Die Erfindungbetrifft einenBeschleunigungssensor, insbesondere für Sicherheitssysteme in Kraftfahrzeugen, mit einem magnetisch betätigbaren elektrischen Schalter und einem dazu vorgesehenen, gegen die Kraft eines Rückstellelementes ortsveränderlich angeordneten Magneten, der sich als seismische Masse bei Überschreiten eines Beschleunigungs-Schwellwertes derart bewegt, daß er den Schalter betätigt.

Derartige Beschleunigungssensoren sind beispielsweise aus den Druckschriften DE-OS 2 644 606, DE-PS 3 338287, DE-PS 3 216 321 oder DE-OS 3 727 351 bekannt.

Bei dem aus der DE-OS 2644606 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 oderVerzögerung drückt die Feder den Dauermagneten in seine ursprüngliche Lage zurück, wobei der Reed-Schalter sich wieder öffnet.

Bei dem aus der DE-PS 3338287 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 gemeinsamenGehäuse ab, während dieeinander 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 verschieben 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.

Bei dem aus der DE-PS 3216321 bekannten Beschleunigungssensor ist ein Stabmagnet vorgesehen, der in einem rohrför igen 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- för ige 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.

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 zurückgeschnellt. Da in beiden Fällen - Magnet oder Rückstellfeder - die Rück¬ stellkraft 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.

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.

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 Straffenvon Sicherheitsgurten benötigtwird. 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 Sicherheits¬ einrichtung ihre schützendeWirkung für die gefährdeten Insassen vollständig entfaltet hat.

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 vorrübergehende Unterbrechung des Zündkreises eintritt. Dieser Effekt ist unerwünscht, da er zu einer nichtkontrollierbarenBeeinträchtigung des Sicher¬ heitssystemes führen kann.

Wie bereits erwähnt, wird dieses nachteilige Verhalten durch Schaltcharakteristiken mit progressiver Kraft-Weg-Kennlinie verursacht. Da mit zunehmenderAuslenkung des Magneten aus seiner Ruheposition die Größe der Rückstellkraft zunimmt, wirkt auf den Magneten eine starke Rückbeschleunigung, was letztendlich zu einer relativkurzen Schließdauer des Reed-Schalters führt.

Aus der DE-OS 3727351 schließlich ist ein Beschleunigungssensor mit einer degressiven Kennlinie bekannt. Der bekannte Beschleuni¬ gungssensor umfaßt einen von einem Losreißmagneten in seiner Grundposition gehaltenen Schaltmagneten, der erst nach Über¬ schreiten eines Beschleunigungs-Grenzwertes aus seiner Grund¬ position ausgelenkt wird und die Kontakte eines Reed-Schalters schließen kann. Dies bedeutet, daß der bekannte Beschleunigungs¬ sensor insofern eine degressive Kennlinie aufweist, als die magnetische Kraft des Losreißmagneten auf den Schaltmagneten und damit die Rückstellkraft umso geringer wird, je weiter sich der Schaltmagnet von dem Losreißmagneten weg bewegt.

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 demVerlauf der Kollisionskurve.

Obwohl bei entsprechend großer Baulänge dieser bekannte Be¬ schleunigungssensor bei sehr hohen Verzögerungen eine ausreichend lange Schaltzeit liefert, kann die Schaltzeit insbesondere bei flachen Kollisionskurven, die gerade den Schwellwertüberschrei¬ ten, unerwünscht kurz sein, so daß auch hier die oben erwähnten Nachteile der nicht hinreichend langen Schaltzeit auftreten.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es daher Aufgabe der Erfindung, die geschilderten Nachteile durch ein günstigeres Schließverhalten zu beseitigen. Insbesondere soll die Schlie߬ dauer des Beschleunigungssensors in großem Maße unabhängig von dem Verlauf der Kollisionskurve sein.

Hinsichtlich einesBeschleunigungssensors der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zumindest eine Verzögerungsmaßnahme vorgesehen ist, welche die Bewegung des Magneten zumindest nach dem Betätigen des Schalters verzögert.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auf diese Weise vollkommen gelöst. Weil nämlich die Bewegung des Magneten zumindest nach dem Betätigen des Schalters durch die Verzöge¬ rungsmaßnahme verzögert wird, wird eine degressive Wirkung auf die Bewegung des Magneten ausgeübt, welche zu längeren Schließ-

Zeiten führt. Durch die Retardierung des Magneten nach der Betätigung des Schalters ergibt sich eine weitgehend von dem Verlauf der Kollisionskurve unabhängige Schließdauer.

In einem bevorzugtenAusführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Beschleunigungssensors wird als Verzögerungsmaßnahme dem Magneten zumindest während eines Abschnittes seiner durch Beschleunigung des Beschleunigungssensors bewirkten Bewegung eine Drehbewegung überlagert.

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 Rück¬ stellkraft 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 Drehbewegung überlagerten Magneten erhöht ist.

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 entsprechenderBeschleunigung eingenommene Endposition einen Gesamtweg zurücklegt, der kürzer ist als sein Rückweg von der Endposition in die Ruheposition.

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 zurück¬ bewegen, wenn die Beschleunigung den Schwellwert wieder unter¬ schritten 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.

Weiterhin ist es bevorzugt, wenn eine Zwangsführung für die Bewegung des Magneten vorgesehen ist.

Diese Maßnahme ist rein konstruktiv vonVorteil, 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 insbeson¬ dere die Eigensicherheit des erfindungsgemäßen Beschleunigungs¬ sensors.

In einer Weiterbildung ist es bevorzugt, wenn der Magnet ein ringförmiger Magnet ist, der auf einem den Schalter umgebenden Gleitrohr verschiebbar angeordnet ist.

Auch diese Maßnahme erhöht in vorteilhafter Weise die Eigen¬ sicherheit des neuen Beschleunigungssensors. Der Ringmagnet ist nämlichverklemmungsfrei auf demGleitrohr geführt, während andererseits der Schalter selbst in dem Gleitrohr geschützt angeordnet ist.

Weiterhin ist es bevorzugt, wenn das Gleitrohr eine Führungsnut aufweist , in die ein mit demMagneten verbundener Führungsstift eingreift.

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 einem Ausführungsbeispiel ist es hier bevorzugt, wenn die Führungsnut einen Abschnitt aufweist, der in Längsrichtung des Gleitrohres spiralförmig in dessen Oberfläche verläuft.

Auch diese Maßnahme ist konstruktiv von Vorteil, denn während eines Abschnittes der Führungsnut wird so dem Magneten eine Drehbewegung überlagert. Vorteilhafterweise wird der spiralförmig ausgebildete Abschnitt der Führungsnut zu dem Schalter so ausge¬ richtet sein, daß der Magnet den Schalter bereits betätigt hat, wenn er mit seinem Führungsstift in diesen Abschnitt gelangt.

Weiterhin ist es bevorzugt, wenn die Führungsnut einen Abschnitt aufweist, der in Längsrichtung des Gleitrohres geradlinig und parallel zur Längsrichtung verläuft.

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.

Weiterhin ist es bevorzugt, wenn der Magnet den Schalter

betätigt, bevor der Führungsstift den geradlinigen Abschnitt verläßt.

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 verlängerte Rückführung wirksam.

Ferner ist es bevorzugt, wenn das Rückstellelement eine Druck¬ feder ist.

Diese Maßnahme ist konstruktivvonVorteil, denn die Druckfeder kann über das Gleitrohr geschoben und zwischen Magnet und einem Gehäuseteil eingespannt werden.

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.

Auf diese vorteilhafte Weise wirkt die Druckfeder zugleich als Drehfeder und übt somit auf denMagneten bei dessen Längsbewegung eine Drehkraft aus. Diese Drehkraft kann entweder für sich vorgesehen sein oderaber dievon Führungsnutund Führungsstift

ausgeübte Drehbewegung noch unterstützen.

Weiterhin ist es bevorzugt, wenn die Führungsnut auf dem abgewickelten Gleitrohr eine Art Herzkurve beschreibt.

Durch diese Maßnahme werden die Vorteile der überlagerten Dreh¬ bewegung einerseits und des verlängerten Rückweges andererseits vorteilhaft miteinander kombiniert. Während der Führungsstift auf dem Hinweg in die Endposition geradlinig geführt wird, durchläuft er auf demRückweg die beiden gegensinnig gekrümmten Bereiche der Herzkurve, wodurch zusätzlich eine Richtungsumkehr der Drehbewegung hervorgerufen wird.

Schließlich ist es bevorzugt, wenn der Schalter einReed-Schalter ist.

Diese Maßnahme ist insofern von Vorteil, als Reed-Schalter, die in bekannter Weise einen Schutzgaskontakt aufweisen, sehr wartungsarm sind, was ebenfalls die Eigensicherheit des neuen Beschleunigungssensors erhöht.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nach¬ stehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in den jeweils angegebenenKombinationen, sondern auch in anderenKombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in einer nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht des erfindungsge¬ mäßen Beschleunigungssensors mit geschnittenem Ringmagnet;

Fig. 2 in starkvereinfachter schematischerDarstellung verschiedene Betriebszustände des Beschleuni¬ gungssensors nach Fig. 1, in einer Seitendarstel¬ lung;

Fig. 3 in schematischer Darstellung den zeitlichen

Verlauf einer typischen Kollisionskurve sowie des Schließverhaltens des Beschleunigungssensors nach Fig. 1;

Fig. 4 die Bahnkurve des Führungsstiftes des Beschleuni¬ gungssensors aus Fig.1 in Zylinderkoordinaten;

Fig. 5 in Diagrammform den Verlauf der auf den Magneten des Beschleunigungssensors aus Fig.1 wirkenden Rückstellkraft in Abhängigkeit von der Auslenkung; und

Fig. 6 in einer Darstellung wie Fig. 4 eine herzförmige

Bahnkurve sowie eine aus zwei Spiralkurven zusam¬ mengesetzte Bahnkurve.

In Fig. 1 ist mit 10 insgesamt ein Beschleunigungssensor

bezeichnet, wie er zum Erfassen des Überschreitens eines vorbestimmten Beschleunigungs-Schwellwertes eingesetzt wird. EinbevorzugtesAnwendungsbeispielderBeschleunigungssensoren 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 ausgesetzt wird, und das Überschreiten eines (negativen) Beschleunigungs- Schwellwertes erkanntwerden soll, um Insassen-Sicherungssysteme zu aktivieren. Üblicherweise werden in diesen Fällen Treibladun¬ gen gezündet, die entweder das Aufblasen eines Luftsackes (Airbag) bewirken oder aber die Sicherheitsgurte festzurren, so daß die Fahrgäste in ihren Sitzen festgehalten werden.

Der Beschleunigungssensor 10 umfaßt ein Gehäuseteil 11, an dem ein Gleitrohr 12 mit zylinderischer Oberfläche 13 angeordnet ist. Das Gleitrohr 12 erstreckt sich von einer Halteplatte 14 des Gehäuseteiles 11 aus etwa zentrisch in dessen Längsrichtung.

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.

An dem Innenring 16 ist ein Fig. 1 ebenfalls geschnitten darge¬ stellter 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 Führungsstift 17 eine Zwangsführung für den Magneten 15 dar.

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 Ringmagneten 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 derMagnet 15 bei einer entsprechenden Beschleuni¬ gung als träge Masse eine Bewegung entlang des Gleitrohres ausführt, die durch die Bahnkurve der Führungsnut vorgegeben ist.

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 Ausführungsbeispiel 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 Luftatmosphäre schaltende Kon¬ taktfedern oder magnetisch beeinflußbare Widerstände möglich.

Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist in Fig. 1 eine ggf. über das Gehäuseteil 11 schiebbare Schutzhülle nicht dargestellt. Ferner ist in Fig. l 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.

Die Funktionsweise des insoweit beschriebenen erfindungsgemäßen 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.

Während sich der Magnet 15 beispielsweise bei ruhendem Be¬ schleunigungssensor 10 in seiner bei 30 angedeuteten Ruheposition Z ₀ befindet, bewegt er sich bei anstehender Beschleunigung in Richtung des Pfeiles 27 zunächst zu einem bei 31 angedeuteten Schaltpunkt Z., 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.

Zwischen der Ruheposition Z ₀ 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. 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 krumm¬ liniges Bahnkurvensegment 34 angedeutet.

Während der Magnet 15 im Bahnkurvensegment 33 eine reine Trans-

lationsbewegung 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 Re¬ tardierung bezeichnet.

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 gedrückt, wobei er eine der Drehbewegung 35 entgegengesetzte Drehbewegung 36 vollführt. Hat der Magnet 15 den Schaltpunkt 31 (ZJ wieder erreicht, so öffnet der Reed- Schalter wieder, während sich der Magnet 15 längs des geraden Bahnkurvensegmentes 33 in seine Ruheposition Z ₀ begibt.

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 _t bewegt hat.

Aus dem soeben gesagten ergibt sich, daß ein unmittelbarer Zusammenhang zwischen der Schaltschwelle a,, 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.

Nach einer Ansprechzeit t„ hat die Kollisionskurve 37 den Beschleunigungs-Schwellwert a _p erreicht und der Reed-Schalter 24 schließt und verharrt in diesem Zustand während einer Schließdauer t _B , 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.

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 Beschleunigungsamplitude 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 zurück¬ geführt.

Während die Kollisionszeit t _c sehr stark von dem Amplituden-Zeit- Verlauf der Kollisionskurve 37 abhängt, ist die Rückstellzeit 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.

Wie sich aus Fig. 3 ergibt, wird die gesamte Schließdauer t _s überwiegend durch die Rückstellzeit t _r bestimmt.

Damit ist bei dem erfindungsgemäßen 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.

Die Rückstellzeit t^ kann aus der Bewegungsgleichung des Magneten 15 für das Bahnkurvenintervall zwischen Z„ und Z _e berechnet werden. Sie folgt gemäß dem Hamilton-Prinzip aus der Bedingung dE/dt = 0, wobei E die Gesamtenergie des mechanischen Systems bezeichnet. Diese ist gegeben durch die Beziehung:

Der erste Term ist die kinetische Energie, die der Magnet 15 mit seiner Masse m aufgrund seiner momentanen Geschwindigkeit Z = 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 einemangenommenenMassenträgheits- oment J sowie einer momentanen Winkelgeschwindigkeit C = d P /dt.

Der Zusammenhang zwischen der Auslenkung Z und dem Winkel ^ 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 - f ) Ebene abgewickelte Bahnkurve des Führungs¬ stiftes 17 auf der Oberfläche 13 des Gleitrohres 12 wieder.

In Kurvenintervall zwischen Z„ 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 j 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 = r tanα.

Wie in Fig. 4 zu erkennen ist, setzt sich die Bahnkurve 39 aus dem geraden Bahnkurvensegment 33 und dem spiralförmigen Bahn¬ kurvensegment 34 zusammen, das wegen der Abwicklung in Fig. 4 ebenfalls eine Gerade darstellt. Bei Z„ 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.

Die Ableitung der oben angegebenen Formel für die Gesamtenergie Edes mechanischen Systems unddie Berücksichtigungdes ebenfalls angegebenen Zusammenhanges zwischen Z, r und P führt zu folgender Bewegungsgleichung:

«ft £ + Kz. = 0

mit

π^ = + JJ / Or^. z o

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 erhöhtenTrägheitsmasse des Magneten 15, einer sogennanten effektiven Masse m _eff . Ihr Wert ist umso größer, je größer das Massenträgheitsmoment J ist und je flacher die Spiralkurve verläuft, d.h. je kleiner der Steigungswinkel α ist. Die angegebene Bewegungsgleichung entspricht der einer ungedämpften harmonischen Schwingung, so daß die Rückstellzeit der folgenden Beziehung genügt:

Da πi _eff größer ist als m, ergibt sich ein höherer Wert für die Rückstellzeit t _r als es ohne diese Verzögerungsmaßnahme (Re¬ tardierung) möglich wäre.

Dieser Zusammenhang ist in Fig. 5 dargestellt, die den Verlauf der auf denMagneten 15 wirkendenRückstellkraft F _R inAbhängig¬ keit von der Auslenkung z wiedergibt.

Im Kurvenintervall zwischen Z ₀ und Z _a wird die Rückstellkraft F _R durch die bei 43 dargestellte Federkennlinie der Druckfeder 21 bestimmt. Im Intervall zwischen Z,und Z _e wird die Progression der Federkennlinie 43 abgeschwächt durch einen bei 44 an¬ gedeutetendegressivenBeitragder zwangsgeführtenDrehbewegung, und zwar mit dem Faktor:

Während die Rückstellkraft F _R im Intervall (Z ₀ , Z„) proportional

zu kz ist, ist sie im Intervall (Z _a , Z _e ) proportional zu (m/rn^) kz.

Die Schließdauer t _s kann damit nachMaßgabe der Kollisionskurven a (t) mittels der genannten Bahnkurvenparameter r und a 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 (Z ₀ ) möglich ist. Dies ist erfüllt, wenn der Steigungs¬ winkel α in jedem Punkt der Bahnkurve größer ist als ein unterer Grenzwert α ₀ , dem sogenannten Reibwinkel:

Dabei sind μ, und μ ₂ werkstoffspezifische Reibkoeffizienten, μi bestimmt die Gleitreibung zwischen Innenring und Gleitrohr und μ ₂ die Drehreibung an dem Federende. Ferner geht der Federradius r _F in die Berechnung des Grenzwertes α ₀ ein.

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.

Die Federenden werden nämlich in der Weise befestigt, daß die

Drehspannung der Druckspannung entgegenwirkt. Dies wird damit erreicht, daß der Vorspannwinkel, der durch die Bahnkurve er¬ zwungenen Drehwinkelrichtung entgegengerichtet ist. Mit anderen Worten bedeutet dies, daß der Magnet 15 durch die Drehwirkung der Druckfeder 21 in Richtung des in Fig.2b angegebenen Pfeiles 35 gedreht wird. Dadurch wird schon bei relativ niedrigen Beschleunigungswerten a (t) die maximale Auslenkung des Magneten 15 bis in die Endposition 32 (Z _e ) erreicht, so daß die Re¬ tardierung voll wirksam wird. Da die zusätzlich als Drehfeder wirkende Druckfeder 21 während der Rückbewegung des Magneten 15 (siehe Fig.2c) zwangsläufigwieder "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 Rückstellzeit t _r bzw. Schließdauer t _s , die länger ist, als es ohne die Drehspannung aufgrund des nicht unter¬ schreitbaren Reibwinkels α ₀ möglich wäre.

Um eine Erhöhung der Ansprechzeit t. des Beschleunigungssensors (siehe Fig. 3) oder eine Herabsetzung der dynamischen Schalt¬ schwelle a _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 Steigungswinkel der Bahnkurve 39 im Intervall (Z ₀ , Z _A ) gleich 90° - siehe Bahnkurvensegment 33 in Fig.4 -, während er im Kurvenintervall (Z _a , Z _β ) größer als α ₀ und kleiner als 90° ist.

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.

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.

Der Magnet 15 bewegt sich bei der Hinbewegung geradlinig von der Ruheposition Z ₀ über den Schaltpunkt Z _a in die Endposition Z _e . Dieser Hinweg ist in Fig. 6 mit 53 bezeichnet. Auf seinem mit 54 bezeichneten Ruclcweg folgt der Führungsstift 17 und damit der Magnet 15 den beiden gegensinnig gekrümmten Bahnkurvenab¬ schnitten der Herzkurve 51, so daß zusätzlich ein Drehrich¬ tungswechsel 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 demAbschnitt 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 .

Zusätzlich zu der durch die Drehbewegung hervorgerufenen re¬ tardierenden Wirkung infolge der Erhöhung der effektiven Masse erfolgt durch diese Verzögerungsmaßriahme eine Erhöhung der Rückstellzeit t _r , da der Rückweg 54 länger ist als der Hinweg 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.

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 Kurvenabschnitte 55, 56 nimmt.

Wegen der vereinfachten Darstellung ist die durch die Herzkurve 51 bedingte Weichenfunktion in Fig. 6 b) nicht so deutlich zu erkennen.