DE4031327A1 - Beschleunigungssensor, insbesondere fuer insassen-rueckhaltesysteme in einem kraftfahrzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Beschleunigungssensor insbesondere zur Verwendung in Kraftfahrzeugen zum Feststellen von plötzlichen Geschwindigkeitsänderungen und zum Aktivieren eines Insassen-Rückhaltesystems, beispielsweise eines Luft­ sacks. Ein derartiger Beschleunigungssensor enthält ein Sensor- Element, das bei einer plötzlichen Verzögerung in eine vorbe­ stimmte Stellung gelangt, um einen elektrischen 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 ver­ ringert 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 be­ grenzt und einen Kontakt zwischen ihnen und Fahrzeugteilen, wie der Windschutzscheibe, dem Lenkrad, der Instrumententafel und dgl. vermeidet.

Ein entscheidendes Element aller derartiger Systeme ist der Beschleunigungssensor, der das Aufblasen und Entfalten des Luftsacks auslöst. Die Bewegung des Kraftfahrzeuges muß sorg­ fältig und präzise überwacht werden, so daß die Luftsäcke im Bedarfsfall sehr schnell entfaltet werden, bevor die Insassen ernsthaft verletzt werden.

Ein bekannter Beschleunigungssensor (US-PS 43 29 549) weist ein rohrförmiges Gehäuse auf, das eine metallische Hülse, eine Metallkugel und einen Magneten enthält, dessen Magnetfeld be­ strebt 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 ange­ ordnet, daß dann, wenn das Kraftfahrzeug einer Verzögerung unterworfen wird, die einen vorbestimmten Wert übersteigt, die Kugel sich unter Überwindung der Rückhaltekraft des Permanent­ magneten 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 elek­ trische Verbindung zwischen den beiden Kontaktzungen herge­ stellt, wenn die Kugel die Kontaktzungen berührt. Diese elek­ trische Verbindung wird dazu benutzt, ein Signal für das Entfalten der Luftsäcke zu erzeugen.

Ein Problem bei dem bekannten Beschleunigungssensor besteht darin, daß der elektrische Kontakt durch eine Kugel hergestellt wird, und da die Kontaktstellen unbestimmt sind, muß die gesamte Oberfläche der Kugel behandelt werden, um einen elektrischen Pfad mit geringem Widerstand zu erhalten. So ist die Kugel oftmals mit einer dünnen Schicht aus Gold oder einem ähnlichen hochleitfähigen Material beschichtet. Eine derartige Beschichtung ist jedoch teuer und ihre Herstellung zeitauf­ wendig. Außerdem nutzt sich eine derartige, aus Kostengründen äußerst dünne Schicht ab, wenn sich die Kugel entlang ihres Weges bewegt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Beschleuni­ gungssensor der gattungsgemäßen Art zu schaffen, bei dem beim Auftreten einer Beschleunigung oder Verzögerung vorbestimmter Größe ein elektrisches Strompfad geschlossen wird, der nicht durch das Trägheits- oder Sensorelement des Sensors verläuft.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 ist eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Be­ schleunigungssensors,

Fig. 2 ist ein Längsschnitt entlang Linie 2-2 in Fig. 1,

Fig. 3 ist ein Querschnitt entlang Linie 3-3 in Fig. 1, und

Fig. 4 ist ein Längsschnitt entsprechend Fig. 2, wobei die elektrischen Kontaktzungen in Kontakt miteinander sind.

Der in den Zeichnungen dargestellte Beschleunigungssensor 10 ist normalerweise in einem nicht dargestellten Kraftfahrzeug angeordnet. Der Sensor ist durch eine Leitung 14 mit mindestens zwei Adern 16, 18 mit einem Insassen-Rückhaltesystem 80 ver­ bunden, das beispielsweise einen Luftsack aufweist, der bei einer bestimmten Verzögerung des Fahrzeuges ausgelöst werden soll.

Der Sensor 10 weist ein Gehäuse 22 auf, das einen rohrförmigen Körper 20 enthält, welcher am einen Ende einen zylindrischen Fortsatz 24 geringeren Durchmessers aufweist, der durch eine Stirnwand 26 verschlossen ist. Von der Stirnwand 26 erstreckt sich nach außen ein Fortsatz 28, auf welchem ein ringförmiger Permanentmagnet 30 angeordnet ist. Der rohrförmige Körper 20 besteht vorzugsweise aus Kunststoff. Der zylindrische Fortsatz 24 enthält eine Metallhülse 32, in der eine Metallkugel 34 verschiebbar angeordnet ist.

Der rohrförmige Körper 20 ist an seinem anderen Ende durch einen Deckel 44 verschlossen. Der Deckel 44 ist mit dem Körper 20 durch bekannte Mittel, beispielsweise durch Kleben oder durch Ultraschallschweißung verbunden. Der Deckel 44 hat hochstehende, in das Innere des rohrförmigen Körpers 20 hineinragende Seitenwände 36, 38, zwischen denen vier Kontaktzungen 46, 48, 50 und 52 liegen, die am Deckel 44 angebracht sind. Der Einfachheit halber werden die Zungen 46 und 48 als die unteren Zungen und die Zungen 50 und 52 als die oberen Zungen bezeichnet. Jede dieser Zungen ist an dem Deckel 44 durch einen Stift 56 befestigt und besteht aus verhältnis­ mäßig dünnem und flachem, elektrisch leitendem Material, wie z. B. Kupfer, das, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, U-förmig gebogen ist. Die unteren Zungen 46 und 48 weisen gebogene End­ abschnitte 58 und 60 auf. Die oberen Zungen 50 und 52 erstrec­ ken sich weiter radial nach innen in den Weg 40 der Kugel 34, und ihre Enden sind vorzugsweise mit einem elektrisch isolie­ renden Werkstoff 62, 64, beispielsweise Kunststoff, beschich­ tet. Innerhalb des rohrförmigen Körpers 20 sind Rippen 66, 68, 70, 72 vorgesehen, an denen sich die Zungen 46, 48, 50 und 52 in der Ruhestellung gemäß Fig. 2 abstützen.

Vorzugsweise ist jede der Zungen zur Erzielung einer Redundanz in zwei parallele Abschnitte gespalten. Wie Fig. 3 zeigt, hat die Zunge 50 zwei parallele Abschnitte 50′ und 50′′, die je­ weils an ihren Enden mit einem isolierenden Werkstoff 64 be­ schichtet sind. In gleicher Weise ist die Zunge 52 in zwei parallele Abschnitte 52′ und 52′′ gespalten.

Zwischen dem rohrförmigen Körper 20 und dem Gehäuse 22 ist ein Freiraum 74 belassen, in welchem elektronische Bauteile an­ geordnet sind, die beispielsweise auf einer Tafel 76 mit einer gedruckten Schaltung angebracht sind.

Der Beschleunigungssensor 10 arbeitet wie folgt:

Der Permanentmagnet 30 erzeugt ein Magnetfeld, und da die Hülse 32 und die Kugel 34 aus einem magnetisch permeablen Material bestehen, wird auf die Kugel 34 eine Rückhaltekraft ausgeübt, welche bestrebt ist, diese an der Stirnwand 26 des rohrförmigen Körpers 20 zu halten, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Der Sensor ist in einem Kraftfahrzeug, beispielsweise im Motorraum oder im Fahrgastraum, in einer derartigen Lage angeordnet, daß dann, wenn das Fahrzeug einer Verzögerung ausgesetzt ist, die größer ist als ein vorbestimmter Wert, der beispielsweise durch die Abmessungen des Sensors und durch die Stärke des Magnet­ feldes bestimmt ist, die Verzögerungskraft die Rückhaltekraft des Magnetfeldes überwindet, so daß die Kugel 34 in Richtung des Pfeiles A entlang ihres Weges 40 bewegt wird. Dabei kommt die Kugel 34 weitgehend gleichzeitig mit den Enden der oberen Zungen 50, 52 in Kontakt. Da diese Enden isoliert sind, wird zu diesem Zeitpunkt kein elektrischer Kontakt hergestellt. Die Kugel 34 bewegt sich weiter in Richtung des Pfeiles A, wobei sie die oberen Zungen 50, 52 in der gleichen Richtung biegt, bis diese Zungen mit den gebogenen Endenabschnitten 58, 60 der unteren Zungen 46, 48 in Kontakt kommen. Dies ist in Fig. 4 dargestellt. Dieser Kontakt stellt einen ersten elektrischen Strompfad zwischen den Zungen 48, 50 und einen zweiten elek­ trischen Strompfad zwischen den Zungen 46 und 52 her. Diese geschlossenen elektrischen Strompfade können dazu benutzt werden, ein elektrisches Signal zu erzeugen, das über die Adern 16, 18 der Leitung 14 dem Insassen-Rückhaltesystem 80, bei­ spielsweise einem nicht dargestellten Luftsacksystem, zum Auslösen desselben zugeleitet wird.

Claims (8)

1. Beschleunigungssensor zur Feststellung von Geschwindig­ keitsänderungen, mit einem Gehäuse (20) mit einem ersten Ende (26) und einem zweiten Ende (44), das dem ersten Ende gegen­ überliegt, ersten und zweiten Kontaktmitteln (48, 50; 46, 52) am einen Ende (44), einem Sensorelement (34), das in dem Gehäuse (20) beweglich angeordnet ist, und mit Mitteln (30) zur Erzeugung einer auf das Sensorelement (34) wirkenden Rückhalte­ kraft, um dieses in einer ersten Stellung zu halten, wobei das Sensorelement bei einer die Rückhaltekraft übersteigenden Ver­ zögerungskraft aus der ersten Stellung in eine zweite Stellung bewegt wird, in der es einen Kontakt zwischen den ersten und zweiten Kontaktmitteln herstellt, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kontaktmittel (48, 50; 46, 52) in der zweiten Stellung des Sensorelements (34) durch dieses in direktem Kontakt miteinander gebracht sind.

2. Beschleunigungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die ersten und die zweiten Kontaktmittel jeweils ein Paar von Kontaktzungen (48, 50 bzw. 46, 52) aufweisen.

3. Beschleunigungssensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorelement (34) oder die Kontakt­ mittel mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung (62, 64) versehen ist bzw. sind, um einen elektrischen Strompfad über das Sensorelement zu verhindern.

4. Beschleunigungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Erzeugung der Rückhaltekraft ein Permanent­ magnet (30) vorgesehen ist.

5. Beschleunigungssensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorelement (34) von einer Kugel gebildet ist.

6. Beschleunigungssensor nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß von jedem Kontaktzungenpaar eine Kontaktzunge (50 bzw. 52) sich in den Weg (40) des Sensorelements (34) er­ streckt, während die zweite Kontaktzunge angeordnet ist, wobei die ersten Kontaktzungen (50, 52) in der zweiten Stellung des Sensorelements (34) so gebogen sind, daß sie die zweiten Kontaktzungen (48, 46) unter Bildung von zwei elektrischen Strompfaden berühren.

7. Beschleunigungssensor nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jede Kontaktzunge zur Bildung von zwei parallelen Kontaktabschnitten (50′, 50′′ bzw. 52′, 52′′) geschlitzt ist.

8. Insassen-Rückhaltesystem in einem Kraftfahrzeug mit einem im Insassenraum angeordneten Luftsack, einem Steuergerät zum Aus­ lösen des Luftsacks zwecks Schutz eines Insassen im Falle eines Crashs, und einem Beschleunigungssensor zum Feststellen einer Geschwindigkeitsänderung des Fahrzeuges und zum Auslösen der Steuereinheit, wenn die Verzögerung des Kraftfahrzeuges einen vorbestimmten Wert übersteigt, gekennzeichnet durch einen Be­ schleunigungssensor gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7.