DE4128347C1 - Acceleration sensor for motor vehicle safety system - assigns movable magnet acting against force of resetting element to magnetically-operated electrical switch - Google Patents

Abstract

An acceleration sensor (10) has a magnetically operated electrical switch (23) and a magnet (15) whose position can be varied against the force of a restoring element (20) acting as an inertial wt. When a threshold acceleration value is exceeded the magnet moves so as to operate the switch which activates a deceleration mechanism which decelerates the magnet. The action of the acceleration mechanism is to declerate the movement of the magnet from its rest position to its end position under acceleration less than during the return to the rest position. USE/ADVANTAGE - Esp. for releasing air-bag or tightening safety belt in motor vehicle under sensed collision conditions. Switching time is largely independent of shape of collision curve.

Description

Die Erfindung betrifft einen Beschleunigungssensor, insbesondere für Sicherheitssysteme in Kraftfahrzeugen, mit einem magnetisch betätigbaren elektrischen Schalter und einem dazu vorgesehenen, gegen die Kraft eines Rückstellelementes ortsveränderlich ange­ ordneten Magneten, der sich als seismische Masse bei Überschrei­ ten eines Beschleunigungs-Schwellwertes derart bewegt, daß er den Schalter betätigt, wobei zumindest eine Verzögerungsmaßnahme vorgesehen ist, welche die Bewegung des Magneten verzögert.The invention relates to an acceleration sensor, in particular for security systems in motor vehicles, with a magnetic actuable electrical switch and a provided against the force of a restoring element ordered magnet, which turns out to be a seismic mass when exceeded ten of an acceleration threshold is moved such that it actuated the switch, at least one delay measure is provided, which delays the movement of the magnet.

Ein derartiger Beschleunigungssensor ist aus der Druckschrift DE 26 44 606 A1 bekannt. Such an acceleration sensor is from the document DE 26 44 606 A1 known.  

Weitere Beschleunigungssensoren sind beispielsweise aus den Druckschriften DE 33 38 237 C1, DE 32 16 321 C1 oder DE 37 27 351 A1 bekannt.Further acceleration sensors are for example from the Publications DE 33 38 237 C1, DE 32 16 321 C1 or DE 37 27 351 A1 known.

Bei dem aus der DE 26 44 606 A1 bekannten Beschleunigungssensor ist der Magnet ein ringförmiger Einzelmagnet, der mit seiner Mittelöffnung auf ein Trag- oder Gleitrohr geschoben und auf diesem in Tragrohrrichtung verschiebbar ist. Im Inneren des Tragrohres befindet sich ein Reed-Schalter, der so angeordnet ist, daß er sich normalerweise außerhalb des Wirkungsbereiches des Dauermagneten befindet und dessen Kontaktzungen deshalb normalerweise geöffnet sind. Wirkt auf die Anordnung eine Beschleunigung oder Verzögerung, so wird der Magnet gegen die Kraft einer Feder verschoben, so daß er in den Bereich des Reed-Schalters gelangt. Das Magnetfeld magnetisiert dabei die Kontaktzungen des Reed-Schalters und schließt diese. Nach Beendigung der Beschleunigung oder Verzögerung drückt die Feder den Dauermagneten in seine ursprüngliche Lage zurück, wobei der Reed-Schalter sich wieder öffnet.In the acceleration sensor known from DE 26 44 606 A1 the magnet is a ring-shaped single magnet, which with its Slide the center opening onto a support or sliding tube and open it this is displaceable in the direction of the support tube. Inside the Support tube is a reed switch, which is arranged is that he is normally out of the sphere of influence of the permanent magnet and therefore its contact tongues are normally open. Acts on the arrangement Acceleration or deceleration, so the magnet is against the Force moved by a spring so that it is in the range of Reed switch arrives. The magnetic field magnetizes the Contact tabs of the reed switch and closes them. To Termination of acceleration or deceleration expresses the Spring the permanent magnet back to its original position, whereby the reed switch opens again.

Bei dem aus der DE 33 38 287 C1 bekannten Beschleunigungssensor ist der Schalter ebenfalls ein Reed-Schalter. Hier sind zwei Dauermagnete vorhanden, die in Richtung ihrer Längsachse mit Abstand hintereinander angeordnet sind. Die voneinander ab­ gelegenen Flächen der Dauermagneten stützen sich auf dem gemeinsamen Gehäuse ab, während die einander zugewandten Seiten gleichnamig magnetisiert sind, so daß sich die beiden Dauer­ magneten abstoßen. Je nach Richtung der auf den Beschleunigungs­ sensor ausgeübten Beschleunigung oder Verzögerung wird einer der beiden ringförmig ausgebildeten Dauermagneten sich längs des Tragrohres verschiebbar und dabei in den Bereich des in dem Tragrohr angeordneten Reed-Schalters gelangen und diesen schließen. Dabei bewegt sich dieser Magnet auf den anderen Magneten zu und wird mit abnehmendem Abstand wegen der gleich­ namig magnetisierten zugewandten Flächen immer stärker abge­ stoßen.In the acceleration sensor known from DE 33 38 287 C1 the switch is also a reed switch. Here are two Permanent magnets are present, which are in the direction of their longitudinal axis Distance are arranged one behind the other. The one from the other surfaces of the permanent magnets are based on the common housing, while the sides facing each other are magnetized by the same name, so that the two duration repel magnets. Depending on the direction of the acceleration Accelerated or decelerated sensor becomes one of the two ring-shaped permanent magnets along of the support tube displaceable and in the area of in  reach the support tube arranged reed switch and this shut down. This magnet moves on top of the other Magnets too and will be the same with decreasing distance because of the Namely magnetized facing surfaces increasingly abge bump.

Bei dem aus der DE 32 16 321 C1 bekannten Beschleunigungssensor ist ein Stabmagnet vorgesehen, der in einem rohrförmigen Gehäuse gelagert ist. In der Wandung des Gehäuses ist ein Reed-Schalter angeordnet, der sich normalerweise außerhalb des Wirkungsbe­ reiches des Magneten befindet. Wirkt auf die Anordnung eine Beschleunigung oder Verzögerung, so verschiebt sich der stab­ förmige Magnet, wobei sein Feld in die Nähe des Reed-Schalters gelangt und diesen schaltet. Ist die Beschleunigung bzw. Verzögerung groß genug, so stößt der Dauermagnet schließlich gegen eine Feder, welche durch die so auf sie ausgeübte Kraft zusammengedrückt wird.In the acceleration sensor known from DE 32 16 321 C1 a bar magnet is provided in a tubular housing is stored. There is a reed switch in the wall of the housing arranged, which is normally outside the operating area realm of the magnet. Acts on the arrangement Acceleration or deceleration, so the rod moves shaped magnet, its field near the reed switch arrives and switches it. Is the acceleration or If the delay is large enough, the permanent magnet will eventually bump against a spring, which by the force exerted on it is squeezed.

Nach Beendigung der Beschleunigung oder Verzögerung werden bei den insoweit beschriebenen Beschleunigungssensoren die bewegten Magnete durch das Rückstellelement, das eine Feder oder ein anderer Magnet sein kann, in ihre Ausgangslage zurück­ geschnellt. Da in beiden Fällen - Magnet oder Rückstellfeder - die Rückstellkraft progressiv zunimmt, je weiter der Magnet aus seiner Ruhelage ausgelenkt ist, hängt die Schaltzeit der bekannten Beschleunigungssensoren stark von dem zeitlichen Verlauf der Beschleunigungs- bzw. Verzögerungskurve, die auch Kollisionskurve genannt wird, ab.Upon completion of the acceleration or deceleration in the acceleration sensors described so far moving magnets through the return element, which is a spring or another magnet can be returned to its original position soared. Because in both cases - magnet or return spring - the restoring force increases progressively the further the magnet is deflected from its rest position, the switching time depends on known acceleration sensors strongly from the temporal Course of the acceleration or deceleration curve, which too Collision curve is called.

Derartiges progressives Schaltverhalten ist jedoch mit Hinblick auf die Verwendung derartiger Beschleunigungssensoren uner­ wünscht. Sensoren dieser Art werden nämlich u. a. in voll passiven Insassen-Rückhaltesystemen für Kraftfahrzeuge, wie z. B. in Gurtestraffer- und Airbag-Systemen verwendet. Such progressive switching behavior is however with regard on the use of such acceleration sensors wishes. Sensors of this type are namely. a. in full passive occupant restraint systems for motor vehicles, such as e.g. B. used in belt tensioners and airbag systems.  

Diese auch als Sicherheitsschalter oder Safing-Sensoren be­ zeichneten Sensoren werden direkt im elektrischen Zündkreis eines Gasgenerators betrieben, der zum Aufblasen eines Airbags oder zum Straffen von Sicherheitsgurten benötigt wird. Mit dieser Anordnung wird gewährleistet, daß das Rückhaltesystem nur dann ausgelöst werden kann, wenn tatsächlich eine für die Insassen gefährliche Situation eintritt. In diesem Fall muß der Sensor solange im geschlossenen Zustand verharren, bis die Sicherheitseinrichtung ihre schützende Wirkung für die gefährdeten Insassen vollständig entfaltet hat.These can also be used as safety switches or safing sensors sensors are drawn directly in the electrical ignition circuit a gas generator operated to inflate an airbag or needed to tighten seat belts. With This arrangement ensures that the restraint system can only be triggered if one is actually used for the Occupant dangerous situation occurs. In this case the sensor remains in the closed state until the safety device its protective effect for the vulnerable occupants has fully unfolded.

Bei den oben beschriebenen herkömmlichen Sensoren kann es vorkommen, daß je nach Verlauf der von außen einwirkenden Beschleunigung, d. h. der Kollisionskurve, der Reed-Schalter kurzfristig öffnet und dadurch eine vorübergehende Unter­ brechung des Zündkreises eintritt. Dieser Effekt ist uner­ wünscht, da er zu einer nicht kontrollierbaren Beeinträchtigung des Sicherheitssystemes führen kann.With the conventional sensors described above, it can occur that, depending on the course of the externally acting Acceleration, d. H. the collision curve, the reed switch opens at short notice and thereby a temporary sub break of the ignition circuit occurs. This effect is immense wishes because it leads to an uncontrollable impairment of the security system.

Wie bereits erwähnt, wird dieses nachteilige Verhalten durch Schaltcharakteristiken mit progressiver Kraft-Weg-Kennlinie verursacht. Da mit zunehmender Auslenkung des Magneten aus seiner Ruheposition die Größe der Rückstellkraft zunimmt, wirkt auf den Magneten eine starke Rückbeschleunigung, was letztendlich zu einer relativ kurzen Schließdauer des Reed- Schalters führt.As mentioned earlier, this adverse behavior is caused by Switching characteristics with a progressive force-displacement characteristic caused. Because with increasing deflection of the magnet the restoring force increases in its rest position, acts a strong back acceleration on the magnet what ultimately to a relatively short closing time of the reed Switch leads.

Aus der DE 37 27 351 A1 schließlich ist ein Beschleunigungs­ sensor mit einer degressiven Kennlinie bekannt. Der bekannte Beschleunigungssensor umfaßt einen von einem Losreißmagneten in seiner Grundposition gehaltenen Schaltmagneten, der erst nach Überschreiten eines Beschleunigungs-Grenzwertes aus seiner Grundposition ausgelenkt wird und die Kontakte eines Reed- Schalters schließen kann. Dies bedeutet, daß der bekannte Beschleunigungssensor insofern eine degressive Kennlinie aufweist, als die magnetische Kraft des Losreißmagneten auf den Schaltmagneten und damit die Rückstellkraft um so geringer wird, je weiter sich der Schaltmagnet von dem Losreißmagneten weg bewegt.Finally, DE 37 27 351 A1 describes an acceleration known sensor with a degressive characteristic. The known Accelerometer includes one of a breakaway magnet switching magnet held in its basic position, the first  after exceeding an acceleration limit value from its Basic position is deflected and the contacts of a reed Switch can close. This means that the known In this respect, the acceleration sensor is a degressive characteristic has than the magnetic force of the pull-away magnet the switching magnet and thus the restoring force the lower the further the switching magnet is from the pull-away magnet moved away.

Hier nimmt also die Haltekraft mit zunehmendem Abstand ab, so daß der Magnet sozusagen immer weniger gebremst wird. Einzige Einstellmaßnahme ist der Ruheabstand zwischen den beiden Magneten, durch den die Schaltschwelle eingestellt wird. Die Schaltzeit selbst ergibt sich aus der Baulänge bzw. der dadurch bedingten "Flugzeit" des Magneten bei entsprechender Beschleuni­ gung sowie aus der Höhe des Beschleunigungswertes und dem Verlauf der Kollisionskurve.Here the holding force decreases with increasing distance, so that the magnet is less and less braked, so to speak. Single Adjustment measure is the resting distance between the two Magnet by which the switching threshold is set. The Switching time itself results from the overall length or the resulting length conditional "flight time" of the magnet with appropriate acceleration and the amount of the acceleration value and the Course of the collision curve.

Obwohl bei entsprechender großer Baulänge dieser bekannte Be­ schleunigungssensor bei sehr hohen Verzögerungen eine aus­ reichend lange Schaltzeit liefert, kann die Schaltzeit ins­ besondere bei flachen Kollisionskurven, die gerade den Schwell­ wer überschreiten, unerwünscht kurz sein, so daß auch hier die oben erwähnten Nachteile der nicht hinreichend langen Schaltzeit auftreten. Although this well-known Be acceleration sensor off at very high decelerations provides a sufficiently long switching time, the switching time can be ins especially with flat collision curves that just hit the threshold who exceed, be undesirably short, so here too the above-mentioned disadvantages of not being long enough Switching time occur.  

Aus der DE 30 15 155 C2 ist ein weiterer Beschleunigungssensor bekannt, bei dem ein elektrischer Schalter durch die seismische Masse mechanisch betätigt wird. Auch bei diesem Beschleunigungs­ sensor wird die seismische Masse durch eine Beschleunigung oder Verzögerung gegen die Kraft einer Rückstellfeder verschoben, die die Masse nach Ablauf der Beschleunigung oder Verzögerung wieder in die Ruhelage drückt. Die Hin- und Herbewegung der seismischen Masse wird dadurch beeinflußt, daß einmal der linearen Bewegung zusätzlich eine Drehbewegung überlagert wird und daß zum anderen der Bewegungsraum der seismischen Masse mit einem dämpfenden Fluid gefüllt ist. Da sowohl die überlagerte Drehbewegung als auch die Fluiddämpfung in beiden Bewegungs­ richtungen der seismischen Masse gleich wirken, wird das Schaltverhalten wie bei den oben diskutierten Beschleunigungs­ sensoren durch die Kennlinie der Rückstellfeder bestimmt, ist also ebenfalls progressiv.Another acceleration sensor is known from DE 30 15 155 C2 known in which an electrical switch through the seismic Mass is operated mechanically. Even with this acceleration the seismic mass is accelerated or accelerated Delayed against the force of a return spring, which is the mass after acceleration or deceleration pushes back into the rest position. The back and forth movement of the seismic mass is influenced by the fact that the linear motion is additionally superimposed on a rotary motion and that on the other hand the movement space of the seismic mass is filled with a damping fluid. Because both the superimposed Rotational motion as well as fluid damping in both motions directions of the seismic mass have the same effect Switching behavior as with the acceleration discussed above sensors is determined by the characteristic of the return spring so also progressive.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es daher Aufgabe der Erfindung, den gattungsgemäßen Beschleunigungssensor derart weiterzubilden, daß die Schließdauer in großem Maße unabhängig von dem Verlauf der Kollisionskurve ist.Based on this state of the art, it is therefore a task of the invention, the generic acceleration sensor in such a way to further develop that the closing time is largely independent of the course of the collision curve.

Hinsichtlich eines Beschleunigungssensors der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die zumindest eine Verzögerungsmaßnahme derart ausgelegt ist, daß die Bewegung des Magneten auf seinem Weg von seiner Ruheposition in seine bei entsprechender Beschleunigung eingenommene Endposi­ tion weniger stark verzögert wird, als bei seinem Rückweg von der Endposition in die Ruheposition.With regard to an acceleration sensor of the aforementioned Art this object is achieved in that the at least one delay measure is designed such that the movement of the magnet on its way from its rest position in its end position taken with the corresponding acceleration tion is delayed less than when he returned from the end position to the rest position.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auf diese Weise vollkommen gelöst. Weil nämlich die Bewegung des Magneten nach dem Betätigen des Schalters auf seinem Rückweg stärker verzögert wird, wird eine degressive Wirkung auf die Bewegung des Magneten ausgeübt, welche zu längeren Schließzeiten führt. Durch die Retardierung des Magneten nach der Betätigung des Schalters ergibt sich eine weitgehend von dem Verlauf der Kollosionskurve unabhängige Schließdauer.The object on which the invention is based is achieved in this way completely solved. Because namely the movement of the magnet more delayed when the switch is actuated on its way back will have a degressive effect on the movement of the magnet  exercised, which leads to longer closing times. Through the Retardation of the magnet after actuation of the switch this results largely from the course of the collision curve independent closing time.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Beschleunigungssensors wird als Verzögerungsmaßnahme dem Magneten zumindest während eines Abschnittes seiner durch Beschleunigung des Beschleunigungssensors bewirkten Bewegung eine Drehbewegung überlagert.In a preferred embodiment of the invention Accelerometer is used as a deceleration measure to the magnet at least during a section of it by acceleration movement of the acceleration sensor causes a rotary movement overlaid.

Diese Maßnahme ist konstruktiv von Vorteil, denn durch die der Flugbewegung des Magneten überlagerte Drehbewegung wird sozusagen die effektive Masse des Magneten erhöht, das System wird also "träger", nachdem der Schalter betätigt wurde. Über die Rückstell­ kraft des Rückstellelementes beeinflußt die träge Masse die Rückstellzeit für den Magneten, so daß bei erhöhter träger Masse auch die Rückstellzeit gegenüber einem nicht von einer Drehbewe­ gung überlagerten Magneten erhöht ist. This measure is structurally advantageous because the Flight movement of the magnet superimposed rotary movement, so to speak the effective mass of the magnet increases, so the system will "sluggish" after the switch has been operated. About the reset the inertial mass influences the force of the return element Reset time for the magnet, so that with increased inertial mass also the reset time compared to one of a rotating movement tion superimposed magnet is increased.  

Weiterhin ist es bevorzugt, wenn als Verzögerungsmaßnahme eine Führung für die Bewegung des Magneten vorgesehen ist, die derart ausgelegt ist, daß der Magnet von seiner Ruheposition in seine bei entsprechender Beschleunigung eingenommene End­ position einen Gesamtweg zurücklegt, der kürzer ist als sein Rückweg von der Endposition in die Ruheposition.Furthermore, it is preferred if as a delay measure a guide for the movement of the magnet is provided, which is designed so that the magnet from its rest position in its end assumed with appropriate acceleration position covers an overall distance that is shorter than his Return from the end position to the rest position.

Auch auf diese konstruktiv sehr einfache Weise wird für eine längere Schließdauer des Schalters gesorgt. Während der Magnet auch schon bei einer den Beschleunigungs-Schwellwert geringfügig überschreitenden Beschleunigung auf einem kurzen Gesamtweg von seiner Ruheposition in die Endposition bewegt wird, muß er sich entlang eines längeren Rückweges in die Ruheposition zurückbewegen, wenn die Beschleunigung den Schwellwert wieder unterschritten hat. Das Verhältnis von Hinweg zu Rückweg kann dabei so gewählt werden, daß der überwiegende Zeitanteil auf den Rückweg entfällt, der aber unabhängig ist von dem Verlauf der Kollisionskurve.This is also very simple in terms of construction longer closing time of the switch. While the magnet even with a slight acceleration threshold exceeding acceleration on a short total path is moved from its rest position to the end position he goes into a rest position along a long way back move back when accelerating the threshold again has fallen below. The relationship between there and back can be chosen so that the majority of the time the way back is omitted, but it is independent of the course the collision curve.

Weiterhin ist es bevorzugt, wenn eine Zwangsführung für die Bewegung des Magneten vorgesehen ist.Furthermore, it is preferred if positive guidance for the Movement of the magnet is provided.

Diese Maßnahme ist rein konstruktiv von Vorteil, weil auf diese Weise die Drehbewegung oder der verlängerte Rückweg in jedem Falle eingehalten werden. Unabhängig davon, ob die Beschleunigung den Sensor axial oder quer trifft, führt der Magnet seine vorgesehene Bewegung aus. Diese Maßnahme steigert also insbesondere die Eigensicherheit des erfindungsgemäßen Beschleunigungssensors. This measure is advantageous from a purely constructive point of view this way the rotational movement or the extended return path in be complied with in every case. Regardless of whether the Acceleration hits the sensor axially or transversely Magnet out its intended movement. This measure increases in particular the intrinsic safety of the invention Acceleration sensor.  

In einer Weiterbildung ist es bevorzugt, wenn der Magnet ein ringförmiger Magnet ist, der auf einem den Schalter umgebenden Gleitrohr verschiebbar angeordnet ist.In a further development, it is preferred if the magnet is on is an annular magnet, which on a surrounding the switch Sliding tube is slidably arranged.

Auch diese Maßnahme erhöht in vorteilhafter Weise die Eigen­ sicherheit des neuen Beschleunigungssensors. Der Ringmagnet ist nämlich verklemmungsfrei auf dem Gleitrohr geführt, während andererseits der Schalter selbst in dem Gleitrohr geschützt angeordnet ist.This measure also advantageously increases the own safety of the new acceleration sensor. The ring magnet is namely jammed out on the guide tube, while on the other hand, the switch itself is protected in the sliding tube is arranged.

Weiterhin ist es bevorzugt, wenn das Gleitrohr eine Führungsnut aufweist, in die ein mit dem Magneten verbundener Führungsstift eingreift.It is further preferred if the sliding tube has a guide groove has a guide pin connected to the magnet intervenes.

Auf diese konstruktiv einfache Weise kann dem Magneten jeder beliebige Bewegungsablauf aufgezwungen werden, wie er für die oben bereits beschriebenen Verzögerungsmaßnahmen von Vorteil ist.In this structurally simple way everyone can use the magnet any course of motion can be forced, as it is for the Delay measures already described above are an advantage is.

In einem Ausführungsbeispiel ist es hier bevorzugt, wenn die Führungsnut einen Abschnitt aufweist, der in Längsrichtung des Gleitrohres spiralförmig in dessen Oberfläche verläuft.In one embodiment, it is preferred here if the Guide groove has a portion that is longitudinal of the sliding tube runs spirally in its surface.

Auch diese Maßnahme ist konstruktiv von Vorteil, denn während eines Abschnittes der Führungsnut wird so dem Magneten eine Drehbewegung überlagert. Vorteilhafterweise wird der spiral­ förmig ausgebildete Abschnitt der Führungsnut zu dem Schalter so ausgerichtet sein, daß der Magnet den Schalter bereits betätigt hat, wenn er mit seinem Führungsstift in diesen Abschnitt gelangt. This measure is also constructively advantageous, because during a portion of the guide groove is the magnet Rotary motion superimposed. Advantageously, the spiral shaped portion of the guide groove to the switch be aligned so that the magnet is already the switch actuated when he has his guide pin in it Section arrives.  

Weiterhin ist es bevorzugt, wenn die Führungsnut einen Abschnitt aufweist, der in Längsrichtung des Gleitrohres geradlinig und parallel zur Längsrichtung verläuft.It is further preferred if the guide groove has a section has that in the longitudinal direction of the guide tube straight and runs parallel to the longitudinal direction.

Hier ist von Vorteil, daß der Magnet zunächst sehr schnell geradlinig in die Schaltposition "fliegen" kann, bevor er in einen gekrümmten Abschnitt übergeht, in dem die Verzögerungs­ maßnahmen wirken.The advantage here is that the magnet is very fast at first can "fly" straight to the switch position before entering passes over a curved section in which the delay measures work.

Weiterhin ist es bevorzugt, wenn der Magnet den Schalter betätigt, bevor der Führungsstift den geradlinigen Abschnitt verläßt.It is also preferred if the magnet is the switch actuated before the guide pin the straight section leaves.

Bei dieser Maßnahme ist von Vorteil, daß sich der Magnet je nach Höhe der Beschleunigung oder Verzögerung mehr oder weniger weit längs des geradlinigen Abschnittes bewegt, der in Abhängig­ keit von der Kraft des Rückstellelementes so ausgelegt ist, daß der Führungsstift das Ende des geradlinigen Abschnittes dann erreicht, wenn der vorgegebene Beschleunigungs-Schwellwert erreicht ist. Wird dieser Schwellwert überschritten, so wird der Schalter betätigt und über den Führungsstift und die Führungsnut wird auf den Magneten entweder eine Drehbewegung und/oder die verländerte Rückführung wirksam.This measure has the advantage that the magnet ever depending on the amount of acceleration or deceleration more or less moved far along the rectilinear section, which is dependent speed of the restoring element is designed so that the guide pin the end of the straight section then reached when the predetermined acceleration threshold is reached. If this threshold is exceeded, then the switch is actuated and over the guide pin and the The guide groove is either a rotary movement on the magnet and / or the changed repatriation effective.

Ferner ist es bevorzugt, wenn das Rückstellelement eine Druck­ feder ist.It is further preferred if the reset element is a pressure feather is.

Diese Maßnahme ist konstruktiv von Vorteil, denn die Druckfeder kann über das Gleitrohr geschoben und zwischen Magnet und einem Gehäuseteil eingespannt werden. This measure is structurally advantageous because the compression spring can be pushed over the sliding tube and between magnet and be clamped in a housing part.  

Ferner ist es bevorzugt, wenn als weitere Verzögerungsmaßnahme die Druckfeder einenends drehfest mit dem Magneten und anderen­ ends drehfest mit einem Gehäuseteil des Beschleunigungssensors verbunden ist.Furthermore, it is preferred if as a further delay measure the compression spring at one end rotatably with the magnet and others ends rotatably with a housing part of the acceleration sensor connected is.

Auf diese vorteilhafte Weise wirkt die Druckfeder zugleich als Drehfeder und übt somit auf den Magneten bei dessen Längs­ bewegung eine Drehkraft aus. Diese Drehkraft kann entweder für sich vorgesehen sein oder aber die von Führungsnut und Führungsstift ausgeübte Drehbewegung noch unterstützen.In this advantageous manner, the compression spring acts at the same time as a torsion spring and thus exercises on the magnet along its length movement a torque. This torque can either be provided for itself or that of guide groove and Support the guide pin exercised rotary motion.

Weiterhin ist es bevorzugt, wenn die Führungsnut auf dem abgewickelten Gleitrohr eine Art Herzkurve beschreibt.It is further preferred if the guide groove on the developed slide tube describes a kind of heart curve.

Durch diese Maßnahme werden die Vorteile der überlagerten Drehbewegung einerseits und des verlängerten Rückweges anderer­ seits vorteilhaft miteinander kombiniert. Während der Füh­ rungsstift auf dem Hinweg in die Endposition geradlinig geführt wird, durchläuft er auf dem Rückweg die beiden gegensinnig gekrümmten Bereiche der Herzkurve, wodurch zusätzlich eine Richtungsumkehr der Drehbewegung hervorgerufen wird.This measure overlays the advantages of the Rotational movement on the one hand and the extended return path on the other partly advantageously combined with each other. During the Füh guide pin straight on the way to the end position on the way back, he runs through the two in opposite directions curved areas of the heart curve, which additionally creates a Reversal of the direction of rotation is caused.

Schließlich ist es bevorzugt, wenn der Schalter ein Reed- Schalter ist.Finally, it is preferred if the switch is a reed Switch is.

Diese Maßnahme ist insofern von Vorteil, als Reed-Schalter, die in bekannter Weise einen Schutzkontakt aufweisen, sehr wartungsarm sind, was ebenfalls die Eigensicherheit des neuen Beschleunigungssensors erhöht. This measure is advantageous in that reed switches, which have a protective contact in a known manner, very much are low maintenance, which is also the intrinsic safety of the new Accelerometer increased.  

Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.Further advantages result from the description and the attached drawing.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in einer nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigtAn embodiment of the invention is in the drawing shown and will be described in more detail in a subsequent description explained. It shows

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht des Beschleunigungssensors mit geschnittenem Ringmagnet; Figure 1 is a schematic side view of the acceleration sensor with a cut ring magnet.

Fig. 2 in stark vereinfachter schematischer Darstellung verschiedene Betriebszustände des Beschleunigungs­ sensors nach Fig. 1, in einer Seitendarstellung; Fig. 2 in a highly simplified schematic representation of various operating states of the acceleration sensor of Figure 1, in a side view.

Fig. 3 in schematischer Darstellung den zeitlichen Verlauf einer typischen Kollisionskurve sowie des Schließ­ verhaltens des Beschleunigungssensors nach Fig. 1; Fig. 3 shows a schematic illustration of the time course of a typical collision curve and the closing behavior of the acceleration sensor of Fig. 1;

Fig. 4 die Bahnkurve des Führungsstiftes des Beschleunigungs­ sensors aus Fig. 1 in Zylinderkoordinaten; FIG. 4 shows the trajectory of the guide pin of the acceleration sensor of Figure 1 in cylindrical coordinates.

Fig. 5 in Diagrammform den Verlauf der auf den Magneten des Beschleunigungssensors aus Fig. 1 wirkenden Rückstellkraft in Abhängigkeit von der Auslenkung und Fig. 5 diagrammatically the course of force acting on the magnet of the acceleration sensor shown in Fig. 1 restoring force as a function of deflection and

Fig. 6 in einer Darstellung wie Fig. 4 eine herzförmige Bahnkurve sowie eine aus zwei Spiralkurven zusammen­ gesetzte Bahnkurve. Fig. 6 in a representation like Fig. 4, a heart-shaped path curve and a path curve composed of two spiral curves.

In Fig. 1 ist mit 10 insgesamt ein Beschleunigungssensor bezeichnet, wie er zum Erfassen des Überschreitens eines vorbestimmten Beschleunigungs-Schwellwertes eingesetzt wird. Ein bevorzugtes Anwendungsbeispiel der Beschleunigungssensoren sind Insassen-Sicherungssysteme von Kraftfahrzeugen, beispiels­ weise Airbag-Systeme oder Gurtstraffer-Systeme. Bei diesen Systemen kommt es darauf an, mit möglichst geringer Totzeit den Zustand eines Auffahrunfalls zu erkennen, bei dem das Kraftfahrzeug schlagartig einer sehr hohen Verzögerung aus­ gesetzt wird, und das Überschreiten eines (negativen) Be­ schleunigungs-Schwellwertes erkannt werden soll, um Insassen- Sicherungssysteme zu aktivieren. Üblicherweise werden in diesen Fällen Treibladungen gezündet, die entweder das Aufblasen eines Luftsackes (Airbag) bewirken oder aber die Sicherheits­ gurte festzurren, so daß die Fahrgäste in ihren Sitzen fest­ gehalten werden.In FIG. 1, 10 denotes an acceleration sensor as a whole, as it is used to detect when a predetermined acceleration threshold value is exceeded. A preferred application example of the acceleration sensors are occupant safety systems of motor vehicles, for example airbag systems or belt tensioner systems. In these systems, it is important to recognize the state of a rear-end collision with the shortest possible dead time, in which the motor vehicle is suddenly subjected to a very high deceleration and the exceeding of a (negative) acceleration threshold value is to be detected in order to Activate security systems. Usually, propellant charges are ignited in these cases, which either cause the inflation of an airbag (airbag) or lash the seat belts so that the passengers are held firmly in their seats.

Der Beschleunigungssensor 10 umfaßt ein Gehäuseteil 11, an dem ein Gleitrohr 12 mit zylindrischer Oberfläche 13 angeordnet ist. Das Gleitrohr 12 erstreckt sich von einer Halteplatte 14 des Gehäuseteiles 11 aus etwa zentrisch in dessen Längsrichtung.The acceleration sensor 10 comprises a housing part 11 on which a sliding tube 12 with a cylindrical surface 13 is arranged. The sliding tube 12 extends from a holding plate 14 of the housing part 11 approximately centrally in its longitudinal direction.

Auf dem Gleitrohr 12 ist ein geschnitten dargestellter ring­ förmiger Magnet 15 mit einem ebenfalls geschnitten dargestellten in den Magneten 15 eingepreßten Innenring 16 angeordnet. Der Magnet 15 ist mittels des Innenringes 16 über eine Gleitpassung verschiebbar auf dem Gleitrohr 12 angeordnet. On the sliding tube 12 , a cut-shaped ring-shaped magnet 15 is arranged with an inner ring 16 pressed into the magnet 15, also shown cut. The magnet 15 is displaceably arranged on the sliding tube 12 by means of the inner ring 16 via a sliding fit.

An dem Innenring 16 ist ein in Fig. 1 ebenfalls geschnitten dargestellter Führungsstift 17 vorgesehen, der dem Gleitrohr 12 zugewandt ist und in eine Führungsnut 18 eingreift, die in die zylindrische Oberfläche 13 des Gleitrohres 12 eingebracht ist. Die Führungsnut 18 läuft spiralförmig auf der Oberfläche 13 des Gleitrohres 12 um und stellt zusammen mit dem Führungs­ stift 17 eine Zwangsführung für den Magneten 15 dar.Provided on the inner ring 16 is a guide pin 17 , likewise shown in section in FIG. 1, which faces the sliding tube 12 and engages in a guide groove 18 which is introduced into the cylindrical surface 13 of the sliding tube 12 . The guide groove 18 runs in a spiral on the surface 13 of the sliding tube 12 and together with the guide pin 17 is a positive guide for the magnet 15 .

Über das Gleitrohr 12 ist ferner ein Rückstellelement 20 in Form einer Druckfeder 21 geschoben, die sich einenends an der Halteplatte 14 und anderenends an dem Ringsmagneten 15 bzw. dem Innenring 16 abstützt. Durch die Wirkung der Druckfeder 21 wird der Magnet 15 so gegen Anschläge 22 gedrückt, die ebenfalls mit dem Gehäuseteil 11 verbunden sind. Die Anordnung ist derart getroffen, daß der Magnet 15 bei einer entsprechenden Beschleunigung als träge Masse eine Bewegung entlang des Gleitrohres ausführt, die durch die Bahnkurve der Führungsnut vorgegeben ist.A restoring element 20 in the form of a compression spring 21 is also pushed over the sliding tube 12 and is supported at one end on the holding plate 14 and at the other end on the ring magnet 15 or the inner ring 16 . Due to the action of the compression spring 21 , the magnet 15 is thus pressed against stops 22 , which are also connected to the housing part 11 . The arrangement is such that the magnet 15 executes a movement along the sliding tube as an inertial mass at a corresponding acceleration, which movement is predetermined by the path curve of the guide groove.

Der ringförmige Magnet 15 dient zum Betätigen eines magnetisch betätigbaren elektrischen Schalters 23, der in dem Gleitrohr 12 angeordnet ist und daher in Fig. 1 nur gestrichelt zu erkennen ist. Der Schalter 23, der in dem gezeigten Ausfüh­ rungsbeispiel ein Reed-Schalter 24 mit elektrischen Anschlüssen 25 ist, ist Teil eines elektronischen Schaltkreises, der ein Rückhalte- bzw. Sicherheitssystem für die Insassen eines Kraftfahrzeuges steuert. Statt der Schutzgaskontakte wären auch andere magnetisch steuerbare Kontakte, z. B. in Luft­ atmosphäre schaltende Kontaktfedern oder magnetisch beeinfluß­ bare Widerstände möglich. The ring-shaped magnet 15 serves to actuate a magnetically actuable electrical switch 23 which is arranged in the sliding tube 12 and can therefore only be seen in broken lines in FIG. 1. The switch 23 , which is a reed switch 24 with electrical connections 25 in the exemplary embodiment shown, is part of an electronic circuit which controls a restraint or safety system for the occupants of a motor vehicle. Instead of the protective gas contacts, other magnetically controllable contacts, e.g. B. in the atmosphere switching contact springs or magnetically influenceable resistors possible.

Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist in Fig. 1 eine ggf. über das Gehäuseteil 11 schiebbare Schutzhülle nicht darge­ stellt. Ferner ist in Fig. 1 bei 26 die Längsrichtung des Schalters 23 angedeutet, die mit der Längsrichtung des Magneten 15 und des Gleitrohres 12 zusammenfällt; zumindest Gleitrohr 12 und Magnet 15 sind außerdem koaxial zueinander angeordnet.For the sake of clarity, a protective cover that can possibly be pushed over the housing part 11 is not shown in FIG. 1. Further 1, the longitudinal direction of the switch 23 is shown in Figure 26 with indicated that coincides with the longitudinal direction of the magnet 15 and the sliding tube. 12; at least sliding tube 12 and magnet 15 are also arranged coaxially with one another.

Die Funktionsweise des insoweit beschriebenen Beschleunigungssensors 10 wird nun anhand der schematischen Darstellung der Fig. 2 näher erläutert. Wenn auf den Be­ schleunigungssensor 10 in Richtung des Pfeiles 27 eine Be­ schleunigung ausgeübt wird, bewegt sich der Magnet 15 relativ zu dem Gleitrohr 12 in Richtung des Pfeiles 28, da der Magnet 15 eine träge oder seismische Masse darstellt.The mode of operation of the acceleration sensor 10 described so far will now be explained in more detail with reference to the schematic illustration in FIG. 2. When the acceleration sensor 10 in the direction of arrow 27 is subjected to acceleration, the magnet 15 moves relative to the sliding tube 12 in the direction of arrow 28 , since the magnet 15 represents an inert or seismic mass.

Während sich der Magnet 15 beispielsweise bei ruhendem Be­ schleunigungssensor 10 in seiner bei 30 angedeuteten Ruheposi­ tion Z₀ befindet, bewegt er sich bei anstehender Beschleunigung in Richtung des Pfeiles 27 zunächst zu einem bei 31 angedeuteten Schaltpunkt Z_a, bei dem er derart über die Kontakte des Reed- Schalters 24 gelangt ist, daß er diese schaltet. Schließlich bewegt sich der Magnet 15 längs der Führungsnut 18 weiter, bis er seine bei 32 angedeutete Endposition Z_e erreicht.While the magnet 15 is, for example, when the acceleration sensor 10 is at rest in its rest position Z₀ indicated at 30 , it moves with the pending acceleration in the direction of arrow 27 initially to a switch point Z _a indicated at 31 , at which it is thus via the contacts of the Reed switch 24 has reached that it switches them. Finally, the magnet 15 moves along the guide groove 18 until it reaches its end position Z _e indicated at 32 .

Zwischen der Ruheposition Z₀ und dem Schaltpunkt Z_a verläuft die Bahnkurve geradlinig und parallel zur Hauptachse (Längs­ richtung 26) des Gleitrohres 12, wie dies in Fig. 2b durch ein gerades Bahnkurvensegment 33 dargestellt ist. Zwischen dem Schaltpunkt Z_a und der Endposition Z_e ist die Bahnkurve gekrümmt oder krummlinig, d. h. sie setzt sich aus Wegelementen zusammen, die unter einem bestimmten Winkel zur Längsrichtung 26 des Gleitrohres 12 verlaufen. Dies ist in Fig. 2c durch ein krummliniges Bahnkurvensegment 34 angedeutet.Between the rest position Z₀ and the switching point Z _a , the trajectory runs in a straight line and parallel to the main axis (longitudinal direction 26 ) of the sliding tube 12 , as shown in Fig. 2b by a straight trajectory segment 33 . Between the switching point Z _a and the end position Z _e , the trajectory is curved or curvilinear, ie it is composed of path elements that run at a certain angle to the longitudinal direction 26 of the sliding tube 12 . This is indicated in Fig. 2c by a curvilinear path segment 34 .

Während der Magnet 15 im Bahnkurvensegment 33 eine reine Translationsbewegung ausführt, wird im Bahnkurvensegment 34 zusätzlich eine Drehbewegung überlagert, die den Magneten 15 in Richtung eines bei 35 angedeuteten Pfeiles in Rotation versetzt und infolge des Trägheitsmomentes des Magneten 15 den Bewegungsablauf verlangsamt oder verzögert. Dieser Effekt wird auch als Retardierung bezeichnet.While the magnet 15 executes a pure translational movement in the path curve segment 33 , a rotary movement is additionally superimposed in the path curve segment 34 , which rotates the magnet 15 in the direction of an arrow indicated at 35 and slows or delays the movement sequence due to the moment of inertia of the magnet 15 . This effect is also known as retardation.

Wenn der Magnet 15 seine Endposition 32 (Z_e) erreicht hat, verharrt er in dieser Stellung, bis die auf den Beschleunigungs­ sensor 10 ausgeübte Beschleunigung den Beschleunigungs-Schwell­ wert wieder unterschritten hat. Dann wird der Magnet 15 durch die in Fig. 2 aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellte Druckfeder 21 in Richtung des Pfeiles 28′ zunächst zurück zu dem Schaltpunkt 31 (Z_a) gedrückt, wobei er eine der Drehbewegung 35 entgegengesetzte Drehbewegung 36 vollführt. Hat der Magnet 15 den Schaltpunkt 31 (Z_a) wieder erreicht, so öffnet der Reed-Schalter wieder, während sich der Magnet 15 längs des geraden Bahnkurvensegmentes 33 in seine Ruheposition Z₀ begibt.When the magnet 15 has reached its end position 32 (Z _e ), it remains in this position until the acceleration exerted on the acceleration sensor 10 has again fallen below the acceleration threshold value. Then the magnet 15 is first pushed back to the switching point 31 (Z _a ) by the compression spring 21, not shown in FIG. 2 for reasons of clarity, in the direction of the arrow 28 , whereby it performs a rotary movement 36 opposite to the rotary movement 35 . If the magnet 15 has reached the switching point 31 (Z _a ) again, the reed switch opens again, while the magnet 15 moves along the straight trajectory segment 33 into its rest position Z₀.

In Fig. 3 ist der Zusammenhang zwischen einer typischen Kolli­ sionskurve 37 und dem Schließverhalten 38 des Reed-Schalters 24 dargestellt. Dabei beschreibt a (t) den zeitlichen Verlauf der von außen auf den Beschleunigungssensor 10 einwirkenden Beschleunigung oder Verzögerung. Ist a (t) größer als eine dynamische Schaltschwelle a_p, schließt der Reed-Schalter, da sich der Magnet 15 dann bis zu dem Schaltpunkt Z_a bewegt hat. In Fig. 3, the relationship between a typical collision curve 37 and the closing behavior 38 of the reed switch 24 is shown. Here, a (t) describes the time course of the acceleration or deceleration acting on the acceleration sensor 10 from the outside. If a (t) is greater than a dynamic switching threshold a _p , the reed switch closes, since the magnet 15 has then moved up to the switching point Z _a .

Aus dem soeben Gesagten ergibt sich, daß ein unmittelbarer Zusammenhang zwischen der Schaltschwelle a_p und der Länge des Bahnkurvensegmentes 33 sowie der Rückstellkraft der Druckfeder 21 besteht. Bei gegebener Schaltschwelle a_p bestimmt sich aus der Rückstellkraft und der Länge des Bahnkurvensegmentes 33 die Zeit, die benötigt wird, bis der Reed-Schalter 24 schaltet.It follows from what has just been said that there is a direct connection between the switching threshold a _p and the length of the trajectory segment 33 and the restoring force of the compression spring 21 . For a given switching threshold a _p , the restoring force and the length of the trajectory segment 33 determine the time required for the reed switch 24 to switch.

Nach einer Ansprechzeit t_a hat die Kollisionskurve 37 den Beschleunigungs-Schwellwert a_p erreicht und der Reed-Schalter 24 schließt und verharrt in diesem Zusammenhang während einer Schließdauer t_s, wie dies in Fig. 3 unten dargestellt ist. Der Zustand S=0 entspricht dabei einem geöffneten Reed- Schalter 24 und der Zustand S=1 einem geschlossenen Reed- Schalter.After a response time t _a , the collision curve 37 has reached the acceleration threshold a _p and the reed switch 24 closes and remains in this context during a closing period t _s , as shown in FIG. 3 below. The state S = 0 corresponds to an open reed switch 24 and the state S = 1 to a closed reed switch.

Die Schließdauer t_s setzt sich additiv aus den Anteilen t_c und t_r zusammen. t_c ist dabei die sogenannte Kollisionszeit, in der sich der Magnet bei hinreichend großer Beschleunigungs­ amplitude bis in seine Endposition 32 (Z_e) bewegt, wie dies in Fig. 2c dargestellt ist. Die Rückbewegung des Magneten 15 setzt dann ein, wenn a (t) unterhalb von a_p abfällt. Während der nun einsetzenden Rückstellzeit t_r wird der Magnet 15 durch die Rückstellkraft der Feder 21 von der Endposition 32 über das krummlinige Bahnkurvensegment 34 bis zum Schaltpunkt 31 zurückgeführt.The closing time t _s is additively composed of the proportions t _c and t _r . t _c is the so-called collision time in which the magnet moves to its end position 32 (Z _e ) with a sufficiently large acceleration amplitude, as shown in FIG. 2c. The return movement of the magnet 15 begins when a (t) falls below a _p . During the resetting time t _r now set in, the magnet 15 is returned by the resetting force of the spring 21 from the end position 32 via the curvilinear trajectory segment 34 to the switching point 31 .

Während die Kollisionszeit t_c sehr stark von dem Amplituden- Zeit-Verlauf der Kollisionskurve 37 abhängt, ist die Rück­ stellzeit t_r weitgehend unabhängig von der Kollisionskurve 37 und wird vornehmlich durch die Retardierung, d. h. durch die auf dem Magneten 15 wirkenden Verzögerungsmaßnahmen bestimmt. While the collision time t _c depends very much on the amplitude-time profile of the collision curve 37 , the reset time t _{r is} largely independent of the collision curve 37 and is primarily determined by the retardation, ie by the deceleration measures acting on the magnet 15 .

Wie sich aus Fig. 3 ergibt, wird die gesamte Schließdauer t_s überwiegend durch die Rückstellzeit t_r bestimmt.As is apparent from Fig. 3, the entire closing duration t _s mainly by the restoring time t _r is determined.

Damit ist bei dem Beschleunigungssensor unabhängig vom Zeitverlauf der Kollisionskurve 37 der Reed- Schalter 24 immer ausreichend lange geschlossen - nämlich zumindest während der Rückstellzeit t_r -, so daß die Insassen- Sicherungssysteme sicher anspringen können.Regardless of the time course of the collision curve 37, the reed switch 24 is therefore always closed for a sufficiently long time — namely at least during the reset time t _r — so that the occupant safety systems can start safely.

Die Rückstellzeit t_r kann aus der Bewegungsgleichung des Magneten 15 für das Bahnkurvenintervall zwischen Z_a und Z_e berechnet werden. Sie folgt gemäß dem Hamilton-Prinzip aus der Bedingung dE/dt=0, wobei E die Gesamtenergie des mechani­ schen Systems bezeichnet. Diese ist gegeben durch die Beziehung:The reset time t _r can be calculated from the equation of motion of the magnet 15 for the path curve interval between Z _a and Z _e . According to the Hamilton principle, it follows from the condition dE / dt = 0, where E denotes the total energy of the mechanical system. This is given by the relationship:

Der erste Term ist die kinetische Energie, die der Magnet 15 mit seiner Masse m aufgrund seiner momentanen Geschwindigkeit =dz/dt besitzt. Der zweite Term ist die potentielle Energie des Feder-Masse-Systems mit der Federkonstanten K bei einer Auslenkung z. Der dritte Term schließlich ist die Rotations­ energie des Magneten 15 bei einem angenommenen Massenträgheits­ moment J sowie einer momentanen Winkelgeschwindigkeit = dϕ/dt.The first term is the kinetic energy that the magnet 15 has with its mass m due to its instantaneous speed = dz / dt. The second term is the potential energy of the spring-mass system with the spring constant K at a deflection z. Finally, the third term is the rotational energy of the magnet 15 with an assumed moment of inertia J and an instantaneous angular velocity = dϕ / dt.

Der Zusammenhang zwischen der Auslenkung Z und dem Winkel ϕ ergibt sich aus dem Verlauf der Bahnkurve des Führungsstiftes 17 in der Führungsnut 18. Diese Bahnkurve ist in Fig. 4 in Zylinderkoordinaten dargestellt. Anders ausgedrückt gibt Fig. 4 die in die (z, r · ϕ) Ebene abgewickelte Bahnkurve des Füh­ rungsstiftes 17 auf der Oberfläche 13 des Gleitrohres 12 wieder.The relationship between the deflection Z and the angle ϕ results from the course of the trajectory of the guide pin 17 in the guide groove 18 . This trajectory is shown in Fig. 4 in cylinder coordinates. In other words, Fig. 4 shows the developed in the (z, r · Ebene) plane trajectory of the guide pin 17 on the surface 13 of the guide tube 12 again.

In Kurvenintervallen zwischen Z_a und Z_e wird der Magnet 15 mittels des Führungsstiftes 17 in der Führungsnut 18 in der Weise zwangsgeführt, daß er in Abhängigkeit von seiner Z-Position um einen durch die Bahnkurve vorgegebenen Winkel ϕ um die Hauptachse des Gleitrohres 12 gedreht wird. Wird ohne Einschrän­ kung der Allgemeinheit angenommen, daß die Führungsnut 18 eine Spiralkurve beschreibt, was der in der Fig. 4 dargestellten Bahnkurve 39 entspricht, ergibt sich der Zusammenhang Z=rϕtanα.In curve intervals between Z _a and Z _e , the magnet 15 is positively guided in the guide groove 18 by means of the guide pin 17 in such a way that it is rotated around the main axis of the guide tube 12 by an angle ϕ predetermined by the trajectory curve, depending on its Z position . If the generality is assumed without restriction that the guide groove 18 describes a spiral curve, which corresponds to the path curve 39 shown in FIG. 4, the relationship Z = rϕtanα results.

Wie in Fig. 4 zu erkennen ist, setzt sich die Bahnkurve 39 aus dem geraden Bahnkurvensegment 33 und dem spiralförmigen Bahnkurvensegment 34 zusammen, das wegen der Abwicklung in Fig. 4 ebenfalls eine Gerade darstellt. Bei Z_a ist ferner ein Übergangsbereich 41 mit einem Bahnkrümmungsradius r_B vorgesehen, der einen "weichen", d. h. kantenfreien Übergang von dem Segment 33 in das Segment 34 gewährleistet.As can be seen in FIG. 4, the path curve 39 is composed of the straight path curve segment 33 and the spiral path curve segment 34 , which also represents a straight line due to the development in FIG. 4. At Z _{a there} is also a transition region 41 with a radius of curvature r _B , which ensures a "soft", ie edge-free transition from segment 33 to segment 34 .

Die Ableitung der oben angegebenen Formel für die Gesamtenergie E des mechanischen Systems und die Berücksichtigung des eben­ falls angegebenen Zusammenhanges zwischen Z, R und ϕ führt zu folgender Bewegungsgleichung:Deriving the above formula for total energy E of the mechanical system and the consideration of the just if specified relationship between Z, R and ϕ leads to the following equation of motion:

mit With

m_eff = m + J/(r² · tan²α)m _eff = m + J / (r² · tan²α)

In diesen Gleichungen ist r der Radius des Gleitrohres 12 und α der Steigungswinkel der Spiralkurve. Die Zwangsführung des Magneten 15 führt also zu einer scheinbar erhöhten Trägheits­ masse des Magneten 15, einer sogenannten effektiven Masse m_eff. Ihr Wert ist um so größer, je größer das Massenträgheits­ moment J ist und je flacher die Spiralkurve verläuft, d. h. je kleiner der Steigerungswinkel α ist. Die angegebene Bewegungs­ gleichung entspricht der einer ungedämpften harmonischen Schwingung, so daß die Rückstellzeit der folgenden Beziehung genügt:In these equations, r is the radius of the sliding tube 12 and α is the pitch angle of the spiral curve. The positive guidance of the magnet 15 thus leads to an apparently increased inertial mass of the magnet 15 , a so-called effective mass m _eff . Their value is greater, the greater the moment of inertia J and the flatter the spiral curve, ie the smaller the angle of increase α. The specified equation of motion corresponds to that of an undamped harmonic oscillation, so that the reset time satisfies the following relationship:

t_r ∼ (m_eff/K)^1/2 t _r ∼ (m _eff / K) ^1/2

Da m_eff größer ist als m, ergibt sich ein höherer Wert für die Rückstellzeit T_r, als es ohne diese Verzögerungsmaßnahme (Retardierung) möglich wäre.Since m _{eff is} greater than m, there is a higher value for the reset time T _r than would be possible without this delay measure (retardation).

Dieser Zusammenhang ist in Fig. 5 dargestellt, die den Verlauf der auf den Magneten 15 wirkenden Rückstellkraft F_R in Abhängig­ keit von der Auslenkung z wiedergibt.This relationship is shown in FIG. 5, which shows the course of the restoring force F _R acting on the magnet 15 as a function of the deflection z.

Im Kurvenintervall zwischen Z₀ und Z_a wird die Rückstellkraft F_R durch die bei 43 dargestellten Federkennlinie der Druckfeder 21 bestimmt. Im Intervall zwischen Z_a und Z_e wird die Progres­ sion der Federkennlinie 43 abgeschwächt durch einen bei 44 angedeuteten degressiven Beitrag der zwangsgeführten Dreh­ bewegung, und zwar mit dem Faktor:In the curve interval between Z₀ and Z _a , the restoring force F _{R is} determined by the spring characteristic of the compression spring 21 shown at 43 . In the interval between Z _a and Z _e , the progression of the spring characteristic 43 is weakened by a degressive contribution of the positively guided rotary movement indicated at 44 , namely with the factor:

1/[1 + J/(mr³ · tan²α)].1 / [1 + J / (mr³ · tan²α)].

Während die Rückstellkraft F_R im Intervall (Z₀, Z_a) proportional zu kz ist, ist sie im Intervall (Z_a, Z_e) proportional zu (m/m_eff)kz.While the restoring force F _{R is} proportional to kz in the interval (Z₀, Z _a ), it is proportional to (m / m _eff ) kz in the interval (Z _a , Z _e ).

Die Schließdauer t_s kann damit nach Maßgabe der Kollisionskurven a (t) mittels der genannten Bahnkurvenparameter r und α auf gewünschte Werte eingestellt werden. Dabei müssen noch die auftretenden Reibungskräfte im Feder-Masse-System berücksichtigt werden. Es gibt eine optimale Bahnkurve für die Führungsnut 18, bei der eine größtmögliche Schließdauer t_s erreicht wird, ohne daß ein Festsitzen des Magneten 15 außerhalb der Ruheposi­ tion 30 (Z₀) möglich ist. Dies ist erfüllt, wenn der Steigerungs­ winkel α in jedem Punkt der Bahnkurve größer ist als ein unterer Grenzwert α_o, dem sogenannten Reibwinkel:The closing time t _s can thus be set to desired values in accordance with the collision curves a (t) by means of the path curve parameters r and α mentioned. The friction forces occurring in the spring-mass system must also be taken into account. There is an optimal trajectory for the guide groove 18 , in which the greatest possible closing time t _{s is} achieved without the magnet 15 being stuck outside the rest position 30 (Z₀). This is true if the angle of increase α is greater than a lower limit value α _o , the so-called friction angle, at every point on the trajectory:

Dabei sind µ₁ und µ₂ werkstoffspezifische Reibkoeffizienten, µ₁ bestimmt die Gleitreibung zwischen Innenring und Gleitrohr und µ₂ die Drehreibung an dem Federende. Ferner geht der Federradius r_F in die Berechnung des Grenzwertes α₀ ein.Here are µ₁ and µ₂ material-specific coefficients of friction, µ₁ determines the sliding friction between the inner ring and sliding tube and µ₂ the rotational friction at the spring end. The spring radius r _{F is also included} in the calculation of the limit value α₀.

Die Reibungskräfte an den Federenden, die der Drehbewegung des Magneten entgegenwirken, können vermieden werden, indem die Druckfeder 21 einenends an dem Innenring 16 und anderenends an der Halteplatte 14 befestigt wird. Dadurch wirkt die Druck­ feder 21 zusätzlich als Drehfeder, was zusätzlich als Ver­ zögerungsmaßnahme wirkt. The frictional forces at the spring ends, which counteract the rotary movement of the magnet, can be avoided by fastening the compression spring 21 on one side to the inner ring 16 and at the other end on the holding plate 14 . As a result, the compression spring 21 also acts as a torsion spring, which additionally acts as a delay measure.

Die Federenden werden nämlich in der Weise befestigt, daß die Drehspannung der Druckspannung entegegenwirkt. Dies wird damit erreicht, daß der Vorspannwinkel, der durch die Bahnkurve erzwungenen Drehwinkelrichtung entgegengerichtet ist. Mit anderen Worten bedeutet dies, daß der Magnet 15 durch die Drehwirkung der Druckfeder 21 in Richtung des in Fig. 2b relativ niedrigen Beschleunigungswerten a (t) die maximale Auslenkung des Magneten 15 bis in die Endposition 32 (Z_e) erreicht, so daß die Retardierung voll wirksam wird. Da die zusätzlich als Drehfeder wirkende Druckfeder 21 während der Rückbewegung des Magneten 15 (siehe Fig. 2c) zwangsläufig wieder "aufgezogen" wird, nämlich in Richtung des Pfeiles 36 aus Fig. 2c, ergibt sich eine zusätzliche Verlangsamung der Rückstellung, also eine zusätzliche Verzögerungsmaßnahme. Da dieser Effekt reibungsunabhängig ist, ergibt sich eine Rück­ stellzeit t_r bzw. Schließdauer t_s, die länger ist, als es ohne die Drehspannung aufgrund des nicht unterschreitbaren Reibwinkels α₀ möglich wäre.The spring ends are namely fastened in such a way that the three-phase tension counteracts the compressive tension. This is achieved in that the pretension angle is opposite to the rotational angle direction forced by the trajectory. In other words, this means that the magnet 15 reaches the maximum deflection of the magnet 15 into the end position 32 (Z _e ) by the rotary action of the compression spring 21 in the direction of the relatively low acceleration values a (t) in FIG. 2b, so that the Retardation becomes fully effective. Since the compression spring 21, which additionally acts as a torsion spring, is inevitably “pulled back” again during the return movement of the magnet 15 (see FIG. 2c), namely in the direction of the arrow 36 from FIG . Since this effect is friction-independent, there is a reset time t _r or closing time t _s , which is longer than would be possible without the three-phase voltage due to the friction angle α₀ which cannot be undercut.

Um eine Erhöhung der Ansprechzeit t_a des Beschleunigungssensors (siehe Fig. 3) oder eine Herabsetzung der dynamischen Schalt­ schwelle α_p zu vermeiden, ist die Bahnkurve 39 so ausgelegt, daß die Drehbewegung des Ringmagneten erst jenseits des Schalt­ punktes Z_a erzwungen wird. Damit ist der Steigerungswinkel α der Bahnkurve 39 im Intervall (Z₀, Z_A) gleich 90° - siehe Bahnkurvensegment 33 in Fig. 4 -, während er im Kurvenintervall (Z_a, Z_e) größer als α₀ und kleiner als 90° ist. In order to avoid an increase in the response time t _{a of} the acceleration sensor (see FIG. 3) or a reduction in the dynamic switching threshold α _p , the trajectory 39 is designed so that the rotary movement of the ring magnet is only forced beyond the switching point Z _a . Thus, the angle of increase α of the trajectory 39 in the interval (Z Z, Z _A ) is 90 ° - see trajectory segment 33 in Fig. 4 -, while in the curve interval (Z _a , Z _e ) it is greater than α₀ and less than 90 °.

Es ist noch zu erwähnen, daß aufgrund des in Fig. 4 zu erkennen­ den Bahnkrümmungsradius r_B die in Fig. 5 dargestellte Rück­ stellkraft F_R bei Erreichen des Schaltpunktes Z_a nicht wie bei 46 angedeutet sprunghaft um den degressiven Beitrag 44 absinkt, sondern wie bei 47 in Fig. 5 angedeutet, allmählich. Wie bereits erwähnt, verläuft die ehemals steile Federkennlinie 43 nach der degressiven Absenkung um den Betrag 44 in einer in Fig. 5 bei 45 angedeuteten flacheren Kurve.It should also be mentioned that, based on the path curvature radius r _{B shown} in FIG. 4, the return force F _R shown in FIG. 5 does not suddenly drop by the degressive contribution 44 , as indicated at 46, when the switching point Z _{a is reached} , but rather how indicated at 47 in Fig. 5, gradually. As already mentioned, the previously steep spring characteristic 43 runs after the degressive reduction by the amount 44 in a flatter curve indicated at 45 in FIG. 5.

In Fig. 6 schließlich ist bei a) eine weitere Bahnkurve 49 angegeben, die ebenfalls den oben angegebenen Bedingungen gehorcht. Wie Fig. 4 ist auch Fig. 6 eine Darstellung einer Führung 50 in Zylinderkoordinaten, d. h. das Gleitrohr 12 ist abgewickelt dargestellt. Die Führung 50 hat in diesem Beispiel die Form einer Herzkurve 51, die Bewegungsrichtung des Füh­ rungsstiftes 17 in der Führung 50 ist bei 52 durch Pfeile angedeutet.Finally, in FIG. 6, at a) a further trajectory 49 is specified, which likewise obeys the conditions specified above. Like FIG. 4, FIG. 6 is a representation of a guide 50 in cylindrical coordinates, ie the sliding tube 12 is shown unwound. The guide 50 has the shape of a heart curve 51 in this example, the direction of movement of the guide pin 17 in the guide 50 is indicated at 52 by arrows.

Der Magnet 15 bewegt sich bei der Hinbewegung geradlinig von der Ruheposition Z₀ über den Schaltpunkt Z_a in die Endposition Z_e. Dieser Hinweg ist in Fig. 6 mit 53d bezeichnet. Auf seinem mit 54 bezeichneten Rückweg folgt der Führungsstift 17 und damit der Magnet 15 den beiden gegensinnig gekrümmten Bahnkurven­ abschnitt der Herzkurve 51, so daß zusätzlich ein Drehrich­ rungswechsel erzwungen wird. Diese beiden in Fig. 6a) mit 55 und 56 bezeichneten Bahnkurvenabschnitte sind als Spiralkurven ausgebildet. In Fig. 6b) ist durch die Abschnitte 55′ und 56′ eine vereinfachte Parameterdarstellung der Herzkurve 51 ange­ deutet. Der Übergang von dem Abschnitt 55′ in den Abschnitt 56′ ist wieder durch eine Krümmung mit dem Bahnkrümmungsradius r_b realisiert, um ein Verklemmen des Führungsstiftes 17 zu ver­ hindern. The magnet 15 moves in a straight line during the outward movement from the rest position Z₀ via the switching point Z _a to the end position Z _e . This way there is designated 53d in FIG. 6. On its return path designated 54 , the guide pin 17 and thus the magnet 15 follow the two oppositely curved trajectory section of the heart curve 51 , so that additionally a rotation direction change is forced. These two path curve sections, designated 55 and 56 in FIG. 6a), are designed as spiral curves. In Fig. 6b) is a simplified parameter representation of the heart curve 51 indicated by the sections 55 'and 56 '. The transition from section 55 'to section 56 ' is again realized by a curvature with the radius of curvature r _b to prevent jamming of the guide pin 17 .

Zusätzlich zu der durch die Drehbewegung hervorgerufenen retardierenden Wirkung infolge der Erhöhung der effektiven Masse erfolgt durch diese Verzögerungsmaßnahme eine Erhöhung der Rückstellzeit t_r, da der Rückweg 54 länger ist als der Hinweg 53.In addition to the retarding effect caused by the rotary movement as a result of the increase in the effective mass, this delay measure increases the reset time t _r , since the return path 54 is longer than the outward path 53 .

Während die Endposition z_e geradlinig relativ schnell erreicht wird, erfolgt die Retardierung oder Verlangsamung ausschließlich während der Rückbewegung. Vorteilhaft ist hier, daß schon bei relativ niedrigen Beschleunigungswerten die Retardierung voll wirksam wird.While the end position z _{e is} reached relatively quickly in a straight line, the retardation or slowdown takes place exclusively during the return movement. It is advantageous here that the retardation becomes fully effective even at relatively low acceleration values.

Der Bewegungsablauf ist derart, daß der Führungsstift 17 bei einer ausreichenden Beschleunigung zunächst geradlinig über den Schaltpunkt Z_a läuft und bei einem mit 58 bezeichneten Anschlagpunkt anschlägt. Ist die Beschleunigung wieder zurückgegangen, drückt die Druckfeder 21 den Führungsstift 17 in Fig. 6a) nach unten, so daß er gegen ein mit 59 bezeichnetes Dreieck stößt, das eine Art Weiche darstellt, so daß der Stift 17 den verlängerten Rückweg 54 über die Kurvenabschnitt 55, 56 nimmt.The sequence of movements is such that the guide pin 17 initially runs in a straight line over the switching point Z _a when the acceleration is sufficient and stops at a stop point labeled 58 . If the acceleration is decreased again, 6a) 21 presses the pressure spring the guide pin 17 in Fig. Down so that it abuts against a designated 59 triangle that represents a kind of switch, so that the pin 17 to the extended return path 54 via the curve section 55 , 56 takes.

Wegen der vereinfachten Darstellung ist die durch die Herzkurve 51 bedingte Weichenfunktion in Fig. 6b) nicht so deutlich zu erkennen.Because of the simplified representation, the switch function caused by the heart curve 51 in FIG. 6b) is not so clearly recognizable.

Claims (13)

1. Beschleunigungssensor (10), insbesondere für Sicherheits­ systeme in Kraftfahrzeugen, mit einem magnetisch betätig­ baren elektrischen Schalter (23) und einem dazu vorge­ sehenen, gegen die Kraft eines Rückstellelementes (20) ortsveränderlich angeordneten Magneten (15), der sich als seismische Masse bei Überschreiten eines Beschleunigungs- Schwellwertes (a_p) derart bewegt, daß er den Schalter (23) betätigt, wobei zumindest eine Verzögerungsmaßnahme vorgesehen ist, welche die Bewegung des Magneten (15) verzögert, dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest eine Verzögerungsmaßnahme derart ausgelegt ist, daß die Bewegung des Magneten (15) auf seinem Weg von seiner Ruheposition (30, Z₀) in seine bei entsprechender Beschleunigung (a_p) eingenommene Endposition (32, Z_e) weniger stark verzögert wird als bei seinem Rückweg von der Endposition (32, Z_e) in die Ruheposition (30, Z₀).1. Acceleration sensor ( 10 ), in particular for safety systems in motor vehicles, with a magnetically actuated electrical switch ( 23 ) and a provided, against the force of a return element ( 20 ) variably arranged magnet ( 15 ), which is a seismic mass when an acceleration threshold value (a _p ) is exceeded such that it actuates the switch ( 23 ), at least one delay measure being provided which delays the movement of the magnet ( 15 ), characterized in that the at least one delay measure is designed in this way that the movement of the magnet ( 15 ) on its way from its rest position ( 30 , Z₀) to its end position ( 32 , Z _e ) assumed with corresponding acceleration (a _p ) is less strongly delayed than when it returns from the end position ( 32 , Z _e ) in the rest position ( 30 , Z₀). 2. Beschleunigungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Verzögerungsmaßnahme dem Magneten (15) zumindest während eines Abschnitts (34) seiner durch Beschleunigung des Beschleunigungssensors (10) bewirkten Bewegung (28) eine Drehbewegung (35, 36) überlagert wird. 2. Acceleration sensor according to claim 1, characterized in that as a deceleration measure, the magnet ( 15 ) at least during a section ( 34 ) of its movement ( 28 ) caused by acceleration of the acceleration sensor ( 10 ), a rotary movement ( 35 , 36 ) is superimposed. 3. Beschleunigungssensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Verzögerungsmaßnahme eine Führung (50) für die Bewegung (52) des Magneten (15) vorgesehen ist, die derart ausgelegt ist, daß der Magnet (15) von seiner Ruheposition (30, Z₀) in seine bei entsprechender Beschleunigung (a_p) eingenommene Endposition (32, Z_e) einen Gesamtweg (53) zurücklegt, der kürzer ist, als sein Rückweg (54) von der Endposition (32, Z_e) in die Ruheposition (30, Z₀).3. Acceleration sensor according to claim 1 or 2, characterized in that a guide ( 50 ) for the movement ( 52 ) of the magnet ( 15 ) is provided as a deceleration measure, which is designed such that the magnet ( 15 ) from its rest position ( 30th , Z₀) in its end position ( 32 , Z _e ) assumed with corresponding acceleration (a _p ) covers a total path ( 53 ) which is shorter than its return path ( 54 ) from the end position ( 32 , Z _e ) to the rest position ( 30 , Z₀). 4. Beschleunigungssensor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zwangsführung für die Bewegung (28, 52) des Magneten (15) vorgesehen ist.4. Acceleration sensor according to claim 2 or 3, characterized in that a positive guide for the movement ( 28 , 52 ) of the magnet ( 15 ) is provided. 5. Beschleunigungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet (15) ein ringförmiger Magnet (15) ist, der auf einem den Schalter (23) umgebenden Gleitrohr (12) verschiebbar angeordnet ist.5. Acceleration sensor according to one of claims 1 to 4, characterized in that the magnet ( 15 ) is an annular magnet ( 15 ) which is arranged displaceably on a sliding tube ( 12 ) surrounding the switch ( 23 ). 6. Beschleunigungssensor nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Gleitrohr (12) eine Führungsnut (18, 50) aufweist, in die ein mit dem Magneten (15) verbundener Führungsstift (17) eingreift.6. Acceleration sensor according to claim 5, characterized in that the sliding tube ( 12 ) has a guide groove ( 18 , 50 ) into which a guide pin ( 17 ) connected to the magnet ( 15 ) engages. 7. Beschleunigungssensor nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Führungsnut (18) einen Abschnitt (34) aufweist, der in Längsrichtung (26) des Gleitrohres (12) spiralförmig in dessen Oberfläche (13) verläuft.7. Acceleration sensor according to claim 6, characterized in that the guide groove ( 18 ) has a section ( 34 ) which extends in the longitudinal direction ( 26 ) of the sliding tube ( 12 ) spirally in its surface ( 13 ). 8. Beschleunigungssensor nach Anspruch 6 oder 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Führungsnut (18) einen Abschnitt (33) aufweist, der in Längsrichtung (26) des Gleitrohres (12) geradlinig und parallel zur Längsrichtung (26) verläuft. 8. Acceleration sensor according to claim 6 or 7, characterized in that the guide groove ( 18 ) has a section ( 33 ) which extends in the longitudinal direction ( 26 ) of the sliding tube ( 12 ) in a straight line and parallel to the longitudinal direction ( 26 ). 9. Beschleunigungssensor nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Magnet (15) den Schalter (23) betätigt, bevor der Führungsstift (17) den geradlinigen Abschnitt (33) verläßt.9. Acceleration sensor according to claim 8, characterized in that the magnet ( 15 ) actuates the switch ( 23 ) before the guide pin ( 17 ) leaves the rectilinear section ( 33 ). 10. Beschleunigungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückstellelement (20) eine Druckfeder (21) ist.10. Acceleration sensor according to one of claims 1 to 9, characterized in that the return element ( 20 ) is a compression spring ( 21 ). 11. Beschleunigungssensor nach Anspruch 10 und einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß als weitere Verzögerungsmaßnahme die Druckfeder (21) einenends drehfest mit dem Magneten (15) und anderenends drehfest mit einem Gehäuseteil (14) des Beschleunigungssensors (10) verbunden ist.11. Acceleration sensor according to claim 10 and one of claims 2 to 9, characterized in that as a further delay measure, the compression spring ( 21 ) is non-rotatably connected at one end to the magnet ( 15 ) and at the other end rotationally fixed to a housing part ( 14 ) of the acceleration sensor ( 10 ) . 12. Beschleunigungssensor nach den Ansprüchen 3, 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsnut (50) auf dem abgewickelten Gleitrohr (12) eine Art Herzkurve (51) beschreibt.12. Acceleration sensor according to claims 3, 4 and 6, characterized in that the guide groove ( 50 ) on the unwound sliding tube ( 12 ) describes a kind of heart curve ( 51 ). 13. Beschleunigungssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (23) ein Reed- Schalter (24) ist.13. Acceleration sensor according to one of claims 1 to 12, characterized in that the switch ( 23 ) is a reed switch ( 24 ).