DE60220272T2

DE60220272T2 - Reedschalter mit stosserfassungsmasse

Info

Publication number: DE60220272T2
Application number: DE60220272T
Authority: DE
Inventors: Philip S. Norwich JAMES; Antony Howell
Original assignee: Joyson Safety Systems Inc
Current assignee: Joyson Safety Systems Inc
Priority date: 2001-05-18
Filing date: 2002-02-12
Publication date: 2008-01-17
Anticipated expiration: 2022-02-13
Also published as: EP1388153A1; EP1388153B1; EP1388153A4; ATE363128T1; ES2287265T3; DE60220272D1; WO2002095777A1; US6329618B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Schocksensoren, die einen Reedschalter einsetzen.
Schocksensoren sind in Kraftfahrzeugen zum Erkennen des Beginns einer Kollision weitverbreitet im Einsatz. Im typischen Fall werden die Größe und Richtung der Kollision von mikromechanischen Vorrichtungen erfasst, die als Teil eines elektronischen Chips hergestellt sind. Chips mit integrierten Schaltungen und mikromechanische Vorrichtungen sind aber gegenüber elektromagnetischen Störungen empfindlich, was zur Folge hat, dass manchmal eine Kollision angezeigt wird, wenn kein Kollisionseignis stattfindet. Mechanische Schocksensoren im Makromaßstab werden als Sicherheitsvorrichtung eingesetzt, um eine positive Anzeige dessen zu erbringen, dass die Kollision einer bestimmten Größenordnung stattfindet. Mit der Zusicherung, dass die Kollision auch wirklich stattfindet, kann die mit den mikromechanischen Schocksensoren assoziierte Elektronik die Größe und Richtung der Kollision ermitteln und diverse Sicherheitssysteme gemäß vorbestimmter oder adaptiver Logik auslösen.
Reedschalter werden beim Bau von mechanischen Schocksensoren wegen ihrer extremen Zuverlässigkeit, niedrigen Kosten und relativ hohen Stromschaltfähigkeiten oft eingesetzt. Reedschalter sind auch luftdicht verschlossen, was zu ihrer Zuverlässigkeit beitragt und sie zur Verwendung in aggressiven Umgebungen geeignet macht. Bestehende Schocksensoren setzen oft einen zweiten luftdichten Abschluss um eine Stoßerfassungsmasse und eine Feder ein, um einen vor der Umwelt geschützten Schocksensor zu bilden. Die Druckschrift US-A-6142007 beschreibt einen weiteren Schocksensor.
Es besteht ein Bedarf an einem Schocksensor, der die Zuverlässigkeit eines Reedschalters hat und eine Verbesserung der Kosten und Verpackungsgröße mit sich bringt.
Der Schocksensor dieser Erfindung setzt eine magnetische Stoßerfassungsmasse ein, die an der Innenseite der Glasröhre gleitet, die um einen Reedschalter herum abgedichtet ist. Der Reedschalter wird von zwei Kontaktzungen gebildet, die an den Enden von elektrischen Leitern ausgebildet sind, die durch die abgedichteten Enden der Glaskapsel hindurchgeführt werden. Jeder Leiter hat einen Abschnitt innerhalb der Glaskapsel, der einen Anschlag bildet. Die Anschlage sind zwischen den Leitern und den Kontaktzungen positioniert, aus denen der Reedschalter besteht. Ein erster Anschlag an einem ersten Leiter stützt eine magnetische Erfassungsmasse. Ein zweiter Anschlag an einem zweiten Leiter ist dem ersten Anschlag entgegengesetzt und von ihm beabstandet und trägt eine Feder, die die magnetische Erfassungsmasse gegen den ersten Anschlag vorspannt. Der erste Anschlag ist so positioniert, dass die magnetische Stoßerfassungsmasse, wenn sie am ersten Anschlag ruht, nicht verursacht, dass die Kontaktzungen des Reedschalters angezogen und geschlossen werden. Beschleunigung, die ausreichend auf die den Reedschalter bildende Glaskapsel ausgerichtet ist, verursacht die Beschleunigung der Erfassungsmasse in Richtung auf den zweiten Anschlag, während die Bewegung der Erfassungsmasse verursacht, dass die Kontaktzungen des Reedschalters angezogen werden und den Reedschalter schließen. Der gesamte Schocksensormechanismus ist in der Glaskapsel des Reedschalters hermetisch dicht eingekapselt. Der Reedschalter in der Glaskapsel erkennt die Bewegung der Stoßerfassungsmasse und stellt einen geschlossenen Stromkreis her, der vom Kraftfahrzeug-Sicherheitssystem verwendet werden kann, um zu ermitteln, dass der Schocksensor ein Kollisionsereignis erkannt hat.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine auseinandergezogene isometrische Darstellung des Schocksensors dieser Erfindung.
2 ist ein Seitenaufriss des Schocksensors von 1, der in der nichtaktivierten Stellung abgebildet ist.
3 ist ein Seitenaufriss des Schocksensors von 1, der in der aktivierten Stellung abgebildet ist.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Speziell auf 1 bis 3 Bezug nehmend, in denen sich gleiche Nummern auf ähnliche Teile beziehen, wird in 2 und 3 ein Schocksensor 20 gezeigt. Der Schocksensor 20 hat alle Komponenten, die zum Bilden eines Reedschalters 21 notwendig sind: einen ersten ferromagnetischen Leiter 22 mit einer ersten angeformten flexiblen Kontaktzunge 24 und einen zweiten ferromagnetischen Leiter 26 mit einer zweiten angeformten flexiblen Kontaktzunge 28, wobei sowohl der erste als auch der zweite ferromagnetische Leiter 22, 26 sich in eine hohle Glaskapsel 30 erstreckt. Die Leiter 22, 26 sind dort, wo sie durch die Wand 32 der Kapsel 30 verlaufen, hermetisch dicht an der Glaskapsel 30 abgedichtet. Um mit Hysterese assoziierte Probleme zu vermeiden, sind die fernmagnetischen Leiter 22 und die flexiblen Kontaktzungen 24 meist auf einen totweichen Zustand geglüht.
Ein konventioneller Schocksensor auf Basis eines Reedschalters hat eine äußere magnetische Erfassungsmasse, die sich gegen eine Feder bewegt, bis das von der Erfassungsmasse erzeugte magnetische Feld bewirkt, dass sich der Reedschalter schließt. Der Schocksensor 20 weist eine magnetische Stoßerfassungsmasse 34 und eine Feder 36 auf, die in der hermetisch dicht verschlossenen hohlen Glaskapsel 30 positioniert sind. Wie in 2 gezeigt, ist die magnetische Stoßerfassungsmasse 34 in Anlage an einem ersten Anschlag 38 positioniert, der mit dem ersten Leiter 22 einstückig ausgebildet ist. Eine Feder 36 erstreckt sich zwischen der magnetischen Stoßerfassungsmasse 34 und einem zweiten Anschlag 40, der mit dem zweiten Leiter 26 einstückig ausgebildet ist.
Beim Einbauen einer magnetischen Stoßerfassungsmasse 34 in der Glaskapsel 30 müssen die den Reedschalter 21 bildenden Komponenten zum Bewältigen der neuen Funktion gestaltet sein. Der Stoßerfassungsmagnet 34 hat die Form eines Zylinders mit einer zentralen zylindrischen Öffnung 42, die auf den zylindrischen Magnet 34 ausgerichtet ist. Der Magnet kann wegen seiner kleinen Größe aus AlNiCo, gegossen oder gesintert, aus Legierungen aus seltenen Erden wie Cerium-Kobalt-Kupfer oder aus einem anderen Material mit geeigneten Eigenschaften hergestellt werden. Die magnetische Stoßerfassungsmasse 34 ist mit einem Nylon beschichtet, was einen reibungsarmen Überzug ergibt. Die Außenfläche 44 des zylindrischen Stoßerfassungsmagneten 34 gleitet am Inneren der Glasoberfläche 46 entlang, die als Führung dient.
In einem typischen Reedschalter ist die hohle Glaskapsel ein relativ toleranzarmer Teil ohne kritische Abmessungen. Aufgrund der neuen Funktion, die die Glaskapsel im Schocksensor 20 durchführt, muss die Innenfläche aber spezifiziert werden, um die gleichmäßige und zuverlässige Bewegung der magnetischen Stoßerfassungsmasse 34 entlang der Innenfläche 46 der Glaskapsel zu gewährleisten. Außerdem muss die innere zylindrische Glaskapselfläche 46 genau mit den Kontaktzungen 24, 28, die den Reedschalter bilden, fluchten.
In einem konventionellen Reedschalter haben beide Kontaktzungen die gleiche Länge und Größe oder es wird nur eine einzelne Kontaktzunge eingesetzt, wie beim einpoligen Kontaktschalter mit zwei Schaltstellungen Form AC^®. Der Schocksensor 20 muss es aber erlauben, dass der Magnet weit genug von der zweiten Kontaktzunge 28 entfernt positioniert wird, damit der Reedschalter offenbleibt. Aus diesem Grund ist die zweite flexible Kontaktzunge kürzer als die erste flexible Kontaktzunge 24.
In allen Reedschaltern sind die Leiter und Kontaktzungen aus ferromagnetischem Material hergestellt, im typischen Fall aus Eisennickel, und die Kontaktzungen fluchten und überlappen. Der Überlappungs- oder Kontaktbereich ist mit einem Edel- oder Halbedelmetall galvanisiert. Die Kontaktzungen fungieren als Leiter des magnetischen Flusses, wenn sie einem externen Magnetfeld von einem Dauermagneten ausgesetzt werden. In einander gegenüberliegenden Kontaktzungen werden Pole der entgegengesetzten Polarität erzeugt und die Kontakte schließen sich, wenn die magnetische Anziehungskraft die Federkonstante der Kontaktzungen übersteigt. Beim Verringern des äußeren Magnetfelds, so dass die Kraft zwischen den Kontaktzungen kleiner als die elastische Rückstellkraft ist, federn die Kontaktzungen oder -blättchen in ihre offene Stellung.
Im Schocksensor 20 müssen die Leiter 22, 26 Anschläge 38, 40 zum Festlegen der Position der magnetischen Stoßerfassungsmasse 34 und der Positionierung der Feder 36 aufweisen. Die Stärke und Größe des Stoßerfassungsmagneten 34 muss groß genug sein, um in den Kontaktzungen 24, 28 Pole mit entgegengesetzter Polarität zu erzeugen und somit um den Reedschalter 21 zu schließen. Gleichzeitig muss die Teileanordnung es zulassen, dass der Magnet in der nichtaktivierten Stellung positioniert wird, wie in 2 gezeigt, so dass der Magnet weit genug vom zweiten Reedschalter entfernt ist, um nicht das Anziehen der Reedschalterkontaktzungen und das Schließen des Reedschalters 21 zu verursachen. Wie in den 1 bis 3 gezeigt, ist die erste Kontaktzunge 24 mehr als zweimal so lang wie die zweite Kontaktzunge 28.
Der Schocksensor 20 kann entweder mit durchkontaktierten Leitern (nicht gezeigt) oder mit Oberflächenmontage-Leiterenden 48 wie in 1 bis 3 gezeigt an der Leiterplatte montiert werden. Eine Leiterplatte ist im typischen Fall im Fahrzeuginneren an einer Position oder an einem Bauelement montiert, die/das durch Analyse oder Experimentieren als eine repräsentative Stoßumgebung ermittelt wurde, die anzeigt, wenn das Fahrzeug ein Kollisionsereignis erlebt. Mikroelektronische Bord-Beschleunigungssensoren in Kombination mit Sicherheitssystemlogik verwenden das Ausgangssignal vom Schocksensor 20 zum Ermitteln, dass die von den mikroelektronischen Beschleunigungssensoren erkannten Beschleunigungen nicht auf von elektromagnetischen Störungen induzierten Störsignalen beruhen. Die Sicherheitssystemlogik ermittelt dann gemäß der vorprogrammierten Logik, ob und wie diverse Sicherheitsvorrichtungen wie Airbags und Gurtstraffer auszulösen sind.
Die Herstellung von Reedschaltern ist ein hochautomatisiertes und präzises Verfahren, wobei durch Einbinden von stoßempfindlichen Elementen im Inneren der Reedschalterglaskapsel viele Vorteile erzielt werden.
Es versteht sich, dass die magnetische Erfassungsmasse auf der ersten flexiblen Kontaktzunge gleiten könnte und des Weiteren Teile des Magneten haben könnte, die nur mit den kurzen Seiten der rechteckig geformten Kontaktzunge in Eingriff sind. Es kann auch möglich sein, die Mindestverweilzeit durch Gestalten des Magneten wie in US 5212357 offenbart zu verlängern.

Claims

Schocksensor (20), der Folgendes umfasst: ein erstes ferromagnetisches Leiter (22); ein zweites ferromagnetisches Leiter (26); eine hohle Glaskapsel (30), die um das erste ferromagnetische Leiter (22) und das zweite ferromagnetische Leiter (26) hermetisch dicht verschlossen ist; eine erste ferromagnetische Kontaktzunge (24), die im Inneren der Glaskapsel (30) positioniert ist und sich vom ersten Leiter (22) erstreckt, wobei die erste Kontaktzunge eine erste elektrische Kontaktfläche hat; eine zweite ferromagnetische Kontaktzunge (28), die im Inneren der Glaskapsel (30) positioniert ist und sich vom zweiten Leiter (26) erstreckt, wobei die zweite ferromagnetische Kontaktzunge eine zweite elektrische Kontaktfläche hat, wobei die zweite elektrische Kontaktfläche zum Überlagern der ersten elektrischen Kontaktfläche positioniert ist; dadurch gekennzeichnet, dass er Folgendes umfasst: eine in der Glaskapsel (30) montierte magnetische Stoßerfassungsmasse (34), wobei die magnetische Stoßerfassungsmasse bewegungsfähig zwischen einer ersten Position, in der das von der magnetischen Stoßerfassungsmasse erzeugte magnetische Feld nicht ausreicht, um zu bewirken, dass die erste elektrische Kontaktfläche gegen die zweite elektrische Kontaktfläche bewegt wird, und einer zweiten Position montiert ist, in der die magnetische Stoßerfassungsmasse (34) ein ausreichendes magnetisches Feld aufbaut, um zu bewirken, dass die erste elektrische Kontaktfläche an der zweiten elektrischen Kontaktfläche in Anlage kommt, um zwischen dem ersten Leiter (22) und dem zweiten Leiter (26) einen geschlossenen Stromkreis zu bilden; und eine Feder (36), die die magnetische Stoßerfassungsmasse (34) von der zweiten Position weg vorspannt.
Schocksensor (20) nach Anspruch 1, bei dem die magnetische Stoßerfassungsmasse (34) mit einer reibungsarmen Beschichtung beschichtet ist und die magnetische Stoßerfassungsmasse gleitfähig mit einer Innenfläche der Glaskapsel in Eingriff ist.
Schocksensor (20) nach Anspruch 1, bei dem die magnetische Stoßerfassungsmasse (34) im Wesentlichen zylindrisch ist und Teile hat, die eine zentrale zylindrische Öffnung bilden, durch welche die erste ferromagnetische Kontaktzunge (24) verlauft.
Schocksensor (20) nach Anspruch 1, bei dem das erste Leiter (22) und die erste ferromagnetische Kontaktzunge (24) einstückig ausgebildet sind und ein Teil des ersten Leiters einen ersten Anschlag (38) bildet, gegen den die magnetische Stoßerfassungsmasse (34) von einer Feder (36) vorgespannt wird, wobei der erste Anschlag so die erste Position definiert, und bei dem das zweite Leiter (26) und die zweite ferromagnetische Kontaktzunge (28) einstückig ausgebildet sind und ein Teil des zweiten Leiters einen zweiten Anschlag (40) definiert, wobei die Feder (36) zwischen dem zweiten Anschlag und der magnetischen Stoßerfassungsmasse (34) verläuft, um den Magnet in der ersten Position gegen den ersten Anschlag vorzuspannen.
Schocksensor (20) nach Anspruch 4, bei dem die erste ferromagnetische Kontaktzunge (24) wesentlich länger ist als die zweite ferromagnetische Kontaktzunge (28).
Schocksensor (20), der Folgendes umfasst: ein erstes weiches magnetisches Element mit Teilen, die ein erstes Montageleiter bilden, Teilen, die eine erste flexible Kontaktzunge (24) bilden, und Teilen, die einen ersten Anschlag (38) bilden; ein zweites weiches magnetisches Element mit Teilen, die ein zweites Montageleiter bilden, Teilen, die eine zweite Kontaktzunge (28) bilden, und Teilen, die einen zweiten Anschlag (40) bilden, wobei das erste weiche magnetische Element und das zweite weiche magnetische Element in entgegengesetzten Enden einer im Wesentlichen zylindrischen hohlen Glaskapsel (30) montiert sind, so dass die erste Kontaktzunge (24) und die zweite Kontaktzunge (28), überlappende Teile bildend, einander in beabstandeter Beziehung überlappen, und wobei die zylindrische Glaskapsel am ersten Montageleiter und dem zweiten Montageleiter hermetisch dicht verschlossen ist, wobei die zylindrische Glaskapsel ein hermetisch dicht verschlossenes Inneres definiert, wobei sich die erste flexible Kontaktzunge (24), der erste Anschlag (38), die zweite flexible Kontaktzunge (28) und der zweite Anschlag (40) alle im Inneren der hermetisch dicht verschlossenen Glaskapsel befinden; dadurch gekennzeichnet, dass er Folgendes umfasst: eine magnetische Stoßerfassungsmasse (34), die an dem ersten weichen magnetischen Element bewegungsfähig zwischen einer ersten Position in Anlage am ersten Anschlag (38) und einer vom ersten Anschlag distalen zweiten Position und nahe genug an den überlappenden Teilen montiert ist, um zu bewirken, das die erste Kontaktzunge (24) und die zweite Kontaktzunge (28) einander anziehen, um einen elektrischen Stromkreis zu schließen; und eine zwischen dem zweiten Anschlag (40) und der magnetischen Stoßerfassungsmasse (34) verlaufende Feder (36) zum Vorspannen der magnetischen Stoßerfassungsmasse gegen den ersten Anschlag (38), so dass einer Bewegung der magnetischen Stoßerfassungsmasse von der Feder entgegengewirkt wird, wobei sich die Feder und die magnetische Stoßerfassungsmasse im Inneren der hermetisch dicht verschlossenen Glaskapsel (30) befinden.
Schocksensor (20) nach Anspruch 6, bei dem die magnetische Stoßerfassungsmasse (34) mit einer reibungsarmen Beschichtung beschichtet ist und bei dem die Glaskapsel (30) eine Innenfläche hat und die magnetische Stoßerfassungsmasse gleitfähig mit der Innenfläche in Eingriff ist.
Schocksensor (20) nach Anspruch 7, bei dem die erste Kontaktzunge (24) wesentlich länger ist als die zweite Kontaktzunge (28).
Schocksensor (20) nach Anspruch 7, bei dem die magnetische Stoßerfassungsmasse (34) im Wesentlichen zylindrisch ist und Teile hat, die eine zentrale zylindrische Öffnung bilden, durch welche die erste magnetische Kontaktzunge verlauft.
Schocksensor (20), der Folgendes umfasst: eine hohle Glaskapsel (30) mit einem ersten und einem zweiten Ende; ein erstes ferromagnetisches Leiter (22), das in das erste Ende der Glaskapsel (30) verlauft und hermetisch dicht darin eingekapselt ist; ein zweites ferromagnetisches Leiter (26), das in das zweite Ende der Glaskapsel (30) verläuft und hermetisch dicht darin eingekapselt ist; eine erste ferromagnetische Kontaktzunge (24), die in elektrischem Kontakt mit dem ersten Leiter (22) ist und in der Glaskapsel in Richtung auf das zweite Ende der Glaskapsel (30) verläuft, wobei Teile der ersten Kontaktzunge eine nach oben weisende erste elektrische Kontaktfläche definieren; eine zweite ferromagnetische Kontaktzunge (28), die in elektrischem Kontakt mit dem zweiten Leiter (26) ist und in der Glaskapsel in Richtung auf das zweite Ende der Glaskapsel (30) verläuft, wobei Teile der zweiten Kontaktzunge eine nach unten weisende zweite elektrische Kontaktfläche definieren, die in von der ersten elektrischen Kontaktfläche der ersten magnetischen Kontaktzunge beabstandeter Beziehung positioniert ist; dadurch gekennzeichnet, dass er Folgendes umfasst: einen Magnet (34), der in der Glaskapsel positioniert ist, wobei der Magnet eine zentrale Öffnung hat, durch die sich die erste Kontaktzunge (24) erstreckt; einen ersten Anschlag (38) neben dem ersten Glaskapselende; einen zweiten Anschlag (40) neben dem zweiten Glaskapselende und eine in der Glaskapsel positionierte Feder (36), die den Magnet gegen den ersten Anschlag (38) drängt, so dass der Magnet bei Beschleunigung gegen die Feder in Richtung auf den zweiten Anschlag (40) getrieben wird, um das Schließen der ersten elektrischen Kontaktfläche auf der zweiten elektrischen Kontaktfläche zu verursachen.
Schocksensor (20) nach Anspruch 10, bei dem die Länge des ersten Leiters (22) größer als die zweifache Länge des zweiten Leiters (26) ist.