Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Sensor zum selbsttätigen Auslösen von Sicherheitseinrichtungen in Kraftfahrzeugen nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist bereits ein derartiger Sensor bekannt, bei dem als seismische Masse eine Kugel im Mittelpunkt einer Pfanne mit ansteigenden Flanken angeordnet ist. Aus dieser Ruhelage wird die Kugel entweder bei Überschreiten einer vorgegebenen Beschleunigungs- schwelle oder bei Neigung des Kraftfahrzeugs um einen vorgegebenen Winkel ausgelenkt. Durch die dabei ausgeführte Rollbewegung der Ku¬ gel wird eine Referenzlichtschranke gesteuert und somit ein Meßsi¬ gnal erzeugt. Ferner ist es aus der DE-Al-35 40 947.9 bekannt, im Innenraum eines Gehäuses einem etwa zylinderförmigen Metalizylinder als seismische Masse anzuordnen. In der seismischen Masse ist eine achsparallel ausgebildete Bohrung vorhanden, durch die in Grundstel¬ lung das Licht eines Senders zu einem Empfänger gelangen kann. Wird die seismische Masse gekippt, so wird die auf dem Empfänger auftref¬ fende Lichtmenge verringert und somit ein Meßsignal abgegeben. Zur Beeinflussung der Auslöseschwelle wird mit Hilfe einer im Boden der seismischen Masse ausgebildeten Ausnehmung der Schwerpunkt der seis¬ mischen Masse verlagert. Diese Sensoren haben aber den Nachteil, daß

ein relativ großer Kippwinkel notwendig ist, um ein eindeutiges Me߬ signal zu erhalten. Außerdem wird in der DE-Al 37 27 351.5 ein Be¬ schleunigungsaufnehmer beschrieben, bei dem ein Reed-Kontakt von einem in einer Hülse bewegten Permanentmagneten betätigt wird. Die¬ ser Reed-Kontakt ist aber in Grundstellung geöffnet und hat durch den relativ langen Auslöseweg des Permanentmagneten eine relativ lange Auslösezeit.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Sensor mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß er einfach und ro¬ bust baut. Der Reed-Schalter ist in Grundstellung geschlossen, so daß er gegenüber bisher verwendeten Beschleunigungsschaltern kompa¬ tibel ist. Er kann gegenüber den herkömmlichen Lösungen ausge¬ tauscht werden, ohne daß zusätzliche Änderungen am Steuergerät oder an der bisher verwendeten Insassenschutzvorrichtung vorgenommen wer¬ den müssen. Da der Reed-Schalter in seiner Grundfunktion geschlossen ist, ist der Stromkreis in Grundstellung geschlossen, so daß die Insassenschutzvorrichtungen überprüft werden können. Wird der Strom¬ kreis an einer beliebigen Stelle unterbrochen, so wird automatisch ein Auslösesignal für die Insassenschutzvorrichtungen oder ein Feh¬ lersignal erzeugt. Die Störanfälligkeit und die Ausfallwahrschein¬ lichkeit des Beschleunigungssensors ist relativ gering. Die notwen¬ digen Auslösewege und Auslösezeiten sind kurz, so daß bereits bei geringer Verkippung des Zylinders die Insassenschutzvorrichtungen ausgelöst werden können. Beim Verkippen des Zylinders und damit ver¬ bunden beim Wegkippen des Permanentmagneten vom Reed-Schalter, wird eine so große Magnetflußänderung bewirkt, daß die Streuung der An¬ sprechempfindlichkeit des Reed-Schalters keine große Bedeutung auf die Auslösung der Insassenschutzvorrichtungen hat. Der Sensor löst dadurch relativ zuverlässig aus. Durch seine einfache Ausgestaltung

ist der Sensor für die Serienfertigung geeignet. Die Ansprechschwel¬ le ist leicht durch Variation der seismischen Masse des Zylinders an verschiedene ^' Einsatzfälle anpaßbar. Er läßt sich mit hoher Lebens¬ dauer, Funktionssicherheit und Fertigungssicherheit herstellen und klein bauen, so daß er für den Einsatz in elektronischen Schaltungen geeignet ist. Bei der Fertigung des Sensors sind keinerlei Abglei- chungen der Justagearbeiten erforderlich.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor¬ teilhafte Weiterbildungen des im Hauptanspruch angegebenen Sensors möglich.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen die Figur 1 eine perspektivische Darstellung mit teilweisem Aufriß eines Sensors, Figur 2 den Magnetfluß des Magnetfeldes des Permanentma¬ gneten, Figur 2a ein Diagramm mit den verschiedenen Schaltzuständen des Reed-Schalters beim Verkippen des Permanentmagneten, Figur 3 eine perspektivische Darstellung mit teilweisem Aufriß eines zweiten Ausführungsbeispiels und Figur 4 ein Diagramm mit den verschiedenen Schaltzuständen des Reed-Schalters beim Verkippen des Permanentma¬ gneten nach dem Ausführungsbeispiel nach Figur 3.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Figur 1 ist mit 10 das etwa becherförmige Gehäuse eines Sensors 11 bezeichnet, dessen Innenraum Seitenwände 12 mit konstant anstei¬ gendem Winkel aufweist. Die Größe des Winkels wird dabei auf die maximal zulässige Hysterese des Kippwinkels abgestimmt. Dieser Kippwinkel wird vom Auslösewinkel oder der Auslösebeschleunigung des Sensors 11 bestimmt. Auf dem Boden 13 des Innenraums liegt ein

länglicher Körper 15 auf, der als seismische Masse dient. In der Figur 1 bzw. 3 ist ein Quader dargestellt, der eine quadratische oder rechteckige Grundfläche aufweist. Es kann aber auch ein Zylinder verwenddet werden. Die dem Boden 13 zugewandten Kanten des Körpers 15 sind leicht abgerundet, um ein leichtes Verkippen des Körpers 15 im Innenraum des Gehäuses 10 zu ermöglichen. In der dem Boden 13 gegenüberliegenden Stirnseite ist in einer Ausnehmung 16 ein Permanentmagnet 17 angeordnet. Die Pola¬ risationsrichtung des Permanentmagneten 17 ist in Achsrichtung des Körpers 15 ausgerichtet. Der Körper 15 weist ferner an seinem dem Boden 13 gegenüberliegendem Ende zwei diametral gegenüberlie¬ gende Anschläge 18 auf, die zum Beispiel aus dem Körper 15 heraus¬ gefräst sind. Die Anschläge 18 befinden sich dabei auf den Seiten, in deren Richtungen der Körper 15 kippen soll. Durch die Außenkan¬ ten des Gehäuses auf der dem Boden 13 zugewandten Stirnseite verlau¬ fen somit die Kippachsen 19 bzw. 20 des Körpers 15. Die Anschläge 18 ermöglichen es, unterschiedliche Rückschaltpunkte des Körpers 15 zu erhalten, um den Körper 15 wieder aus der gekippten in seine Auslösestellung zu bewegen. Ferner ist in den Körper 15 vom Boden 13 her eine Sacklochbohrung 23 eingebracht, um das Gewicht des Körpers zu verändern. Je nach Größe dieser Bohrung 23 kippt der Körper 15 früher oder später. Ferner muß die Sacklochbohrung 23 nicht achsgleich zur Achse des Körpers 15 ausgebildet sein. Je nachdem, in welche Richtung sie parallel zur Achse des Körpers 15 verschoben ist, kippt der Körper eher nach der einen Seite als nach der gegenüberliegenden Seite. Dadurch ist es möglich, einer Kipprichtung eine bevorzugte Gewichtung zu geben.

Gegenüber der Stirnseite des Körpers 15 mit dem Permanentmagneten 17 ist in einem nicht dargestellten Deckel des Gehäuses 10 ein Reed-Schalter 25 angeordnet. Der Reed-Schalter 25 ist im Aufriß dar¬ gestellt, so daß der erste obere Kontakt 26, ein zweiter mittlerer Kontakt 27 und ein dritter, unterer Kontakt 28 zu erkennen ist. Der erste Kontakt 26 ist mit dem einen Pol des zweipoligen, am Gehäuse 10 angebauten Steckers 30 verbunden, während der mittlere Kontakt 27

mit dem anderen Pol des Steckers 30 verbunden ist. Der dritte untere Kontakt 28 liegt als sogenannter Blindkontakt auf Masse am Gehäuse. Über den Stecker 30 ist der Sensor 11 mit einem Steuergerät und fer¬ ner mit Insassenschutzvorrichtungen für die Insassen eines Kraft¬ fahrzeugs verbindbar.

In der Figur 1 ist der Permanentmagnet 17 mit seinem magnetischen Südpol in den aus magnetisch nicht leitendem Material bestehenden Körper 15 eingebettet. Es ist aber auch eine umgekehrte Polari¬ sierungsrichtung des Permanentmagneten 17 denkbar. Wichtig ist aber, daß bei einem Reed-Schalter 25 mit drei Kontakten die Polarisie¬ rungsrichtung des Permanentmagneten quer zum Reed-Schalter 30, das heißt in Achsrichtung des Körpers 15 ausgerichtet ist. Bei dieser Anordnung des Permanentmagneten 17 und des Reed-Schalters 25 erhält man einen sehr kurzen Kippweg des Körpers 15 und damit verbunden einen relativ kurzen Auslöseweg des Sensors 11. Die Breite des Per¬ manentmagneten 17 sollte etwa der des Überlappungsbereichs der Kon¬ takte 26, 27, 28 entsprechen. Der magnetische Fluß des Permanentma¬ gneten 17 läuft, wie in der Figur 2 dargestellt, von der Nordpol- flache über einen Weg durch Luft bzw. dem Reed-Schalter 25 und tritt in das Material des Körpers 15 ein, und verläuft durch dieses zur Südpolfläche des Permanentmagneten 17 hin. In der Physik geht man dabei davon aus, daß die Magnetlinien vom Nordpol zum Südpol des Permanentmagneten 17 verlaufen. Dadurch weisen die im Bereich des ersten Kontakts 26 und des zweiten Kontakts 27 befindlichen Magnet¬ flußlinien entgegengesetzte Richtungen auf. Somit wird bewirkt, daß der Kontakt 26 und der Kontakt 27 unterschiedliche Polarität besit¬ zen und sich somit diese beiden Kontakte in Grundstellung des Sen¬ sors 11 anziehen, und der Reed-Schalter 25 geschlossen ist. Dies ist notwendig, um den Sensor 11 kompatibel auszugestalten und um ihn in einfacher Weise gegenüber bisherigen Sensoren austauschen zu können.

Bisherige Sensoren sind in Grundstellung immer geschlossen, um einen Stromfluß zu ermöglichen. Dadurch ist die gesamte Schaltung, das heißt Sensor, Steuergerät und Insassenschutzvorrichtung in Grund¬ stellung ständig überprüfbar. Wird der Stromkreis an einer beliebi¬ gen Stelle unterbrochen, so würde ein Fehler gemeldet werden bzw. automatisch die Insassenschutzvorrichtung ausgelöst werden.

Wirkt auf den Sensor 11 eine Beschleunigung ein oder wird er um ei¬ nen Winkel gekippt, so kippt ebenfalls der Körper 15, so daß der Permanentmagnet 17 gegenüber dem Reed-Schalter 25 aus seiner Grund¬ stellung bewegt wird. Durch dieses Kippen des Körpers 15 wird auch das magnetische Feld des Permanentmagneten 17 mit verschoben, so daß jetzt beide Kontakte 26 bzw. 27 von dem magnetischen Feld durch¬ strömt werden, dessen Feldlinien die gleiche Richtung aufweisen. Da¬ durch weisen die beiden Kontakte 26, 27 die gleiche magnetische Po¬ larisierung auf, so daß sie sich nicht mehr anziehen, sondern jetzt abstoßen. Der Reed-Schalter 25 wird dadurch geöffnet. Bei der Ausge¬ staltung des Reed-Schalters 25 mit drei Kontakten ziehen sich nun¬ mehr im gekippten Zustand der Kontakt 27 und der Kontakt 28 an, so daß sie im gekippten Zustand geschlossen sind.

In der Figur 2a wird mit "Aus" der Zustand bezeichnet, in dem die beiden Kontakte 26 und 27 geschlossen sind und sich der Sensor 11 somit in Grundstellung befindet und die angeschlossenen Insassen¬ schutzvorrichtungen nicht ausgelöst sind. Wird der Permanentmagnet 17 verkippt, so gelangt man in den Bereich, der mit "Halten" bezeichnet ist. Mit der Bezeichnung "Ein" wird der Bereich charak¬ terisiert, in dem die Kontakte 26 und 27 geöffnet sind und somit die Insassenschutzvorrichtung ausgelöst bzw. eingeschaltet sind. Der Zwischenbereich "Halten" wird dadurch bewirkt, da das Magnetfeld während der Kippbewegung eine gewisse Hysterese aufweist, das heißt etwas verzerrt ist und der Bewegung des Körpers erst mit einer

geringen Verzögerung nachfolgt. Das Öffnen der Kontakte 26, 27 ist somit erst nach einer sehr geringen Verzögerung möglich. Aus der Figur 2a ist auch ersichtlich, daß dieser Zwischenbereich "Halten" sehr gering ist und somit dieser Schalter eine sehr vorteilhafte geringe Hysterese aufweist.

Bei der Ausbildung des Sensors nach der Figur 3 ist die Polarisie¬ rungsrichtung des Permanentmagneten 17a in Kipprichtung des Kör¬ pers 15 ausgerichtet. Bei dieser Ausrichtung der Polarisierung des Permantentmagneten 17a ist kein Reed-Schalter mit drei Kontakten, sondern nur ein Reed-Schalter 30a, der einen ersten Kontakt 26a und einen zweiten Kontakt 27a aufweist. Der Sensor 11 ist sonst wie beim Ausführungsbeispiel nach der Figur 1 ausgebildet.

Auch bei dieser Ausgestaltung des Sensors 11 sind in Grundstellung, bedingt durch den magnetischen Fluß des Permanentmagneten 17a, die Kontakte 26a und 27a des Reed-Schalters 30a geschlossen. Aus der Fi¬ gur 3 ist ersichtlich, daß die Länge des Permanentmagneten 17a, das heißt die Länge in Polarisierungsrichtung in etwa der Länge der sich überlappenden Kontakte 26a und 27a entsprechen soll. Im Diagramm nach der Figur 4 sind die verschiedenen Schaltzustände in Grundstel¬ lung und in gekippter Stellung des Körpers dargestellt und mit den Bezeichnungen versehen, wie sie bei der Figur 2a beschrieben sind. Aus dem Diagramm nach der Figur 4 ist ersichtlich, daß man beim Ver¬ kippen des Permanentmagneten 17a wiederum einen relativ kleinen und auf einen sehr kurzen Kippwinkel beruhenden Zwischenbereich "Halten" erhält.