DE3703630A1

DE3703630A1 - Beschleunigungsaufnehmer

Info

Publication number: DE3703630A1
Application number: DE19873703630
Authority: DE
Inventors: Peter Dr Ing Knoll
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1987-02-06
Filing date: 1987-02-06
Publication date: 1988-08-18

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Beschleunigungsaufnehmer nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist bekannt, bei Beschleunigungsauf nehmern auf der Biegefeder piezoelektrische Elemente anzuordnen und mit deren Hilfe die Biegung der Biegefeder zu bestimmen. Dabei wer den aber als Piezoelemente Piezokristalle verwendet, die eine hohe Steifigkeit aufweisen und leicht brechen. Ferner ist nur eine Bestimmung der Beschleunigung in einer Richtung möglich.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Beschleunigungsaufnehmer mit den kennzeichnen den Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß das Piezoelement zugleich als Biegefeder verwendet werden kann. Es weist eine hohe Biegeelastizität und eine hohe Zähigkeit auf, so daß das Piezoelement sehr flexibel ist und kaum bricht. Ferner hat es ein sehr geringes Gewicht. Für die Herstellung des Piezoelements ist besonders die moderne Dünnfilmtechnik verwendbar. Die Form der seis mischen Masse ist leicht den gewünschten Meßvorgängen anpaßbar. Da durch können nach allen Richtungen auftretende dynamische Beschleu nigungsvorgänge festgestellt werden, oder es kann auch nur in ausge wählten Richtungen gemessen werden. Der Beschleunigungssensor ist leicht an spezielle Anwendungsfälle anpaßbar. Er weist eine hohe Empfindlichkeit auf und liefert große und leicht bestimmbare Meß werte.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Merkmale möglich.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung darge stellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Beschleunigungsauf nehmer und die Fig. 2 bis 4 je eine Abwandlung einer Einzelheit.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In Fig. 1 ist mit 10 ein Beschleunigungssensor bezeichnet, der eine zweiteilige Halterung 11, 12 aufweist, zwischen deren Teile eine Piezofolienmembran 13 straff eingespannt ist. Die Halterung 11, 12 kann ringförmig ausgebildet sein oder nur zwei Enden einer läng lichen Piezofolie 13 umgreifen. Die Piezofolie 13 ist dabei so aus zurichten, daß sie bei mechanischer Belastung durch Druck- oder Zug spannung ein elektrisches Signal erzeugt. Entgegen den bisher ver wendeten Piezokristallen besteht die Piezofolie 13 aus einem orga nischen Material. Es wird hierzu ein Polymer, z.B. aus Polyvinyl fluoriden, verwendet. Die Piezofolie 13 dient zugleich als Biege feder und als Meßaufnehmer. Die Piezofolie 13 weist an den beiden Stirnseiten eine leitfähige Schicht 14, z.B. aus Aluminium, auf. An einem Ende der Piezofolie 13 sind die elektrischen Kontakte 17, 18 angeordnet, mit deren Hilfe die elektrische Spannung U _M von der Piezofolie 13 abgegriffen werden kann. Sind bereits die Halterungen 11, 12 aus Metall hergestellt, so können diese bereits als Kontak tierung zur Schicht 14 der Piezofolie 13 und somit zum Abgriff der Spannung U _M verwendet werden.

Etwa in der Mitte zwischen den Halterungen ist in der Piezofolie 13 ein Loch 19 ausgebildet, in dem eine an den Lochrändern aufliegende seismische Masse 20 angeordnet ist. Diese ist als Kugel ausgebildet und weist eine äußere Ringnut 21 auf, in der die Piezofolie 13 auf liegt. Die seismische Masse 20 kann z.B. aus zwei Teilen bestehen, die von unten bzw. von oben in das Loch 19 eingeführt werden und an schließend zusammengeschraubt oder zusammengeklebt werden.

Wird die Halterung 11, 12 in eine beliebige Richtung beschleunigt, so wird die Piezofolie 13 durch die Trägheit der seismischen Masse 20 verformt, d.h. es treten Zug- und Druckspannungen auf. Während des Deformationsvorgangs der Piezofolie 13 entsteht aber in dieser die elektrische Spannung U _M, die über die Kontakte 17, 18 abge griffen wird. Ist die seismische Masse 20, wie in Fig. 1 darge stellt, kugelförmig ausgebildet, so sind alle drei in der Fig. 1 eingezeichneten Achsen x, y und z gleichwertig belastet. Der Sensor besitzt deshalb eine völlig symmetrische Empfindlichkeitscharakteri stik.

Hat die seismische Masse 24, wie in Fig. 2 dargestellt, eine lin senförmige, flache Ausbildung, so ist die Empfindlichkeit des Sen sors 10 in z-Richtung erhöht, und in der x-y-Ebene relativ dazu ge sehen verringert.

Bei der stabförmigen Ausbildung der seismischen Masse 26 ent sprechend der Fig. 3 besitzt der Sensor 10 wegen des zusätzlichen Drehmoments der seismischen Masse 26 um seinen Verankerungspunkt in der Piezofolie 13 eine große Querbeschleunigungsempfindlichkeit in der x-y-Ebene und eine geringere Empfindlichkeit in der z-Richtung.

Der Beschleunigungssensor 10 wird bevorzugt als Aussteuerelement von Insassenschutzvorrichtungen von Kraftfahrzeugen wie z.B. Gurtstraf fer, Airbag, Überrollbügel etc. eingesetzt. Dabei ist es durch ge eignete Auswahl der seismischen Masse möglich, bestimmte Beschleuni gungsrichtungen zu bevorzugen. Für Gurtstraffer sollte z.B. eine Auslösung in Fahrtrichtung betont sein, damit bei einem Auffahrun fall die Gurtstraffer auslösen.

Claims

1. Beschleunigungsaufnehmer (10) mit einer als Biegeschwinger wir kenden Biegefeder mit einer seismischen Masse (20) und einem Piezo element (13) zur Erzeugung einer der mechanischen Bewegung der Bie gefeder proportionalen elektrischen Spannung (U _M), dadurch gekenn zeichnet, daß das Piezoelement als dünne Folienmembran (13) ausge bildet ist, die zugleich auch eine Biegefeder darstellt, und daß die seismische Masse (20) auf der Folienmembran (13) angeordnet ist.

2. Beschleunigungsaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Folienmembran (13) wenigstens an zwei Stellen straff in ei ner Halterung (11) eingespannt ist.

3. Beschleunigungsaufnehmer nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß die Folienmembran (13) aus einem piezoelektrischen Polymerfilm besteht.

4. Beschleunigungsaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da durch gekennzeichnet, daß die Folienmembran (13) eine etwa mittige Bohrung (19) zur Aufnahme der seismischen Masse (20) aufweist.

5. Beschleunigungsaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da durch gekennzeichnet, daß die Folienmembran (13) auf beiden Stirn seiten mit einer leitfähigen Schicht (14) beschichtet ist.

6. Beschleunigungsaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da durch gekennzeichnet, daß die Folienmembran (13) in einer aus Metall bestehenden Halterung (11) befestigt ist.

7. Beschleunigungsaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da durch gekennzeichnet, daß die seismische Masse (20) kugelförmig aus gebildet ist.

8. Beschleunigungsaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da durch gekennzeichnet, daß die seismische Masse (26) stabförmig aus gebildet ist.

9. Beschleunigungsaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da durch gekennzeichnet, daß die seismische Masse (24) linsenförmig und flach ausgebildet ist.

10. Beschleunigungsaufnehmer nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da durch gekennzeichnet, daß der Beschleunigungsaufnehmer (10) das Aus steuerelement einer Insassenschutzvorrichtung in Kraftfahrzeugen ist.