DE8801694U1

DE8801694U1 - Vorrichtung zur Beschleunigungsmessung

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Publication number: DE8801694U1
Application number: DE8801694U
Authority: DE
Original assignee: KOLLEY KLAUS-F 7016 GERLINGEN DE
Current assignee: KOLLEY KLAUS-F 7016 GERLINGEN DE
Priority date: 1988-02-10
Filing date: 1988-02-10
Publication date: 1988-03-31

Description

DIPL-INQ. PETER OlfT^PATfNTANWALT o-raso Leonberg Vertreter beim Europäischen PaierjtaftV,H &jfeo4ifl ^atefy Afcrnfey Tiroler Straße 1S

2119/ot/mü 29.01.1968

Harr Edmund Zottnik, Rotenacker 11. 7145 Markgröninoen Herr K.-F. KolleV/ Jakobstraße 18/ 7016 Gerllnqen

Vorrichtung zur Beschleunigungsmessung Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Beschleunigungsmessung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Bei einem bekannten Beschleunigungsaufnehmer dieser Art (DE-OS 33 06 813), der sich insbesondere zum Einsatz bei einem Kurzzeit-Unfalldatenschreiber eignet, ist mindestens ein einseitig in einem Einspannkörper befestigter Biegebalken vorgesehen. Das andere Ende des Biegebalkens bildet mit einer stationären Gegenpiatte einen Kapazitätssensor. Dieser aus einer aufgrund von Trägheitskräften bei einwirkenden Beschleunigungen beweglichen Platte (als seismische Masse) und einer feststehenden Platte bestehende Kondensator ist Teil eines Schwingkreises, der seifte Frequenz je nach einwirkender positiver oder negativer Beschleunigung nach oben oder unten auswertbar ändert.

Keltere bekannte Beschleunigungsaufnehmer sind sogenannte Schock« oder Vibrationsmesser, Ballistik-Aufnehmer oder Miniatur-Aufnehmer; ein als sogenannter "low impedance" ausgebildeter Quarz-Beschleunigungsäufnehraer umfaßt einen

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Kristall, auf den ein der Beschleunigung entsprechender Druck ausübbar ist, wodurch sich eine direkte Spannungsänderunyf einer am Quarz anliegenden Versorgungsspannung ergibt, bzw. ohne Versorgungsspannung eine Ladungsverschiebung im Quarz (piezoelektrischer Effekt; piezoresistiver Effekt) ·

Es ist auch bekannt, für Beschleunigungsdrehgeber insbesondere unter rauhen Betriebsbedingungen mit dem sogenannten wiegand-Effekt arbeitende Rotorsysteme einzusetzen, wobei in den Rotor eingebettete Wiegand-Drähte von einem Geberkopf berührungslos abgetastet werden. Hierdurch lassen sich auch Beschleunigungen erfassen.

Grundsätzlich gilt, daß Beschleunigungen nur indirekt an ihren Wirkungen etwa auf eine seismische Masse erfaßt werden können, wobei die Kraft, welche eine der Beschleunigung ausgesetzte bekannte Masse auf eine feste Unterlage ausübt, entweder direkt (Piezoelement) oder mittelbar (Federweg) gemessen werden kann. Problematisch bei im Bereich von Kraftfahrzeugen, etwa Unfalldatenschreibern, aber auch bei Sicherheitsausrüstungen im Kraftfahrzeugbereich einzusetzenden Beschleunigungssensoren ist der Umstand, daß diese bei der erforderlichen relativ hohen Genauigkeit sehr hohe Anforderungen erfüllen müssen, andererseits aber für einen umfassenden Einsatz besonders kostengünstig sein müssen, eine Eichgenauigkeit über eine bestimmte Zeitdauer, beispielsweise mindestens zwei Jahre, aufweisen müssen, über ein busfähiges Ausgangssignal verfügen müssen und bei hoher Empfindlichkeit und Genauigkeit, wie erwähnt, natürlich auch den Kfz-Einsatzspezifikationen genügen müssen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Beschleunigungsmessung anzugeben, durch welche sichergestellt ist, daß bei kostengünstigem Aufbau eine hohe Funktionssicherheit mit hoher Heßgenauigkeit verknüpft ist &uacgr;&agr;&Lgr; eine problemlose Auswer-

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tung des gewonnai«an. Signale erfolgen kann. Vorteile der Erfindung

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. des Unteransprucha 4 und hat den entscheidenden Vorteil, daß sich aufgrund der neuartigen Konzeption eine überraschende Kostengünstigkeit kombiniert mit besonders hoher Genauigkeit und breit gefächerten Einsatzmöglichkeiten ergibt.

Im bevorzugten Ausführungsbeispiel benötigt ein erfindungsgemäßer Beschleunigungssensor lediglich ein Führungsrohr, drei Magnete, einen auf die Veränderung von magnetischen Feldlinien ansprechenden Geber, üblicherweise eine Feldplatte sowie ein diese Teile aufnehmendes Gehäuse. Dabei haben Erprobungen in der Praxis und Berechnungen gezeigt, daß je nach Abmessungen und Auslegung der Magnete Beschleunigungswerte bis 30 g und weit darüber hinaus sicher erfaßt und einwandfrei diskriminiert werden können. Alterungserscheinungen sowie auf einen entsprechend starken Tempera-

&Idigr; turgang zurückgehende Probleme treten praktisch nicht auf; desgleichen bleiben Querbeschleunigungseinflüsse, Reibung^-

# einflUsse, Losbrechmoment/Startbedingur.gen extrem gering

&iacgr; und bleiben vernachlässigbar. Soweit Temperatürproblerne auf-

treten, gilt, daß der Temperaturgang absolut reversibel und

reproduzierbar ist und im Kennlinienfeld berücksichtigt werden

■ kann.

Das bevorzugte Ausfünfungsfceispiel verwendet keine Fedein, die eventuellen Alterungserscheinungen, auch Korrosionseinflüssen unterworfen sein können und benutzt, soweit erforderlich, eine Luftdämpfung, die stets verfügbar is

Vorteilhaft ist ferner, daß die für Lagerung, Antrieb und Bereitstellung des Meßsignals verwendeten Magneten eine "Federkraft" aufbauen, die mit wachsender Auslenkung

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progressiv anwächst, also ein Verhalten zeigt, welches die Anwendung eines solchen Beschleunigungssensors in großen Heßbereichen gestattet. Die Grenze der meßbaren Beschleunigung ist dabei von der Masse eines der als Kolben wirkenden Magneten sowie von der verfügbaren magnetischen Kraft bestimmt. Durch Wahl geeigneter geometrischer Abmessungen und Materialien kann das Einsatzgebiet in einem weiten Bereich eingestellt und vorgegeben werden.

Da sich in der Endposition, also bei maximal einwirkender Beschleunigung eine großflächige Kontaktanlage des mittleren Kolbenmagneten an einen der Endmagnete ergibt, ermöglicht die erfindungsgemäße Konzeption auch extrem hohe Überlastungen des Beschleunigungssensors, ohne daß hierdurch irreversible Schäden oder auch nur Beeinflussungen auftreten.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Heiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung möglich. Besonders vorteilhaft ist die Umsetzung der in der Feldplatte bei einer Beschleunigungsänderung eich ergebenden Widerstandsänderungen in ein busfähiges Auegangssignai dann, wenn der Feldplattenwiderstand als frequenzbeetimmendes Element in einen Schwingkreis hinreichender Oüte eingebaut wird. Werden bei einer solchen AusfUhrungeform die Perioden der jeweiligen Meßfrequenz in einem eystemabhängig festgelegten Integrationsintervall aufsummiert, dann ergibt sich in jedem Intervall ein Zähler· stand, der bereite den aktuellen Meßwert darstellt.

Der im Ruhezustand bei Beschleunigungseinwirkung Null gewonnene Meßwert (Null-Wert) wird dabei vom System ale aktueller Eichwert abgespeichert und den nachfolgenden Signalwertbildungen «ugrundegelegt. Der Eichwert enthält daher auch f alle während der Betriebszeit durch Alterung, Temperatür-

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drift u.dgl. aufgelaufene Fehler, so daß die Messung zu jedem beliebigen Zeitpunkt praktisch fehlerfrei durchgeführt werden kann.

Sämtliche Meßwerte werden dabei auf die Frequenz des Null-Werts durch einfache Differenzbildung bezogen, so daß sicli hierdurch gleichzeitig die Stellenzahl reduziert und das jeweilige Vorzeichen der einwirkenden Beschleunigung ergibt.

Die Differenzbildung sorgt in vorteilhafter Heise ferner dafür, daß das gewonnene Signal auf die eigentliche Signalgröße reduziert wird, mit der dann weitergearbeitet werden kann.

Zeichnung

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

Fig. 1 einen Schnitt längs der Linie I-I der in Fig. 2 gezeigten bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Beschleunigungsmessung;

Fig. 2 zeigt den Querschnitt längs der Linie H-II der Fig. 1; in

Fig. 3 ist schematisiert bei zwei verschiedenen Positionen des beweglichen Kolbenmagneten die sich hierdurch ergebende Veränderung der Magnetlinien dargestellt, einschließlich deren Einwirkungen auf das Qeberelement (Feldplatte) und

Fig. 4 zeigt eine mögliche AuefUhrungsform eines Schwingkreises, durch welchen der sich verändernde Widerstand das Gebers in Fig· 3 in eine sich entsprechend ändernde Meßfrequenz umgesetzt werden kann.

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Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Der Grundgedanke vorliegender Erfindung besteht darin, als seismische Masse, die der Beschleunigungseinwirkung unterworfen wird, einen innerhalb eines Führungsrohrs verschieblich gelagerten Kolbenmagneten zu verwenden und dem System einen auf eine Variation magnetischer Feldlinien empfindlich reagierenden Geber zuzuordnen.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung dieses Grundgedankens besteht dann darin, den Kolbenmagneten durch magnetische Kraftaufhängung innerhalb von zwei beidseitig zu diesem angeordneten weiteren stationären Magneten magnetisch, also durch die Wirkung der von allen drei Magneten ausgehenden Feldlinien, in seiner Mittenposition vorzuspannen und gleichzeitig hierdurch "magnetische Federelemente" zu realisieren, die ihrerseits wieder zwei Aufgaben gleichzeitig erfüllt, nämlich einmal die "magnetische Federwegbildung" und zum anderen durch ihre durch eine Bewegung des Kolbenmagneten sich ändernden Feldlinienverläufe gleichzeitig den Geber analog zum vom Kolbenmagneten zurückgelegten Weg (Auslenkung) und damit zur einwirkenden Beschleunigung zu beeinflussen.

In Fig. 1 ist der Beschleunigungssensor mit 10 bezeichnet; er umfaßt ein inneres Führungsrohr 11, beispielsweise aus Messing oder einem sonstwie geeigneten, nichtmagnetischen Material. Das Führungsrohr 11 ist in der vorteilhaften Ausgestaltung vorliegender Erfindung von kreisrundem Querschnitt und allgemein zylindrischer Form und dient als Lagerhülse für einen in beide Richtungen entsprechend den Pfeilen A und B im Inneren des Führungarohrs verschieblich gelagerten Kolbenmagneten 12. Um eine leichte Beweglichkeit des Kolbenmagneten 12 ohne größeren Reibungseinfluß, aber

29.01.1988 -&Tgr;auch ohne allzu große Toleranzen in den Durchmesserabmessungen (Außendurchmesser des Kolbenmagenten 12 mit Bezug auf den Führungsrohr-Inneadurchmesser) sicherzustellen, kann das Führungsrohr (bzw. der Kolben) mit einem geeigneten, besonders gleitfähigen Material wie beispielsweise Polytetrafluoräthylen (PTFE) beschichtet oder insgesamt aus einem entsprechend gleitfähigen Material mit niedrigem Reibungsbeiwert gebildet sein. Das Führungsrohr kann z.B. aus Messing, mit Vorteil aber auch aus nichtmagnetischem, unter Umständen sogar aus magnetisch leitfähigem Material bestehen. Auch in diesem Fall treten durch den Rückschluß im magnetischen Kreis keine Adhäsionskräfte zwischen Führungsrohr und Kolbenmagneten auf. Ein bevorzugtes nichtmagnetisches Material ist hoc';ilegierter (austenitischer) V2A-Stahl, der gut polierfähig ist und äußere magnetische Einflüsse gut abschirmt.

Jedenfalls ist der Kolbenmagnet ¹.2 im Inneren des Führungsrohrs 11 frei nach beiden Seiten beweglich, wobei er sich durch die Wirkung der von ihm und von zwei endseitii des Führungsrohrs angeordneten stationären Magneten ausgehenden magnetischen Feldlinien "federnd" abstützt. Die beiden äußeren, das Führungsrohr abschließenden Endmagnete sind mit 13a und 13b bezeichnet; die Polarität der Magnete ist, wie es sich versteht, so gewählt, daß sich an den jeweils einander zugewandten Flächen jedes stationären Bndmagneten 13a, 13b und des Kolbenmagneten 12 gleichnamige, also sich abstoßende Pole befinden; die Polarisierung kann daher wie in Fig. 1 bezeichnet, ausgebildet sein (N - Nordpol; S ■ Südpol).

Der weitere Aufbau vervollständigt sich durch beidseitige kappenförmige Deckel 14a, 14b, die die Endmagnete 13a, 13b bündig aufnehmen, so daß diese in ihnen sitzen, beispielsweise auch eingeklebt sind. Das ganze bildet dann mit einem mittleren länglichen, im Querschnitt beispielsweise viereckigen Gehäuseteil 15 ein geschlossenes Ganzes, wobei das Führungsrohr 11 in einer Bohrung ISa des zentralen Gehäusetells 15 sitzt und die beidseitigen Deckel 14a, 14b, die ebenfalls im Querschnitt rechteckförmig oder viereckig coin können» beidseitig mittels abgesetzter innerer Ringbunde 16a, 16b ebenfalls in die Bohrung 1Sa des mittleren Gehäuseteile 15 eingreifen und so auch das Führungsrohr 11 in seiner Position beispielsweise sichern können.

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Die beidseitigen Deckel 14a, 14b und das mittlere Gehäuseteil 13 bilden zusammen das Gehäuse des Beschleunigungssensors und gleichzeitig sowohl den magnetisch geschlossenen Kreis (Rückschluß für die im Gehäuseinneren angeordneten Komponenten) als auch eine wirksame Abschirmung gegenüber von außen einwirkenden magnetischen Einflüssen, auf die ein elektrisches Geberelement anspricht. Dieses Geberelement ist in Fig. 1 als randseitig auf den einen der Endmagnete 13b aufgesetzte und beispielsweise aufgeklebte oder sonstwie befestigte Feldplatte 17 ausgebildet. Unter Umständen kann das Führungsrohr auch ganz entfallen und seine Aufgabe wird vom Gehäuse, nämlich vom mittleren Gehäuseteil 15 übernommen.

Die Grundfunktion vorliegender Erfindung ist dann wie folgt. Ergibt sich auf den in Fig. 1 gezeigten Beschleunigungssensor eine Beschleunigungseinwirkung aus der Richtung des Pfeils C bzw. C, also axial, wobei durch den vorliegenden Aufbau des Beschleunigungssensors dieser nur auf in seiner axialen Richtung verlaufende Beschleunigungen bzw. Beschleunigungsanteile reagiert und reagieren kann, dann wird der Kolbenmagnet als Meßkolben gegen die "Federkraft" der sich gegenseitig abstoßenden beidseitigen Magnetfelder ausgelenkt, er verlagert sich also in der Zeichenebene der Fig. 1 entweder nach links oder nach rechts je nach einwirkender Beschleunigung, wodurch sich gleichzeitig eine Verformung des magnetischen Feldlinienverlaufs ergibt, die sich in besonderer Weise auch auf der Oberfläche der dem Kolbenmagneten gegenüberliegenden stationären Endmagnete 13a, 13b abspielt.

Die beiden hier jeweils in Betracht kommenden Magnetfelder weisen sich ab, deshalb steigt bei Annäherung des Kolbenmagneten an einen der stationären Endmagnete 13a, 13b die Krümmung der Feldlinien insbesondere auch an der Oberfläche des jeweiligen Endmagneten an und damit auch die Felddichte in der hier gewählten Meßebene, die der Oberfläche des End-

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magneten entspricht und auf der sieh der Geber in seiner Ausbildung als Feldplatte befindet. Diese Änderungen können mit der Feldplatte 17 als Widerstandsänderungen erfaßt und ausgewertet werden.

In diesem Zusammenhang ist auf folgendes hinzuweisen; die Erfindung verwendet in der bevorzugten Ausgestaltung lediglich eine Feldplatte 17 an der in der Darstellung der Fig. bevorzugten Stelle, also randseitig eines der Endmagneten, da sich hier eine besonders starke Feldlinienveränderung ergibt, worauf weiter unten anhand der Darstellung der Fig. noch einzugehen versucht wird. Es versteht sich aber und liegt innerhalb des erfindungsgemäßen Rahmens, auch mehrere Geber, beispielsweise in gleichmäßiger Anordnung peripher über eine der Endplatten randseitig verteilt zu verwenden oder auch auf der anderen Endplatte Geber in entsprechender Anzahl und Verteilung wie auf der einen vorzusehen und dann in beliebiger Verschaltung die sich durch die Veränderung der Feldlinien ergebende Widerstandsänderung auszuwerten. Die Widerstandsänderung tritt natürlich auch dort auf, wo sich die beiden Magnete (Endmagnet und Kolbenmagnet) voneinander entfernen - in diesem Fall wird die Dichte der Feldlinien geringer. Es ist daher auch möglich, die Feldplatten in ihrer Widerstandskonfiguration gegeneinander zu schalten oder in Form von Brückenschaltungen auszubilden.

Es hat sieh aber anhand von empirischen Untersuchungen als ausreichend erwiesen, mit einem Feldplattengeber zu arbeiten in der in Fig. 1 und Fig. 2 angedeuteten Anordnung, wobei sich bei einer Beschleunigungsänderung von ± 10m/s² eine Widerstandsänderung von 5 % bzw. 3 % je nach Richtung ergeben hat.

Diese Änderungen sind völlig hinreichend, wobei die stärkere Änderung auftritt, wenn der Kolbenmagnet sich dem mit

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der feldplatte versehenen Bndmagneten annähert, da durch die Komprimierung der magnetischen Feldlinien eine größere Dichtenänderung entsteht als durch die "Verdünnung" der Feldlinien bei einer relativen Entfernung der jeweiligen Magnete voneinander.

Diese Uariat-inn &Lgr;&agr;*· PeIrIl &iacgr;&eegr;&iacgr; en heH einer Pnfli rinnnänrleriinn

oder Auslenkung des Kolbenmagneten kann man sich so vorstellen, wie dies in Fig. 3 anhand von zwei diskreten Positionen des Kolbenmagneten 12, einmal in der Position 12A (durchgezogene Linienführung) und in der Position 12B (gestrichelte Linienführung) gezeigt ist.

Befinden sich die beiden Magnete in größerer Entfernung zueinander, dann verlaufen die sich abstoßenden Feldlinien etwa so, wie bei 18 gezeigt; nähert sich der Kolbenmagnet bis zur Position 12B an den gegenüberliegenden Endmagneten mit der Feldplatte 17 an, dann drängen sich die in ihrer Anzahl ja konstanten Feldlinien wesentlich stärker zusammen und durchsetzen daher auch in größerer Bündelung und mit stärkerer Krümmung, also auf einem längeren Weg, wie gestrichelt bei 18' angedeutet, die Feldplatte 17. Hieraus resultieren die Widerstandsänderungen, die dann noch in ein auswertbares Ausgangssignal umzusetzen sind.

Die folgende Tabelle zeigt zunächst einen an einem Ausführungsbeispiel gemessenen "Federkraftverlauf", also die Zuordnung des Abstands des mittleren, beweglichen Kolbenmagneten 12 zu einem der Endmagneten, die für die Bildung dieses Abstands jeweils einwirkenden Kräfte in Gramm und die sich aus der jeweiligen Kraft rechnerisch ergebende Beschleunigung .

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Abstand (mm)	Kraft (g)
30	0
20	4
12	10
10	14
8	20
6	30
5	40
4	60
1	180

Beschleunigung reehn. (m/s*)

6,6

&Iacgr; 12 10 16,6

f> 10 14 23,3

33,3 49,9 66,5 99,8 299,3

I Da sich bei einem praktischen Ausführungsbeispiel die fol-

ti genden numerischen Werte hinsichtlich Abmessung oder Gewicht

I ergeben haten, die hier nur der Vollständigkeit halber mit- % geteilt werden und die die Erfindung hierauf nicht einit schränken, läßt sich auch der Binsatzbereich auf der Basis |i dieser Werte grob skizzieren.

f So weist der Kolbenmagnet bei einem Durchmesser von 10 mm und einer Länge von 15 mm ein Gewicht von 5,9 g auf; setzt

?; man diese 5,9 g mit den 180 g der Tabelle ins Verhältnis, ; dann ergibt sich ein Einsatzbereich von etwa der 30-fache-> Erdbeschleunigung, was einer Beschleunigung von rund 300 m/s²

_; entspricht.

£ Andere Abmessungen erbringen hier, wie es sich versteht, andere Werte.

Zur Umsetzung der in der Feldplatte bei einwirkenden Beschleunigungen auftretenden Widerständsänderungen in ein busfähiges Ausgängssignal wird der Peldplattenwiderstand am besten als frequenzbestimmendes Element in einem Scnwingkreis ausreichender Güte eingebaut.

Vorgeschlagen wird entsprechend der Darstellung der Fig.

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eine rückgekoppelte Schwingschaltung 20, bestehend aus einem Inverter 21 mit Hysterese, der vom Ausgang des Inverters 21 auf dessen Eingang rückgekoppelten Feldplatte 17' und einem gegen Hasse geschalteten Kondensator 18. Eine solche Schwingschaltung mit einer Schmitt-Trigger-Charakteristik sowie mit einem nachgeschalteten zweiten Pufferelement 22 zur Entkopplung ist bevorzugt als temperaturkompensierter und daher sehr stabiler CHOS-Baustein aufgebaut und erzeugt eine Rechteckausgangsspannung hoher Frequenz, wobei die einfach zu verstehende Grundfunktion so ist, daß der Kondensator 18 über die Feldplatte 17* aufgeladen wird, bis die Ansprechschwelle des "Schmitt-Triggers" erreicht ist; dann wird umgeschaltet, der Kondensator wird entladen, bis wieder die untere Triggerschwelle erreicht ist.

&Lgr;.?. ausgangsseitigen Puff erbaue» tein 22 ergibt sich dann eine

Null- oder Mittenfrequenz (bei Auslenkung Null des Kolben- ,

magneten) von beispieleweise 50 MHz, also sehr hochfrequent, j

wobei sich bei der hervorragenden Integrationsfähigkeit ;

einer solchen Schaltung auch eine besonders hohe Auflösung \

realisieren läßt, wenn man für die Extremwerte der einwir- j

kenden Beschleunigung mit Frequenzänderungen von etwa 3 % · nach der einen und 5 % nach der anderen Seite rechnet.

Die Charakteristik ist nichtlinear, die eich ergebende "Federkraft" wirkt progressiv bis zum Anschlag, so daß auch maximale Auelenkungen einwandfrei erfaßt und in ein entsprechendes Meßeignal umgesetzt werden können. Auch im Bereich dee Schwingkreieee und seiner Ansteuerung ergeben eich kaum Fehlereinfltlaee, da die Wirkung der Alterung und Temperaturgang auf die Feldplatte vernachläeeigbar ist, dae gleiche trifft auf die magnetischen Feldkräfte sowie auf die Reibung zu. Für die Temperaturbeständigkeit der eingesetzten Magnete spielt lediglieh die sehr hohe, im Normalfall also nie erreichbar« Curie-Temperatur eine Rolle;

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die Feldplatte ist mindestens einsetzbar zwischen - 30° bis etwa + 100°.

Die weitere Verarbeitung des hochfrequenten Auogangssignals der Schwingschaltung entsprechend Fig. 4 kann dann so erfolgen, daß die Frequenz des Schwingkreises ausgezählt wird, wobei die innerhalb eines Zählintervalls auftretenden Impulsänderungen hinzugezählt werden, so daß sich eine deutliche Signalintegration ergibt; die Zählerstände werden beispielsweise alle 100 ms erfaßt und durch Differenzbildung verarbeitet, wobei ein im System abgespeicherter aktueller Eichwert als Nullwert verwendet wird.

Dieser Nullwert ergibt sich im Ruhezustand bei einwirkender Beschleunigung b = 0 und wird allen nachfolgenden Wertbildungen zugrundegelegt. Der Eichwert erhält auch alle während der Betriebszeit durch Alterung u.dgl. aufgelaufene Fehler bzw. kompensiert diese, so daß auch von diesem Gesichtspunkt her eine sehr hohe Genauigkeit der ermittelten Meßwerte gesichert ist.

Alle Meßwerte werden auf die Nullfrequenz des Eichwertes bezogen, und zwar durch einfache Differenzbildung, wodurch sich die Stellenzahl der jeweils ermittelten Meßwerte, mit denen gearbeitet wird, drastisch reduziert; diese Reduzierung ergibt die eigentliche Signalgröße. Gleichzeitig gewinnt man durch die Differenzbildung das gültige Vorzeichen der einwirkenden Beschleunigung und erzielt durch die ständige Nachjustierung über den jeweils aktuellen Eichwert der Nullwertmessung (die wiederholt beim Betrieb durchgeführt wird) eine Kalibrierung im Sinne einer automatischen Eichung. Dabei ist der Feldplattenwideretand ebenso wie die Koerzitivfeidstärke der Magnete temperaturabhängig, so daß eine Aufnahme der Kennlinienfelder der Sensoren sinnvoll sein kann. Dabei wird die aktuelle !temperatur der Systeme mit aufge-

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zeichnet bzw. bei der Meßwertbildung bewertet. Hierzu kann man so vorgehen, daß ein identischer Schwingkreis, bei dem ein PTC oder NTC als frequenzbestimmendes Element ein Signal liefert, das z.B. der UDS (Unfalldatenschreiber) mit abspeichert (nach jeder Aufzeichnung). Damit ist der Elementtemperaturgang zur Zeit der Aufzeichnung bekannt und die Lage der Kennlinie im Kennfeld gegeben. Die Kenntnis .. der Systemtemperatur ist auch wegen der übrigen Bauteile des UDS erwünscht.

Ein solcher Beschleunigungssensor ist durch seine Alterungsbeständigkeit und die hohe Genauigkeit der von ihm gelieferten Werte mit besonderem Vorteil einsetzbar im Bereio' von Kraftfahrzeugen, beispielsweise zur Signalvermittlung fur Unialldatenschreiber, Fahrtschreiber oder sonstige Aufzei/"Sinungsgeräte, wobei der Beschleunigungssensor in seiner Signalgabe dann ausgewertet wird, wenn ebenfalls vorhandene Heggeber aufgrund eines auftretenden Unfallgeschehens nicht mehr auswertbar sind. Verwendet werden kann der erfindungsgemäße Beschleunigungssensor auch für beliebige Sicherheitsvorrichtungen im Kraftfahrzeugbereich, beispielsweise für die Bestimmung des Einsetzens einer Antischlupfregelung, für die Steuerung des Verhaltens von Antiblockiersystemen (ABS), für die Ansteuerung von Gurtstrammern, Airbags u.dgl.

Untersuchungen haben ergeben, daß durch Reibungseinflüsae des Kolbenmagneten an den inneren Flihrungswänden des Führungsrohrs keine merkbaren Fehler auftreten, da die Reibung als Gleitreibung im wesentlichen konstant und in der Kennlinie enthalten ist, während die Ansprechschwelle für die Haftreibung in einem Beschleunigungseinwirkungsbereich von unter 1 m/s¹ liegt und daher vernachlässigbar ist. Bei sol" chen geringen Beschleunigungen kann ohnehin der von beispielsweise üblichen Weggebarn gelieferte Wert verwendet werden,

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da hier noch kein Schlupf auftritt, der den Einsatz von

Beschleunxgungssensoren entsprechend vorliegender Erfindung erforderlich macht.

Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowoM einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

Claims

DIPL-ING. PETER OTTE P/EENTANV!^LT^:..^:;..^: D-7250Leonberg

Vertreter beim Europäischen Patentamt / European Patent Attorney Tiroler Straße

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Herr Edmund Zottnik, Rotenacker 11, 7145 Markgröningen Herr K.-F. Kolley, Jakobstraße 18, 7016 Gerungen

Schutzansprüche

1. Vorrichtung zur Beschleunigungsmessung, insbesondere zur Aufzeichnung von Beschleunigungswerten, zur Steuerung/Regelung von Kfz-Funktionen einschließlich Unfalldatenschreiber, Antischlupfregelung (ASR), Steuerung von Antiblockiersystem (ABS), zur Steuerung von Gurtsirammern, Airbag-Funktionen u. dgl., mit einem der Beschleunigungseinwirkung unterworfenen seismischen, in Richtung der einwirkenden Beschleunigung beweglich geführten Massenelement, dadurch gekennzeichnet, daß zu beiden Seiten eines gleitverschieblich gelagerten Kolbenmagneten als seismisches Massenelement den Kolbenmagneten durch die abstoßende Wirkung von gleichnamigen Magnetpolen frei bewegbar nach Art eines federvorgespannten Zustande haltende Endmagnete (13a, 13b) angeordnet sind und daß im Bereich von sich in ihrer Dichte bei einer durch eine Beschleunigungsein'* wirkung erfolgten Auslenkung des Kolbenmagneten (12) ändernder Magnetfeldlinien mindestens ein magnetfeldsensibler Sensor angeordnet ist.
2t Vorrichtung nach Anspruch 1/ dadurch gekennzeichnet/ daß der Sensor ein Feldplatten-Widerstand (17) ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

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der Sensor ein Hall-Generator ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenmagnet (12) in einem nichtinagentischen Führungsrohr (11) gleitverschieblich gelagert ist, daß¹ endseitig des Führungsrohrs Endmagnete (13a, 13b) mit zur zugewandten Seite des Kolbenmagneten (12) gleichnamigen und daher eine AbstoBungswirkung erzeugenden Magnetpolen angeordnet sind und daß der mindestens eine Sensor randseitig auf der dem Kolbenmagenten zugewandten Fläche eines der Endmagnete &Pgr; 3a, 13b) angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Endmagnete (13a, 13b) in kappenförmigen Gehäusedeckeln (14a, 14b) aufgenommen sind, die beidseitig ein mittleres Gehäuseteil (15) abschließen, welches in einer Bohrung (15a) das Führungsrohr (11) für den Kolbenmagneten (12) enthält.
6. Vorrichtung Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beidseitigen kappenförmigen Deckel (14a, 14b) und das mittlere Gehäuseteil (15) aue einem magnetisch permeablen Material bestehen und gleichzeitig einen magnetisch geschlossenen Rückschlußkreis sowie eine Abschirmung gegen von außen einwirkende Störmagnetfelder bildet.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwandung des Führungsrohre (11) mit einer Gleitschicht (PTFE) beschichtet ist oder aus einer solchen besteht.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine F?ldplatten-Wideretand

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(17) einen Schwingkreis (20) als frequenzbestimmende&bgr; Glied ansteuert.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Inverter/Verstärker (21) mit Hysterese vorgesehen und der Feldplatten-Widerstand (17) in dessen Rückführzweig angeordnet ist, mit einem gegen Masse geschalteten Kondensator (18) und einem weiteren, nachgeschalteten Verstärkerelement (22) zur Pufferung.