DE3915069A1 - Einrichtung zur detektion von beschleunigungskraeften - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches konzipierte Einrichtung zur Detektion von Beschleunigungskräften.

Derartige Einrichtungen sind z. B. in Kraftfahrzeugen dafür vorgesehen, die Anfahrbeschleunigung, die Bremsbeschleunigung oder die Querbeschleunigung zu erfassen. Beim Überschreiten von festgelegten Beschleunigungsgrenzwerten gibt die Schaltvorrichtung einer solchen Einrichtung ein elektrisches Signal ab, wodurch dann z. B. über eine Insassenschutzvorrichtung eine Verstellung des Dämpfungsverhaltens von Stoßdämpfern oder das Ab- bzw. Zuschalten von Antriebskomponenten ausgelöst wird.

Durch das DE-GM 81 00 312 ist eine dem Oberbegriff des Hauptanspruches entsprechende Einrichtung zur Detektion von Beschleunigungskräften bekanntgeworden. Bei dieser Einrichtung befindet sich das zur Schaltvorrichtung gehörige, als Kugel ausgebildete Schaltelement in einem mehr oder weniger offenen Führungskanal. Somit wirken alle Umgebungseinflüsse direkt auf das Schaltelement ein, was z. B. bei niedrigen Temperaturen dazu führen kann, daß sich die gefrierende Luftfeuchtigkeit im Führungskanal abschlägt, wodurch ein freies Bewegen des die Beschleunigungsmasse darstellenden Schaltelementes behindert oder sogar ganz unterbunden ist. Auch Verschmutzungen im Führungskanal können dazu führen, daß ein freies Bewegen des als Kugel ausgebildeten, die Beschleunigungsmasse darstellenden Schaltelementes behindert oder sogar ganz unterbunden wird. Das kann letztendlich dazu führen, daß sicherheitsrelevante Einrichtungen trotz des Einwirkens von eine Auslösung notwendig machenden Beschleunigungskräften zu spät oder nicht in Funktion gesetzt werden.

Des weiteren sind Einrichtungen zur Detektion von Beschleunigungskräften bekanntgeworden, die einen allseits geschlossenen Glaskörper aufweisen, in dem Quecksilber als Schaltelement bzw. als Beschleunigungsmasse vorhanden ist. Quecksilber ist aber ein im höchsten Maße die Umwelt belastender Werkstoff, der bei einer Entsorgung solcher Einrichtungen große Probleme aufwirft. Des weiteren verursachen die sich mit Temperaturänderungen ergebenden Viskositätsänderungen von Quecksilber ein undefiniertes Schaltverhalten, was insbesondere bei sicherheitsrelevanten Einrichtungen nicht akzeptabel ist. Bei niedrigen, unter -35° absinkenden Temperaturen, die im Gebrauchsumfeld von Kraftfahrzeugen durchaus auftreten, ist Quecksilber wegen seines in diesem Temperaturbereich liegenden Schmelzpunktes als Schaltelement bzw. Beschleunigungsmasse gänzlich unbrauchbar.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gegen magnetische Störfelder unempfindliche Einrichtung zur Detektion von Beschleunigungskräften zu schaffen, dessen Schaltelement bzw. Beschleunigungsmasse aus einem umweltverträglichen Werkstoff besteht und weitestgehend vor Umgebungseinflüssen, wie insbesondere Verschmutzung sowie Vereisung geschützt ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruches angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhaft bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Einrichtung ist, daß zwischen dem als Kugel ausgebildeten Schaltelement und dem Führungskanal nur eine sehr geringe Reibung vorhanden ist, daß die Detektion von Beschleunigungskräften einer genau definierten Richtung möglich ist und daß die Einrichtung über einen großen Temperaturbereich ein genau definiertes, störspitzenfreies Schaltverhalten aufweist.

Durch die DE-OS 33 47 066 ist zwar eine Einrichtung zur Detektion von Beschleunigungskräften bekanntgeworden, dessen Schaltvorrichtung aus einer optoelektronischen Sender- Empfängereinheit und einem als Kugel ausgebildeten Schaltelement besteht. Das die Beschleunigungsmasse darstellende magnetische Schaltelement wird dabei durch eine Magnetanordnung dem Tiefpunkt eines schüsselförmigen Aufnahmeraumes zugeordnet. Durch die Feldstärke der Magnetanordnung wird der vorgegebene Beschleunigungsgrenzwert realisiert. Eine solchermaßen ausgebildete Einrichtung erlaubt aber nur die Detektion von richtungsungebundenen Beschleunigungskräften, d. h. eine Detektion von aus einer genau definierten Richtung auf die Beschleunigungsmasse bzw. auf das Schaltelement einwirkenden Beschleunigungskräften ist nicht möglich. Außerdem können magnetische Störfelder dazu führen, daß die Funktionssicherheit einer derart ausgebildeten Einrichtung erheblich beeinträchtigt wird.

Besonders vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Gegenstandes sind in den Unteransprüchen angegeben und werden anhand von zwei in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert, und zwar zeigt

Fig. 1a eine schematische Darstellung einer ersten Detektions-Einrichtung im Schnitt gemäß Linie A-A der Fig. 1b

Fig. 1b eine schematische Draufsicht des ersten Gegenstandes nach Fig. 1a

Fig. 1c einen Teilbereich des Gegenstandes nach Fig. 1a in der Seitenansicht

Fig. 2a eine schematische Darstellung einer zweiten Detektions-Einrichtung im Schnitt gemäß Linie B-B der Fig. 2b

Fig. 2b eine schematische Draufsicht des Gegenstandes nach Fig. 2a.

Wie aus der Zeichnung hervorgeht, setzt sich eine solche Einrichtung zur Detektion von Beschleunigungskräften hauptsächlich aus einem vorzugsweise aus Kunststoff gefertigten Aufnahmekörper 1, einem am Aufnahmekörper 1 befestigten, einen Führungskanal 2 a aufweisenden, insbesondere aus Glas hergestellten, zylinderförmig ausgebildeten Bauelement 2 sowie einer aus zumindest einem optoelektronischen Sender 3 a und zumindest einem optoelektronischen Empfänger 3 b sowie einem als Kugel ausgebildeten Schaltelement 4 bestehenden Schaltvorrichtung zusammen.

Das als Kugel ausgebildete Schaltelement 4 ist vorteilhafterweise aus Messing gefertigt und in den Führungskanal 2 a des aus Glas hergestellten, zylinderförmig ausgebildeten Bauelement 2 freibeweglich eingeschmolzen. Der Führungskanal 2 a des Bauelementes 2 weist dabei einen auf das kugelförmige Schaltelement 4 abgestimmten kreisförmigen Querschnitt auf, dessen Durchmesser nur geringfügig größer als der Durchmesser des kugelförmigen Schaltelementes 4 ist. Die Reibpaarung Glas - Messing ergibt dabei äußerst geringe Reibwerte, wodurch für sich gesehen ein schnelles Ansprechen der Schaltvorrichtung erreicht wird. Das Ansprechen der Schaltvorrichtung wird noch dadurch verbessert, daß beim Verschließen des aus Glas hergestellten Bauelementes 2 ein Vakuum im Führungskanal 2 a erzeugt wird und somit die Beweglichkeit des kugelförmigen Schaltelementes 4 nicht durch Verdrängungsarbeit behindert wird.

An der Kopfseite des Aufnahmekörpers 1 sind zwei vom Aufnahmekörper 1 wegweisende Clipsarme 5 und zwei vom Bauelement 2 wegweisende Endstege 6 angeformt. Das Bauelement 2 wird zwischen den beiden Endstegen 6 durch die Clipsarme 5 an dem Aufnahmekörper 1 gehalten. Die der Kopfseite gegenüberliegende Fußseite des Aufnahmekörpers 1 ist in Art einer schiefen Ebene ausgebildet. Die Größe des Neigungswinkels α der Fußseite des Aufnahmekörpers 1 ist dabei entsprechend des festgelegten Beschleunigungsgrenzwertes gewählt, bei dessen Überschreitung die Schaltvorrichtung ein elektrisches Signal abgeben soll. Die Fußseite des Aufnahmekörpers 1 ist darüber hinaus dazu vorgesehen, direkt auf einer in den Figuren nicht dargestellten Leiterplatte befestigt zu werden. Zu diesem Zweck sind in dem Aufnahmekörper 1 zwei Gewindebohrungen 7 vorhanden. An die gegenüberliegenden Seitenflächen des Aufnahmekörpers 1 sind Aufnahmetaschen 8 angeformt, die je zur Aufnahme eines optoelektronischen Senders 3 a bzw. Empfänger 3 b dienen, deren Anschlußbeine durch die Aufnahmetaschen 8 bis zu den zugehörigen, auf der Leiterplatte befindlichen Anschlußstellen hindurchgeführt sind. Die mit dem Aufnahmekörper 1 versehene Leiterplatte wird so angeordnet, daß die Mittelachse des Führungskanals 2 a entsprechend des Neigungswinkels α ansteigend in Richtung der zu detektierenden Beschleunigungskräfte verläuft.

Soll die Bewegung des Schaltelementes 4 bestimmte Dämpfungseigenschaften aufweisen, kann der Führungskanal 2 a des Bauelementes 2 vorteilhafterweise mit bestimmte Dämpfungseigenschaften realisierenden Gasen oder Flüssigkeiten gefüllt sein. Außerdem besteht die Möglichkeit, die gesamte Einrichtung zusammen mit der zugehörigen elektronischen Schaltungsanordnung mittels einer geeigneten Masse zu vergießen, und zwar um dieselbe vor Beschädigungen zu schützen.

Wie insbesondere aus den Fig. 1a und 1b hervorgeht, ist dem einen der beiden Endbereiche des Bauelementes 2 bzw. des Führungskanals 2 a ein optoelektronischer Sender 3 a und ein diametral gegenüberliegender optoelektronischer Empfänger 3 b zugeordnet. Sowohl der optoelektronische Sender 3 a als auch der Empfänger 3 b sind dabei je in einer Aufnahmetasche 8 des Aufnahmekörpers 1 festgelegt. Die zu diesem einen Endbereich des Bauelementes 2 gehörige eine Endwand 2 b ist einem als Madenschraube ausgebildeten Einstellglied 9 zugeordnet. Das Einstellglied 9 ist dabei in dem einen der Endwand 2 b zugeordneten, an den Aufnahmekörper 1 angeformten Endsteg 6 eingeschraubt. An dem anderen, an dem Aufnahmekörper 1 angeformten Endsteg 6 stützt sich einerseits eine Schraubendruckfeder 10 ab, die andererseits an der anderen Endwand 2 c des aus Glas hergestellten Bauelementes 2 anliegt. Somit ist das Bauelement 2 zwischen dem Einstellglied 9 und der Schraubendruckfeder 10 sowie durch die Clipsarme 5 verstellbar am Aufnahmekörper 1 gehalten. Durch eine Verstellung des als Madenschraube ausgebildeten Einstellgliedes 9 kann die die Position des Bauelementes 2 bzw. des in seiner Ruhelage an der einen Endwand 2 b anliegenden kugelförmigen Schaltelementes 4 in bezug auf den optoelektronischen Sender 3 a bzw. Empfänger 3 b verändert und somit das Ansprechverhalten der Schaltvorrichtung eingestellt werden.

Die Fig. 1a und 1b zeigen das kugelförmig ausgebildete, die Beschleunigungsmasse darstellende Schaltelement 4 in seiner Ruhelage. Der Lichtfluß vom optoelektronischen Sender 3 a zum Empfänger 3 b ist somit unterbrochen. Wirken nun Beschleunigungskräfte aus der definierten Richtung auf das Schaltelement 4 ein, die den durch den Neigungswinkel α festgelegten Beschleunigungsgrenzwert überschreiten, verläßt das kugelförmige Schaltelement 4 seine Ruhelage und das vom optoelektronischen Sender 3 a ausgestrahlte Licht auf den optoelektronischen Empfänger 3 b. Dadurch wird ein elektrisches Signal abgegeben, das letztendlich dafür sorgt, daß z. B. die Verstellung des Dämpfungsverhaltens von Stoßdämpfern, die Auslösung einer Insassenschutzvorrichtung oder das Ab- bzw. Zuschalten von Antriebskomponenten erfolgt.

Wie insbesondere aus den Fig. 2a und 2b hervorgeht, ist jedem der beiden Endbereiche des aus Glas hergestellten Bauelementes 2 ein optoelektronischer Sender 3 a und optoelektronischer Empfänger 3 b zugeordnet. Jeder optoelektronische Sender 3 a und Empfänger 3 b ist dabei in einer Aufnahmetasche 8 des Aufnahmekörpers 1 festgelegt. Die beiden Endwände 2 a, 2 b des Bauelementes 2 sind den an den Aufnahmekörper 1 angeformten Endstegen 6 mit geringem Spiel zugeordnet. Das kugelförmige, aus Messing gefertigte Schaltelement 4 liegt in seiner dargestellten Ruhelage an der Endwand 2 b des Bauelementes 2 an. Damit ist der Lichtfluß des der Endwand 2 b naheliegenden optoelektronischen einen Senders 3 a zu dem der Endwand 2 b naheliegenden einen Empfänger 3 b unterbrochen, während der Lichtfluß des der Endwand 2 c naheliegenden anderen optoelektronischen Senders 3 a zu dem der Endwand 2 c naheliegenden anderen Empfänger 3 b ungehindert ist. Wirken nun Beschleunigungskräfte aus der definierten Richtung auf das Schaltelement 4 ein, die den durch den Neigungswinkel α festgelegten Beschleunigungsgrenzwert überschreiten, verläßt das kugelförmige Schaltelement 4 seine Ruhelage und das von dem einen optoelektronischen Sender 3 a ausgestrahlte Licht trifft auf den einen optoelektronischen Empfänger 3 b. Der Lichtfluß des anderen optoelektronischen Senders 3 a zum anderen Empfänger 3 b wird aber dann unterbrochen, wenn das Schaltelement 4 in diesen Bereich kommt. Dadurch wird ein elektrisches Signal abgegeben, das letztendlich dafür sorgt, daß z. B. die Verstellung des Dämpfungsverhaltens von Stoßdämpfern, die Auslösung einer Insassenschutzvorrichtung oder das Ab- bzw. Zuschalten von Antriebskomponenten erfolgt. Weil diese Einrichtung zwei funktionsmäßig geschickt miteinander verknüpfte optoelektronische Sender 3 a bzw. Empfänger 3 b aufweist, bleibt die Funktionstüchtigkeit der Einrichtung auch dann gewährleistet, wenn z. B. ein optoelektronischer Sender 3 a oder Empfänger 3 b ausfallen sollte.

Natürlich können der optoelektronische Sender 3 a bzw. der Empfänger 3 b auch an jeder beliebigen Stelle des Führungskanals 2 a (bezogen auf dessen Mittelachse) angeordnet sein, um bestimmte Ansprechcharakteristiken der Schaltvorrichtung zu realisieren.

Claims (9)

1. Einrichtung zur Detektion von Beschleunigungskräften mit einem einen Aufnahmekörper zugeordneten, einen Führungskanal aufweisenden Bauelement, dessen Mittelachse in Richtung der zu detektierenden Beschleunigungskräfte ausgerichtet und in Art einer schiefen Ebene ansteigend angeordnet ist, wobei dem Führungskanal zumindest eine eine elektrische Signalgabe bewirkende Schaltvorrichtung zugeordnet ist, die ein Schaltelement aufweist, das als eine im Führungskanal angeordnete, eine freibewegliche Beschleunigungsmasse darstellende Kugel ausgebildet ist, deren Bewegungsspielraum durch sich gegenüberliegende Anschläge eingegrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das zumindest partiell transparent ausgebildete Bauelement (2) einstückig ausgeführt ist, daß der im Bauelement vorhandene Führungskanal (2 a) gasdicht verschlossen ist und einen auf das kugelförmige Schaltelement (4) abgestimmten kreisförmigen Querschnitt aufweist und daß die Schaltvorrichtung einen senkrecht zur Mittelachse des Führungskanals (2 a) ausgerichteten optoelektronischen Sender (3 a) sowie einen diametral gegenüberliegenden optoelektronischen Empfänger (3 b) umfaßt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einem der beiden Endbereiche des Führungskanals (2 a) ein jeweils am Aufnahmekörper (1) gehaltener optoelektronischer Sender (3 a) und ein optoelektronischer Empfänger (3 b) zugeordnet sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedem der beiden Enden des Führungskanals (2 a) ein jeweils am Aufnahmekörper (1) gehaltener optoelektronischer Sender (3 a) sowie jeweils ein darauf ausgerichteter optoelektronischer Empfänger (3 b) zugeordnet sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das den Führungskanal (3 a) aufweisende Bauelement (2) ein aus Glas hergestellter Zylinder ist, der mittels an den Aufnahmekörper (1) angeformter Clipsarme (5) am Aufnahmekörper (1) gehalten ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Bauelement (2) mit seiner anderen Endwand (2 c) an einem dem Aufnahmekörper (1) zugeordneten Federglied (10) abstützt und mit seiner einen Endwand (2 b) einem am Aufnahmekörper (1) befestigten Einstellglied (9) zugeordnet ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der gasdicht verschlossene Führungskanal (2 a) des aus Glas hergestellten Bauelementes (2) mit einem Schutzgas, vorzugsweise mit trockener Luft gefüllt ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß im gasdicht verschlossenen Führungskanal (2 a) des aus Glas hergestellten Bauelementes (2) ein Vakuum vorhanden ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das im Führungskanal (2 a) des Bauelementes (2) befindliche, als Kugel ausgebildete Schaltelement (4) aus einem keramischen Werkstoff gefertigt ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das im Führungskanal (2 a) des Bauelementes (2) befindliche, als Kugel ausgebildete Schaltelement (4) aus einem nicht magnetisierbaren Metall, vorzugsweise aus Messing, hergestellt ist.