DE69002944T2 - Trägheitsschalter. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft einen Trägheitsschalter.
• Aufblasbare Sicherheitseinrichtungen in Kraftfahrzeugen werden von Trägheitsschaltern aktiviert. Diese Schalter erfassen bestimmte Verzögerungseigenschaften und liefern beim Schließen des Schalters Signale an diese Einrichtungen, wenn bestimmte Eigenschaften festgestellt worden sind. Diese Verzögerungseigenschaften, die das Schließen des Schalters bewirken, sind eine Funktion der Größe der Verzögerung und ihrer Dauer. Die Fähigkeit des Schalters, eine bestimmte Verzögerungseigenschaft zu erfassen, ist von der Schalterbauweise abhängig. Für eine Massenproduktion solcher Schalter müssen enge Toleranzen eingehalten werden.
• Ein derartiger, für aufblasbare Sicherheitseinrichtungen verwendeter Trägheitsschalter weist eine in einem Rohr bewegliche Kugel auf. Ein Trägheitsschalter dieser Art ist in US 4,329,549 beschrieben. Die bestimmte Verzögerungseigenschaft, die den Schalter betätigt, ist eine Funktion verschiedener Parameter. Einer dieser Parameter ist die Passungsgenauigkeit der Kugel in dem Rohr. Diese Passungsgenauigkeit ist bei der industriellen Herstellung der Schalter ein wesentlicher Teil der Kosten.
• Eine andere bekannte Art Trägheitsschalter ist in EP-A-0 145 186 beschrieben. Hier wird die Möglichkeit vorgeschlagen, eine Öffnung vorzusehen, um das Ansprechen der Trägheitsmasse zu steuern, wobei die Öffnung zum Steuern eines Luftstroms in einen Raum verändlichen Volumens dient, der entsprechend der am Schalter wirkenden Verzögerungskraft expandieren soll. Der Raum veränderlichen Volumens wird von zwei Teilen definiert, deren Umfang frei und getrennt ist, wenn die Verzögerung so groß ist, daß der Schalter betätigt wird.
• Die Erfindung betrifft einen Trägheitsschalter, der eine solche Bauweise mit Rohr und Kugel nicht benutzt, und der damit die Möglichkeit bietet, die Kosten bei der Herstellung der Trägheitsschalter für zusätzlich vorgesehene, aufblasbare Sicherheitseinrichtungen zu senken, aber andererseits eine spezifizierte Genauigkeit für solche Schalter zu erzielen.
• Der erfindungsgemäße Trägheitsschalter unterscheidet sich von dem der EP-A-0 145 186, indem eine Membran vorgesehen ist, deren Umfangsrand am Gehäuse festgelegt ist, so daß die Membran das Gehäuse in zwei Kammern unterteilt, die miteinander über eine Steuerbohrung verbunden sind. Der Mittelbereich der Membran wird bei auftretender Verzögerung verlagert, wobei die Steuerbohrung zur Dämpfung der Bewegung die Strömung zwischen den beiden Kammern steuert.
• Kurz gesagt, weist eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schalters ein Gehäuse mit einer Membran auf, die das Gehäuse in zwei Kammern unterteilt. Die Membran kann im Gehäuse sich axial bewegen. An der an einer Kammer angrenzenden Seite der Membran ist ein elektrisches Kontaktstück vorgesehen. Endkontaktstücke sind innerhalb des Hubes des Kontaktstückes in der Kammer angeordnet. Die der anderen Kammer zugekehrte Seite der Membran trägt eine Masse, da das Kontaktstück selbst nicht genug Masse für die Membran besitzen kann. Die Membran ist so konstruiert, daß das Kontaktstück außer Kontakt mit den Endkontakten vorgespannt ist, so daß der Schalter ausgeschaltet ist. Bei Auftreten einer axialen Kraft, die die Masse, die Membran und das Kontaktstück an die Endkontakte drückt, erfolgt Kontakt zwischen dem Kontaktstück und den Endkontakten, falls ein bestimmter Verzögerungswert überschritten wird. Damit ist der Schalter geschlossen und dieses Signal wird einem aufblasbaren Sicherheitssystem zugeführt.
• Der bestimmte Verzögerungswert für das Schließen des Schalters ist nicht nur eine Funktion der Membran und der von ihr getragenen Masse, sondern auch von einer Steueröffnung. Diese Steueröffnung ist in einem Bauteil vorgesehen, das das Kontaktstück, die Membran und die Masse durchgreift und die eine Kammer mit der anderen verbindet. Das Gehäuse ist so ausgebildet, daß eine Luftströmung durch die Steueröffnung erzwungen wird, wenn die Membran die Masse und das Kontaktstück sich auf die Endkontakte zu bewegen, und damit die Steueröffnung eine Zeitfunktion ausübt, die Teil des bestimmten Verzögerungswertes ist, auf den der Schalter anspricht. Mit anderen Worten wird durch die erzwungene Luftströmung durch die Steueröffnung die Membranbewegung in bestimmter Weise gedämpft. In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform liegt die Steueröffnung im Kontaktstück. Die Öffnung kann ziemlich genau im Kontaktstück in bekannter Weise hergestellt werden und auf diese Weise kann die Zeitabhängigkeit kostengünstig mit der erforderlichen Genauigkeit beim Herstellen der Schalter vorgesehen werden.
• Eine andere Ausführungsform der Erfindung ist mit einem flachen Profil ausgestattet, so daß sie kleiner baut, ohne die funktionellen und genauen Eigenschaften zu verschlechtern. In einer weiteren Verbesserung ist eine elektromagnetische Spule zum Ausführen von Testfunktionen in den Trägheitsschalter in wirksamer Weise eingebaut. Gemäß einer weiteren Verbesserung können Mittel zum Vakuumtesten des Schalters eingebaut sein. Ein weiteres Merkmal besteht in der Bauweise der Membran.
• Die vorgenannten Merkmale und Vorteile der Erfindung u.a. ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und den Ansprüchen im Zusammenhang mit der Zeichnung. Die Zeichnungen zeigen eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung in bestmöglicher Weise zum gegenwärtigen Zeitpunkt.
• Die Zeichnung zeigt:
• Fig. 1 einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Trägheitsschalter;
• Fig. 2 eine Teilansicht in Richtung der Pfeile 2-2 in Fig. 1;
• Fig. 3 eine Teilansicht in Richtung der Pfeile 3-3 in Fig. 1;
• Fig. 4 einen Schnitt durch eine andere Ausführungsform;
• Fig. 5 einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform;
• Fig. 6 eine Draufsicht auf eine abgeänderte Ausführungsform der Membran;
• Fig. 7 eine Draufsicht auf ein Bauteil der in Fig. 6 gezeigten Membran;
• Fig. 8 einen Achsenschnitt durch einen weiteren erfindungsgemäßen Trägheitsschalter und
• Fig. 9 einen Teilschnitt längs der Linie 9-9 in Fig. 8.
• Ein Trägheitsschalter 10 hat folgende Teile: eine Kunststoffbasis 12, einen Metalldeckel 14, eine Metallmembran 16, eine Metallmasse 18, ein elektrisches Kontaktstück 20, zwei elektrische Endkontakte 22, 24, eine elektromagnetische Spule 26 und eine Einstellschraube 28. Die Achse ist mit 30 bezeichnet.
• Die Basis 12 ist durch Umgießen der Wicklung 26 und der mittleren Abschnitte der Endkontakte 22, 24 mit Kunststoff hergestellt. Anschlußleitungen (nicht gezeigt) der Wicklung 26 sind an entsprechende Anschlüsse (nicht gezeigt) angeschlossen, so daß die Wicklung von außen her erregt werden kann, um den Trägheitsschalter in noch zu beschreibender Weise zu testen.
• Die Basis 12 hat eine kreisförmige Öffnung, die von einem Deckel 14 geschlossen ist. Die Umfangsränder des Deckels 14 und der Membran 16 sind kreisförmig und die drei Teile 12, 14, 16 sind so geformt, dar im Zusammenbau der gesamte Rand der Membran 16 zwischen dem Deckel 14 und der Basis 12 abdichtend eingesetzt ist. Dies schafft zwei innere Kammern 32 und 34 an beiden Seiten der Membran 16.
• Die Membran 16 hat eine zentrale Öffnung 36, die einen sehr kurzen Ansatz 38 einer Masse 18 durchgreift. Die Membran und die Masse sind dicht vereinigt, so daß über die Passung des Ansatzes 38 an der Öffnung 36 kein Gas zwischen den Kammern 32 und 34 übertreten kann. Der Großteil der Masse 18 liegt in der Kammer 34. Die Membran 16 ist von Natur aus konkav-konvex vorgespannt mit der konvexen Seite in der Kammer 32. Der Deckel 14 hat eine ähnliche Form mit der konkaven Seite in der Kammer 32. Beide zusammen bilden einen schmalen konkav-konvexen Querschnitt für die Kammer 32, so daß der Trägheitsschalter niedrig baut.
• Die Masse 18 ist an der Membran 16 in passender Weise befestigt, so daß beide eine Einheit bilden. Auch das Kontaktstück 20 ist an der Seite der Masse 18 gegenüber der Membran 16 befestigt und liegt gegenüber den Endkontakten 22, 24. Es kann wünschenswert sein, daß die Kontaktfläche eine dünne Goldauflage 40 erhält, zur Kontaktgabe mit den Endkontakten 22, 24.
• Die Membran, die Masse und das Kontaktstück haben koaxiale Symmetrie zur Achse 30. Eine Strömungsverbindung zwischen den Kammern 32 und 34 erfolgt durch Öffnungsmittel 42. Diese sind zur Achse 30 koaxial und haben eine Steueröffnung 44 durch das Kontaktstück 20 und eine größere Öffnung 46 durch die Masse 18. Die letztere hat einen zylindrischen Abschnitt, der von der Steueröffnung ausgeht und einen konischen Abschnitt, der vom zylindrischen ausgeht. Der konische Abschnitt bildet einen Sitz für das gerundete distale Ende einer Einstellschraube 28, die in eine zentrale Hülse 50 eingeschraubt ist, die an dem Deckel 14 angeformt ist. Da die Membran in Richtung von den Endkontakten 22, 24 weg und zum Deckel 14 hin von Natur aus vorgespannt ist, ergibt sich für den theoretischen Sitzkontakt zwischen der Schraube 48 und dem konischen Abschnitt der Öffnung 46 eine kreisförmige Kontaktlinie, die zur Achse 30 konzentrisch ist. Um dennoch einen Strömungsweg um diese Kontaktlinie herum zu ermöglichen, hat das distale Ende der Schraube 28 einen Querschlitz 52, so daß beim Sitz der Schraube der Schlitz die Kreislinie des Kontaktes zwischen Schraube und Sitz unterbricht. Die axiale Lage der Schraube 28 stellt einen axialen Abstand zwischen dem Kontaktstück 20 und den Endkontakten 22, 24 zum Einstellen des Schalters her.
• Der Trägheitsschalter arbeitet wie folgt: Tritt längs der Achse 30 eine bestimmte Verzögerungskraft auf, so verlagern sich die Membran, die Masse und das Kontaktstück aus der Lage der Fig. 1 in eine Lage, in der das Kontaktstück 20 die Endkontakte 22, 24 überbrückt und einen Schaltkreis schließt. Da Gas (beispielsweise Luft) in der abgedichteten Kammer 34 durch die Steueröffnung tritt, wenn sich das Volumen der Kammer 34 verkleinert, dämpft die Bewegung. Der Schalter liefert somit ein Schaltsignal an den Endkontakten 22, 24. Die Basis 12 hat einen Anschlag 54, der den Hub begrenzt, so daß ein zu starkes Durchbiegen der Endkontakte 22, 24 vermieden ist.
• Die Masse 18 ist ferromagnetisch, so daß sie zusammen mit der Membran und dem Kontaktstück beim Erregen der Spule 26 in die Schließstellung gelangt. Dies ist zum Testen nützlich.
• In vielfacher Hinsicht ist der Schalter der Fig. 4 ähnlich dem der Fig. 1, so dar gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind und eine weitere Beschreibung entfällt. Ein Unterschied besteht darin, daß in Fig. 4 ein Anschluß 60 für die Kammer 34 vorgesehen ist. Ist der Schalter im Fahrzeug installiert, so wird ein nicht dargestellter Schlauch über den Anschluß 60 gezogen, und das andere Ende des Schlauches mit einer Unterdruckquelle verbunden. Solange ein die Verbindung der Unterdruckquelle mit der Kammer 34 steuernder Schalter geschlossen ist, erfährt die Kammer 34 keinen Unterdruck. Will man jedoch den Trägheitsschalter testen, so wird der Schalter geöffnet und die Kammer 34 erfährt Unterdruck. Der Druckunterschied an der Membran verlagert diese nach unten aus der Position in Fig. 4 soweit, daß die Kontakte 22, 24 von der leitfähigen Schicht 40 auf der Masse 18 überbrückt werden.
• Die Testfähigkeit des Trägheitsschalters mit dem Unterdruck kann zusätzlich zu dem elektromagnetischen Test der Spule 26 oder anstelle der elektromagnetischen Testfähigkeit vorgesehen sein.
• Ein weiterer Unterschied zwischen den Trägheitsschaltern der Fig. 1 und 4 besteht darin, daß der Deckel 14 keine Einstellschraube 28 hat. Die richtige Einstellung erfolgt mit einer diametral präzisen Steueröffnung 44, die die Masse zur Verbindung der Kammern 32 und 34 vollständig durchsetzt. Eine derartige präzise Öffnung ermöglicht eine billigere Bauweise des Trägheitsschalters. Solche hochpräzisen Bohrungen können in bekannter Weise hergestellt werden.
• Die Ausführungsform in Fig. 5 unterscheidet sich von der in Fig. 4 durch Weglassen des Unterdrucktests über den Anschluß 60. Diese Ausführung hat eine Wendelfeder zum Vorspannen der Membran, wenn die Membran nicht von Natur aus oder irgendwie von sich aus vorgespannt ist oder ihre Vorspannung nicht ausreicht. Die Feder liegt zwischen der Masse 18 und einer Innenschulter der Basis 12.
• Die Fig. 6 und 7 zeigen eine geänderte Ausführung der Membran, die zweiteilig ist. Die Membran besteht aus einer mit Stegen versehenen Stützscheibe 64, die im Preßsitz oder durch Einsatzformen mit dem Gummielement 66 verbunden ist. Die Membranvorspannung kann man entweder durch die Bauweise selbst erhalten oder auch durch eine Wendelfeder wie die in Fig. 5 gezeigte Feder 62. Ist die Membran von sich aus vorgespannt, so wird dies durch die mit Stegen versehene Stütze bewirkt, deren Material beispielsweise Stahl ist.
• Die Fig. 8 und 9 zeigen einen Trägheitsschalter 110 mit einem Gehäuse 112, das von einer Membran 114 in zwei Kammern 116, 118 unterteilt wird. Die der Kammer 118 zugekehrte Seite der Membran 114 trägt ein elektrisches Kontaktstück 120, das zentrisch angeordnet ist. Die andere Seite der Membran trägt eine Masse 122.
• Die Zeichnung zeigt den Schalter in der Aus-Stellung. Die Membran 114 ist aus Metall, beispielsweise rostfreiem Stahl und ist zur Kammer 116 hin vorgespannt, wobei die Masse 122 in Anlage mit einem Anschlag 124 ist. Tritt am Schalter eine axiale Verzögerung auf, die die Membran 114 in die Kammer 118 zu verlagern sucht, so bewegt sich das Kontaktstück 120 axial mit der Membran und überbrückt die Endkontakte 126, 128, deren innere Enden in der Kammer 118 liegen. Die Endkontakte sind durch die Gehäusewand nach außen geführt und sind an ein aufblasbares Sicherheitssystem angeschlossen, das beim Schließen des Schalters aktiviert wird, sobald der Trägheitsschalter eine Verzögerungskraft erfährt, deren Größe und Dauer gleich oder größer als das Ansprechverhalten des Schalters ist. Das Kontaktstück 120 ist elektrisch leitfähig und hat vorzugsweise eine dünne Auflage 130, beispielsweise aus Gold für die Kontaktgabe mit den Endkontakten 126, 128. Zwei Fahnen 132, 134 ragen axial über die Innenseite des Gehäuses 112 heraus und bilden Anschläge für das Kontaktstück 120, um die weitere Verschiebung der Membran nach der Kontaktgabe zwischen 120, 126, 128 anzuhalten.
• Die beiden Kammern 116, 118 sind durch Öffnungsmittel 136 verbunden. Diese reichen aus einer Kammer 118 zentrisch durch das Kontaktstück 120, durch die Membran 114 und die Masse 122. Für die Verbindung mit der Kammer 116, in der die Masse 122 am Anschlag 124 anliegt, sind im Anschlag 124 Öffnungen 138 vorgesehen. Die Öffnungsmittel 136 haben eine Steueröffnung 140, die im Kontaktstück 120 ausgebildet ist. Die beiden Kammern sind so angeordnet, daß beim Auftreten einer axialen Verzögerungskraft am Schalter, die die Membran, die Masse und das Kontaktstück zu den Endkontakten hin verlagert, ein Druckunterschied zwischen den beiden Kammern hervorgerufen wird, so daß Luft durch die Öffnungsmittel und die Steueröffnung gedrückt wird. Somit vermittelt die Steueröffnung eine Zeitsteuerung für das Schließen des Schalters, mit anderen Worten, dämpft die Bewegung der Membran. Deshalb ist die bestimmte Verzögerungseigenschaft, die zum Schließen des Schalters wirksam ist, nicht nur eine Funktion der Membran der Masse und des Kontaktstücks, sondern auch der Steueröffnung.
• Die Zeichnung ist nicht notwendigerweise für die tatsächlichen Verhältnisse maßgebend. Die Steueröffnung ist ziemlich klein, doch kann sie wie üblich für kleine, aber sehr genaue Bohrungen hergestellt werden. Dies läßt sich in wirtschaftlicher Weise ausführen. Die Schalterteile können in üblichen Verfahren hergestellt werden und der Schalter selbst ist nicht besonders kompliziert. Deshalb läßt sich eine merkliche Verbesserung der Herstellkosten erzielen, ohne die Wirkungsweise des Trägheitsschalters in Frage zu stellen. Nötigenfalls kann der Anschlag 124 in der gezeigten Weise axial einstellbar sein, um eine bestimmte Kalibrierung zu erzielen. Auch kann die Membran mit einer Überzentrumeigenschaft hergestellt werden, wie sie bei einer konischen Scheibe auftritt, um die gewünschte Vorspannung zu erzielen. Auch ist es bei Trägheitsschaltern bekannt, daß das Schließen des Schalters sowohl von der Größe der am Schalter auftretenden Kraft und auch von der Zeitdauer der Krafteinwirkung abhängt, und dies gilt auch für den erfindungsgemäßen Schalter.
• Es wurde ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel beschrieben, doch sind augenscheinlich die erfindungsgemäßen Merkmale auch für andere Ausführungen gültig.

Claims (13)

1. Trägheitsschalter mit einem Gehäuse (12,14; 112), einer das Gehäuse in zwei Kammern (32, 34; 116, 118) derart unterteilenden Membran (16; 114), daß ein Umfangsrand der Membran am Gehäuse gehalten und ein Zentralbereich der Membran im Gehäuse axial verschiebbar ist, mit Öffnungsmitteln (42; 120) für den Durchtritt von Gas aus der einen in die andere Kammer, elektrischen Kontaktanschlüssen (22, 24, 126, 128) in einer Kammer im axialen Verschiebungsweg der Zentralbereichs der Membran, wobei die beiden Kammern, die Membran und die Anschlüsse derart angeordnet sind, daß beim Auftreten einer axialen Kraft bestimmter Größe und Dauer am Trägheitsschalter der Zentralbereich der Membran axial im Gehäuse in eine Kammer hinein und in Kontakt mit den Anschlüssen verschoben wird, um ein das Auftreten der axialen Kraft darstellendes Signal an den Anschlüssen bereitzustellen und wobei die Öffnungsmittel (42; 120) eine Steueröffnung (44; 140) aufweisen, durch die Gas aus der einen Kammer herausgetrieben wird, wenn der Zentralbereich der Membran in die eine Kammer hineinverschoben wird und wobei die Steueröffnung (44,140) die Bewegung des Zentralbereichs der Membran zu den Anschlüssen dämpft.

2. Trägheitsschalter nach Anspruch 1, bei dem die Membran (16;114) derart aufgebaut ist, daß ihr Zentralbereich in axialer Richtung weg von den Anschlüssen von Natur aus vorgespannt ist.

3. Trägheitsschalter nach Anspruch 2, bei dem die Membran eine Masse (18; 122) aufweist, die vom Zentralbereich der Membran auf der der anderen Kammer zugekehrten Seite getragen ist, wobei die Öffnungsmittel die Masse durchsetzen.

4. Trägheitsschalter nach Anspruch 3, mit einem Anschlag (28; 124) für die Anlage der Masse zur Begrenzung des Hubes für den Zentralbereich der Membran weg von den Anschlüssen.

5. Trägheitsschalter nach Anspruch 3, mit Mitteln (28, 124) zwischen dem Gehäuse und der Membran zum Ausbilden eines Anschlags, der den Abstand begrenzt, um den der Zentralbereich der Membran von den Anschlüssen weg vorgespannt ist.

6. Trägheitsschalter nach Anspruch 1, bei dem die Öffnungsmittel (42;120) zur Verbindung der einen Kammer mit der anderen Kammer derart vorgesehen sind, daß Gas aus der einen Kammer durch die Öffnungsmittel in die andere Kammer getrieben wird, wenn der Zentralbereich der Membran auf die Anschlüsse zu axial verlagert wird.

7. Trägheitsschalter nach Anspruch 1, bei dem die Öffnungsmittel die Membran durchsetzen.

8. Trägheitsschalter nach Anspruch 7, wobei die Steueröffnungsmittel in einem elektrischen Kontaktstückbereich der Membran liegen.

9. Trägheitsschalter nach Anspruch 1, bei dem das Gehäuse von einer Kunststoffbasis mit einem offenen kreisförmigen Ende und einem das Ende verschließenden kreisförmigen Deckel gebildet ist, die Membran einen kreisförmigen Umfangsrand hat, der Deckel und die Basis zusammen den gesamten Umfangsrand der Membran fassen und halten, mindestens der größere Teil einer an der Membran angebrachten Masse in deren Zentralbereich insgesamt in der einen Kammer angeordnet ist und der kreisförmige Deckel eine Wandung aufweist, die gegenüber der anderen Kammer konkav ist und bei dem die Membran eine Wandung aufweist, die gegenüber der anderen Kammer konvex ist, wobei der Deckel und die Membran zueinander so angeordnet sind, daß die andere Kammer für den nah beabstandeten nebeneinanderliegenden konkaven und konvexen Wänden gebildet ist, um einen schmalen konkav-konvexen Querschnitt zu erhalten, wenn der Trägheitsschalter keine Axialkraft erfährt.

10. Trägheitsschalter nach Anspruch 9, mit einem Anschlag zum Einstellen einer Begrenzung für den Abstand der weg von den Anschlüssen vorgespannten Membran, wobei der Anschlag am Deckel einstellbar angeordnet ist, um einen Teil der Masse zu erfassen, die über eine Öffnung in der Membran dem Anschlag zugekehrt ist, wobei der Teil der Masse einen Sitz aufweist, an dem ein distaler Teil des Anschlags aufsitzt und mit Öffnungsmittel in dem distalen Teil des Anschlags, der einen Teil der Öffnungsmittel bildet, wenn der distale Teil des Anschlags auf dem Sitz aufsitzt.

11. Trägheitsschalter nach Anspruch 9, mit einer vollständig in der Kunststoffbasis eingebetteten elektromagnetischen Spule (26), die im erregten Zustand die Masse anzieht und zum elektrischen Testen des Schalters die Anschlußmittel betätigt.

12. Trägheitsschalter nach Anspruch 1, mit Anschlußmitteln (60) zur Verbindung der einen Kammer mit einer geschalteten Unterdruckquelle zum Erzeugen eines Druckunterschieds an der Membran derart, daß die elektrischen Anschlußmittel betätigt werden, wenn die Unterdruckquelle in der einen Kammer einen Unterdruck erzeugt und damit zum Testen des Trägheitsschalters verwendet wird.

13. Trägheitsschalter nach Anspruch 1, wobei die Membran aus einer mit Stegen versehenen Stütze (64) besteht, die von einem gasundurchlässigen Material in der einen Kammer abgedeckt ist.