV-XIV in Fig. 13; Fig. 15 in Seitensicht einen Ausschnitt des

Massenkörpers nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zur Erläuterung der Ankopplung an die Federn;

Fig. 16 das in Fig. 15 gezeigte Ausführungsbeispiel im Schnitt und in Draufsicht;

Fig. 17 in Seitensicht ein weiteres Ausführungsbeispiel für die Ankopplung der trägen Masse an das Federsystem;

Fig. 18 das in Fig. 17 gezeigte Ausführungs-

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beispiel im Schnitt und in Draufsicht;

Fig. 19 ein weiteres Ausführungsbeispiel für die Ankopplung der trägen Masse an das Federsystem in Seitensicht, teilweise im Schnitt und

Fig. 20 das in Fig. 19 gezeigte Ausführungsbeispiel in Draufsicht und im Schnitt.

Das Gehäuse des in den Figuren 1 bis 4 gezeigten ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung besteht aus einem unteren Gehäuseteil 1 und einem oberen Gehäuseteil 2. Beide Gehäuseteile weisen die gleiche geometrische Ausbildung auf und sind symmetrisch zur Gehäusemittellinie (VIII-VIII in Fig. 7). Im Gehäuse 1,2 ist ein freier Raum 1a zwischen den beiden Gehäusehälften definiert. Das Gehäuse besteht vorzugsweise aus Kunststoff und ist bei dieser Ausbildung vorzugs-weise ultraschallverschweisst. Sowohl bei der Ausbildung aus Kunststoff als auch bei der Ausbildung aus anderem Material können die beiden Gehäusehälften jedoch auch in anderer Weise miteinander verbunden sein, beispielsweise durch Schrauben oder Klammern. Als Federelement ist ein Torsionsstabpaar 3,4 vorgesehen. Der Fusspunkt des Torsionsstabes 3 ist in einer Ausnehmung des Gehäuses gehaltert, die durch einander deckende Nuten 15 im unteren Gehäuseteil 1 und im oberen Gehäuseteil 2 ausgebildet sind. Gleicherweise ist der Fusspunkt des Torsionsstabes 4 in einem Nutpaar 14 am Gehäuse gehaltert. Die Torsionsstäbe 3 und 4 sind symmetrisch zueinander ausgebildet und gehaltert. In der in Fig. 1 gezeigten x-y-Ebene schneiden sich die beiden Torsionsstäbe 3 und 4 eng übereinanderliegend oder einander durchgreifend zwischen ihren eingespannten Fusspunkten und ihren freien Kopfpunkten unter Bildung einer x-förmigen Konfiguration. Die träge Masse ist in Form eines Massenkörpers 5 ausgebildet, der in der Weise zwischen den Torsionsstäben 3 und 4 gehalten wird, dass er auf der Seite.

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der freien Kopfenden der Torsionsstäbe vor dem Schnittpunkt oder Kreuzungspunkt der Torsionsstäbe liegt. Der Massenkörper wird von den Torsionsstäben 3 und 4 berührt. Im Ruhezustand wird die Masse 5 von den Torsionsstäben 3 und 4 gegen die Anschläge 30 und 31 gedrückt, die in den Gehäuseteilen 1 und ausgebildet sind. In den Gehäuseteilen 1 und 2 sind weiterhin die Bewegung der Masse in der x-y-Ebene führende Führungsflächen 8 und 9 ausgebildet. Die Masse 5 kann also in der beispielsweise in den Figuren 2 und 4 gezeigten Weise nicht in Richtung der z-Achse ausweichen. Gegenüber dem am Gehäuseteil 1 ausgebildeten Anschlag 30, an dem die Masse in ihrer Ruhelage anliegt, ist ein elektrisches Kontaktelenient 16 angeordnet, beispielsweise in der in den Figuren 1 bis 3 gezeigten Weise mittels einer Unterlagplatte oder Unterlagscheibe 20 und einer Schraube 22 am Gehäuseteil 1 befestigt. Der aus dem Gehäuse herausragende Teil 18 des Kontaktelementes ist als Anschluss ausgebildet. Die innen liegende Vorderkante des Kontaktelementes 16 ist leicht abwärts gekrümmt, und zwar auf eine in der Führungsfläche 8 des Gehäuseteils 1 ausgebildete Ausnehmung 24 zu.

In gleicher Weise ist an der dem Anschlag 31 im oberen Gehäuseteil 2 gegenüberliegenden Wand ein gleicherweise ausgebildetes elektrisches Kontaktelement 17 angeordnet, das einen ausserhalb des Gehäuses liegenden Anschluss 19 angeformt trägt. Die innenliegende Vorderkante des Kontaktelementes 17 ist schwach aufwärts gekrümmt, und zwar auf eine Ausnehmung 25 zu, die in der oberen Führungsfläche 9 des Gehäuseteils 2 ausgebildet ist. Das Kontaktelement 17 ist in der in Fig. 2 ersichtlichen Weise beispielsweise mittels einer Schraube und einer Unterlagplatte oder Unterlagscheibe 21 am Gehäuseteil 2 befestigt. Die seitliche Führung der Masse 5 in der x-y-Ebene im Gehäuse wird durch seitliche Führungswände 6 und 7 bewirkt, die in den Gehäuseteilen 1 und 2 ausgebildet sind. Dabei verläuft die seitliche Führungswand 6 zumindest

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im wesentlichen in der gleichen Richtung,in der der Torsionsstab 3 liegt,wenn die Masse 5 ihre Ruhelage einnimmt. Der Abstand zwischen dem Torsionsstab 3 und der seitlichen Führungswand 6 ist kleiner als der Äussendurchmesser des Massenkörpers 5. Entsprechend verläuft die seitliche Führungswand 7 im wesentlichen in der Richtung, die der Torsionsstab 4 einnimmt, wenn der Massenkörper 5 seine Ruhelage einnimmt. Auch der Abstand zwischen dem Torsionsstab 4 und der seitlichen Führungswand 7 ist kleiner als der Äussendurchmesser des Massenkörpers 5. Seitliche, in der x-y-Ebene liegende Aussparungen 12 und 13 im Gehäuse 1,2 dienen der Aufnahme der freien Enden der Torsionsstäbe 3 und 4, wenn diese entgegen ihrer Vorspannung verformt werden.

Die Ausbildung der Gehäuseteile 1 und 2 ist in den Figuren 7, 8 und 9 näher erläutert. Die Aussparungen 12 und 13 zur Aufnahme der ausweichenden Federn oder Torsionsstäbe sind relativ schmal oberhalb und unterhalb der Trennebene der beiden Gehäusehälften ausgebildet. Die ausweichenden freien Enden der Torsionsstäbe werden dabei in den Aussparungen so geführt, dass die Stäbe in Richtung der z-Achse nicht ausweichen können, so dass die ausweichenden Stäbe also genau in der x-y-Ebene geführt sind. Die seitlichen Führungswände 10 und 11 der Führungsaussparungen 12 und 13 weisen im wesentlichen kreisbogenförmiges Profil auf, wobei dieses Profil geringfügig grosser als die von den freien Kopfenden der Torsionsstäbe 3 und 4 bei Verformung der Torsionsstäbe beschriebenen Bahnen sind. Diese seitlichen Federführungswände 10 und 11 dienen der seitlichen Abschirmung der Aussparungen 12 und 13 in den Gehäuseteilen 1 und 2. In den Gehäusehälften sind Gewindelöcher 26 und 27 zur Befestigung der elektrischen Kontaktelemente 16 und 17 vorgesehen. Bei der Montage liegen die Kontaktelemente auf den Oberflächen 28 und 29 auf, die in Form von Aussparungen in den Gehäusehälften 1 und 2 vorgebildet sind.

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Die Federn oder Torsionsstäbe aufnehmenden Ausnehmungen sind in Form von Nuten in den Gehäusehälften ausgebildet. In der Fig. 9 ist die Nut 14 im Gehäuseteil 1 gezeigt. Die Nut ist entsprechend aufgenommen. Der Nutguerschnitt ist jeweils halbkreisförmig, so dass eine im radialen Querschnitt kreisförmige Ausnehmung entsteht, wenn die beiden Gehäusehälften 1 und 2 aufeinandergefügt sind.

Zur Erläuterung der Funktionsweise des Fühlers der Erfindung sei angenommen, dass auf den in Fig. 1 gezeigten Fühler ein Eingangsvektor G in der in Fig. 1 gezeigten Weise einwirke. Die Masse 5 wird dadurch in der Richtung dieses Vektors gegen die Federkräfte der Torsionsstäbe 3 und 4 verschoben. Wenn eine Eingangsgrösse auftritt, in der die gesamte Änderung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs grosser als ein vorgegebener Wert ist, wird die Masse 5 so weit verschoben, dass sie mit den elektrischen Kontaktelementen 16 und 17 in Berührung gerät. Wenn die Masse aus elektrisch leitendem Werkstoff besteht, vorzugsweise mit einem Edelmetall, wie beispielsweise Gold, überzogen ist, wird dadurch der elektrische Kontakt zwischen den beiden Kontaktelementen geschlossen. Der Edelmetallüberzug des Massenkörpers im Kontaktbereich dient der absolut sicheren Gewährleistung der Kontaktherstellung, die durch keine Korrosionserscheinungen gefährdet ist. Die elektrischen Kontaktelemente 16 und 17 bestehen aus einem federelastischen Werkstoff, vorzugsweise aus einem Beryllium-Kupfer-Blech, dessen Oberfläche galvanisch mit einem Edelmetallüberzug versehen ist. Der Abstand der Kontaktelemente 16 und 17 voneinander in der z-Richtung ist kleiner als der Aussendurchmesser des Massenkörpers 5. Wenn daher der Massenkörper 5 in den Bereich der elektrischen Kontaktelemente 16 und 17 gerät, werden diese aufgrund ihrer federnden Eigenschaften in die in den Gehäuseteilen 1 und 2 ausgebildeten Ausnehmungen 24 und 25 gedrängt, sobald der

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Massenkörper 5 zwischen die Kontakte eintritt. Dadurch ist ein guter elektrischer Kontakt gewährleistet. Zwischen einer Stromquelle Steinern Auslöseglied 32 für ein Sicherheitssystem, beispielsweise ein Luftkissensystem, und den Anschlüssen 18 und 19 ist eine elektrische Reihenschaltung ausgebildet. Beim Einwirken des Eingangsvektors G auf den Massenkörper 5 unter einem Winkel θ nach rechts oder links zur Symmetrieachse des Fühlers in der x-y-Ebene wird die Masse 5 im wesentlichen in Richtung des Vektors G in der in den Figuren 3 und 4 gezeigten Weise auf die Kontaktelemente zu verschoben.

Wenn die Abweichung θ von der Symmetrieachse Null ist, bewegt sich der Massenkörper 5 praktisch auf der Symmetrieachse vorwärts. Die Berührungsstellen zwischen den Torsionsstäben 3 und 4 und dem Massenkörper 5 sind gleich weit von den Einspannstellen der Torsionsstäbe 3 und 4 entfernt. Wenn der Eingangsgrössenvektor dagegen um einen Winkel θ gegen die Symmetrielinie geneigt ist, ist auch die Bewegung des Massenkörpers 5 in gleicher Richtung wie der Vektor G von der Symmetrielinie abweichend. In der in Fig. 3 gezeigten Weise ist dementsprechend die Berührungsstelle zwischen dem Massenkörper 5 und dem Torsionsstab 3 bezüglich des Einspannpunktes verschieden von der Berührungsstelle zwischen dem Massenkörper 2 und dem Torsionsstab 4. Wie oben bereits erwähnt, sind die Federkräfte der Torsionsstäbe 3 und 4 eine Funktion des Abstandes von der Einspannstelle, und zwar in der Weise, dass die Federkräfte um so grosser werden, je kleiner der Abstand vom Einspannpunkt zum Berührungspunkt ist. Wenn also die vom Torsionsstab 3 auf den Massenkörper ausgeübte Kraft klein ist, ist die vom Torsionsstab 4 auf denselben Massenkörper 5 ausgeübte Kraft gross. Anders ausgedrückt kann mit der Anordnung der Erfindung die Summe der auf den Massenkörper 5 einwirkenden Federkräfte für jeden Deklinationswinkel θ praktisch gleich gross gehalten

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werden.

In der Fig. 5a ist die Wellenform einer Eingangsgrösse G dargestellt. Wenn die Eingangsgrösse G in den Fühler fliesst, zeigt der Betrag der Verschiebung X der Masse 5 die in Fig. 5b gezeigte Wellenform. Wenn Gp die Amplitude der Eingangsgrösse G ist, kann die Kollisionsgeschwindigkeit V wie folgt ausgedrückt werden:

•tau
Gp*sin(pi·t/tau)dt

= 2tau-Gp/pi (4)

Es sei Vp die gesamte Eingangsänderung der Fahrzeuggeschwindigkeit für den Grenzwert, bei dem der Massenkörper kaum eben mit den elektrischen Kontaktelementen 16 und aufgrund seiner Verschiebung in Berührung gelangt (im folgenden "Auslösegrenzgeschwindigkeit"). Geht man davon aus, dass die Kennlinie des Fühlers einen Augenblickswert der Eingangsgrösse G gemäss

Vp = (2/pi)Gp«tau

hat, so wird die in Fig. 6 gezeigte Kurve B erhalten. Für die Praxis ist erforderlich, dass Vp im Bereich von -30° = θ = +30° praktisch konstant ist, während Vp für θ<.-30° und θ > +30° gross ist. Wenn die seitlichen Führungswände 6 und 7 nicht vorgesehen wären, würde sich der Massenkörper 5 in Berührung mit nur einem der beiden Torsionsstäbe 3 und 4 bei einer Eingangsgrösse G mit einer Deklination θ bewegen. Die Summe der auf den Massenkörper 5 wirkenden Federkräfte würde klein werden, so dass die Masse 5 mit anderen Worten leicht verschiebbar werden würde.

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Im Ergebnis würde sich die Masse 5 mit einer starken Abweichung nach rechts oder links verschieben. Wenn daher die elektrischen Kontaktelemente 16 und 17 auf Kreisbögen in einer Entfernung Xp von der Ruhelage der tragen Masse angeordnet wären, würde die Aktivierungsgrenzgeschwindigkeit Vp in der in Fig. 6 durch die Kurve A angedeuteten Weise mit positiv oder negativ zunehmender Deklination/ also mit zunehmender Abweichung von der Symmetrieachse des Fühlers, rasch kleiner werden. Bei zu flacher Führung der Seitenwände 6 und 7 gegen die Symmetrieachse wird die in Fig. 6 gezeigte Vp-Q-Kennlinie C erhalten, die ebenfalls unerwünscht ist. Bei angemessener Ausgestaltung und Profilierung der seitlichen Führungswände 6 und 7 in der in den Figuren 1,3 und 7 gezeigten Weise kann die in Fig. 6 gezeigte Kennlinie B erhalten werden.

Wenn die durch Berührung von den Federn 3 und 4 gehaltene Masse 5 verschoben wird, wandern auch die Berührungspunkte auf den Federn, so dass im wesentlichen nichtlineare Federcharakteristiken erhalten werden. Die Federn können daher sehr klein ausgebildet werden. Durch die Möglichkeit der Verwendung kleiner Federn kann auch der gesamte Aufprallfühler klein und preiswert gestaltet sein.

Als Federsystem dienen im hier beschriebenen Ausführungsbeispiel zwei sich im wesentlichen x-förmig kreuzende Torsionsstäbe 3 und 4. Diese Stäbe führen die träge Masse in Verbindung mit den seitlichen Führungswänden 6 und 7 und den horizontalen Führungswänden 8 und 9. Mit dem so ausgebildeten Fühler kann die Aufprallgeschwindigkeit selbst bei einem Aufprall schräg zur Fahrtrichtung zuverlässig abgetastet und umgesetzt werden.

Weiterhin sind die elektrischen Kontaktelemente 16 und 17 in der Weise einandergegenüberliegend angeordnet, dass der

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Abstand zwischen ihnen kleiner als der Aussendurchmesser des Massenkörpers 5 ist. Auf diese Weise wird beim Eintreten des Massenkörpers 5 zwischen die beiden Kontaktelemente in ausserordentlich zuverlässiger Weise eine elektrische Überbrückung geschaffen.

In der Fig. 10 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Die Torsionsstäbe 3 und 4 sind V-förmig ausgebildet und so im Gehäuse gehaltert, dass sie sich im Bereich ihrer freien Kopfenden überkreuzen. Auf der Seite dieser freien Kopfenden ist der Massenkörper 5 vor dem Kreuzungsunkt der Torsionsstäbe gehalten. Der Massenkörper 5 weist in der in Fig. 11 gezeigten Weise die Form eines Spulenkerns oder Wickelkerns auf. Das elektrische Kontaktelement 16 ist ähnlich wie in dem zuvor beschriebenen Beispiel aisgebildet. Ebenfalls wie beim zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel verschieben sich auch die Berührungspunkte zwischen dem Massenkörper 5 und den Torsionsstäben und 4 auf den Torsionsstäben bei Verschiebung der Masse. Dadurch weisen die Torsionsstäbe 3 und 4 auch bei dem in Fig. 10 gezeigten Ausführungsbeispiel nichtlineare Kenndaten auf.

Bei dem in Fig. 12 in den wichtigsten Elementen schematisch angedeuteten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind das rechte und das linke Element 3 und 4 des Federsystems so ausgebildet, dass jedes Element aus zwei Torsionsstäben 34 und 35 besteht, von denen je ein Fusspunkt im Gehäuse gehaltert ist. Das freie Kopfende einer dieser beiden Torsionsstäbe (34) ist so auf den anderen Torsionsstab zu und um diesen herumgebogen, dass die Torsionsstäbe 34 und bei Verformungen axial gegeneinander ausweichen können. Im rautenförmigen Kreuzungsbereich der beiden so ausgebildeten Federelemente 3 und 4 ist der Massenkörper 5 gehaltert. Auch bei dieser Anordnung weisen die Federelemente 3 und 4 nichtlineare Kenndaten bezüglich der Verschiebung

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des Massenkörpers 5 auf. Alternativ zu den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen kann beispielsweise die Feder oder eine der Federn selbst als elektrisches Kontaktelement ausgebildet sein.

Bei dem in Fig. 12 gezeigten Ausführungsbeispiel können auch die seitlichen Führungswände entfallen.

Schliesslich sind weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung in den Figuren 13 bis 16 gezeigt. Der Massenkörper 5 ist mit einer durchgehenden Bohrung 51 versehen, durch die die Torsionsstäbe 3 und 4 hindurchgreifen, und zwar in der Weise, dass ihr Kreuzungspunkt im Massenkörper liegt. Der Massenkörper wird dabei in der Ruhelage durch die Federn 3 und 4 gegen einen Anschlag 61 gedrückt.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Massenkörper 5 kugelförmig ausgebildet. Selbst bei einer Verkantung oder Verkippung des Massenkörpers 5 unter Einwirkung der Torsionsstäbe 3 und 4 während der Aktivierung bleibt so gewährleistet, dass der Massenkörper fehlerfrei zwischen die Kontaktelemente 16 und 17 tritt. Die Dauer des Kontaktschlusses kann langfristig ausgebildet sein, so dass insbesondere bei dieser Kontaktausbildung eine gute Kontaktschlusskennlinie erhalten wird. Zusätzlich kann der Massenkörper leicht korrigierend durch seitliche Führungswände 6 und 7 geführt sein. Dabei sind Dämpfungsschwiηgungen, die bei einer Rückkehr der Federn 3 und 4 auftreten könnten, ohne weiteres vermeidbar.

In den Figuren 17 und 18 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Aufprallfühlers der Erfindung dargestellt. Der doppelkopfnietförmige Massenkörper 5 hat die Gestalt einer Kugel mit einer umlaufenden zentralen Ringnut 52. Bezogen auf die Fahrtrichtung des Kraftfahrzeuges, in dem der Aufprallfühler eingebaut ist/ ist die Nut 52 des Massenkörpers 5 von rückwärts

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her vor bzw. zwischen die sich kreuzenden Torsionsstäbe 3 und 4 gesetzt. Im übrigen entspricht dieses Ausführungsbeispiel den zuvor beschriebenen Beispielen.

Auch in diesem Ausführungsbeispiel ist der Massenkörper in seiner Grundgestalt insgesamt kugelförmig. Selbst wenn der Massenkörper also durch die Einwirkung der Torsionsstäbe 3 und 4 im Betrieb verkantet wird, wird doch di'e Eintrittcharakteristik des Massenkörpers zwischen die Kontaktelemente 16 und 17 nicht beeinflusst. Auch ist dadurch sicher verhindert, dass der Massenkörper zwischen den seitlichen Führungswänden 6 und 7 eingeklemmt wird.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Figuren 19 und 20 dargestellt. Der Massenkörper 5 ist direkt über dem Kreuzungspunkt eines Torsionsstabpaares 3,4 angeordnet. Der Massenkörper weist im wesentlichen eine zylindrische Form auf und besitzt eine durchgehende Bohrung 53, durch die die Torsionsstäbe 3 und 4 hindurchgreifen. Ausserdem weist der Massenkörper 5 im Querschnitt,' senkrecht zur durch einen Pfeil in Fig. 20 angedeuteten Funktionsrichtung einen kreisförmigen Querschnitt auf. Auch bei einer Verkantung dieses so ausgebildeten Massenkörpers im Betrieb durch die Federelemente 3 und 4 kann kein Einklemmen des Massenkörpers zwischen den Führungswänden und 7 oder eine Behinderung des Eintritts des kontaktgebenden Massenkörpers zwischen die Federkontakte 16 und erfolgen. Bei einer zu kurzen Ausbildung des Massenkörpers in Betriebsrichtung (Pfeil in Fig. 20) tritt jedoch aus anderen Gründen unter Umständen eine Beeinträchtigung der Funktionssicherheit auf. Aus diesem Grund ist bei Ausbildung des Fühlers in der in den Figuren 19 und 20 gezeigten Weise die axiale Länge des Massenkörpers 5 vorzugsweise zumindest etwa gleich gross, vorzugsweise grosser als der Durchmesser im orthogonalen Querschnitt.

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Auch wenn die Kontaktelemente 16 und 17 aus einem einzigen Kontaktmaterxal hergestellt sind, nicht in Form eines Kontaktpaares, kann die Erfindung erfolgreich realisiert werden, wie das vorstehend beschrieben wurde. Auch kann statt der Kontakte ein beliebiger Schalter, beispielsweise ein Mikroschalter, verwendet werden.

Aufgrund der ebenfalls vorstehend beschriebenen Eigenschaften wird der Massenkörper für den Fühler der Erfindung vorzugsweise kugelförmig ausgebildet, wodurch hervorragende technische Ergebnisse hinsichtlich der elektrischen Kontaktkenndaten, vor allem einer langen Kontaktschlusszeit, erhältlich sind.

Schliesslich können die Federelemente stabförmig, blattförmig oder in anderer Weise ausgebildet sein.

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Claims (7)

Patentansprüche

1. Aufprallfühler mit einem in einem Gehäuse definierten freien Raum, an dessen einem Ende ein elektrischer Kontakt oder Schalter liegen und in dem eine Feder so angeordnet ist, dass deren eines Ende am Gehäuse abgestützt ist und deren anderes Ende eine in diesem Raum gegen die Federkraft frei bewegliche träge Masse in einer Ruhelage hält, die den Kontakt oder Schalter aktiviert, wenn eine an ihr angreifende Trägheitskraft grosser als ein Schwellenwert der Trägheitskraft ist, gekennzeichnet durch ein symmetrisch geformtes Federpaar, dessen Fusspunkte so im Gehäuse gehaltert sind, dass sich die Federn zwischen ihren eingespannten Fusspunkten und ihren freien Kopfenden kreuzen und die träge Masse im Bereich des frei gegen die Federspannung verschiebbaren Kreuzungspunktes gehaltert ist.

2. Aufprallfühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass das Gehäuse so ausgebildet ist, dass die die Ruhelage und die Aktivierungslage der trägen Masse verbindende Gerade in einer horizontalen Gehäuseebene liegt und dass im Gehäuse eine obere und eine untere Führungsfläche für die Masse ausgebildet sind, die die Masse in senk-

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rechter Richtung führen, während senkrecht zu dieser Richtung die Masse durch seitliche Führungswände senkrecht zur Geraden_x die die Ruhelage der Masse mit der Aktivierungslage der Masse verbindet, in der horizontalen Gehäuseebene geführt ist.

3. Aufprallfühler nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , dass in den seitlichen Führungswänden für die Masse und seitlich über diese hinausgreifend im Gehäuse bzw. in der seitlichen Gehäusewand Ausnehmungen zur Aufnahme der freien Kopfenden der Federn ausgebildet sind, die die Federn während ihrer Verformung in einer horizontalen Ebene führen.

4. Aufprallfühler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die seitlichen Führungswände für die Masse dem Verlauf der beiden Elemente des Federsystems folgen, wenn die Masse in ihrer Ruhelage liegt, wobei der Abstand vom Federelement zur seitlichen Führungswand jeweils kleiner als der Aussendurchmesser der Masse ist.

5. Aufprallfühler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , dass das Federsystem aus Federstahlstäben besteht.

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6. Aufprallfühler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , dass die träge Masse als kugelförmiger Massenkörper mit einer durchgehenden Bohrung ausgebildet ist, durch die die Federn sich kreuzend hindurchlaufen.

7. Aufprallfühler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet , dass die träge Masse in Form eines Massenkörpers ausgebildet ist, der in einer Ebene senkrecht zur Verschiebungsebene einen kreisförmigen oder zumindest angenähert kreisförmigen Querschnitt aufweist,

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