DE4310172C2 - Beschleunigungssensor - Google Patents

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 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.

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.