Beschleunigungsgrenzwertschalter |
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| 申请号 | EP01113786.6 | 申请日 | 2001-06-06 | 公开(公告)号 | EP1164612A1 | 公开(公告)日 | 2001-12-19 |
| 申请人 | Helbako Elektronik-Baugruppen GmbH & Co.KG; | 发明人 | Burmester, Heino; Burmester, Ralf; | ||||
| 摘要 | Die Erfindung betrifft einen Beschleunigungsgrenzwertschalter mit einem kugelförmigen Trägheitskörper, der von einem Dauermagneten in einer Ruhestellung gehalten wird. Über dem Trägheitskörper ist eine leitfähige Membran befestigt, der eine Leiterplatte gegenüber steht. Bekannt ist es, den Trägheitskörper in einem trichterförmigen Raum zu lagern. Da dieser rotationssymmetrisch ist, gibt es keine bevorzugte Ansprechrichtung. Da für bestimmte Anwendungsfälle eine richtungsabhängige Auslösung gefordert wird, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen derartigen Schalter mit Vorzugsrichtung zu schaffen. Erfindungsgemäß wird der Bewegungsraum des Trägheitskörpers so umgestaltet, dass er nur in einer Richtung zur kontaktgebenden Membran rollen kann. |
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| 权利要求 | |||||||
| 说明书全文 | Gegenstand der Erfindung ist ein Beschleunigungsgrenzwertschalter mit einem kugelförmigen Trägheitskörper, der von einem Dauermagneten in einer Ruhestellung gehalten wird und dem eine elastische, leitfahige Membran und eine Leiterplatte gegenüber stehen, wobei sich im Anregungsfall der Trägheitskörper in Bewegung setzt, auf die Membran auftrifft und zwischen den Leiterbahnen einen Kontakt herstellt. Aus dem europäischen Patent EP 0708467 ist ein derartiger Beschleunigungsgrenzwertschalter bekannt geworden. Dieser Schalter weist einen rotationssymmetrischen Innenraum auf, der unten als Hohlkegelstumpf und oben zylindrisch aufgebaut ist. Der kugelförmige Trägheitskörper wird von einem Dauermagneten gehalten. Bei Stößen in der Horizontalen gibt es keine Vorzugsrichtung. Der Ansprechwert hängt ausschließlich vom Betrag der Beschleunigung ab, nicht aber von der Richtung des Beschleunigungsvektors. Es gibt jedoch Anwendungsfälle, bei denen eine Richtungsabhängigkeit gefordert wird. So könnte z.B. bei Fahrzeugen nach einem Stoß oder Auffahrunfall nachfolgende Rettungs- oder Sicherungsmaßnahmen selektiv davon abhängig gemacht werden, ob der Stoß von vorn oder hinten oder seitlich erfolgt ist. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bekannte Grenzwertschalter so umzugestalten, dass die Auslösung richtungsabhängig erfolgt. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der den Trägheitskörper aufnehmende Hohlraum infolge seiner Formgebung eine richtungsselektive Auslösecharakteristik erhält. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist der Hohlraum drei senkrechte und eine geneigte oder gewölbte Wand auf, so dass der Trägheitskörper nur in Richtung der geneigten Wand hochlaufen kann, um einen Alarmkontakt abzugeben. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand von Fig. 1 - 22 der Zeichnungen beschrieben.
In Fig. 1 ist mit 1 ein vorzugsweise aus Kunststoff hergestelltes Gehäuse bezeichnet, das aus vier Seitenwänden besteht, die in eine quadratische Platte 1a übergehen. Im mittleren Bereich ist an diese Platte ein Hohlkörper angeformt, der unten einen zylindrischen Abschnitt 1b aufweist, in den ein Dauermagnet 2 eingesetzt ist. An den zylindrischen Abschnitt 1b schließt sich eine kegelstumpfförmige Zone 1c an, die in einen vorwiegend rechteckigen Hohlraum 1d übergeht. In diesem Hohlraum ruht ein Trägheitskörper 3, der hier als ferromagnetische Kugel ausgebildet ist. Dieser Trägheitskörper wird von dem Dauermagneten 2 festgehalten. Auf der Platte 1a liegt eine elastische Membran 4. Darüber ist mit geringem Abstand eine Leiterplatte 5 angeordnet. Fig. 2 zeigt die Draufsicht auf die Anordnung ohne die Teile 4 und 5. Die quadratische Platte 1a weist eine Aussparung auf, die durch drei ebene, rechtwinklig aufeinander stoßende Wände und eine gewölbte Wand 1d1 begrenzt ist. Der kugelförmige Trägheitskörper 3 ruht so in seiner aus Kegelstumpf und senkrechten Wänden gebildeten Lagerpfanne, dass er bei seitlichem Stoß nur in Richtung der Wand 1d1 ausweichen kann. Dabei läuft er an der Kegelfläche hoch, bis er durch die Membran 4 und die Leiterplatte 5 abgebremst wird. Der Trägheitskörper 3 presst eine leitfähige, verstärkte Mittelzone 4a der Membran 4 gegen die Leiterplatte 5 und löst so einen Schaltimpuls aus. Fig. 3 zeigt den Schnitt entlang der Linie B-B in Fig. 2. Der Vergleich von Fig. 1 und 3 zeigt, dass die Teile bis auf die abweichende Wand 1d1 symmetrisch aufgebaut sind. Nicht dargestellt wurden konstruktive Hilfsmittel, mit denen die Lage der Membran 4 und der Leiterplatte 5 zum Gehäuse definiert und abgesichert wird. Vorzugsweise wird zwischen der Leiterplatte 5 und dem Gehäuse 1 ein O-Ring angeordnet, der die Funktionsteile vor Staub und Feuchtigkeit schützt. Fig. 4 zeigt auseinandergezogen das Gehäuse 1 mit dem durch die Wände 1d und 1d1 begrenzten Hohlraum, den zylinderförmigen Dauermagneten 2, den kugelförmigen Trägheitskörper 3, die elastische Membran 4 und die Leiterplatte 5. Die Membran 4 kann entweder ganz oder nur im verstärkten Mittelbereich 4a aus einem leitfähigen Elastomer bestehen. Aus Fig. 5 erkennt man, dass das Gehäuse 1 von unten her bis auf den zylindrischen Abschnitt 1b weitgehend hohl ist. Auf der Unterseite der Leiterplatte 5 sieht man zwei kammartig ineinandergreifende Leiterbahnen 5a, 5b. Beim Auslösen des Schalters fließt kurzzeitig über diese Leiterbahnen ein Steuerstromimpuls. Am Ende des Beschleunigungsstoßes wird die Ausgangslage wieder hergestellt, weil der Trägheitskörper in seine Ruhelage zurückfällt, in der er erneut von dem Dauermagneten festgehalten wird. Der Beschleunigungsgrenzwertschalter spricht an, wenn der Stoß in der X-Richtung erfolgt. Ein Stoß genau in -X- oder Y-Richtung wirkt sich nicht aus. Bei Stößen in Richtungen zwischen X- und Y-Achse trägt nur ein entsprechender Stoßanteil zur Auslösung bei. Ein Schaltimpuls wird auch dann gegeben, wenn die Beschleunigung in Richtung der Z-Achse erfolgt. In Fig. 6 ist ein Längsschnitt eines Beschleunigungsgrenzwertschalters dargestellt, der sowohl bei Stößen in Richtung +X als auch -X anspricht. Das Gehäuse 1 weist eine quadratische Platte 1a auf, ferner einen zylindrischen Abschnitt 1b. An diesen Schließt sich ein Kegelstumpf 1c an. Der Trägheitskörper 3 ruht in einem Hohlraum 1d, der zwei parallele Wände und zwei gewölbte Wände 1d1 und 1d2 aufweist. Der Trägheitskörper 3 wird von dem Dauermagneten 2 festgehalten. Bei einer Beschleunigung in Richtung +x oder -x löst sich der Trägheitskörper aus seiner Ruhelage und läuft entweder gegen die gewölbte Wand 1d2 oder 1d1. In beiden Fällen wird die Membran 4 auf die Leiterplatte 5 gepresst und ein Signal ausgelöst. Fig. 7 zeigt, dass der kugelförmige Trägheitskörper 3 bei Stößen entweder nach links oder rechts eine Relativbewegung ausführen kann, die einen Kontaktschluss bewirkt. In dem Schnitt entlang der Linie BB nach Fig. 8 ist eine Übereinstimmung mit Fig. 3 festzustellen. Aus Fig. 9 erkennt man die besondere Form des Hohlraumes 1d mit den gewölbten Wänden 1d1 und 1d2. Darüber ist der zylindrische Dauermagnet 2, der Trägheitskörper 3, die kreisrunde Membran 4 und die Leiterplatte 5 dargestellt. Fig. 10 zeigt die genannten Teile aus einer anderen Perspektive. Man erkennt zusätzlich den zylindrischen Abschnitt 1b und die Leiterbahnen 5a, 5b. In Fig. 11 - 13 ist eine Bauform ist eine Bauform dargestellt, bei der sich der kugelförmige Trägheitskörper in einem schrägstehenden zylindrischen Rohrabschnitt bewegen kann, also nur auf Stöße in einer Vorzugsrichtung reagiert. Der Vertikalschnitt nach Fig. 11 zeigt ein Gehäuse 11, bei dem in einem senkrechten zylindrischen Rohrabschnitt 11a der Dauermagnet 2 fixiert ist. Unter einem Winkel von etwa 45° ist ein Rohrabschnitt 11b mit größerem Durchmesser angesetzt, in dem der kugelförmige Trägheitskörper 3 ruht. Das obere Rohrende ist waagrecht abgeschnitten. Der Rand 11c ist also elliptisch. Über diesem Rand liegt eine Membran 12, von der eine Leiterplatte 13 einen geringen Abstand einhält. Der obengenannte Winkel kann je nach Anforderung auch stark von 45° abweichen. Bei einer Beschleunigung in X-Richtung oberhalb eines Grenzwertes löst sich der Körper 3 von dem Magneten 2 und läuft durch den Rohrabschnitt 11b gegen die Membran 12. Der verstärkte Mittelbereich 12a stellt dann einen Kontakt zwischen den Anschlüssen der Leiterplatte 13 her. Fig. 12 stellt die Draufsicht auf den Beschleunigungsgrenzwertschalter dar. Über dem schrägen Rohrabschnitt 11b ist die Leiterplatte 13 angeordnet. Fig. 13 zeigt die perspektivische Ansicht von unten. Die Teile 11 - 13 werden durch ein nicht dargestelltes Außengehäuse zusammengehalten und gegen äußere Einflüsse geschützt. Die Fig. 14 - 16 zeigen eine Variante mit einem Trägheitskörper und zwei Kontaktsensoren. Im Längsschnitt nach Fig. 14 geht ein zylindrischer Abschnitt 14a nach Art eines Hosenrohres in zwei Rohre 14b und 14c über, deren Durchmesser der Größe des kugelförmigen Trägheitskörpers 15 angepasst ist. Der Körper 15 wird in der Mittellage durch einen zylindrischen Dauermagneten 16 festgehalten. Die Rohre 14b und 14c sind oben waagrecht abgeschnitten, so dass zwei elliptische Randflächen 14b1 und 14c1 entstehen. Auf diesen Flächen liegen elastische Membranen 17, 18 auf, denen Leiterplatten 19 und 20 gegenüberstehen. Fig. 15 zeigt diese Anordnung von oben. Zwischen den Leiterplatten 19 und 20 erkennt man kurze Abschnitte der Rohre 14b, 14c. Fig. 16 stellt die perspektivische Ansicht von unten dar. Man erkennt die ineinander übergehenden Rohre 14a, 14b und 14c. Darüber liegen die Membranen 17, 18 und die Leiterplatten 19 und 20. Die Enden der Leiterbahnen tragen die Zeichen 19a und 19b sowie 20a und 20b. Bei einem Stoß in Richtung +X ergibt sich bei Überschreitung des Grenzwertes ein Impulskontakt auf der Leiterplatte 19. Ein Stoß in Richtung -X regt das System 18, 20 an. Eine weitere Ausführungsform der Erfindung entsprechend Fig. 17 - 19 zeigt einen Beschleunigungsgrenzwertschalter mit zwei Trägheitskörpern, einer Membran und einer Leiterplatte. In dem Vertikalschnitt nach Fig. 17 geht ein zylindrisches Rohr 21a in ein nach rechts geneigtes größeres Rohr 21b über. Ein weiteres zylindrisches Rohr 22a ist an ein nach links geneigtes Rohr 22b angesetzt. In die Rohre 21a und 22a sind Dauermagnete 23 und 24 eingesetzt, die Trägheitskörper 25 und 26 festhalten. Die Rohre 21b und 22b vereinigen sich in der Symmetrieebene C-C. Nach oben hin ist der Hohlraum mit einer elastischen, leitenden Membran 27 abgeschlossen. Darüber befindet sich eine Leiterplatte 28. Membran und Leiterplatte sind an den übrigen Teilen exakt und abdichtend befestigt. Fig. 18 als Draufsicht zeigt die rechteckige Leiterplatte 28, auf die die geneigten Rohre 21b und 22b zulaufen. Fig. 19 stellt die perspektivische Ansicht von unten dar. Die Rohre 21a und 21b sowie 22a und 22b sind durch knieartige Übergangszonen miteinander verbunden. Über den Rohren liegt die leitende Membran 27 und die Leiterplatte 28. Bei einer Beschleunigung in Richtung +X von ausreichender Stärke löst sich der Trägheitskörper 25 vom Magneten 23 und rollt unter Kontaktgabe gegen die Membran 27. Bei einer Beschleunigung in Richtung -X löst der Trägheitskörper 26 einen Impulskontakt aus. Bei Stößen in Y-Richtung erfolgt keine Anregung. Bei Stößen aus anderen Richtungen wirkt ein Teil der Beschleunigungskräfte in Anregerichtung +X oder -X. In Fig. 20 ist ein Längsschnitt durch einen mit zwei Systemen ausgestatteten Beschleunigungsgrenzwertschalter dargestellt. Ein quaderförmiges Gehäuse 29 weist nebeneinander zwei Aussparungen 29a, 29b auf, in denen kugelförmige Trägheitskörper 30 und 31 ruhen. Diese aus ferromagnetischem Material bestehenden Körper werden von Dauermagneten 32 und 33 gehalten, die in zylindrische Ausstülpungen 29c und 29d des Gehäuses eingepresst sind. Über den Trägheitskörpern 30, 31 liegen leitfähige Membranen 34 und 35, denen in geringem Abstand eine Leiterplatte 36 mit zwei Kontaktsystemen gegenüber steht. Die Ausbildung der Leiterbahnen entspricht derjenigen nach Fig. 5. Fig. 21 zeigt die Draufsicht auf das Gehäuse 29 nach Entfernung der Membranen 34 und 35 sowie der Leiterplatte 36. Die Trägheitskörper 30 und 31 liegen in asymmetrischen Aussparungen 29a und 29b. Jeweils drei Wandelemente sind eben, das vierte ist gekrümmt. Bei einem Horizontalstoß von ausreichender Stärke kann entweder der Trägheitskörper 30 oder der Körper 31 ansprechen: Er löst sich aus seiner Ruhelage, rollt die schräge Fläche 29e oder 29f hoch, prallt gegen die Membran und löst einen Impulskontakt aus. Wenn sich der Beschleunigungsgrenzwertschalter z.B. als Bestandteil eines Fahrzeuges in Richtung des Pfeils 37 bewegt und plötzlich abgebremst wird, löst der Trägheitskörper 31 einen Kontakt aus. Wird das Fahrzeug von hinten gerammt, gibt der Trägheitskörper 30 Kontakt. Eine andere Ausführungsform mit zwei unabhängigen Meßsystemen ist in Fig. 22 dargestellt. Sie zeigt ein Gehäuse 38 mit zwei Dauermagneten 39, 40 und zwei kugelförmigen Trägheitskörpern 41, 42. Sie sind in schrägstehenden Rohrabschnitten 38a, 38b gelagert. Die Rohre sind oben waagerecht abgeschnitten, so dass elliptische Öffnungen 38c, 38d entstehen. Auf diesen Öffnungen liegen leitfähige Membranen 43, 44. Darüber ist eine langgestreckte Leiterplatte 45 montiert, die mit zwei Kontaktsystemen entsprechend Fig. 5 ausgerüstet ist. Die Funktion ist die gleiche wie bei der Anordnung nach Fig. 20 und 21. Abschließend sei darauf hingewiesen, dass die Zeichnungen nur das Konstruktions- und Wirkprinzip darstellen. Bei der Umsetzung in die Praxis werden die Gehäuse selbstverständlich so ausgebildet, dass sie Haltemittel und Abdichtelemente für die Membranen und Leiterplatten aufweisen. Als Abdichtelemente kommen insbesondere O-Ringe infrage. Die Innenräume mit den Magneten und den Trägheitskörpern werden also gegen das Eindringen von Staub und Feuchtigkeit dauerhaft geschützt. Richtungsabhängige Beschleunigungsgrenzwertschalter sind hervorragend geeignet, in Kraftfahrzeugen mit Front- und Seitenairbags eingesetzt zu werden. Man erreicht auf diesem Wege, dass jeweils der oder die Airbags gezündet werden, deren Auslösung für den Schutz der Insassen erforderlich ist. Beschleunigungsgrenzwertschalter mit zwei unabhängigen Meßsystemen haben den großen Vorteil, dass sie im Straßenverkehr bei Mehrfach-Auffahrunfällen dazu dienen können, die Schuldfrage zu klären. Wenn man in einer elektronischen Auswerteeinrichtung die Impulskontakte getrennt erfasst, lässt sich nach einem Unfall obiger Art klar feststellen, ob das Fahrzeug zuerst auf ein vorherfahrenden Fahrzeug aufgefahren ist und dann von hinten gerammt wurde, oder ob zuerst ein Dritter von hinten aufgefahren ist und dadurch das Fahrzeug gegen ein vorausfahrendes geschoben hat.
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