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Beschreibung Beschleunigungsaufnehmer, insbesondere als Sensor für
Sicherheitseinrichtungen in Personenbeförderungsmitteln Die Erfindung betrifft einen
Beschleunigungsaufnehmer, insbesondere als Sensor für Sicherheitseinrichtungen in
Personenbeförderungsmitteln, z. B. automatische Sicherheitsgurt-Aufroller.
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Sensoren für automatische Gurtaufroller in Fahrzeugen sollen die jeweils
auf das Fahrzeug einwirkenden Beschleunigungen oder Verzögerungen erfassen und beim
Überschreiten bestimmter Grenzwerte, die z. B. bei einem Unfall auftreten, das weitere
Abrollen des im Gurtaufroller gespeicherten Gurtbandes blockieren.
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Bekannt sind Senoren, die als Pendel oder in einer Pfanne bewegliche
Kugel ausgebildet sind und deren Auslenkung bei Beschleunigung oder Verzögerung
direkt oder indirekt auf ein Blockierelement übertragen wird. Diese Sensoren arbeiten
allerdings nur solange einwandfrei, wie sich das Fahrzeug, z. B.
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ein Kraftfahrzeug, in einer im wesentlichen horizontalen Lage befindet.
Wenn das Fahrzeug beispielsweise auf einer Steigung eine Schräglage im Bereich zwischen
15 und 200 einnimmt, wird mit den bekannten Sensoren eine Blockierung ausgelöst,
weil die
unter diesen Umständen wirksame Erdbeschleunigung eine
entsprechende Beschleunigung oder Verzögerung des Fahrzeuges simuliert. Mit anderen
Worten sind die bekannten Sensoren nicht lageunabhängig.
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Es ist zwar bereits daran gedacht worden, herkömmliche Senoren manuell
oder automatisch so zu schwenken, daß sie sich immer in einer bestimmten Lage zum
Vektor der Erdbeschleunigung befinden, wie es z. B. erforderlich ist, wenn Gurtaufroller
bzw. deren Sensoren in die verstellbare Rückenlehne eines Kraftfahrzeugsitzes eingebaut
werden, aber dies erfordert ein ständiges Nachstellen und beseitigt nicht die oben
erwähnten Probleme.
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Aufgabe der Erfindung ist es, Beschleunigungen, inbesondere in einem
Kraftfahrzeug, weitgehend oder vollständig unabhängig von der jeweiligen Lage des
Fahrzeuges zu erfassen.
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Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe sowie vorteilhafte Ausgestaltungen
derselben ergeben sich aus dem Inhalt der Patentansprüche, welche dieser Beschreibung
vorangestellt sind.
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Die Wirkungsweise und die Funktionsfähigkeit des erfindungsgemäßen
Beschleunigungsaufnehmers beruht auf der Wesensgleichheit von schwerer und träger
Masse bzw. von Gravitationsfeldern und Führungsfeldern. Grundsätzlich läßt sich
der Beschleunigungsaufnehmer durch einen geschlossenen und vollständig mit einer
Flüssigkeit gefüllten Behälter mit kugelförmigem Innenraum verwirklichen, in dessen
Mittelpunkt der Druckmeßfühler angeordnet ist. In einem solchen Behälter ist nämlich
der Druck im Mittelpunkt unter der Wirkung der Erdbeschleunigung bei allen Lagen
gleich, weil sich der Druck in der Flüssigkeit nur in Abhängigkeit von der Höhe
der Flüssigkeitssäule in Richtung des Vektors der Erdbeschleunigung ändert.
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Deshalb kann der Beschleunigungsaufnehmer in jeder Lage eingebaut
werden.
Varianten für besondere Einbauverhältnisse werden nicht benötigt. Erfährt nun der
Beschleunigungsaufnehmer bzw.
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das Fahrzeug, in das der Beschleunigungsaufnehmer eingebaut ist, bei
Fahrt auf einer Ebene eine zusätzliche Beschleunigung, dann ändert sich der Druck
im Mittelpunkt des Innenraums des Behälters entsprechend der Resultierenden aus
dem Vektor der Erdbeschleunigung und dem Vektor der zusätzlichen Beschleunigung.
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Durch entsprechende Eichung kann aus dem vom Druckmeßfühler gelieferten
Signalen die tatsächliche zusätzliche Beschleunigung bestimmt werden.
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Erfährt z. B. das Fahrzeug oder der darin eingebaute Beschleunigungsaufnehmer
eine senkrecht zur Erdbeschleunigung wirkende Beschleunigung oder Verzögerung von
etwa 0,4 g, dann ist die resultierende Beschleunigung etwa 8 % größer als die Erdbeschleunigung,und
dementsprechend steigt auch der Druck im Mittelpunkt um etwa 8 % an.
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Der Beschleunigungsmesser funktioniert aber auch bei Schräqlage des
Fahrzeuges, wenn auch mit veränderter Ansprechschwelle.
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Befindet sich das Fahrzeug z. B. auf einer Talfahrt mit einer Steigung
von etwa 300 und erfährt eine Verzögerung von etwa 0,4 g, dann ist die resultierende
Beschleunigung etwa 25 % größer als die Erdbeschleunigung, und dementsprechend steigt
der Druck im Mittelpunkt der Kugel um etwa 25 % an. Dies bedeutet, daß in einem
solchen Fall der Sensor, der die Blockierung des Gurtaufrollers bei bestimmten Beschleunigungs-
oder Verzögerungswerten von z. B. 0,4 g auslöst, bereits wesentlich unterhalb dieser
Grenze anspricht und die Blockierung hervorruft. Unter den gegebenen Umständen ist
dieses NMitdenkenfl der Sensoren nicht nur erwünscht, sondern auch notwendig, weil
bei einer solchen Talfahrt die Insassen des Fahrzeuges sich nur unter Einsatz von
zusätzlicher Muskelkraft in den Sitzen halten können. Fährt gekehrt das Kraftfahrzeug
eine Steigung hinauf,
dann würde der Sensor erst bei Beschleunigungen
über 0,4 g ansprechen. Auch das ist sinnvoll.
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Der Behälter kann mit allen notwendigen Einrichtungen zur Aufrechterhaltung
seiner Funktion versehen sein, z. B. mit einer Einrichtung zum Druckausgleich bei
insbesondere durch Temperaturänderungen bedingten Volumenänderungen der Flüssigkeit
und/oder des Behälters. Als Flüssigkeit kann grundsätzlich jede beliebige Flüssigkeit
verwendet werden. Zweckmäßig ist jedoch eine Flüssigkeit, deren Temperaturausdehnungskoeffizient
möglichst klein ist. Vorteilhaft sind auch Flüssigkeiten, deren spezifisches Gewicht
verhältnismäßig hoch ist, weil dadurch die tatsächlich vom Druckmeßfühler gemessene
Druckdifferenz einerseits bei Einwirkung nur der Erdbeschleunigung und andererseits
bei Einwirkung zusätzlicher Beschleunigung oder Verzögerung vergrößert wird.
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Als Druckmeßfühler eignen sich sowohl elektrische als auch mechanisch-elektrische
Systeme, deren Ausgangssignale jeweils einer Auswert- und Steuerschaltung zugeführt
werden, die dann die Blockierung des Gurtaufrollers steuert Im allgemeinen genügt
ein einziger erfindungsgemäßer Beschleunigungsaufnehmer als zentraler Sensor in
einem Fahrzeug mit automatischen Gurtaufrollern, die insbesondere eine elektromagnetische
Blockiereinrichtung aufweisen.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung wiedergegeben,
die in folgenden erläutert werden Es zeigen: Fig. 1 in schematischer Darstellung
einen Beschleunigungsaufnehmer als Sensor für automatische Gurtaufroller in Kraftfahrzeugen,
Fig. 2 eine andere Ausführungsform des Gegenstandes nach Fig. 1-
Der
in Figur 1 dargestellte Beschleunigungsaufnehmer weist einen kugelförmigen Behälter
auf, der vollständig mit einer Flüssigkeit 2 gefüllt ist Bei der Flüssigkeit handelt
es sich hier um ein <tJ1 mit einem geringen Temperaturausdehnungskoeffizienten.
Die Flüssigkeit wird durch einen Einfüllstutzen 3 in den Behälter 1 eingefüllt.
An den Einfüllstutzen 3 oder an eine andere Stelle des Behälters 1 kann eine Einrichtung
zum Druckausgleich bei insbesondere durch Temperaturänderungen bedingten Volumenänderungen
der Flüssigkeit und/oder des Behälters angeschlossen sein.
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Im Innern des Behälters 1 befinden sich ein oder mehrere in der Figur
vereinfacht angedeutete Träger 4 für einen im Sugelmittelpunkt des Behälters 1 angeordneten
Druckmeßfühler 5, der beim in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ein elektrischer
Druckmeßfühler mit elektrischen Anschlußpunkten 6, 7 ist, an die Leitungen 8, 9
anschließen, welche über Durchführungen 10 aus dem Behälter 1 hinausgeführt sind.
Die Anschlußpunkte 6, 7 und die Leitungen 8, 9 sind isoliert. Die Leitungen 8, 9
führen zu einer Auswert- und Steuerschaltung 11, die die einkommenden Signale verarbeitet
und deren Ausgangssignale bei Überschreitung bestimmter Beschleunigungs- oder Verzögerungswerte
daran angeschlossene, nicht dargestellte Gurtaufroller blockieren.
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Die Schaltung 11 weist Anschlüsse 12 für eine Spannungsquelle sowie
einen oder mehrere Anschlüsse 13 für zu den Gurtaufrollern führende Leitungen auf.
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Bei dem in Figur 2 dargestellten kugelförmigen Behälter 1 erstreckt
sich in den Innenraum des Behälters lediglich ein Träger 4, der als Hohlkörper ausgebildet
ist und an seinem freien Ende eine schalenförmige Gestalt aufweist, an deren Rand
14 abgedichtet eine Membran 15 befestigt ist, so daß der vom Träger 4 gebildete
Hohlraum 16 gegenüber dem Innenraum des Behälters 1 ebenfalls abgedichtet ist. An
die Membran 15 ist mittig ein Stößel 17 angeschlossen, der sich durch den Hohlraum
16 und
durch den hohlen Träger 4 sowie durch einen an den Behälter
angeschlossenen ringförmigen Stutzen 18 erstreckt. Der Stutzen 18 trägt eine Abschlußplatte
19, die innenseitig ein Widerlager für eine Feder 20 bildet, deren anderes Ende
auf einem am Stößel 17 befestigten Teller 21 abgestützt ist.
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Die Feder 20 entspricht der in herkömmlichen Gurtaufrollern angeordneten
sogenannten g-Wert-Feder, deren Federcharakteristik das Ansprechverhalten des Sensors
und damit die Blockierung des Gurtaufrollers steuert. Als Staubschutz ist eine auf
der Außenseite des Behälters 1 angeordnete und den Stößel 17 umgebende Lippendichtung
22 vorgesehen.
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Das freie Ende 23 des Stößels 17 erstreckt sich durch eine oeffnung
24 der Abschlußplatte 19 und beaufschlagt eine gelenkig an einer mit der Abschlußplatte
19 verbundenen Konsole gelagerte Zunge 26, die an ihrem freien Ende einen Kontakt
27 trägt, der mit einem weiteren Kontakt 28 als Schalter zusammenwirkt. Dieser Kontakt
28 befindet sich an einer weiteren Konsole 29, die unter Zwischenschaltung eines
Isolators 30 an der Abschlußplatte 19 befestigt ist. Die Anschlußpunkte 6 und 7
befinden sich an der Konsole 29 bzw. am Stutzen 18.
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Da der Schalter 27, 28 des Ausführungsbeispiels nach Figur 2 lediglich
bei Überschreiten vorgegebener Grenzwerte schließt, kann auf eine Auswert- und Steuerschaltung
verzichtet und der Beschleunigungsaufnehmer unmittelbar in den Stromkreis elektromagnetischer
Blockiereinrichtungen von automatischen Gurtaufrollern geschaltet werden.
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Die in der Beschreibung, den Patentansprüchen und der Zeichnung offenbarten
Xkrkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen
untereinander für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen
wesentlich sein.