DE4443419C1 - Beschleunigungssensor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Beschleunigungssensor nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei einem derart ausgebildeten und aus der DE 26 44 606 A1 be­ kannten Beschleunigungssensor ist ein Ringmagnet auf einem rohrförmigen Träger entlang dessen Längsachse verschiebbar angeordnet. Ein ebenfalls rohrförmiges Gehäuse umschließt den Ringmagneten. Träger und Gehäuse dienen der Führung des Ma­ gneten. Ohne Einwirkung einer Beschleunigungskraft befindet sich der Magnet in einer Ruhelage auf mittlerer Höhe des Trä­ gers und wird durch Federn zu beiden Seiten des Magneten fi­ xiert. Bei positiver oder negativer Beschleunigung des Sen­ sors in Richtung der Trägerlängsachse verschiebt sich der Ma­ gnet infolge seiner Massenträgheit gegen die Kraft einer der beiden Federn. Bei ausreichender Beschleunigung/Verschiebung schaltet er einen der magnetisch steuerbaren Schalter, die den Träger als Gehäuse nutzen und zu beiden Seiten der Ruhe­ lage angebracht sind.

Der vorgenannte Beschleunigungssensor ist hinsichtlich seines Material- und Fertigungsaufwandes nicht optimiert.

Ferner ist aus der DE 32 16 321 C1 ein Beschleunigungsschalter bekannt, der einen in einem Kanal verschiebbaren Magneten als seismische Masse aufweist. Der Magnet wird an einem ersten Ende des Kanals durch einen Weicheisenkern in seiner Ruhelage gehalten. Infolge einer Beschleunigung wird der Magnet im Ka­ nal ausgelenkt, betätigt einen neben dem Kanal angeordneten magnetisch steuerbaren Schalter und prallt gegen eine am an­ deren Ende des Kanals angeordnete Druckfeder.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Beschleuni­ gungssensor der eingangs genannten Art zu schaffen, der diese Nachteile der bekannten Vorrichtung vermeidet. Der erfin­ dungsgemäße Beschleunigungssensor für zwei Beschleunigungs­ richtungen hat insbesondere den Vorteil, die Ruhelage des Ma­ gneten ausschließlich mittels magnetischer Kräfte zu fixie­ ren.

Die Erfindung löst diese Aufgabe bei einem Beschleunigungs­ sensor der eingangs genannten Art durch die Merkmale des An­ spruchs 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden durch die Unteransprüche gekennzeichnet.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung erläutert, die einen Beschleunigungssensor im stationären Zustand im Längsschnitt darstellt.

Der Beschleunigungssensor hat einen zylindrischen Träger 1 mit einer Längsachse A-A′. Der Träger 1 ist aus einem nicht elektrischen und nicht magnetischen Material, beispielsweise Kunststoff. Der Träger 1 enthält einen Formkörper 10 aus einem Material mit hoher Permeabilität, beispielsweise RFe 120, zum Zwecke der Magnetfeldlinienführung. Ein ringförmiger Magnet 2 umschließt den Träger 1. Der Magnet 2 läßt sich ent­ lang der Trägerlängsachse A-A′ zwischen zwei Endlagen ver­ schieben und fungiert als seismische Masse.

Ohne Einwirkung von Beschleunigungskräften nimmt der Magnet 2 eine Ruhelage bezüglich des Trägers 1 zwischen den Endlagen ein. Bei ausreichender Beschleunigung/Verschiebung erreicht der Magnet 2 eine der Endlagen nahe des linken bzw. rechten Endes des Trägers 1.

Anschläge 11 an den Trägerenden hindern den Magneten 2 an einer Verschiebung über das Trägerende hinaus. Es sind auch andere Konstruktionen mit gleicher Funktion denkbar, wie z. B. Anschläge, die Teil eines Sensorgehäuses sind oder an einem Sensorgehäuse angebracht sind.

Magnetisch steuerbare Schalter 3 sind zu beiden Seiten der Ruhelage so angeordnet, daß der Magnet 2 bei ausreichender Beschleunigung/Verschiebung gegen eine Endlage ein Schließen der Schalterkontakte im Magnetkreis "Magnet 2, Schalter 3, Formkörper 10" bewirkt.

Im Ausführungsbeispiel sind die Schalter 3 als "Schutzgas­ kontakte im Metallgehäuse" nach EP 04891994 B1 ausgebildet und an den Stirnseiten des Trägers 1 angebracht. Jeder Schalter 3 hat ein Metallgehäuse 30. Ein Metallstift 35 ragt in eine Öffnung des Metallgehäuses 30 und ist durch eine Druckglas- Einschmelzung 31 gegen das Metallgehäuse 30 isoliert. Der Hohlraum 32 im Metallgehäuse ist mit Schutzgas angefüllt. Eine Blattfeder 33 trägt ein Ankerplättchen 34 und ist an derjenigen Innenseite des Metallgehäuses 30 angebracht, die dem Metallstift 35 gegenüberliegt. Ein Anschluß 36 ist am Me­ tallgehäuse angebracht. Ein zweiter Anschluß 37 ist mit dem Metallstift 35 verbunden, der zur Erhöhung des Magnetflusses möglichst tief in den Träger 1 hineinragt. Eine Isolations­ scheibe 38, beispielsweise aus Kunststoff, dient der galvani­ schen Trennung der zu beiden Seiten in den Träger 1 ragenden Metallstifte 35. Diese können durch einen einzigen durchgän­ gigen Metallstift 35 mit einem einzigen Anschluß 37 ersetzt werden, wenn die Schalter 3 schaltungstechnisch auf gleichem Potential betrieben werden.

Die Anordnung dieser Schalter 3 an den Stirnseiten des Trä­ gers 1 bedingt eine Magnetisierung des Magneten 2 entlang der Trägerlängsachse A-A′. Befindet sich der ausgelenkte Magnet nahe einer Endlage, wird der Magnetfluß im Magnetkreis "Magnet 2, Metallgehäuse 30, Blattfeder 33, Ankerplättchen 34, Metallstift 35, Formkörper 10" so groß, daß der Schalter­ kontakt über Ankerplättchen 34 und Metallstift 35 geschlos­ sen wird.

Magnet 2 und Formkörper 10 ziehen sich magnetisch an. Die Kontur des Formkörpers 10 bestimmt die magnetischen Rück­ stellkräfte und damit die Ruhelage: Der Querschnitt des Form­ körpers 10 ist an der Stelle des Trägers 1 maximal, an der die Ruhelage erwünscht wird. In der so festgelegten Ruhelage ist der Magnetfluß im Magnetkreis "Magnet 2, Formkörper 10" maximal. Der Querschnitt des Formkörpers 10 ist senkrecht zur Trägerlängsachse A-A′ definiert.

Bei einem für zwei Richtungen empfindlichen Beschleunigungs­ sensor mit gleicher Empfindlichkeit für beide Richtungen sollte sich diese Stelle in der Mitte des Trägers 1 befinden. Soll der Beschleunigungssensor unterschiedliche Empfindlich­ keiten je Richtung aufweisen, so ist die Ruhelage links oder rechts von der Mitte des Trägers 1 anzuordnen.

Vorzugsweise nimmt der Querschnitt des Formkörpers 10 von der Ruhelage zu den Endlagen hin ab. Dadurch erzielt man an jeder Stelle des Trägers 1 eine magnetische Rückstellkraft auf den ausgelenkten Magneten 2 in Richtung zur Ruhelage. Für jede Lage X des ausgelenkten Magneten 2 bezüglich des Trägers 1 existiert also in unmittelbarer Nachbarschaft der Lage X eine Lage Y mit geringerem Abstand zur Ruhelage, bei der der ma­ gnetische Fluß durch den Magnetkreis "Magnet 2, Formkörper 10" größer ist als in der Lage X. Eine Kraftwirkung auf den ausgelenkten Magneten hin zur Lage Y und somit zur Ruhelage ist die Folge.

Die Rückstellkraft auf den Magneten 2 bleibt bei einem linea­ ren Abfall des Formkörperquerschnitts von der Ruhelage hin zu den Endlagen in jeder möglichen Lage des ausgelenkten Magne­ ten 2 konstant. Bei einem nichtlinearen Abfall des Formkör­ perquerschnitts von der Ruhelage hin zu den Endlagen kann man eine Rückstellkraft erhalten, die in der Umgebung der Endla­ gen kleiner ist als in der Umgebung der Ruhelage. Dazu ist der differentielle Querschnittsabfall in der Umgebung der Endlagen kleiner zu halten als in der Umgebung der Ruhelage. Ein solcher Konturverlauf vergrößert die Mindestschließzeit des Beschleunigungssensors.

Dadurch, daß gleich mehrere Sensorparameter wie Mindest­ schließzeit oder Sensorempfindlichkeit je Richtung über die Kontur des Formkörpers bestimmt werden können, verringert sich die Anzahl der fertigungstechnischen Schritte. Der Ein­ satz ist insbesondere in Kraftfahrzeugen zur kombinierten Front-/Heckaufpralldetektion sowie zur Seitenaufpralldetek­ tion aufgrund der oben genannten Merkmale sowie der Kompakt­ heit und Wirtschaftlichkeit vorteilhaft. Bei den von dem Be­ schleunigungssensor angesteuerten Einheiten kann es sich um Airbag-, Gurt- oder Türschließsysteme handeln.

Claims (3)

1. Beschleunigungssensor

• - mit einem Träger (1) mit Anschlägen (11) an seinen Enden
• - mit einem Magneten (2) als seismische Masse, der auf dem Träger (1) entlang seiner Längsachse (A-A′) zwischen Endla­ gen verschiebbar angeordnet ist und stationär eine Ruhelage zwischen den Endlagen einnimmt, und mit magnetisch steu­ erbaren Schaltern (3) zu beiden Seiten der Ruhelage dadurch gekennzeichnet,
  daß der Träger (1) einen Formkörper (10) aus einem Material mit hoher Permeabilität einschließt, dessen Querschnitt im Bereich der Ruhelage ein Maximum aufweist und von dort zu den Endlagen hin abnimmt.

2. Beschleunigungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet (2) parallel zur Trägerlängsachse (A-A′) magneti­ siert ist und daß jeder Schalter (3) derart an dem Träger (1) angeordnet ist, daß die Feldlinien des Magneten (2) bei An­ näherung an eine Endlage über die Schalterkontakte verlaufen.

3. Beschleunigungssensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder magnetisch steuerbare Schalter (3) als Schutzgas-Kon­ takt im Metallgehäuse ausgebildet ist.