DE4130897A1 - Geschwindigkeitswechsel-sensor mit verbesserter federvorspannung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Geschwindigkeitswechsel-Sensor oder Be­ schleunigungsmesser, wie er in Motorfahrzeugen verwendet wird, um plötz­ liche Geschwindigkeitswechsel zu erkennen und um als Reaktion darauf ei­ ne Fahrgast-Rückhaltevorrichtung, wie zum Beispiel einen "Airbag" zu ak­ tivieren. Insbesondere weist diese Vorrichtung ein Element auf, das sich als Reaktion auf eine plötzliche Verzögerung in eine vorgewählte Stel­ lung bewegt, um ein Paar Kontaktstreifen zu schließen. Die Vorrichtung hat außerdem eine Feder zum Vorspannen des Elements.

Es wurden Studien unternommen, die zeigen, daß Verletzungen bei Unfällen mit Motorfahrzeugen, insbesondere bei hohen Geschwindigkeiten, wesent­ lich verringert oder verhindert werden können, wenn ein Fahrgast- Rückhaltesystem verwendet wird. (Der Begriff "Fahrgast" soll auch den Fahrer eines Fahrzeugs einschließen.) Diese Systeme weisen einen auf­ blasbaren Ballon auf, der gewöhnlich als "Airbag" bezeichnet wird und der normalerweise im Armaturenbrett oder im Lenkrad untergebracht ist. Wenn das Motorfahrzeug einer plötzlichen Verzögerung ausgesetzt wird, wird der Airbag auf geblasen und automatisch in einer Stellung entfaltet, die die Fahrgäste wie ein Kissen abfängt, sie von einer Bewegung zurück­ hält und eine Berührung zwischen ihnen und dem Inneren des Fahrzeugs, wie zum Beispiel der Windschutzscheibe, dem Lenkrad, dem Armaturenbrett usw. verhindert. Ein kritisches Element solcher Systeme ist der Geschwindigkeitswechsel-Sensor oder Beschleunigungsmesser, der das Auf­ blasen und Entfalten des Airbags einleitet. Die Bewegung des Fahrzeugs muß sorgfältig und genau überwacht werden, so daß die Airbags sehr schnell entfaltet werden können, bevor die Fahrgäste eine wesentliche Verletzung erleiden.

Ein Geschwindigkeitswechsel-Sensor wird in der US-PS 43 29 549 offen­ bart, deren Patent-Inhaberin die hiesige Anmelderin ist. Dieser Sensor weist ein röhrenförmiges Gehäuse auf, das eine metallische Hülse, eine Metallkugel und einen Magneten umgibt, der die Kugel gegen ein erstes Ende der Hülse vorspannt. Am zweiten Ende der Hülse ist ein Paar elek­ trischer Kontaktstreifen vorgesehen. Der Sensor ist in dem Fahrzeug so orientiert angeordnet, daß, wenn das Fahrzeug eine Verzögerung erfährt, die einen vorbestimmten Wert überschreitet, die Kugel sich von dem er­ sten zu dem zweiten Ende bewegt, und einen Kontakt mit den zwei Streifen herstellt. Da die Streifen und die Kugel aus elektrisch leitendem Mate­ rial hergestellt sind, wird ein elektrischer Stromfluß zwischen den zwei Streifen hergestellt, wenn die Kugel die Streifen berührt. Dieser elek­ trische Stromfluß wird verwendet, um ein Signal zum Entfalten des Air­ bags einzuleiten.

Da die Kontakte eine bestimmte Eigen-Elastizität haben müssen, sind sie normalerweise aus Stahl, Kupfer oder einer Legierung daraus hergestellt, während die Kugel normalerweise goldbeschichtet ist, um einen guten elektrischen Kontakt zwischen der Kugel und den Kontaktstreifen sicher­ zustellen. Aufgrund der Differenz in der elektrochemischen Aktivität zwischen diesen Materialien kann durch Elektrolyse bewirkte Korrosion auftreten, die eine isolierende Schicht auf den Kugeln und/oder den Kon­ taktstreifen bilden kann, wodurch eine fehlerhafte Funktion des Sensors bewirkt wird. Dieses Problem wird weiterhin vergrößert, wenn die Kammer, die die Kugel und die Kontakte enthält, offen zur Umgebungsluft ist, da Rauch und andere Stoffe aus dem Fahrzeugmotor eindringen können.

Ein weiteres Problem mit dem Sensor nach dem Stand der Technik, wie er oben beschrieben ist, liegt darin, daß die Vorspannkraft auf die Kugel durch einen Permanent-Magneten erzeugt wird. Da der Magnet ein relativ starkes magnetisches Feld erzeugen muß, ist er groß und verbraucht Platz.

Unter Berücksichtigung der oben genannten Nachteile des Standes der Technik, soll nach der Erfindung ein Rückhaltesystem geschaffen werden, bei dem ein Trägheitselement in eine vorgewählte Stellung durch eine Schraubenfeder vorgespannt ist, so daß ein Permanent-Magnet überflüssig wird.

Bei dem Fahrgastrückhaltesystem mit einem Sensor bildet ein Trägheits­ element nicht einen Teil des elektrischen Stromkreises, der zur Aktivie­ rung eines Airbags benötigt wird, so daß eine kostspielige Beschichtung des Elements überflüssig wird.

Ferner soll das Fahrgastrückhaltesystem einen kleinen und billigen Be­ schleunigungsmesser haben.

Ein Fahrgastrückhaltesystem, nach der Erfindung weist ein Gehäuse mit einem Trägheitselement auf, des in einer vorbestimmten Bahn bewegbar ist, sowie eine Schraubenfeder zum Vorspannen des Elements in einer vor­ bestimmten Richtung. Bei einem Aufprall bewirkt die Verzögerung, daß sich das Trägheitselement entlang der Bahn bewegt, wodurch eine Zu­ standsänderung in einem Paar elektrischer Kontakte bewirkt wird, die an einen Aktivierungsstromkreis zum Aktivieren einer Rückhalteeinrichtung, wie zum Beispiel einem Airbag, gekoppelt sind. Vorzugsweise ist die Schraubenfeder einstückig mit einem der Kontakte ausgebildet, wodurch der Bedarf für einen getrennten Kontakt entfällt.

Ein Ausführungsbeispiel mit weiteren Merkmalen der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 ist eine Draufsicht auf einen Sensor für eine Rückhalteein­ richtung ohne eine Abdeckung, hergestellt nach der Erfindung;

Fig. 2 ist eine Seitenansicht des Sensors nach Fig. 1 mit einer Ab­ deckung;

Fig. 3 ist eine Seitenansicht, zum Teil im Schnitt, des Sensors nach Fig. 2 mit einem Trägheitselement in einer mittleren Stellung und

Fig. 4 zeigt den Sensor nach aus Fig. 3 mit dem Trägheitselement in einer Endstellung.

Im folgenden werden Begriffe wie "aufwärts, abwärts, oberhalb, unter­ halb, vertikal, horizontal" usw. nur verwendet, um die Beschreibung der Erfindung zu erleichtern. In bezug auf die Figuren ist ein Beschleuni­ gungsmesser oder Geschwindigkeitswechsel-Sensor 10, der nach der Erfin­ dung konstruiert ist, gewöhnlich in einem Gehäuse untergebracht, das an dem Fahrzeug (nicht dargestellt) befestigt ist. Der Sensor ist durch ein Kabel 12 mit mindestens zwei Leitern 14, 16 mit einer Steuerungseinrich­ tung zur Entfaltung des Airbags verbunden, wie unten detaillierter be­ schrieben wird.

Der Sensor hat ein im wesentlichen ovales Gehäuse 18, das aus nichtlei­ tendem Material, wie zum Beispiel einem formbaren Kunststoff hergestellt ist. Das Gehäuse hat ein Unterteil 18A und eine Abdeckung 18B und an ei­ nem Ende eine zylindrische innere Kammer 20, die in dem Unterteil 18A durch einen röhrenförmigen Abschnitt 19A und einen Zylinder 19B gebildet ist. In dem Gehäuse ist ein stationärer Kontaktstreifen 22 vorgesehen, der Verlängerungen hat, die im wesentlichen senkrecht zu einer Seiten­ wand verlaufen. Im einzelnen hat der Kontaktstreifen 22 eine erste Ver­ längerung 28 und eine zweite Verlängerung 30, die miteinander verbunden sind, um einen gemeinsamen Kontaktpunkt zu bilden. Der Kontaktstreifen 22 ist an einer aufrechten Wand 36 des Gehäuses durch Stifte befestigt, die nicht dargestellt sind.

Der ortsfeste Kontaktstreifen 22 ist durch einen Verbindungsstreifen 38 mit einer aufrechten Stütze 40 verbunden. Die Stütze 40 selbst ist elek­ trisch mit einem der Drähte, wie zum Beispiel Draht 16 verbunden.

Weiterhin befinden sich innerhalb des Gehäuses 18 ein beweglicher Kon­ taktstreifen 24 mit einer Federwicklung 24A und einem Arm 24B, der an der Federwicklung 24A befestigt ist. Der Arm 24B hat ein flaches Ende 24C. Die Federwicklung 24A hat ein Mittelteil 24D, das zum Befestigen des ganzen Kontaktes am Gehäuse dient. Der bewegliche Kontakt 24 ist elektrisch mit einem Verbindungsstreifen 42 verbunden, der selbst mit einer zweiten Stütze 44 verbunden ist. Die Stütze 44 ist mit dem anderen der beiden äußeren Drähte verbunden, das heißt mit dem Draht 14. Vor­ zugsweise erstrecken sich die beiden Verbindungsstreifen 48 und 42 über die jeweiligen Stützen 40, 44 hinaus. Ein Widerstand 46 ist in das Ge­ häuse 18, wie dargestellt, eingeformt, wobei seine zwei Zuführungsdrähte mit den Streifen 38, 42 verbunden sind. Dieser Widerstand 46 ist ständig mit den Leitungen 14, 16 über die Streifen 38, 42 und die Stützen 40, 44 verbunden.

Die Gehäuseabdeckung 18B hat außerdem eine obere Wand 48. Mehrere Rippen 50 erstrecken sich von der Wand 48 nach unten. An ihren oberen Enden weisen die Rippen gekrümmte Abschnitte 52 auf. Diese Rippen 50, zusammen mit den Kontaktstreifen 22, 24, die sich in die Kammer hinein er­ strecken, bilden den oberen Abschnitt der Kammer 20. In der Kammer 20 ist ein Trägheitselement angeordnet, zum Beispiel in Form einer Kugel 54, die aus Stahl oder einem anderen relativ dichten Material herge­ stellt ist. Die Rippen 50 sind so angeordnet und ausgebildet, daß sie einen vertikalen, röhrenförmigen Weg für die Kugel 54 bilden (wie in Fi­ guren 2, 3 und 4 gezeigt).

Die Kontaktstreifen 22, 24 bestehen aus einem flexiblen, leitenden Mate­ rial wie Stahl, Kupfer oder Legierungen daraus. Wie Fig. 2 zeigt, ist der Kontaktstreifen 24 so angeordnet, daß er unter normalen Bedingungen eine Vorspannungskraft nach unten auf die Kugel 54 ausübt, um sie in ei­ ner Ruhestellung zu halten.

Vorzugsweise ist die innere Oberfläche des röhrenförmigen Abschnitts 19A mit einem Gewinde 60 versehen, um einen Einschraubstopfen 62 aufzuneh­ men.

Der Sensor ist so ausgerichtet, daß dann, wenn das Fahrzeug einen Auf­ prall erfährt, der in einer Verzögerung resultiert, die ein vorgegebenes Niveau überschreitet, die Kugel 54 die Vorspannkraft des Kontaktstrei­ fens 24 überwindet und beginnt, sich nach oben entlang der Bahn zu bewe­ gen, die durch die Rippen 50 festgelegt ist. Während sich die Kugel nach oben bewegt, biegt sie den Kontaktstreifen 24, bis er in elektrischen Kontakt mit dem Kontaktstreifen 22 gerät, wie Fig. 3 zeigt. Die Kon­ taktstreifen sind Teil eines elektrischen Stromkreises oder anderer Ein­ richtungen zum Einleiten der Airbag-Entfaltung. Zum Beispiel können der Draht 14 mit einer Batterie 70 und der Draht 16 mit einem Betätigungsme­ chanismus 72 verbunden sein. Wenn die zwei Kontaktstreifen 22, 24 sich berühren, fließt Strom von der Batterie 70 zu dem Betätigungsmechanismus 72, wodurch der Airbag 74 entfaltet wird (siehe Fig. 3). Ein Widerstand 46 ist vorgesehen, um einen geringen Strom durch das System fließen zu lassen, um die Bereitschaft des Systems zu überprüfen.

Nachdem die beiden Kontaktstreifen in elektrischen Kontakt miteinander getreten sind und falls die Verzögerung des Fahrzeugs groß genug ist, setzt die Kugel ihre Bewegung nach oben fort (in der Richtung, wie in den Figuren dargestellt) und verbiegt dabei beide Kontaktstreifen 22, 24, bis sie durch die gekrümmten Rippenabschnitte 52 angehalten wird, wie in Fig. 4 dargestellt. Die vereinten Kräfte der Kontaktstreifen 22, 24 bremsen die Kugel in diesem letzten Bewegungsstadium ab, wodurch der Aufprall zwischen der Kugel 54 und dem Gehäuse 18 verringert wird.

Sobald die Verzögerung aufhört, wird die Kugel 54 durch die Kontakt­ streifen 24 in ihre Ruhestellung nach Fig. 2 zurückgeführt.

Bezugzeichen

10 Beschleunigungsmesser, Geschwindigkeitswechsel-Sensor
12 Kabel
14 Leiter, Draht
16 Leiter, Draht
18 Gehäuse
18A Unterteil
18B Abdeckung
19A Röhrenförmiger Abschnitt
19B Zylinder
20 Kammer
22 Kontaktstreifen, fest
24 Kontaktstreifen, beweglich
24A Federwicklung
24B Arm
24C Ende
24D Mittelteil
28 Erste Verlängerung
30 Zweite Verlängerung
36 Wand
38 Verbindungsstreifen
40 Stütze
42 Verbindungsstreifen
44 Stütze
46 Widerstand
48 Wand
50 Rippen
52 Gekrümmter Abschnitt
54 Kugel, Trägheitselement
60 Gewinde
62 Einschraubstopfen
70 Batterie
72 Betätigungsmechanismus
74 Airbag

Claims (14)

1. Beschleunigungsmesser in einem Fahrgastrückhaltesystem für ein Mo­ torfahrzeug, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkma­ le:

• a) ein Gehäuse (18);
• b) ein Trägheitselement (54);
• c) Führungseinrichtungen (19A, 19B), die in dem Gehäuse (18) an­ geordnet sind, um eine Bahn für das Trägheitselement (54) festzulegen;
• d) Kontaktvorrichtungen (22, 24), die in dem Gehäuse (18) an­ geordnet sind; und
• e) eine Federwicklung (24A bis D), um das Trägheitselement (54) in einer vorgewählten Stellung auf der Bahn zu halten, wobei die Bahn derart angeordnet und ausgebildet ist, daß sich das Trägheitselement (54) bei einer Verzögerung des Fahrzeugs von der vorbestimmten Stellung wegbewegen kann, wobei an der Fe­ derwicklung (24A) ein Kontaktstreifen (24) angebracht ist, der durch die Bewegung des Trägheitselements (54) derart ge­ schwenkt wird, daß die Kontakteinrichtungen einen Kontakt ge­ ben.

2. Beschleunigungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er außerdem Anzeigeeinrichtungen aufweist, die in dem Gehäuse an­ geordnet sind, um die Stellung des Trägheitselements (54) innerhalb der Bahn anzuzeigen.

3. Beschleunigungsmesser nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinrichtungen ein Paar elektrischer Kontakte (22, 24) aufweisen, die eine offene und eine geschlossene Kontaktstellung haben, wobei die Kontaktstellungen durch die Stellung des Träg­ heitselements (54) definiert werden.

4. Beschleunigungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungseinrichtungen (19A, 19B) eine Kammer (20) aufweisen, die das Trägheitselement (54) aufnimmt.

5. Beschleunigungsmesser für ein Fahrgastrückhaltesystem in einem Mo­ torfahrzeug, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkma­ le:

• a) ein Gehäuse (18);
• b) ein Trägheitselement (54), das in dem Gehäuse (18) angeordnet ist;
• c) Führungseinrichtungen (19A, 19B) zum Festlegen einer Bewe­ gungsbahn für das Trägheitselement (54);
• d) Kontakteinrichtungen (22, 24), die in dem Gehäuse (18) an­ geordnet sind; und
• e) eine Federwicklung (24A) um das Trägheitselement (54) vorzu­ spannen, wobei an der Federwicklung (24A) ein elastischer Kon­ taktstreifen (24B) angebracht ist, und der so angeordnet ist, daß das Trägheitselement (54) in einer Ruhestellung gehalten wird, wobei der Kontaktstreifen (24B) durch die Bewegung des Trägheitselements (54) verschwenkt wird, um einen Kontakt zwi­ schen den Kontakteinrichtungen (22, 24) herzustellen, wenn das Fahrzeug eine Beschleunigung erfährt.

6. Beschleunigungsmesser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin Anzeigeeinrichtungen zum Anzeigen der Stellung des Träg­ heitselements (54) in dem Gehäuse (18) vorgesehen sind.

7. Beschleunigungsmesser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakteinrichtungen (22, 24) einen zweiten Kontaktstreifen (22) aufweisen.

8. Beschleunigungsmesser nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und der zweite Kontaktstreifen (22, 24) zusammenwirken, um das Trägheitselement (54) abzubremsen, nachdem der Kontakt zwi­ schen dem ersten und dem zweiten Kontaktstreifen (22, 24) herge­ stellt ist.

9. Beschleunigungsmesser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungseinrichtungen (19A, 19B) eine röhrenförmige Kammer auf­ weisen, die das Trägheitselement aufnimmt sowie ein Gas zum Dämpfen der Bewegung des Trägheitselements (54).

10. Fahrgastrückhaltesystem für ein Motorfahrzeug, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

• a) ein Airbag (74), der so angeordnet ist, daß er einen Fahrgast zurückhält, wenn das Fahrzeug eine Verzögerung erfährt;
• b) eine Airbag-Aufblasevorrichtung (72) zum Aufblasen des Airbags (74); und
• c) ein Beschleunigungsmesser (10) zum Feststellen der Verzöge­ rung, um die Airbag-Aufblasevorrichtung zu aktivieren, wobei der Beschleunigungsmesser (10) folgende Merkmale aufweist:
  • i. ein Gehäuse (18);
  • ii. ein Trägheitselement (54), das in dem Gehäuse (18) an­ geordnet ist;
  • iii. Führungseinrichtungen (19A, 19B) zum Festlegen einer Be­ wegungsbahn für das Trägheitselement (54) innerhalb des Gehäuses (18); und
  • iv. eine Federwicklungsvorrichtung, die in dem Gehäuse (18) angeordnet ist, um das Trägheitselement (54) in eine er­ ste Stellung zu drücken wenn keine Verzögerung wirksam ist, wobei die Federwicklungsvorrichtung (24A bis D) ei­ nen ersten Kontaktstreifen (24) aufweist, der in dem Ge­ häuse (18) angeordnet ist und sich in die Bahn erstreckt.

11. System nach Anspruch 10, weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß Kon­ takteinrichtungen (22, 24) in dem Gehäuse (18) angeordnet sind, um einen Kontakt mit dem ersten Kontaktstreifen (24) herzustellen, wenn das Trägheitselement (54) sich von der ersten in eine zweite Stellung entlang der Bahn bewegt.

12. System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakt­ einrichtungen (22, 24) einen zweiten Kontaktstreifen (22) aufwei­ sen.

13. System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungs­ einrichtungen mehrere Rippen (50) haben, die sich in dem Gehäuse (18) erstrecken.

14. System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (50) eine Kammer (20) bilden, wobei die Kammer (20) einen seitli­ chen Schlitz hat, und sich die Federvorrichtung durch den Schlitz in die Kammer (20) erstreckt.