DE3713698C1 - Beschleunigungsschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Schalter, der eine durch mindestens eine Feder in einem Gehäuse be­ weglich gehaltene Trägheitsmasse enthält, mit deren Hilfe der Schalter betätigt wird, wenn die Beschleunigung einen vorgegebenen Wert übersteigt. Derartige Schalter können, in Kraftfahrzeugen eingebaut, beispielsweise beim Aufprall des Kraftfahrzeuges auf ein Hindernis einen Stromkreis schließen, der eine Sicherheitsvorrichtung auslöst, beispielsweise ein vor dem Fahrer aufblasbares Luftkissen. Die Schalthäufigkeit derartiger Schalter ist sehr gering, andererseits müssen die Schaltzeit und die Schaltsicherheit sehr hoch sein.

Als Beschleunigungsschalter wurden bisher auch Quecksilbe­ rschalter verwendet, deren das Quecksilber enthaltende Röhre schräg zur Beschleunigungsrichtung montiert war. Es wird jedoch angestrebt, Quecksilberschalter, wo immer dies möglich erscheint, durch mechanische Schalter zu ersetzen, da beim Wegwerfen dieser Schalter die Umwelt mit beacht­ lichen Quecksilbermengen belastet wird.

Durch die DE-PS 26 06 790 ist ein Beschleunigungsschalter bekannt geworden, bei dem die Trägheitsmasse durch zwei sich kreuzende Federstäbe in ihrer Ruhelage gehalten wird. Über­ steigt die Beschleunigung einen vorgegebenen Wert, so drückt der als Trägheitsmasse dienende Körper die Federstäbe entge­ gen ihrer Federkraft zurück, bis der Körper zwei Kontakt­ schlaufen miteinander verbindet und damit den Stromkreis schließt. Diese Schalter weisen einen komplizierten Aufbau auf und ihre Herstellung ist relativ aufwendig. Nachteilig ist auch, daß die Federkraft, die der Bewegung der Trägheits­ masse entgegenwirkt, in der Ruhestellung der Trägheitsmasse am kleinsten ist, dann aber sehr erheblich steigt bis zum Endpunkt der Verschiebung, in dem die Trägheitsmasse den Kontakt schließt. Dies führt aber dazu, daß die Geschwindig­ keit, mit der der Trägheitskörper den Schaltweg durchläuft, mit zunehmender Entfernung aus seiner Ruhestellung zunehmend geringer wird, also die Schaltzeit durch das Abnehmen der Geschwindigkeit der Bewegung der Trägheitsmasse relativ lange wird, was für manche Anwendungszwecke des Schalters sehr unerwünscht ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen ein­ fach herstellbaren Trägheitsschalter zu entwickeln, der eine hohe Schaltsicherheit und eine sehr kurze Schaltzeit hat.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß an der Trägheitsmasse ein als Blattfeder wirkendes Stahlband angreift, das um seine Längsachse gewölbt ist. Um ihre Längsachse gewölbte Stahlbänder sind von ihrer Verwendung als Bandmaß bekannt. Sie sind deshalb um ihre Längsachse gewölbt, um dem Stahlband nach dem Abziehen von dem Wickel eine gewisse Steifheit zu geben. Diese um ihre Längsachse gewölbten Stahlbänder sind relativ steif, wenn man versucht, sie um eine quer zur Längsachse verlaufende Achse bezüglich der Wölbung nach außen abzubiegen. Ist aber diese Abbiegung einmal erfolgt, also an der Knickstelle die Wölbung aufge­ hoben, d.h. begradigt, so setzt das Stahlband einer Ver­ größerung der Abbiegung nur noch einen relativ kleinen Federwiderstand entgegen. Biegt man das gewölbte Stahlband um die vorerwähnte Querachse bezüglich der Wölbung nach innen, so ist der sich dieser Abbiegung entgegenstellende Widerstand wesentlich kleiner als der beim Abbiegen des Stahlbandes bezüglich der Wölbung nach außen auftretende Widerstand, jedoch verringert sich auch hier der Widerstand gegen weiteres Abbiegen von dem Augenblick an, an dem sich an der Knickstelle die Wölbung egalisiert hat, um dann beim weiteren Abbiegen wieder leicht anzusteigen. Nachdem an der Knickstelle die Wölbung verschwunden ist, durchläuft die dem weiteren Abbiegen des Bandes entgegenwirkende Federkraft etwa die gleiche Kennlinie wie die beim Abbiegen eines nicht gewölbten Stahlbandes entgegenwirkende, mit zunehmendem Abbiegen etwas ansteigende Federkraft oder ist etwas größer als diese. In jedem Falle ist die nach dem Egalisieren der Wölbung an der Knickstelle des Bandes auftretende Federkraft klein gegenüber der Kraft, die erforderlich ist, um das gewölbte Band an der Knickstelle abzubiegen.

Dieser von Maßbändern bekannte Effekt wird bei dem er­ findungsgemäßen Schalter verwendet. Die Kraft, mit der die Trägheitsmasse in ihrer Ruhelage gehalten wird, ist relativ hoch. Ist diese Kraftschwelle und damit die Be­ schleunigungsschwelle überschritten und das das Feder­ stahlband abgeknickt, so setzt das bereits geknickte Band der Trägheitsmasse keinen wesentlichen Widerstand mehr entgegen, so daß die Trägheitsmasse praktisch ungebremst den Schaltweg durcheilt, also bei hohem Anfangswiderstand gegen eine Bewegung aus der Ruhelage extrem kurze Zeitschalten entstehen.

Durch Wahl einer geeigneten Wölbung des als Blattfeder dienenden Stahlbandes kann bei gleichen Materialabmessungen und Materialeigenschaften der Widerstand gewählt werden, den die Blattfeder der Bewegung der Trägheitsmasse aus ihrer Ruhestellung entgegensetzt. Auch kann dieser Widerstand durch den Abstand der Knickstelle von der Einspannstelle beeinflußt werden.

Um zu bestimmen, an welcher Stelle die Blattfeder einknicken soll, kann eine Sollknickstelle dadurch vorgegeben werden, daß bei einer Ausführungsform der Erfindung die Blattfeder an dieser Stelle eine Aussparung aufweist. Diese Aussparung kann entweder in der Mitte zwischen den beiden seitlichen Rändern der Blattfeder vorgesehen sein, oder aber kann die Sollknickstelle durch zwei an den seitlichen Rändern ausge­ sparte Kerben markiert sein.

Das vorgenannte Prinzip läßt sich nicht nur dann anwenden, wenn der Trägheitskörper am Ende seiner Bewegung einen Kontakt schließt, der einen weiteren Vorgang auslöst, sondern auch dann, wenn der Trägheitskörper in seiner Ruhe­ stellung einen Stromkreis schließt, der beim Öffnen dieses Ruhekontaktes einen weiteren Vorgang auslöst. Im letzteren Falle ist vorteilhaft, daß die Trägheitsmasse mit relativ hoher Kraft in ihrer Ruhestellung zurückgehalten wird, der Ruhekontakt also mit hoher Kraft geschlossen gehalten wird, die Federkraft jedoch unmittelbar nach dem Öffnen des Kontaktes, also unmittelbar nach dem Verlassen der Ruhe­ stellung, absinkt, also keine nennenswerte Rückstellkraft auf das bewegliche Schaltglied wirkt, wenn dieses den Kontakt geöffnet hat. Dadurch ist die Schaltsicherheit sehr hoch.

Wird der Vorgang, der durch den Schalter eingeleitet werden soll, erst durch Schließen eines Arbeitskontaktes nach Durchlaufen des Schaltweges ausgelöst, so hat der er­ findungsgemäße Schalter den obengenannten Vorteil, daß seine Schaltzeit und auch die Prellzeit sehr kurz ist.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird die Trägheits­ masse noch durch eine zweite Blattfeder gehalten. Diese Blattfeder oder aber der Trägheitskörper sind so gestaltet, daß die Trägheitsmasse nach dem Durchlaufen des Schaltweges mit einem eine Kontakthälfte bildenden Teil an dieser zwei­ ten Feder in einem Abstand von denjenigem Federende zur Anlage kommt, das mit der Trägheitsmasse dauernd verbunden ist. Die zweite Feder bildet in diesem Falle die andere Kontakthälfte des Arbeitskontaktes oder aber sie trägt an der Stelle, an der die Trägheitsmasse sich an ihr anlegt, eine Kontaktniete oder dgl. Das Ende der zweiten Feder ist über Isoliermaterial mit der Trägheitsmasse verbunden.

Diese Ausführungsform der Erfindung kann dahingehend weiter ausgebildet sein, daß das von der durch das Anlegen der Trägheitsmasse an die zweite Feder definierten Stellung ab sich eine zweite Wegstrecke der Trägheitsmasse anschließt, die entgegen einer rücktreibenden Kraft der zweiten Feder erfolgt. Da die zweite Feder an ihrem einen Ende in dem Gehäuse und mit ihrem anderen Ende auf der dem im Gehäuse befestigten Federende abgewandten Seite der Kontaktstelle in der Trägheitsmasse befestigt ist, erfolgt die Bewegung der Trägheitsmasse auf dieser zweiten Wegstrecke entgegen einer Kraft, die durch die Verformung der beidseitig befestigten Feder entsteht. Diese Kraft hängt wiederum ab von dem Ab­ stand der Kontaktstelle von den Enden der Blattfeder sowie davon, ob die Blattfeder an den Enden starr eingespannt ist oder an einem oder an beiden Enden beweglich befestigt ist. Schließlich läßt sich durch geeignete Formgebung dieser zweiten Feder erreichen, daß die kontaktgebenden Flächen während dem Durchlaufen dieser zweiten Wegstrecke auf­ einander reiben und damit die Sicherheit der Kontaktgabe erhöht wird.

Der erfindungsgemäße Schalter eignet sich nicht nur als Sicherheitsschalter bei Aufprallstößen in Kraftfahrzeugen, sondern auch zur Auslösung von Sicherheitseinrichtungen bei Explosionen oder dgl., bei denen hohe Beschleunigungen auftreten.

In der Zeichnung sind Ausführungsformen der Erfindung darge­ stellt. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch den Beschleunigungs­ schalter in Ruhestellung;

Fig. 2 den Schalter in der Arbeitsstellung;

Fig. 3 einen Schnitt durch eine Ausführungsform der gewölbten Blattfeder;

Fig. 4 eine Federkennlinie der gewölbten Blattfeder;

Fig. 5 die kombinierte Federcharakteristik der beiden Federn;

Fig. 6 die Ausbildung einer Sollknickstelle bei einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 7 eine Sollknickstelle in einer anderen Aus­ führungsform;

Fig. 8 zeigt eine andere Ausführungsform einer Feder im Schnitt nach der Linie VIII-VIII der Fig. 1;

Fig. 9 zeigt die Ausführungsform nach Fig. 8 in einer der Fig. 1 entsprechenden Darstellung.

Bei der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist in einem Gehäuse, das aus einem Gehäuseboden 1 aus isoliertem Werkstoff und einem haubenförmigen Gehäuse­ oberteil 2 besteht, eine Trägheitsmasse 3 an zwei stehenden Federn 4 und 5 aufgehängt derart, daß die Trägheitsmasse 3 nach Art eines Parallelogrammes verschoben werden kann. Die Federn 4 und 5 sind im Gehäuseboden 1 eingespritzt und weisen zwei nach unten aus dem Gehäuseboden 1 herausgeführte Lötfahnen 6 auf, die senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 1 und 2 hintereinander angeordnet sind. Die Trägheitsmasse 3 weist an ihrer Unterseite eine Aussparung 7 auf, in die ein an den Gehäuseboden 1 angespritzter Nocken 8 eingreift. Die Schaltbewegung der Trägheitsmasse 3 ist durch die Anlage der Seitenflächen des Nockens 8 an die Flanken der Aussparung 7 begrenzt.

Die Feder 4 weist einen in Fig. 3 als Beispiel darge­ stellten, um ihre Längsachse gewölbten, oder beispielsweise auch geknickten Querschnitt auf. Von einem bestimmten Schwellenwert einer in Richtung des Pfeiles 9 wirkenden Beschleunigung oder entgegen des Pfeiles 9 wirkenden Ver­ zögerung ab knickt diese Feder durch und gibt die seitliche Verschiebung der Trägheitsmasse 3 in der Zeichnung nach rechts frei. Die gewölbte Feder hat die Eigenschaft, daß sie nach dem Durchknicken bei Überschreiten des Schwellenwertes der Beschleunigung dem weiteren Abbiegen oder Durchbiegen nur noch eine unwesentlich große Federkraft entgegensetzt. Die Feder 4 dient zugleich als elektrisches Verbindungs­ element zwischen einer der beiden Lötfahnen 6 und der Träg­ heitsmasse 3. Die Feder 5 weist keine Wölbung auf, sie ist als Blattfeder ausgebildet, ihr oberes Ende ist abgebogen und in einem Kunststoffteil 10 eingespritzt, das in der Nähe des dem Gehäuseboden 1 abgewandten oberen Rand der Träg­ heitsmasse in dieser befestigt ist. Die Feder 5 dient im wesentlichen lediglich zur Führung der Trägheitsmasse 3, ihre Federkraft ist klein gegenüber der zum Knicken der Feder 4 erforderlichen Kraft.

In der in Fig. 1 dargestellten Ruhestellung der Trägheits­ masse 3 verläuft die Feder 5 in einem Abstand von dem rechten Rand der Trägheitsmasse 3. Dieser Rand ist bei 11 etwas zurückspringend abgewinkelt. Bewegt sich die Träg­ heitsmasse 3 nach dem Knicken der Feder 4 in der Zeichnung nach rechts, so legt sich der abgerundete Bereich 11 der Trägheitsmasse 3 an die Feder 5 an, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist, und schließt daher den Kontakt zwischen der Trägheitsmasse 3 und der Feder 5. Der Bereich 11 und die entsprechende Kontaktstelle der Feder 5 sind mit nicht korrodierendem Kontaktwerkstoff belegt.

Von dem Augenblick an, in dem sich der Bereich 11 an die Feder 5 anlegt, erfolgt die Weiterbewegung der Trägheits­ masse 3 gegen den Widerstand der beidseitig eingespannten Feder 5, der mit zunehmender Wegstrecke stark ansteigt. Die Anlage des Bereiches 11 an die Feder 5 erfolgt vor dem Zeitpunkt, an dem die in der Zeichnung nach rechts ge­ richtete Bewegung der Trägheitsmasse 3 dadurch zum Still­ stand kommt, daß die in der Zeichnung linke Seitenflanke der Aussparung 7 an der gegenüberliegenden Seitenfläche des Nockens 8 zur Anlage kommt.

Fig. 4 zeigt die Federkennlinie der gewölbten Feder 4, und zwar die rücktreibende Federkraft F in Abhängigkeit von der Auslenkung s. K bezeichnet die Auslenkung s, bei der die Feder 4 einknickt. Fig. 5 zeigt die Gesamtcharakteristik der beiden Federn 4 und 5, SK bezeichnet die Auslenkung, bei der der Bereich 11 der Trägheitsmasse 3 sich an die Feder 5 anlegt.

Die Feder 4 weist eine Sollknickstelle 15 auf, die entweder gemäß Fig. 6 dadurch gebildet ist, daß die Feder an der Stelle, an der sie einknicken soll, eine zentrale Aussparung 16 oder gemäß Fig. 7 zwei an den seitlichen Rändern ausge­ sparte Kerben 17 aufweist.

In der in den Fig. 8 und 9 dargestellten Ausführungsform ist in der Feder 5 eine Zunge 12 ausgeschnitten, an deren freiem Ende eine Kontaktniete 13 befestigt ist. Wie Fig. 9 zeigt, steht die Kontaktniete 13 ein Stück weit auf der der Träg­ heitsmasse 3 zugewandten Fläche der Zunge 12 vor, so daß diese Kontaktniete an der Trägheitsmasse 3 zur Anlage kommt, bevor sich die in Fig. 9 untere rechte Ecke 14 der Träg­ heitsmasse 3 an die Feder 5 anlegt. Hierdurch ergeben sich weitere Wahlmöglichkeiten des Kontaktdruckes und des Schaltmechanismus des zwischen dem Kontakt 13 und der Trägheitsmasse 3 gebildeten Arbeitskontaktes.

Die am Ende der Bewegung der Trägheitsmasse in den Federn gespeicherte kinetische Energie (siehe Fig. 5) wirft, nach­ dem die Beschleunigung oder Verzögerung beendet ist, die Trägheitsmasse 3 wieder in ihre in Fig. 1 dargestellte Ausgangslage zurück, wobei diese Bewegung durch Anlage der in Fig. 1 rechten Flanke der Aussparung 7 an den Nocken 8 beendet wird. Dabei springt die Feder 4 wieder in ihre gerade Stellung zurück, sie wölbt sich an ihrer Knickstelle wieder um ihre Längsachse.

Die Feder 4 kann sowohl so gewölbt sein, daß die Innenfläche ihrer Wölbung um ihre Längsachse zu der Trägheitsmasse 3 gewandt ist. Die Feder 4 kann aber auch mit entgegenge­ setzter Wölbung in dem Gehäuse befestigt sein, nämlich so, daß die Innenfläche der Wölbung um die Längsachse der Feder auf der der Trägheitsmasse 3 abgewandten Seite der Feder liegt.

Die Trägheitsmasse 3 kann an ihrer der Feder 5 zugewandten Seite eine Aussparung aufweisen, in die die Feder 5 ein­ tritt, wenn sich die Trägheitsmasse 3 in ihre in Fig. 2 dargestellte Endlage bewegt.

Claims (7)

1. Elektrischer Schalter, der mit Hilfe einer durch mindestens eine Feder in einem Gehäuse beweglich gehaltenen Trägheitsmasse anspricht, wenn eine Be­ schleunigung größer als ein vorgegebener Wert ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein an der Trägheitsmasse (3) befestigtes, als Blattfeder (4) wirkendes Stahl­ federband um seine Längsachse gewölbt ist.

2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Blattfeder (4) eine Sollknickstelle (15) aufweist, die durch eine Schwächung des Werkstoffes, insbe­ sondere mindestens eine Aussparung (16, 17) in der Blattfeder (4) gebildet ist.

3. Schalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollknickstelle (15) durch zwei an den seitlichen Rändern ausgesparte Kerben (17) gebildet ist.

4. Schalter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägheitsmasse (3) durch zwei Federn (4, 5) gehalten ist, von denen die erste den gewölbten Querschnitt aufweist.

5. Schalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägheitsmasse (3) zusätzlich durch eine zweite Feder (5) gehalten ist, und daß die Trägheitsmasse (3) mit einem eine Kontakthälfte bildenden Teil (11) an dieser zweiten Feder (5) in der Arbeitsstellung des Schalters in einem Abstand von dem Ende der Feder (5) zur Anlage kommt, das mit der Trägheitsmasse (3) dauernd verbunden ist.

6. Schalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß von der durch das Anlegen der Trägheitsmasse (3) an die Feder (5) definierten Stellung ab sich eine zweite Wegstrecke der Trägheitsmasse (3) anschließt, die entgegen der Wirkung der zweiten Feder (5) erfolgt.

7. Schalter nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in der zweiten Feder (5) eine Zunge (12) ausgeschnitten ist, deren Ende die eine Hälfte eines Arbeitskontaktes bildet, an dem die Trägheitsmasse (3) zur Anlage kommt.