DE69505754T2

DE69505754T2 - Stosssensor mit zusammengesetztem Gehäuse und magnetisch betätigtem Reed-Schalter

Info

Publication number: DE69505754T2
Application number: DE69505754T
Authority: DE
Inventors: Daniel R. Madison Wisconsin 53714 Reneau
Original assignee: Breed Automotive Technology Inc
Current assignee: Breed Automotive Technology Inc
Priority date: 1994-08-17
Filing date: 1995-08-15
Publication date: 1999-05-06
Anticipated expiration: 2015-08-16
Also published as: EP0697597A1; EP0697597B1; DE69505754D1; JPH0868806A; US5416293A; JP2634579B2

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Diese Erfindung betrifft Stoßsensoren im allgemeinen und insbesondere Stoßsensoren, die Reedschalter einsetzen.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Stoßsensoren, die Reedschalter einsetzen, werden in Kraftfahrzeugen verwendet, um einen Kraftfahrzeugzusammenstoß zu erkennen. Wenn ein Zusammenstoß erfolgt, löst der Stoßsensor eine elektrische Schaltung für die Betätigung von Sicherheitsvorrichtungen aus, wie beispielsweise sich aufblasende Airbags, sich straffende Sicherheitsgurte und andere ähnliche Systeme. Derartige Stoßsensoren setzen im typischen Fall einen Reedschalter mit einem Beschleunigungsmeßmagneten ein, der durch eine Feder von einem Aktivierungsbereich des Reedschalters weg vorgespannt wird, so daß der Reedschalter geöffnet ist, wenn der Stoßsensor nicht der Beschleunigung ausgesetzt ist.
Wenn das Fahrzeug und der Stoßsensor, der am Fahrzeug befestigt ist, einer durch einen Zusammenstoß hervorgerufenen Beschleunigung ausgesetzt sind, wirkt der Magnet als eine Beschleunigungsmeßmasse. Der Magnet bewegt sich relativ zum mittleren Aktivierungsbereich und setzt die Kontaktzungen des Schalters einem Magnetfeld aus, das bewirkt, daß sich die Kontaktzungen gegenseitig anziehen und den Reedschalter schließen. In meinem früheren Patent, U. S. Patent Nr. 5194706, habe ich einen Stoßsensor offenbart, der eine Endbetätigung in einer kompakten Baueinheit anwendett. Mein vorher offenbarter Stoßsensor erreicht beträchtliche Vorteile hinsichtlich einer verringerten Abmessung der Baueinheit, was das Anordnen des Stoßsensors innerhalb des Kraftfahrzeuges erleichtert. Das Anordnen der Stoßsensoren kann für den zuverlässigen und wirksamen Betrieb kritisch sein, da kleinere Sensoren leicht an nutzbaren Stellen angeordnet werden körnen. Mein früherer Sensor erreichte verbesserte minimale Verweilzeiten durch die Gestaltung des Magneten und die Anwendung des Endbetätigungsbereiches eines Reedschalters. Reedschalter, wie sie typischerweise hergestellt werden, weisen einen ziemlich breiten Bereich hinsichtlich der Magnetfeldstärke (gemessen in Amperewindungszahlen) auf, die für ihre Betätigung erforderlich ist. Daher werden die hergestellten Reedschalter normalerweise entsprechend den Feldstärkeforderungen für die Betätigung getestet und sortiert. Eine bestimmte Anzahl von Reedschaltern muß ausgesondert werden, wenn sie außerhalb des nutzbaren Bereiches für eine spezielle Stoßsensorkonstruktion liegen.
Als die durch einen Zusammenstoß betätigten Sicherheitsvorrichtungen zur Standardausrüstung in mehr Personen- und Lastkraftwagen wurden, zeigte sich bei den Stoßsensoren ein zunehmender Bedarf. Charakteristische Merkmale, die die Kosten bei der Herstellung reduzieren können, sind besonders wünschenswert. Insbesondere wird ein Stoßsensor benötigt, der eine verringerte Anzahl von Einzelteilen aufweist, der für eine maschinelle Montage zugeschnitten und leicht so ausgelegt werden kann, daß er sich auf die einzigartige zulässige Abweichung in Verbindung mit Reedschaltern einstellt. Diese Ziele der vorliegenden Erfindung werden durch die charakteristischen Merkmale verwirklicht, die in den beschreibenden Abschnitten der als Anhang beigefügten Patentansprüche geschildert werden.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Der Stoßsensor dieser Erfindung verwendet ein Gehäuse mit zwei Abschnitten. Der erste Abschnitt des Gehäuses kommt elastisch mit einem Reedschalter in Eingriff, der krampenförmige herabhängende Leitungsdrähte aufweist. Der zweite Gehäuseabschnitt erstreckt sich angrenzend an ein Ende des Reedschalters. Der zweite Abschnitt ist ein hohles Rohr, das eine zylindrische Welle mit einem geschlossenen Ende begrenzt. Eine Spule, die eine mittlere Führungsstange mit zwei axial einen Abstand aufweisenden und sich radial erstreckenden Scheiben aufweist, wird in das offene Ende eingesetzt. Eine Vorspannfeder erstreckt sich zwischen dem geschlossenen Ende und einem Betätigungsmagneten, der verschiebbar auf der Führungsstange montiert ist. Eine Selbstprüfspule des Reedschalters wird um die Führungsstange zwischen den zwei Scheiben gewickelt. Der Vorspannmagnet wird von der Selbstprüfspule durch eine der Scheiben getrennt, was den Betätigungsmagneten mit Bezugnahme auf den Reedschalter anordnet, wenn er sich in seiner nichtbetätigten Position befindet. Der Magnet bewegt sich daher zwischen der Scheibe und dem geschlossenen Ende des zweiten Gehäuseabschnittes.
Weil die Reedschalter variabel auf die Nähe des Betätigungsmagneten ansprechen, gestattet der Stoßsensor dieser Erfindung, daß unterschiedliche Spulen und Federn innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses eingesetzt werden, um eine übereinstimmende Stoßsensorfunktion trotz der Empfindlichkeit des Reedschalters zu sichern. Indem Spulen mit einem größeren oder kleineren Abstand zwischen den Scheiben und dem geschlossenen Ende des zweiten Gehäuseabschnittes substituiert werden, kann der Betätigungsmagnet um einen größeren oder kleineren Abstand vom Reedschalter versetzt werden, und daher kann der Aktivierungsbereich auf die Merkmale des speziellen Reedschalters zugeschnitten werden, wie durch die Prüfung ermittelt wird. Vorspannfedern von gemeinsamer Länge, aber mit einer größeren oder kleineren Federkonstante, werden ebenfalls eingesetzt, um die gewünschten identischen Funktionen bei Reedschaltern mit variierenden Amperewindungszahlforderungen für eine Betätigung zu erreichen. Die Vorspannfeder wird für jede Kategorie von Reedschaltern mit einem vorgegebenen Bereich der Amperewindungszahl für eine Betätigung durch Verändern der Anzahl der sich berührenden Windungen der Betätigungsfeder eingestellt. Die sich berührenden Windungen sind Federwindungen, die nicht seitlich voneinander verlagert sind und daher keinen Widerstand gegen ein Zusammendrücken der Feder verleihen. Die Packungskonstruktion erreicht eine bedeutende Reduzierung der Einzelteile für den einzelnen Stoßsensor. Außerdem kann die gesamte Reihe von Stoßsensoren, die für die Ausnutzung der Mehrzahl des speziellen Fertigungspostens von Reedschaltern erforderlich ist, mit einer noch bedeutenderen Verringerung der Anzahl der Einzelteile hergestellt werden.
Der erste Gehäuseabschnitt besitzt ein sich nach unten öffnendes Loch angrenzend an das Ende des Rohres, das durch den zweiten Abschnitt gebildet und mittig mit Bezugnahme auf den zweiten Abschnitt angeordnet wird. Ein krampenförmiger Reedschalter, d. h., ein Reedschalter, bei dem die Leitungsdrähte in der Form einer Krampe nach unten gebogen sind, wird vorzugsweise mittels Maschine angeordnet, wobei ein Schenkel oder Leitungsdraht in das sich nach unten öffnende Loch eingesetzt wird. Der Reedschalter kann danach gegen einen sich linear erstreckenden elastischen Träger geschwenkt werden, worin der sich nach unten erstreckende Leitungsdraht gegenüberliegend dem, der im Loch aufgenommen wurde, durch eine Halteeinrichtung am elastischen Träger elastisch gehalten wird.
Ein weiteres charakteristisches Merkmal des Stoßsensors dieser Erfindung ist, daß der Betätigungsmagnet stark zum Reedschalterleitungsdraht angezogen wird, der durch das sich nach unten öffnende Loch nach unten verläuft. Diese Anziehungskraft hebt die Federkraft auf, was Konstruktionsparameter liefert, die eine Zunahme der Verweilzeit oder der minimalen Verweilzeit und die Möglichkeit des Konstruierens eines einklinkenden Stoßsensors gestattet.
Die Selbstprüfspule, während sie die Fähigkeit zeigt, den Stoßsensor zu prüfen, indem der Betätigungsmagnet infolge eines induzierten Magnetfeldes in der Spule bewegt wird, dient ebenfalls zwei zusätzlichen Funktionen. Die erste dieser ist die Fähigkeit des Ausklinkens eines Stoßsensors, der so konstruiert wurde, daß er einklinkbar ist. Die zweite Funktion ist die Fähigkeit, die Kenndaten des Reedschalters selbsteinstellend zu verändern. In einem typischen Zusammenstoßmeßsystem wird eine Anzahl von Stoßsensoren, und möglicherweise andere Typen von Sensoren, um das Fahrzeug herum angeordnet, um die Fahrzeugzusammenstöße in verschiedenen Quadranten nachzuweisen. Wenn während der Nutzungsdauer des Fahrzeuges ein oder mehrere Sensoren funktionsuntüchtig werden, ist die Reparatur sehr schwierig, weil das Funktionieren des Sensors davon abhängt, daß er richtig angeordnet und montiert wird, um so anzusprechen, wie es berechnet wurde. Daher kann die bevorzugte Methode der Reparatur die sein, daß das Systems so konstruiert wird, daß es sich selbsteinstellend umgestaltet, um den Verlust eines Sensors durch Regulierung der Empfindlichkeiten der anderen Sensoren auszugleichen, so daß das Stoßmeßsystem als Ganzes fehlertolerant ist und weiterhin trotz des Verlustes der Funktionsfähigkeit einiger seiner Bauteile wirksam funktioniert.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Stoßsensor bereitzustellen, der kostenwirksamer hergestellt werden kann.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Stoßsensor bereitzustellen, der aus weniger Einzelteilen montiert wird.
Es ist ein noch weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Stoßsensor bereitzustellen, der einen Reedschalter einsetzt, worin der Reedschalter ohne weiteres mittels Maschine im Stoßsensorgehäuse angeordnet werden kann.
Es ist ein noch weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Stoßsensor bereitzustellen, der hermetisch abgeschlossen sein kann.
Es ist ein noch weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Endaktivierung von zwei oder mehreren Reedschaltern zu bewirken.
Es ist ein noch weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Stoßsensor bereitzustellen, der ohne weiteres so angepaßt werden kann, daß er Reedschalter von sich verändernder magnetischer Empfindlichkeit aufnehmen kann.
Es ist ein noch weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, einen endaktivierten Reedschaltersensor bereitzustellen, der selbstprüfend ist.
Es ist ein noch weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Stoßsensor bereitzustellen, der in der Betätigungsposition einklinken wird.
Es ist ein noch weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Stoßsensor mit Betätigungsparametern bereitzustellen, die nach der Montage und dem Einbau in einem Fahrzeug reguliert werden können.
Weitere Ziele, charakteristische Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung ersichtlich, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen betrachtet wird.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Es zeigen:
Fig. 1 eine auseinandergezogene, isometrische Darstellung des Stoßsensors dieser Erfindung:
Fig. 2 eine isometrische Darstellung des Stoßsensors aus Fig. 1, teilweise herausgeschnitten;
Fig. 3 eine Seitenansicht des Stoßsensors aus Fig. 7 längs der Linie 3-3:
Fig. 4 eine Seitenansicht eines Stoßsensors einer alternativen Ausführung, der zwei Reedschalter einsetzt:
Fig. 5 eine Schnittdarstellung des Stoßsensors aus Figur i längs der Schnittlinie 5-5:
Fig. 6 eine Schnittdarstellung eines Stoßsensors einer alternativen Ausführung, der zwei Reedschalter aus Fig. 4 einsetzt, durch den ersten Gehäuseabschnitt aufgenommen:
Fig. 7 eine Schnittdarstellung des Stoßsensors aus Fig. 1, in der Nichtbetätigungsposition gezeigt:
Fig. 8 eine Schnittdarstellung des Stoßsensors aus Fig. 1, in der Betätigungsposition gezeigt:
Fig. 9 eine grafische Darstellung, die die Kräfte auf den Betätigungsmagneten eines Stoßsensors dieser Erfindung zeigt, wobei die grafische Darstellung neben einer Teilschnittansicht eines Reedschalters angeordnet ist, der eine ausgerichtete x-Achse aufweist:
Fig. 10 eine grafische Darstellung der Kräfte auf den Betätigungsmagneten eines Stoßsensors dieser Erfindung, bei dem der Magnet und die Feder so ausgewählt werden, daß der Reedschalter in der geschlossenen Position einklinken wird, wobei die grafische Darstellung neben einer Teilschnittansicht des Reedschalters angeordnet ist, der eine x-Achse aufweist.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGEN

Genauer mit Bezugnahme auf Fig. 1-10, worin die gleichen Zahlen die gleichen Teile betreffen, wird ein verbesserter endbetätigter Stoßsensor 20 in Fig. 1, 2, 7 und 8 gezeigt. Mit Bezugnahme auf Fig. 1 weist der Stoßsensor ein Gehäuse 22 auf, das in einen ersten Abschnitt 24, der den Reedschalter 26 hält und anordnet, und einen zweiten Abschnitt 28 unterteilt ist, der einen Betätigungsmagneten 30 enthält. Der Betätigungsmagnet 30 besitzt eine mittige Bohrung 32, die mit der sich axial erstreckenden Führungsstange 34 einer geformten Kunststoffspule 36 verschiebbar in Berührung kommt. Wie in Fig. 2, 7 und 8 gezeigt wird, wird die Spule 36 in ein hohles Rohr 38 eingesetzt, das durch den zweiten Abschnitt 28 des Stoßsensorgehäuses 22 festgelegt wird. Der zweite Abschnitt besitzt ein geschlossenes Ende 40, das das hohle Rohr 38 begrenzt und dem ersten Gehäuseabschnitt 24 benachbart ist und ebenfalls einen Abstand von einem ersten Ende 42 des Reedschalters 26 aufweist. Eine Vorspannfeder 44 ist um die Führungsstange 34 herum angeordnet und erstreckt sich zwischen dem geschlossenen Ende 40 des zweiten Gehäuseabschnittes und einem sich radial erstreckenden Ansatz 46 in der mittigen Bohrung 32 des Magneten 30. Das geschlossene Ende 40 des zweiten Gehäuseabschnittes bildet ein erstes Widerlager für den Magneten 30, und die Scheibe 50 bildet ein zweites Widerlager.
Die Spule 36 besitzt eine erste sich radial erstreckende Scheibe 50, die achsensymmetrisch um die Spulenführungsstange 34 herum gebildet wird. Eine zweite sich radial erstreckende Scheibe 52 wird ebenfalls auf der Führungsstange 34 gebildet und zeigt axial einen Abstand von der ersten Scheibe, weg vom Reedschalter 26 im montierten Stoßsensor 20. Eine Selbstprüfspule 54 wird auf einen Abschnitt 56 der Führungsstange 34 zwischen der ersten Scheibe 50 und der zweiten Scheibe 52 gewickelt. Wie in Fig. 1 gezeigt wird, besitzt die zweite Scheibe 52 einen ersten Schlitz 58 und einen zweiten Schlitz 60, durch die die Enden 62 der Spule 54 hindurchgehen. Die Spulenenden 62 werden an die sich erstreckenden Spulenleitungsdrähte 64 gelötet oder geschweißt.
Wenn der Stoßsensor 20 montiert wird, wie in Fig. 1 gezeigt wird, wird die Spule 36 innerhalb der hohlen Bohrung 38 des zweiten Gehäuseabschnittes 28 des Stoßsensors 20 zentriert und angeordnet. Die Spule 36 wird radial durch die erste und zweite radiale Scheibe 50, 52 angeordnet, die mit der Innenfläche 61 des hohlen Rohres 38 in Eingriff kommen. Die Führungsstange 34 besitzt ein konisches Ende 74, das das Ausrichten der Führungsstange längs der Achse 68 des Stoßsensors 20 unterstützt, indem es mit einem kleinen Ansatz 70 in Eingriff kommt, der aus dem geschlossenen Ende 40 des zweiten Gehäuseabschnittes 28 innerhalb des Rohres 38 vorsteht. Der kleine Ansatz zeigt einen kleineren Durchmesser als die Innenbohrung 32 des Magneten 30 und weist eine konkave Fläche 72 auf, die zu den Spulenscheiben hin liegt, und die mit dem konischen Ende 74 der Führungsstange 34 in Eingriff kommt. Die Spule 36 wird zwangläufig innerhalb des hohen Rohres 38 durch zwei konische Laschen 76 festgehalten, die sich vom Grundkörper 73 der Spule 36 aus erstrecken. Die konischen Laschen 76 kommen mit den Öffnungen 78 im zweiten Abschnitt 28 des Gehäuses 22 in Eingriff. Das Gehäuse 22 ist aus elastischem Kunststoff konstruiert, und die Wände 80 des Gehäuses 22 gestatten den Durchgang der Laschen 76, indem sie sich elastisch nach außen verformen, bis die Laschen durch die Öffnungen 78 in den Wänden 80 herausragen, wodurch die Spule 36 innerhalb des hohlen Rohres 38 des zweiten Gehäuseabschnittes 28 zwangläufig verriegelt wird.
Der Reedschalter 26 wird aus einer Glaskapsel 82 gebildet, die um zwei Kontaktzungen 84 herum geschmolzen ist. Die Glaskapsel 82 besitzt ein erstes Ende 42 angrenzend an den zweiten Gehäuseabschnitt 28 und ein zweites Ende 43, das vom zweiten Gehäuseabschnitt 28 distal ist. Die Kontaktzungen 84 weisen Kontaktflächen 86 auf, die, wenn sie in Eingriff gebracht werden, wie in Fig. 8 gezeigt wird, einen elektrischen Stromkreis zwischen einem ersten Leitungsdraht 88 und einem zweiten Leitungsdraht 90 schließen. Die Leitungsdrähte 88, 90 sind mit etwa 90 Grad von der Achse 68 des Stoßsensors 20 und des Reedschalters 26 aus nach unten gebogen. Die sogenannten krampenförmigen Leitungsdrähte 88. 90 ordnen den Reedschalter 26 auf dem ersten Abschnitt 24 des Gehäuses 22 an.
Ein sich nach unten öffnendes Loch 94 wird an der Verbindung 92 zwischen dem ersten Gehäuseabschnitt 24 und dem zweiten Gehäuseabschnitt 28 begrenzt. Der erste Leitungsdraht 88 erstreckt sich durch das Loch 94. Während der Montage wird der Reedschalter im Gehäuse 22 montiert, indem der erste Leitungsdraht 88 in das Loch 94 eingesetzt wird, wobei der Reedschalter 26 anfangs annähernd 45 Grad von der Achse 68 des Reedschalters 26 aus angeordnet wird. Der Reedschalter 26 wird danach in eine axiale Ausrichtung so geschwenkt, daß der erste Leitungsdraht 88 in einen nach vorn liegenden Einschnitt 96 eingreift, wie in Fig. 5 gezeigt wird.
Der erste Gehäuseabschnitt weist einen schmalen, elastischen Träger 102 auf, wie in Fig. 1. 2, 5, 7 und 8 gezeigt wird, der sich über die Länge des Reedschalters von der Verbindung 92 zu einem nach unten herabhängenden Element 100 erstreckt. Der Träger 102 ist elastisch, so daß er nach oben verformt werden kann, damit der zweite Leitungsdraht 90 unter dem herabhängenden Element 100 angeordnet werden kann. Ist der Träger erst einmal freigegeben, kommt der zweite Leitungsdraht 90 innerhalb eines Schlitzes 98 in Eingriff, der im herabhängenden Element 100 gebildet wird. Der Stoßsensor 20 besitzt relativ wenige Einzelteile. Diese Einzelteile sind selbstausrichtend und ordnen sich zum und innerhalb des Gehäuses 22 an, wodurch die maschinelle Montage der Bauteile erleichtert wird. Schenkel 104 erstrecken sich vom Gehäuse 22 nach unten, um den Stoßsensor 20 über einer Leiterplatte (nicht gezeigt) anzuordnen, wodurch der Reedschalter 26 über anderen elektrischen Bauteilen montiert werden kann, die auf der Leiterplatte montiert sind.
Die Funktion des Reedschalters 26 wird in Fig. 7 und 8 gezeigt und veranschaulicht. In der Nichtbetätigungsposition, die in Fig. 7 gezeigt wird, ist das erste Ende 106 des Magneten 30 am zweiten Widerlager 108 angeordnet, das durch die erste Scheibe 50 der Spule gebildet wird. Wenn der Stoßsensor 20 eine Beschleunigung von ausreichender Größe mit einer ausreichenden Beschleunigungskomponente erfährt, die längs der Gehäuseachse 68 ausgerichtet ist, bewegt sich der Magnet 30, der als eine Beschleunigungsmeßmasse funktioniert, in Richtung des ersten Endes 42 des Reedschalters 26. Wie in Fig. 8 gezeigt wird, wird der Magnet 30 in seiner Bewegung zum Stillstand gebracht, wenn das zweite Ende 110 des Magneten am ersten Widerlager in Eingriff kommt, das durch das Gehäuseende 40 festgelegt wird. Diese Bewegung des Magneten 30 bringt ihm in eine Aktivierungsposition, in der das vom Magneten erzeugte Magnetfeld bewirkt, daß sich die Kontaktzungen 84 des Reedschalters gegenseitig anziehen, so daß die Kontaktflächen 86 den Stromkreis zwischen den Leitungsdrähten 88 und 90 schließen.
Der Stoßsensor 20 wird nicht nur leicht maschinell montiert, sondern kann Reedschalter mit genormter Leitungsdrahtlänge und Konfiguration verwenden. Der Stoßsensor 20 weist eine kompakte Baueinheit auf, die durch Anwendung der Endaktivierung des Reedschalters zustande gebracht wird, wie beispielsweise in meinem vorhergehenden Patent, U. S. Patent Nr. 5194706, offenbart wird.
Der erste Leitungsdraht 88 wird vorzugsweise aus einem ferromagnetischen Material gebildet, wie beispielsweise Stahl, um eine magnetische Anziehungskraft zwischen dem Magneten 30 und dem Leitungsdraht 88 zu erzeugen. Der Stoßsensor 20 nutzt die Anziehungskraft zwischen dem Magneten 30 und dem ersten Leitungsdraht 88, um die Kenndaten der Kraft- Abstand-Kurve 112 zu steuern, die in Fig. 9 gezeigt wird. In Fig. 9 wird die y-Achse in g Kraft positiv und g Kraft negativ dargestellt, wobei die g Kraft positiv die Kraft ist, die den Aktivierungsmagneten 30 vom ersten Ende 42 des Reedschalters 26 weg hält. Die Kurve 114 ist die Federkraftkurve und veranschaulicht, wie die an den Magneten 30 durch die Feder angelegte Kraft linear zunimmt, während der Magnet längs der x-Achse in Richtung des Reedschalters 26 bewegt wird. Die untere Kurve 116 ist eine grafische Darstellung der zunehmenden magnetischen Anziehung zwischen dem Leitungsdraht 88 und dem Betätigungsmagneten 30, während sich der Betätigungsmagnet 30 längs der x-Achse in Richtung des ersten Endes 42 des Reedschalters 26 bewegt. Auf diese Weise nutzt die Konstruktion des Stoßsenors 20 die Anziehungskraft zwischen einem krampenförmigen Reedschalterleitungsdraht und dem Betätigungsmagneten aus, um einen zusätzlichen Parameter hinzuzufügen, der vorteilhafterweise bei der Konstruktion von Stoßsensoren genutzt werden kann, um die Konstruktion zu verbessern, und um neue Fähigkeiten und Funktionen einzuführen.
Fig. 9 veranschaulicht, wie die Kombination der Federkraft, die durch die Kurve 114 verkörpert wird, und der magnetischen Anziehungskraft, die durch die Kurve 116 verkörpert wird, eine Kraft-Abstand-Kurve 112 bereitstellt, die die zusätzliche Verweilzeit erreicht, indem die Rückführkraft verringert wird, die auf den Magneten 30 zwischen dem Aktivierungspunkt und dem Stillstandspunkt wirkt. Die in Fig. 9 gezeigte Vorlastposition entspricht dem Magneten 30, der mit seiner hinteren Fläche 106 am zweiten Widerlager 108 angeordnet ist. Die Stillstandsstelle entspricht dem Magneten 30, dessen zweite Fläche 110 angrenzend an das erste Widerlager 40 angeordnet ist. Die Aktivierung erfolgt während sich der Magnet 30 vom zweiten Widerlager 108 zum ersten Widerlager 40 bewegt.
Indem die Rückstellkraft, die durch die Kurve 112 gezeigt wird, verringert wird, kann die Verweilzeit der Aktivierung für den Stoßsensor 20 verlängert werden.
Mit anderen Worten, weil die Anziehungskraft zwischen dem Magneten und dem Leitungsdraht der Federrückstellkraft entgegengesetzt ist, wird die Nutzkraft reduziert, die dazu neigt, den Reedschalter zu öffnen. Diese Reduzierung der Kraft entspricht einer reduzierten Beschleunigung des Magneten zurück in die nichtaktivierte Position und daher einer verlägnerten Zeit, um den Abstand zwischen dem ersten Widerlager und der Ruheposition zu durchlaufen.
Verlängerte Verweilzeiten sind für die Verbesserung der Zuverlässigkeit der Funktion der Ausrüstung sehr wünschenswert, die durch den Stoßsensor 20 angetrieben wird. Wenn man sich, auf eine Aktivierungszeit von einer bestimmten Länge von der Überdeckung der Kontaktschlüsse des Stoßsensors 20 und des Kontaktschlusses eines weiteren Stoßsensors, der parallel zum Stoßsensor 20 im Zusammenstoßmeßsystem aktiviert werden kann, verlassen kann, wird die Überdeckung zwischen den Sensoren größer, und daher wird die Auslösung der Sicherheitsvorrichtungen auf der Basis beider Stoßsensoren möglich.
Durch geeignete Auswahl der Feder- und Magnetkenndaten kann der Stoßsensor 20 so gestaltet werden, daß der Magnet bei Aktivierung mit dem Reedschalter in der aktivierten Position einklinken wird. Eine Feder, die so ausgewählt wird, daß sie beispielsweise die in Fig. 10 gezeigte Federaktivierungskurve 118 aufweist, zeigt eine Rückstellkraft in der Magnetstillstandsposition, die kleiner ist als die Anziehungskraft zwischen dem Magneten und dem Leitungsdraht 88 in der gleichen Position, wie durch die Magnetanziehungskurve 120 gezeigt wird. Die Nutzkraft am Magneten in irgendeiner Position wird durch die Kraft-Abstand-Kurve 122 gezeigt. Die negative Nutzkraft in der Stillstandsposition bedeutet, daß der Magnet, der den Reedschalter betätigt, in der geschlossenen Position einklinkt. Der Stoßsensor 20 kann daher durch Verwenden einer geeignet gestalteten Feder 44 und eines Magneten einen Einklinkschalter ohne die zusätzliche Spule und den Strombauch bereitstellen, die beim konventionellen Einklinken von Reedschaltern erforderlich sind.
Die schraffierten Bereiche 117 in Fig. 9 und 119 in Fig. 10 verkörpern die Toleranzbänder bei den Kraft-Abstand-Kurven, die durch Veränderung der einzelnen Bauteile erzeugt wurden, aus denen der Stoßsensor 20 besteht. Wie in Fig. 10 veranschaulicht wird, wird der Stillstandsabstand so ausgewählt, daß keine zulässige Toleranzabweichung verhindern wird, daß der Reedschalter aus Fig. 10 einklinkt. In gleicher Weise ist der Reedschalter aus Fig. 9 so gestaltet, daß das Einklinken nicht innerhalb der zulässigen Toleranzabweichungen für den Reedschalter aus Fig. 9 erfolgen wird.
Die Spule 54 kann benutzt werden, um die Selbstprüfung des Stoßsensors 20 zu erreichen, wie in meinem früheren U. S. Patent Nr. 4980526 an Reneau und Mitarbeiter offenbart wird. Die Spule kann benutzt werden, um zwei zusätzliche Funktionen im Stoßsensor 20 durchzuführen. Zuerst kann sie benutzt werden, um den Stoßsensor 20 auszuklinken, wenn er wie in Fig. 10 gestaltet ist. Zweitens kann die Spule benutzt werden, um die Betätigungsparameter des Stoßsensors 20 zu regulieren, um somit seine Empfindlichkeit zu regulieren. Das kann bei Verwendungen in Kraftfahrzeugen für die Betätigung von passiven Bewegungseinschränkungsvorrichtungen für Personen kritisch sein, wie beispielsweise von Airbags und Sicherheitsgurtschlössern. Weil die Anordnung des Stoßsensors für die richtige Funktion im Falle eines Zusammenstoßes kritisch sein kann, wird es sich oftmals als undurchführbar erweisen, einen schadhaften Sensor zu reparieren oder auszuwechseln. Weil jedoch mehrere Sensoren in einem einzigen Fahrzeug eingesetzt werden, können die Regulierungen hinsichtlich der Empfindlichkeit der restlichen Sensoren bewirkt werden, indem ein Vorspannmagnetfeld der Spule 54 zugeführt wird, was die Empfindlichkeit eines Stoßsensors 20 verändern wird, wodurch ein Zusammenstoßerkennungssystem möglich wird, das weiterhin trotz des Verlustes von einem oder mehreren einzelnen Sensoren funktionstüchtig ist.
In jedem Los von Reedschaltern, wie sie hergestellt werden, zeigen die einzelnen Schalter eine relativ breite Verteilung der Magnetfeldstärke, die erforderlich ist, um den Schalter zu schließen. Daher werden die Teile nach der Herstellung normalerweise getestet, um die erforderlichen Feldstärken für die Betätigung zu ermitteln, die typischerweise in Amperewindungszahlen gemessen werden, und die Schalter werden in Gruppen mit einem schmalen Bereich von Anforderungen an die Amperewindungszahl für die Aktivierung sortiert. Die erforderliche Herstellungsmenge eines Reedschalters für einen Einsatz in einem typischen Kraftfahrzeugprojekt kann mehrere Hunderttausend bis zu einer Million oder mehr betragen. Jeder Kraftwagen erfordert mehrere Stoßsensoren, die jeweils einen oder mehrere Reedschalter verwenden. Eine Jahresproduktion eines Kraftwagens beträgt oftmals hunderttausende. Daher zeigt die Durchführbarkeit des Auswählens von Reedschaltern eines speziellen funktionellen Bereiches aus einer größeren Gesamtzahl von Reedschaltern, die für alle Zwecke hergestellt werden, praktische Probleme angesichts der absoluten Anzahl von Bauteilen, die für eine spezielle Anwendung erforderlich ist. Außerdem wird in dem Maß, in dem die von einem speziellen Benutzer von Stoßsensoren geforderte Spezifikation einmalig ist, nicht eine große Zahl von Reedschaltern verfügbar sein, unter denen ausgewählt wird. Daher wird in der normalen Praxis eine vollständige Reihe von Stoßsensoren entwickelt werden müssen, um eine Konfiguration von Bauteilen bereitzustellen, um mit jeder Gruppe von Reedschaltern zu funktionieren, die innerhalb eines speziellen Toleranzbereiches der Amperewindungszahlen zu finden sind. Diese Anforderung einer Vielfachheit von Stoßsensoren für eine einzelne Anwendung kann ein ernsthaftes Hindernis darin sein, die Gesamtkosten derartiger Stoßsensoren niedrig zu halten.
Der Stoßsensor 20 dieser Erfindung kann verändert werden, um mit Reedschaltern von variierenden Amperewindungszahlforderungen zu funktionieren, indem nur zwei Bauteile verändert werden. Das erste Bauteil, das verändert werden kann, ist die Spule. Durch Herstellen einer Reihe von Spulen, bei denen die Position des zweiten Widerlagers 108, das durch die erste Spulenscheibe 50 gebildet wird, dichter an das Ende 42 des Reedschalters längs der Führungsstange 32 heran oder weiter davon weg eingestellt wird, kann die Vorlastposition des Magneten 30 verändert werden. Die zweite Spulenscheibe 52 wird relativ zu den Anordnungsveränderungen der ersten Spulenscheibe 50 und des zweiten Widerlagers 108 versetzt.
Das zweite Bauteil, das verändert werden muß, ist die Feder 44. Wie in Fig. 7 gezeigt wird, zeigt die Feder 44 in ihrem nichtzusammengedrückten Zustand eine Anzahl von sich berührenden Windungen 124. Durch Regulieren der Anzahl der sich berührenden Windungen beim Herstellungsprozeß der Feder kann die Federkennlinie reguliert werden, ohne daß entweder die Dicke des Drahtes, der die Feder bildet, oder die Länge des Drahtes, der die Feder bildet, reguliert wird. Daher kann durch Regulieren der zwei Bauteile, der Feder 44 und der Spule 36, der Stoßsensor 20 so konstruiert werden, daß er eine gleiche Aktivierungskennlinie bewirkt, wenn er mit Reedschaltern von variierenden Amperewindungszahlforderungen für eine Aktivierung verwendet Wird. Ein Fertigungslos von Stoßsensoren mit übereinstimmenden Leistungskenndaten kann daher hergestellt werden, indem im wesentlichen alle Reedschalter aus einem Produktionslos verwendet werden, indem die Reedschalter in Toleranzbereiche sortiert werden, und indem danach die Reedschalter innerhalb jeder Gruppe mit einer Spule und Feder von geeigneter Kenndaten montiert werden.
Der Stoßsensor 20 kann ebenfalls hermetisch abgeschlossen werden, indem ein Dichtungsmittel 126, wie beispielsweise ein Epoxidharz, um den Grundkörper 73 angeordnet wird, wie in Fig. 8 gezeigt wird.
Ein Stoßsensor 220 einer alternativen Ausführung wird in Fig. 4 und 6 gezeigt. Der Stoßsensor 220 setzt zwei Reedschalter 226 ein, die im Gehäuse 222 montiert sind, das in einen ersten Abschnitt 224 und einen zweiten Abschnitt 228 unterteilt ist. Das geschlossene Ende 240 cles hohlen Roh res (nicht gezeigt) wird in Fig. 4 und 6 gezeigt, und es zeigt die relative Größe des Aktivierungsmagneten (nicht gezeigt) und des Stoßmeßmechanismus. Der Stoßsensor 220 ist sonst hinsichtlich Konfiguration und Betätigungsmechanismus dem Stoßsensor 20 gleich.
Unter Umständen, wo eine Redundanz oder Stromkreistrennung, wie beispielsweise Fahrer-Fahrgast oder Bag-Gurt, hinsichtlich der Fähigkeit eines Stoßsensors, einen Stromkreis zu schließen, erforderlich ist, liefert der Stoßsensor 220 eine kompakte, kostenwirksame Baueinheit, die durch die Gesamtkonfiguration möglich gemacht wird, die die Endaktivierung eines Stoßsensors 220 umfaßt. Wie in Fig. 4 und 6 gezeigt wird, besitzt der Stoßsensor 220 Schenkel 204, die in Widerhaken 205 enden. Die Widerhaken können vorteilhafterweise unter bestimmten Umständen benutzt werden, wo es wünschenswert ist, den Stoßsensor in den Schlitzen auf einer Leiterplatte zu verriegeln, um seine Bewegung zu verhindern, bevor der Stoßsensor 220 auf die Leiterplatte gelötet wird. Außerdem, wo keine Spule verwendet wird, liefern die Widerhaken 205 eine zusätzliche Stabilität hinsichtlich Anordnung und Befestigung des Stoßsensors auf einer Leiterplatte.
Wie in Fig. 6 gezeigt wird, besitzt der Stoßsensor 222 Leitungsdrähte 288, die in die Schlitze 296 passen, was das Einführen der Reedschalter von zuerst einer Seite und danach der anderen des Stoßsensors 222 aus mittels Maschine erleichtern.
Es muß so verstanden werden, daß, weil das Tolerieren der Anordnung der Glaskapsel 82 eine breitere Toleranz bei der Anordnung der Kontaktflächen 86 der Kontaktzungen 84 zeigt, ein Entlastungseinschnitt 128 vorteilhafterweise im zweiten Abschnitt 28 des Gehäuses gebildet werden kann, um zu gestatten, daß der Glaskapselabschnitt, der das erste Ende des Reedschalters bildet, mit dem Schlitz 96 in Eingriff kommen kann, ohne daß es zu festen Eingriffen mit dem Gehäuse 28 kommen kann.
Es muß so verstanden werden, daß der Stoßsensor 20 mit Reedschaltern unterschiedlicher Konfiguration eingesetzt werden kann, einschließlich jener, die normalerweise geschlossen sind, oder die eine einzelne Kontaktzunge benutzen. Es muß ebenfalls so verstanden werden, daß der Reedschalter, während er hermetisch abgeschlossen werden kann, unter vielen Umständen ohne hermetische Abdichtung zufriedenstellend funktionieren wird.
Es muß so verstanden werden, daß die Erfindung nicht auf die spezielle Konstruktion und Anordnung der Teile beschränkt ist, wie sie hierin veranschaulicht und beschrieben wird, sondern daß sie derartige abgeänderte Formen dieser einschließt, wie sie innerhalb des Bereiches der folgenden Patentansprüche anzutreffen sind.

Claims

1. Stoßsensor (20), der aufweist:

a) ein Gehäuse mit einem ersten Abschnitt (24) und einem zweiten Abschnitt (28);

b) einen Reedschalter (26), der aufweist: eine sich axial erstreckende Kapsel (82) mit einem ersten Ende (42) und einem zweiten Ende (43), und einen ersten Leitungsdraht (88), der ferromagnetisch ist und sich vom ersten Ende der Kapsel aus erstreckt, und einen zweiten Leitungsdraht (90), der sich vom zweiten Ende der Kapsel aus erstreckt, wobei der erste Leitungsdraht näher am zweiten Abschnitt des Gehäuses angeordnet ist;

c) ein geschlossenes Ende (40) des zweiten Abschnittes (28) des Gehäuses, das nahe am ersten Abschnitt (24) des Gehäuses liegt, ein erstes Widerlager (40), das am zweiten Abschnitt (28) des Gehäuses in der Nähe des Reedschalters (26) befestigt ist, und ein zweites Widerlager (50), das innerhalb des zweiten Abschnittes (28) des Gehäuses angeordnet ist, wobei ein Magnet (30) innerhalb des zweiten Abschnittes (28) des Gehäuses zwischen dem ersten und zweiten Widerlager verschiebbar montiert ist; und

d) eine Feder (44), die sich zwischen dem ersten Widerlager (40) und dem Magneten (30) erstreckt, und die den Magneten vom Reedschalter (26) weg vorspannt, während der Stoßsensor nicht der ausgewählten Beschleunigungskraft ausgesetzt ist, wobei die Anwendung einer Beschleunigungskraft auf den Stoßsensor den Magneten in Richtung des Reedschalters bewegt, um die Aktivierung des Reedschalters (26) zu veranlassen;

dadurch gekennzeichnet, daß der erste Leitungsdraht (88) des Reedschalters (26) unter annähernd 90 Grad zur Kapsel (82) gebogen ist und aus dem ersten Abschnitt (24) des Gehäuses so austritt, daß das geschlossene Ende (40) des zweiten Abschnittes (28) des Gehäuses zwischen dem Magneten (30) und dem ersten ferromagnetischen Leitungsdraht (88) des Reedschalters (26) angeordnet wird.

2. Stoßsensor (20) nach Anspruch 1, bei dem der zweite Abschnitt (28) des Gehäuses eine zylindrische Aussparung (38) abgrenzt, gekennzeichnet durch eine Spule (36), die eine sich axial erstreckende Stange (34) aufweist, und die innerhalb der Aussparung (38) befestigt ist, und daß der Magnet (30) eine zylindrische Bohrung (32) aufweist, durch die sich die Stange (34) erstreckt.

3. Stoßsensor (20) nach Anspruch 2, außerdem gekennzeichnet durch eine Scheibe (50), die sich radial von der Stange (34) aus erstreckt und mit der zylindrischen Aussparung (38) in Eingriff kommt, um die Stange (34) axial innerhalb des zweiten Abschnittes (28) des Gehäuses anzuordnen, und die das zweite Widerlager (50) festlegt.

4. Stoßsensor (20) nach Anspruch 3, außerdem gekennzeichnet durch eine zweite Scheibe (52), die sich radial von der Stange (34) aus erstreckt, und die axial von der ersten Scheibe (50) einen Abstand aufweist, und eine elektromagnetische Spule (54), die um die Stange (34) herum zwischen der ersten Scheibe (50) und der zweiten Scheibe (52) gewickelt ist, wobei das Anlegen eines Stromes an die elektromagnetische Spule (54) ein Magnetfeld erzeugt.

5. Stoßsensor (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem sich der Magnet (30) in einer Stillstandsposition befindet, wenn er an das erste Widerlager (40) im zweiten Abschnitt (28) des Gehäuses angrenzt, dadurch gekennzeichnet, daß, wenn sich der Magnet (30) in der Stillstandsposition befindet, die Feder (44) eine Kraft auf den Magneten (30) ausübt, die kleiner ist als die Anziehungskraft zwischen dem Magneten (30) und dem ersten ferromagnetischen Leitungsdraht (88).

6. Stoßsensor (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der mindestens zwei Reedschalter (226) aufweist, die in einer einen Abstand aufweisenden parallelen Beziehung angeordnet sind, so daß beide durch die Bewegung des Magneten (30) aktiviert werden.