DE69303481T2 - Temperaturkompensierter niedrigdruckempfindlicher schalter für hybride luftpumpen - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft allgemein Hybridinflatoren zum Aufblasen von Airbags und insbesondere einen Schalter zum Messen eines Niederdruckzustandes im Hybridinflator.
• US-4,049,935 zeigt eine Art von Druckschaltern, die in Kombination mit einem Hybridinflator benutzt werden können Auf dieses Patent wird Bezug genommen. Der Schalter in US- 4,049,935 ist hier in Fig. 1 dargestellt und hat ein Druckgefäß 1, das am offenen Ende mit einer Membran 20 abgedichtet ist, und zwei verstärkungsglieder 3 und 4, um die Auslenkung der Membran 2 zu begrenzen. Der Druckschalter besitzt ferner eine Schalteranordnung 5 mit elektrischen Kontaktstücken 6 und 7 und einen beweglichen Stift 8. Da die Membran 2 wandert auf und ab, entsprechend dem auf sie wirkenden Druckunterschied. Es ist erkennbar, daß die Innenseite der Membran vorn Gasdruck im Druckgefäß 1 des Schalters beaufschlagt ist und die Außenfläche der Membran vom Umgebungsdruck, d.h. dem Druck im Hybridinflator 9, der in einem zweiten Druckgefäß angeordnet ist, das mit Druckgas zum Aufblasen gefüllt ist. Der Inflator wird dazu verwendet, einen Airbag in bekannter Weise aufzublasen. Die Schalteranordnung 5 wird unter Druck gegen andere Teile des Druckschalters bei der Montage gedrückt. Wenn dies auch nicht in Fig. 1 dargestellt ist, so ist erkennbar, daß beim Belasten mit dem Ende eines Montagebügels (Pfeilrichtung 11) die Druckkraft vergroßert wird. Ein Nachteil dieses Schalters liegt darin, daß die Verstärkungsglieder ausbiegen, weil die Druckkraft den Stift 8 mit der Membran näher zum Kontaktstück 6 hin verschiebt. Der kleinere Abstand führt dazu, daß der Stift vorzeitig das Kontaktstück 6 berührt und dieses gegen das Kontaktstück 7 drückt, so daß dies zu einem falschen Niederdrucksignal führt. Die Fig. 2 und 3 dienen ferner zur Erläuterung dieses Ausbiegens bei einer ähnlichen Schalteranordnung. Dieser Schalter wird endseitig von einem Haltebügel (nicht dargestellt) belastet, um das Druckgefäß 1 im Inflator einzubauen. Der Tragbügel belastet das Druckgefäß und die Schalteranordnung 5 in axialer Richtung mit Druckkraft, wie dies die Pfeile 11 in Fig. 2 zeigen. Wie erwähnt, kann diese Druckbelastung dazu führen, daß die Schalteranordnung nach oben ausbiegt (5. Fig. 3) und damit den Stift 8 anhebt. Dies ist keine momentan auftretende Erscheinung und ist abhängig von Zeit und Kraft und führt zu einer Kriechverformung der Kunststoffteile der Schalteranordnung. Wie aus dieser ausgebogenen Lage ersichtlich ist, gelangt der Stift 8 näher an die elektrischen Kontaktstücke als wünschenswert ist und so kann der Druckschalter gelegentlich unabsichtlich betätigt werden, wenn sich der elektrische Kontakt löst, und dies führt zu einem falschen Anzeigen des Niederdruckzustandes im Druckgefäßt des Inflators, selbst wenn der Druck nicht zu niedrig ist.
• Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten temperaturkompensierten Druckschalter zu schaffen.
• Somit besteht die Erfindung aus folgendem: Ein Druckschalter ist für den Einbau in eine Druckkammer zum Erzeugen eines Logiksignals vorgesehen, sobald der Druck in der Kammer auf einen bestimmbaren Druck P absinkt. Der Druckschalter weist auf: ein Druckgefäß, das an einem Ende von einer Schnappmembran abgedichtet ist und einen inneren und einen äußeren Anschlag aufweist, die jeweils an entgegengesetzten Seiten der Membran zur Begrenzung der Membranbewegung angeordnet sind. Der äußere Anschlag weist auf: einen ersten zylindrischen Teil, ein erstes Paar paralleler Schlitze darin und eine Durchgangsbohrung. Eine Schalteranordnung ist lose am äußeren Anschlag montiert. Die Schalteranordnung besitzt ein oberes Gehäuseteil, ein unteres Gehäuseteil, erste und zweite elektrische Kontaktstücke und einen Stift. Das obere Gehäuseteil besitzt einen hohlen zylindrischen Abschnitt, der gleitend über den ersten zylindrischen Abschnitt mit einem zweiten Paar gegenüberliegender Schlitze paßt, wobei der erste und zweite zylindrische Abschnitt lösbar aneinander mit einer Klammer befestigt sind, die in dem ersten und zweiten Paar von Schlitzen einsitzt. Das erste elektrische Kontaktstück wird von einem ersten Ausschnitt aufgenommen und mit einigen Stiften und einem beweglichen Federabschnitt daran befestigt. Das zweite elektrische Kontaktstück wird in einem zweiten Ausschnitt aufgenommen und daran mit anderen Stiften beabstandet vom Federabschnitt befestigt. Der Stift sitzt lose in der Durchgangsbohrung, das erste elektrische Kontaktstück drückt den Stift leicht an die Membran, der Stift ist bei einer Bewegung der Membran entsprechend dem Druckunterschied verschiebbar, der Stift drückt das erste elektrische Kontaktstück vom zweiten elektrischen Kontaktstück infolge der Schnappwirkung der Membran weg, wenn in der Druckkammer ein Niederdruckzustand herrscht.
• Viele andere Zielsetzungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und der Zeichnung. Die Zeichnung zeigt:
• Fig. 1 einen Druckschalter nach dem Stand der Technik;
• Fig. 2 verschiedene Stellungen des Druckschalters nach und 3 dem Stand der Technik;
• Fig. 4 einen Schnitt eines erfindungsgemäßen Druckschalters bzw. Sensors;
• Fig. 5 einen Schnitt der Membran 40;
• Fig. 6 Schnitte verschiedener Einzelteile der Erfindung;
• Fig. 7 eine Teilansicht von Einzelteilen der Erfindung;
• Fig. 8 die Ansicht einer Feder;
• Fig. 9 eine Draufsicht auf das untere Gehäuseteil;
• Fig. 10 die Schalteranordnung;
• Fig. 11 eine Federklammer;
• Fig. 12 einen Haltebügel;
• Fig. 13 ein Schaltermodul, das in einem Hybridinflator und 14 eingebaut ist;
• Fig. 15 die Membran in ihrem Ruhezustand.
• Fig. 4 zeigt einen Niederdruckschalter 30 mit einem Druckgefäß 32 und einem Schaltermodul 90. Das Druckgefäß ist vorzugsweise aus Stahl mit einem offenen Ende 34. Eine elastische Membran 40, welche Fig. 5 näher zeigt, ist am Druckgefäß nahe dem offenen Ende dicht befestigt. Die Membran 40 ist bekannt und besitzt einen Schnappeffekt. Wie bekannt, wird die Membran vorzugsweise wärmebehandelt, um vom Herstellen stammende Restspannungen zu beseitigen. Vorzugsweise ist die Membran konvex mit einem kreisförmigen Absatz darin, wie Fig. 5 zeigt. In Fig. 4 liegt innerhalb des Druckgefäßes eine Innenabstützung für die Membran, um deren einwärts gerichtete Bewegung zu begrenzen. Diese Stütze besteht aus einer Scheibe 42, die vorzugsweise an die Wandungen des Druckgefäßes 32 angeschweißt ist und eine Öffnung für den Durchtritt des Gasdruckes hat. Die Scheibe 42 besteht vorzugsweise aus Stahl. Das andere Ende 46 des Druckgefäßes ist bei 48 halsförmig und mit einer Dichtung 50 abgeschlossen, die aus einer angeschweißten Metallkugel bestehen kann. Vor dem Aufbringen der Dichtung 50 auf das Druckgefäß wird Gas unter Druck in das Druckgefäß 32 eingeführt. Typischerweise beträgt der Druck des Gases etwa 2.700 psig (18,717 kpa). Die zusammensetzung des Gases im Druckgefäß ist gleich dem Gas im Inflator. Typischerweise ist es Argon mit einer kleinen Menge Helium (etwa 2 Vol.- %). Das Helium ist nützlich zum Aufspüren von Leckagen. Helium-Meßgeräte sind handelsüblich und gehören nicht zur Erfindung.
• Unterhalb bzw. außerhalb der Membran ist eine äußere Membranstütze 60, vorzugsweise aus Stahl, die nahe dem offenen Ende 34 des Druckgefäpes 32 angeschweißt ist. Da die Membran 40 eine Außenlippe 41 (Fig. 5) aufweist, die nahe der ßußeren Stütze liegt, wird mit dem Schweißvorgang auch die Membran 40 und die äußere Stütze 60 am Druckgefäß 32 befestigt. Die äußere Stütze 60 ist gegenüber der inneren Stütze 42 beabstandet. Der Abstand bestimmt den Auslenkbereich der Membran 40. Außerdem besitzt die ßußere Stütze 60 eine Mernbranabstützfläche 62 (5. Fig. 4 und 6), die der Form der Membran in ihrer äußeren Ruhelage entspricht. Die äußere Stütze 60 hat eine abgestufte Bohrung 70 mit einer engen Durchgangsbohrung 72, einer breiteren Bohrung 74 und einer Schulter 76 dazwischen. Die enge Bohrung 72 mündet in die Stützfläche 62. Außen am zylindrischen Teil 78 der äußeren Stütze 60 liegen zwei parallele Nuten oder Schlitze 80a und 80b, die noch erläutert werden.
• Gemäß Fig. 4 besitzt die Schalteranordnung 90 ein oberes Gehäuseteil 92 und ein unteres Gehäuseteil 94, mehrere elektrische Kontaktstücke 96a und 96b und einen Stift 98, der in der Bohrung 72 verschiebbar ist. Der Schaft des Stiftes 98 ist im Querschnitt dreieckig, um die Reibung in der Bohrung 72 zu vermindern. Die Einzelteile sind in den Fig. 6 und 7 dargestlellt.
• Fig. 6 zeigt eine Teilansicht der Schalteranordnung 90. So besitzt das obere Gehäuseteil 92 einen hohlzylindrischen Abschnitt 100, vorzugsweise aus Kunststoff, der über den zylindrischen Teil 78 der äußeren Mernbranstütze 60 paßt. Wie noch geschildert wird, ist die Verbindung zwischen dem Schaltergehäuse 90 und der Membranstütze 60 derart, daß auf den Schalter keine Kräfte ausgeübt werden, um so ein Verziehen oder Ausbiegen zu vermeiden. Das obere Gehäuseteil 92 hat einen versteiften Abschnitt 102 mit einer zylindrischen Wand 104 gegenüber dem zylindrischen Teil 100. Eine Bodenfläche 106 reicht über einen Teil des unteren Gehäuseteils 92. Vom Boden 106 erstrecken sich vier Beine oder Zapfen 108a bis 108d, die in zwei Sätzen, nämlich 108a, 108b und 108c, 108d angeordnet sind. Die Wand 104 besitzt zwei gegenüberliegende und leicht versetzte Ausschnitte lloa und hob. Einer dieser Ausschnitte ist in Fig. 6 dargestellt (5 auch Fig. 7). Das obere Gehäuseteil 92 hat ferner einen Satz paralleler Schlitze 112a und 112b, deren Sinn noch erläutert wird.
• Fig. 7 zeigt eine Teilansicht des oberen Gehäuseteils (Schalter) und mehrere Kontaktstücke 96a und 96b. Hier sind die Ausschnitte 110a und 100c etwas gegeneinander versetzt, so daß in den Schlitz jeweils nur ein bestimmtes Kontaktstück einsetzbar ist. Ferner zeigt die Fig. 7 Draufsichten auf die beiden Kontaktstücke 96a und 96b. Das erste Kontaktstück 96a besteht aus Nickel und goldplatiertem Beryliumkupfer und ist etwa T-förmig mit einem Quersteg 122 und einem Fuß 124 mit zwei Abschnitten 125 und 126. Erkennbar sind das Kontaktstück 96a, der Fußabschnitt 125 nicht achsensymmetrisch in Bezug auf die Achse durch den Fußabschnitt 126. Der Fußabschnitt 126 ist bei 127 geschlitzt, um redundante Kontaktpunkte zu schaffen, die für Langzeit- Kontaktgabe vergoldet sind. Die Vergoldung im Bereich 128 ist aus Kostengründen kleinflächig. Das Kontaktstück 96a ist federartig elastisch und stellt den beweglichen Kontakt des Schalters 90 dar. Eine Seitenansicht ist in Fig. 8 gezeigt, nämlich gestrichelt der Ruhezustand und ferner der ausgelenkte Zustand. Das Kontaktstück 96a besitzt mehrere Abbiegungen, so daß es in das obere Gehäuseteil 92 paßt und am anderen Kontaktstück 96b richtig anliegt. Fig. 4 zeigt, wie die Federkraft des Kontaktstückes 96a den Stift 98 an die Membran drückt. Das Kontaktstück 96a besitzt ferner mehrere Öffnungen 130a und 130b im Quersteg 122. Für den Zusammenbau wird das Kontaktstück 96a senkrecht im Gehäuseteil 92 ausgerichtet, so daß die Löcher 130a, 130b über die Stifte 108a, 108b passen und der Fuß 124 (bzw. der Fußabschnitt 135) in den Ausschnitt 110a eintritt. Das andere Kontaktstück 96b besitzt einen flachen, allgemein T-förmigen Leiter mit einem Quersteg 132, einem Fuß 134 und mehreren Bohrungen 136a und 136b. Der Fuß 134 ist zum Quersteg 132 versetzt. Zur Montage wird das Kontaktstück 96b in das Gehäuseteil 92 so eingesetzt, daß die Stifte 108c, 108d in die Bohrungen 136a, 136b greifen und der Fuß 134 im Ausschnitt hob sitzt.
• Fig. 6 zeigt die Lage eines Teils des Fußes 124 am Kontaktstück 96a relativ zum Ausschnitt 110a. Unter dem oberen Gehßuseteil 92 sitzt das untere Gehäuseteil 94. Dieses besteht aus einem flachen Boden 140 und vier aufrechten zylindrischen Abschnitten 142, durch welche jeweils ein Stift 108d greift. Oberhalb des Bodens 140 sind zwei Flansche 144a und 144b, von denen Fig. 6 nur einen zeigt. Beim Zusammenbau des Schalters 90 passen die Kontaktstücke wie 96a in einen Ausschnitt wie 110a und dann schiebt man das untere Gehäuseteil auf den Stiften 108d und so drücken die Flansche 144a, 144b die Kontaktstücke 96a, 96b nach oben in die Ausschnitte 110a, 110b. Fig. 10 zeigt eine getrennte Ansicht der beiden bei 95 verschweißten Gehäuseteile mit den Kontaktstücken 96a und 96b dazwischen. Der Schalter 90 wird dann auf die äußere Membranstütze 60 gesetzt. Das obere Gehäuseteil wird auf die Stütze 60 gedrückt, so daß die Schlitze 80a, 80b mit den Schlitzen 112a, 112b fluchten. Dann wird eine Halteklammer 150 (Draufsicht in Fig. 11, Querschnitt in Fig. 4) angebracht. Wie ersichtlich, ist nun die Schalteranordnung relativ lose mit der äußeren Membranstütze 60 verbunden, so daß damit das Auftreten von Kräften vermieden ist. Mit Ausnahme der Klammer 150 kann jede Komponente des Schalters 9 mit Hilfe eines Z-Achsen- Einsetzverfahrens zusammengebaut werden.
• Fig. 12 zeigt einen dreischenkligen Bügel zum Haltern des Druckschalters 30. Der Bügel besitzt zwei seitliche Wände lsoa, isob und einen Verbindungssteg 154. Die Wand 150a hat eine kleine Öffnung 152a, in welche das rohrförmige Ende 48 des Druckgefäßes greift. Die Wand isob hat eine größere Öffnung 152b, durch welche die Außenwand 35 des Druckgefäßes greift. Die Wand isob besitzt mehrere abgebogene Zungen zur Befestigung an der Wand des Druckgefäßes nahe dem offenen Ende 34. Der Quersteg 154 hat eine Öffnung 156 zur Aufnahme eines Befestigungselementes, mit dem der Druckschalter an der Wand des Inflators befestigt wird, wie dies in Fig. 14 bei 160 an der Endwandung eines Inflators dargestellt ist. Fig. 13 zeigt verschiedene Anschlußleitungen 162a, 162b, die an herausstehenden Teilen der Kontaktstücke 96a, 96b befestigt sind. Die Anschlüsse gehen durch eine Glas-/Metallabdichtung 164 nach außen.
• Der Inflator wird normalerweise mit Argon/Helium-Druckgas mit einem Druck von etwa 3000 psi (20,785 kpa) gefüllt und damit ist der Druck etwas höher als der Druck im Druckgefäß 32 des Schalters 30. Liegt der Druck im Inflator innerhalb der vorgeschriebenen Grenzen, so nimmt die Membran 40 die in Fig. 15 dargestellte ausgelenkte Lage ein. Es ist erkennbar, daß das Aufblasgas von höherem Druck im Inflator durch den Schalter 90 wandert, da dessen Teile lose befestigt sind und gelangt durch die Bohrung 70 und drückt damit die Membran von der äußeren Stütze 40 weg an die innere Stütze 42. Die Federkraft der Kontaktzunge 96a sorgt dafür, daß der Stift 98 in Berührung mit der Membran bleibt, wenn sich diese verschiebt. Diese Verschiebung bringt die Kontaktstücke 96a, 96b in Anlage (s. gestrichelte Darstellung des Kontaktstückes 96a in Fig. 4).
• Wenn somit der Aufblasdruck in den vorgeschriebenen Grenzen liegt, so schließt der Schalter. Tritt Gas aus dem Inflator aus, so verringert sich der Innendruck unter den Grenzwert. Damit ist die auf die Membran 40 vom Druckgefäß 32 her einwirkende Kraft des Druckgases größer als der Druck an der Außenfläche der Membran. Dann schnappt die Membran nach unten in ihre Ruhelage und der Kontakt öffnet. Der Vorteil der Schnappwirkung der Membran liegt darin, daß sich diese schnell verschiebt und die beiden Kontaktstücke 96a, 96b schnell auseinanderdrückt. Damit wird Lichtbogenbildung zwischen den Kontaktstücken vermieden. Man erinnert sich, daß der Nenndruck im Druckgefäß 32 etwas kleiner ist als der Nenndruck im Inflator 9. Wenn so das Druckgefäß 32 ein Leck hat, so steigt der Innendruck im Druckgefäß 32 auf den höheren Druckwert des Gases im Inflator. In diesem Leckagezustand würde die Membran somit nach unten in ihre natürliche Position umschnappen und damit den Kontakt und den Stromkreis öffnen.
• Der offene Stromkreis betätigt eine Niederdruckanzeige oder eine Warneinrichtung und signalisiert so eine mögliche Fehlfunktion des Inflators oder Druckschalters 30. Ferner sind der Inflator 9 und das Druckgefäß 32 hohen bzw. niedrigen Umgebungstemperaturen unterworfen. Dabei ändert sich der Druck entsprechend dem Gasgesetz PV = CNRT. Damit bleibt der Druckunterschied an der Membran in dem spezifizierten Bereich relativ konstant. Somit ist der Druckschalter 30 temperaturkompensiert und ist eine unbeabsichtigte Betätigung in Situationen vermieden, in denen der Aufblasdruck infolge kalter Umgebungstemperatur unter 2.000 psi (13,890 kpa) absinkt.

Claims (5)

1. Druckschalter (30) für den Einbau in eine Druckkammer zum Erzeugen eines Logiksignals, sobald der Druck in der Kammer auf einen bestimmbaren Druck (P1) absinkt, wobei der Druckschalter (30) aufweist:

ein Druckgefäß (32), das an einem Ende (34) von einer Schnappmembran (40) abgedichtet und auf einen bestimmbaren Druck (P2) gefüllt ist, der unter dem Druck (P1) der Druckkammer liegt;

innere Anschlagmittel (42) und äußere Anschlagmittel (60, 62), die jeweils an gegenüberliegenden Seiten der Membran (40) zur Begrenzung der Membranbewegung angeordnet sind, wobei die inneren Anschlagmittel (42) eine flache Platte mit einer Öffnung (40) darin aufweisen;

die äußeren Anschlagmittel mit einer bogenförmigen Oberfläche (62) versehen sind, die der Form der Membran in ihrem nach außen vorstehenden Zustand angepaßt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Anschlagmittel ferner aufweisen:

einen ersten zylindrischen Abschnitt (78) unterhalb der Oberfläche (62), ein erstes Paar darin ausgebildeter paralleler Schlitze (80a,80b) und eine Durchgangsbohrung (70,72, 74) darin, wobei der Druckschalter ferner aufweist:

einen Schalter (90) mit einem oberen Gehäuseteil (92), einem unteren Gehäuseteil (94), ersten und zweiten elektrischen Kontaktstücken (86a,96b) und einem Betätigungsstift (98),

wobei das obere Gehäuseteil (92) einen zylindrischen Hohlabschnitt (100) besitzt, der gleitend über den ersten zylindrischen Abschnitt (78) mit einem zweiten Paar gegenüberliegenden Schlitze (112a,112b) paßt, wobei der erste und zweite zylindrische Abschnitt (78,100) lösbar aneinander mit einer Klammer (150) befestigt sind, die in dem ersten und zweiten Paar von Schlitzen (80a,80b; 112a,112b) einsitzt, wobei das obere Gehäuseteil ferner einander gegenüberliegend erste und zweite Ausschnitte (110a,110b) und zwei Sätze von nach außen reichenden, einander gegenüberliegenden Paßstiften (108a bis 108d) aufweist;

das erste elektrische Kontaktstück einen ersten Kontaktabschnitt und einen erste Quersteg mit ersten Öffnungen nahe jeweils seinem Ende aufweist, der erste Kontaktabschnitt in einem ersten der Ausschnitte des oberen Gehäuseteils einsitzt und die Öffnungen des ersten Quersteges von einem ersten Satz Paßstifte besetzt sind;

das zweite elektrische Kontaktstück (96b) einen zweiten Kontaktabschnitt und einen zweiten Quersteg mit zweiten Öffnungen nahe jedem Ende aufweist, wobei der zweite Kontaktabschnitt in einem zweiten der Ausschnitte (110a,110b) einsitzt, die zweiten Öffnungen von einem zweiten Satz Paßstifte besetzt sind und das zweite elektrische Kontaktstück vom ersten elektrischen Kontaktstück beabstandet ist, der Betätigungsstift (98) ist lose in der Durchgangsbohrung (70,72,74) aufgenommen und leicht vom ersten elektrischen Kontaktstück (96a) in Richtung Membran (40) vorgespannt, wobei der Stift (98) von der Membran entgegen der Vorspannung des ersten elektrischen Kontaktstückes bewegbar ist, um das erste elektrische Kontaktstück vom zweiten elektrischen Kontaktstück (96b) zu trennen.

2. Anordnung nach Anspruch 1, bei der die ersten und zweiten Ausschnitte (110a,110b) gegeneinander versetzt angeordnet sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1, bei der das untere Gehäuseteil (94) mehrere Öffnungen zur Aufnahme der ersten und zweiten Sätze von Paßstiften (108a bis 108d) aufweist, sowie nach oben reichende Flansche (144a,144b), die in die ersten und zweiten Ausschnitte (110a,110b) passen, um die ersten und zweiten elektrischen Kontaktstücke (96a,96b) dazwischen einzuklemmen.

4. Anordnung nach Anspruch 2, bei der die Öffnungen (130a,130b) im ersten Quersteg (122) gegenüber dem ersten Kontaktabschnitt versetzt angeordnet sind.

5. Anordnung nach Anspruch 2, bei der die Öffnungen (136a,136b) im zweiten Quersteg (134) relativ zum zweiten Kontaktabschnitt versetzt angeordnet sind.