Beschleunigungsgrenzwertschalter |
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| 申请号 | EP84104009.0 | 申请日 | 1984-04-10 | 公开(公告)号 | EP0125493A1 | 公开(公告)日 | 1984-11-21 |
| 申请人 | HELBA Elektronik-Baugruppen GmbH & Co. KG; | 发明人 | Burmester, Heino; | ||||
| 摘要 | Die Erfindung betrifft einen Beschleunigungsgrenzwertschalter mit einem kugelförmigen Trägheitskörper aus ferromagnetischem Material, der von einem Magnetsystem in Ruhestellung gehalten ist und dem zwei voneinander isolierte Kontaktelemente gegenüberstehen, die beim Auftreffen des Trägheitskörpers durch elastische Verformung einer Membran kontaktierbar sind. Bei dem bekannten Schalter greifen die Kontaktbahnen auf einer Leiterplatte fingerartig ineinander. Sie werden beim Ansprechen durch eine leitfähige Membran verbunden. Die Erfindung dient einer weiteren Vereinfachung des Schalters. Erfindungsgemäß besteht die Membran aus einer mit Kontaktmater versehenen Isolierstoffolie, die durch einen Isolierstoffring von einer zweiten Kontaktmater separiert ist. Die zweite Kontaktmater liegt entweder ebenfalls auf einer Folie auf oder sie ist auf den Gehäusedeckel aufgebracht. Die Kontaktteile sind vorzugsweise luftdicht m i teinanderverklebt. |
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| 权利要求 | |||||||
| 说明书全文 | Die Erfindung betrifft einen Beschleunigungsgrenzwertschalter mit einem kugelförmigen Trägheitskörper aus ferromagnetischem Material, der von einem Magnetsystem in Ruhestellung gehalten ist und dem zwei voneinander isolierte Kontaktelemente gegenüberstehen, die beim Auftreffen des Trägheitskörpers durch elastische Verformung einer Membran kontaktierbar sind. Aus der DE-OS 30 22 878 ist ein Beschleunigungsgrenzwertschalter bekannt geworden, der im wesentlichen aus einem Dauermagneten, einer von diesem gehaltenen ferromagnetischen Kugel, einer Leiterplatte mit kammartig ineinandergreifenden Kontaktfingern und einer elastischen, leitfähigen Membran besteht, die zwischen Kugel und Leiterplatte angeordnet ist. Beim Auftreten einer über dem Grenzwert liegenden Beschleunigung reißt die Kugel vom Magneten ab und fliegt dabei infolge ihrer Trägheit gegen die Membran, so daß diese unter Kontaktgabe kurzzeitig die Leiterplatte berührt. Die leitfähige oder mit einem leitfähigen Bereich ausgestattete Membran muß durch die besondere Ausgestaltung eines zweiteiligen Gehäuses gehalten werden. Die Leiterplatte wird in dem Gehäusedeckel durch Kontaktstifte gehalten. Es hat sich herausgestellt, daß die Fertigung der Gehäuse-und Funktionsteile des bekannten Beschleunigungsgrenzwertschalters noch zu lohnintensiv ist. So ist es beispielsweise erforderlich, die Kontaktbahnen der Leiterplatte zu vergolden, damit auch noch nach Jahren der Nichtbeanspruchung unter klimatisch ungünstigen Bedingungen ein sicheres Ansprechen gewährleistet ist. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Zahl der Einzelteile zu verringern, die Gehäuseform zu vereinfachen und die Kontaktflächen mit geringstem Aufwand gegen Korrosion zu sichern. Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, die Steuerbarkeit des Grenzwertschalters noch stärker auszubauen, um aufeinanderfolgende Kontaktschließungen zur Steuerung von Rückhalteeinrichtungen, Warnsystemen oder zur Unfallanalyse elektronisch auszuwerten. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Membran aus einer mit einer Kontaktmater belegten Isolierstoffolie besteht, die durch einen Isolierstoffring im Ruhezustand von einer zweiten Kontaktmater getrennt ist. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand von Fig. 1 - 9 der Zeichnung dargestellt.
In Fig. 1 ist mit 1 ein quaderförmiges oder zylindrisches Gehäuse bezeichnet, das im oberen Teil eine trichterförmige Aussparung 1a aufweist. In dieser Aussparung ist eine ferromagnetische Kugel 2 gelagert, die von einem Dauermagneten 3 festgehalten wird. Der vorzugsweise zylindrische und in Achsrichtung gepolte Magnet 3 wird in einer bodenseitigen öffnung des aus Kunststoff bestehenden Gehäuses befestigt. Vorzugsweise benutzt man einen Thermoplast, der den Magnet durch Verformung der Kante 1b arretiert. Der Boden der trichterförmigen Aussparung 1a ist als Kugelkalotte ausgebildet, so daß die Kugel 2 vom Magneten 3 durch eine gewisse Wandstärke getrennt ist, die als magnetischer Luftspalt wirkt. Die Kugel 2 wird in ihrer Ruheposition lediglich durch die Inhomogenität des magnetischen Streufeldes gehalten. Der mechanische Teil des Schalters besteht somit nur aus Magnet, Kugel und Gehäuse. Mit 9, 10, 11, 12 sind eingepreßte Metallstifte bezeichnet, die der alternativen Befestigung auf einer Leiterplatte dienen. Der elektrische Teil des Schalters wird durch eine teilweise metallisierte Doppelfolie 4 gebildet, die durch den Deckel 5 geschützt ist. Der vorzugsweise als Isolierstoffstanzteil ausgebildete Deckel 5 weist ebenso wie die Doppelfolie 4 Durchbrüche auf, durch die angeformte Niete 1c, 1d, bestehend aus dem Werkstoff des Gehäuses, hindurchragen. Diese Niete werden bei der Montage des Schalters thermisch oder mittels Ultraschall verformt. Der Aufbau des elektrischen Teiles des Schalters ergibt sich aus Fig. 2 - 5. Fig. 2 zeigt eine kreisförmige Kunststoffolie 4a mit einer seitlichen Anschlußfahne 4a1 und einer Kontaktmater 4a2. In Fig. 3 ist ein Kreisring 4b dargestellt, der aus zweiseitig klebender Kunststoffolie besteht. In Fig. 4 ist als Gegenstück zu Fig. 2 die Folie mit 4c bezeichnet, die eine seitliche Anschlußfahne 4c1 und eine Kontaktmater 4c2 trägt. Nach dem Verkleben der Teile 4a, 4b und 4c erhält man ein Kontaktelement 4, wie es überhöht gezeichnet in Fig. 5 dargestellt ist. Zwischen den Teilen 4a und 4c bildet sich ein mit Luft gefüllter Hohlraum 6 aus, der durch den Ring 4b gegen die Außenluft völlig abgedichtet ist. In dem Hohlraum 6 stehen sich die Metallschichten in einem Abstand von einigen Zehntel Millimetern gegenüber, so daß eine ausreichende Isolationsstrecke vorliegt. Beim Aufschlag der Kugel wird die untere Folie so weit elastisch verformt, daß kurzzeitig der Kontakt geschlossen wird. Die Teile 4a, 4b und 4c sind ohne Nietlöcher dargestellt. Ihr Durchmesser kann auch kleiner sein als der Nietlochkreis. Die Verformungskennlinie der Folie wird so gewählt, daß lediglich das Gewicht der Kugel noch nicht zur Kontaktgabe führt. Damit wird verhindert, daß der Schalter bei einem auf dem Dach liegenden Fahrzeug Dauerkontakt gibt, was z.B. zur Dauerblockierung des Gurtschlosses führen könnte. Da die Kugel 2 in ihrem Lager durch die Folien 4a, 4b und 4c sowie den Deckel 5 völlig gegen den Außenraum abgedichtet ist und nicht mit ihrer Metalloberfläche an der elektrischen Kontaktierung beteiligt ist, benötigt ihre Oberfläche keine Edelmetallschicht. Abweichend von Fig. 1 - 5 kann man die Kontaktmater 4a2 unmittelbar auf den Deckel 5 aufbringen, so daß dieser als Leiterplatte ausgebildet ist. Der Ansprechwert im Bereich von einigen g hängt stark von der Entfernung zwischen Magnet und Kugel ab. Wenn man die Aufnahmeöffnung für den Dauermagneten als Preßsitz ausbildet, kann man den Magneten in mehreren Stufen einpressen und dabei den Grenzwert messen. Hierdurch läßt sich der Ansprechwert in engen Toleranzen einhalten. Fig. 6 zeigt den kompletten Schalter nach Fig. 1 in der Perspektive. Das Gehäuse 1 besteht aus einem Quader, der in einen Halbzylinder übergeht. Damit steht in allen drei Koordinatenrichtungen mindestens eine ebene Fläche zur Montage auf einer Leiterplatte oder einem Gehäuse zur Verfügung. Das Kontaktsystem 4 hat, abweichend von Fig. 2 - 5, die Form eines Rechtecks mit anschließender Halbkreisfläche. Mit 11, 12, 13, 14 sind eingepreßte Stifte bezeichnet, die durch Einlöten oder Umknicken an einer Leiterplatte oder Gehäusewand fixierbar sind. Die Stifte, von denen in aller Regel nur ein Paar benötigt wird, können aber auch durch angeformte Bolzen aus dem Gehäusewerkstoff ersetzt werden, die nach der Montage zu einem Nietkopf umgeformt werden. Der Deckel 5 ist mit Hilfe der angeformten Nieten 1c, 1d, 1e, 1f so befestigt, daß er nicht schadlos demontiert werden kann. Die Nieten können so verteilt sein, daß sie die Anschlußfahnen 4a1 und 4c1 oder das gesamte Kontaktsystem 4 nicht durchdringen. Im letzteren Fall wäre dann im Gehäuse 1 eine ringförmige Aussparung für das Kontaktsystem 4 vorzusehen, so daß der Deckel 5 unmittelbar auf dem Rand des Gehäuses 1 aufläge. Eine alternative Bauform zeigt Fig. 7. Sie unterscheidet sich von Fig. 1 lediglich dadurch, daß der untere Teil des Gehäuses 1 eine Spule 7 trägt und ein Weicheisenkern 8 an die Stelle des Dauermagneten tritt. Die Spule 7 wird mit dem Einschalten der Zündung des Kraftfahrzeuges an das Bordnetz angeschlossen. Der Auslöse- oder Grenzwert des Schalters kann dann mit Hilfe eines Vorwiderstandes werksseitig leicht eingestellt werden. Es wäre aber auch denkbar, daß man dem Fahrer eine gewisse Einstellmöglichkeit anheimstellt, so daß er z.B. zwischen "Autobahn" und "Geländefahrt" umstellen kann. Dies kann dazu beitragen, eine teure Fehlauslösung eines Aufprallschutzes (Airbag) zu vermeiden. In Fig. 8 ist mit 21 ein vorzugsweise zylindrisches Kunststoffgehäuse bezeichnet, das einen zur Achse CD symmetrischen und trichter- oder kegelstumpfartigen Hohlraum 21a umschließt. In diesem Hohlraum ist ein ferromagnetischer, kugelförmiger Trägheitskörper 22 gelagert. Unter dem Trägheitskörper 22 gelagert. Unter dem Trägheitskörper 22 ist ein zylindrischer ferromagnetischer Kern 23 angeordnet, der von einer Magnetspule 24 umgeben ist. Ober die Spule 24 ist ein-topfartiger ferromagnetischer Rückschluß 25 geschoben, der zur Einstellung des Beschleunigungsgrenzwertes bei bestimmtem Magnetisierungsstrom variierbar sein kann. Kern 23 und Rückschluß 25 sind durch einen aus dem Kernmaterial gebildeten angeformten Niet 23a dauerhaft verbunden. Der Rückschlußtopf 25 stellt zugleich einen mechanischen Schutz für die Spule 24 dar. Der Hohlraum 21a wird nach oben hin durch eine gummielastische Membran 26 mit leitfähiger Mittelzone 26a und eine Leiterplatte 27 abgeschbssen. Die Leiterplatte 27 weist zwei Anschlußstifte 27a und 27b auf, die mit kammartig ineinandergreifenden Leiterstrukturen verbunden sind. Die Membran 26 ist in der Randzone 26b verstärkt, so daß die leitfähige Mittelzone die Leiterplatte im Ruhezustand nicht berührt. Membran 26 und Leiterplatte 27 sind durch den "umgebördelten" Kragen 21h unverlierbar und abdichtend mit dem Gehäuse 21 verbunden. Bei Verwendung eines thermoplastischen Gehäusewerkstoffes kann die Verformung der Randzone 21h mittels Ultraschall erfolgen. Die Membran 26 ist in ihrer Federkennlinie vorzugsweise so steif ausgebildet, daß allein vom Gewicht des Trägheitskörpers 22 noch keine Kontaktgabe ausgelöst wird. Wenn nun das Fahrzeug nach einem Primärstoß auf der Seite oder dem Dach über die Fahrbahnrutscht, erhält man eine Serie von auswertbaren Sekundärimpulsen, nicht jedoch in der Ruhelage einen Dauerkontakt. Im Bereich der Schnittebene AB weist das Gehäuse 21 zwei auf einer optischen Achse liegende Bohrungen 21c, 21d auf. In diese Bohrungen sind Sender 28 und Empfänger 29 einer Lichtschranke eingesetzt, deren optische Achse den kugelförmigen Trägheitskörper 22 in seiner Ruhelage schneidet. Vorzugsweise geht der kegelstumpfartige Hohlraum 21a in eine Kugelkalotte 21b über. Die Bohrungen 21c, 21d können den Bereich der Kugelkalotte 21b durchbrechen, um bei dem benutzten sichtbaren oder infraroten Licht Reflexionsverluste zu vermeiden. Wenn man als Gehäusewerkstoff einen glasklaren Thermoplast verwendet, können die Bohrungen 21c, 21d am Übergang zur Kalotte 21b mit eingeformten optischen Fenstern abgeschlossen sein. Die in sehr kleinen Abmessungen lieferbaren zylindrischen Leucht- und Empfängerdioden werden in den Bohrungen durch Gießharztropfen oder dauerplastische Kittmasse abdichtend befestigt. Die herausgeführten Anschlußdrähte sind mit 28a, 29a bezeichnet. Um zu vermeiden, daß der kugelförmige Trägheitskörper 22 bei tangentialen Stößen in dem Hohlraum 21a auf einer kegelmantelförmigen Spirale umläuft, sind in den Kegelmantel prismenartige Rippen 21e, 21f, 21g eingearbeitet, die ein Trudeln des Trägheitskörpers 22 verhindern oder zumindest stark abbremsen. Eine ähnliche Wirkung wäre durch entsprechende Vertiefungen erzielbar. Der gesamte Beschleunigungsgrenzwertschalter kann mittels der Anschlußstifte 27a, 27b hängend auf einer größeren Leiterplatte befestigt werden. Mit dieser Leiterplatte sind dann auch die Anschlußdrähte 28a, 29a zu verlöten. Fig. 9 zeigt den Querschnitt des Gehäuses 21 und des Trägheitskörpers 22 sowie die Draufsicht auf den Rückschluß 25. In die Bohrungen 21c, 21d sind Sender 28 und Empfänger 29 eingesetzt. Die optische Achse ist mit der Linie EF angedeutet. Die Gebrauchslage des Schalters entspricht der Darstellung, in der die Symmetrieachse CD mit der Vertikalen, also der Schwerkraftrichtung zusammenfällt. Infolge der rotationssymmetrischen Gestaltung des Hohlraumes 21a und des Haltemagneten 23, 24, 25 ist der Ansprechwert für alle auf der Achse CD senkrecht stehenden Beschleunigungsrichtungen gleich. Es hat also - mit anderen Worten - auf den Ansprechwert keinen Einfluß, ob das mit dem Schalter ausgerüstete Fahrzeug von vorn, von hinten oder von der Seite angestoßen wird. Bei Stößen in Richtung der Achse CD ist die Empfindlichkeit allerdings wesentlich größer. Der beschriebene Schalter weist zwei voneinander unabhängige Kontaktsysteme auf. Bei überschreitung der über die Spule 24 einstellbaren magnetischen Haltekraft reißt der Körper 22 ab, so daß nach sehr kurzem Laufweg die Schranke 28, 29 anspricht. Am Ende des Roll- oder Flugweges wird der Kontakt zwischen den Stiften 27a, 27b geschlossen. Der zeitliche Abstand zwischen den Signalen ist beschleunigungsabhängig und liegt in der Größenordnung von Millisekunden. In einer besonders preiswerten Version kann der Elektromagnet 23, 24, 25 durch einen Dauermagneten ersetzt werden. In diesem Falle ist dann die kritische Abreißkraft des Trägheitskörpers für Primär- und Sekundärstöße gleich groß. Die nachgeschaltete Elektronik ist bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung so ausgebildet, daß ein Ausgangssignal erscheint, wenn die Beschleunigung des Primärstoßes größer ist als 6 g und die Lichtschranke 28, 29 länger als 20 ms anspricht. Die Messung dieser Beschleunigungs-Zeit-Fläche ist aber auch über das Kontaktsystem 26, 27 oder über ein Zusammenwirken beider Kontaktsysteme möglich. Durch diese Mindestanforderung an Größe und Zeitdauer einer Beschleunigung wird verhindert, daß z.B. der sehr teure Airbag aufgrund eines sehr harten und kurzen Fahrbahnstoßes auslöst. Während die Lichtschranke den Primärstoß zum frühestmöglichen Zeitpunkt erfaßt, können weitere Ausgangssignale über die Sekundär- und Tertiärstöße von dem Membran-Leiterplatten-Kontakt 26, -27 abgeleitet werden. Damit der Trägheitskörper 22 nach dem Primärstoß nicht sofort wieder vom Magnetsystem eingefangen wird, soll vorzugsweise über die Lichtschranke 28, 29 die Spule 24 abgeschaltet werden. Es kann aber auch zweckmäßig sein, mit Hilfe dieser Lichtschranke den Abreißpunkt des Elektromagneten auf 3, 4 oder 5 g zu reduzieren. Mit einer der Aufgabe angepaßten Auswerteeinrichtung kann man folgendes messen:
Nicht zu unterschätzen ist der Vorteil, daß selbst bei Versagen eines der beiden Kontaktsysteme noch alle Notmaßnahmen einleitbar sind. Das System ist also zweifach redundant. Im übrigen kann der Grenzwertschalter infolge seiner elektromagnetisch geregelten Haltekraft leicht auf die Funktion aller Komponenten geprüft werden. Dazu wird im Rahmen eines Testprogrammes der Haltestrom unterbrochen und der Schalter leicht angestoßen. Damit ist feststellbar, ob beide Kontaktsysteme ansprechen. Zugleich wird hierdurch die Beweglichkeit des Trägheitskörpers und die Funktion des Elektromagneten geprüft. In der vereinfachten Form nach Fig. 1 - 7 hat der Beschleunigungsgrenzwertschalter folgende Aufgaben:
Der optimale Zeitpunkt des Gurtlösebefehls hängt stark vom Hergang des Unfalles ab. Nur bei dem klassischen Auffahrunfall, bei dem das Fahrzeug unmittelbar am Aufprallort zum Stillstand kommt, darf der Gurt etwa 2 - 3 Skunden nach dem Aufprall gelöst werden. Falls das Fahrzeug aber mehrfach aufprallt oder nach dem ersten Stoß schleudert, sich überschlägt oder auf dem Dach weiterrutscht, darf sich der Gurt nicht zu früh öffnen. Der Grenzwertschalter muß somit in der Lage sein, nach dem ersten Ansprechen bei beispielsweise 8 g in den nachfolgenden Sekunden zusätzliche kleinere Beschleunigungen, z.B. zwischen 2 und 4 g zu signalisieren. Dies ist möglich, wenn die Ansprechempfindlichkeit nach der ersten Kontaktgabe vergrößert wird. Hierzu wird in der Bauart nach Fig. 7 der Strom des Elektromagneten reduziert oder abgeschaltet, so daß es bis zum absoluten Fahrzeugstillstand zu mehrfachen Kontaktschließungen kommt. Der Gurtlösebefehl wird erst dann weitergegeben, wenn für eine Mindestzeit von z.B. 2 - 3 Sekunden keine Kontaktgabe erfolgte. Damit wird sicher erreicht, daß die Gurte weder zu früh noch zu spät entriegelt werden. Der beste Weg zur Verwirklichung der Erfindung ist in der Anordnung nach Fig. 8 und 9 zu sehen, weil man mit diesem Sensor ein jedem Fahrzeugtyp optimal angepaßtes Überwachungs- programm aufstellen kann. Der Gegenstand der Erfindung ist dazu bestimmt, serienmäßig in alle Typen von Personenkraftwagen eingebaut zu werden. Aus Kostengründen dürften aber die kompletten überwachungsprogramme den Fahrzeugen der oberen und mittleren Klasse vorbehalten bleiben.
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