DE4443418C1 - Beschleunigungssensor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Beschleunigungssensor nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei einem derart ausgebildeten und aus der EP 0489199 B1 be­ kannten Beschleunigungssensor ist eine ringförmige seismische Masse aus einem Material mit hoher Permeabilität auf einem zylindrischen Träger zwischen zwei Endlagen verschiebbar an­ geordnet. Ein ringförmiger Führungskörper umschließt die seismische Masse. Ein magnetisch steuerbarer Schalter ist nahe einer Endlage angebracht. In der Umgebung dieser Endlage ist der Führungskörper ein Magnet mit einer Magnetisierung entlang seiner Längsachse. Die seismische Masse wird mittels einer Feder stationär in dieser Endlage gehalten. Die gesamte Anordnung wird von einem Gehäuse umschlossen.

Im stationären Fall bilden Magnet und seismische Masse einen magnetischen Kurzschluß. Das auf den Schalter einwirkende Ma­ gnetfeld reicht zu einer Betätigung der Schalterkontakte nicht mehr aus. Bei einer Verschiebung der seismischen Masse hin zur anderen Endlage wird das auf den Schalter einwirkende Magnetfeld nicht mehr beeinträchtigt, so daß die Schalterkon­ takte schließen.

Die Ansteuerung des magnetisch steuerbaren Schalters erfolgt indirekt, da der Magnet nahe am Schalter angeordnet ist und das latent auf den Schalter wirkende Magnetfeld durch eine seismische Masse aus einem Material mit hoher Permeabilität beeinflußt wird. Dabei weist die vorgenannte Realisierung einen komplexen Sensoraufbau auf, u. a. durch die Anordnung des Magneten/Führungskörpers um die seismische Masse, die Aufteilung des Führungskörpers in zwei werkstofflich unter­ scheidliche Bestandteile, die Fixierung des Führungskörpers im/am Gehäuse und den Einsatz einer Feder zur stationären Fi­ xierung der seismischen Masse in einer Endlage.

Bei einem aus der DE 26 44 606 A1 bekannten Beschleunigungs­ schalter ist ein Ringmagnet auf einem rohrförmigen Träger entlang dessen Längsachse zwischen Anschlägen verschiebbar angeordnet. In seiner Ruhelage wird der Magnet von einer Fe­ der gegen einen ersten Anschlag gedrückt. Infolge einer Be­ schleunigung wird der Magnet gegen die Federkraft ausgelenkt und betätigt einen im Träger angeordneten magnetisch steuer­ baren Schalter.

Ferner ist aus der DE 32 16 321 C1 ein Beschleunigungsschalter bekannt, der einen in einem Kanal verschiebbaren Magneten als seismische Masse aufweist. Der Magnet wird an einem ersten Ende des Kanals durch einen Weicheisenkern in seiner Ruhelage gehalten. Infolge einer Beschleunigung wird der Magnet im Ka­ nal ausgelenkt, betätigt einen neben dem Kanal angeordneten magnetisch steuerbaren Schalter und prallt gegen eine am an­ deren Ende des Kanals angeordnete Druckfeder.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Beschleuni­ gungssensor der eingangs genannten Art zu schaffen, der diese Nachteile der bekannten Vorrichtung vermeidet. Der erfin­ dungsgemäße Beschleunigungssensor hat insbesondere den Vor­ teil, den magnetisch steuerbaren Schalter über eine magneti­ sche seismische Masse direkt anzusteuern, welche bei ihrer Auslenkung ausschließlich mittels magnetischer Rückstell­ kräfte in ihre Ruhelage zurückgeführt wird.

Die Erfindung löst diese Aufgabe bei einem Beschleunigungs­ sensor der eingangs genannten Art durch die Merkmale des An­ spruchs 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden durch die Unteransprüche gekennzeichnet.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung erläutert, die einen Beschleunigungssensor im stationären Zustand im Längsschnitt darstellt.

Der Beschleunigungssensor hat einen zylindrischen Träger 1 mit einer Längsachse A-A′. Der Träger 1 ist aus einem nicht elektrischen und nicht magnetischen Material, beispielsweise Kunststoff. Der Träger 1 enthält einen Formkörper 10 aus einem Material mit hoher Permeabilität, beispielsweise RFe 120, zum Zwecke der Magnetfeldlinienführung. Ein ringförmiger Magnet 2 umschließt den Träger 1. Der Magnet 2 läßt sich ent­ lang der Trägerlängsachse A-A′ zwischen zwei Endlagen ver­ schieben und fungiert als seismische Masse.

Anschläge 11 an den Trägerenden hindern den Magneten 2 an einer Verschiebung über das Trägerende hinaus. Es sind auch andere Konstruktionen mit gleicher Funktion denkbar, wie z. B. Anschläge, die Teil eines Sensorgehäuses sind oder an einem Sensorgehäuse angebracht sind.

Der Magnet 2 befindet sich stationär in einer der Endlagen - einer Ruhelage. Ein magnetisch steuerbarer Schalter 3 ist nahe der anderen Endlage - einer Kontaktlage - angebracht. In der Ruhelage bilden Magnet 2 und Formkörper 10 einen magneti­ schen Kurzschluß ohne Auswirkung auf den Schalter 3. Bei aus­ reichender Beschleunigung verschiebt sich der Magnet 2 gegen die Kontaktlage und bewirkt ein Schließen der Schalterkon­ takte im Magnetkreis "Magnet 2, Schalter 3, Formkörper 10".

Im Ausführungsbeispiel ist der Schalter 3 als "Schutzgaskontakt im Metallgehäuse" nach EP 0489199 B1 ausge­ bildet und an einer Stirnseite des Trägers 1 angebracht. Der Schalter 3 hat ein Metallgehäuse 30. Ein Metallstift 35 ragt in eine Öffnung des Metallgehäuses 30 und ist durch eine Druckglas-Einschmelzung 31 gegen das Metallgehäuse 30 iso­ liert. Der Hohlraum 32 im Metallgehäuse ist mit Schutzgas an­ gefüllt. Eine Blattfeder 33 trägt ein Ankerplättchen 34 und ist an derjenigen Innenseite des Metallgehäuses 30 ange­ bracht, die dem Metallstift 35 gegenüberliegt. Ein Anschluß 36 ist am Metallgehäuse angebracht. Ein zweiter Anschluß 37 ist mit dem Metallstift 35 verbunden, der zur Erhöhung des Magnetflusses möglichst tief in den Träger 1 hineinragt.

Die Anordnung des Schalters 3 an der Stirnseite des Trägers 1 bedingt eine Magnetisierung des Magneten 2 entlang der Trä­ gerlängsachse A-A′. Befindet sich der ausgelenkte Magnet nahe der Kontaktlage, wird der Magnetfluß im Magnetkreis "Magnet 2, Metallgehäuse 30, Blattfeder 33, Ankerplättchen 34, Me­ tallstift 35, Formkörper 10" so groß, daß der Schalterkontakt über Ankerplättchen 34 und Metallstift 35 geschlossen wird.

Magnet 2 und Formkörper 10 ziehen sich magnetisch an. Die Kontur des Formkörpers 10 bestimmt die magnetischen Rück­ stellkräfte und damit die Ruhelage: Der Querschnitt des Form­ körpers 10 ist an der Stelle maximal, an der die Ruhelage er­ wünscht wird. In der so festgelegten Ruhelage ist der Magnet­ fluß im Magnetkreis "Magnet 2, Formkörper 10" maximal. Der Querschnitt des Formkörpers 10 ist senkrecht zur Trägerlängs­ achse A-A′ definiert.

Vorzugsweise nimmt der Querschnitt des Formkörpers 10 von der Ruhelage zur Kontaktlage hin ab. Dadurch erzielt man an jeder Stelle des Trägers 1 eine magnetische Rückstellkraft auf den ausgelenkten Magneten 2 in Richtung zur Ruhelage. Für jede Lage X des ausgelenkten Magneten 2 bezüglich des Trägers 1 existiert also in unmittelbarer Nachbarschaft der Lage X eine Lage Y mit geringerem Abstand zur Ruhelage, bei der der ma­ gnetische Fluß durch den Magnetkreis "Magnet 2, Formkörper 10" größer ist als in der Lage X. Eine Kraftwirkung auf den ausgelenkten Magneten hin zur Lage Y und somit zur Ruhelage ist die Folge.

Die Rückstellkraft auf den Magneten 2 bleibt bei einem linearen Abfall des Formkörperquerschnitts von der Ruhelage hin zur Kontaktlage in jeder möglichen Lage des ausgelenkten Ma­ gneten 2 konstant. Bei einem nichtlinearen Abfall des Form­ körperquerschnitts von der Ruhelage hin zur Kontaktlage kann man eine Rückstellkraft erhalten, die in der Umgebung der Kontaktlage kleiner ist als in der Umgebung der Ruhelage. Da­ zu ist der differentielle Querschnittsabfall in der Umgebung der Kontaktlage kleiner zu halten als in der Umgebung der Ruhelage. Ein solcher Konturverlauf vergrößert die Mindest­ schließzeit des Beschleunigungssensors.

Bei den von dem Beschleunigungssensor angesteuerten Einheiten kann es sich um Airbag-, Gurt- oder Türschließsysteme han­ deln.

Claims (4)

1. Beschleunigungssensor

• - mit einem Träger (1) mit Anschlägen (11) an seinen Enden
• - mit einem Magneten (2) als seismische Masse, der auf dem Träger (1) entlang seiner Längsachse (A-A′) zwischen zwei Endlagen verschiebbar angeordnet ist, und mit einem ma­ gnetisch steuerbaren Schalter (3) nahe einer der Endlagen

dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (1) einen Formkörper (10) aus einem Material mit hoher Permeabilität einschließt, dessen Querschnitt im Bereich einer Endlage ein Maximum aufweist und von dort zur anderen Endlage hin abnimmt.

2. Beschleunigungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet (2) parallel zur Trägerlängsachse (A-A′) magneti­ siert ist und daß der Schalter (3) derart an dem Träger (1) angeordnet ist, daß die Feldlinien des Magneten (2) bei An­ näherung an eine der Endlagen über die Schalterkontakte ver­ laufen.

3. Beschleunigungssensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetisch steuerbare Schalter (3) als Schutzgas-Kontakt im Metallgehäuse ausgebildet ist.