DE4310172C2 - Beschleunigungssensor - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Beschleunigungssensor gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1, der dazu geeignet ist, eine
große Änderung in der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs zu de
tektieren, wie sie durch eine Kollision oder dergleichen be
wirkt wird. Der Begriff "Beschleunigung" ist vorliegend also
auch im Sinne von "Verzögerung" zu verstehen, da eine Verzöge
rung physikalisch gesehen eine negative Beschleunigung ist.
Ein Beschleunigungssensor der gattungsgemäßen Art ist sowohl
aus der EP 04 74 352 A1 als auch aus der US 4 827 091 bekannt.
Dieser bekannte Beschleunigungssensor umfaßt einen aus leitfä
higem Material hergestellten Zylinder und ein Trägheitsteil,
das gemäß der EP 04 74 352 A1 aus einem Permanentmagneten und
einem hinten offenen elektrisch leitfähige Gehäuse besteht.
Das Trägheitsteil ist in dem Zylinder so angebracht, daß es in
Längsrichtung des Zylinders bewegbar ist. Außerdem ist ein
leitfähiges Teil wenigstens auf der End- oder Stirnfläche des
Trägheitsteils angebracht, welche sich auf der Seite eines
Längsendes des Zylinders befindet, und ein Paar Elektroden ist
an dem einen Längsende des Zylinders angeordnet. Weiterhin ist
ein Anziehungsteil in der Nähe des anderen Längsendes des Zy
linders angeordnet, und dieses Anziehungsteil besteht gemäß
der EP 04 74 352 A1 aus einem magnetischen Material, nämlich
einem magnetisch permeablen Element aus z. B. Eisen oder Stahl.
Wenn das leitfähige Teil des magnetisierten Trägheitsteils
die Elektroden kontaktiert, dann kommt es zu einer leitenden
Verbindung dieser Elektroden über das leitfähige Teil. Das
Anziehungsteil ist aus einem solchen magnetischen Material
hergestellt, daß sich das Anziehungsteil und das Trägheits
teil magnetisch aufeinanderzu anziehen.
In diesem Beschleunigungssensor ziehen, wie bereits erwähnt,
das Trägheitsteil und das Anziehungsteil einander an. Wenn
keine oder fast keine Beschleunigung auf den Sensor einwirkt,
befindet sich das Trägheitsteil an dem anderen Ende in dem
Zylinder in Ruhe.
Wenn eine relativ große Beschleunigung auf diesen Beschleuni
gungssensor einwirkt, dann bewegt sich das magnetisierte
Trägheitsteil entgegen der Anziehungskraft des Anziehungs
teils. Während der Bewegung des Trägheitsteils wird ein elek
trischer Strom in dem vorgenannten Zylinder induziert, durch
den eine Magnetkraft erzeugt wird, welche das Trägheitsteil
in der Richtung vorspannt, die der Bewegungsrichtung des
Trägheitsteils entgegensetzt ist. Daher wird das magneti
sierte Trägheitsteil gebremst, so daß die Bewegungsgeschwin
digkeit desselben vermindert wird.
Wenn die Beschleunigung geringer als eine vorbestimmte Größe
oder ein Schwellenwert ist, wird das magnetisierte Trägheits
teil gestoppt, 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 Schwellenwert ist, zum Beispiel, wenn das Fahrzeug,
in dem dieser Beschleunigungssensor vorgesehen ist, mit einem
großen Objekt kollidiert, beispielsweise mit einem anderen
Fahrzeug zusammenstößt, dann kommt das Trägheitsteil an dem
einen Ende des Zylinders an. Jetzt, wenn das geschieht, kon
taktiert die leitfähige Schicht auf der vorderen End- oder
Stirnfläche des Trägheitsteils beide Elektroden, so daß sie
dieselben elektrisch miteinander verbindet. Wenn vorher eine
Spannung zwischen den Elektroden angelegt worden ist, fließt
ein elektrischer Strom, wenn die Elektroden in der vorgenann
ten Weise miteinander kurzgeschlossen werden. Dieser elektri
sche Strom gestattet die Detektion einer Kollision des mit dem
Beschleunigungssensor versehenen Fahrzeugs.
Die Elektroden des Beschleunigungssensors gemäß US 4 827 091
bestehen aus Kupfer, das einen kleinen elektrischen Widerstand
hat, und das mit einem korrosionsbeständigen Material galvani
siert oder plattiert ist, wie mit Gold oder dergleichen. Auch
aus der EP 03 86 942 A2 ist es bekannt, zur besseren Kontakt
gabe die Kontakte der Elektroden aus verschiedenen Materia
lien, z. B. Kupfer, zu machen und, beispielsweise mit Gold, zu
plattieren.
In dem beschriebenen konventionellen Beschleunigungssensor
kommt es, wenn sich das Trägheitsteil vorwärtsbewegt und die
Elektroden kontaktiert, dazu, daß die Elektroden auf das Träg
heitsteil aufprallen und zu kleinen Vibrationen angeregt wer
den, so daß die Elektroden in extrem kurzen Zeitdauern das
Trägheitsteil wiederholt kontaktieren und sich wiederholt von
dem Trägheitsteil trennen und auf diese Weise ein Kontaktprel
len erzeugt wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Beschleuni
gungssensor zur Verfügung zu stellen, der fähig ist, das Prel
len bzw. Kontaktprellen zu verhindern.
Diese Aufgabe wird, ausgehend von einem Beschleunigungssensor
der gattungsgemäßen Art, erfindungsgemäß durch die Merkmale
des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.
In diesem neuartigen Beschleunigungssensor gemäß der Erfindung
kommt es, wenn sich das Trägheitsteil vorwärtsbewegt und die
Elektroden kontaktiert, dazu, daß die Elektroden das Träg
heitsteil magnetisch anziehen. Demgemäß kommt es nicht dazu,
daß die Elektroden dabei das magnetisierte Trägheitsteil häu
fig kontaktieren und sich häufig wieder von demselben trennen,
so daß auf diese Weise ein Prellen bzw. Kontaktprellen verhin
dert wird.
Die Erfindung sei nachfolgend anhand einer besonders bevorzug
ten Ausführungsform näher beschrieben und erläutert, die in
der einzigen Figur der Zeichnung dargestellt ist, welche eine
Querschnittsansicht durch einen Beschleunigungssensor gemäß
der Erfindung zeigt.
Der Beschleunigungssensor hat einen im wesentlichen zylindri
schen oder langgestreckten Spulenkörper 10, der aus einem
nichtmagnetischen Material, wie beispielsweise einem Kunst
harz, hergestellt ist. Ein Zylinder 12, der aus einer Kupfer
legierung hergestellt ist, ist innerhalb des Spulenkörpers 10
gehaltert. Eine Magnetanordnung 14 ist in dem Zylinder 12 an
gebracht oder angeordnet. Diese Magnetanordnung 14 umfaßt als
Kern ein Trägheitsteil 16, das aus einem zylindrischen Perma
nentmagneten hergestellt ist oder besteht, sowie ein leitfähi
ges Teil 18 als zylindrisches Gehäuse, das an dem einen Ende
einen Boden hat, und eine Packung 20, die aus einem Kunstharz
hergestellt ist. Das Teil 18 ist aus einem nichtmagnetischen,
elektrisch leitenden Material, wie beispielsweise Kupfer, her
gestellt und umschließt das Trägheitsteil 16. Das Teil 18 ist
an seinem anderen Ende geöffnet. Die Packung 20 wirkt dahinge
hend, daß sie das Trägheitsteil 16 innerhalb des Teils 18
hält. Die Magnetanordnung 14 ist in dem Zylinder 12 in einer
solchen Art und Weise angebracht oder angeordnet, daß sie sich
in der Längsrichtung des Zylinders 12 bewegen kann.
Der Spulenkörper 10 hat einen Einlaßteil oder Einstülpteil 22
an seinem einen Ende. Dieser Einlaß- oder Einstülpteil 22 er
streckt sich in den Zylinder 12 hinein. Eine Öffnung 24 ist an
dem vorderen Ende des Einlaß- oder Einstülpteils 22 ausgebil
det. Ein Paar Flansche 26 und 28 stehen seitlich in der Nähe
des vorderen Endes des Einlaß- oder Einstülpteils 22 des Spu
lenkörpers 10 vor. Ein ringförmiges Anziehungsteil 30, das aus
einem magnetischen Material hergestellt ist, wie zum Beispiel
Eisen, ist zwischen den Flanschen 26 und 28 gehaltert.
Der Spulenkörper 10 hat außerdem einen Flansch 32. Zwischen
die Flansche 28 und 32 ist eine Spule 34 gewickelt oder einge
fügt. Ein weiterer Flansch 36 ist an dem anderen Ende des Spu
lenkörpers 10 ausgebildet. An diesem Flansch 36 ist ein Kon
takthalter 38 angebracht.
Dieser Kontakthalter 38 ist aus einem Kunstharz hergestellt.
In dem Kontakthalter 38 ist ein Paar Elektroden 40 und 42
vorgesehen, und zwar so, daß deren rückwärtige Enden in den
Kontakthalter 38 eingebettet sind. In der Mitte des Kon
takthalters 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.
Teile der bogenförmigen vorderen Endteile sind im wesentli
chen bündig mit der vorderen End- oder Stirnfläche des Zylin
ders 12 bzw. stehen ein wenig in den Zylinder 12 hinein vor,
wie Fig. 1 zeigt.
Diese Elektroden 40 und 42 sind aus Kupfer mit einer darauf
galvanisierten oder plattierten Nickelgalvanisierungs- oder
-plattierungsschicht hergestellt.
Leitungsdrähte (nicht gezeigt) sind mit den rückwärtigen
Enden der Elektroden 40 und 42 verbunden, so daß es ermög
licht wird, eine Spannung zwischen den Elektroden 40 und 42
anzulegen.
Es sei nun die Funktionsweise des Beschleunigungssensors, der
in der vorstehend beschriebenen Art und Weise aufgebaut ist,
näher erläutert:
Wenn keine äußere Kraft einwirkt, ziehen die Magnetanordnung 14 und das Anziehungsteil 30 einander an. Unter dieser Bedin gung ist das rückwärtige Ende der Magnetanordnung 14 in sei ner rückwärtigsten Position, wo es sich gegen die vordere End- oder Stirnfläche des Einlaß- oder Einstülpteils 22 ab stützt. Wenn eine äußere Kraft in der durch den Pfeil A angedeuteten Richtung wirkt, dann bewegt sich die Magnetan ordnung 14 gegen die Anziehungskraft des Anziehungsteils 30 in der durch den Pfeil A angegebenen Richtung. Diese Bewegung induziert einen elektrischen Strom in dem zum Beispiel aus Kupferlegierung hergestellten Zylinder 12, so daß auf diese Weise ein Magnetfeld erzeugt wird. Dieses Magnetfeld übt eine magnetische Kraft auf die Magnetanordnung 14 in der Richtung aus, die entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung derselben ist. Infolgedessen wird die Magnetanordnung 14 gebremst.
Wenn keine äußere Kraft einwirkt, ziehen die Magnetanordnung 14 und das Anziehungsteil 30 einander an. Unter dieser Bedin gung ist das rückwärtige Ende der Magnetanordnung 14 in sei ner rückwärtigsten Position, wo es sich gegen die vordere End- oder Stirnfläche des Einlaß- oder Einstülpteils 22 ab stützt. Wenn eine äußere Kraft in der durch den Pfeil A angedeuteten Richtung wirkt, dann bewegt sich die Magnetan ordnung 14 gegen die Anziehungskraft des Anziehungsteils 30 in der durch den Pfeil A angegebenen Richtung. Diese Bewegung induziert einen elektrischen Strom in dem zum Beispiel aus Kupferlegierung hergestellten Zylinder 12, so daß auf diese Weise ein Magnetfeld erzeugt wird. Dieses Magnetfeld übt eine magnetische Kraft auf die Magnetanordnung 14 in der Richtung aus, die entgegengesetzt zur Bewegungsrichtung derselben ist. Infolgedessen wird die Magnetanordnung 14 gebremst.
Wenn die auf den Beschleunigungssensor einwirkende äußere
Kraft klein ist, kommt es dazu, daß die Magnetanordnung 14
auf ihrem Weg zu dem einen Ende des Zylinders 12 stoppt,
bevor sie dieses eine Ende erreicht. Die Magnetanordnung 14
kehrt dann durch die Anziehungskraft, die zwischen dem Anzie
hungsteil 30 und der Magnetanordnung 14 wirkt, bald in ihre
rückwärtigste Position zurück, die in Fig. 1 gezeigt ist.
Wenn eine große äußere Kraft in der durch den Pfeil A ange
deuteten Richtung angewandt wird, zum Beispiel dann, wenn ein
mit dem Beschleunigungssensor versehenes 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. Zu diesem Zeitpunkt erzeugt das Teil
18 der Magnetanordnung 14, das aus einem elektrisch leitfähi
gen Material hergestellt ist, einen Kurzschluß zwischen den
Elektroden 40 und 42, so daß dadurch ein elektrischer Strom
zwischen diesen Elektroden erzeugt wird, wenn, wie oben be
schrieben, eine Spannung zwischen die Elektroden angelegt
ist. Dieses ermöglicht die Detektion einer Beschleunigungsän
derung, die größer als der beabsichtigte oder vorgesehene
Schwellenwert ist. Infolgedessen wird die Kollision des Fahr
zeugs detektiert.
Da die Elektroden 40 und 42 mit der Nickelschicht galvani
siert oder plattiert sind, kommt es, wenn die Magnetanordnung
14 die Elektroden 40 und 42 kontaktiert, dazu, daß die Elek
troden 40 und 42 die Magnetanordnung 14 magnetisch anziehen,
so daß infolgedessen die Elektroden 40 und 42 nicht prellen
und daher ein starkes Vibrieren oder ein Kontaktprellen ver
hindert wird.
Die vorerwähnte Spule 34 wird zum Überprüfen der Funktion des
Beschleunigungssensors benutzt. Im einzelnen ist es so, daß
die Spule 34, wenn sie elektrisch erregt wird, ein Magnetfeld
erzeugt, welches die Magnetanordnung 14 in der durch den
Pfeil A angedeuteten Richtung vorspannt. Die Magnetanordnung
14 bewegt sich dann bis zu dem vorderen Ende des Zylinders
12, wo sie die Elektroden 40 und 42 kurzschließt. Auf diese
Weise wird die Spule 34 erregt, um die Magnetanordnung 14
durch magnetische Kraft in Bewegung zu setzen. Demgemäß ist
es möglich, eine Überprüfung dahingehend vorzunehmen, ob sich
die Magnetanordnung 14 ohne Störung, Defekt oder Schwierig
keiten vorwärts und zurück bewegen kann, und ob die Elektro
den 40 und 42 mittels der Magnetanordnung 14 kurzgeschlossen
werden können.
In der vorliegenden Ausführungsform, die oben beschrieben
wurde, sind die Elektroden 40 und 42 zwar mit Nickel galvani
siert oder plattiert. Jedoch kann eine Galvanisierung oder
Plattierung auch mit einem anderen Metall (unter Einschluß
einer Legierung) vorgenommen werden, das elektrisch leitfähig
ist, bevorzugt eine hohe Korrosionsbeständigkeit hat, und das
magnetische Anziehungskraft besitzt, wie zum Beispiel Kobalt-
Nickel-Legierung. Und außerdem können die Elektroden 40 und
42 selbst aus einem Material bestehen, das die oben beschrie
benen Eigenschaften hat, zumindest leitfähig und magnetisch
ist, so daß es von der Magnetanordnung 14 angezogen wird.
Oder die Elektroden können aus einem magnetischen Material
bestehen, das mit einem elektrisch leitfähigen Material von
bevorzugt hoher Korrosionsfestigkeit beschichtet ist.
Wie oben beschrieben wurde, wird es, da der Beschleunigungs
sensor der vorliegenden Erfindung derart aufgebaut ist, daß
die Elektrode bzw. die Elektroden das Trägheitsteil magne
tisch anzieht bzw. anziehen, durch die Erfindung ermöglicht,
ein Prellen der Elektrode bzw. Elektroden zu verhindern.
Claims (5)
1. Beschleunigungssensor, umfassend:
einen Zylinder (12), der aus einem leitfähigen Material hergestellt ist;
ein magnetisiertes Trägheitsteil (16), das in dem Zylin der (12) so angebracht ist, daß es längs des Zylinders (12) bewegbar ist;
ein leitfähiges Teil (18), das wenigstens auf der Endflä che des Trägheitsteils (16) angebracht ist, die sich auf der Seite des einen Längsendes des Zylinders (12) befindet;
ein Paar Elektroden (40, 42), welche an dem einen Längsende des Zylinders (12) angeordnet sind, und welche, wenn das leitfähige Teil (18) des Trägheitsteils (16) die Elektro den (40, 42) kontaktiert, über das leitfähige Teil (18) zum Leiten gebracht oder leitend verbunden werden; 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 Trägheitsteil (16) von dem Anziehungsteil (30) magnetisch angezogen wird,
dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der Elektroden (40, 42) aus einem magnetischen Material hergestellt ist, welches das Trägheitsteil (16) magnetisch an zieht.
einen Zylinder (12), der aus einem leitfähigen Material hergestellt ist;
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ein leitfähiges Teil (18), das wenigstens auf der Endflä che des Trägheitsteils (16) angebracht ist, die sich auf der Seite des einen Längsendes des Zylinders (12) befindet;
ein Paar Elektroden (40, 42), welche an dem einen Längsende des Zylinders (12) angeordnet sind, und welche, wenn das leitfähige Teil (18) des Trägheitsteils (16) die Elektro den (40, 42) kontaktiert, über das leitfähige Teil (18) zum Leiten gebracht oder leitend verbunden werden; 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 Trägheitsteil (16) von dem Anziehungsteil (30) magnetisch angezogen wird,
dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der Elektroden (40, 42) aus einem magnetischen Material hergestellt ist, welches das Trägheitsteil (16) magnetisch an zieht.
2. Beschleunigungssensor nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Elektroden (40, 42)
aus Kupfer hergestellt sind, und daß die Elektroden (40, 42)
mit einer Metallschicht galvanisiert oder plattiert sind,
welche einen Magneten anzieht oder von einem Magneten ange
zogen wird.
3. Beschleunigungssensor nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß das Metall, welches einen
Magneten anzieht oder von einem Magneten angezogen wird,
Nickel und/oder Kobalt-Nickel-Legierung ist.
4. Beschleunigungssensor nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß ein oder der gesamte Kör
per der Elektroden (40, 42) aus einem Metall besteht, welches
einen Magneten anzieht oder von einem Magneten angezogen
wird.
5. Beschleunigungssensor nach Anspruch 4, dadurch
gekennzeichnet, daß das Metall, welches einen
Magneten anzieht oder von einem Magneten angezogen wird,
Nickel und/oder Kobalt-Nickel-Legierung ist.
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