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Die Erfindung bezieht sich gattungsgemäß auf einen Beschleunigungs-
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schalter zur Verwendung als Sicherheitsschalter in Kraftfahrzeugen,
-mit Schaltertopf mit Schaltertopfdeckel und Schaltertopfboden, Magnetanordnung,
ferromagnetischer Sensorkugel und Schalteinrichtung, wobei der Schaltertopf einen
rotationssymmetrischen Aufnahmeraum für die Sensorkugel aufweist, wobei sich im
Schaltertopfboden eine zentrische Ausnehmung befindet, die von einem Ringmagneten
umgeben ist und ein Sensorkugelruhelager bildet, aus dem die Sensorkugel unter dem
Einfluß von Beschleunigungskräften entfernbar ist, wenn diese einen durch die Feldstärke
der Magnetanordnung vorgegebenen Schwellwert überschreiten, wobei fernerhin die
Sensorkugel die Schalteinrichtung betätigt. - Solche Beschleunigungsschalter sprechen
bekanntlich auf unfallbedingte Beschleunigungskräfte an, und zwar, bezogen auf dei
Achse des Aufnahmeraumes, unabhängig von der Richtung der Beschleunigungskräfte.
Sie dienen dazu, elektromechanische Einrichtungen zu steuern, die z. B. eine verschlossene
Zentralverriegelung öffnen oder einen Sicherheitsgurt lösen, so daß die Insassen
eines verunglückten Kraftfahrzeuges dieses verlassen oder aus diesem leicht geborgen
werden können. Weil bei einem Kraftfahrzeugunfall auch Kurzschlüsse im elektrischen
Leitungssystem auftreten könnten, verlangt die Praxis, daß der Beschleunigungsschalter
nach einem Unfall ohne störend große Totzeit anspricht, weil innerhalb einer großen
Totzeit infolge eines unfallbedingten Kurzschlusses
die Batterie
des Kraftfahrzeuges bereits zusammenbrechen könnte. Im übrigen verlangt die Praxis
die genaue Einhaltung vorgegebener Empfindlichkeitswerte.
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Bei dem bekannten gattungsgemäßen Beschleunigungsschalter (DE-OS 30
22 878) besteht die Magnetanordnung aus einem topfartigen Permanentmagneten. Die
Schalteinrichtung ist eine mechanische Schalteinrichtung, und zwar gleichsam in
Form eines Membranschalters, der unter dem Schaltertopfdeckel angeordnet ist. Die
Ausnehmung, die das Sensorkugelruhelager definiert, hat in bezug auf die Sensorkugel
einen verhältnismäßig großen Durchmesser. Der bekannte Beschleunigungsschalter ist
mit der Totzeit behaftet, die aus der Tatsache resultiert, daß die Sensorkugel den
Weg zwischen Sensorkugelruhelager und Schalteinrichtung überwinden und diese verformen
muß. Die Empfindlichkeit ist zwar in erster Näherung durch den Schwellwert vorgegeben,
der aus der Feldstärke der Magnetanordnung resultiert, jedoch verändern Kälte und
Hitze die rein geometrischen Parameter des bekannten Beschleunigungsschalters, auch
kann häufig nicht ausgeschlossen werden, daß der Permanentmagnet im Laufe der Zeit
durch Alterung seine Magnetkraft verändert. Im Ergebnis ist die Empfindlichkeit
nicht sehr genau vorgebbar und insbesondere nicht variierbar.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Beschleunigun
gsschalter so weiter auszubilden, daß er praktisch ohne Totzeit meht sehr genau
vorgebbarer Empfindlichkeit arbeitet.
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Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß die Schalteinrichtung
aus einem Lichtsensor mit Sender und Empfänger besteht, der unter der zentrischen
Ausnehmung des Sensorkugelruhelagers angeordnet ist, und daß die Magnetanordnung
als Elektromagnet ausgeführt ist, dessen Feldspule die verlängerte Achse des Aufnahmeraumes
konzentrisch umgibt. - Derartige Lichtsensoren sind handelsüblich. Der Sender sendet
Impulsbetrieb oder kontinuierlich einen Lichtstrahl aus, der im Rahmen des erfindungsgemäßen
Beschleunigungsschalters an der Sensorkugel reflektiert wird, wenn diese sich auf
dem Sensorkugelruhelager befindet. Der Sender empfängt das reflektierte Licht. Bei
einer Störung des Lichtweges schaltet der Lichtsensor über zugeordnete elektronische
Bausteine. Lichtsensoren dieser Art können als sehr kleine und sehr feine Bauteile
hergestellt werden, beispielsweise in der Größe eines Streichholzes oder kleiner.
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Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung weist der Elektromagnet
einen Hohlkern auf, der die verlängerte Achse des Aufnahmeraumes konzentrisch umgibt,
wobei in dem Hohlkern der Lichtsensor angeordnet ist. Zweckmäßigerweise arbeitet
der Lichtsensor auf eine mit einer reflektierenden Oberfläche ausgerüstete Sensorkugel.
Um sicherzustellen, daß im Bereich des Sensorkugelruhelagers auf die Sensorkugel
stets die gleiche Magnetkraft wirkt, empfiehlt die Erfindung, daß der Aufnahmeraum
für die Sensorkugel in einem Axialschnitt einen parabelförmigen Querschnitt mit
im Bereich des Sensorkugelruhelagers fast ebenem Querschnittsbereich aufweist, der
eine im Vergleich zum Durchmesser der Sensorkugel kleine Ausnehmung umgibt. Um zu
verhindern, daß die Sensorkugel in dem Aufnahmeraum gleichsam trude[t und dadurch
nur verzögert zu ihrem Sensorkugelruhelager zurückkehrt, kann es zweckmäßig sein,
den Aufnahmeraum für die Sensorkugel an seinen Seitenflächen mit Hemmrippen oder
Hemmrillen
zu versehen, die in der Höhe bzw. Tiefe abnehmend radial zum Sensorkugelruhelager
verlaufen.
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Die Erfindung nutzt die Tatsache, daß ein Lichtsensor, dem in der
beschriebenen Weise eine Sensorkugel zugeordnet ist, praktisch totzeitfrei arbeitet,
weil er so eingerichtet werden kann, daß schon bei geringer Störung der Reflexionsverhältnisse
und damit geringer Bewegung der Sensorkugel aus dem Sensorkugelruhelager heraus
ein Ansprechen erfolgt. Darüber hinaus ist bei dem erfindungsgemäßen Beschleunigungssch
alter die Empfindlichkeit sehr genau einstellbar bzw. einrichtbar, wenn der Beschleunigungsschalter
eingebaut wird, weil dazu lediglich eine Einstellung der Stromversorgung des Elektromagneten
erforderlich ist. Die Verhältnisse liegen erfindungsgemäß ohne weiteres so, daß
temperaturbedingte Veränderungen der Geometrie des Beschleunigungsschalters sich
auf die Empfindlichkeit nicht störend auswirken und auch den Schwellwert praktisch
nicht beeinflussen. Im Rahmen der Erfindung liegt es, die Anordnung so zu treffen,
daß der Lichtsensor auf einen Zeitmesser arbeitet, an den über einen Verstärker
ein Ausgang zu zu steuernden Geräten angeschlossen ist, beispielsweise zur Zentralverriegelungseinrichtung
oder zum Sicherheitsgurt, und daß an den Zeitmesser ein zweiter Verstärker angeschlossen
ist, über den der Elektromagnet auf unterschiedliche Feldstärke und damit unterschiedliche
Schwellwerte steuerbar ist. Das kann auch im betriebsmäßigen Einsatz eines erfindungsgem
äßen Beschleunigungsschalters geschehen, wie im folgenden anhand einer Zeichnung
ausführlicher erläutert wird. Es zeigen in schematischer Darstellung
Fig.
1 einen Axialschnitt durch einen erfindungsgemäßen Beschleunigungsschalter, Fig.
2 einen Schnitt in Richtung A-A durch den Gegenstand nach Fig. 1 und Fig. 3 ein
Schaltschema für die Schaltung eines erfindungsgemäßen Beschleunigungsschalters
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Der in den Figuren dargestellte Beschleunigungsschalter ist zur Verwendung
als Sicherheitsschalter in Kraftfahrzeugen bestimmt. Zu seinem grundsätzlichen Aufbau
gehören ein Schaltertopf 1 mit Schaltertopfdeckel 2 und Schaltertopfboden 3, eine
Magnetanordnung 4, eine ferromagnetische Sensorkugel 5 und eine Schalteinrichtung
6.
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Der Schaltertopf 1 weist einen rotationssymmetrischen Aufnahmeraum
7 für die Sensorkugel 5 auf, wobei sich im Schaltertopfboden 3 eine zentrische Ausnehmung
8 befindet, die ein Sensorkugelruhelager bildet. Die Sensorkugel 5 kann sich aus
dem Sensorkugelruhelager 8 unter dem Einfluß von Beschleunigungskräften entfernen,
wenn diese einen durch die Feldstärkc der Magnetanordnung 4 vorgegebenen Schwellwert
überschreiten, nie dabei freigekommene Sensorkugel 5 betätigt die Schalteinrichtung
6. I)ie Schalteinrichtung besteht aus einem Lichtsensor 6 mit Sender und Empfänger,
der unter der zentrischen Ausnehmung 8 des Sensorkugelruhelagers angeordnet ist,
wobei
die Sensorkugel 5 den Reflektor für den Lichtsensor 6 bildet.
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Insbesondere aus der Fig. 1 entnimmt man, daß die Magnetanordnung
als Elektromagnet 4 ausgeführt ist, dessen Feldspule 9 die verlängerte Achse des
Aufnahmeraumes 7 konzentrisch umgibt. Im Ausführungsbeispiel und nach bevorzugter
Ausführungsform der Erfindung weist der Elektromagnet 4 einen Hohlkern 10b und eine
Feldspule 10a auf.
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In diesem Hohlkern 10b ist der Lichtsensor 6 angeordnet. Er arbeitet
zweckmäßigerweise auf eine Sensorkugel 5, die mit einer reflektierenden Oberfläche
ausgerüstet ist.
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Aus der Fig. 1 entnimmt man, daß der Aufnahmeraum 7 für die Sensorkugel
5 in einem Axialschnitt parabelförmigen Querschnitt und im Bereich des Sensorku
gelruhelagers einen fast ebenen Querschnittsbereich 11 aufweist, der eine im Vergleich
zum Durchmesser der Sensorkugel 5 sehr kleine Ausnehmung 8 umgibt. Die Ausnehmung
hat einen Durchmesser, der etwa 1/10 des Kugeldurchmessers ausmacht. Aus einer vergleichenden
Betrachtung der Fig. 1 und 2 ergibt sich, daß der Aufnahmeraum 7 für die Sensorkugel
5 an seinen Seitenflächen Hemmrippen oder Hemmrillen 12 aufweist, die, in der Höhe
bzw.
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Tiefe abnehmend, radial zum Sensorkugelruhelager 8 hin verlaufen.
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Die Fig. 3 zeigt die übliche Schaltung eines erfindungsgemäßen Beschleunigungsschalters.
Man erkennt, daß der Lichtsensor 6 auf einen Zeitmesser 13 arbeitet, an den über
einen Verstärker 14 ein Ausgang 15 zu den zu steuernden Geräten angeschlossen ist.
An den Zeitmesser 13 ist aber ein zweiter Verstärker 16 angeschlossen, über den
der Elektromagnet 4 auf unterschiedliche Feldstärke und damit unterschiedliche Schwellwerte
steuerbar ist.
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Der Sender des Lichtsensors 6 sendet Lichtenergie einer bestimmten
Menge in Richtung der Sensorkugel 5. Die Lichtmenge wird von der Sensorkugel 5 reflektiert
und die reflektierte Lichtmenge wird von dem Empfänger des Lichtsensors 6 wieder
aufgenommen. Die Sensorkugel 5 wird durch ihre eigene Trägheit in Verbindung mit
der beschriebenen Formgebung des Aufnahmeraumes 7 und durch den Elektromagneten
4 in Ruhelage gehalten, und zwar gleichsam am untersten Punkt des Aufnahmeraumes
7, wo die schon erwähnte Ausnehmung das Sensorkugelruhelager 8 bildet. Die Ruhelage
ist fixiert bis zu einem bestimmten Schwellwert der Beschleunigungskräfte. Der Schwellwert
mag z. B. 7 g betragen. Wird dieser Schwellwert überschritten, so bewegt sich die
Sensorkugel 5 aus dem Zentrum des Aufnahmeraumes 7 heraus. Hierdurch verringert
sich die reflektierte Lichtmenge. Diese Verringerung der Lichtmenge wird vom Lichtsensor
6 im Ausführungsbeispiel an den Zeitmesser 13 weitergeleitet, der eine elektronische
Zeitmessung vornimmt. Die über den Verstärker 16 erfolgende elektronische Steuerung
für den Elektromagneten 4 ändert beispielsweise den Stromfluß, wodurch die Feldstärke
reduziert wird und geringere Magnetkräfte auf die Sensorkugel 5 einwirken.
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So ist es möglich, Sekundärbeschleunigungen bei geringerer Beschleunigung
auszuwerten. Tatsächlich verlangt die praktische Anwendung von Beschleunigungsschaltern
zunehmend genauere Analysen. Insbesondere wird verlangt, die Anordnung so zu treffen,
daß ein gesamter Unfallverlauf aufgezeichnet werden kann. Nach einem ersten Aufprall
mit hoher Beschleunigung sollen auch geringere Beschleunigungen bei einem nachfolgenden
Unfallverlauf angezeigt werden.