EP0360843A1 - Aufprallsensor. - Google Patents

Aufprallsensor.

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EP0360843A1
EP0360843A1 EP89900815A EP89900815A EP0360843A1 EP 0360843 A1 EP0360843 A1 EP 0360843A1 EP 89900815 A EP89900815 A EP 89900815A EP 89900815 A EP89900815 A EP 89900815A EP 0360843 A1 EP0360843 A1 EP 0360843A1
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EP
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magnetic
impact sensor
magnetic circuit
mass
acceleration
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EP89900815A
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Hans Spies
Alfons Wohrl
Horst Laucht
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Airbus Defence and Space GmbH
Original Assignee
Messerschmitt Bolkow Blohm AG
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H35/00Switches operated by change of a physical condition
    • H01H35/14Switches operated by change of acceleration, e.g. by shock or vibration, inertia switch
    • H01H35/147Switches operated by change of acceleration, e.g. by shock or vibration, inertia switch the switch being of the reed switch type
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H35/00Switches operated by change of a physical condition
    • H01H35/14Switches operated by change of acceleration, e.g. by shock or vibration, inertia switch
    • H01H35/145Switches operated by change of acceleration, e.g. by shock or vibration, inertia switch operated by a particular acceleration-time function

Definitions

  • the invention relates to an impact sensor that can be used in particular for safety devices in motor vehicles.
  • An acceleration sensor is e.g. described in DE 21 58800 B2.
  • a ball which is attracted by a permanent magnet in the rest position, is moved away from the latter by overcoming the attraction force and triggers a switching process.
  • the disadvantage here is that the switch is a Mi ros switch with an actuating plunger loaded by spring force.
  • the object of the invention is to provide an impact sensor for safety devices, which works precisely even under difficult application and switching conditions according to the design characteristics and this over a long service life.
  • Fig. Lc is a plan view of the clearance for the ball in the housing.
  • Fig. Id a modification to Fig. Lb including gravity to reset the ball in addition to the magnetic force and for all-round characteristics.
  • the impact sensor consists of a permanent magnet and two parallel soft magnetic circuits of different magnetic resistance.
  • the circuit with the lower magnetic resistance is closed with a ball exposed to the inertial force.
  • the ball moves from its starting position.
  • the magnetic resistance rises sharply. This increases the magnetic voltage and the reed relay located in the circuit with higher magnetic resistance as a magnetically operable insert. Switch, thereby switches over or on. If the action of the external force ceases, the ball is pulled back into the starting position by the magnetic field. The reed relay returns to the original switching position.
  • the response characteristic can be designed, such as, for example, in a circular section (xy plane design) or in an elliptical section (also in the z direction) -Design possible or necessary).
  • the response threshold, the response sensitivity and the duty cycle can be largely adapted to the desired values due to the design.
  • the electrical contact with the aid of a reed relay ensures high reliability, for example in the triggering circuit of an airbag system, a belt tensioner or similar known safety systems.
  • the sensor In its housing 3, 4, the sensor has a ferromagnetic mass 2, for example in the shape of a sphere in its interior or space 10.
  • the housing has an upper ferromagnetic sheet metal part 3 and a lower ferrromagnetic sheet metal part 4.
  • the reed switch is arranged in the electrically and magnetically non-conductive housing part 6.
  • the characteristic curve in particular of the magnetic forces acting on the ball 2, can be largely freely designed by shaping the free space in the housing.
  • the shape of the housing wall, which surrounds the free space 10, also determines the movement path limits of the ball 2 from the rest position 2 'on the rest seat 7' facing the magnet 1 into the switching position 2 "facing the reed switch 5 and its contact tongue (see FIG. lc).
  • the magnetic conductance of the magnetic circuit 1-3-2-4 is symbolically represented by 8 and the magnetic conductance of the magnetic circuit 1-3-3'-5-4 * -4 by 9.
  • the magnetic yoke plates 3 'and 4' in FIG. 1b are arranged exactly one behind the other, i.e. in this view the yoke plate 4 'covers the yoke plate 3'. Both together hold in a cutout the reed switch 5, in particular its glass jacket tube 11, which tapers at the ends with the connections 12.
  • Fig. Id represents a modification in which the magnet 1 as in Fig. Lb is adjacent to the seat (cone) of the ball 2 and normally holds it. However, in Fig. Id the magnet is arranged in the distance between the seat for the ball 2 and the reed switch 5. In addition to the magnetic return force, gravity also acts here (with the appropriate position relative to the gravitational field) as a restoring force for the ball in the starting position. Furthermore, FIG. 1d shows the embodiment for an all-round characteristic.

Landscapes

  • Switches Operated By Changes In Physical Conditions (AREA)
  • Air Bags (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Description

Aufprallsensor
Die Erfindung betrifft einen Aufprallsensor, der insbesondere für Sicherheitseinrichtungen in Kraftfahrzeugen verwendbar ist.
Ein Beschleunigungssensor ist z.B. in der DE 21 58800 B2 beschrieben. Bei Auftreten einer Beschleunigungskraft wird eine Kugel, die in Ruhe¬ stellung von einem Permantent agneten angezogen ist, durch Überwindung der Anziehungskraft von diesem wegbewegt und löst einen Schaltvorgang aus. Nachteilig ist hierbei, daß der Schalter ein Mi roschalter mit einem durch Federkraft belasteten Betätigungsstößel ist.
Um die Nachteile der Verwendung von Federn in solchen Systemen zu überwinden, wurde auch bereits vorgeschlagen (DE 3338287 CD bei einem Beschleunigungssensor ein Dauermagnetsystem zu verwenden, das aus zwei Dauermagneten besteht, die mit gleichnamigen Polen einander zugewandt und in Richtung ihrer Längsachsen verschiebbar angeordnet sind. Die Dauermagneten sind Ringmagnete, innerhalb derselben ein Reed-Schalter angeordnet ist. Man kann bei einer solchen Anordnung u.U. auf Federn verzichten. Die Schaltbedingungen für den Reed-Schalter sind jedoch in der Praxis äußerst schwierig; insbesondere ist ein Prellen der Kontakte häufig.
Aufgabe der Erfindung ist es einen Aufprallsensor für Sicherheitsein¬ richtungen zu schaffen, der auch unter schwierigen Anwendungs- und Schaltbedingungen nach konstruktiv vorgegebener Charakteristik exakt arbeitet und dies über eine lange Lebensdauer hinweg.
Gelöst wird diese Aufgabe mit einem Aufprallsensor gemäß Anspruch 1. Weitere Merkmale der Erfindung sind den Ansprüchen, der Beschreibung und Zeichnung eines Ausführungsbe spiels zu entnehmen, ohne hierauf be¬ schränkt zu sein. Zur Erfindung gehören ausdrücklich auch alle Kombi¬ nationen der beanspruchten, beschriebenen und dargestellten Merkmale miteinander. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung rein schema¬ tisch dargestellt. Es zeigen:
Fig. la den magnetischen Kreis und seine Teile;
Fig. 1b einen Längsschnitt durch das Gehäuse des Sensors;
Fig. lc eine Draufsicht auf den Freiräum für die Kugel im Gehäuse.
Fig. Id eine Abwandlung zu Fig. lb mit Einbeziehung der Schwerkraft zur Kugelrückstellung neben der Magnetkraft und für Rundumcharakteristik.
Der Aufprallsensor besteht aus einem Permanentmagnet und zwei parallel¬ geschalteten Weichmagnetkreisen unterschiedlichen magnetischen Wider¬ standes. Der Kreis mit dem niedrigeren magnetischen Widerstand ist mit einer der Trägheitskraft ausgesetzten Kugel geschlossen. Bei Einwirkung einer Beschleunigung oder Verzögerung über eine bestimmte Zeit bewegt sich die Kugel aus ihrer Ausgangsposition. Der magnetische Widerstand steigt stark an. Dadurch steigt die magnetische Spannung an und das im Kreis höheren magnetischen Widerstands befindliche Reedrelais als magnetisch betätigbarer Einbzw. Umschalter, schaltet dadurch um oder ein. Hört die Einwirkung der äußeren Kraft auf, so wird die Kugel vom Magnetfeld wieder in die Ausgangspos tion zurückgezogen. Das Reed-Relais geht wieder in die ursprüngliche Schaltposition..
Die Besonderheiten und Vorteile der Erfindung werden insbesondere anhand der Fig. lb und lc deutlich. Durch die Gestaltung des Kugelfreiraumes sowohl in der x-y-Ebene als auch in der Z-Dimension kann die Ansprech¬ charakteristik gestaltet werden, wie z.B, kreisausschnittför ig (x-y- Ebene-Gestaltung) oder auch ellipsenausschnittför ig (auch in z-Rich- tung-Gestaltung möglich bzw. erforderlich). Die Ansprechschwelle, die Ansprechempfindlichkeit und die Einschaltdauer sind durch die konstruk¬ tive Ausgestaltung den gewünschten Werten weitgehend anzupassen. Durch die elektrische Kontaktgabe mit Hilfe eines Reed-Relais ist hohe Zuver¬ lässigkeit, z.B. in der Auslöseschaltung eines Airbag-Systems, eines Gurtstrammers oder ähnlichen bekannten Sicherheitssystemen, gewährleis¬ tet. Der Sensor weist in seinem Gehäuse 3, 4 eine ferromagnetische Masse 2, z.B. in Kugelform in seinem Innenraum oder Freiräum 10 auf. Das Gehäuse weist ein oberes ferromagnetisch leitendes Blechteil 3 und ein unteres ferrromagnetisch leitendes Blechteil 4 auf.
Der Reedschalter ist im elektrisch und magnetisch nichtleitenden Gehäu¬ seteil 6 angeordnet.
Die Kennlinie insbesondere der magnetischen Kräfteeinwirkung auf die Kugel 2 ist durch Formgestaltung des Freiraums im Gehäuse weitgehend frei gestaltbar. Die Form der Gehäusewandung, die den Freiräum 10 umschließt, bestimmt auch die Bewegungsbahngrenzen der Kugel 2 von der Ruhestellung 2' auf dem dem Magneten 1 zugekehrten Ruhesitz 7' in die dem Reed-Schalter 5 und seiner Kontaktzunge zugekehrte Schaltstellung 2" (siehe Fig. lc).
Im Prinzipschaltbild des Magnetsystems nach Fig. la ist mit 8 symbolisch dargestellt der magnetische Leitwert des Magnetkreises 1-3-2-4 und mit 9 der magnetische Leitwert des Magnetkreises 1-3-3'-5-4*-4.
Dabei sind die Magnetjochbleche 3' und 4' in Fig. lb genau hinterein¬ ander angeordnet, d.h. in dieser Ansicht verdeckt das Jochblech 4' das Jochblech 3'. Beide zusammen halten in einem Ausschnitt den Reed-Schal¬ ter 5, insbesondere dessen Glasmantelrohr 11, das sich an den Enden mit den Anschlüssen 12 verjüngt.
Fig. Id stellt eine Abwandlung dar, bei der der Magnet 1 wie in Fig. lb dem Ruhesitz (Kegel) der Kugel 2 benachbart ist und diese normalerweise hält. Jedoch ist in Fig. Id der Magnet im Abstand zwischen Ruhesitz für die Kugel 2 und Reed-Schalter 5 angeordnet. Neben der Magnetruckholkraft wirkt hier zusätzl ch die Schwerkraft (bei entsprechender Lage zum Gravitationsfeld) als Rückstellkraft für die Kugel in die Ausgangsposi¬ tion. Fernerhin zeigt Fig. Id die Ausführungsform für eine Rundumcharak¬ teristik.

Claims

AufprallsensorPatentansprüche
1. Aufprallsensor, insbesondere für Sicherheitseinrichtungen in Kraftfahrzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß er aus zwei von einem Magneten (1), z.B. Permanentmagneten, gespeisten magnetisch parallelge¬ schalteten variablen Magnetkreisen (3, 2, 4 und 3, 2', 5, 4', 4) besteht und einer der Magnetkreise durch eine einwirkende Beschleunigung derart beeinflußt wird, daß ein im anderen Magnetkreis magnetisch in Serie geschalteter magnetisch betätigbarer Kontakt, z.B. ein Reed-Relais, betätigt wird.
2. Aufprallsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der beschleunigungsabhängige Magnetkreis eine magnetisch in Serie geschal¬ tete ferromagnetische Masse, z.B. eine Kugel oder eine, an eine Feder mit Vorspannung in Richtung Ruhelage befestigte Masse geeigneter Form enthält, welcher konstruktiv ein Bewegungsfreiräum vorgegeben ist, innerhalb dessen sich die Masse bei Einwirkung von Beschleunigung und Rückholkraft des Magnetkreisfeldes und ggf. der Befestigungsfeder bewegen kann und daß durch die Gestaltung von Masse (2), Freiraum (3, 4, 5), Magnetkreis (1, 3, 3', 5, 4', 4) und ggf. Feder eine gewünschte Ansprechcharakteristik erhalten wird.
3. Aufprallsensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse im beschleunigungsabhängigen Magnetkreis in Ruheposition - dem Wirken nach - einen Kurzschluß im Magnetkreis (1, 3, 2, 4) nahekommt und dadurch am Magnetkreis (3, 3', 5, 4', 4) - dem Wirken nach - keine oder eine geringe magnetische Spannung anliegt. ς
4. Aufprallsensor nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse aus jeder möglichen Lage durch die wirkende Magnetkraft des beschleunigungsabhängigen Magnetkreises und ggf. der zusätzlich wirkenden Federkraft ohne oder nach Abklingen einer äußeren Beschleuni¬ gungseinwirkung unter ein vorgegebenes Maß in die Ruheposition zurück¬ geführt wird.
5. Aufprallsensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß das Betätigen des Kontaktes (5) den magnetischen Wider¬ stand des Kreises (3, 3', 5, 4', 4) reduziert und dadurch ein Hysterese¬ effekt auftritt.
6. Aufprallsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er betriebsmäßig prüfbar ist auf Funktionsfähig¬ keit, indem ein Teil (9) in dem magnetischen Kreis (1, 3, 3', 5, 4', 4) der von der zeismischen Masse (2) beeinflußbar ist, hinsichtlich seines magnetischen Leitwertes von außen stimuliert wird.
7. Aufprallsensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der betriebsmäßigen Prüfung ein Strom durch eine Spule (11) geschickt wird, die den Reedkontaktschalter (5) umgibt.
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