DE4031326C2 - Beschleunigungssensor und Insassen-Rückhaltesystem mit einem Beschleunigungssensor zum Auslösen desselben - Google Patents
Beschleunigungssensor und Insassen-Rückhaltesystem mit einem Beschleunigungssensor zum Auslösen desselbenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Beschleunigungssensor
insbesondere zur Verwendung in Kraftfahrzeugen zum Feststellen
plötzlicher Geschwindigkeitsänderungen und zum Aktivieren eines
Insassen-Rückhaltesystems, beispielsweise eines Luftsacks. Ein
derartiger Sensor enthält ein Element, das bei einer plötz
lichen Verzögerung in eine vorbestimmte Stellung gelangt, um
einen Kontakt zu schließen, wodurch das Rückhaltesystem
aktiviert wird.
Studien haben ergeben, daß Verletzungen bei Unfällen mit Kraft
fahrzeugen, insbesondere bei hohen Geschwindigkeiten, durch
Verwendung von Insassen-Rückhaltesystemen beträchtlich verrin
gert oder vermieden werden können. Diese Systeme enthalten
häufig einen aufblasbaren Luftsack, der im Normalzustand im
Instrumentenbrett oder im Lenkrad untergebracht ist. Wenn das
Kraftfahrzeug einer plötzlichen Verzögerung unterworfen wird,
wird der Luftsack automatisch aufgeblasen und er entfaltet sich
derart, daß er die Insassen abfängt, ihre Bewegung begrenzt und
einen Kontakt zwischen ihnen und Fahrzeugteilen, wie der Wind
schutzscheibe, dem Lenkrad, der Instrumententafel und der
gleichen, vermeidet. Ein entscheidendes Element aller derarti
ger Systeme ist der Beschleunigungssensor, der den Aufblase-
und Entfaltungsvorgang des Luftsacks auslöst. Die Bewegung des Kraftfahr
zeuges muß sorgfältig und präzis überwacht werden, so daß die Luftsäcke sehr
schnell entfaltet werden können, bevor die Insassen ernsthaft verletzt werden.
DE-AS 16 15 895 zeigt einen elektrischen Trägheitsschalter mit einem bewegli
chen Trägheitskörper, der durch einen Magneten an einem Ende des röhrenförmi
gen Gehäuses gehalten wird. Am anderen Ende des Gehäuses befindet sich in
einer Führung ein axial im Gehäuse bewegliches Schaltglied. Das Schaltglied
besteht aus einem elektrischen Isolator und an seiner Außenseite liegen zwei
Kontaktzungen an. Auf dem Isolator ist in der Weise ein elektrisch leitender Ring
aufgebracht, daß bei Verschiebung des Schaltglieds die Kontaktzungen nunmehr
auf dem elektrisch leitenden Ring zu liegen kommen und dadurch eine elektrische
Verbindung zwischen den Kontaktzungen hergestellt wird. Das Schaltglied kann
auch so ausgestaltet sein, daß die Kontaktzungen zuerst auf dem elektrisch
leitenden Ring anliegen und durch Bewegung des Schaltglieds die elektrische
Verbindung getrennt wird. Bei einer auf den Trägheitskörper wirkenden Be
schleunigung, bei welcher die Haltekraft des Magneten überwunden wird,
bewegt sich der Trägheitskörper zum anderen Ende des Gehäuses und bewegt
dabei das Schaltglied, welches dann einen elektrischen Schaltvorgang ausführt.
Der Trägheitskörper stellt nicht selber den Kontakt zwischen den Kontaktzungen
her, sondern indirekt über die Bewegung des Schaltglieds. Es ist somit neben der
beweglichen Trägheitsmasse, ein weiteres bewegliches Bauteil in Form des
Schaltglieds erforderlich. Dies bedingt höhere Fertigungskosten aufgrund einer
höheren Anzahl von Bauteilen und die Gefahr einer höheren Störanfälligkeit, die
eine erhöhte Anzahl von bewegten Teilen mit sich bringt.
Ein weiterer bekannter Beschleunigungssensor (US 4 329 549) weist ein
rohrförmiges Gehäuse auf, das eine metallische Hülse, eine
Metallkugel und einen Magneten umgibt, dessen Magnetfeld
bestrebt ist, die Kugel an einem ersten Ende der Hülse zu
halten. Am anderen Ende der Hülse befindet sich ein Paar
elektrischer Kontaktzungen. Der Sensor wird im Kraftfahrzeug
derart angeordnet, daß dann, wenn das Kraftfahrzeug einer
Verzögerung unterworfen wird, die einen vorbestimmten Wert
übersteigt, die Kugel sich von dem ersten zu dem zweiten Ende
der Hülse hin bewegt und mit den beiden Kontaktzungen Kontakt
macht. Da die Zungen und die Kugel elektrisch leitend sind,
wird eine elektrische Verbindung zwischen den beiden
Kontaktzungen hergestellt, wenn die Kugel die Kontaktzungen
berührt. Diese elektrische Verbindung wird dazu benutzt, ein
Signal für das Entfalten der Luftsäcke zu erzeugen.
Die Genauigkeit des bekannten Sensors hängt vor allem von der
richtigen Lage der beiden elektrischen Kontaktzungen ab, um
sicherzustellen, daß sie gleichzeitig von der Kugel berührt
werden. Wenn die beiden Zungen nicht genau gleich angeordnet
sind, befinden sie sich in unterschiedlichen Abständen von den
Enden der Hülse. Bei einer Verzögerung des Kraftfahrzeuges
berührt daher die Kugel eine der Zungen zuerst, wenn sie sich
auf das zweite Ende der Hülse hin bewegt. Diese Berührung
verzögert die Kugel, so daß wertvolle Zeit verloren geht, bevor
die Kugel die zweite Kontaktzunge berührt, um die elektrische
Verbindung herzustellen. Es ist jedoch wesentlich, daß der
Zeitraum zwischen dem Beginn der Verzögerung des Kraftfahr
zeuges und dem Entfalten des Luftsacks auf einem absoluten
Minimum und auf einem konstanten Wert gehalten wird. Wenn diese
Verzögerung zu lang ist, kann der Luftsack seine Aufgabe, die
Passagiere zu schützen, nicht erfüllen.
Die Kontaktzungen bestehen normalerweise aus relativ dünnem
Material wie Kupfer oder einer Legierung, die ebenso biegsam
und leicht zu biegen ist. Aufgrund dieser Eigenschaften hat es
sich bei der Herstellung und beim Zusammenbau oftmals als
äußerst schwierig und zeitraubend herausgestellt, diese Zungen
so anzuordnen, daß sie genau gleich ausgerichtet sind, so daß
die Kugel beide Zungen genau zur gleichen Zeit berührt. Um eine
schnelle und vorhersagbare Reaktionszeit des Sensors aufrecht
zuerhalten, ist es auch wesentlich, daß der Abstand von der
Ruhestellung der Kugel bis zur Kontaktstelle konstant ist. Auch
wenn die Zungen anfänglich perfekt relativ zueinander angeord
net sind, werden sie beim Zusammenbau und beim Einbau des
Sensors gelegentlich verbogen.
Demzufolge liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Be
schleunigungssensor zu schaffen, der einfach und kostengünstig
herstellbar ist und bei welchem die kritischen Elemente, wie
die genannten elektrischen Kontaktzungen, während des Zusammen
baus in ihrer vorbestimmten Lage bleiben.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Insassen-
Rückhaltesystem zu schaffen, in welchem die Reaktionszeit, d. h.
die Zeit zwischen der Verzögerung des Fahrzeuges und dem
Entfalten der Luftsäcke, jederzeit vorherbestimmbar ist, und
zwar unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Beschleunigungs
sensors.
Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen
des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 7 angegebenen Merkmale
gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den
abhängigen Unteransprüchen.
Ein erfindungsgemäßer Beschleunigungssensor weist ein Gehäuse
mit Kontaktzungen und ein Kontaktelement auf, das eine elek
trische Verbindung zwischen den Kontaktzungen herstellt, wenn
eine über einem Schwellenwert liegende Verzögerung festgestellt
wird. In dem Gehäuse ist ein Anschlag vorgesehen, der die
Kontaktzungen in einer derartigen Ruhestellung hält, daß
sicherstellt ist, daß das Kontaktelement die beiden Kontakt
zungen gleichzeitig berührt. Danach wird ein elektrisches
Signal einer Kontrolleinheit zugeführt, welche den Luftsack
innerhalb des Kraftfahrzeuges aufbläst und entfaltet. Dabei
wird in vorteilhafter Weise die Reaktionszeit des Beschleuni
gungssensors verringert, womit sichergestellt ist, daß der
Luftsack früh genug aufgeblasen wird, um Verletzungen der
Insassen zu vermeiden.
Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Beschleunigungs
sensors und eine Abwandlung desselben werden im folgenden unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 eine Seitenansicht eines in einem Gehäuse angeordneten
Beschleunigungssensors,
Fig. 2 einen Längsschnitt des Beschleunigungssensors von Fig. 1
Fig. 3 einen Querschnitt entlang Linie 3-3 in Fig. 2,
Fig. 4 eine auseinandergezogene Darstellung des Beschleuni
gungssensors von Fig. 2,
Fig. 5 einen Querschnitt ähnlich Fig. 2, wobei die Kugel gerade
die Kontaktzungen berührt,
Fig. 6 einen Querschnitt entsprechend Fig. 2, wobei die Kugel
in ihrer linken Endstellung ist, und
Fig. 7 einen Querschnitt entsprechend Fig. 2, jedoch mit einem
abgewandelten Anschlag für die Kontaktzungen, wobei die Kugel in
ihre Ruhestellung zurückkehrt.
Der Beschleunigungssensor 10 befindet sich in einem Gehäuse 12,
das in dem nicht dargestellten Kraftfahrzeug angeordnet ist.
Der Sensor ist durch ein Kabel 14 mit mindestens zwei Adern 16,
18 mit einem Steuergerät 54 (Fig. 3) zum Auslösen eines Luft
sacks 56 (Fig. 3) verbunden.
Der Sensor 10 weist ein rohrförmiges Gehäuse 20 auf, das am
einen Ende von einer Stirnwand 22 mit einem äußeren hohlen
Fortsatz 24 verschlossen ist. An dem der Stirnwand 22
gegenüberliegenden Ende hat das Gehäuse 20 einen vergrößerten
Abschnitt 26, der einen Sitz für eine Gummidichtung 28 bildet.
Das Gehäuse 20 besteht vorzugsweise aus Kunststoff und es hat
eine zylindrische Innenwand 30 zur Aufnahme einer Metallhülse
32. Die Stirnwand 22 ist mit einer sphärischen Vertiefung 34
zur Aufnahme einer metallischen Kugel 36 versehen. Der
Durchmesser der Kugel 36 ist geringfügig kleiner als der
Durchmesser der Hülse 32.
Der Endabschnitt 26 hält einen Kunststoffdeckel 38 mit zwei
Metallstiften 40, 42, die jeweils eine entsprechende Kontakt
zunge 44, 46 halten. Der Deckel 38 enthält als Anschlag für die
Kontaktzungen in deren Ruhestellung eine Kunststoff-Halte
scheibe 48, die mit der Umfangswand des Deckels 38 beispiels
weise durch Preßsitz, durch Klebung, durch Ultraschall-
Schweißung oder andere bekannte Mittel verbunden ist. Die
Scheibe 48 hat ein inneres Loch 50 (Fig. 4), das so bemessen
ist, daß es die Zungen 44 und 46 berührt und in einer vorbe
stimmten Ruhestellung hält. Wie insbesondere aus Fig. 4 er
sichtlich ist, sind die Zungen 44, 46 vor dem Einbau der Halte
scheibe 48 in einer entspannten, offenen Stellung. Nach dem
Einbau der Haltescheibe 48 berührt diese die Zungen und spannt
sie nach innen zur Längsachse des Sensors hin vor in eine
Stellung, die gestrichelt dargestellt ist. Die Vorspannkraft
wird durch die Biegsamkeit der Zungen hervorgerufen. Wie in
Fig. 4 gezeigt, sind die Zungen 44, 46 in ihrer in ausgezogenen
Linien dargestellten "offenen" Stellung in einem verhältnis
mäßig willkürlichen Abstand vom Hauptkörper des Deckels und sie
sind daher ziemlich schwierig genau gleich anzuordnen. Dagegen
hält die Haltescheibe 48 die Zungen akkurat in einem vorbe
stimmten Abstand von dem Deckel. Die Haltescheibe hält überdies
die Zungen in ihren vorgewählten Stellungen und schützt sie vor
Verformungen während des Zusammenbaus des Sensors. Wie in Fig.
3 gezeigt, sind die Kontaktzungen 44 und 46 in Serie in einem
elektrischen Schaltkreis angeordnet, der eine Batterie 52 und
den Betätigungsmechanismus 54 enthält. Der Betätigungsmecha
nismus 54 steuert und zündet einen oder mehrere Luftsäcke 56.
Ein ringförmiger Permanentmagnet 58 ist auf dem Fortsatz 24 der
Stirnwand 22 angeordnet. Der Magnet erzeugt ein magnetisches
Feld, welches bestrebt ist, die Kugel 36 an der Stirnwand 22,
also in der Stellung gemäß Fig. 2, zu halten. Das Gehäuse 12
ist innerhalb des Kraftfahrzeuges so orientiert, daß der Deckel
38 zum vorderen Ende und die Stirnwand 22 zum hinteren Ende des
Fahrzeugs zeigt. In Fig. 2 ist die normale Bewegungsrichtung
des Kraftfahrzeuges durch den Pfeil a gekennzeichnet. Wenn das
Fahrzeug auf ein Hindernis auftrifft, würde es in Richtung des
Pfeils b verzögert. Wenn die Verzögerungskraft größer ist als
die vorbestimmte Rückhaltekraft des Magneten 58, überwindet die
Kugel die von dem Magneten 58 ausgeübte Kraft und sie bewegt
sich in Richtung des Pfeiles a auf den Deckel 38 zu. Da die
Haltescheibe 48 die Kontaktzungen 44, 46 in einer gemeinsamen
Ebene hält, berührt die Kugel 36 die Kontaktzungen 44, 46
gleichzeitig (Fig. 5). Die Kugel bewegt sich nun weiter in
Richtung des Pfeiles a, bis sie durch die Kontaktzungen und die
Haltescheibe 48 aufgehalten wird (Fig. 6). Wenn die Verzögerung
beendet ist, kehrt die Kugel 36 gemäß Fig. 7 in ihre Ruhe
stellung zurück.
In der Zwischenzeit hat durch den Kontakt zwischen der Kugel 36
und den Kontaktzungen 44, 46 ein Stromfluß von der Batterie 52
zur Betätigungseinrichtung 54 stattgefunden, welche nun den
Luftsack 56 auslöst. Wie vorher erwähnt, könnten ohne die
Haltescheibe 48 die Kontaktzungen 44, 46 ungleich angeordnet
werden, so daß die Kugel 36 bei ihrer Bewegung in Richtung des
Pfeiles a zunächst nur eine der Zungen berühren würde. Die
Bewegung der Kugel würde durch diese Berührung abgebremst, so
daß die Kugel mit der zweiten Kontaktzunge erst einige Milli
sekunden später in Berührung kommen und das Auslösen des
Luftsacks verzögert würde.
Wie in Fig. 7 gezeigt, kann die Haltescheibe 48 weggelassen
werden und statt dessen das rohrförmige Gehäuse 20 mit einer
inneren Schulter 68 versehen werden, die so ausgebildet und
angeordnet ist, daß sie die Kontaktzungen 44, 46 im Ruhezustand
in ihrer richtigen Lage zueinander positioniert.
Claims (6)
1. Beschleunigungssensor zum Erfassen von Geschwindigkeitsänderungen mit
- a) einem Gehäuse (20) mit einem ersten und einem zweiten Ende,
- b) zwei Kontaktzungen (44, 46) am ersten Ende,
- c) einem Sensorelement (36), das beweglich in dem Gehäuse (20) angeordnet ist,
- d) Rückhaltemitteln (58) zur Ausübung einer Kraft auf das Sensorelement (36), um dieses in Richtung auf eine erste Endstellung zu bewegen, wobei das Sensorelement so angeordnet und ausgebildet ist, daß es bei einer die Rückhaltekraft übersteigenden Verzögerungskraft aus der ersten in eine zweite Stellung bewegt wird, in der es einen Kontakt zwischen den Kontaktzungen (44, 46) herstellt, und
- e) einem Anschlag (48; 68) für die Kontaktzungen (44, 46), der so ausgebildet ist, daß er die Kontaktzungen (44, 46) in einer solchen vorgewählten Ruhestellung hält, daß das Sensorelement (36) gleichzeitig mit den Kontaktzungen (44, 46) in Berührung kommt.
2. Beschleunigungssensor nach Anspruch 1, bei welchem die Kontaktzungen
(44, 46) und das Sensorelement elektrisch leitend sind, um eine elektrische
Verbindung herzustellen, wenn das Sensorelement (36) die Kontaktzungen
(44, 46) berührt.
3. Beschleunigungssensor nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem der Anschlag
von einer Halteplatte (48) mit einer zentralen Öffnung (50) gebildet ist, durch
welche das Sensorelement (36) mit den Kontaktzungen (44, 46) in Berührung
kommen kann.
4. Beschleunigungssensor nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem der Anschlag
von einer Schulter (68) im Inneren des Gehäuses (20) gebildet ist, an dem die
Kontaktzungen (44, 46) im Ruhezustand anliegen.
5. Beschleunigungssensor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, bei
welchem die Rückhaltekraft von dem Magnetfeld eines Permanetmagneten
(58) erzeugt ist.
6. Insassen-Rückhaltesystem für ein Kraftfahrzeug mit mindestens einem
innerhalb desselben angeordneten Luftsack (56), einer Steuereinheit (54) zum
Zünden des Luftsackes für den Schutz eines Insaßen bei einem Crash und
einem Beschleunigungssensor (10) zum Feststellen einer
Geschwindigkeitsänderung des Kraftfahrzeuges, der mit der Steuereinheit
verbunden ist und ein Auslösesignal erzeugt, wenn die Verzögerung des
Kraftfahrzeuges einen bestimmten Wert übersteigt, mit einem
Beschleunigungssensor (10) nach einem oder mehreren der vorhergehenden
Ansprüche.
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Legal Events
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Representative=s name: DR. A. V. FUENER, DIPL.-ING. D. EBBINGHAUS, DR. IN |
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D2 | Grant after examination | ||
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