DE4129801A1 - Sensor zum selbsttaetigen ausloesen von sicherheitseinrichtungen in kraftfahrzeugen - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Sensor zum selbsttätigen Auslösen von Sicherheitseinrichtungen in Kraftfahrzeugen nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist bereits ein derartiger Sensor bekannt, bei dem als seismische Masse eine Kugel im Mittelpunkt einer Pfanne mit ansteigenden Flanken angeordnet ist. Aus dieser Ruhelage wird die Kugel entweder bei Überschreiten einer vorgegebenen Beschleunigungs­ schwelle oder bei Neigung des Kraftfahrzeugs um einen vorgegebenen Winkel ausgelenkt. Durch die dabei ausgeführte Rollbewegung der Ku­ gel wird eine Reflexlichtschranke gesteuert und somit ein Meßsignal erzeugt. Ferner ist es aus der DE-A1 35 40 947.9 bekannt, im Innen­ raum eines Gehäuses einen etwa zylinderförmigen Metallkörper als seismische Masse anzuordnen. In der seismischen Masse ist eine achs­ parallel ausgebildete Bohrung vorhanden, durch die in Grundstellung das Licht eines Senders zu einem Empfänger gelangen kann. Wird die seismische Masse gekippt, so wird die auf dem Empfänger auftreffende Lichtmenge verringert und somit ein Meßsignal abgegeben. Zur Beein­ flussung der Auslöseschwelle wird mit Hilfe einer im Boden der seismischen Masse ausgebildeten Ausnehmung der Schwerpunkt der seis­ mischen Masse verlagert. Beide Sensoren haben aber den Nachteil, daß ein relativ großer Kippwinkel notwendig ist, um ein eindeutiges Meß­ signal zu erhalten. Ferner müssen die seismischen Massen, sei es die Kugel oder der zylinderförmige Körper, genau in der Gehäuseausneh­ mung justiert werden. Insbesondere bei dem in der nachveröffentlich­ ten DE-A1 40 36 567.0 beschriebenen Sensor wird mit Hilfe eines in einem Zylinder angeordneten Permanentmagneten ein Reed-Schalter be­ tätigt. Hierbei muß bei der Montage des Sensors der Reedschalter mit dem Magneten in engen Toleranzgrenzen aufeinander justiert sein. Diese exakte Zuordnung zwischen dem Reedschalter und dem Permanent­ magneten bedeutet einen relativ hohen Fertigungsaufwand. Diese exak­ te Zuordnung hat aber auch Nachteile für die Funktionssicherheit.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Sensor mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß ein Spiel zwischen dem Kippkörper und der Wandung für den Ausgleich von Montagetoleran­ zen zur Verfügung steht. Dieses zwar relativ kleine Spiel ist so groß, daß man in der Fertigungsphase des Sensors ohne jegliche Justageaufwendungen auskommen kann. Im nichtbetätigten Zustand ist der Sensor überprüfbar und insbesondere aus diesen Gründen im nicht­ betätigten Zustand geschlossen und somit leicht gegen andere bishe­ rige Systeme austauschbar.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor­ teilhafte Weiterbildungen des im Hauptanspruch angegebenen Sensors möglich.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung darge­ stellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen die Fig. 1 eine perspektivische Darstellung mit teilweisem Aufriß eines Sensors, Fig. 2 ein Diagramm mit den verschiedenen Schaltzuständen des Reedschalters beim Verkippen des Permanentmagne­ ten nach dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1, Fig. 3 die verschie­ denen Phasen des Kippvorgangs des Kippkörpers und Fig. 4 den Kipp­ weg ohne und mit Spalt.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In der Fig. 1 ist mit 10 das etwa becherförmige Gehäuse eines Sen­ sors 11 bezeichnet, dessen Innenraum Seitenwände 12 mit konstant ansteigendem Winkel δ aufweist. Die Größe des Winkels δ wird dabei auf die gewünschte Hysterese des Kippverhaltens des Sensors abge­ stimmt. Unter dem Begriff Hysterese sei hier der gewünschte Unter­ schied zwischen Auslösewinkel und Rückschaltwinkel des Sensors ver­ standen. Die Neigung δ der Seitenwände 12 soll dabei nicht mehr als 4° betragen. Der Kippwinkel wird vom geforderten Auslösewinkel oder der Auslösebeschleunigung des Sensors 11 bestimmt. Auf dem Boden 13 des Innenraums liegt ein Zylinder 15 auf, der als seismische Masse dient. Die dem Boden 13 zugewandten Kanten des Zylinders 15 sind leicht abgerundet, um ein leichtes Verkippen des Zylinders 15 im Innenraum des Gehäuses 10 zu ermöglichen. Ferner weist der Zylinder 15 am Boden 13 zu der Seitenwand 12 einen Spalt Δx/2 auf, der um den Zylinder 15 umläuft. In der dem Boden gegenüberliegenden Stirnseite ist in einer Ausnehmung 16 ein Permanentmagnet 17 angeordnet. Die Polarisationsrichtung des Permanentmagneten 17 ist in Kipprichtung des Zylinders 15 ausgerichtet. Der Zylinder 15 weist ferner an seinem dem Boden 13 gegenüberliegendem Ende zwei diametral gegen­ überliegende Anschläge 18 auf, die z. B. aus dem Zylinder 15 heraus­ gefräst sind. Die Anschläge 18 befinden sich dabei auf den Seiten, in deren Richtung der Zylinder 15 kippen soll. Die Kippachsen 19 bzw. 20 des Zylinders 15 verlaufen durch die Schnittlinie der Sei­ tenwände 12 mit dem Boden 13. Die Anschläge 18 ermöglichen es, un­ terschiedliche Rückschaltpunkte des Zylinders 15 zu erhalten, um den Zylinder 15 wieder aus der gekippten in seine Auslösestellung zu bewegen. Ferner ist in den Zylinder 15 vom Boden 13 her eine Sack­ lochbohrung 23 eingebracht, um das Gewicht des Zylinders zu verändern. Je nach Größe dieser Bohrung 23 kippt der Zylinder 15 früher oder später. Ferner muß die Sacklochbohrung 23 nicht achsgleich zur Achse des Zylinders 15 ausgebildet sein. Je nachdem, in welche Rich­ tung sie parallel zur Achse des Zylinders 15 verschoben ist, kippt der Zylinder eher nach der einen Seite als nach der gegenüberliegen­ den Seite. Dadurch ist es möglich, einer Kipprichtung eine bevorzug­ te Gewichtung zu geben. Auch kann die Bohrung 23 mit einem vom Mate­ rial des Zylinders 15 verschiedenen Material ausgefüllt sein.

Gegenüber der Stirnseite des Zylinders 15 mit dem Permanentmagneten 17 ist in einem nicht dargestellten Deckel des Gehäuses 10 ein Reed­ schalter 25 angeordnet. Der Reedschalter 25 ist im Aufriß darge­ stellt, so daß der erste obere Kontakt 26 und der zweite untere Kontakt 27 zu erkennen ist. Der erste Kontakt 26 ist mit dem einen Pol eines zweipoligen am Gehäuse 10 angebauten Steckers 30 verbun­ den, während der andere Kontakt 27 mit dem anderen Pol des Steckers verbunden ist. Über den Stecker 30 ist der Sensor 11 mit einem Steu­ ergerät und ferner mit Insassenschutzvorrichtungen für die Insassen eines Kraftfahrzeugs verbindbar.

Wirkt auf den Sensor 11 eine Beschleunigung ein oder wird er um einen Winkel gekippt, so kippt ebenfalls der Zylinder 15, so daß der Permanentmagnet 17 gegenüber dem Reedschalter 25 aus einer Grund­ stellung bewegt wird. In der Fig. 3 sind nun die einzelnen Zustände dieses Kippvorgangs dargestellt. In der Fig. 3a befindet sich der Zylinder 15 im Augenblick des Kippens. Hierbei ist das Gehäuse 10 um den Auslösewinkel Φ₁ der α beträgt gekippt, während der Zylinder 15 mit seiner gesamten Stirnseite noch am Boden 13 aufliegt. Zwischen der Wand des Zylinders 15 und der Gehäusewand 12 befindet sich noch der Wandneigungswinkel δ. Zur Erläuterung des Grundprinzips ist in Fig. 3 der Vorgang ohne Spalt zwischen dem Zylinder 15 und 12 dar­ gestellt. In der Fig. 3b befindet sich der Zylinder im gerade ge­ kippten Zustand, was bedeutet, daß der Zylinder 15 mit seiner Längs­ seite an der Gehäusewand 12 anliegt. Dabei liegt nun ein Kippwin­ kel Φ₂ vor, der sich aus dem Winkel α und dem Neigungswinkel δ zu­ sammensetzt. In diesem Zustand wird der Reedschalters betätigt. Damit nun der Zylinder 15 wieder in seine Grundstellung zurückkippen kann, muß das Gehäuse 10 wieder zurückgeneigt werden. Die hierzu notwendigen Winkelverhältnisse im Augenblick des Zurückkippens des Zylinders 15 sind in der Fig. 3c dargestellt. Hier liegt der Zylin­ der 15 noch mit seiner Längsseite an der Gehäusewand 12 an, so daß der Rückschaltwinkel Φ₃ sich aus der Differenz zwischen dem Win­ kel α und dem Wandneigungswinkel δ zusammensetzt. Die eingangs erwähnte Schalthysterese besteht aus der Differenz des Auslösewin­ kels Φ₁ und des Rückschaltwinkel Φ₃ . Entsprechend den oben erwähn­ ten Gleichungen ergibt sich für die Hysterese als Größe der Nei­ gungswinkel δ, was bedeutet, daß die Hysterese des Beschleuni­ gungsschalters bzw. des Sensors durch die Neigung δ der Gehäusewand 12 vorbestimmbar ist.

Durch dieses oben beschriebene Kippen des Zylinders 15 wird auch das magnetische Feld des Permanentmagneten 17 mit verschoben, so daß in der Stellung nach der Fig. 3b die beiden Kontakte 26, 27 des Reed­ schalters 25 geöffnet sind. Damit der Kippvorgang, wie er in der Fig. 3 dargestellt ist, weiterfortgeführt werden kann, muß der Zylinder 15 am Boden 13 mit seiner Kante an der Gehäusewand 12 an­ liegen. Wenn dieser dann an der Kippachse 19 bzw. 20 umkippt und sich in der in der Fig. 3b dargestellten Position befindet, hat der Kippkörper, d. h. sein Permanentmagnet 17 den Kippweg Δs′ zurückge­ legt. Die jeweiligen Verhältnisse mit oder ohne Spalt Δx sind in der Fig. 4 dargestellt. Ist nun der Zylinder 15 erfindungsgemäß mit einem Spalt Δx im Innern des Gehäuses 10 angeordnet, so muß der Kippkörper zuerst zur Gehäusewand 12 entlang des Bodens 13 gleiten bis er mit seiner Kante an der Gehäusewand 12 anliegt. Erst dann kann er umkippen und an der Gehäusewand 12 mit seiner Längsseite aufliegen. Der Kippweg Δs′ setzt sich somit aus dem Spalt Δx und dem Kippweg Δs zusammen. Hierbei ist nun darauf zu achten, daß der Zylinder 15 nicht schon bereits durch seine Gleitbewegung Δx/2 den Reedschalter 25 von seiner geschlossenen Position in die geöffnete, d. h. in die Auslöseposition umschaltet.

In der Fig. 2 sind die verschiedenen Schaltzustände des Reedschal­ ters beim Verkippen des Permanentmagneten dargestellt. Hier wird mit "Aus" der Zustand bezeichnet und mit einer durchgezogenen Linie um­ geben, in dem die beiden Kontakte 26 und 27 geschlossen sind. Der Sensor 11 befindet sich somit in Grundstellung und die angeschlosse­ nen Insassenschutzvorrichtungen sind nicht ausgelöst. Der Zylinder 15 kann so lange hin und her, d. h. auf der X-Achse hin- und her­ bewegt werden, daß er den Bereich "Halten" nicht verläßt. Dadurch wird der Reedschalter in seiner Funktion nicht beeinflußt, was be­ deutet, daß er in seiner geschlossenen Stellung verharrt. Für den vorhandenen Spalt Δx bedeutet dies, daß er maximal so groß sein kann, daß der Zylinder 15 den "Aus" bezeichneten Bereich nicht verläßt. Wird der Permanentmagnet 17 nun verkippt, so befindet sich in der in der Fig. 3a dargestellten Position, der in der Fig. 2 als Zwischenbereich mit "Halten" bezeichnet ist. Es handelt sich hierbei um den mit der gestrichelten Linie begrenzten Bereich des Diagramms in Fig. 2. Mit der Bezeichnung "Ein" wird der Bereich charakterisiert, in dem die Kontakte 26 und 27 geöffnet sind, und somit die Insassenschutzvorrichtung ausgelöst bzw. eingeschaltet ist. Dies würde in der Fig. 2 den links und rechts, d. h. den außerhalb der gestrichelten Linie liegenden Bereich bedeuten. Der Zwischenbereich "Halten" ist eine Folge der magnetischen Eigenschaf­ ten der Kontakte des Reedschalters, da die Kontakte durch Remanenz aneinander haften.

Aus der Fig. 2 ist ersichtlich, daß dieser Zwischenbereich "Halten" sehr gering ist und praktisch keine Auswirkung auf die Funktion des Sensors hat.

Die Anordnung eines Zylinders 15, d. h. eines Kippkörpers in einer Gehäuseausnehmung mit einem Spalt Δx ist nicht auf die Auslösung mit Hilfe eines Permanentmagneten und eines Reedschalters mit zwei Kon­ takten 26, 27 beschränkt. Vielmehr kann auch ein Kippkörper mit einem Spalt Δx im Gehäuse angeordnet sein, wenn der Permanentmagnet in Achsrichtung des Zylinders 15 polarisiert ist und der Reedschal­ ter drei Kontakte aufweist. Ferner könnte statt eines Reedschalters auch ein Hallelement oder ein anderes magnetfeldempflindliches Ele­ ment zur Auslösung verwendet werden.

Claims (6)

1. Sensor (11) zum selbsttätigen Auslösen von Sicherheitseinrichtun­ gen in Kraftfahrzeugen mit einem Gehäuse (10), in dessen schräg ver­ laufende Innenwände (12) aufweisende Gehäuseausnehmung ein als seismische Masse dienender Körper (15) angeordnet ist, der bei Über­ schreiten eines vorgegebenen Schwellwertes durch Verkippen in einem Auslöseelement (25) ein Steuersignal auslöst, dadurch gekennzeich­ net, daß der Körper (15) mit einem Spalt ΔX zu der Wand (12) des Gehäuses (10) auf dem Gehäuseboden (13) aufliegt und daß dieser Spalt ΔX kleiner oder gleich dem Auslösebereich des Auslöseele­ ments (25) ist.

2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper ein Zylinder (15) ist, in dem ein Permanentmagnet (17) angeordnet ist, und daß das Magnetfeld des Permanentmagneten (17) so ausgerich­ tet ist, daß die Kontakte (26, 27) eines als Auslöseelement dienenden magnetfeldempfindlichen Schalters (25) in Grundstellung des Sensors (11) geschlossen sind.

3. Sensor nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetfeldempfindliche Element ein Reed-Schalter ist, der zwei Kontakte (26, 27) aufweist, und daß die Polarisationsrichtung des Permanentmagneten (17) in Richtung der Kontakte (26, 27) des Reed-Schalters (25) verläuft.

4. Sensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Permanentmagneten (17) in etwa dem Überlappungsbereich der Kontakte (26, 27) des Reed-Schalters (25) entspricht.

5. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (15) auf einer dem Permanentmagneten (17) abgewand­ ten Stirnseite eine Ausnehmung (23) aufweist.

6. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (15) auf den in Kipprichtung gesehenen, diametral gegenüberliegenden Seiten Anschläge (18) aufweist.