DE2609984A1

DE2609984A1 - Seismischer schalter

Info

Publication number: DE2609984A1
Application number: DE19762609984
Authority: DE
Inventors: Peter Ronald Jackman
Original assignee: Inertia Switch Ltd
Current assignee: Sensata Technologies Ltd
Priority date: 1975-03-12
Filing date: 1976-03-10
Publication date: 1976-09-30
Also published as: CA1077152A; AU1182476A; SE435982B; JPS51114684A; DE2609984C3; GB1530283A; DE2609984B2; SE7602770L; ZA761381B; US4097698A; BR7601509A; FR2304162B1; IT1057027B; AU512109B2; FR2304162A1

Description

Die Erfindung betrifft einen seismischen Schalter (seisrnonastic switch), bei dem eine seismische Masse, die in einer konkaven Aufnahme untergebracht ist, infolge einer vorbestimmten Größenänderung einer auf diese seismische Masse wirkenden resultierenden Kraft aus einer Ruhestellung fortbewegt wird, um einen Schaltvorgang auszulösen.

Bei einer höchst wirksamen Ausführungsform eines nach diesem Prinzip konstruierten seismischen Schalters ist eine r» ο ismische Kugel in einer kegelstumpfförmigen Aufnahme unterge-

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Postscheckkonto: Karlsruhe 76979-754 Bankkonto: Deutsche Bank AG Ylllingen (BLZ 69470039) 146332

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bracht. Wenn der Schalter infolge einer seitlichen Stoßbelastung einer seitlichen Beschleunigung ausgesetzt ist, erfährt die Kugel eine Beschleunigung bezüglich der Aufnnhrao in umgekehrter Richtung der auf den Schalter ausi-V'iibl.iMi ;">l.o[Jbo1nrst.unp;. IHo Kugel vorhalt sich daher so, uΙ« woQii nur t'.io oino seitliche Kraft einwirken würde, die entigogangosotzt und proportional zu der auf den Schalter ausgnübten Stoßbelastung ist. Wenn die Resultierende dieser gedachten, auf die Kugel wirkenden seitlichen Kraft und der nach unten gerichteten Schwerkraft außerhalb der durch den Berührungspunkt der Kugel mit der kegelstumpfförraicen Aufnahme {.-ebildeten Auflage verläuft, erfährt die Kugel entlang der Aufnahmefläche eine nach oben gerichtete Beschleunigung proportional der zu dieser Aufnahmefläche parallelen Komponente der resultierenden Kraft, und kommt dann mit einem Schalterelement in Berührung. Wo die Berührung der Kugel mit dem Schalterelement das Fließen eines elektrischen Stroms zwischen Kugel und Schalterelement ermöglicht, gewährleistet c3ie Beschleunigung der Kugel eine rasche Schalterbetätigung mit kurzer Ansprechzeit. Andererseits, wenn das Schalterelement aus einem Drücker oder Kolben besteht, der von der Kugel eingedrückt wird, gewährleistet die Beschleunigung der Kugel, daß diese rasch eine genügend große kinetische Energie entwickelt, um den Drücker zu betätigen und so einen V/echsel des Schaltzustandes des Schalters zu bewirken.

In Bezug auf einen seismischen Schalter dieser Art, bei dem die Seiten der kegelstumpfförmigen Aufnahme um einen V/inkel Qi gegenüber der Mittelachse der Aufnahme geneigt sind und die seismische Kugel einer resultierenden Kraft i¹ unterworfen ist, die gegenüber der Mittelachse der Aufnahme um einen Winkel β geneigt ist, kann die Komponente F_a der resultierenden Kraft ]? , welche die Kugel entlang der Seitenfläche der Aufnahme zu bewegen versucht, folgendermaßen ausgedrückt werden : J¹^ = -P cos (OC +/S)

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Wenn ((X+ β) größer als 90° ist, zwingt die resultierende Kraft F die seismische Kugel mit einer der Kraftkomponente F₀₄ proportionalen Beschleunigung aus der Aufnahme heraus, sodaß ein seismischer Schalter, bei dem die Seiten der kegelstumpfförmigen Aufnahme eine bestimmte Neigung (Winkel Oi) aufweisen, auf die Neigung (Winkel β) der auf die seismische Kugel wirkenden resultierenden Kraft F anspricht.

In der Praxis wird dieses Prinzip für die Betätigung seismischer Schalter durch die Neigungsänderung einer resultierenden Kraft verwendet, die auf eine in einer kegelstumpfförmigen Aufnahme untergebrachte seismische Kugel wirkt, wobei diese Noigungsänderung entweder auf die Einwirkung einer seillichen Stoßbelastung auf die an der Kugel angreifende Schwerkraft zurückzuführen ist, wie das bei Schaltern zutrifft, die auf Stoßbelastung ansprechen, oder von einer Kippbewegung des Schalters herrührt, durch welche die Neigung der Angriffslinie der auf die seismische Kugel wirkende Schwerkraft verändert wird, wie das für Uberschlagschalter zutrifft.

Um zu gewährleisten, daß ein nach diesem Prinzip konstruierter Schalter nicht auf Einwirkungen anspricht, die unter einem bestimmten Schwellenwert liegen, z.B. weniger als Neigung der auf die seismische Kugel wirkenden Kraft, um also die Empfindlichkeit des Schalters zu reduzieren, ist es notwendig, den Winkel cc zu verkleinern, und somit die Seitensteilheit der kegelstumpfförmigen Aufnahmefläche zu erhöhen. Diese Konstruktionsform weist jedoch den Nachteil auf, daß die seismische Kugel eine bestimmte Zeit für die Beschleunigung auf eine ausreichende Geschwindigkeit benötigt, z.B. auf eine Geschwindigkeit, bei der ihre kinetische Energie ausreicht, um die für das Eindrücken des Druckkolbens erforderliche Arbeit zu leisten.

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ORIGINAL INSPECTED

Eine Möglichkeit diesen Nachteil zu reduzieren, besteht darin, eine Kugel aus ferromagnetischera Material zu verwenden, und auf die Kugel durch einen unter der kegelstumpfförraigen Aufnahme angebrachten Magneten eine magnetische Anziehungskraft auszuüben. Diese magnetische Anziehungskraft auf die seismische Kugel ist so berechnet, daß sie eine vorzeitige Fortbewegung der seismischen Kugel aus ihrer Ruhestellung verhindert, bis der Schalter eine Einwirkung erfährt, die größer als der gewünschte Schwellenwert ist. Diese Rückhaltekraft nimmt auch rasch ab, sobald die Kugel aus ihrer Ruhestellung fortbewegt wird, wodurch die Komponente der resultierenden Kraft zunimmt, welche die Kugel entlang der Aufnahmeseitenwand nach oben zwingt, und damit die Zeit reduziert, welche die Kugel für das Erreichen derjenigen Geschwindigkeit benötigt, bei der die Kugel die für das Eindrücken des Druckkolbens erforderliche kinetische Energie entwickelt.

Obwohl jedoch durch die auf die seismische Kugel ausgeübte magnetische Rückhaltekraft die Ansprechzeit beträchtlich, in typischen Fällen um einen Faktor bis zu 10 oder 20 reduziert werden kann, ist in vielen Anwendungsfällen noch eine weitere Verkürzung der Ansprechzeit erforderlich, so z.B» bei seismischen Schaltern für die Auslösung von Sicherheitseinrichtungen, die beim Zusammenstoß von Fahrzeugen ansprechen müssen.

Es ist daher der Zweck der Erfindung, eine weniger komplizierte Form eines seismischen Schalters zu schaffen, der nicht anspricht bevor er eine Einwirkung von vorbestimmter Größe erfährt, der jedoch im Fall dieser Einwirkung rascher als konventionelle seismische Schalter anspricht, bei denen eine seismische Kugel so angeordnet ist, daß sie sich entlang einer kegelstumpfförmigen Aufnahmefläche bewegt.

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ORIGINAL

Ein seismischer Schalter gemäß uer !Erfindung t> <^·. tobt au-· einer konkaven Aufnahme, einer seismische Rollmosse, die in der Aufnahme untergebracht ist, und die bei. einer vorbestimmten änderung eier resultierenden Kraft, welche die Rollmasse in eine Ruhestellung zwingt , aus dieser Ruh"?·!.,ellung in eino Arbeitsstellung übergthen kann, und aus einem ochaltglied, des von der Rollmasse betätigt v· Lrd wenn diese sich in ihrer Arbeitsstellung befindet, wobei die Aufnahme eine konkave Fläche mit einem Bereich umfaßt, der von der seismischen ^T?ollmasse während ihrer Bew^ung von der Ruhestellung in die Arbeitsstellung über-·-·', <·. i.ten wird, und bei dem die Neigung der Aufnahme!*i'";ue gegenüber der Hauptachse größer wird, während die·¹ · Hauptachse mit der obengenannten resultierenden Kraft zusammenfällt und durch den Mittelpunkt der Rollmasse verläuft wenn diese unter dem Einfluß der resultierenden Kraft sich in der Ruhestellung befindet.

Wenn ein solcher seismischer Schalter einer /Änderung der auf die seismische Rollmasse wir>.onöen resultierenden Kraft unterworfen wird, sodaß auf die Rollmosse eine Kraftkomponente parallel zu der an der Rollr.iasne anliegenden Aufnahmefläche wirkt, geht- diese RoI Ir₁VJ sse aus ihrer Ruhest"! J im π in eine beschleunigte Tiewogung über. Sobald jedocl die HoIimasse den "Bereich ..der Aufnahmet lache erreicht, b< ί dem die Neigung dieser Fläche bezüglich der iinuptnehsn größer wird, ändert die Rollm.-io&o ihre Bewegungen! ο η tung so, daß sie sich mehr auf die a.n Sei.alter angreifunoon Kräfte ausrichtet, und demzufolge erhöht sich aer Betrag derjenigen Kraftkompon^nte, welche die Rollmosse entlang der Aufnahmeflache treibt. Diese erhöhte r.rafteiriwirkung erzeugt oiue höhere Beschleunigung 6er Rollitiasse, sodaß diese schneller in die Arbeitsstellung übergeht.

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BAD ORiGiMAL

Bei einer bevorzugten Ausführungsart der Erfindung ist das Schaltelement ein Druckkolben, der beim übergang der Rollmasse aus ihrer Ruhestellung in die Arbeitsstellung von dieser Rollmasse aus einer ersten Stellung in eine zweite Stellung gebracht wird und damit den Schalter betätigt. Bei dieser Ausführungsart erzeugt die erhöhte Krafteinwirkung auf die Rollmasse, wenn diese den Bereich der Aufnahmefläche erreicht, bei dem die Neigung der Fläche gegenüber der Hauptachse größer wird, eine größere Beschleunigung der Rollmasse, wodurch diese genügend kinetische Energie aufnimmt, um den Druckkolben des Schalters rascher einzudrücken, als dies sonst der Fall wäre.

Ein seismischer Schalter in der oben beschriebenen Form, bei dem die Rollmasse einen Druckkolben eindrücken muß, eignet sich besonders für die Anwendung als Uberschlagschalter um zu vermeiden, daß beim Überschlag eines Motorfahrzeugs Kraftstoff ausläuft. In diesem Fall muß die Rollachse der Rollmasse parallel zur Längsachse des Motorfahrzeugs orientiert sein, um die das überschlagen des Fahrzeuges zu erwarten ist; daher ist es möglich, für diesen Zweck eine zylindische Rollmasse zu verwenden. Bei einer bevorzugten Ausführungsart der Erfindung ist jedoch die Rollmasse kugelförmig ausgebildet, sodaß keine besonderen Vorkehrungen erforderlich sind, um die genaue axiale Ausrichtung sicherzustellen. Es ist auch möglich, eine cylindrische Rollmasse für einen gemäß der Erfindung ausgelegten seismischen Schalter zu verwenden, der auf Stoßbelastung anspricht. In diesem Fall muß jedoch die Achse der Rollmasse senkrecht zu der erwartenden Richtung der Stoßbelastung ausgerichtet sein. Auch hier ist aber die Verwendung einer kugelförmigen Rollmasse vorzuziehen, da eine solche Rollmasse auf Stoßbelastung in allen senkrecht zur Schalterachse verlaufenden Richtungen anspricht.

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Obwohl es angebracht ist, wenn die Rollmasse kugelförmig ausgeführt wird, die konkave Aufnahnefläche als Rotationsfläche um die Hauptachse auszuführen, sodaß diese Hauptachse mit der resultierenden Kraft ausgerichtet werden kann, welche die Rollmasse in ihrer Ruhestellung festhält, ist es auch möglich, die Aufnahme so auszubilden, daß Teile der konkaven Fläche in verschiedenen Y/inkelabständen verschiedene Neigungswinkel mit der Hauptachse bilden. Dies ergibt eine richtungsabhängige Ansprechempfindlichkeit auf Änderung der resultierenden Kraft, und im Extremfall kann die Aufnahme eine Vielzahl von Rampenflächen enthalten, auf denen sich eine zylinderförmige Rollmasse bewegen kann. Mit einer kugelförmigen Rollmasse kann ebenfalls eine richtungsabhängige Ansprechempfindlichkeit erreicht werden, selbst wenn die konkave Aufnahmefläche eine Rotationsfläche darstellt, indem ein oder mehrere uchaltorgane vorgesehen werden, die alle radial zur Ruhestellung der •Rollmasse und untereinander in einem gewissen Winkelabstand angeordnet sind. Wenn die Schaltelemente Druckkolben sind, können diese so orientiert werden, daß ihre Bewegungsachsen parallel zur Neigung der anliegenden äußeren Abschnitte der konkaven Aufnahmefläche verlaufen.

Es ist sowohl aus funktionalen als auch aus konstruktiven Gründen vorzuziehen, den Bereich, bei dem die Neigung der Aufnahmefläche gegenüber der Hauptachse des Schalters zunimmt, als scharfe Kante oder als eine Folge scharfer Kanten auszubilden, und, falls die Rollmasse Kugelform hat und die Aufnahmefläche als Rotationsfläche um die Hauptachse ausgeführt ist, jede dieser Kanten entlang einer Kreislinie zu führen. Es ist jedoch nicht notwendig, daß in diesem Bereich eine stufenförmige Neigungsänderung eintritt, sondern der Bereich kann einen abgerundeten Querschnitt aufweisen, sodaß sich die Neigung der Aufnahmefläche allmählich ändert.

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Obwohl die Aufnahmefläche innerhalb des Bereichs, bei dem die Neigung der Aufnahmefläche gegenüber der Hauptachse des Schalters zunimmt, die Form eines Kegelstumpfes haben kann, sodaß der Durchmesser der Kante größer ist als der Durchmesser der seismischen Kugel, ist es vorzuziehen, diesen Bereich als scharfe Kante mit kleinerem Durchmesser als dem der seismischen Kugel auszubilden, wobei in diesem Fall die Aufnahmefläche vorzugsweise als Zylinderfläche ausgeführt wird. Somit kann in der einfachsten Konstruktionsform die Aufnahme durch senkrechtes Einbringen einer zylindrischen Bohrung in eine ebene Fläche hergestellt werden.

Wo die Forderung nach einem sehr schnell ansprechenden Schaltsystem besteht, das sich für die Verwendung in Geräten eignet, deren Betätigung mehr Energie benötigt als ein seismischer Schalter der oben beschriebenen Bauart aufbringen kann, ist es erforderlich, den seismischen Schalter mit einem Auslösemechanismus zu kombinieren.

Ein solcher für diesen Zweck geeigneter Auslösemechanismus besteht z.B. aus einem Auslösedrücker, der durch den Kolben des Schalters betätigt und entlang einer ersten Auslöseachse hin und her bewegt werden kann, aus einem Auslosedruckkolben, der entlang einer zweiten Auslöseachse hin und her bewegt werden kann, aus einer Vorspannungseinrichtung, die den Auslosedruckkolben in eine bestimmte Richtung entlang der genannten zweiten Auslöseachse drückt, und aus mindestens einem Auslöseglied., das zwischen dem Auslösedrücker und dem Auslosedruckkolben angeordnet und quer zur ersten und zweiten Auslöseachse beweglich ist, wobei der Auslosedruckkolben mit einer geneigten Fläche ausgestattet ist, um eine unterstützende Kraft auf eine Seite des genannten Auslösegliedes auszuüben und dasselbe

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gegen den Auslösedrücker zu schieben, während der Auslösedrücker mit einer Auflagefläche, die gegen das genannte Auslöseglied anliegt, um die genannte Querbewegung zu verhindern, und mit einem ausgefalzten Teil versehen ist, der axial von der Auflagefläche abgesetzt ist, und zwar auf der gleichen Seite der Auflagefläche wie der Auslösedrücker des Schalters.

Bei einer durch Betätigung des Schaltkolbens ausgelösten Bewegung des Auslösedrückers entlang der genannten ersten Auslöseachse, sobald sich der Auslösedrücker soweit bewogt hat, daß der ausgefalzte Teil des Auslösedrückers auf gleicher Höhe steht wie das (bzw. die) Auslöseglied(er), wird eine seitliche Schubkraft wirksam, welche das (bzw. die) Auslöseglied(er) quer auf den Auslösedrücker zu bewegt, wodurch dem Auslösedruckkolben der Weg für seine unter dem Einfluß der Vorspannungseinrichtung erfolgende Bewegung entlang der genannten zweiten Auslöseachse freigegeben wird, sodaß er eine mit ihm verbundene Vorrichtung betätigen kann.

Der ausgefalzte Teil des Auslösedrückers ist vorteilhafterweise mit einer geneigten Fläche versehen, die eine unterstützende Kraftübertragung durch das (bzw»die) Auslöseglied(er) ermöglicht, sodaß bei der Querbewegung dieser Auslöseglieder unter dem Einfluß der Vorspannungseinrichtung, die den Auslösedruckkolben in die genannte Richtung drückt, der Auslösedrücker durch das (bzw.die) Auslöseglied(er) in die gleiche Richtung geschoben wird, in der sich auch der Auslösedruckkolben des seismischen Schalters bewegt.

Wenn also eines der beiden Elemente, die den Auslösedrücker und den Auslösedruckkolben bilden, aus einem ersten, langgezogenen Teil und das andere Element aus einem zweiten,

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hohlen Teil besteht, wel ¹TeS das erste langgezogene Ten umgibt, sodaß die erste und zweite Auslöseachse zusammenfallen, so kann das erste und zweite Element mit je einer geneigten Fläche versehen werden, wovon jede an einer radial gegenüberliegenden Seite der Auslöseglieder anliegt und dadurch mit der anderen Fläche zusammenwirkt, und kann so angeordnet werden, daß, wenn eine oder beide geneigten Flächen des ersten und zweiten Elements an einer Seite der kraftübertragenden Auslöseglieder anliegen, beim Angreifen einer Schubkraft an einem der beiden Elemente entlang der gemeinsamen Achse dieses Element durch eine entsprechende Bewegung des anderen der beiden Elemente in seiner Bewegung insofern freigegeben wird, als die an dem besagten anderen der beiden Elemente vorgesehene geneigte Fläche ebenfalls radial auf die kraftübertragenden Auslöseglieder ausgerichtet wird, sodaß die genannten Auslöseglieder radial aus dem Weg des genannten einen der beiden Elemente beiseite geschoben werden können.

Ein solcher Auslösemechanismus wird vorzugsweise mit einer Halterung von ringförmigem Querschnitt ausgestattet, die zwischen dem ersten und zweiten der obengenannten Elemente angeordnet ist; in dieser Ausführungsform können die radial beweglichen Glieder aus einer Zahl von Kugel bestehen, die einzeln in radialen Aussparungen dieser Halterung in gleichen Winkelabständen untergebracht sind.

Obwohl dasjenige Element, das entlang der Achse des ersten langgezogenen Elements einer Zwangskraft ausgesetzt ist, ggf. lediglich den Zwang der an der eigenen Masse angreifenden Schwerkraft erfahren kann, werden durch eine Ferdervorspannung höhere Auslösegeschwindigkeiten erreicht; bei einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Druckfeder zwischen Radialflanschen, die einerseits an einem Ende der Halterung und andererseits an dem zweiten hohlen Element vorgesehen

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sind, so untergebracht, daß sie das zweite hohle üileiaent von dem an der Halterung vorgesehenen Radialflansch wegdrückt.

Bei einer praktischen Ausführungsform eines solchen Auslösemechanismus stellen die geneigten Flächen des ersten und zweiten Elements jeweils innere bzw. äußere Kegelstumpfflächen dar, die in Sichtung des ilanschendes der Halterung konvergieren. Somit trifft box einer axialen Bewegung des zweiten hohlen Elementes, durch welche die Druckfeder zusammengedrückt wird, dieser, zweite hohle Element auf das erste langgezogene Element und verdrängt dieses, sodaß es gegen die radial beweglichen Kugeln drückt und dieselben radial nach außen schiebt. Anschließend liegen die Kugeln gegen eine weitere Fläche des ersten langgezogenen Elements an, die deren Zurückrollen verhindert.

Bei einer Ausführungsform, die sich besonders für die Verhinderung des Auslaufens von Kraftstoff beim Überschlag eines Hotorfahrzeugs eignet, ist der Flansch der Halterung Teil eines mit einem Ventilsitz ausgestatteten Gehäuses, und das dem Flanschende der Halterung abgewandte Ende des zweiten hohlen Elements ist mit einem Ventilteil versehen, das gegen den Ventilsitz aufläuft wenn das zweite hohle Element bei Betätigung des ersten langgezogenen Elements freigegeben wird.

Anhand der Figuren werden Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Schnittzeichnung im Aufriß durch eine elektrische Schalteranordnung, die einen seismischen Schalter gemäß der Erfindung enthält;

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Fig. 2 eine Schnittzeichnung im Aufriß durch eine ähnliche elektrische Schalteranordnung wie in Fig. 1, die eine vorzugsweise verwendete Ausführungsform eines seismischen Schalters enthält;

Fig. 5 eine Schnittzeichnung im Aufriß durch ein

Flüssigkeitsventil gemäß der Erfindung, das durch einen seismischen Schalter "betätigt werden kann.

Wie in Fig.1 dargestellt, ist eine Stahlkugel 10 in einer Kugelkammer 11 aus Spritzguß-Zinklegierung untergebracht, die eine cylindrische obere Wand 12, eine ebene ringförmige Fläche 13, eine kegelstumpf förmige Auf na hmof lache 14-, und eine kreisrunde Grundfläche 15 besitzt. V/ie dargestellt, entsteht zwischen den Flächen 13 und 14- eine kreisförmige Kante 16, deren Durchmesser größer als der Durchmesser der Kugel 10 ist und somit die Kugel 10 auf der Grundfläche aufliegen läßt.

Die Neigung OL der Fläche 14- bezüglich der Mittelachse 17 des Schalters beträgt 10°, sodaß, sobald die Neigung der resultierenden Kraft F , die auf die Kugel 10 wirkt, größer als 80° wird, eine Kraftkomponente F_a vom Betrag - F_r cos (OL +/S) entsteht, welche die Kugel 10 zwingt, entlang der Fläche 14- nach oben gegen die Kante 16 zu rollen. Wenn die Kugel 10 diese Bewegung beendet hat, ändert sie ihre Bewegungsrichtung und folgt dem gebogenen Weg 18, der sich zunehmend mehr nach der Richtung der resultierenden Kraft F_r ausrichtet, sodaß die Kugel 10 rasch auf die Geschwindigkeit beschleunigt wird, bei der sie genügend Energie entwickelt, um den Schaltkolben 19, der als Kunststoffscheibe

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ausgeführt ist, gegen das Gewicht dieses Schaltkolbens 19 und den Widerstand des Drückers 2OA eines Mikroschalters über eine Strecke 21 zu bewegen, die ausreicht um den Mikroschalter 20 zu betätigen.

Durch einfache Berechnung ist es möglich, den Durchmesser und die axiale Länge einer cylindrIschen Fläche 12 so zu gestalten, daß mit einer Kugel 10 von gegebener Masse und einem Mikroschalter 20 mit einem Drücker 2OA von gegebenem Widerstand die Kugel 10 den Schaltkolben 19 und den Drücker 2OA durch den Weg 21 vollkommen eingedrückt hat, wenn sie an der zylindrischen V/and 12 zur Ruhe gekommen ist. Die V/and 12 verhindert, daß die Kugel 10 zwischen der Kante und dem uchaltkolben 19 eingeklemmt wird, und stellt andrerseits ebenfalls sicher, daß die Kugel 10 nicht in ihre ursprüngliche Ruhestellung zurückkehrt, bevor der Winkel ß, um den die resultierende Kraft F gegen die Mittelachse geneigt ist, unter einen vorbestimmten Wert abfällt. In der Praxis liegt dieser vorbestimmte Wert bei einer typischen Größenordnung von 30°.

Der .seismische Schalter der in Fig. 2 gezeigten elektrischen Anordnung unterscheidet sich von dem in Fig.1 gezeigten dadurch, daß die Aufnahmefläche 14 eine Zylinderfläche darstellt, welche die ebene Aufnahmefläche 13 in einer kreisrunden Kante 16 schneidet, deren Durchmesser kleiner als der Durchmesser der Kugel 10- ist. Wie dargestellt, liegt die Kugel 10 auf der Grundfläche 15 auf, was jedoch nicht unbedingt erforderlich ist. Des weiteren sind Mikroschalter 20 an gegenüberliegenden Seiten der Kugelkammer 11 angeordnet, wodurch ein Schalter mit richtungsabhängiger Ansprechempfindlichkeit entsteht, der auf Stoßbelastung des Schalters aus gegenüberliegenden Richtungen anspricht. In diesem Fall drückt die Kugel 10 auf die Drücker 2OB der Mikroschalter 20.

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Ganz offensichtlich it, υ die Herstellung der Kugelkammer des in Fig. 2 dargestellten seismischen Schalters viel einfacher als die Herstellung der Kugelkammer 11 des in Fig. 1 dargestellten seismischen Schalters, da die Aufnahmefläche 14- in einem einfachen Bohrvorgang zylindrisch ausgeführt werden kann.

Auch die Wirkungsweise des abgeänderten Schalters erweist sich als vorteilhaft in Vergleich zur Wi:?kungweise des in Fig. 1 dargestellten Schalters. So wird z.B. die Kugel 10 hochgehoben, sobald der Neigungswinkel ß der auf die Kugel 10 wirkenden resultierenden Kraft F größer wird als die Hälfte des Winkels, den zwei Kugelradien, welche die kreisförmige Kante 16 an zwei diametral entgegengesetzten Punkten berühren, mit dem Mittelpunkt der Kugel bilden. Des weiteren ergibt sich infolge des gekrümmten V/eges der Kugel 10 aus dieser Bewegung der Kugel 10 für diese letztere ein erhöhter Beschleunigungswert, wie weiter oben in Bezug auf Fig. 1 dargelegt.

Bei der in Fig.3 dargestellten Anordnung ist ein ähnlicher seismischer Schalter wie der in der Anordnung nach Fig.1 verwendete mit einem Auslösemechanismus in Form eines Kraftstoffabsperrventils verbunden. In diesem Fall besteht der Schaltkolben 19 aus einer sternförmigen Kunststoffmembran mit einer Mittelnabe und drei radial angeordneten Armen, die sich frei in Schlitzen 22 bev/egen, welche im Rand 23 eines Flansches 24- ausgespart sind, der radial aus der Grundplatte einer Halterung 25 mit ringförmigem Querschnitt aus Spritzguß-Zinklegierung hervortritt. Ein erstes, langgezogenes Element in Form eines Auslösedrückers 2OC sitzt innerhalb der Halterung 25 am Schaltkolben 19 auf und kann durch diesen Schaltkolben 19 hin und her bewegt werden.

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Ein zweites, hohles JCl em ent in Torrn einer Gleitbuchse 26 aus Messing, welche einen Auslösedruckkolben bildet, ist auf der Außenfläche der Halterung 25 hin und her beweglich angeordnet und bildet ein festverbundenes Ganzes mit einem Kegel 27, der einen Gummidichtring 28 trägt. Eine Schraubendruckfeder 29, die zwischen dem Radialflansch 24 der Halterung 25 und einem an dem Kegel 27 vorgesehenen Radialflansch angeordnet ist, drückt den Kegel 27 in eine im Ventilgehäuse 32 ausgesparte Vertiefung J1, sodaß der Dichtring 28 gegen den am Rand der Aussparung 31 ausgebildeten Ventilsitz 33 gepreßt wird und somit den Flüssigkeitsstrom von einem Einlaßrohr 34 zu einem Austrittsrohr 35 unterbindet. Obwohl das Einlaßrohr 34 und das Austrittsrohr 35 als getrennte Bauteile gezeigt werden, können sie auch aus einem Teil mit dem Ventilgehäuse 33 in Spritzguß-Zinklegierung gebildet sein.

Wie dargestellt, ist die Kugelkammer 11 mit einem innenseitig abgesetzten Rand 36 ausgebildet, der den Plansch 24 der Halterung 25 und den Rand 37· am unteren Teil des Ventilgehäuses 32 aufnimmt. Der Rand 36 der Kugelkammer 11 hat eine obere Einfassung, die über eine am unteren Teil des Vontilgehäuses 32 ausgebildete kegelstumpfförmige Fläche des Randes 37 gebogen ist, und so die verschiedenen Bauteile zusammenhalt. Die inneren Teile, die von der Kugelkammer 11 und dem Ventilgehäuse 32 umschlossen werden, sind mit Öffnungen versehen, um zu ermöglichen, daß die Flüssigkeit den eingeschlossenen Raum ausfüllt; ein Gummidichtring wird zwischen den abgefasten Kanten der Ränder 23 und 37 zusammengepreßt, die durch den Rand 36 der Kugelkammer 11 zusammengehalten werden.

Bei einer Änderung des Kraftfeldes, in dem sich die Ventilanordnung befindet, z.B. wenn der seismischer Schalter als Überschlagschalter arbeiten soll und die gesamte Anordnung

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um einen V/inkel von mehr als 80° um eine Achse gedreht wird, die rechtwinklig zu der in der Zeichnung dargestellten Scbnittebene verläuft, fängt die Kugel 10 an, entlang der Fläche 14- nach unten zu rollen und fällt, sobald sie die Kante 16 erreicht, auf die Fläche 12 und verdrängt folglich den Schaltkolben 19 entlang der Achse 17·

Während sich der Schaltkolben 19 um die Strecke 21 bewegt, hebt sich eine am Auslösedrücker 2OC ausgebildete Anschlagfläche 4-OA, die von der Oberkante einer nach unten konvertierenden kegelstumpfförmigon Fläche 40 begrenzt wird, über die radiale Ebene, die durch die Mittelpunkte von radial beweglichen und in radialen Aussparungen 4-2 der Halterung untergebrachten Kugeln 4-1 verläuft. Sobald di.es geschieht, werden die Kugeln 4-1 durch eine innenseitig an der Gleitbuchse 26 ausgebildete nach unten konvertierende Kegelstumpffläche 4-3 nach innen gedruckt, und diese Bewegung der Kugeln 4-1 trägt mit dazu bei, den Auslösedrücker 2OC um den verbleibenden Rest der Strecke 21 anzuheben, sodaß die Kugeln 4-1 radial aus dem Weg der Fläche 4-3 der Gleitbuchse beiseite gedruckt werden. Infolgedessen kann nun die Druckfeder 29 den Kegel 27 in die Vertiefung 31 drücken und somit den Dichtring 28 gegen den Ventilsitz 33 pressen.

Mithin wird also durch die Betätigung des seismischen Überschlagschalters und die dadurch bedingte Freigabe eines kleinen Energiebetrags, von der Feder 29» die das Flüssigkeitsventil betätigt, eine viel größere Energiemenge freigesetzt.

Zum Rückstellen des Ventils ist ein mit einem Gummidichtring 4-5 versehener Rückstelldrücker 4-4- aus Kunststoff hin und her beweglich in einem röhrenförmigen Ansatzstück 46

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untergebracht, das sich oben am Ventilgehäuse 32 entlang der gemeinsamen Ventilachse fortsetzt, und wird durch eine Schraubendruckfeder 4-7 vom Ventilkegel 27 elastisch ferngehalten. Wenn der Rückstelldrücker 4-4- gegen don Widerstand der Feder 4-7 soweit eingedrückt wird, daß er den Ventilkegel 27 berührt, kann die Gleitbuchse 26 über die Halterung 25 nach unten gedrückt werden, bis genügend radialer Zwischenraum zwischen der Halterung 25 und der Gledtbuchso 26 besteht, damit die Kugeln 4-1 in den radialen Aussparungen 4-2 radial nach außen rollen können. Wenn der Ventilkegel 27 noch weiter nach unten gedrückt wird, drängt er das obere Ende des Auslösedrückers 2OC nach unten, bis die Kegelstumpffläche 40 über die Kugeln 4-1 hinweggleitet und so die Kugeln 4-1 radial nach außen in die Blockierstellung schiebt. Nun wird der Rückstelldrücker 4-4- losgelassen und kehrt unter dem Einfluß der Feder 4-7 in seine in Fig. 3 dargestellte Ruhestellung zurück; die Ventilanordnung ist somit erneut funktionsbereit. Venn ein seismischer Schalter und ein Auslösemechanismus als iiberschlagempfindliche Anordnung ausgebildet sind, kann diese Anordnung als Teil eines Kraftstoffventils hergestellt oder elektrisch mit einem solchen Kraftstoffventil verbunden werden, mittels dessen Motorfahrzeuge die Forderungen S 5.1, S 5.2 und S 5.5 der US-Motorfahrzeug-Sicherheitsbestimmungen (US Motor Vehicle Safety Standard) Nr. 301 bzgl. dos einwandfreien Zustands des Kraftstoffsystems erfüllen können, durch die sichorgestellt wird, daß Personenkraftwagen und Fahrzeuge u^b einem zulässigen Brutto-Gesamtgewicht (G.V.W.R) von (6000 IdJ oder darunter einen Kraftstoffverlust von weniror als (1 ozJ pro Minute oder

T55,5 g
von insgesamt weniger als (5 oz.) erleiden, wenn sie um ihre Längsachse schrittweise um je 90° mit einer gleichbleibenden Geschwindigkeit gedreht werden, bei dor für die Drehung um 90° eine Zeitdauer von 1-3 Minuten benötigt wird, und wenn nach jedem Drehschritt von 90° das Fahrzeug 5 Minuten lang in der erreichten Stellung festgehalten wird.

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Claims

1& -

Pa tentansprüche

1] Seismischer Schalter, (seismonastic switch) dadurch gekennzeichnet, daß er eine konkave Aufnahme (13,IA und 15), Gino seismische Rollmasse (10), die in der Aufnahme unterr;obmcht ist, und dio bei einer vorbestimmten Änderung oi nor i'.'!iull. iorondon Kraft (F_r), welche die Rollmasse in oiim liwlioMl.ol 1 nur; :*.wini;;b, hug ei i cool· Ruhestellung in eine Λι·ΐ>οί Uuil'.fl Ium¹,' iiboi',";ohon knnn, und ein Schaltglied (19) enthält, das von der Rollmasse betätigt wird wenn sich diese in ihrer Arbeitsstellung befindet, wobei die Aufnahme eine konkave Fläche mit einem Bereich umfaßt, der von der seismischen Rollmasse während ihrer Bewegung von der Ruhestellung in die Arbeitsstellung eingenommen wird, und bei dem die Neigung (α) der Aufnahmefläche gegenüber der Hauptachse (17) größer wird, während diese Hauptachse mit der obengenannten resultierenden Kraft zusammenfällt und durch den Mittelpunkt der Rollmasse verläuft wenn diese unter dem Einfluß der genannten resultierenden Kraft sich in der Ruhestellung befindet.

2. Seismischer Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Teil (13) der Aufnahmefläche durch eine Wandung (12) begrenzt wird, und daß der Abstand zwischen dieser Wandung (12) und dom Bereich (16), bei dem sich die Neigung ( C) der Aufnahmefläche vergrößert, so bemessen ist, daß bei Betätigung des Schalters die seismische Rollmasse (10) gegen die Y/andung (12) anliegt,

3. Seismischer Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die seismische Rollmasse (10) kugelförmig ausgebildet ist, und daß das Schaltelement (19) von einem Druckstempel gebildet wird, der beim übergang der Rollmasse (10) von der Ruhestellung in die Arbeitsstellung von dieser Rollmasse (10) aus einer ersten Stellung in eine zweite Stellung

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bewegt werden kann, um dadurch den Schalter zu betätigen.

A-. Seismischer Schalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein zusätzlicher Druckstempel (20B) von einer ersten Stellung in eine zweite Stellung bewegt werden kann, um den Schalt -Vorgang auszulösen, und daß nich die soi oinische Rollmasse (10) aus ihrer Ruhestellung in oino Violzahl von Arbeitsstellungen bewegen kann, um din onbr.prochondon Deuckstompol (20Λ und 20B) von ihrer ersten Stellung in ihre zweite Stellung zu bringen, wobei jeder Druckstempel (2OA und 20B) zur Ruhestellung der Rollmasse radial angeordnet ist und von jedem anderen Druckstempel (2OA und 20B) einen gegebenen Winkelabstand besitzt.

5. Seismischer Schalter nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß Teile der konkaven Fläche (13,14 und 15) in verschiedenen Winkelabständen verschiedene Neigungswinkel ((X)mit der Hauptachse (17) bilden.

6. Seismischer Schalter nach Anspruch 3 oder 4,dadurch gekennzeichnet, daß die konkave Fläche (13,14- und 15) der Aufnahme eine Rotationsfläche um die Hauptachse (17) darstellt.

7. Seismischer Schalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich (16), bei dem die Neigung (Oi) der Aufnahmefläche größer wird, eine kreisförmige Kante bildet, die im Durchmesser kleiner als die kugelförmige Rollmasse (10) ist, daß der innere Teil (14) der Aufnahmefläche zylindrisch ausgebildet -und der äußere Teil (I3) der Aufnahme fläche eben und senkrecht zur Hauptachse (17) angelegt ist.

8. Seismischer Schalter nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Auslösemechanismus

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besitzt, der einen Auslösedrücker (20C) enthält, welcher vom Druckkolben (19) des Schalters entlang der Auslösehauptachse (17) hin und her bewegt werden kann, einen Auslösedruckkolben (26 und 27), der entlang einer zweiten Auslöseachse (17) hin und her bewegt werden kann, eine Vorspannungseinrichtung (29), die den Auslösedruckkolben (26 und 27) in einer bestimmten Richtung entlang der genannten Auslöseachse (17) drückt, und mindestens ein Auslöseglied (4-1), das zwischen dem Auslösedrücker (200) und dem Auslösedruckkolben (26 und 27) angeordnet und quer zur zweiten Auslöseachse (17) beweglich ist,wobei der Auslösedruckkolben (26 und 27) mit einer geneigten Fläche (4-3) ausgestattet ist, um eine unterstützende Kraft auf eine Seite des genannten Auslösegliedes (4-1) auszuüben und dasselbe gegen den Auslösedrücker (200) zu schieben, während der Auslösedrücker (200) mit einer Auflagefläche (4-0Λ), die gegen das genannte Auslöseglied (4-1) anliegt, um die genannte Querbewegung zu verhindern, und mit einem ausgefalzten Teil (4-0) versehen ist, der axial von der Auflagefläche (4-OA) abgesetzt is't, und zwar auf der gleichen Seite der Auflagefläche (4-OA) wie der Auslösedrücker (19) des Schalters.

Seismischer Schalter nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der ausgefalzte Teil (4-) des Auslösedrückers mit einer geneigten Fläche versehen ist, die eine unterstützende Kraftübertragung durch das genannte Auslöseglied (4-1) ermöglicht, sodaß bei der Querbewegung des genannten Auslösegliedes (4-1) unter dem Einfluß der Vorspannungseinrichtung (29), die den Auslösedruckkolben (26 und 27) in die genannte Richtung drückt, das genannte Auslöseglied (4-1) den Auslösedrücker (20C) in die gleiche Richtung schiebt, in der sich auch der Auslösedruckkolben, (26 und 27) des Seismischer Schalters bewegt.

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10. Seismischer Schalter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslösedrücker ein erstes, langgezogenes Element (200)enthält, während der Auslösedruckkolben ein zweites, hohles Element (26) enthält, welches das erste Element (200) umgibt, wodurch die erste und zweite Auslöseachse zusammenfallen, daß eine Halterung (25) mit ringförmigem Querschnitt zwischen dem ersten und zweiten Glied (200 und 26) angeordnet ist, und daß eine Zahl von Kugeln (4-1), welche die radial beweglichen Auslöseglieder darstellen, in radialen Aussparungen der Halterung (25) in gleichen Winkelabständen untergebracht sind.

11. i.'.cj.r.rni'-ohör Schalter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet., cl.Mli die Voi.v.pi)imun;-;se inr i chtung eine Druckfeder (29) Dnljh'ill., il i.o /.wischen lindialf lonschon ( 4 und 50), die oinoPGoits an einem Ende der Halterung (25) und andrerseits an dem zweiten hohlen Element (26) vorgesehen sind, so untergebracht ist, daß sie das zweite hohle Element (26) von dem an der Halterung (25) vorgesehenem Radialflansch (24)wegdrückt,

12. Seismischer Schalter nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und zweite Element (20C und 26) jeweils mit einer inneren bzw. äußeren kegelsturapfförmigen Fläche (40 und 43) versehen sind, die in Richtung des Flanschendes der Halterung (25) konvergieren, und daß bei einer axialen Bewegung des zweiten hohlen Elementes (26) durch welche die Druckfeder (29) zusammengedrückt wird, dieses zweite hohle Glied (26) auf das erste langgezogene Element (200) trifft und dieses verdrängt, sodaß die kegelstumpfförmige Fläche (40) des ersten langgezogenen Elements (200) gegen die radial beweglichen Kugeln (41) drückt und dadurch die genannten Kugeln (41) radial nach außen geschoben werden, daß sich die Auflagefläche (40A) des ersten langgezogenen Elements (200) gegen die genannten Kugeln (41) anlegt und so ein Zurückrollen dieser Kugeln (41) verhindert.

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13· Seismischer Schalter nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Flansch (2A-) an der Halterung (25) ein Teil eines mit einem Ventilsitz (33) versehenen Gehäuses ist, und das dem Flanschende der Halterung (25) abgewandte Ende (27) des zweiten hohlen Elements (26) mit einem Ventildichtungselement (28) ausgestattet ist, das gegen den genannten Ventilsitz (33) zu liegen kommt wenn das zweite hohle Element (26) bei Betätigung des ersten Elements (20C) freigegeben wird.

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