DE3725758C1

DE3725758C1 -

Info

Publication number: DE3725758C1
Application number: DE3725758A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Dipl.-Ing. 7032 Sindelfingen De Andres; Heinz W. Dipl.-Ing. 7000 Stuttgart De Knoll; Volker Dipl.-Ing. 7031 Aidlingen De Petri; Harald Dipl.-Ing. 7000 Stuttgart De Pfistner
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 1987-08-04
Filing date: 1987-08-04
Publication date: 1988-09-01
Also published as: FR2619222B1; FR2619222A1; US4900925A; IT8848254A0; GB2207752A; GB2207752B; SE8802811L; JPH0672898B2; IT1224863B; SE8802811D0; SE462875B; JPS6454362A; GB8818325D0

Description

Die Erfindung betrifft einen Beschleunigungsaufnehmer gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1, welcher aus der DE 35 40 948 A1, Fig. 6, bekannt ist. Einen vergleich baren Beschleunigungsaufnehmer zeigt auch die WO 85/04 627.

Des weiteren ist ein Beschleunigungsaufnehmer bekannt (DE 33 13 033 C1; DE 34 02 387 C2), bei welchem ein Trägheits körper durch einen Permanentmagnet in Ruhelage gehalten wird.

Während bei Systemen mit mechanischer Kontaktgabe es als nachteilig angesehen werden kann, daß die Kontakte während der Lebensdauer des Systems verschmutzen, korrodieren etc. können und dadurch im Bedarfsfall die Funktion des Schalters nicht mehr gewährleistet sein kann, kann bei den bekannten Systemen mit optoelektronischer Abtastung als nachteilig erachtet werden, daß sie ein quasianaloges Schaltverhalten besitzen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen gattungsgemäßen Beschleunigungsaufnehmer so auszubilden, daß er über seine Lebensdauer besonders zuverlässig arbeitet und bei Ein wirkung einer Beschleunigung ein quasidigitales Signal mit einer hohen Flankensteilheit erzeugt.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Beschleuni gungsaufnehmer erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Beschleunigungsaufnehmers sind durch die Merkmale der Unteransprüche gekennzeichnet.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 in schematischer Darstellung einen erfindungs gemäßen Beschleunigungsaufnehmer,

Fig. 2 den Beschleunigungsaufnehmer nach Fig. 1 in ausgelenkter Stellung,

Fig. 3 bis 5 jeweils eine alternative Ausgestaltung des Be schleunigungsaufnehmers in vereinfachter Dar stellung und

Fig. 6 in schematischer Darstellung ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Beschleunigungsaufnehmers.

Der in Fig. 1 dargestellte Beschleunigungsaufnehmer 1 weist ein hohlzylinderförmiges Gehäuse 2 - vorzugsweise aus Kunststoff oder Gummi - mit einer Gehäuseausnehmung 3 auf, in welcher der als seismische Masse dienende Träg heitskörper 4 angeordnet ist. Der Trägheitskörper 4 ist rotationssymmetrisch und doppelkegelstumpfförmig ausge bildet, mit einer durchgehenden Längsbohrung 5 versehen und besteht aus weichmagnetischem Werkstoff. Zur Sensierung sehr kleiner Beschleunigungen kann der Trägheitskörper 4 aber auch aus nichtmagnetischem Werkstoff - wie Kunststoff oder Aluminium - bestehen, wobei er aber dann mindestens an seiner Stirnseite 4.1 mit einer weichmagnetischen Auf lage 6 versehen ist, beispielsweise als Folie, Plättchen oder Beschichtung ausgebildet. An seiner unteren Stirn seite 4.1 weist der Trägheitskörper 4 ferner eine plane Lagerbasis 4.2 mit dem Durchmesser d auf, mit welcher er auf einem sich rechtwinklig zur Längsbohrung 5 erstrecken den, als Ringpermanentmagnet 7.1 ausgebildeten Auflager 7 gelagert ist, welches eine mit der Längsbohrung 5 korrespondierende Durchgangsbohrung 8 aufweist. Ersichtlich ist der Durchmesser d der Lagerbasis 4.2 wesentlich kleiner als der Durchmesser der Stirnseite 4.1, welche ausgehend von der planen Lagerbasis 4.2 gegenüber dem planen Ring permanentmagnet 7.1 einen sich radial öffnenden Ringspalt 9 mit dem Öffnungswinkel α begrenzt.

Ferner ist in Fig. 1 die Anordnung des optoelektronischen Systems dargestellt. Auf der Achse der Längsbohrung 5 liegend ist in der oberen Gehäusestirnwand 2.1 auf einem Bauteil 10, beispielsweise einem Halbleiterchip, ein Sender 11 und ein Empfänger 12 als Reflexsensor 13 so an geordnet, daß in Ruhelage des Trägheitskörpers 4 ein sehr scharf gebündelter Lichtstrahl 11.1 durch die Längs bohrung 5 und die mit dieser übereinstimmende Durchgangs bohrung 8 auf einen unterhalb des Ringpermanentmagnets 7.1 im Gehäuseboden 2.2 angeordneten Reflexkörper 14, bei spielsweise eine reflektierende Folie, trifft und von diesem zum Empfänger 12 zurückgeworfen wird. Ferner ist in der Gehäuseausnehmung 3 in Höhe vom Ende des Träg heitskörpers 4 ein Aufprall-Dämpfer 15 angeordnet - beispielsweise als O-Ring, Schaumstoffring oder Ring wulst bei elastischer Ausbildung des Gehäuses ausge bildet -, welcher neben einer Verhinderung des Prellens auch eine Begrenzung des Kippwinkels des Trägheitskörpers zur Aufgabe hat.

Durch die besondere Gestaltung der Stirnseite 4.1 des weichmagnetische Eigenschaften aufweisenden Trägheits körpers 4 wird derselbe vom Ringpermanentmagnet 7.1 nicht nur mit einer bestimmten Haltekraft fixiert, sondern auch in seiner Symmetrieachse zentriert und es wird durch die relativ große Oberfläche des Magnets und seine symmetrisch verlaufenden Feldlinien ein Taumeln bzw. Rotieren des Trägheitskörpers beim Kippvorgang verhindert.

Die Verwendung des optoelektronischen Systems 13, 14 bietet den Vorteil, daß eine ständige Überprüfung des Be schleunigungsaufnehmers während seiner Lebensdauer er möglicht wird.

Wird nun in der Anwendung des Beschleunigungsaufnehmers eine vorgegebene Beschleunigungsamplitude in der x/y-Ebene überschritten, so ist durch die relativ dünne Längsbohrung 5 gewährleistet, daß bei der geringsten Auslenkung des Träg heitskörpers 4 aus der Symmetrieachse (= optische Achse) - siehe auch Fig. 2 - der Strahlengang unterbrochen und somit ein Auslösesteuersignal initiiert wird. Hierbei wird der geforderte "Schnappeffekt" für ein quasidigitales Signal beim Überschreiten des vorgegebenen Beschleunigungs schwellwertes ebenfalls durch die besondere Gestaltung der Stirnseite 4.1 des Trägheitskörpers 4 im Zusammenwirken mit dem Ringpermanentmagnet 7.1 erreicht und zwar unter Ausnutzung des physikalischen Grundsatzes, wonach die magnetische Anziehungskraft zwischen zwei Körpern mit dem Quadrat ihrer Entfernung (Luftspalt) abnimmt. Wie aus der Fig. 2 ersichtlich ist, kippt beim Überschreiten der vorge gebenen Beschleunigungsamplitude in irgendeiner Richtung der Trägheitskörper 4 aus seiner Ruhelage über einen auf dem Durchmesser d der Lagerbasis 4.2 liegenden Kippunkt K ab, wobei seine Lagerbasis 4.2 und das Segment 4.1.1 der Stirn fläche 4.1 (gekreuzt schraffiert) vom Permanentmagnet 7.1 abhebt. Die quadratische Abhängigkeit von magnetischer An ziehungskraft und Luftspalt bewirkt im Zusammenwirken mit dem radial sich öffnenden Ringspalt 9, daß die magnetische Anziehungskraft am sich vom Magnet 7.1 wegbewegenden Seg ment 4.1.1 überproportional abnimmt, hingegen am sich dem Magnet annähernden Segment 4.1.2 (schräg schraffiert) zu nehmend größer wird, d. h. dieses Segment zunehmend stärker angezogen wird. Hat sich also der Trägheitskörper 4 erst einmal aus seiner Ruhelage gelöst, so wird durch die be schriebenen magnetischen Verhältnisse der Kippvorgang ver stärkt bzw. beschleunigt und durch diesen "Schnappeffekt" ein quasidigitales Schaltverhalten erzielt.

Ein gleiches Schaltverhalten wird auch mit der Ausführung nach Fig. 3 erzielt, bei welchem die Oberseite 7.1.1 des Ringpermanentmagnets 7.1 ausgehend von der planen Lager basis 4.2 gegenüber der planen Stirnseite 4.1 des Träg heitskörpers 4 den sich radial öffnenden Ringspalt 9 be grenzt. Alternativ zeigt diese Figur noch, daß der Aufprall- Dämpfer 15 statt am Gehäuse auch am Trägheitskörper 4 selbst angeordnet sein kann.

Fig. 4 zeigt einen tonnenförmigen und Fig. 5 einen kegel stumpfförmigen Trägheitskörper 4, wobei die Form je nach geforderter Schaltschwelle und Schaltqualität - abhängig von der Lage des Schwerpunktes des Trägheitskörpers und der Größe der Fläche der Lagerbasis - gewählt werden kann.

Während in Fig. 1 der Reflexsensor 13 in der oberen Ge häusestirnwand 2.1 und der Reflexkörper 14 im Gehäuse boden 2.2 angeordnet sind, ist auch eine vertauschte An ordnung möglich, mit dem Vorteil, daß eine Montage des Beschleunigungsaufnehmers 1 auf einer Leiterplatte ver einfacht wird, indem die dann nach unten gerichteten Kontaktpins 10.1 des Bauteils 10 gleichzeitig zur steck baren Fixierung des gesamten Beschleunigungsaufnehmers auf der Leiterplatte dienen. Grundsätzlich kann jedoch auch noch die gesamte Auswerteelektronik 17, beispiels weise ein Zeitglied, ein Monoflop und elektronische Schalter, in das Gehäuse 2 integriert sein, so daß sich insgesamt eine sehr kompakte Bauweise ergibt.

Unter Verzicht auf einen Reflexsensor kann auch nur ein Sender 11 einerseits und ein Empfänger 12 andererseits der Längsbohrung 5 im Gehäuse 2 angeordnet sein, wie dies bei dem Beschleunigungsaufnehmer 1 nach Fig. 6 dar gestellt ist. Abweichend von den Ausführungsbeispielen nach Fig. 1 bis 5 weist hierbei der Trägheitskörper 4 an seiner unteren Stirnseite 4.1 im Bereich der Längs bohrung 5 eine muldenförmige Aussparung 16 auf, in die ein entsprechend geformter Gehäusefortsatz 2.3 mit einer mit der Längsbohrung 5 übereinstimmenden Durchgangs bohrung 8.1 hineinragt und auf welchem ferner der Ring permanentmagnet 7.1 angeordnet ist. Auf dem Ringpermanent magnet 7.1 ist der Trägheitskörper 4 mit einer planen, kreisringförmigen Lagerbasis 4.2 mit dem Durchmesser d gelagert, wobei die Stirnseite 4.1 - ausgehend von der Lagerbasis 4.2 - gegenüber dem planen Ringpermanentmagnet 7.1 einen sich radial öffnenden Ringspalt 9 mit dem Öffnungswinkel α begrenzt.

Die besondere Ausbildung des Trägheitskörpers 4 mit einer Aussparung 16 und des Gehäuses 2 mit einem Gehäusefort satz 2.3 dient dem Zweck, nach dem Kippen des Trägheits körpers diesen wieder exakt in seine Ruhelage zurückzu führen und eventuell ein Verklemmen des Trägheitskörpers im Gehäuse sicher zu verhindern.

Generell kann durch die Wahl der Größen am Trägheitskörper und/oder Ringpermanentmagnet - beispielsweise die Größe des sich umgekehrt proportional zur Länge des Trägheitskörpers verhaltenden Öffnungswinkel α, des Durchmessers d der Lagerbasis etc. - die Ansprechschwelle und besonders die Schaltcharakteristik des omnidirektional ansprechenden Beschleunigungsaufnehmers manipuliert werden. In vor teilhafter Weise ist jedoch der Durchmesser d der Lager basis 4.2 zum Durchmesser der Stirnseite 4.1 im Ver hältnis 1 : 1,5 bis 1 : 5 gewählt.

Claims

1. Beschleunigungsaufnehmer,
insbesondere zum selbsttätigen Auslösen von Insassenschutz vorrichtungen in Kraftfahrzeugen bei einem Unfall,
mit einem Gehäuse, in dessen Gehäuseausnehmung ein als seismische Masse dienender rotationssymmetrischer, länglicher Trägheitskörper angeordnet ist,
welcher zum einen eine durchgehende Längsbohrung aufweist, die in Ruhelage des Trägheitskörpers einen Strahlengang von einem Sender zu einem Empfänger erlaubt,
und welcher zum anderen an einer Stirnseite eine Lagerbasis aufweist, mit welcher er auf einem sich rechtwinklig zur Längsbohrung erstreckenden und eine mit dieser korrespon dierende Durchgangsbohrung aufweisenden Auflager derart ge lagert ist, daß er bei Überschreiten einer vorgegebenen Be schleunigungsamplitude um einen Kippunkt der Lagerbasis ausgelenkt und hierbei durch Unterbrechung des Strahlen ganges ein Auslösesteuersignal initiiert wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Trägheitskörper (4) weichmagnetische Eigenschaften aufweist
und das Auflager (7) als Ringpermanentmagnet (7.1) aus gebildet ist,
daß der Durchmesser des Ringpermanentmagnets (7.1) in etwa dem Durchmesser der Stirnseite (4.1) des Trägheits körpers (4) entspricht, hingegen der Durchmesser (d) der Lagerbasis (4.2) kleiner als der Durchmesser der Stirn seite (4.1) ist,
wobei ausgehend von der auf dem Ringpermanentmagnet (7.1) plan lagernden Lagerbasis (4.2) zwischen der Stirnseite (4.1) und dem Ringpermanentmagnet (7.1) ein sich radial öffnender Ringspalt (9) gebildet ist.

2. Beschleunigungsaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägheitskörper (4) aus einem nichtmagnetischen Werkstoff - wie Kunststoff oder Aluminium - besteht und mindestens an seiner Stirnseite (4.1) mit einer weichmagnetischen Auflage (6) versehen ist.

3. Beschleunigungsaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnseite (4.1) des Trägheitskörpers (4) aus gehend von der planen Lagerbasis (4.2) gegenüber dem planen Ringpermanentmagnet (7.1) den sich radial öffnenden Ringspalt (9) begrenzt.

4. Beschleunigungsaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberseite (7.1.1) des Ringpermanentmagnets (7.1) ausgehend von der planen Lagerbasis (4.2) gegenüber der planen Stirnseite (4.1) den sich radial öffnenden Ring spalt (9) begrenzt (Fig. 3).

5. Beschleunigungsaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägheitskörper (4) an seinem der Stirnseite (4.1) gegenüberliegenden Ende einen Aufprall-Dämpfer (15) trägt (Fig. 3).

6. Beschleunigungsaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Gehäuseausnehmung (3) in Höhe vom Ende des Trägheitskörpers (4) ein Aufprall-Dämpfer (15) ange ordnet ist.

7. Beschleunigungsaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (2) aus einem nichtmetallischen elasti schen Werkstoff - wie Gummi - besteht.

8. Beschleunigungsaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Sender (11) und Empfänger (12) in Verlängerung der Längsbohrung (5) sich gegenüberliegend im Gehäuse (2, 2.1, 2.2) angeordnet sind (Fig. 6).

9. Beschleunigungsaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Sender (11) und Empfänger (12) als Reflexsensor (13) ausgebildet sind, welcher in Verlängerung der Längs bohrung (5) einem Reflexkörper (14) gegenüberliegend im Gehäuse (2) angeordnet ist (Fig. 1).

10. Beschleunigungsaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Durchmesser (d) der Lagerbasis (4.2) zum Durchmesser der Stirnseite (4.1) in etwa 1 : 1,5 bis 1 : 5 verhält.

11. Beschleunigungsaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Öffnungswinkel ( α ) des Ringspaltes (9) umgekehrt proportional zur Länge des Trägheitskörpers (4) verhält.

12. Beschleunigungsaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägheitskörper (4) kegelstumpf-, doppelkegel stumpf- oder tonnenförmig gestaltet ist.

13. Beschleunigungsaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägheitskörper (4) an seiner unteren Stirnseite (4.1) im Bereich der Längsbohrung (5) eine muldenförmige Aussparung (16) aufweist, in die ein entsprechend ge formter Gehäusefortsatz (2.3) hineinragt.

14. Beschleunigungsaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die Gehäuseausnehmung (3) des Gehäuses (2) des weiteren die Auswerteelektronik (17) des Beschleunigungs aufnehmers integriert ist.

15. Beschleunigungsaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Beschleunigungsaufnehmer mittels eines Bauteils (10, 10.1) steckbar mit einer Leiterplatte bzw. einem Strom versorgungsanschluß verbindbar ist.