DE4031332A1 - Beschleunigungssensor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Beschleunigungssensor insbesondere zur Verwendung in Kraftfahrzeugen zum Erkennen von plötzlichen Geschwindigkeitsänderungen und zum Aktivieren eines Insassen-Rückhaltesystems, beispielsweise eines Luftsacks. Ein derartiger Beschleunigungssensor enthält ein Sensor-Element, das bei einer plötzlichen Verzögerung in eine vorbestimmte 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 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 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 Kraftfahrzeu­ ges muß sorgfältig und präzis 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 elektrische Verbindung wird dazu benutzt, ein Signal für das Entfalten der Luftsäcke zu erzeugen.

Da die Kontaktzungen federnd sein müssen, bestehen sie norma­ lerweise aus Stahl, Kupfer oder einer entsprechenden Legierung, während die Kugel meist goldplattiert ist, um einen guten elek­ trischen Kontakt zwischen der Kugel und den Kontaktzungen sicherzustellen. Aufgrund des Unterschiedes in der elektro­ chemischen Aktivität zwischen diesen Metallen kann durch Elektrolyse Korrosion entstehen, die eine Isolierschicht auf der Kugel und/oder den Kontaktzungen bilden kann, wodurch der Sensor ausfallen kann. Dieses Problem wird noch vergrößert, wenn die die Kugel und die Kontaktzungen enthaltende Kammer zur Atmosphäre hin offen ist, da Rauch und andere von der An­ triebsmaschine herrührende Schadstoffe in die Kammer eindringen und eine Verschmutzung der Kontaktelemente herbeiführen können. Ein weiteres Problem des bekannten Sensors besteht darin, daß die auf die Kugel wirkende Rückhaltekraft von einem Permanent­ magneten erzeugt wird. Da dieser Magnet ein verhältnismäßig starkes Magnetfeld erzeugen muß, ist er verhältnismäßig groß und er beansprucht entsprechend viel Platz.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Beschleuni­ gungssensor der gattungsgemäßen Art zu schaffen, der sich gegenüber dem bekannten Beschleunigungssensor durch eine größere Zuverlässigkeit, einen geringeren Platzbedarf und niedrigere Herstellungskosten auszeichnet.

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

Durch die Verwendung einer Feder als die Rückhaltekraft auf das Sensorelement erzeugendes Bauteil kommt der teuere und verhält­ nismäßig viel Platz beanspruchende Permanentmagnet des bekann­ ten Sensors in Fortfall.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Beschleuni­ gungssensors ergeben sich aus den Unteransprüchen. So kann die Rückhaltefeder für das Sensorelement von einer federnden Kontaktzunge gebildet sein, so daß sich eine eigene Rückhalte­ feder erübrigt. Wenn diese Kontaktzunge so angeordnet ist, daß sie beim Auftreten einer bestimmten Geschwindigkeitsänderung durch das Sensorelement in direkte Berührung mit dem anderen Kontakt gebracht wird, kann auf eine teuere Beschichtung des Sensorelements verzichtet werden.

Die Erfindung umfaßt auch ein Insassen-Rückhaltesystem für ein Kraftfahrzeug, das bei Auftreten einer vorbestimmten Verzö­ gerung des Kraftfahrzeuges durch einen erfindungsgemäßen Beschleunigungssensor ausgelöst wird.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Ansicht eines Beschleunigungssensors für ein Insassen-Rückhaltesystem von unten,

Fig. 2 eine Seitenansicht des Beschleunigungssensors von Fig. 1, wobei sich das Sensorelement in seiner Ruhestellung befindet,

Fig. 3 eine Seitenansicht entsprechend Fig. 2 im Teilschnitt, wobei sich das Sensorelement in einer Mittelstellung befindet,

Fig. 4 eine Ansicht entsprechend Fig. 3, wobei sich das Sensor­ element in einer Endstellung befindet,

Fig. 5 einen Teil-Längsschnitt eines zweiten Ausführungs­ beispiels, wobei sich das Sensorelement in einer ersten oder Ruhestellung befindet, und

Fig. 6 den Sensor von Fig. 5, wobei das Sensorelement in seiner zweiten Endstellung dargestellt ist.

In der folgenden Beschreibung beziehen sich solche Ausdrücke wie "nach oben", "nach unten", "oberhalb", "unterhalb", "senkrecht", "waagerecht" usw. auf die Darstellung des Sensors in den Zeichnungen und nicht auf die tatsächliche Lage des Sensors in einem Kraftfahrzeug.

Ein Beschleunigungs- oder Geschwindigkeitsänderungssensor 10 ist normalerweise in einem Gehäuse angeordnet, das in dem nicht dargestellten Kraftfahrzeug angebracht ist. Der Sensor ist durch eine Leitung 12 mit mindestens zwei Adern 14, 16 mit einem Steuergerät 142 zum Auslösen eines Luftsacks 144 (siehe Fig. 3) verbunden.

Der Sensor hat ein im wesentlichen rohrförmiges Gehäuse 18 aus nichtleitendem Material, beispielsweise Kunststoff, mit einer zylindrischen Umfangswand 20. Innerhalb des Gehäuses sind zwei Kontaktzungen 22, 24 vorgesehen, die im wesentlichen senkrecht zur Umfangwand 20 verlaufende Fortsätze aufweisen. Die Kon­ taktzunge 22 weist einen ersten Fortsatz 28 und einen zweiten Fortsatz 30 auf, der gegenüber dem ersten Fortsatz durch einen gebogenen Abschnitt 32 versetzt ist. Die Kontaktzungen 22 und 24 sind durch Stifte 38 am Boden 36 des Gehäuses befestigt.

Das Gehäuse 18 hat auch eine obere Wand 40, von welcher sich eine Mehrzahl von Rippen 42 nach unten erstreckt. An ihre unteren Enden weisen die Rippen 42 bogenförmige Abschnitte 44 auf. Zwischen den Rippen 42 liegt ein Sensorelement 46, beispielsweise in Form einer Kugel aus Stahl oder anderem relativ dichtem Material. Die Rippen 42 bilden eine in Fig. 3 und 4 senkrecht rohrförmige Führung für die Kugel 46.

Die Kontaktzungen 22, 24 bestehen aus federndem, elektrisch leitendem Material, wie Stahl, Kupfer oder einer entsprechenden Legierung. Wie in Fig. 2 gezeigt, ist die Kontaktzunge 22 so angeordnet, daß sie eine Rückhaltekraft auf die Kugel 46 ausübt, um diese in ihrer dargestellten Ruhestellung zu halten.

Der Sensor ist im Kraftfahrzeug derart angeordnet, daß bei einem Crash, der eine über einem bestimmten Wert liegende Verzögerung zur Folge hat, die Kugel 46 die Rückhaltekraft der Kontaktzunge 22 überwindet und beginnt, sich entlang des durch die Rippen 42 bestimmten Weges nach unten zu bewegen. Bei dieser Abwärtsbewegung biegt die Kugel 46 die Kontaktzunge 22, bis diese in elektrischen Kontakt mit der Kontaktzunge 24 gelangt, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Die Kontaktzungen sind ein Teil des elektrischen Stromkreises zum Auslösen des Luftsacks. Beispielsweise kann die Kontaktzunge 22 mit einer Batterie 140 durch die Ader 14 und die Kontaktzunge 24 mit dem Betätigungsmechanismus 142 durch die Ader 16 verbunden sein.

Wenn die beiden Kontaktzungen 22, 24 einander berühren, fließt Strom von der Batterie 140 zu dem Steuergerät 142, um den Luftsack 144 auszulösen und aufzublasen (Fig. 3).

Wenn nach erfolgtem Kontakt zwischen den beiden Kontaktzungen die Verzögerung des Fahrzeuges groß genug ist, setzt die Kugel ihre Abwärtsbewegung fort, wobei sie beide Kontaktzungen 22 und 24 biegt, bis sie durch die bogenförmigen Abschnitte 44 der Rippen 42 angehalten wird. Dies ist in Fig. 4 dargestellt. Die kombinierte Kraft der Kontaktzungen 22, 24 bremst die Kugel 46 in diesem letzten Bewegungsabschnitt ab, wodurch der Aufschlag der Kugel 46 auf das Gehäuse bzw. auf die bogenförmigen Ab­ schnitte 44 der Rippen 42 verringert wird. Wenn die Verzögerung aufhört, kehrt die Kugel 46 mit Hilfe der Kontaktzungen in ihre Ausgangsstellung gemäß Fig. 3 zurück.

Wenn der Sensor in einer relativ sauberen Atmosphäre, bei­ spielsweise im Fahrgastraum des Fahrzeuges angeordnet ist, braucht das Innere des Gehäuses nicht abgedichtet zu werden. Daher kann der Sensor gemäß Fig. 1 bis 4 auf einfache Weise und kostengünstig durch übliche Formtechniken hergestellt werden.

Eine alternative Ausführungsform ist in Fig. 5 und 6 darge­ stellt. Dieser Beschleunigungssensor 110 weist zwei Kontakt­ zungen 122 und 124 sowie eine Kugel 146 auf, die ähnlich wie die Kontaktzungen 22, 24 und die Kugel 46 von Fig. 1 bis 4 ausgebildet sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Kugel 146 jedoch in einer geschlossenen rohrförmigen Kammer 148 mit einem schmalen seitlichen Schlitz 150 angeordnet. Die Kontakt­ zungen 122, 124 erstrecken sich durch den Schlitz 150 hindurch in die Kammer 148. Der Innendurchmesser der Kammer 148 ist geringfügig größer als der Durchmesser der Kugel 146. Bei dieser Ausführung wird die Bewegung der Kugel 146 zusätzlich zur Wirkung der Kontaktzungen 122, 124 durch die in der Kammer 148 enthaltene Luft beeinflußt, die als Dämpfungsmittel wirkt. Wenn der Sensor 110 in einem Kraftfahrzeug angeordnet ist, und zwar vorzugsweise in der Knautschzone desselben, so bewegt sich die Kugel 146 bei einer plötzlichen Verzögerung des Fahrzeuges aus der Ruhestellung gemäß Fig. 5 nach unten in eine Zwischen­ stellung, in welcher die Kontaktzunge 122 die Kontaktzunge 124 berührt, und schließlich in die in Fig. 6 gezeigte Endstellung. Der Zeitraum von dem Moment ab, in welchem die Kugel 146 sich zu bewegen beginnt, bis zu dem Moment, in dem sich die Kontakt­ zungen 122, 124 berühren, ist geringfügig länger als bei dem Sensor gemäß Fig. 1 bis 4, wodurch der Sensor etwas genauer und fehlerfreier arbeitet.

Claims (10)

1. Beschleunigungssensor, insbesondere für ein Insassen- Rückhaltesystem in einem Kraftfahrzeug, mit einem Gehäuse (18), das ein Sensorelement (46; 146) enthält, welches innerhalb des Gehäuses beweglich ist und bei einer bestimmten Verzögerung aus einer ersten Stellung entgegen einer Rückhaltekraft in eine zweite Stellung bewegbar ist, in der es elektrische Kontakte (22, 24; 122, 124) schließt, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Erzeugung der Rückhaltekraft eine Feder (22; 122) vorgesehen ist.

2. Beschleunigungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Feder eine Blattfeder ist.

3. Beschleunigungssensor nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Kontakte eine federnde Kontaktzunge (22; 122) ist, welche die Rückhaltefeder für das Sensorelement (46; 146) bildet und beim Auftreten einer bestimmten Verzögerung durch das Sensorelement (46; 146) gebogen und in direkte Berührung mit dem anderen Kontakt (24; 124) gebracht wird.

4. Beschleunigungssensor nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß beide Kontakte (22, 24; 122, 124) als federnde Kontaktzungen ausgebildet sind.

5. Beschleunigungssensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (18) eine geschlossene Kammer (148) aufweist, in der das Sensorelement (146) beweglich angeordnet ist.

6. Beschleunigungssensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (148) ein Gas zum Dämpfen der Bewegung des Sensorelementes (146) enthält.

7. Beschleunigungssensor nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß sich die Rückhaltefeder (122) durch einen Schlitz (150) in die Kammer (148) erstreckt.

8. Beschleunigungssensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Inneren des Gehäuses (18) Rippen (42) zur Führung des Sensorelementes (46) vorge­ sehen sind.

9. Beschleunigungssensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorelement (46; 146) von einer Kugel gebildet ist.

10. Insassen-Rückhaltesystem in einem Kraftfahrzeug, mit einem Luftsack (140) zum Zurückhalten eines Insassen, einer Auslöseeinrichtung (144) zum Aufblasen des Luftsackes bei einer über einem bestimmten Wert liegenden Verzögerung des Kraftfahr­ zeuges und einem Beschleunigungssensor zum Feststellen der Verzögerung und zum Aktivieren der Auslöseeinrichtung, gekennzeichnet durch einen Beschleunigungssensor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9.