DE2850836B1 - Elektromagnetischer Geber - Google Patents

Description

• In den Fällen, in denen der Geber zur Auslösung von Zündeinrichtungen und dgl. dient, sollen in der Regel nur Beschleunigungskräfte einer Bewegungsrichtung erfaßt werden. Dazu ist vorteilhafterweise die Induktionsspule über eine Richtungsdiode mit einem Schwellwertschalter verbunden.
• Eine Überprüfung des Gebers oder der nachgeschalteten elektrischen bzw. elektronischen Einrichtungen ist durch die Weiterbildung des erfindungsgemäßen Gebers gemäß Anspruch 5 oder 6 leicht durchführbar.
• Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Gebers sowie ein Beispiel für dessen Anwendung ist in den nachfolgend beschriebenen Figuren schematisch dargestellt. Es zeigt F i g. 1 ein Ausführungsbeispiel eines elektromagnetischen Gebers; F i g. 2 ein Anwendungsbeispiel des elektromagnetischen Gebers mit einer Prüf- und einer Auswerteschaltung.
• Bei dem in F i g. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel wird ein Magnet 1 durch eine Zugfeder 2 auf eine Abschlußplatte 3 eines zylindrischen Gehäuses 4 gezogen. Die Masse des Permanentmagneten 1 sowie die Vorspannung der Zugfeder 2 bestimmen die Mindestbeschleunigung (Richtung 8) bei der der als träge Masse wirkende Magnet von der Platte 3 abhebt Die träge Masse kann auch aus einem Permanentmagneten und einer zusätzlich daran befestigten definierten Masse zusammengesetzt sein. Der Permanentmagnet 1 wird bei seiner Bewegung durch die zylindrische Wand des Gehäuses 4 geführt. In die Wand des Gehäuses 4, welches aus nicht magnetischem Material besteht, sind eine Induktionsspule 5 und eine Prüfspule 14 eingebettet. Das Gehäuse 4 befindet sich in einem Führungsgehäuse 9, welches durch eine Grundplatte 12 einseitig abgeschlossen ist. Das zylindrische Gehäuse 4 wird über eine zweite, den Gehäusedurchmesser überragende Abdeckplatte 11 durch eine Zugfeder 10 in die Grundplatte 12 mit einer definierten Vorspannung gedrückt. Ein die vorgenannten Teile umgebender zylindrischer Dämpfungskolben 13 wirkt parallel zur Feder 10 zwischen den Platten 11 und 12. Der Dämpfungskolben wirkt nur gegen die Federkraft der zweiten Feder, also nur, wenn sich die Platten 11 und 12 aufeinander zubewegen. Die entgegengerichtete Bewegung bleibt ungedämpft.
• Für die Anwendung des Gebers zur Auslösung von Sicherheitseinrichtungen in Kraftfahrzeugen werden die Federn 2 und 10 auf Werte vorgespannt, welche einen für eine Unfallsituation typischen Beschleunigungsbereich begrenzen. Die Feder 2 bestimmt dabei die Mindestbeschleunigung, z. B. 4 g, bei der der Geber anspricht; kurzzeitige Beschleunigungen, z. B. über 20 g, werden aufgrund der entsprechenden vorgespannten Feder 10 nur mit diesem Grenzwert auf den Permanentmagneten 1 übertragen. Die Dämpfung 13 verhindert dabei, daß nach dem Nachlassen derartiger Spitzenbeschleunigungen die an der Platte 11 befestigten Teile einschließlich des Permanentmagneten sofort zurückfedern und durch die Rückbeschleunigung der Permanentmagnet 1 relativ zur Induktionsspule bewegt wird. Die Dämpfung kann dabei so eingestellt sein, daß beispielsweise die Rückbeschleunigung einen Wert von kleiner 4 g nicht überschreitet.
• Bei dem in F i g. 2 gezeigten Anwendungsbeispiel ist der Geber G einerseits mit einer Prüfschaltung P und andererseits über eine Richtungsdiode 24 und eine Freilaufdiode 25, einen Schwellwertschalter 21 mit einem Zündgerät 22 verbunden. Im allgemeinen dürfte das Ausgangssignal der Induktionsspule 5 ausreichend sein, um ohne weitere Verstärkung den Schwellwertschalter 21 unmittelbar ansteuern zu können. Bei Erreichen einer bestimmten Geschwindigkeitsdifferenz wird durch das Signal der Induktionsspule 5 der Schwellwertschalter durchgeschaltet, welcher seinerseits das Zündgerät 22 triggert, das seinerseits ein elektroexplosives Element oder eine pyrotechnische Ladung 23 anfeuert.
• Es kann dem Schwellwertschalter 21 ein zweiter oder weiterer Schwellwertschalter mit anderen Schwellwertspannungen parallelgeschaltet sein, die ihrerseits weitere Zündgeräte mit angeschlossenen elektroexplosiven Elementen anfeuern können. Hierzu kann es erforderlich sein, daß das Signal der Spule 5 über ein Filter von Störfrequenzen befreit und über einen Verstärker verstärkt wird.
• Wird nicht eine gewisse Geschwindigkeitsdifferenz als Auslösekriterium gewünscht, sondern eine bestimmte erreichte Wegstrecke, so kann dem Schwellwertschalter ein Integriergerät vorgeschaltet sein. Entsprechend könnte durch Differentation des Ausgangssignals der Induktionsspule auch die Beschleunigung mit dem erfindungsgemäßen Geber ermittelt und als Auslösekriterium verwertet werden.
• Zur Prüfung der gesamten Einrichtung kann durch die Prüfspule 14 ein definierter Stromstoß geleitet werden Dieser induziert in der Induktionsspule 5 eine entsprechende Spannung. Hiermit kann ohne weiteren Aufwand der elektrische Prüfkreis mit allen Schwellwerten leicht getestet werden. Die Empfindlichkeit des Permanentmagneten 1 und dessen Induktionssignal auf die Induktionsspule 5 läßt sich ohne Ausbau des Gebers ebenfalls überprüfen. Dazu kann der Permanentmagnet 1 über ein Seil oder eine Stange 17 mit definierter Geschwindigkeit und Amplitude aus der Ruhelage ausgelenkt werden. Bei entsprechender Umpolung der Anschlüsse 6 und 7 kann die Überprüfung auch dadurch erfolgen, daß der Permanentmagnet langsam über eine bestimmte Strecke aus seiner Ruhelage ausgelenkt wird und dann freigegeben wird.
• Die Erzeugung eines Stromstoßes geschieht in der Prüfschaltung P, wo über einen Ladewiderstand 31 ein Kondensator 32 aufgeladen wird, der seinerseits über einen Thyristor 33 oder einen diesem parallel geschalteten mechanischen Schalter 34 mit den Anschlüssen 15 und 16 der Prüfspule 14 verbunden ist. Durch Zünden des Thyristors 33 oder Schließen des Schalters 34 wird der Kondensator 32 über die Prüfspule 14 entladen.
• Durch Änderung der Ladespannung oder durch Verwendung verschiedener Kapazitätswerte des Kondensators 32 lassen sich verschiedene Schwellwerte erzeugen.

Claims (6)

1. Patentansprüche: 1. Elektromagnetischer Geber mit einer Induktionsspule und einem relativ zur Spulenlängsachse beweglichen Permanentmagneten als träge Masse, der über eine Feder mit der Induktionsspule mechanisch gekoppelt ist, d a d u r c h gekennz e i c ha e t, daß die Induktionsspule (5) über eine zweite Feder (10) und ein parallel dazu angeordnetes, der Federkraft der zweiten Feder entgegenwirkendes Dämpfungselement (13) mit einer Beschleunigungskräfte aufnehmenden Grundplatte (12) verbunden ist, und daß die Federkonstante der zweiten Feder (10) größer ist als die der ersten Feder (2).
2. 2. Elektromagnetischer Geber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet im Ruhezustand durch die erste Feder (2) auf einem mit der Induktionsspule (5) verbundenen Anschiag (3) unter einer definierten Vorspannung gehalten wird.
3. 3. Elektromagnetischer Geber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktionsspule (5) über die zweite Feder (10) unter einer definierten Vorspannung auf der Grundplatte (12) gehalten wird.
4. 4. Elektromagnetischer Geber nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktionsspule (5) über eine Richtungsdiode (24) mit einem Schwellwertschalter (21) verbunden ist.
5. 5. Elektromagnetischer Geber nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (1) eine Zug- oder Schubeinrichtung (17) aufweist, mit welcher dieser gegen die Federkraft der ersten Feder (2) aus der Ruhelage auslenkbar ist.
6. 6. Elektromagnetischer Geber nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine induktiv mit der Induktionsspule (5) gekoppelte Prüfspule (14), welche mit einer Einrichtung (P) zur Erzeugung definierter Stromstöße verbunden ist.

   Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Geber mit einer Induktionsspule und einem relativ zur Spulenlängsachse beweglichen Permanentmagneten als träge Masse, der über eine Feder mit der Induktionsspule mechanisch gekoppelt ist.

   Derartige Geber sind hinlänglich bekannt und beispielsweise bei Christoph Rohrbach »Handbuch für elektrisches Messen mechanischer Größen«, VDI-Verlag 1967, in dem Kapitel D 6.2. »Elektromagnetische Geber« beschrieben. Bei diesen Gebern ist das Ausgangssignal, d. h. die induzierte Spannung, proportional zur Relativgeschwindigkeit zwischen der Induktionsspule und dem Permanentmagneten. Daher können Geschwindigkeiten bzw. Geschwindigkeitsänderungen mit elektromagnetischen Gebern direkt aus Beschleunigungskräften ohne Zwischenschaltung einer Integrationsstufe ermittelt werden. Typische technische Gebiete, in denen beschleunigungsempfindliche Geber mit derartigen Eigenschaften zur Anwendung kommen, sind beispielsweise elektrische Zündeinrichtungen für militärische Flugkörper oder für Sicherheitseinrichtungen in Kraftfahrzeugen. Bei diesen Auslösevorrichtungen wird der Aufschlag bzw. Aufprall eines größeren Körpers (Flugkörper bzw. Kraftfahrzeug) durch den Geber erfaßt und in ein entsprechendes elektrisches Signal umgewandelt. Da jedoch lediglich der eigentliche Zielaufschlag bzw. unfallbedingte Aufprall zur Auslösung einer Zündeinrichtung führen soll, müssen andere Ereignisse, welche ebenfalls zu Gebersignalen führen, z. B. das Berühren des Flugkörpers von Zweigen u. dgl.

   bzw. kurze Schläge oder Stöße auf die Kraftfahrzeugkarosserle, unterdrückt werden. Dies wird beispielsweise, wie in der DE-OS 2222 038, durch eine Anzahl von elektrischen Bauteilen erreicht, welche lediglich Beschleunigungswerte, die innerhalb eines durch obere und untere Schwellwerte begrenzten Bereiches liegende Beschleunigungswerte erfassen und aufintegrieren. Die dazu erforderliche Elektronik ist vergleichsweise störanfällig.

   Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, einen Geber insbesondere für Anwendungsgebiete der oben genannten Art zu schaffen, durch welchen auf ein Großteil der bisher erforderlichen Elektronik verzichtet werden kann.

   Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Induktionsspule über eine zweite Feder und ein parallel dazu angeordnetes, der Federkraft der zweiten Feder entgegenwirkendes Dämpfungselement mit einer Beschleunigungskräfte aufnehmenden Grundplatte verbunden ist, und daß die Federkonstante der zweiten Feder größer ist als die der ersten Feder. Beschleunigungskräfte wirken folglich nicht direkt auf die Induktionsspule, sondern indirekt über ein vorgeschaltetes Feder-Dämpfungssystem. Gegenüber kurzen Beschleunigungsstößen verhält sich das System, bestehend aus Induktionsspule, erster Feder und Permanentmagneten, als träge Masse bezüglich ihrer Wirkung auf die zweite Feder und das Dämpfungselement. Wirkt nun eine Beschleunigungskraft auf die Grundplatte, so wird zuerst das Feder-Dämpfungssystem ungedämpft so weit komprimiert bzw. expandiert, bis die Federkraft die Beschleunigungskraft kompensiert. Der Weg, den das System bestehend aus Induktionsspule, erster Feder und Permanentmagnet dabei relativ zur Grundplatte zurücklegt, ist abhängig von den Maßen dieser Teile sowie der Länge und der Federkraft der zweiten Feder.

   Während des Zeitraumes, in welchem das Feder-Dämpfungssystem komprimiert bzw. expandiert wird, wird somit im Idealfall - d. h. unendlich steiler Beschleunigungsanstieg und keine Reibungsverluste - in der Induktionsspule keine Spannung induziert. Fällt die Beschleunigung während dieses Zeitraumes wieder ab, so wandert das System, bestehend aus Induktionsspule, erster Feder und Permanentmagnet, gedämpft durch das Federdämpfungselement langsam wieder in die Ruhestellung zurück. Durch die Dämpfung der Rückbewegung wird vermieden, daß es hierbei zu einer Relativbewegung zwischen der Induktionsspule und dem Permanentmagneten kommt. Hält die Beschleunigungskraft auch über den vorher genannten Zeitraum hin an, so wird auch die erste Feder belastet und es kommt zu einer entsprechenden Auslenkung des Permanentmagneten relativ zur Induktionsspule.

   Der erfindungsgemäße Geber reagiert also auf Beschleunigungsspitzen, ähnlich wie die in der vorher genannten DE-OS beschriebene Auslösevorrichtung.

   Dies wird jedoch ohne ein elektronisches Bauteil erreicht.

   Definierte untere und obere Beschleunigungsschwellwerte, zwischen denen der Geber anspricht, werden durch die Maßnahme gemäß Anspruch 2 bzw. 3 erreicht.