Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung geht aus von einem Sensor zum selbsttätigen Auslösen von
Insassenschutzvorrichtungen, insbesondere in Kraftfahrzeugen nach der
Gattung des Anspruchs 1. Aus der nachveröffentlichten
DE-OS 37 28 382.0 ist ein Sensor bekannt, dessen seismische Masse aus
einem elektrisch leitfähigen Material besteht und an einem Pendel auf
gehängt ist. Diese seismische Masse steht zur Erzeugung eines Meßsi
gnals mit einer auf einer Ebene angebrachten und von einem hochfre
quenten Wechselstrom durchflossenen Spule in Wirkverbindung. Bei Aus
lenkung der seismischen Masse verändert sich der Betrag der sich auf
der Masse ausbildenden Wirbelströme. Dadurch wird auch die Dämpfung
(Impedanz) der Spule verändert, so daß ein Meßsignal bewirkt wird.
Durch die Aufhängung der Masse an einem Pendel kann sich der Betrag
der Wirbelströme nur geringfügig ändern, so daß der Meßbereich be
grenzt ist. Ferner haben Pendel ein relativ ungünstiges Einschwingver
halten, d.h. sie benötigen geraume Zeit bis sie wieder in die Ruhelage
zurückgelangen.The invention relates to a sensor for automatically triggering
Occupant protection devices, in particular in motor vehicles according to the
Genus of claim 1. From the post-published
DE-OS 37 28 382.0 a sensor is known, the seismic mass of
an electrically conductive material and on a pendulum
is hanged. This seismic mass is used to generate a measuring si
gnals with a mounted on one level and by a hochfre
quent alternating current flowing through coil in operative connection. When off
steering the seismic mass changes the amount of up
the eddy currents forming the mass. This also attenuates
(Impedance) of the coil changed, so that a measurement signal is effected.
By hanging the mass on a pendulum, the amount can change
the eddy currents change only slightly, so that the measuring range be
is bordered. Pendulums also have a relatively unfavorable settling behavior
hold, i.e. they need quite some time to return to their resting position
get back.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Der erfindungsgemäße Sensor mit den kennzeichnenden Merkmalen des An
spruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß er relativ genau mißt.
The sensor according to the invention with the characteristic features of the
Proverb 1 has the advantage that it measures relatively accurately.
Durch die Neigung der Seitenwände kann eine gewünschte Auslöseschwelle
eingestellt werden. Der Sensor ist von einem Gehäuse abgeschlossen und
dadurch gegen Verschmutzung geschützt. Er weist eine lange Lebensdauer
auf und ermöglicht über einen sehr großen Temperaturbereich präzise
Meßwerte. Besteht ein Teil des Gehäuses aus einem keramischen Sub
strat, so kann auf dieses sowohl die Spule als auch die Auswerteschal
tung in Dickschichttechnik aufgedruckt werden, wodurch es möglich ist,
den Sensor besonders kompakt und einfach herzustellen.Due to the inclination of the side walls, a desired trigger threshold can be set
can be set. The sensor is closed off by a housing and
thereby protected against pollution. It has a long lifespan
and enables precise over a very wide temperature range
Readings. Part of the housing consists of a ceramic sub
strat, so this can both the coil and the evaluation scarf
thick film technology, which makes it possible to
the sensor is particularly compact and easy to manufacture.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteil
hafte Weiterbildungen des im Anspruch 1 angegebenen Sensors möglich.The measures listed in the subclaims are advantageous
Adherent developments of the sensor specified in claim 1 possible.
Zeichnungdrawing
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt
und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen die
Fig. 1 einen Schnitt durch einen Sensor mit einer schematisch einge
zeichneten Auswerteschaltung und Fig. 2 eine Abwandlung des Ausfüh
rungsbeispiels.Embodiments of the invention are shown in the drawing and explained in more detail in the following description. They show: Fig. 1 shows a section through a sensor with a schematically drawn evaluation circuit, and Fig. 2 shows a modification of the exporting approximately example.
Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments
In der Fig. 1 ist mit 10 ein Sensor bezeichnet, der zum Auslösen von
Insassenschutzvorrichtungen, zum Beispiel Airbag oder Gurtstraffer in
Kraftfahrzeugen dient. Er weist ein Gehäuse 11, zum Beispiel aus
Kunststoff, mit einem trichterförmigen Innenraum 12 auf, dessen Bo
den 13 als Kalotte ausgebildet ist. Der Boden 13 kann aber, wie in Fig. 2
dargestellt, ein spitz zulaufender Trichter sein. Um eine Be
schleunigungsschwelle vorzugeben, sind die Seitenwände 14 des Innen
raums 12 unter einem bestimmten Winkel geneigt. Für eine Schwelle von
zum Beispiel 0,4 g (g=Erdbeschleunigung) müssen die Seitenwände 14
einen Neigungswinkel von ca. 21,8° haben. Im Boden 13 liegt eine als
seismische Masse bzw. Trägheitskörper dienende Kugel 15 auf,
die als massive Stahlkugel ausgebildet sein kann. Es ist dabei auch
möglich, die Kugel 15 aus einem anderen aber elektrisch leitenden,
oder ferromagnetischem Material herzustellen oder mit einer Schicht
aus diesem Material zu versehen. Die Kugel 15 steht in Wirkverbindung
mit einer im Boden 13 angebrachten Spule 16, die bevorzugt als Flach
spule mit offenem Spulenkern 17 ausgebildet ist. Soll der Sensor 10
nach dem induktiven Meßprinzip arbeiten, so ist es günstig zur Erhö
hung der Induktivität einen Ferrit-Schalenkern zu verwenden. Die Spu
le 16 ist Teil eines Oszillatorschwingkreises, dessen Oszillator 18
mit einer Triggerstufe 19, insbesondere einem Schmitt Trigger verbunden
ist. Das Meßsignal der Triggerstufe 19 wird einem Verstärker 20 zuge
führt. Die Anschlüsse 21 für die Versorgungsspannung und das Ausgangs
signal ragen aus dem Gehäuse 11 heraus.In FIG. 1, 10 denotes a sensor which is used to trigger occupant protection devices, for example airbags or belt tensioners in motor vehicles. It has a housing 11 , for example made of plastic, with a funnel-shaped interior 12 , the Bo 13 is formed as a spherical cap. The bottom 13 can, however, as shown in FIG. 2, be a tapered funnel. In order to specify an acceleration threshold, the side walls 14 of the interior 12 are inclined at a certain angle. For a threshold of, for example, 0.4 g ( g = gravitational acceleration), the side walls 14 must have an angle of inclination of approximately 21.8 °. In the bottom 13 is a ball 15 serving as a seismic mass or inertial body, which can be designed as a solid steel ball. It is also possible to manufacture the ball 15 from another but electrically conductive or ferromagnetic material or to provide it with a layer of this material. The ball 15 is operatively connected to a coil 16 mounted in the bottom 13 , which is preferably designed as a flat coil with an open coil core 17 . If the sensor 10 is to work according to the inductive measuring principle, it is favorable to use a ferrite shell core to increase the inductance. The Spu le 16 is part of an oscillator circuit, the oscillator 18 is connected to a trigger stage 19 , in particular a Schmitt trigger. The measurement signal of the trigger stage 19 is an amplifier 20 leads. The connections 21 for the supply voltage and the output signal protrude from the housing 11 .
In Ausgangsstellung befindet sich die Kugel 15 in der tiefsten Stelle
der Kalotte und hat somit den geringsten Abstand zur Spule 16. Der Os
zillator 18 wird periodisch zu Schwingungen angeregt, so daß sich über
der von einem Wechselstrom durchflossenen Spule 16 ein gerichtetes
elektromagnetisches Wechselfeld aufbaut. Dieses Wechselfeld wird auch
als aktive Schaltzone bezeichnet. Es treten aber keine magnetischen
Kräfte auf. Der Oszillatorschwingkreis ist elektrisch abgeglichen,
wenn sich keine Kugel 15 in der Nähe der Spule 16 befindet. An
schließend wird durch die in Ruhelage am Boden 13 aufliegende Kugel 15
der Oszillatorschwingkreis bedämpft, indem dem elektromagnetischen
Wechselfeld Energie entzogen wird. Beim Wirbelstromprinzip bewirkt das
magnetische Wechselfeld der Spule 16 auf der metallischen Oberfläche
der Kugel 15 Wirbelströme. Je größer dabei die vom Wechselfeld durch
setzte Fläche der Kugel 15 ist, desto mehr Wirbelströme werden er
zeugt. Diese durchsetzte Fläche der Kugel 15 ist abhängig vom Abstand
der Kugel 15 zur Spule 16. Durch die erzeugten Wirbelströme wird der
Spulen- Wechselstromwiderstand verringert, was eine Verkleinerung der
an der Spule 16 anliegenden Spannung bewirkt. Wirkt auf die
Kugel 15 eine Beschleunigungskraft ein, so wird die Kugel 15 aus Ihrer
Ruhelage ausgelenkt und rollt an den Seitenwänden 14 hoch. Dadurch
wird der Abstand der Kugel 15 zur Spule 16 verändert und somit auch
die Bedämpfung der Spule 16. Der Oszillatorschwingkreis wird ver
stimmt. Dadurch wird die Triggerstufe 19 zum Kippen gebracht, und eine
Auslösung der an dem Sensor 10 angeschlossenen Insassenschutzvorrich
tungen bewirkt. Für das Meßprinzip und für das Umschalten der Trigger
stufe 19 ist es entscheidend, daß durch die Auslenkung der Kugel 15
die Impedanz der Spule und somit der Oszillatorschwingkreis verändert
wird. Der Oszillatorschwingkreis kann, wie bereits oben erwähnt, bei
Abwesenheit der Kugel abgeglichen sein, oder auch bei Anwesenheit der
Kugel 15 abgeglichen werden. Der Sensor 10 kann sowohl nach dem induk
tiven als auch nach dem sogenannten Wirbelstrommeßprinzip arbeiten. Je
nach Höhe der verwendeten Frequenz der Wechselspannung wird einer der
beiden Effekte bevorzugt. Wird mit einer niederfrequenten Wechsel
spannung gearbeitet, so dominiert der induktive Effekt und je höher
die Frequenz der Wechselspannung ist, desto mehr nimmt der Anteil des
Wirbelstromeffektes zu. Bevorzugt wird bei dem hier betrachteten Nei
gungs- oder Beschleunigungssensor der induktive Effekt ausgenützt. Für
die Funktion des Sensors ist es entscheidend, daß durch die Kugel aus
elektrisch leitendem Material die Impedanz der Spule 16 verändert wird.In the starting position, the ball 15 is in the lowest point of the spherical cap and is therefore the smallest distance from the coil 16 . The Os zillator 18 is periodically excited to vibrate so that a directional electromagnetic alternating field builds up over the coil 16 through which an alternating current flows. This alternating field is also called the active switching zone. However, there are no magnetic forces. The oscillator circuit is electrically balanced when there is no ball 15 near the coil 16 . At closing, the oscillating circuit is damped by the ball 15 resting on the ground 13 in the rest position by removing energy from the alternating electromagnetic field. In the eddy current principle, the alternating magnetic field of the coil 16 causes eddy currents on the metallic surface of the ball 15 . The larger the area of the sphere 15 set by the alternating field, the more eddy currents it generates. This penetrated surface of the ball 15 depends on the distance between the ball 15 and the coil 16 . The eddy currents generated reduce the coil AC resistance, which causes a reduction in the voltage applied to the coil 16 . If an acceleration force acts on the ball 15 , the ball 15 is deflected from its rest position and rolls up on the side walls 14 . This changes the distance between the ball 15 and the coil 16 and thus also the damping of the coil 16 . The oscillator circuit is detuned. This triggers the trigger stage 19 and triggers the triggering of the occupant protection devices connected to the sensor 10 . For the measuring principle and for switching the trigger level 19 , it is crucial that the impedance of the coil and thus the oscillator circuit is changed by the deflection of the ball 15 . As already mentioned above, the oscillator circuit can be adjusted in the absence of the ball, or can also be adjusted in the presence of the ball 15 . The sensor 10 can work according to both the inductive and the so-called eddy current measuring principle. Depending on the level of the frequency of the AC voltage used, one of the two effects is preferred. If a low-frequency AC voltage is used, the inductive effect dominates and the higher the frequency of the AC voltage, the more the eddy current effect increases. The inductive effect is preferably used in the tilt or acceleration sensor considered here. It is crucial for the function of the sensor that the impedance of the coil 16 is changed by the ball made of electrically conductive material.
Das Ausführungsbeispiel nach der Fig. 2 unterscheidet sich von dem
der Fig. 1 durch die Ausbildung der verwendeten Spulen bzw. der Aus
werteschaltung. Die Spule 16 a und die Auswerteschaltung 25 bestehend
aus den elektrischen Bauteilen des Oszillators 18, der Triggerstu
fe 19, des Ausgangsverstärkers 20 und der Stromversorgung der Schal
tung, werden größtenteils in Dickschichttechnik hergestellt. Für Teile
der Schaltung 25 z.B. Operationsverstärker und Kondensatoren, verwen
det man in der Dickschichttechnik auch sogenannte SMD-Bauteile. Es ist
auch möglich, eine SMD-Spule zu verwenden. Die Auswerteschaltung 25
und die Spule 16 a mit dem Ferritkern 17 a werden hierbei in einem
separaten Arbeitsgang auf einem Keramiksubstrat 26 aufgedruckt und von
einer Schutzschicht 27 abgedeckt, die die elektrischen Bauteile vor
Verschmutzung und vor Umwelteinflüssen schützt. Als Keramiksubstrat 26
wird gewöhnlich Aluminiumoxid (A l 2 O 3) und als Schutzschicht 27
eine glasartige Schicht verwendet. Die Schutzschicht 27 kann noch von
einem Silicongel oder einem Kunstharz zum Vergießen der Schaltung
überzogen sein. Der Ferritkern 17 a kann eine ferromagnetische Paste
sein. Das Keramiksubstrat 26 weist auf der der Spule 16 a abgewandten
Seite eine Ausnehmung mit den schrägen Seitenwänden 14 a auf. Der Ke
ramikkörper 26 ist dabei so in das Gehäuse 11 a des Sensors 10 a einge
setzt, daß er zur Lagerung der Kugel 15 dient. Auch der Sensor 10 a ar
beitet nach den bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 beschriebe
nen Meßprinzipien.The embodiment of FIG. 2 differs from that of FIG. 1 by the design of the coils used or the evaluation circuit. The coil 16 a and the evaluation circuit 25 consisting of the electrical components of the oscillator 18 , the Triggerstu fe 19 , the output amplifier 20 and the power supply of the circuit device are largely made in thick-film technology. For parts of the circuit 25, for example operational amplifiers and capacitors, so-called SMD components are also used in thick-film technology. It is also possible to use an SMD coil. The evaluation circuit 25 and the coil 16 a with the ferrite core 17 a are printed in a separate operation on a ceramic substrate 26 and covered by a protective layer 27 which protects the electrical components from dirt and environmental influences. As the ceramic substrate 26 alumina (A l 2 O 3) and a glassy layer as the protective layer 27 usually. The protective layer 27 can also be coated with a silicone gel or a synthetic resin for potting the circuit. The ferrite core 17 a can be a ferromagnetic paste. The ceramic substrate 26 has a recess on the side facing away from the coil 16 a with the inclined side walls 14 a . The Ke ramikkörper 26 is inserted into the housing 11 a of the sensor 10 a that it serves to support the ball 15 . The sensor 10 a ar works according to the measuring principles described in the embodiment of FIG. 1.