DE3830782C1

DE3830782C1 -

Info

Publication number: DE3830782C1
Application number: DE3830782A
Authority: DE
Inventors: Heinz Dipl.-Ing. Bader (Fh), 8859 Karlshuld, De; Georg Dipl.-Ing. 8071 Grossmehring De Sterler
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 1988-09-09
Filing date: 1988-09-09
Publication date: 1990-06-07
Anticipated expiration: 2008-09-10
Also published as: US4987276A

Description

Die Erfindung betrifft einen Beschleunigungsschalter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein derartiger Beschleunigungsschalter wird in der DE 26 44 606 A1 beschrieben, er wird zur Auslösung eines Airbags verwendet. Durch die negative Beschleunigung, die beim Aufprall eines Fahrzeuges auf ein Hindernis entsteht, wird ein Magnet gegen eine Feder - ggf. auch gegen Schwerkraft - bewegt und schließt bei seiner Bewegungsbahn ein Reed-Relais. Mit Beendigung der Beschleunigung wird der Magnet wieder in seine Ruhelage zurückbewegt.

Durch das Schließen der Kontakte des Reed-Relais wird ein Airbag gezündet.

Derartige mechanische Beschleunigungsschalter werden heute bevorzugt als redundante Beschleunigungsmesser, als sogenannte Sicherheitsschalter, eingesetzt. Neben hoher Zuverlässigkeit wird von derartigen Schaltern vor allem eine Mindestschließzeit gefordert. Diese Mindestschließzeit ist insbesondere bei Beifahrer-Airbag-Systemen erforderlich, da hier der Beifahrer-Luftsack in zwei Stufen zeitverzögert angesteuert wird.

Eine Unterschreitung der Mindestschließzeit des mechanischen Beschleunigungsschalters hätte zur Folge, daß sich der Beifahrer-Luftsack nicht voll entfaltet und damit keine Schutzwirkung ausüben kann.

Bisher wurden mechanische Beschleunigungsschalter vorwiegend als sogenante Quecksilberschalter ausgeführt. Dabei befindet sich am unteren Ende einer schräggestellten Röhre ein Quecksilbertropfen. Beim Auftreten einer entsprechenden Beschleunigung bewegt sich der Quecksilbertropfen aufgrund seiner Massenträgheit nach oben und überbrückt zwei dort befindliche Kontakte. Die Mindestschließzeit wird hier unter anderem durch die Oberflächenspannung des Quecksilbers erzielt, da diese bewirkt, daß der Quecksilbertropfen an den Kontakten klebt. Aufgrund neuerer Forderungen (z. B. Entsorgung) ist man jedoch bestrebt, Quecksilberschalter möglichst nicht mehr einzusetzen.

Die im Moment günstigste Alternativlösung stellt der oben erwähnte Reed-Beschleunigungsschalter dar. Im beschleunigungslosen Zustand wird hier ein Ringmagnet von einer Schraubenfeder an einen Anschlag gedrückt. Magnet und Feder umschließen ein Rohr, in dessen Inneren sich ein Reed-Kontakt befindet. Beim Auftreten einer Beschleunigung bewegt sich der Magnet aufgrund seiner Massenträgheit gegen die Federkraft und schließt bei genügend hoher Beschleunigung den Reed-Kontakt.

Der Nachteil derartiger Schalter besteht darin, daß ihre Schließzeiten deutlich geringer sind als die von Quecksilberschaltern. Prinzipiell wäre es durchaus möglich, die Schließzeit durch Vergrößern der Magnetmasse bzw. Verkleinern der Federkraft zu erhöhen. Dies hätte jedoch zur Folge, daß die Ansprechschwelle des Schalters zu kleineren Beschleunigungen verschoben wird, der Schalter wird also empfindlicher. Damit wird ein solcher Schalter jedoch hinsichtlich seines Einsatzes als Sicherheitsschalter unbrauchbar.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Schließzeit eines gattungsgemäßen Schalters zu erhöhen, ohne daß seine Ansprechschwelle herabgesetzt wird.

Die Aufgabe wird gelöst durch den Hauptanspruch.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß durch das Schließen des Schalters ein zusätzliches Magnetfeld erzeugt wird, das sich zu dem Magnetfeld des Ringmagneten addiert und somit das Gesamtfeld erhöht. Der Reed-Kontakt bleibt auf diese Weise auch dann noch geschlossen, wenn sich der Ringmagnet bereits wieder über die Einschaltposition in Richtung seiner Ruhelage bewegt hat.

Bevorzugte Ausführungsformen stehen in den Unteransprüchen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

Fig. 1 die Prinzipdarstellung eines Reed-Beschleunigungsschalters,

Fig. 2 einen Schalter nach Fig. 1 unter Verwirklichung der vorliegenden Erfindung,

Fig. 3 ein Diagramm zur Erläuterung der Erfindung,

Fig. 4 eine Schaltung unter Verwendung des erfindungsgemäßen Beschleunigungsschalters und

Fig. 5 eine weitere Schaltung unter Verwendung des erfindungsgemäßen Beschleunigungsschalters.

In Fig. 1 ist ein üblicher Reed-Beschleunigungsschalter vorgesehen, der im Aufbau im wesentlichen ein Rohr 14 aufweist, das an den beiden Stirnseiten mit Platten 10 bzw. 12 versehen ist. Auf diesem Rohr 14 kann ein Permanentmagnet 20, der als Ringmagnet ausgebildet ist, gleiten. Eine das Rohr 14 umgebende Schraubenfeder 22 stützt sich an der einen Stirnplatte 12 ab und drückt den Ringmagneten 20 in Anlage an die andere Stirnplatte 10.

Im Inneren des Rohres 14 sind zwei Kontakte 16 und 18 vorgesehen, die durch das Magnetfeld des Magneten 20 geschlossen werden können.

Im Ruhezustand ist der Magnet 20 so weit von den Kontakten 16 und 18 entfernt, daß das Magnetfeld 20 die Kontakte nicht schließt.

Wenn eine Beschleunigung a aufgewendet wird, die auch in einer entgegengesetzten Abgrenzung bestehen kann, wird der Magnet 20 gegen die Kraft der Feder 22 in Richtung zur Rohrmitte aufgrund seiner Trägheit bewegt, dabei gleitet er über die Kontaktstelle der Kontakte 16 und 18, und das Magnetfeld schließt die Reed-Kontakte 16 und 18.

Nach Beendigung der Beschleunigung wird der Magnet 20 wieder in seinen Ruhezustand in Anschlag an die Stirnplatte 10 gedrückt, die Kontakte 16 und 18 öffnen wieder.

Bei Verwendung eines derartigen Schalters für ein Air bag-Systems eines Kraftfahrzeuges gleitet der Magnet 20 kurzzeitig über die Kontakte 16 und 18 während des Aufpralles des Fahrzeuges, die Schließzeit der Kontakte 16 und 18 ist jedoch sehr kurz.

Zur sicheren Ansprache ist eine längere Schließzeit notwendig.

In Fig. 2 ist eine Möglichkeit dargestellt, diese längere Schließzeit zu erzielen. Eingebettet in das Rohr 14 ist eine Spule 24, die das Innere des Rohres 14 umgibt. Werden nun die Kontakte 16 und 18 geschlossen, wird gleichzeitig ein Stromdurchfluß durch die Spule 24 geschaltet, der das von dem Permanentmagneten 20 aufgebrachte Magnetfeld verstärkt und somit zu einem späteren Öffnen der Kontakte 16 und 18 führt.

Die Spule 24 ist so ausgelegt, daß ihr Magnetfeld alleine die Kontakte 16 und 18 nicht geschlossen hält, wenn also der Permanentmagnet 20 wieder in seine Ruhelage zurückgekehrt ist, öffnen die Kontakte 16 und 18 trotz des durch die Spule 24 erzeugten Magnetfeldes, dann fällt auch die Spule 24 ab.

Insgesamt wird also ein Hystereseschaltverhalten erzielt, wie es in Fig. 3 dargestellt ist. Der Magnet 20 muß den Weg S₁ zurücklegen, bis die Kontakte 16 und 18 eingeschaltet werden, die Kontakte 16 und 18 bleiben eingeschaltet, solange der Auslenkungsweg des Magneten 20 größer S₁ ist, auf seiner Rückführung in die Ruhelage werden die Kontakte 16 und 18 jedoch auch dann noch aufgrund zusätzlich eingeschalteten Magnetfeldes geschlossen gehalten, wenn der Magnet 20 um einen Weg, der kleiner als S₁ ist, ausgelenkt ist. Erst bei einem Auslenkungsweg von S₂, der kleiner als S₁ ist, öffnen die Kontakte 16 und 18 wieder, der Strom auch durch die Spule 24 wird dann wieder abgeschaltet. Insgesamt wird auf diese Weise die Schaltzeit verlängert.

Alternativ zu der in Fig. 2 dargestellten Spule 24 kann auch die Schraubenfeder 22 selbst als Spule verwendet werden, indem sie an ihren Enden Stromzuführungsmöglichkeiten erhalten; sie wirkt dann ebenfalls als Spule.

Fig. 4 zeigt das Auslösesystem für den Airbag unter Verwendung des erfindungsgemäßen Schalters.

Für die in einem Fahrzeug untergebrachten Airbags sind Transistoren T₁, T₂ bis T _n vorgesehen, die aufgrund elektrischer Sensoren bei einem Aufprall mit hohen Verzögerungswerten durchgeschaltet werden.

Weiterhin ist ein gemeinsamer Zündtransistor T₃ vorgesehen, der der Parallelschaltung der Transistoren T₁ bis T _n in Serie geschaltet ist.

In den einzelnen Parallelzweigen der Transistoren T₁ bis T _n sind jeweils Zündpillen ZP₁, ZP₂ bis ZP _n vorgesehen, zu deren Zündung es unerläßlich ist, daß der jeweils in dem Parallelkreis befindliche selektive Zündtransistor T₁, T₂ bis T _n sowie der gemeinsame Zündtransistor T₃ durchgeschaltet haben.

Zur Sicherheit ist weiterhin ein mechanischer Beschleunigungsschalter S _a vorgesehen, der aus einem Schalter nach Fig. 1 bestehen kann. Erst ein Ansprechen des Sensors, der dem gemeinsamen Zündtransistor T₃ zugeordnet ist, sowie des mechanischen Beschleunigungsschalters führt zu einem Auslösen der Airbags.

Der mechanische Beschleunigungsschalter S _a liegt mit seinem einen Anschluß an dem masseseitigen Anschluß des Transistors T₃, mit seinem anderen Anschluß an Masse.

Die Beschaltung des erfindungsgemäßen Beschleunigungsschalters S _a, insbesondere die Erregung der vorgesehenen Induktivität, geschieht über einen Schaltkreis, der von der Versorgungsspannung zu dem gemeinsamen Anschlußpunkt von Transistor T₃ und mechanischem Beschleunigungsschalter S _a führt. In diesem Zweig ist eine Diode D vorgesehen, deren Anode an der Versorgungsspannung liegt. Von der Kathode der Diode führt ein Strom durch die Induktivität L, die in dem Beschleunigungsschalter zusätzlich vorgesehen ist, und ggf. durch einen Widerstand R zur Strombegrenzung.

Die Funktion der Schaltung ist folgende:
Nach dem Schließen des mechanischen Beschleunigungsschalters S _a fließt durch die Induktivität L im stationären Fall ein Strom der Größe

(unter Vernachlässigung des Spannungsabfalls über der Diode D), dadurch wird das die Schließzeit erhöhende Magnetfeld erzeugt. Die Diode D verhindert bei Masseschluß an L eine Überbrückung des Schalters S _a.

Grundsätzlich kann in der Schaltung nach Fig. 4 S _a mit T₃ vertauscht werden. Damit läßt sich die Erhöhung der Schließzeit über T₃ elektronisch steuern.

In Fig. 5 wird eine Schaltung zur Magnetfeldumpolung dargestellt. Dadurch kann eine weitere Erhöhung der Schließzeit erzielt werden, indem das zusätzliche Magnetfeld bei offenem Reed-Kontakt dem Magnetfeld des Ringmagneten entgegenwirkt, während es bei geschlossenem Reed-Kontakt das Feld des Ringmagneten unterstützt.

Bei dieser Schaltung wird an den gemeinsamen Punkt des mechanischen Beschleunigungsschalters S _a und des Zündtransistors T₃ über einen Widerstand R₁ die Versorgungsspannung gelegt, und über eine Serienschaltung von einem Widerstand R₂ und der Induktivität L die halbe Versorgungsspannung U _B/2. Parallel zum Widerstand R₂ ist eine Diode gelegt, deren Kathode plusseitig und deren Anode masseseitig ausgeführt ist.

Die Schaltung funktioniert folgendermaßen:
Bei offenem Schalter S _a fließt durch L ein Strom der Größe

(die Diode D ist leitend). Wenn der Schalter S _a geschlossen ist, beträgt der Spulenstrom

wobei die Stromrichtung jetzt entgegengesetzt ist.

Durch Wahl von R₁ bzw. R₂ lassen sich somit Einschalt- und Ausschaltempfindlichkeit und damit auch die Schließzeit einstellen. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß sich dadurch das dynamische bzw. statische Ansprechverhalten des Schalters unabhängig voneinander optimieren lassen.

Die in Fig. 5 vorgenommene Auslegung auf halbe Versorgungsspannung ist nur eine Möglichkeit der Darstellung, andere Teilspannungen sind selbstverständlich ebenfalls möglich.

Claims

1. Beschleunigungsschalter mit einem bei Beschleunigung gegen eine Feder oder Schwerkraft aus seiner Ruhelage bewegbaren Permanentmagneten und Reed-Kontakten, die unter Einwirkung des aus seiner Ruhelage bewegten Magneten geschlossen werden, dadurch gekennzeichnet, daß eine Induktivität für ein zusätzliches Magnetfeld vorgesehen ist, die die Kontakte beeinflußt, und die zusätzliche Induktivität bei Schließen der Reed-Kontakte zugeschaltet wird.

2. Beschleunigungsschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durch das Magnetfeld schließbaren Kontakte in einem Reed-Relais bestehen.

3. Beschleunigungsschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldstärke des zusätzlichen Magnetfeldes nicht hinreichend ist, um die Reek-Kontakte zu schließen.

4. Beschleunigungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktivität durch eine Spule gebildet wird, die die Reed-Kontakte umgibt.

5. Beschleunigungsschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktivität durch eine die Federkraft für den Permanentmagneten aufbringende Schraubenfeder gebildet wird.