DE4126922C2 - Beschleunigungssensor - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Beschleunigungssensor, umfassend:
einen Zylinder, der aus einem Metall hergestellt ist, ein magnetisiertes Trägheitsteil, das in dem Zylinder so angebracht ist, daß es in Längsrichtung des Zylinders bewegbar ist;
ein leitfähiges Teil, das wenigstens auf der Endoberfläche oder Stirnfläche des Trägheitsteils, welche auf der Seite des einen Längsendes des Zylinders ist, angebracht ist;
ein Paar Elektroden, die an dem einen Längsende des Zylin­ ders angeordnet sind und welche, wenn das leitfähige Teil des Trägheitsteils in Kontakt mit den Elektroden kommt, über das leitfähige Teil leiten oder leitend verbunden sind; und
ein Anziehungsteil, das in der Nähe des anderen Längsendes des Zylinders angeordnet und aus einem magnetischen Material hergestellt ist, wobei das Anziehungsteil und das Trägheitsteil magnetisch aufeinander zu angezogen werden.

Dieser Beschleunigungssensor ist dazu geeignet, eine große Änderung in der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs zu detektieren, die durch eine Kollision, einen Fahrzeugzusammenstoß o. dgl. verursacht wird ist.

Ein Beschleunigungssensor dieser Art ist in US 4 827 091 be­ schrieben.

In diesem Beschleunigungssensor ziehen sich das magnetisierte Trägheitsteil und das Anziehungsteil gegenseitig an. Wenn keine oder fast keine Beschleunigung auf den Sensor ausgeübt wird, befindet sich das Trägheitsteil in Ruhe an dem anderen Ende in dem Zylinder.

Wenn eine relativ große Beschleunigung auf diesen Beschleuni­ gungssensor wirkt, bewegt sich das magnetisierte Trägheitsteil gegen die Anziehungskraft des Anziehungsteils. Während der Be­ wegung des Trägheitsteils wird ein elektrischer Strom in dem Zylinder induziert, wodurch eine magnetische Kraft erzeugt wird, die das Trägheitsteil in der Richtung vorspannt, welche entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung des Trägheitsteils ist. Daher wird das magnetisierte Trägheitsteil gebremst, so daß die Geschwindigkeit der Bewegung vermindert wird.

Wenn die Beschleunigung geringer als eine vorbestimmte Größe oder ein Schwellwert ist, kommt das magnetisierte Trägheitsteil zum Stillstand, bevor es das vordere Ende des Zylinders er­ reicht. Dann wird das Trägheitsteil durch die Anziehungskraft des Anziehungsteils zurückgezogen.

Wenn die Beschleunigung größer als die vorbestimmte Größe oder der Schwellwert ist, z. B. dann, wenn das Fahrzeug, in dem die­ ser Beschleunigungssensor vorgesehen ist, mit einem Objekt kol­ lidiert, dann kommt das Trägheitsteil an dem einen Ende des Zy­ linders an. Jetzt kommt die leitfähige Schicht auf der vorderen End- oder Stirnfläche des Trägheitsteils in Kontakt mit beiden Elektroden, so daß es dieselben miteinander elektrisch verbin­ det. Wenn vorher eine Spannung zwischen den Elektroden angelegt worden ist, fließt ein elektrischer Strom, wenn ein Kurzschluß zwischen ihnen auftritt. Dieser elektrische Strom ermöglicht die Detektion einer Kollision, eines Zusammenstoßes o. dgl. des Fahrzeugs.

Bisher wurde der Zylinder aus sauerstofffreiem Kupfer herge­ stellt, das einen kleinen elektrischen Widerstand hat. Aufgrund der Durchführung verschiedener Untersuchungen sind die Erfinder der vorliegenden Erfindung zu den folgenden Ergebnissen gekom­ men: Der Widerstands-Temperaturkoeffizient des elektrischen Wi­ derstands von sauerstofffreiem Kupfer hat einen relativ großen Wert von etwa 4 × 10^-3°C^-1. Daher kommt es, wenn die Temperatur der Umgebung des Beschleunigungssensors, in welchem ein aus sauerstofffreiem Kupfer hergestellter Zylinder verwendet wird, ansteigt, dazu, daß dann der elektrische Widerstand des Zylinders beträchtlich zunimmt. Das vermindert den durch die Bewegung des magnetisierten Trägheitsteils induzierten elektrischen Strom. Als Ergebnis hiervon wird die magnetische Bremskraft, die auf das Trägheitsteil ausgeübt wird, geringer als beabsichtigt.

Umgekehrt kommt es, wenn die Umgebungstemperatur abfällt, dazu, daß der elektrische Widerstand des Zylinders beträchtlich ab­ nimmt. Das Ergebnis hiervon ist, daß die magnetische Brems­ kraft, die durch den elektrischen Strom erzeugt wird, welcher aufgrund der Bewegung des Trägheitsteils induziert wird, größer wird als beabsichtigt.

Wenn sich die Bremskraft oder Dämpfungskraft, die auf das mag­ netisierte Trägheitsteil angewandt wird, in hohem Maße verän­ dert, detektiert der Beschleunigungssensor die Beschleunigungen nur mit großen Fehlern.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es insbesondere, einen Beschleunigungssensor zur Verfügung zu stellen, welcher einen Zylinder hat, der aus einem leitfähigen Material hergestellt ist und in dem ein magnetisiertes Trägheitsteil aufgenommen ist, und in welchem der Beschleunigungs-Schwellwert, der dazu benutzt wird, eine Entscheidung darüber zu treffen, ob das Fahrzeug kollidiert, nur wenig durch Temperaturänderungen be­ einflußt wird.

Außerdem soll mit der Erfindung ein Beschleunigungssensor zur Verfügung gestellt werden, der in der Lage ist, selbst dann, wenn die Temperatur in hohem Maße variiert, eine Kollision ei­ nes Fahrzeugs immer genau zu detektieren.

Diese Aufgabe wird mit einem Beschleunigungssensor der eingangs angegebenen gattungsgemäßen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Metall, aus welchem der Zylinder hergestellt ist, einen Widerstands-Temperaturkoeffizienten von weniger als 3 × 10^-3°C^-1 hat, so daß die auf das Trägheitsteil angewandten Dämp­ fungseigenschaften unabhängig von Temperaturänderungen im we­ sentlichen konstant werden.

In diesem erfindungsgemäßen Beschleunigungssensor ist der Wi­ derstands-Temperaturkoeffizient des Zylinders klein, und so kommt es, wenn die Temperatur der Umgebung des Beschleuni­ gungssensors variiert, dazu, daß sich die Bremskraft oder Dämp­ fungskraft, die auf das magnetisierte Trägheitsteil während der Bewegung des Trägheitskörpers angewandt wird, nur ein wenig ändert.

Die vorstehenden Merkmale und Vorteile sowie weitere Vorteile der Erfindung seien nachfolgend anhand einer besonders bevor­ zugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Beschleuni­ gungssensors beschrieben und erläutert, die in der einzigen Figur der Zeichnung dargestellt ist, welche eine Querschnittsan­ sicht durch diese Ausführungsform zeigt.

In der nun folgenden detaillierten Beschreibung und Erläuterung der Erfindung wird nunmehr auf die einzige Figur der Zeichnung Bezug genommen, in der ein Beschleunigungssensor gemäß der Er­ indung gezeigt ist. Dieser Sensor hat einen zylindrischen oder im wesentlichen zylindrischen Spulenkörper 10, der aus einem nichtmagnetischen Material, wie beispielsweise Kunstharz, her­ bestellt ist. Ein aus einer Kupferlegierung hergestellter Zy­ linder 12 ist im Inneren des Spulenkörpers 10 gehaltert. Ein magnetisiertes Trägheitsteil oder eine Magnetanordnung 14 ist in dem Zylinder 12 angebracht. Diese Anordnung 14 umfaßt einen Kern 16, der aus einem zylindrischen Permanentmagneten besteht, ein zylindrisches Gehäuse 18, das an einem Ende einen Boden hat, und das eine Packung oder Füllung 20 aufweist, die aus ei­ nem Kunstharz hergestellt ist. Das Gehäuse 18 ist aus einem nichtmagnetischem leitfähigem Material, wie beispielsweise Kup­ fer, hergestellt und schließt den Kern 16 ein. Das Gehäuse 18 ist an dem anderen Ende desselben geöffnet. Die Packung oder Füllung 20 wirkt dahingehend, daß sie den Kern 16 innerhalb des Gehäuses 18 hält. Die Magnetanordnung 14 ist in dem Zylinder 12 in einer solchen Weise angebracht, daß sie sich in Längsrich­ tung des Zylinders 12 bewegen kann.

Der Spulenkörper 10 hat einen Einsatzteil 22 an seinem einen Ende. Dieser Einsatzteil 22 tritt in den Zylinder 12 ein. An dem vorderen Ende des Einsatzteils 22 ist eine Öffnung 24 aus­ gebildet. Ein Paar Flansche 26 und 28 steht seitlich von dem vorderen Ende des Einsatzteils 22 des Spulenkörpers 10 vor. Zwischen den Flanschen 26 und 28 ist ein ringförmiges Anzie­ hungsteil 30 oder eine ringförmige Rückführscheibe 30, das bzw. die aus einem magnetischen Material, wie beispielsweise Eisen, hergestellt ist, gehaltert.

Der Spulenkörper 10 hat außerdem einen anderen Flansch 32. Zwi­ schen den Flanschen 28 und 32 ist eine Spule 34 gewickelt. Ein weiterer Flansch 36 ist an dem anderen Ende des Spulenkörpers 10 ausgebildet. An diesem Flansch 36 ist ein Kontakthalter 38 angebracht.

Dieser Kontakthalter 38 ist aus einem Kunstharz hergestellt. In dem Halter 38 ist ein Paar Elektroden 40 und 42 versenkt. In der Mitte des Halters 38 ist eine Öffnung 44 ausgebildet. Die vorderen Enden der Elektroden 40 und 42 stehen in die Öffnung 44 vor. Die Elektroden 40 und 42 haben bogenförmige vordere Endteile. Bereiche der bogenförmigen vorderen Endteile sind im wesentlichen bündig mit der vorderen End- oder Stirnoberfläche des Zylinders 12.

Leitungsdrähte (nicht gezeigt) sind mit den rückwärtigen Enden der Elektroden 40 und 42 verbunden, um das Anlegen einer Span­ nung zwischen denselben zu ermöglichen.

Die Betriebs- oder Funktionsweise des Beschleunigungssensors, der wie vorstehend beschrieben aufgebaut ist, sei nun erläu­ tert. Wenn keine äußere Kraft angewandt wird, ziehen sich die Magnetanordnung 14 und der Rückführring 30 gegenseitig an. Un­ ter dieser Bedingung befindet sich das rückwärtige Ende der Ma­ gnetanordnung 14 in seiner am weitesten rückwärtigen Position, wo es gegen die vordere End- oder Stirnoberfläche des Einsatz­ teils 22 anliegt. Wenn eine äußere Kraft in der durch den Pfeil A angegebenen Richtung wirkt, dann bewegt sich die Magnetanord­ nung 14 gegen die Anziehungskraft des Rückführrings 30 in der durch den Pfeil A angedeuteten Richtung. Diese Bewegung indu­ ziert einen elektrischen Strom in dem aus einer Kupferlegierung hergestellten Zylinder 12, so daß demgemäß ein magnetisches Feld erzeugt wird. Dieses magnetische Feld übt eine magnetische Kraft auf die Magnetanordnung 14 aus, deren Richtung entgegen­ gesetzt zur Bewegungsrichtung ist. Als Ergebnis hiervon wird die Magnetanordnung 14 gebremst.

In den Fällen, in denen die auf den Beschleunigungssensor ange­ wandte äußere Kraft klein ist, kommt es dazu, daß die Magnetan­ ordnung 14 auf ihrem Weg zu dem einen Ende des Zylinders 12 ge­ stoppt wird. Die Magnetanordnung 14 wird dann bald durch die Anziehungskraft, welche zwischen dem Rückführring 30 und der Magnetanordnung 14 wirkt, zu ihrer am meisten rückwärtigen Po­ sition zurückgebracht, die in Fig. 1 gezeigt ist.

Wenn eine große äußere Kraft in der durch den Pfeil A angegebe­ nen Richtung ausgeübt wird, wie das der Fall ist, wenn das Fahrzeug kollidiert, dann wird die Magnetanordnung 14 bis zu dem vorderen Ende des Zylinders 12 vorwärtsbewegt und kommt in Kontakt mit den Elektroden 40 und 42. Jetzt erzeugt das Gehäuse 18 der Magnetanordnung 14, das aus einem leitfähigen Material hergestellt ist, einen Kurzschluß zwischen den Elektroden 40 und 42, so daß demgemäß ein elektrischer Strom zwischen diesen Elektroden erzeugt wird. Das ermöglicht die Detektion einer Be­ schleunigungsänderung, welche größer als der beabsichtigte oder vorbestimmte Schwellwert ist. Demgemäß wird die Kollision des Fahrzeugs detektiert.

Die vorerwähnte Spule 34 wird dazu benutzt, den Betrieb oder die Funktionsfähigkeit des Beschleunigungssensors zu überprü­ fen. Im einzelnen erzeugt die Spule 34, wenn sie elektrisch er­ regt wird, ein magnetisches Feld, welches die Magnetanordnung 14 in der durch den Pfeil A angegebenen Richtung vorspannt. Die Magnetanordnung wird dann bis zu dem vorderen Ende des Zylin­ ders 12 vorwärtsbewegt, so daß sie die Elektroden 40 und 42 kurzschließt. Auf diese Weise wird die Spule 34 dahingehend er­ regt, daß sie die Magnetanordnung 14 in Bewegung setzt. Demge­ mäß ist es möglich, eine Überprüfung durchzuführen, durch die ersichtlich wird, ob sich die Magnetanordnung 14 ohne Schwie­ rigkeiten vorwärts- und zurückbewegen kann und ob die Elektro­ den 40 und 42 kurzgeschlossen werden können.

In dem vorliegenden Beispiel ist der Widerstands-Temperaturko­ effizient des Zylinders 12, der aus Kupferlegierung hergestellt ist, 2 × 10^-3°C^-1. Da der Widerstands-Temperaturkoeffizient auf diese Weise klein ist, sind die Änderungen des elektrischen Stroms, der während der Bewegung der Magnetanordnung 14 in dem Zylinder 12 erzeugt wird, ziemlich klein, wenn die Temperatur der Umgebung des Beschleunigungssensors zwischen einer niedri­ gen Temperatur, beispielsweise minus 40°C, und einer hohen Tem­ peratur, beispielsweise plus 80°C, variiert. Demgemäß variiert die Bremskraft, die auf die Magnetanordnung 14 ausgeübt wird, nur wenig. Als Ergebnis hiervon ändert sich der Schwellwert, der als Bezugswert für die durch den Beschleunigungssensor de­ tektierte Beschleunigung dient, nur wenig.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurden verschiedene Expe­ rimente durchgeführt, und es wurde gefunden, daß die Einstel­ lung des Widerstands-Temperaturkoeffizienten des Zylinders 12 auf weniger als 2 × 10^-3°C^-1 besonders wünschenswerte Ergeb­ nisse erbringt. Speziell ist es so, daß, wenn der Zylinder aus einem Material hergestellt ist, welches einen Widerstands-Tem­ peraturkoeffizienten von weniger als 2 × 10^-3°C^-1 hat, die durch Temperaturvariationen verursachten Variationen des Schwellwerts ziemlich klein sind. Der Widerstands-Temperaturko­ effizient kann negativ sein, da er Änderungen in der magneti­ schen Kraft des magnetisierten Trägheitsteils, die durch Tempe­ raturänderungen verursacht sind, folgen kann.

Ein Beispiel einer Kupferlegierung, die einen solchen niedrigen Widerstands-Temperaturkoeffizienten hat, besteht aus 0,2-1 Gew.-% Ni, 0,05-0,5 Gew.-% Si, 0,05-0,5 Gew.-% Zn, wobei der restliche Prozentsatz aus Cu besteht.

Ein Beispiel der am meisten bevorzugten Kupferlegierung besteht aus 0,6 Gew.-% Ni, 0,11 Gew.-% Si, 0,2 Gew.-% Zn, wobei der restliche Prozentsatz aus Cu besteht.

Claims (4)

1. Beschleunigungssensor umfassend:
einen Zylinder (12), der aus einem Metall hergestellt ist;
ein magnetisiertes Trägheitsteil (14), das in dem Zylin­ der (12) so angebracht ist, daß es in Längsrichtung des Zylin­ ders (12) bewegbar ist;
ein leitfähiges Teil (18), das wenigstens auf der End­ oberfläche oder Stirnfläche des Trägheitsteils (14), welche auf der Seite des einen Längsendes des Zylinders (12) ist, angebracht ist;
ein Paar Elektroden (40, 42), die an dem einen Längsende des Zylinders (12) angeordnet sind und welche, wenn das leit­ fähige Teil (18) des Trägheitsteils (16) in Kontakt mit den Elektroden (40, 42) kommt, über das leitfähige Teil (16) lei­ ten oder leitend verbunden sind; und
ein Anziehungsteil (30), das in der Nähe des anderen Längsendes des Zylinders (12) angeordnet und aus einem magne­ tischen Material hergestellt ist, wobei das Anziehungsteil (30) und das Trägheitsteil (16) magnetisch aufeinander zu an­ gezogen werden;
dadurch gekennzeichnet, daß das Metall, aus welchem der Zylinder (12) hergestellt ist, einen Widerstands Temperaturkoeffizienten von weniger als 3 × 10^-3°C^-1 hat, so daß die auf das Trägheitsteil (14) angewandten Dämpfungseigen­ schaften unabhängig von Temperaturänderungen im wesentlichen konstant werden.

2. Beschleunigungssensor nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Widerstands-Temperaturkoef­ fizient des Metalls weniger als 2 × 10^-3°C^-1 ist.

3. Beschleunigungssensor nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß das Metall eine Kupferlegierung ist, die aus 0,2-1 Gew.-% Ni, 0,05-0,5 Gew.-% Si, 0,05-0,5 Gew.-% Zn und dem restlichen Prozentsatz aus Cu besteht.

4. Beschleunigungssensor nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Metall eine Kupferlegierung ist, die aus angenähert 0,6 Gew.-% Ni, angenähert 0,11 Gew.-% Si, angenähert 0,2 Gew.-% Zn und dem restlichen Prozentsatz aus Cu besteht.