DE69223395T2

DE69223395T2 - Aufprallsensorschalter.

Info

Publication number: DE69223395T2
Application number: DE69223395T
Authority: DE
Inventors: Peter Norton
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-09-13
Filing date: 1992-09-11
Publication date: 1998-07-02
Anticipated expiration: 2012-09-12
Also published as: EP0557505B1; WO1993006613A1; EP0557505A1; CA2094589A1; DE69223395D1; ATE160900T1; JPH06502925A; EP0557505A4

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Diese Erfindung bezieht sich auf Schalter, welche sich bei Frontalzusammenstößen von Automobilen schließen, um Insassenschutzvorrichtungen, wie etwa Airbags oder Gurtstraffer, zu aktivieren.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Diese Erfindung betrifft eine Verbesserung eines kommerziell hergestellten Aufprallsensors von der Art, wie er in der US-A-4,329,549 gezeigt ist und welcher dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entspricht. Der derzeit in Produktion befindliche Aufprallsensor besteht aus einer Kugel, die sich frei in einem abgedichteten Rohr mit Kontakten bewegen kann, welche von der Kugel überbrückt werden, wenn sie sich um eine vorgegebene Strecke bewegt. Eine laminare Luftströmung um die Kugel herum verursacht eine Druckdifferenz, welche der Kugelbewegung in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit der Kugel relativ zum Rohr entgegenwirkt. Die Proportionalität zwischen der Viskositätskraft und der Geschwindigkeit führt dazu, daß es sich bei dem Aufprallsensor um einen Beschleunigungsintegrator handelt, der den Zündschaltkreis schließt, wenn ein Aufprall eine vorgegebene Fahrzeuggeschwindigkeitsänderung verursacht. Ein Permanentmagnet hält die Kugel in einer normalen Ruhelage, in welcher sie von den Kontakten beabstandet ist, und bewirkt, daß die zum Schließen des Schalters erforderliche Fahrzeuggeschwindigkeitsänderung mit der Dauer des Aufpralls zunimmt. Zur Kompensation der Änderung der Luftviskosität mit der Temperatur sind das Rohr und die Kugel aus verschiedenen rostfreien Stählen hergestellt, welche unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen, so daß sich der Spalt zwischen der Kugel und dem Rohr mit der Temperatur ändert, um ein gleichbleibendes Betriebsverhalten des Aufprallsensors über einen weiten Temperaturbereich aufrechtzuerhalten. Eine elastomere Dichtung reduziert die Übertragung von Vibrationen in Richtung der Querachse auf die Kugel und das Rohr.
Dieser bekannte Sensor ist teuer in der Herstellung und ein Grund für die hohen Kosten liegt darin, daß die Kugel und das Rohr eine hohe Präzision erfordern. Ein anderer Grund für die hohen Kosten besteht darin, daß das Rohrmaterial schwierig zu bearbeiten ist. Darüber hinaus werden die Kontakte mit Leitungsdrähten verbunden und ein Diagnosewiderstand wird mittels Löten angeschlossen. Dies führt zur Verunreinigung während der Herstellung, welche in der Umgebung der Kugel und des Rohrs nicht toleriert werden kann, wodurch zusätzliche Komponenten und Verarbeitungsschritte erforderlich werden, um eine Isolation zum Zwecke der Reinheit aufrecht zu erhalten. Dieser bekannte Sensor wird insbesondere von Verunreinigung beeinflußt, weil sich kleine Partikel zwischen der Kugel und dem Rohr verkeilen und die Bewegung der Kugel stören können.
Das Betriebsverhalten dieses derzeit in Produktion befindlichen Aufprallsensors hängt von der Luftströmung zwischen der Kugel und dem Innendurchmesser des Rohrs ab, welche in Abhängigkeit davon variiert, ob sich die Kugel nahe des Zentrums des Rohrs oder nahe der Wandung bewegt. Während eines Aufpralls erzeugt der Venturieffekt aerodynamische Kräfte, welche die Kugel in Richtung des Zentrums des Rohrs drücken, während Querbeschleunigungen die Kugel in Richtung der Wandung drücken. Wenn sich die Kugel nahe der Wandung bewegt, weist der Luftkanal zwischen der Kugel und dem Rohr eine halbmondförmige Form auf. Wenn sich die Kugel nahe des Zentrums des Rohrs bewegt, ist der Luftkanal zwischen der Kugel und dem Rohr ringförmig geformt. Die halbmondförmige Öffnung setzt der Luftströmung einen etwa halb so großen Widerstand entgegen wie die ringförmige Öffnung. Daher kann die zum Überbrücken der Kontakte erforderliche Geschwindigkeitsänderung der Kugel in Abhängigkeit von der Bahn der Kugel erheblich variieren.
Wenn die Geschwindigkeit der Luft zwischen der Kugel und dem Rohr dieses derzeit in Produktion befindlichen Aufprallsensors groß ist, wird die Durchflußrate erheblich von der Notwendigkeit der entlang dem Spalt vorhandenen Druckdifferenz beeinflußt, die trägheit der Luft zu überwinden und sie auf die Maximalgeschwindigkeit zu beschleunigen, welche sie am schmalsten Punkt zwischen der Kugel und dem Rohr erreicht. Der Druck, der zum Überwinden der Trägheit erforderlich ist, reduziert den Druck, der zum Überwinden des der Strömung entgegengesetzten Viskositätswiderstandes zur Verfügung steht. Darüber hinaus ist der Druck, der zum Überwinden der Trägheit erforderlich ist, unabhängig von der Temperatur, weil er nicht von der Viskosität abhängt, und er verursacht, daß der Temperaturausgleich, der sich aus den voranstehend erwähnten verschiedenen Ausdehnungskoeffizienten ergibt, überhöht ist. Darüber hinaus variiert die Trägheitsdämpfung einer Luftströmung nicht linear mit dem Druck, so daß der Sensor unter diesen Umständen kein Geschwindigkeitsintegrator ist. Bei sehr hohen Verzögerungen ist es auch möglich, daß die Reynoldszahl der Luftströmung zwischen der Kugel und dem Rohr hinreichend groß wird, um die Strömung turbulent werden zu lassen, wobei eine solche Strömung nicht linear vom Druck und der Visk6sität abhängt, wodurch auch verursacht wird, daß die Abhängigkeit von der Temperatur und dem Druck anders ist als bei laminarer Strömung.
Die Größe und die Kosten sowie der Herstellungsaufwand dieses derzeit in Produktion befindlichen Aufprallsensors sind oft größer bzw. höher, um die Anforderung erfüllen zu können, daß die elektrischen Drähte den Sensor in Richtung des Hecks des Fahrzeugs verlassen, was umgeleitete Leiter um den Sensor herum erfordert, weil der elektrische Kontakt auf der Seite der Kugel hergestellt wird, die in Richtung der Front des Fahrzeugs zeigt.
Bei einem anderen derzeit hergestellten Aufprallsensor liefert eine Feder die Vorspannkraft. Der Permanentmagnet hat den Vorteil, daß er einfach aufgebaut ist, wobei er jedoch mit erheblichen Kosten verbunden ist. Des weiteren nimmt die Magnetkraft üblicherweise ab während sich die Kugel in Richtung des Kontakts bewegt, während die Federkraft üblicherweise ansteigt, was geringfügige Unterschiede im Betriebsverhalten der Sensoren bei bestimmten Autounfällen zur Folge hat. Diese Unterschiede sind gering und können dazu führen, daß in Abhängigkeit von der Art des Autounfalls die eine oder die andere Konstruktion vorzuziehen ist. Die beiden Konstruktionen können daher so betrachtet werden, als ob sie ein ungefähr äquivalentes Betriebsverhalten aufweisen.
In dem für Peter Norton am 12. Juni 1990 erteilten US-Patent Nr.4,932,260 mit dem Titel "Aufprallerfassungsschalter mit aufgehängter Masse" wird ein Aufprallsensor mit einer aufgehängten Masse beschrieben, bei welchem Luftkanäle die von der Bewegung der Sensormasse verdrängte Luft leiten und bei welchem der Ausgleich der Änderung der Luftviskosität mit der Temperatur berücksichtigt wird, indem die normale Ruhelage der Armatur geändert wird, wodurch die Wegstrecke der Armatur entsprechend der Temperatur geändert wird.
In der am 25. Mai 1990 eingereichten parallel anhängigen Anmeldung mit dem Aktenzeichen 529,716 und dem Titel "Kompakter Aufprallerfassungsschalter mit Luftkanälen und Diagnosesystem" wird ein Aufprallsensor beschrieben, der eine sehr kleine Kugel, die abdichtend in einem Rohr beweglich ist, aufweist, der mit Luftkanälen versehen ist, die den größten Teil der von der Bewegung der Kugel verdrängten Luft leiten, und der mit einer Halbleitervorrichtung zum Schließen des Zündschaltkreises versehen ist sowie auch Diagnosefunktionen aufweist. Der Halbleiterschalter und die Diagnoseeigenschaften der dortigen Erfindung sind bei der vorliegenden Erfindung anwendbar.
Bleche, die aus Metallschichten mit verschiedenen Wärmeausdehnungskoeffizienten hergestellt sind und sich bei Temperaturänderungen biegen, sind weithin bekannt und wurden viele Jahre verwendet, wie etwa bei Thermostaten für den Haushalt. Eine große Auswahl von Materialien ist derzeit kommerziell von verschiedenen Anbietern erhältlich.
Polytetrafluorethylen (PTFE abgekürzt und unter verschiedenen Handelsnamen verkauft, von denen einer "Teflon" ist) kann preiswert auf Materialien, wie etwa Aluminium und rostfreien Stahl, aufgeschichtet werden, wodurch eine Beschichtung entsteht, die einen sehr geringen Gleitreibungskoeffizienten aufweist.
Bestimmte Kunststoffe, von denen einer Polyphenylensulfid ist, können routinemäßig mit einer Genauigkeit in ihren Längenabmessungen von einem Tausendstel und besser geformt werden. Wird Polyphenylensulfid mit Glasfasern oder Graphitfasern gefüllt, so bietet es auch Widerstand gegen Feuchtigkeitsabsorption, eine gute mechanische Festigkeit sowie Maßhaltigkeit über einen weiten Temperaturbereich.
In dem US-Patent Nr. 4,932,260 und in der parallel anhängigen Anmeldung S.N. 529,716, auf welche vorangehend Bezug genommen worden ist, werden Luftkanäle vorgeschlagen, um die von der Bewegung einer Sensormasse verdrängte Luft viskos zu leiten. Ein wesentlicher Vorteil der Verwendung von Luftkanälen zum Dosieren der Luftströmung anstatt des Raumes zwischen einer Kugel und einem Rohr besteht darin, daß die Luftströmung vorhersagbarer ist, weil sie nicht von der Lage der Kugel in dem Rohr beeinflußt wird. Ein weiterer wesentlicher Vorteil ergibt sich, weil aufgrund der größeren Länge der Kanäle und ihrer vier Seiten im Vergleich zu der viel kürzeren effektiven Länge und den zwei Seiten des Kanals, der von der Kugel und dem Rohr gebildet wird, die Kanäle in der Breite größere Abmessungen aufweisen können als der Spalt zwischen der Kugel und dem Rohr, wodurch es möglich wird, sich einer preiswerten Herstellung unter Verwendung der Kunststoff-Formtechnologie zu bedienen. Ein dritter wesentlicher Vorteil besteht darin, daß einige Kanäle während der Herstellung des Sensors geöffnet oder zugestopft werden können, wodurch es möglich wird, Herstellungsabweichungen zu kompensieren sowie eine genaue und mit geringen Kosten verbundene Kalibrierung des Sensors zu gewährleisten.
Es kann gewünscht sein, daß ein Aufprallsensor mit Luftkanälen das Betriebsverhalten des derzeit in Produktion befindlichen Sensors aufweist oder daß er andere Eigenschaften hat. Beides kann erreicht werden, weil die Luftkanäle eine Flexibilität in der Konstruktion ermöglichen, die bei dem derzeit in Produktion befindlichen Sensor mit der Konstruktion einer Kugel in einem Rohr nicht gegeben ist. Wie vorangehend beschrieben, wird die Luftströmung in dem derzeit in Produktion befindlichen Sensor bei größeren Aufprallverzögerungen von der Trägheit der Luft beeinflußt und die Strömung kann turbulent werden. Turbulenz tritt auf, wenn die Reynoldszahl der Luftströmung größer wird als ein kritischer Wert, der typischerweise im Bereich zwischen 2.000 und 3.000 liegt.
Kanäle ermöglichen die Einstellung der Fahrzeugverzögerung, bei welcher die Luftströmung erheblich von der Trägheit beeinflußt oder turbulent wird. Bei einer größeren Anzahl von sehr kleinen Kanälen ist die Luftgeschwindigkeit im Vergleich zu der Luftgeschwindigkeit bei größeren Kanälen und bei derselben Druckdifferenz relativ gering. Diese geringe Geschwindigkeit minimiert Trägheitseffekte. Die Reynoldszahl ist ungefähr proportional zu dem Produkt aus der kleineren der beiden Öffnungsabmessungen des Kanals und der Geschwindigkeit der Luftströmung. Eine kleinere Anzahl von Kanälen mit größeren Öffnungsabmessungen führt zu einer größeren Reynoldszahl, weil sowohl die Öffnungsweite größer ist als auch die Luft bei einem gegebenen Druckabfall mit einer höheren Geschwindigkeit strömt. Ein Vorteil der Verwendung von Kanälen besteht darin, daß im Gegensatz zu dem derzeit in Produktion befindlichen Sensor, bei welchem die Eigenschaften vollständig von der Masse der Kugel und der spezifizierten Kalibrierung bestimmt werden, eine große Anzahl von kleinen Kanälen oder eine kleinere Mzahl von großen Kanälen vorgesehen werden kann, um die Beschleunigung, bei welcher die Luftströmung von der Trägheit beeinflußt oder turbulent wird, zu variieren. Ein anderer Vorteil der Verwendung von Kanälen besteht darin, daß in einem einzigen Sensor verschiedene Kanäle mit unterschiedlichen Abmessungen bezüglich der Öffnungsweite hergestellt werden können, wodurch bewirkt wird, daß der Beginn der Trägheitseffekte oder der turbulenten Strömung in verschiedenen Kanälen bei unterschiedlichen Druckdifferenzen auftritt, wodurch eine zusätzliche Einstellmöglichkeit der Änderung der Luftströmung mit dem Druck gegeben ist.
In bestimmten Anwendungsfällen, beispielsweise im Falle einer Anwendung als Fahrgastraumsensor, ist es wünschenswert, daß der Sensor im Falle großer Verzögerungen im Vergleich zu der Geschwindigkeitsänderung, die erforderlich ist, wenn der Sensor geringen Verzögerungen ausgesetzt ist, bei einer geringeren Geschwindigkeitsänderung schließt. Bei den vorangehend genannten, in Produktion befindlichen Sensoren wird dies erreicht, indem die Vorspannkraft erhöht wird.
In der WO 90/10301 wird ein Aufprallsensor beschrieben, der eine Sensormasse aufweist, welche im Zentrum einer Membran angeordnet ist, die an ihrem Außenumfang in einem zylindrischen Gehäuse befestigt ist; die Membran weist in ihr vorgesehene Luftdurchtrittsschlitze auf.
In der US-A-4,266, 107 wird ein Beschleunigungssensor beschrieben, der mit einer Fliissigkeit gefrillt ist, einen Kanal, durch welchen die Flüssigkeit hindurchtreten kann, sowie ein Ventil zum Schließen des Kanals bei sehr hohen Beschleunigungen aufweist.
Eine allgemeine Aufgabe dieser Erfindung besteht darin, einen Aufprallsensor für Automobilfahrzeuge zu schaffen, der auch bestimmte Nachteile des Standes der Technik überwindet.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung schlägt einen Aufprallsensor vor, der eine viskos gedämpfte Sensormasse aufweist, die in einem abgedichteten Rohr beweglich ist, der mit einer Einrichtung zum Leiten von Elektrizität versehen ist, welche dann leitet, wenn die Sensormasse eine Zündstellung erreicht hat, und der hoch zuverlässig, kompakt und leichtgewichtig ist sowie ökonomisch hergestellt werden kann.
Die Erfindung schlägt einen Aufprallsensor gemäß Anspruch 1 vor.
Eines der wesentlichen Merkmale der Erfindung ergibt sich aus der Erkenntnis, daß ein Aufprallsensor, der eine viskos gedämpfte Sensormasse aufweist, welche abdichtend in einem abgedichteten Rohr beweglich ist, und bei dem die Sensormasse aus einem zylindrisch geformten Kolben besteht, eine Masse von sieben Gramm, einen Durchmesser von 12,7 mm (ein halbes Inch), eine Länge von 12,7 mm (ein halbes Inch) (ähnlich den derzeit in Produktion befindlichen Sensoren mit einer Kugel in einem Rohr) und einen Spalt von ungefähr 0,03 mm (0,0012 Inch) zwischen dem Kolben und dem Rohr aufweist, selbst im schlimmsten Fall; in welchem der Spalt halbmondförmig geformt ist, eine angemessene Dichtung ohne eine zusätzliche Dichtungseinrichtung gewährleistet. Bei einer Durchmesserdifferenz zwischen dem Kolben und dem Rohr von 0,03 mm (0,0012 Inch) entweichen nur ungefähr 5 % oder weniger der von der Bewegung des Kolbens verdrängten Luft durch den Spalt. Diese Leckage ist hinreichend gering, so daß Herstellungsabweichungen, welche Leckageänderungen verursachen, die einem großen Bruchteil der nominellen 5 % Leckage entsprechen, das Betriebsverhalten des Sensors nicht wesentlich beeinflussen. Dies ist wichtig, weil die erforderlichen Toleranzen preiswert eingehalten werden können und weil dieser Spalt ausreicht, um eine freie Bewegung des Kolbens selbst bei Herstellungsabweichungen in den Durchmessern des Kolbens und des Rohrs sicherzustellen. Es kann übermäßig einschränkend sein, eine Leckage um den Kolben herum zu fordern, die so gering ist wie 5 % der gesamten Luftströmung, so daß ein etwas größerer Spalt tolerierbar sein kann. Da sich die Leckage mit der dritten Potenz des Spalts ändert, strömt jedoch der überwiegende Teil der Luft durch den Spalt und die Vorteile des Gebrauchs der Kanäle werden nicht erreicht, wenn der Spalt im Falle des vorangehend erwähnten Sensors, der eine Sensormasse mit einem Gewicht von sieben Gramm und einem Durchmesser von 12,7 mm (ein halbes Inch) aufweist, größer als ungefähr 0,066 mm (0,0026 Inch) ist.
Des weiteren sind erfindungsgemäß die Kontakte aus einem Material hergestellt, welches sich biegt, wenn sich seine Temperatur ändert, wodurch ein Ausgleich der Änderung der Luftviskosität mit der Temperatur gewährleistet ist.
Des weiteren werden erfindungsgemäß die Nominalpositionen der Kontakte bei einer vorgegebenen Temperatur während der Herstellung des Sensors eingestellt, indem die Kontakte positioniert werden und ein schnell aushärtendes Material aufgebracht wird, um die Nominalpositionen der Kontakte zu fixieren.
Des weiteren werden erfindungsgemäß die Kontakte von einer elektrischen Leitungseinrichtung überbrückt, welche sich hinter der Sensormasse anstatt vor ihr bewegt, wodurch die elektrische Verbindung vereinfacht wird.
Des weiteren strömt erfindungsgemäß vor dem Überbrücken der Kontakte der überwiegende Teil der aufgrund der Bewegung der Sensormasse verdrängten Luft durch axiale Kanäle in der Sensormasse. Dies reduziert die Veränderlichkeit des der Luftströmung entgegengesetzten Viskositätswiderstandes im Vergleich zu Aufprallsensoren, bei denen die Luftbahn zwischen einer Kugel und der Innenfläche eines Rohrs verläuft, und ermöglicht eine Einstellung des Sensorbetriebsverhaltens durch Variieren der Größe und der Anzahl der Kanäle.
Des weiteren ist erfindungsgemäß eine Ventileinrichtung vorgesehen, durch deren Betätigung die Luftströmung durch die Kanäle beeinflußt werden kann, wodurch eine zusätzliche Einrichtung zum Modifizieren der Reaktion des Sensors zur Verfügung gestellt wird, um spezifischen Fahrzeuganforderungen gerecht werden zu können.
Des weiteren bewegt sich erfindungsgemäß die Kontaktüberbrückungseinrichtung relativ zur Sensormasse beim Überbrücken der Kontakte, wodurch eine größere Bewegung der Sensormasse ermöglicht wird als allein durch Biegen von Blattfederkontakten mit entsprechenden Abmessungen erreicht werden könnte, wodurch eine auf das anfängliche Schließen des Kontakts folgende verbesserte Kontaktverweildauer erreicht wird.
Des weiteren beinhaltet die Kontaktüberbrückungseinrichtung erfindungsgemäß auch ein Ventilelement, welches sich beim Überbrücken der Kontakte öffnet, wodurch eine freiere Bewegung der Sensormasse und eine auf das anfängliche Schließen des Kontakts folgende gesteigerte Kontaktverweildauer erreicht wird.
Des weiteren drücken die Kontakte ihre Spitzen erfindungsgemäß beim Leiten der Elektrizität derart, daß sie sich entgegen der Bewegung der Sensormasse bewegen möchten, wodurch eine auf das anfängliche Schließen folgende gesteigerte Kontaktverweildauer erreicht wird.
Des weiteren bewegt sich die Sensormasse erfindungsgemäß in einem zylindrischen Rohr, welches sie in zwei abgedichtete Kammern unterteilt, und die Dichtung zwischen den Kammern wird durch den engen Sitz zwischen der Sensormasse und dem Innendurchmesser des Rohrs erreicht.
Des weiteren bewirkt erfindungsgemäß eine PTFE-Beschichtung auf dem Außendurchmesser der Sensormasse einen verringerten der Bewegung der Masse entgegengerichteten Reibungswiderstand.
Diese Erfindung kann vollständig auf der Grundlage der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verstanden werden.

BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 zeigt einen vollständigen erfindungsgemäßen Aufprallsensor, wobei einige Teile im Schnitt gezeigt sind und sich die Sensormasse in ihrer normalen oder Ruhelage befindet;
Fig. 2 zeigt den in Fig. 1 illustrierten erfindungsgemäßen Aufprallsensor, wobei sich jedoch die Sensormasse bis dahin bewegt hat, wo sie gerade beginnt, die Kontakte zu überbrücken.
Fig. 3 zeigt den in Fig. 1 illustrierten erfindungsgemäßen Aufprallsensor, wobei sich jedoch die Sensormasse am Punkt ihres maximal zurückgelegten Weges befindet und das Belüftungsventil geöffnet ist.
Fig. 4 zeigt die Sensormasse der Erfindung sowie den Becher, in welchem sich die Sensormasse bewegt, entlang dem Schnitt 4-4 der Fig. 1.
Fig. 5 zeigt die Innenseite des Sensorsockels der Erfindung und illustriert die Kontakte (einer ist teilweise entfernt, um eine Widerstandsleitung und einen Durchgangsleiter freiliegend zu zeigen), den Diagnosewiderstand und den Durchgangsleiter.
Fig. 6 zeigt die Außenseite des Sensorsockels der Erfindung und illustriert die Anordnung der Durchgangsleiter und der externen Drähte.
Fig. 7 ist identisch mit Fig. 2, mit der Ausnahme, daß sie den reduzierten zurückgelegten Weg der Sensormasse bei hohen Temperaturen illustriert, der sich aus dem Biegen der Kontakte wegen hoher Temperatur ergibt, und sie illustriert auch das druckempfindliche Ventil in seinem geöffneten Zustand.

BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG

Es wird nun auf die Fig. 1 bis 3 Bezug genommen. Der Aufprallsensor 10 weist einen Schalter zum Erfassen eines Beschleunigungsimpulses auf, der kennzeichnend für einen Unfall ist. Beim Erfassen eines Unfalls schließt sich der Schalter, um die Betätigung der Insassenschutzvorrichtung einzuleiten. Es ergibt sich aus der fortlaufenden Beschreibung, daß die Erfindung in verschiedenen Ausführungsformen verwirklicht werden kann.
Es wird insbesondere auf die Fig. 1 bis 6 Bezug genommen. Der Aufprallsensor 10 beinhaltet eine Sensormasse 20, die ein Ventilelement 22 mit einem goldplattierten Überbrückungskontakt 32 zum Überbrücken zweier elektrischer Kontakte 80 und 90 aufweist. Die Sensormasse 20 bewegt sich in einem zylindrischen Hohlraum 40, der von dem Einsatzstück 14 des Bechers 12 gebildet wird, und weist eine normale Ruhelage auf, in welcher der Überbrückungskontakt 32 an dem in dem Sensorsockel 16 befindlichen Anschlag 34 anliegt, wie in Fig. 1 illustriert. Während eines Frontalzusammenstoßes eines Fahrzeugs bewegt sich die Sensormasse 20 in Richtung auf das Ende 42 des Hohlraums 40 in eine Lage, in welcher der Überbrückungskontakt 32 die Kontaktspitzen 86 und 96 berührt, wie in Fig. 2 illustriert, und schließt einen elektrischen Schaltkreis, der einen Leitungsdraht 68, einen Anschluß 66, einen elektrischen Durchgangsleiter 60, einen Kontakt 80, einen Überbrückungskontakt 32, einen Kontakt 90, einen elektrischen Durchgangsleiter 70, einen Anschluß 76, einen Leitungsdraht 78 sowie andere Bestandteile des Insassenschutzsystems umfaßt, welche nicht dargestellt sind. Während sich die Sensormasse 20 bewegt, verdrängt sie Luft, wobei sie verursacht, daß die Luft durch die Kanäle 120 von der Kammer 44 in die Kammer 46 des Hohlraums 40 strömt. Man betrachte Fig. 2 zum Zwecke der Identifikation der Kammern 44 und 46. Der überwiegende Teil der verdrängten Luft strömt durch die Kanäle 120 und nicht zwischen der äußeren Hülse 26 der Sensormasse 20 und dem Innendurchmesser des Einsatzstückes 14 des Bechers 12 hindurch, da sie sich eng aneinander anschmiegen oder eine andere bekannte Dichteinrichtung (200) vorgesehen ist. Wenn der Frontalzusammenstoß hinreichend stark ist, setzt die Sensormasse 20 ihre Bewegung über die in Fig. 2 dargestellte Lage hinaus in Richtung auf das Ende 42 des Hohlraums 40 zu fort. Fig. 3 zeigt den Aufprallsensor 10 mit der Sensormasse 20 in ihrer Lage bei maximal zurückgelegtem Weg. Wenn sich die Sensormasse 20 über die in Fig. 2 dargestellte Lage hinaus in Richtung auf die in Fig. 3 dargestellte Lage zubewegt, wird der Überbrückungskontakt 32 von den Kontakten 80 und 90 in die von dem Ende 42 des Hohlraums 40 abgewandte Richtung (in den Fig. 2 und 3 vom Leser aus betrachtet nach rechts) gedrückt, wodurch vermieden wird, daß das Ventilelement 22 seine Bewegung mit den anderen Teilen der Sensormasse 20 fortsetzt, und bewirkt wird, daß sich die Ventilkugel 38 von dem Ventilsitz 36 löst, wodurch das Ventil 50 geöffnet wird, wie in Fig. 3 illustriert. Wenn das Ventil 50 geöffnet ist, werden die Kanäle 120 von der Luft überbrückt, indem sie durch das Ventil 50 strömt.
Es wird weiterhin auf die Fig. 1 bis 6 Bezug genommen. Der Aufprallsensor 10 weist einen Becher 12 mit einem Einsatzstück 14, einen Sensorsockel 16, eine Sensormasse 20, eine Vorspannfeder 48, elektrische Durchgangsleiter 60 und 70, elektrische Kontakte 80 und 90, einen Diagnosewiderstand 138 und Leitungsdrähte 68 und 78 auf, welche sich als Leitungsdrähte 170 fortsetzen.
Der Sensorsockel 16 trägt die elektrischen Durchgangsleiter 60 und 70, wodurch die elektrischen Kontakte 80 und 90 sowie der Diagnosewiderstand 138 getragen werden. Der Diagnosewiderstand 138 kann zusätzlich durch Befestigung mittels Kleben oder anderer Mittel an dem Sensorsockel 16 abgestützt werden. Kontaktverstellmaterial 88 und 98 hilft ebenso beim Abstützen der Kontakte 80 und 90. Der Sensorsockel 16 paßt mit dem Becher 12 zusammen und die Kombination bildet ein dichtes Gehäuse. Eine Dichtungseinrichtung 15 an der Verbindungsstelle zwischen Becher 12 und Sensorsockel 16 dichtet das Gehäuse gegenüber Feuchtigkeit und dem Eindringen von Schmutz ab. Eine (nicht dargestellte) Dichtungseinrichtung, die um die Verlängerungsschäfte 64 und 74 der elektrischen Durchgangsleiter 60 und 70 herum ange6rdnet ist, kann ebenso verwendet werden, um den Sensor 10 vollständig abzudichten. Derzeit wird jedoch davon ausgegangen, daß das beste Verfahren zur Herstellung einer Abdichtung um die Verlängerungsschäfte 64 und 74 der elektrischen Durchgangsleiter 60 und 70 herum darin besteht, den Sensorsockel 16 um die Verlängerungsschäfte 64 und 74 der elektrischen Durchgangsleiter 60 und 70 herum in einer Spritzgußmaschine zu formen. Beide Verfahren führen zu einem Sensor, der ohne zusätzliches Außengehäuse zum Gebrauch unter rauhen Umgebungsbedingungen geeignet ist.
Der elektrische Durchgangsleiter 60 weist einen vergrößerten Kopf 62 mit einem Kanal 63, der sich zum Verbinden mit einem Widerstandsleitungsdraht eignet, und einen Verlängerungsschaft 64 auf, der durch den Sensorsockel 16 verläuft. Der elektrische Durchgangsleiter 70 weist einen vergrößerten Kopf 72 mit einem Kanal 73, der sich zum Verbinden mit einem Widerstandsleitungsdraht eignet, und einen Verlängerungsschaft 74 auf, der durch den Sensorsockel 16 verläuft. Der Kontakt 80 weist einen Befestigungsabschnitt 82, der an dem vergrößerten Kopf 62 des elektrischen Durchgangsleiters 60 befestigt werden kann, einen Verstellabschnitt 83, einen Kontaktarm 84 sowie eine Kontaktspitze 86 auf. Die Oberfläche 183 des Kontakts 80 besteht aus einem Material, welches einen größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist als das Material, aus welchem die Oberfläche 185 des Kontakts 80 hergestellt ist. Man betrachte Fig. 7 zur Identifikation der Kontaktoberflächen 183 und 185 des Kontaktes 80. Das Kontaktverstellmaterial 88 wird während der Herstellung des Aufprallsensors 10 als Flüssigkeit aufgebracht und härtet aus, um die nominelle Lage der Kontaktspitze 86 zu fixieren, damit die das Betriebsverhalten betreffenden Spezifikationen des Sensors genau eingehalten werden. In ähnlicher Weise weist der Kontakt 90 einen Befestigungsabschnitt 92, der an dem vergrößerten Kopf 72 des elektrischen Durchgangsleiters 70 befestigt werden kann, einen Verstellabschnitt 93, einen Kontaktarm 94 sowie eine Kontaktspitze 96 auf. Die Oberfläche 193 des Kontaktes 90 besteht aus einem Material, welches einen größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist als das Material, aus welchem die Oberfläche 195 des Kontaktes 90 hergestellt ist. Man betrachte Fig. 7 zur Identifikation der Kontaktoberflächen 193 und 195 des Kontaktes 90. Das Kontaktverstellmaterial 98 fixiert die nominelle Lage der Kontaktspitze 96.
Der Kontakt 80 ist mit dem Befestigungsabschnitt 82 an dem vergrößertem Kopf 62 des elektrischen Durchgangsleiters 60 befestigt. In ähnlicher Weise ist der Kontakt 90 mit dem Befestigungsabschnitt 92 an dem vergrößerten Kopf 72 des elektrischen Durchgangsleiters 70 befestigt. Ein Verfahren zur Befestigung besteht darin, die Befestigungsabschnitte 82 bzw. 92 an die elektrischen Durchgangsleiter 60 bzw. 70 anzuschweißen. Andere Verfahren zur Befestigung ergeben sich für den Fachmann in naheliegender Weise.
Der Diagnosewiderstand 138 wird vorzugsweise durch Eindrücken der einen seiner Leitungen in den Kanal 63 des elektrischen Durchgangsleiters 60 und der anderen Leitung in den Kanal 73 des elektrischen Durchgangsleiters 70 installiert, wodurch eine elektrische Verbindung sowie mechanische Installation ohne Lot oder andere Komponenten erreicht wird.
Es ist notwendig, eine abschließende Einstellung der Kontakthöhe vorzunehmen, weil die Biegungen zwischen den Befestigungsabschnitten 83 bzw. 93 der Kontakte 80 bzw. 90 und den Kontaktarmen 84 bzw. 94 nicht genau hergestellt werden können. Nachdem die Biegung hergestellt worden ist, müssen die Kontakte zum Abbau von Spannungen erhitzt werden, was eine Veränderlichkeit von ungefähr plus oder minus 3º bezüglich der Biegewinkel verursacht. Es ist daher notwendig, eine abschließende Einstellung vorzunehmen. Diese wird durchgeführt, indem Kontaktfixiermaterial 88 und 98 in flüssiger Form aufgetragen und ausgehärtet wird während die Kontaktarme 84 und 94 in den Stellungen gehalten werden, die dazu führen, daß die gewünschten Kontakthöhen nach dem Aushärten des Kontaktfixiermaterials 88 und 98 gegeben sind.
Die Leitungsdrähte 68 und 78 werden, vorzugsweise nicht in der Art eines Dochtes (eine aus dem Gebiet der Herstellung von isoliertem Draht bekannte Technologie), mit Kunstoffummantelungen 69 und 79 ummantelt. Die äußere Stirnfläche des Sensorsockels 16 ist mit Kanälen 164 bzw. 174 versehen, um die Leitungsdrähte 68 bzw. 78 mit ihrer Isolation 69 bzw. 79 und den Anschlüssen 66 bzw. 76 aufzunehmen. Ein Ende des Kanals 164 endet an dem Durchgangsleiter 60 und das andere Ende endet in dem zylindrischen Tunnel 162. In ähnlicher Weise endet ein Ende des Kanals 174 an dem Durchgangsleiter 70 und das andere Ende endet in dem zylindrischen Tunnel 172. Die Leitungsdrähte 68 bzw. 78 verlaufen durch die Tunnel 162 bzw. 172, bevor sie den Sensor 10 verlassen, wodurch eine Zugentlastung der Leitungsdrähte 170 gewährleistet ist. Die Leitungsdrähte 68 bzw. 78 werden an den Anschlüssen 66 bzw. 76 befestigt, welche an den Verlängerungsschäften 64 bzw. 74 der elektrischen Durchgangsleiter 60 bzw. 70 befestigt sind. Eine geeignete Maßnahme zum Befestigen der Leitungsdrähte 68 und 78 an den Anschlüssen 66 und 76 bestünde in einer Klemmverbindung. Eine geeignete Maßnahme zum Befestigen der Anschlüsse 66 und 76 an den Verlängerungsschäften 64 und 74 bestünde darin, eine Passung mit Übermaß vorzusehen. Andere Mittel zur Befestigung ergeben sich für den Fachmann in naheliegender Weise. Nachdem die Leitungsdrähte 68 und 78, die Verbindungsstücke 66 und 76 sowie die Durchgangsleiter 60 und 70 in den Sensorsockel 16 eingebaut worden sind, werden die Kanäle 164 und 174 mit einem Vergußmaterial (nicht dargestellt) gefüllt, welches sich verfestigt und dadurch eine weitere Abdichtung des Innenraums des Sensors 10 gegen das Eindringen von Bruchstücken und Flüssigkeiten bewirkt. Ein Material, welches für die Dichtungseinrichtung 15 und für die Dichtung um die Verlängerungsschäfte 64 und 74 der elektrischen Durchgangsleiter 60 und 70 herum geeignet ist, ist Epoxidkleber. Ein geeignetes Vergußmaterial ist Epoxidvergußmaterial. Dem Fachmann sind viele geeignete Epoxid- und Nicht-Epoxidklebstoffe sowie -vergußmaterialien bekannt und die Auswahl der speziellen Abdichtungs- und/oder Vergußmaterialien sollte auf Grundlage der speziellen Anforderungen der Materialien getroffen werden, die zur Herstellung des Sensors verwendet werden. Andere Verfahren zum Abdichten des Bechers 12 gegenüber dem Sensorsockel 16, zum Abdichten des Bereichs um die Verlängerungsschäfte 64 und 74 der elektrischen Durchgangsleiter 60 und 70 herum sowie zum Füllen der Kanäle 164 und 174 ergeben sich in naheliegender Weise für den Fachmann.
Die Sensormasse 22 weist ein Ventilelement 22, eine äußere Hülse 26, ein Federrückhalteteil 27, einen gerieften Becher 28 und eine Ventilfeder 30 auf. Sie kann auch ein druckempfindliches Ventil 25 beinhalten. Das Ventilelement 22 weist einen Überbrückungskontakt 32, eine Ventilkugel 38 sowie eine Radialaufweitung 124 auf, welche mit flachen Seiten 126 versehen ist, die in Verbindung mit dem Innendurchmesser des gerieften Bechers 28 Luftkanäle 52 bilden. Man betrachte Fig. 4 zum Zwecke der Illustration der Radialaufweitung 124, der flachen Seiten 126, der Luftkanäle 52 und des druckempfindlichen Ventils 25 mit den Kanaldichtungsansätzen 125. Der geriefte Becher 28 weist einen Ventilsitz 36 auf und ist an seinem Außendurchmesser mit Riefen versehen, welche in Verbindung mit dem Innendurchmesser der äußeren Hülse 26 die Kanäle 120 bilden, bei denen es sich vorzugsweise um axiale Kanäle handelt, um das Entfernen des gerieften Bechers 28 aus der Form zu erleichtern. Es können von dem Fachmann jedoch andere Kanalkonfigurationen gewählt werden, um ein ähnliches oder anderes Betriebsverhalten zu erreichen. Das Ventil 50 der Sensormasse 20 weist den Ventilsitz 36 des gerieften Bechers 28, die Ventilkugel 38 des Ventilelements 22 und die Ventilfeder 30 auf. Das druckempfindliche Ventil 25 umfaßt elastische Kanaldichtungsansätze 125, die so angeordnet sind, daß sie die Luftströmung durch bestimmte Kanäle blockieren können.
Die äußere Hülse 26 der Sensormasse 20 ist vorzugsweise mittels einer Passung mit Übermaß an dem gerieften Becher 26 angebracht. Nachdem die beiden Teile zusammengebaut sind, wird der der Luftströmung entgegengesetzte Widerstand aller Kanäle in Parallelanordnung gemessen und mehrere Kanäle werden mit Hilfe eines Klebstoffs 122 (man betrachte zum Zwecke der Illustration des Klebstoffs 122 die Fig. 4) blockiert, um einen vorgegebenen der Luftströmung entgegengesetzten Widerstand zu erhalten. Das Ventilelement 22 bewegt sich innerhalb des Innendurchmessers des gerieften Bechers 28 axial. Die Radialaufweitung 124 des Ventilelements 22 greift an dem Innendurchmesser des gerieften Bechers 28 an, um die Radialbewegung der Ventilkugel 38 zu begrenzen während eine axiale Bewegung ermöglicht wird. Ein Ende der Ventilfeder 30 wird von dem Federrückhalteteil 27 gehalten. Das andere Ende der Ventilfeder 30 drückt die Radialaufweitung 124 des Ventilelements 22 in diejenige Richtung, in welcher die Ventilkugel 38 des Ventilelements 22 gegen den Ventilsitz 36 des gerieften Bechers 28 gepreßt wird, wodurch das Ventil 50 in seine geschlossene Stellung gedrückt wird. Das druckempfindliche Ventil 25 wird vorzugsweise aus einem Blatt aus elastischem Material ausgeschnitten und auf die äußere Hülse 26 der Sensormasse 20 aufgeklebt.
Die Höhe der Kontaktspitzen 86 und 96 oberhalb des in dem Sensorsockel 16 befindlichen Mschlags 34 bestimmt den Weg der Sensormasse 20, der von ihr vor dem Überbrücken der Kontakte 80 und 90 durch den Überbrückungskontakt 32 zurückgelegt wird. Ein besonderer Vorteil dieser Erfindung gegenüber dem vorangehend erwähnten, derzeit in Produktion befindlichen Sensor besteht darin, daß die Kontakthöhen nach der Einstellung und die Dicke des Überbrückungskontakts 32 die alleinigen Bestimmungsgrößen des Weges sind, den die Sensormasse 20 zum Überbrücken der Kontakte zurücklegen muß, so daß das Betriebsverhalten des Sensors 10 im wesentlichen von der vorangehend beschriebenen Einstellung des der Luftströmung entgegengesetzten Widerstandes der Kanäle 120 und der ebenso vorangehend beschriebenen Kontakthöheneinstellung bestimmt wird. Der einzige andere variable Faktor, der das Betriebsverhalten bemerkenswert beeinflußt, ist die Herstellungsabweichung bezüglich des Spaltes zwischen dem Außendurchmesser der äußeren Hülse 26 der Sensormasse 20 und dem Innendurchmesser des Einsatzstückes 14 des Bechers 12, welcher, wie vorangehend umfassend beschrieben, eine Leckage zuläßt, die nur wenige Prozent der Luftströmung durch die Kanäle 120 beträgt. Daher führt die Konstruktion zu einer preiswerten Einstellung während der Herstellung des Sensors, um ein in hohem Maße wiederholbares Betriebsverhalten bei geringen Kosten zu gewährleisten.
Der Becher 12, der Sensorsockel 16, das Ventilelement 22 (mit Ausnahme des Überbrückungskontaktes 32) und der geriefte Becher 28 werden vorzugsweise aus spritzgegossenem Kunststoff hergestellt, der maßhaltig ist und eine minimale Tendenz aufweist, Wasser zu absorbieren. Ein geeigneter Kunststoff ist Polyphenylensulfid, der mit einem geeigneten Füllstoff, wie etwa Fasern aus Glas oder Graphit, gefüllt ist. Die äußere Hülse 26 der Sensormasse 20 wird vorzugsweise aus einem dichten Material hergestellt, um die Masse der Sensormasse 20 zu maximieren, während die Gesamtgröße des Sensors 10 minimiert wird. Der Außendurchmesser der äußeren Hülse 26 wird vorzugsweise mit einem reibungsreduzierenden Material beschichtet, um die Reibung gegenüber dem Innendurchmesser des Einsatzstücks 14 des Bechers 12 zu minimieren. Ein geeignetes reibungsreduzierendes Material wäre PTFE. Geeignete Materialien für das Einsatzsüick 14 des Bechers 12 und die äußere Hülse 26 sind rostfreie Stähle, die wegen ihrer Korrosionsbeständigkeit und Bearbeitungsfreundlichkeit ausgewählt werden. Das druckempfindliche Ventil 25 kann aus einem beliebigen geeigneten elastischen Material hergestellt sein, welches die passende Elastizität aufweist, um sich bei Aufbringen eines vorgegebenen Druckes zu biegen und eine Luftströmung durch die Kanäle zu ermöglichen, welche es bei geringeren Drücken blockiert. Die elektrischen Durchgangsleiter 60 und 70 können aus einem beliebigen geeigneten elektrischen Leiter bestehen, der vorzugsweise so ausgewählt wird, daß die Herstellungskosten minimiert werden. Bei den vorangehend in Bezug genommenen Materialien handelt es sich nur um Vorschläge und es können andere Materialien vom Fachmann ausgewthlt werden. Die Kontakte 80 und 90 sind aus mehreren Schichten von Materialien hergestellt, die verschiedene Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen, was dazu führt, daß sie sich biegen, wenn sich die Temperatur ändert. Die Kontaktspitzen 86 und 96 sind vorzugsweise mit Gold plattiert, um den elektrischen Widerstand zu minimieren, der auftritt, wenn sie von dem Überbrückungskontakt 32 überbrückt werden.
Die Betriebsweise des Aufprallsensors 10 der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 7 beschrieben. Im Betrieb des Systems wird der Überbrückungskontakt 32 der Sensormasse 20 normalerweise von der Kraft der Vorspannfeder 48 gegen den Anschlag 34 gedrückt, wodurch die Sensormasse 20 in einer normalen Ruhelage gehalten wird. Wenn der Aufprallsensor 10 mit einer Verzögerung, die viel größer ist als ein g (einmal die Gravitationsbeschleunigung), beaufschlagt wird, was während eines Automobilunfalls passieren würde, verursacht die Trägheit der Sensormasse 20, daß sie sich in Richtung des Endes 42 des Hohlraums 40 bewegt, wobei der Überbrückungskontakt 32 von dem Anschlag 34 weg in Richtung auf die Kontaktspitzen 86 und 96 der elektrischen Kontakte 80 und 90 zu bewegt wird.
Damit diese Bewegung auftreten kann, ist es notwendig (außer bei extrem hohen Verzögerungen), daß ein Teil der in der Kammer 44 befindlichen Luft entweder durch den Spalt zwischen der äußeren Hülse 36 der Sensormasse und dem Innendurchmesser des Einsatzstücks 14 des Bechers 12 oder durch die Kanäle 120 in die Kammer 46 strömt (man betrachte Fig. 2 zum Zwecke der Illustration der Kammern 44 und 46). Der Bewegung der Luft, ob durch den Spalt zwischen dem Außendurchmesser der Sensormasse und dem Innendurchmesser des Einsatzstücks 14 oder durch die Kanäle 120, wird aufgrund der Viskosität der Luft ein Widerstand entgegengesetzt, wodurch eine Druckdifferenz verursacht wird, gemäß welcher der Druck in der Kammer 44 größer ist als der Druck in der Kammer 46. Diese Druckdifferenz ist proportional zur Verzögerung des Sensors (solange die Kraft der Vorspannfeder 48 und die Beschleunigung der Sensormasse 20 relativ zum Sensor vernachlässigt werden können) und daher ist es auch die Luftdurchflußmenge von der Kammer 44 in die Kammer 46 (solange die Luftströmung nicht träge oder turbulent ist) und der Kontakt wird hergestellt, wenn eine vorgegebene Luftmenge von der Kammer 44 in die Kammer 46 geströmt ist, was anzeigt, daß der Sensor 10 eine vorgegebene Geschwindigkeitsänderung erfahren hat. (Bei größeren Verzögerungen tritt eine gewisse Verdichtung und Entspannung der Luft in den Kammern 44 bzw. 46 auf, so daß bei größeren Verzögerungen ein bißchen weniger als die vorgegebene Luftmenge von der Kammer 44 in die Kammer 46 geströmt sein wird, wenn der Kontakt hergestellt wird). Die Vorspannfeder 48 wirkt etwas mehr als einem g (einmal die Gravitationsbeschleunigung) derjenigen Verzögerung entgegen, die während eines Unfalls auf den Aufprallsensor aufgebracht wird. Während eines kurzen Unfallimpulses, bei welchem die Verzögerung das 100fache der Gravitationsbeschleunigung überschreiten kann, hat die Vorspannfeder 48 geringe Wirkung, während eines viel längeren Unfallimpulses mit viel geringeren Verzögerungen ist ihr Einfluß jedoch erheblich und er bewirkt, daß der Aufprallsensor erheblich größere Geschwindigkeitsänderungen erfordert, bevor er schließt.
Wenn der Überbrückungskontakt 32 der Sensormasse 20 die beiden elektrischen Kontaktspitzen 86 und 96 berührt, wie in Fig. 2 dargestellt, schließt er einen elektrischen Schaltkreis, der den Leitungsdraht 68, den Anschluß 66, den elektrischen Durchgangsleiter 60, den Kontakt 80, den Überbrückungskontakt 32, den Kontakt 90, den elektrischen Durchgangsleiter 70, den Anschluß 76, den Leitungsdraht 78 sowie andere Komponenten des Insassenschutzsystems aufweist, welche nicht dargestellt sind.
Wenn Strom durch diesen Schaltkreis zu fließen beginnt, verursacht das elektrische Erwärmen der Kontakte 80 und 90 einen Effekt, der in Abhängigkeit von dem Widerstand des Kontaktmaterials nützlich sein kann. Während durch die Kontakte 80 und 90 Strom fließt, werden sie proportional zu dem Produkt aus dem Widerstand des Kontaktmaterials und dem Quadrat der Stromstärke aufgeheizt. Dieses Aufheizen der Kontakte bewirkt, daß sie sich relativ zu den in den Fig. 1 und 2 dargestellten nominellen Kontaktstellungen in die in Fig. 7 dargestellte Richtung biegen wollen. Dieses von dem elektrischen Aufheizen verursachte Biegen erhöht die Berührdauer zwischen den Kontaktspitzen 86 und 96 sowie dem Überbrückungskontakt 32, weil die Ruhelage der Kontaktspitzen 86 und 96 in Richtung des in dem Sensorsockel 16 befindlichen Anschlags 34 verschoben wird, was die Strecke vergrößert die der Überbnickungskontakt 32 zurückkehren muß, bevor er die Kontaktspitzen 86 und 96 nicht mehr berührt.
Nachdem sich die Sensormasse 20 über die in Fig. 2 illustrierte Stellung hinaus in Richtung auf die in Fig. 3 illustrierte Stellung bewegt hat, übersteigt die von den Kontakten 80 und 90 auf den Überbrückungskontakt. 32 ausgeübte Kraft die Druckkraft der Ventilfeder 30 und bewirkt, daß sich die Ventilkugel 38 von dem Ventilsitz 36 löst, wodurch das Ventil 50 geöffnet wird. Die Druckdifferenz zwischen den Kammern 44 und 46 wird dadurch entspannt, da die Luft durch das Ventil 50 und die Kanäle 52 von der Kammer 44 in die Kammer 46 strömt, und die Bewegung der Sensormasse 20 (mit Ausnahme des Ventilelements 22, welches sich unabhängig bewegt) wird nicht mehr von der Druckdifferenz beeinflußt und die Sensormasse kann sich, abgesehen von dem Drücken der Ventilfeder 30 und der Vorspannfeder 48, frei bewegen. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeitsänderung hinreichend groß ist, wird die Sensormasse 20 ihre Bewegung fortsetzen bis sie das Ende 42 des Hohlraums 40 erreicht, wie in Fig. 3 dargestellt. Die gesteigerte Luftströmung, die auftritt, nachdem das Ventil 50 öffnet, gibt die Sensormasse 20 dahingehend frei, daß sie sich in Richtung des Endes 42 des Hohlraums 40 bewegen kann, und verbessert die Kontaktverweildauercharakteristik des Sensors 10. Ein zweiter Vorteil der verringerten Bewegung des Ventilelements 22 relativ zum übrigen Teil der Sensormasse 20 besteht darin, daß die bezüglich der Kontakte 80 und 90 auftretende Biegung im Vergleich zu der Biegung, die auftreten würde, wenn keine Relativbewegung des Ventilelements 22 gegeben wäre, verringert wird.
In Abhängigkeit von den Materialien, aus welchen sie hergestellt sind, kann die äußere Hülse 26 der Sensormasse 20 einen kleineren Wärmeausdehnungskoeffizienten als das Einsatzstück 14 des Bechers 12 aufweisen. Ist dies der Fall, so kann die Änderung der Luftviskosität mit der Temperatur teilweise ausgeglichen werden. Bei niedrigeren Temperaturen wird der Abstand zwischen der äußeren Hülse 26 der Sensormasse 20 und dem Innendurchmesser des Einsatzstücks 14 des Bechers 12 abnehmen. Dies steigert den der Bewegung der Luft durch den Spalt entgegengesetzten Viskositätswiderstand bei niedrigeren Temperaturen und gleicht teilweise die bei niedrigeren Temperaturen verringerte Viskosität der Luft sowie den daraus resultierenden geringeren Widerstand der Kanäle 120 aus, welcher der Luftströmung entgegengesetzt wird. Bei höheren Temperaturen wächst der Abstand an. Dies verringert den der Bewegung der Luft durch den Spalt entgegengesetzten Viskositätswiderstand bei höheren Temperaturen und gleicht teilweise die bei höheren Temperaturen erhöhte Viskosität der Luft sowie den daraus resultierenden Widerstand der Kanäle 120 aus, welcher der Luftströmung entgegengesetzt wird. Bei allen Betriebstemperaturen ist dieser Spalt so klein, daß sich der überwiegende Teil der Luftströmung durch die Luftkanäle 120 bewegt. Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ergibt sich der gesamte oder der überwiegende Teil des Temperaturausgleichs aus der Biegung der Kontakte 80 und 90 mit der Temperatur und kein oder nur ein geringer Teil des Ausgleichs ergibt sich aus der verschiedenen Ausdehnung des Einsatzstücks 14 des Bechers 12 relativ zu der äußeren Hülse 26 der Sensormasse 20.
Bei einer nominellen Temperatur liegen die Kontaktarme 84 und 94 der Kontakte 80 und 90 in einer gemeinsamen Ebene, wie in den Fig. 1 und 2 illustriert. Bei Temperaturen, die höher sind als die nominelle Temperatur, und wenn keine Kraft aufgebracht wird, dehnen sich die Oberflächen 183 bzw. 193 der Kontakte 80 bzw. 90 mehr aus und werden länger als die Oberflächen 185 bzw. 195, wodurch verursacht wird, daß sich die Kontaktarme 84 und 94 biegen, was bewirkt, daß sich der Abstand zwischen dem in dem Sensorsockel 16 befindlichen Anschlag 34 und den Kontaktspitzen 86 und 96 reduziert und daher die Strecke, welche die Sensormasse 20 von ihrer normalen Ruhelage aus zurücklegen muß, bevor der Überbrückungskontakt 32 die Kontakte 80 und 90 überbrückt, verringert, wie in Fig. 7 dargestellt. Dies gleicht die erhöhte Viskosität der Luft bei höheren Temperaturen sowie den daraus resultierenden erhöhten Widerstand der Kanäle 120 aus, welcher der Luftströmung entgegengesetzt wird, und minimiert dadurch den Effekt der Temperatur auf den axialen Unfallverzögerungsimpuls, der zum Schließen des Schalters erforderlich ist. Bei Temperaturen, die geringer sind als die voranstehend genannte nominelle Temperatur, und wenn keine Kraft aufgebracht wird, ziehen sich die Oberflächen 183 bzw. 193 der Kontakte 80 bzw. 90 in ähnlicher Weise mehr zusammen und werden kürzer als die Oberflächen 185 und 195, wodurch verursacht wird, daß sich die Kontaktarme 84 und 94 in der Richtung biegen, die der in Fig. 7 dargestellten Biegung entgegengesetzt ist, was bewirkt, daß sich der Abstand zwischen dem in dem Sensorsockel 16 befindlichen Anschlag 34 und den Kontaktspitzen 86 und 96 vergrößert und die Strecke, welche die Sensormasse 20 aus ihrer normalen Ruhelage heraus zurücklegen muß, bevor der Überbrückungskontakt 32 die Kontakte 80 und 90 überbrückt, verlängert wird, wodurch die bei niedrigeren Temperaturen verringerte Viskosität der Luft ausgeglichen wird.
Das druckempfindliche Ventil 25 funktioniert folgendermaßen. Wenn sich der Sensor in seinem Ruhezustand befindet, blockieren die Kanaldichtungsansätze 125 die Luftströmung durch bestimmte Kanäle 120, wie in Fig. 4 illustriert. Wenn die Druckdifferenz zwischen den Kammern 44 und 46 klein ist, was der Fall ist, wenn der Aufprallsensor 10 relativ kleine verzögerungen erfährt, wirkt die Druckdifferenz zwischen den Kammern 44 und 46 auf die Kanaldichtungsansätze 125, wobei sie jedoch nicht ausreicht, um sie anzuheben, und sie blockieren weiterhin die Luftströmung durch die vorangehend erwähnten blockierten Kanäle 120. Wenn der Aufprallsensor 10 größere Verzögerungen erfährt, wirkt eine größere Druckdifferenz auf die Kanaldichtungsansätze 125, hebt sie an und ermöglicht, daß Luft durch alle Kanäle 120 strömt. Die größere Anzahl aktiver Kanäle hat zur Folge, daß im Vergleich zu der Luft, welche strömen würde, wenn einige der Kanäle 120 noch blockiert wären, eine erhöhte Luftströmung auftritt, was ermöglicht, daß sich die Sensormasse 20 schneller bewegt als wenn noch einige Kanäle blockiert wären und daher der Überbrückungskontakt 32 die Kontaktspitzen 86 und 96 früher erreicht als in dem Fall, in welchem nur einige der Kanäle Luft leiten. Dadurch schließt der Sensor 10 bei niedrigen Geschwindigkeitsänderungen, wenn er höheren Verzögerungen ausgesetzt ist, sowie bei höheren Geschwindigkeitsänderungen, wenn er niedrigeren Verzögerungen ausgesetzt ist.
Obwohl die Beschreibung dieser Erfindung unter Bezugnahme auf eine bestimmte Ausführungsform vorgenommen wurde, soll sie nicht in beschränkender Weise ausgelegt werden. Viele Änderungen und Modifikationen werden sich nun für den Fachmann erschließen. Zum Zwecke der Definition der Erfindung wird auf die beigefügten Ansprüche Bezug genommen.

Claims

1. Aufprallsensor (10) für ein Insassenschutzsystem eines Fahrzeugs, der eine Sensormasse (20), welche während eines Aufpralls in unmittelbarer Nähe der Wandung eines abgedichteten Rohres (14) aus einer normalen Ruhelage bewegbar ist, und eine Sensoreinrichtung (32, 80, 90) zum Feststellen, wann sich die Sensormasse um eine vorgegebene Strecke aus der normalen Ruhelage bewegt hat, aufweist, wobei das Rohr (14) mit einem Gas gefüllt ist und durch die Bewegung der Sensormasse (20) verursacht wird, daß ein Volumen des Gases, welches ungefähr dem Produkt aus der Querschnittsfläche des Rohres (14) und der von der Sensormasse (20) zurückgelegten Strecke entspricht, viskos strömt, wodurch die Bewegung über die vorgegebene Strecke verursacht wird, um anzuzeigen, daß das Fahrzeug während eines Aufpralls eine vorgegebene Geschwindigkeitsänderung erfahren hat, gekennzeichnet durch:

- eine Dichteinrichtung (200) zum Begrenzen der Strömung des Gases zwischen der Sensormasse und dem Rohr (14), und

- wenigstens einen Kanal (120) zum viskosen Leiten des Gases, um die Dichteinrichtung zu überbrücken.

2. Aufprallsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichteinrichtung einen Spalt (200) zwischen der Sensormasse (20) und dem Rohr (14) aufweist.

3. Aufprallsensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt (200) kleiner ist als drei Tausendstel inch und groß genug ist, üm die Sensormasse (20) und das Rohr (14) kostengünstig herstellen zu können.

4. Aufprallsensor nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (120) linear in Richtung der Achse des Rohrs (14) verläuft.

5. Aufprallsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß

- die Sensormasse (20) ein erstes Element (28) mit einer ußeren zylindrischen Oberfläche und ein zweites Element (26) mit einer inneren zylindrischen Oberfläche, welche mit der äußeren zylindrischen Oberfläche zusammenpaßt, aufweist und

- der Kanal (120) zum viskosen Leiten des Gases von einer der zylindrischen Oberflächen und einer in der anderen der zylindrischen Oberflächen ausgebildeten Vertiefung gebildet wird.

6. Aufprallsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

- ein Ventil (50) vorgesehen ist, welches eine offene Stellung sowie eine normalerweise geschlossene Stellung annehmen sowie das Gas leiten kann, um den Kanal (120) zu überbrücken, wenn es die geöffnete Stellung annimmt, und ihn nicht zu überbrücken, wenn es die geschlossene Stellung annimmt, und

- eine Einrichtung (32) zum Öffnen des Ventils bei einer vorgegebenen Bewegung der Sensormasse vorgesehen ist.

7. Aufprallsensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß

- ein Kontakt (80, 90) und eine Kontaktüberbrückungseinrichtung (32) vorgesehen sind und

- die Einrichtung zum Öffnen des Ventus den Kontakt beinhaltet, der mit der Kontaktüberbrückungseinrichtung zusammenwirkt.

8. Aufprallsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

- mehrere Kanäle (120) vorgesehen sind,

- eine Ventileinrichtung (25) vorgesehen ist, welche eine offene Stellung und eine geschlossene Stellung annehmen kann, und

- die Ventileinrichtung die Strömung des Gases durch wenigstens einen der Kanäle blockieren kann, wenn sie sich in ihrer geschlossenen Stellung befindet, und die Strömung des viskosen Mediums nicht blockieren kann, wenn sie sich in ihrer offenen Stellung befindet.