DE3140363A1

DE3140363A1 - Durch traegheit betaetigbare elektrische energiequelle

Info

Publication number: DE3140363A1
Application number: DE19813140363
Authority: DE
Inventors: Clayton J. East Aurora N.Y. Schneider jun.
Original assignee: Calspan Corp
Current assignee: Calspan Corp
Priority date: 1980-10-14
Filing date: 1981-10-10
Publication date: 1982-08-05
Also published as: US4331848A

Description

."'"■s .'-. 3U0363

Durch Trägheit betätigbare elektrische Energiequelle

Das technische Anwendungsgebiet der Erfindung sind Beschleunigungsmesser und insbesondere Trägheitsmassenschaltvorrichtungen.

Es ist häufig erwünscht, eine elektrische Schaltung dann "einzuschalten" {"zünden" und "aktivieren" sind ebenfalls häufig verwendete synonyme Begriffe), wenn eine verhältnismäßig plötzliche und abrupte Geschwindigkeitsveränderung auftritt, d„ho eine Beschleunigung auftritt, die größer als ein vorbestimmter Betrag ist_o Der Begriff "Beschleunigung" wird hier verwendet, um sowohl die positive als auch die negative Beschleunigung einzuschließen» Deshalb ist eine Abbremsung eine negative Beschleunigung, wobei sich der Geschwindigkeitsvektor noch in derselben Richtung bewegt. Die Trägheitskraft ist diejenige Tendenz eines Körpers, der Beschleunigung zu widerstehenο Die durch Trägheit betätigbare elektrische Energiequelle gemäß der Erfindung sieht eine Spannung an zwei Außenanschlüssen vor, wenn eine Beschleunigung einer bestimmten Größe auftritt» Allgemein sind durch Trägheitskräfte bzw. Trägheitsmassen aktivierbare Vorrichtungen bekanntο Die Verwendung einer Trägheitsvorrichtung zur Aktivierung von Rückhalte-Luftsäcken, die sich beim Zusammenstoß bzw. Unfall eines Kraftfahrzeuges aufblasen, stellt hier ein bekanntes typisches Beispiel dar» Der Begriff "rücksetzbetätigt" ("set back-actuated") wird häufig auf Vorrichtungen angewendet, die einen Vorwärtsschub oder eine positive Beschleunigung abfühlen, während der Begriff "stoßbetätigt" häufig auf ähnliche Vorrichtungen angewendet wird, die ein plötzliches Verlangsamen oder Anhalten abfühlun_f d.h. eine Äbbremsung oder negative Beschleunigung. Typische Beispiele der erstgenannten Vorrichtungen sind solche zum Äbfühlen des Startens von Flugzeugen, Geschossen und Projektilen, während typische Beispiele für die letztgenannten Vorrichtungen Kollisionsabfühlvorrichtungen sind,

Vorrichtungen zum Abfühlen der Handhabungslast überschüssiger Packungen und Vorrichtungen, welche durch Sicherheitsleuchtfeuer betätigt sind.

Im allgemeinen werden Trägheitsvorrichtungen nach der Anzahl der G's klassifiziert, die zu ihrer Betätigung erforderlich sind, wobei G die Erdbeschleunigung unter Normalbedingungen auf der Erdoberfläche ist. Im allgemeinen können Trägheitsvorrichtungen entweder für positive G-Kräfte oder negative G-Kräfte dadurch verwendet werden, daß sie lediglich herumgedreht werden. In einigen Fällen kann es erwünscht sein, eine gewisse Kalibrierveränderung wegen der Veränderung der statischen Last in Betracht zu ziehen.

Eine durch Trägheitskraft betätigbare Vorrichtung muß im allgemeinen sehr grob und zuverlässig sein. Sehr häufig müssen diese Vorrichtungen Stoßkräften widerstehen können und auch nach Erleiden von Stoßkräften noch weiter arbeiten können, die um das Vielfache größer sind als die, bei welchen sie anfänglich arbeiten. Viele herkömmliche Vorrichtungen sind ziemlich komplex, und ihre Zuverlässigkeit, Stößen zu widerstehen, die größer sind als diejenigen, die sie abfühlen sollen, ist relativ gering. Im allgemeinen sind bekannte durch Trägheit betätigte Energiequellen nur Träghextsschalter, die durch Leitungen mit einer Batterie verbunden sind, die jeweils Stoßschutz erfordern.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine durch Trägheit betätigbare elektrische Energiequelle vorzusehen, bei welcher eine Batterie, zusätzlich zur Zufuhr der elektrischen Energie auch das Betätigungselement beim Abfühlen der Beschleunigung ist.

Zweckmäßig ist es erfindungsgemäß, wenn die trägheitsbetätigte Energiequelle extrem grob und zuverlässig ist und leicht auf verschiedene Erdbeschleunigungsbetätigungskräfte einstellbar ist.

Zweckmäßig ist es auch, wenn die durch die träge Masse betätigte elektrische Energiequelle nach der Betätigung oder Erregung in der eingeschalteten Position verklinkt wird.

Mit Vorteil hat die Vorrichtung gemäß der Erfindung eine wirkungsvolle Aktion und Tätigkeit und ist ohne Vibrieren entweder ein- oder ausgeschaltet, oder die inneren elektrischen Stromkreise der Vorrichtung werden entweder teilweise oder intermittierend kontaktiert„

Bei der Trägheitsvorrichtung gemäß der Erfindung ist es ferner bevorzugt, wenn das sich bewegende Element leicht gedämpft oder abgefedert werden kann, um seine Vorwärtsbewegung zum Ende seines Laufweges hin anzuhalten, wodurch eine unerwünschte Beschädigung durch Stoß verhindert wird.

In weiterer zweckmäßiger Weise hat die durch die Trägheitsmasse betätigbare elektrische Energiequelle extrem wenige Teile, ist einfach aufgebaut und wirtschaftlich herzustellen.

Mit Vorteil ist durch die Maßnahmen der Erfindung eine grobe, zuverlässige, unabhängige, d.h. in sich abgeschlossene, trägheitsbetätigte Energiequelle vorgesehen, die leicht auf vorbestimmte Betätigungs-G-Kräfte einstellbar ist. Die Vorrichtung hat ferner ein .geringes elektrisches "Rauschen", besitzt nicht einen Undefinierten, unscharfen oder verschwommenen Betriebszustand, und wenn sie einmal betätigt ist, ist die Vorrichtung in der betätigten Position ("ein") verriegelt.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der vorliegenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles in Verbindung mit den Zeichnungen» Es zeigen

Fig. 1 eine schematische bildliche Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 einen Seitenschnitt der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform und

Fig. 3 einen Schnitt von vorn durch die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform der Erfindung. 5

Fig. 1 zeigt eine typische bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Das Gehäuse 11 der Vorrichtung ist in üblicher Weise an dem Aufbau angebracht, welcher der Beschleunigung unterzogen wird. An den Anschlüssen 13 und 15 befindet sich so lange keine Spannung, bis das Gehäuse 11 (und der Aufbau, an welchem es angebracht ist) eine Beschleunigung 17 bestimmter Größe erfährt. Bei der bestimmten Größe der Beschleunigung erscheint eine Ausgangsspannung zur Schaffung elektrischer Energie zwischen den Anschlüssen 13 und 15. Diese Spannung und elektrische Energie bleibt nach der Beschleunigung bestehen, welche ihre Betätigung oder ihr Einschalten hervorruft, sie nimmt zu, sie verringert sich, ■ oder sie hört auf. Der Innenaufbau der Vorrichtung sorgt für einen Stoßschutz gegen Beschleunigungs- oder Bremskräfte, die um das Vielfache größer sind als diejenigen, welche zur Betätigung der Vorrichtung erforderlich sind.

Gemäß den Fig. 2 und 3 hat die durch Trägheit betätigbare elektrische Energiequelle 11 eine unabhängige, d.h. isolierte bzw. in sich geschlossene Batterie 19, wie z.B. eine gewöhnliche Silber-, Quecksilber-, Alkalizelle oder dergleichen, die auch als ein sich bewegendes Element eines Trägheitssensors arbeitet. Die Zelle oder Batterie, wie sie gewöhnlich genannt wird, ist in dem länglichen Hohlraum des Gehäuses 1 enthalten. Das Material, aus welchem das Gehäuse hergestellt ist, ist nicht kritisch. Es sollte grob sein und nicht die Batterie kurzschließen. Ein Hochstoßphenolmaterial, wie es bei gedruckten Schaltungen für die Karte oder Platte verwendet wird, ist im allgemeinen geeignet.

Eine zweckmäßige Ausführungsform der Erfindung kann aus einer auf einer Seite mit Kupfer plattierten, isolierenden Platte mit einer Kupferbeschichtung auf der Außenseite des Gehäuses hergestellt werden. Ein Gehäuse kann leicht durch

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S Löten erstellt werdeft, und es kann auch an anderen Aufbauten durch Löten angebracht werden. Die Kupferplattierung muß in den Bereichen neben den Anschlüssen entfernt werden, um einen Kurzschluß der Ausgangsspannung zu verhindern«

Unter ausreichender Abwärtsbeschleunigung .(gemäß der Darstellung) gleitet die Batterie infolge ihrer Trägheit oder ihrer trägen Masse aus ihrer anfänglichen Stellung 19 im unteren Ende des Hohlraumes zu einer Position 23 im oberen

[0 Ende des Hohlraumes. Hierbei verkeilt sie sich zwischen den Federkontakten 25 und 27, und die Batteriespannung liegt dann an den Anschlüssen 13 und 15. Bevor die Batterie sich jedoch in der gewünschten Weise bewegen kann, muß sie einen Scherkörper 29 abscheren. Ein kleiner Kupferdraht ist ein

IS geeigneter Scherkörper. Der Scherdraht ist in herkömmlicher Weise an seinen Enden 31 und 33 an der Kupferoberfläche der Platte angelötet. Kennt man die Scherkonstante des Drahtmaterials , die Masse der Batterie und die gewünschte Betätigungs-G-Kraft, dann kann der Durchmesser des Drahtes leicht

EO berechnet werden. Wie es jedoch bei vielen solcher und ähnlicher Vorrichtungen üblich ist, ist der berechnete Wert im wesentlichen eine erste Näherung, und exakte Größen können später bestimmt werden, und zwar in Abhängigkeit von verwendeten Herstellungstoleranzen und anderen Variablen.

Man muß beachten, daß der Kontakt der Batterie mit dem Draht nicht ein ideales Scheren ist und daß die Zugspannung infolge notwendiger Seitenfreiräume zwischen Batterie und Gehäuse auch zugegen ist. Die Größe der für die Aktivierung oder Einschaltung der Vorrichtung erforderlichen Beschleunigung kann leicht dadurch eingestellt werden, daß nur die Größe des Scherdrahtes geändert wird, um ihn für die gewünschte Anwendung passend zu machen.

Eine Federklinke 35 drückt sich leicht in eine Ausnehmung 37, sobald sich die-Batterie aus ihrer unteren in die obere Position bewegt, und das Vorbeibewegen der Batterie wird hierdurch möglich. Nachdem die Batterie an dem Riegel oder an der Klinke vorbeigelaufen ist, bewegt sich die Klinke

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-ιοί wieder zurück heraus und hindert die Batterie daran, daß sie sich aus den Kontakten wieder herausbewegt/ nachdem einmal ein Kontakt hergestellt war.

Die tragheitsbetätigten Energiequellen, wie sie z.B. beschrieben, sind, sind häufig so ausgestaltet, daß sie beispielsweise bei einer Kraft von 10 G arbeiten, aber selbst dann weiter arbeiten müssen, wenn die Beschleunigungskräfte auf einige hundert G's ansteigen. Ein neues Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die Batterie, welche die elektrische Kraft vorsieht, bei ihrer Funktion des Schaffens eines sich bewegenden Trägheitselementes auch einem Selbstschutz gegen übermäßigen Stoß unterzogen wird, der sonst die Batterie beschädigen könnte, oder es sind zumindest zusätzliche Bestandteile erforderlich, um die Batterie gegen Beschädigung körperlich zu schützen. Dieser Stoßschutz wird zunächst dadurch erreicht, daß die Batterie beim Abcheren des Drahtes 29 eine Rückhaltekraft erfährt und zweitens durch die zusätzliche Rückhaltetätigkeit, welche durch das Verkeilen geschaffen wird, so-'bald die elektrischen Kontaktflächen 39 und 41 der Batterie mit den Federkontakten 25 und 27 in Eingriff treten und in diese hineingleiten. Zwar' trägt die Klinkenfeder 35 zum Anhalten der Bewegung der Batterie bei, dies ist im allgemeinen aber vergleichsweise vernachlässigbar. Wenn ein weiteres Dämpfen oder Abfedern der Batterie notwendig ist, könnte ein Absorptionsmaterial, wie z.B. Kautschuk, an der Oberfläche 43 am oberen Ende des Hohlraumes anzementiert werden.

Claims

Dlpl.-Chem. Dr. Dieter Weber . Dipl.-Pb.ye. Klaus Selffert Postfach ΘΙ-äS · 6200 Wiesbaden

Deutsches Patentamt Zweibrückenstr.

8000 München

D-6200 Wiesbaden I

rAOo SO Tnlafou OOlai/Ö7 27JJ0

Teloai 4-)HU207

Postscheck ι Frankfurt/Mreln O7B.S-6O2 Bank: Dresdner Bank AG, Wiesbaden, Kanto-Nr, 27Θ807 (BLZ 5108CO(K))

7027

7. Oktober 1981 Sf/Wh

10

15

Calspan Corporation, Buffalo, New York, USA

Durch Trägheit betätigbare elektrische Energiequelle

Priorität: Serial No. 196 992 vom 14. Oktober 1980 in USA

Patentansprüche

20 ( LyDurch Trägheit betätigbare elektrische Energiequelle, gekennzeichnet durch

a) eine Batterie (19) mit einem ersten elektrischen Kontakt (39) und einem zweiten elektrischen Kontakt (41),

b) ein Gehäuse (11) mit einem länglichen Hohlraum (21) mit einem ersten Ende zur Aufnahme der Batterie

(19) in einer ersten Stellung und mit einem zweiten

Ende zur Aufnahme der Batterie (19) in einer zweiten Stellung, wobei die Batterie (19) in dem Hohlraum (21) aus der ersten Stellung in die zweite Stellung bewegbar ist,
c) einen ersten elektrischen Kontakt (25, 13) und einen

zweiten elektrischen Kontakt (27, 15) die in dem zweiten Ende des Hohlraumes (21) für den elektrischen Kon-. takt mit der Battereie (19) angeordnet sind, und zwar mit einem ersten (39) und einem zweiten elektrischen Kontakt (41) der Batterie (19), wenn die Batterie sich in der zweiten Position befindet,

d) Einrichtungen zur Schaffung einer ersten (13) und einer zweiten elektrischen Verbindung (15) außerhalb des Gehäuses (11), wobei jeweils der erste (25) und der zweite elektrische Kontakt (27) im zweiten Ende des Gehäusehohlraumes (21) angeordnet ist, und

e) durch einen Scherkörper (29) , welcher die Batterie

(19) in der ersten Position so lange zurückhält, bis die auf die Batterie (19) wirkende Trägheitskraft die Batterie zum Abscheren des Scherkörpers (29) veranlaßt, wobei sich die Batterie (19) in die zweite Position bewegt, wodurch die elektrische Energie an dem ersten (13) und zweiten äußeren elektrischen Anschluß (15) vorgesehen wird.
2. Elektrische Energiequelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, 'daß der erste (25) und zweite elektrische Kontakt (27) in dem zweiten Ende des Hohlraumes (21) angeordnete Federkontakte sind, die mit den elektrischen Kontakten (39, 41) der bewegbaren Batterie (19) in Gleiteingriff bringbar sind.
3. Elektrische Energiequelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Batterie (19) im wesentlichen zylinderförmig ausgebildet ist, wobei der erste

(39) und der zweite elektrische Kontakt (41) im wesentlichen parallele flache Oberflächen an den Enden des Zylinders sind.

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4. Elektrische Energiequelle; nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet-, daß eine Klinke (35) innerhalb des Gehäuses (11) zum Festhalten der Batterie (19) in der zweiten Stellung vorgesehen ist»

■ !
5= Elektrische Energiequelle! nach einem der Ansprüche T bis 4 j dadurch gekennzeichnet!, daß die Batterie (19) mit dem ersten elektrischen Kontakt (39) und dem zweiten elektrischen Kontakt (41) eine bestimmte Masse hat, so daß die W Energiequelle auf eine Beschleunigung (17) vorbestimmter Größe anspricht, in dem Gehäuse (11) der Hohlraum (21) länglich ist und ein erstfes Ende für die Aufnahme der Batterie (21) in einer erstfen Position sowie ein zweites Ende für die Aufnahme der> Batterie in einer zweiten Po-IS sitiön aufweist, wobei di?e Batterie (19) in dem Hohlraum (21) aus der ersten Stelljung in die zweite Stellung bewegbar ist, daß das Gehäuse (11) bezüglich des Beschleünigungsvektors (17) derart angeordnet ist, daß die Bewegung der Batterie (19) aus der ersten Position in die zweite Position in einer !Richtung entgegengesetzt dem . Beschleunigungsvektor (17|) erfolgt, daß ein erster elek-

-j

trischer Kontakt (25) uno^ ein zweiter elektrischer Kontakt (27) in dem zxveiten'feide des Hohlraumes (21) für eine elektrische Kontaktierung mit der Batterie (19) angeordnet sind,-und zwar mit den ersten und zweiten elektrischen Kontakten (39, 41), wenn die Batterie sich in der zweiten Position befindet, daß eine Einrichtung vorgesehen ist zur Schaffung eines ersten (13) und eines zweiten elektrischen Anschlusses (15) außerhalb des Gehäuses (11), deren jeder'„mit dem ersten (25) bzw. dem zweiten elektrischen Kontakt (27) verbunden ist, die in dem zweiten Ende des Gehausehohlraumes (21) angeordnet sind, und daß der Scherkörper (29) eine bestimmte Brechkraft aufweist zum Halten der Batterie (19) in der ersten Position und zum Abscheren bei einer vorbestimmten Beschleunigungsgröße, wobei sich die Batterie (19) zu der zweiten Stellung bewegt und elektrische Energie an den ersten (13) und zweiten äußeren Anschlüssen (15)

-4-1 vorgesehen wird.
6. Elektrische Energiequelle nach einem der Ansprüche 1 bis

5, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Brech-5 kraft des Scherkörpers (29) näherungsweise die Masse der Batterie (19)/ multipliziert mit der Größe der Beschleunigung (17) ist.