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WO1996018106A1 - Beschleunigungssensor - Google Patents

Beschleunigungssensor Download PDF

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Publication number
WO1996018106A1
WO1996018106A1 PCT/DE1995/001741 DE9501741W WO9618106A1 WO 1996018106 A1 WO1996018106 A1 WO 1996018106A1 DE 9501741 W DE9501741 W DE 9501741W WO 9618106 A1 WO9618106 A1 WO 9618106A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
magnet
carrier
rest position
acceleration sensor
end positions
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/DE1995/001741
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Marten Swart
Josef Dirmeyer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Publication of WO1996018106A1 publication Critical patent/WO1996018106A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H35/00—Switches operated by change of a physical condition
    • H01H35/14—Switches operated by change of acceleration, e.g. by shock or vibration, inertia switch
    • H01H35/147—Switches operated by change of acceleration, e.g. by shock or vibration, inertia switch the switch being of the reed switch type
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P1/00—Details of instruments
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P15/105—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by magnetically sensitive devices

Definitions

  • the invention relates to an acceleration sensor according to the preamble of patent claim 1.
  • a ring magnet is arranged displaceably on a tubular support along its longitudinal axis.
  • a tubular housing also surrounds the ring magnet.
  • Carrier and housing serve to guide the magnet. Without the action of an acceleration force, the magnet is in a rest position at the middle height of the carrier and is fixed by springs on both sides of the magnet. If the sensor accelerates positively or negatively in the direction of the longitudinal axis of the carrier, the magnet shifts due to its inertia against the force of one of the two springs. If there is sufficient acceleration / displacement, he switches one of the magnetically controllable switches, which use the carrier as a housing and are attached to both sides of the rest position.
  • the aforementioned acceleration sensor is not optimized with regard to its material and manufacturing costs.
  • the invention has for its object to provide an acceleration sensor of the type mentioned, which avoids these disadvantages of the known device.
  • the acceleration sensor according to the invention for two acceleration directions has in particular the advantage of fixing the magnet's rest position exclusively by means of magnetic forces.
  • the acceleration sensor has a cylindrical carrier 1 with a longitudinal axis A-A '.
  • the carrier 1 is made of a non-electrical and non-magnetic material, for example plastic.
  • the carrier 1 contains a molded body 10 made of a material with high permeability, for example RFe 120, for the purpose of guiding the magnetic field.
  • An annular magnet 2 surrounds the carrier 1. The magnet 2 can be displaced along the longitudinal axis A-A 'between two end positions and acts as a seismic mass.
  • the magnet 2 assumes a rest position with respect to the carrier 1 between the end positions. If the acceleration / displacement is sufficient, the magnet 2 reaches one of the end positions near the left or right end of the carrier 1.
  • Stops 11 on the carrier ends prevent the magnet 2 from moving beyond the carrier end.
  • Other constructions with the same function are also conceivable, e.g. Stops that are part of a sensor housing or are attached to a sensor housing.
  • Magnetically controllable switches 3 are arranged on both sides of the rest position so that the magnet 2 causes the switch contacts in the magnetic circuit "magnet 2, switch 3, molded body 10" to close when there is sufficient acceleration / displacement against an end position.
  • the switches 3 are designed as "protective gas contacts in a metal housing" according to EP-B 0489199 and attached to the end faces of the carrier 1.
  • Each switch 3 has a metal housing 30.
  • a metal pin 35 projects into an opening in the metal housing 30 and is insulated from the metal housing 30 by a pressure glass seal 31.
  • the cavity 32 in the metal housing is filled with protective gas.
  • a leaf spring 33 carries an anchor plate 34 and is attached to the inside of the metal housing 30 which is opposite the metal pin 35.
  • a connection 36 is attached to the metal housing.
  • a second connection 37 is connected to the metal pin 35, which projects as deep as possible into the carrier 1 to increase the magnetic flux.
  • An insulation disk 38 for example made of plastic, is used for the galvanic separation of the metal pins 35 projecting into the carrier 1 on both sides. These can be replaced by a single continuous metal pin 35 with a single connection 37 if the switches 3 are operated at the same potential in terms of circuitry.
  • Magnet 2 and molded body 10 attract each other magnetically.
  • the contour of the molded body 10 determines the magnetic restoring forces and thus the rest position: the cross section of the molded body 10 is maximal at the point of the carrier 1 at which the rest position is desired. In the idle position determined in this way, the magnetic flux in the magnetic circuit "magnet 2, molded body 10" is maximum.
  • the cross section of the molded body 10 is defined perpendicular to the longitudinal axis AA 'of the carrier. In the case of an acceleration sensor that is sensitive for two directions and has the same sensitivity for both directions, this location should be in the middle of the carrier 1. If the acceleration sensor is to have different sensitivities in each direction, the rest position is to be arranged to the left or right of the center of the carrier 1.
  • the cross section of the molded body 10 preferably decreases from the rest position to the end positions. This results in a magnetic restoring force on the deflected magnet 2 in the direction of the rest position at each point of the carrier 1.
  • a layer Y in the immediate vicinity of the layer X with a smaller distance from the rest position, in which the magnetic flux through the magnetic circuit "magnet 2, molded body 10" is larger than in FIG position X.
  • a force effect on the deflected magnet towards position Y and thus to the rest position is the result.
  • the restoring force on the magnet 2 remains constant in any possible position of the deflected magnet 2 in the event of a linear decrease in the shaped body cross section from the rest position to the end positions.
  • a restoring force can be obtained which is smaller in the vicinity of the end positions than in the vicinity of the rest position.
  • the differential cross-sectional drop in the vicinity of the end positions must be kept smaller than in the vicinity of the rest position. Such a contour course increases the minimum closing time of the acceleration sensor.
  • the units controlled by the acceleration sensor can be airbag, belt or door locking systems.

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Abstract

Ein für zwei Beschleunigungsrichtungen empfindlicher Beschleunigungssensor hat einen Magnetkreis mit einem Formkörper (10) aus einem Material mit hoher Permeabilität und einem Magneten (2) als seismische Masse, der verschiebbar auf einem Träger (1) angeordnet ist. Je nach Formgebung des Formkörpers (10) lassen sich Ruhelage des Magneten (2), Rückstellkräfte auf den ausgelenkten Magneten (2) und somit Sensorempfindlichkeit je Richtung und Mindestschließdauer des Sensors einstellen.

Description

Be s ehre ibung
Beschleunigungssensor
Die Erfindung betrifft einen Beschleunigungssensor nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei einem derart ausgebildeten und aus der DE-AI 2644606 be¬ kannten Beschleunigungssensor ist ein Ringmagnet auf einem rohrförmigen Träger entlang dessen Längsachse verschiebbar angeordnet. Ein ebenfalls rohrförmiges Gehäuse umschließt den Ringmagneten. Träger und Gehäuse dienen der Führung des Ma¬ gneten. Ohne Einwirkung einer Beschleunigungskraft befindet sich der Magnet in einer Ruhelage auf mittlerer Höhe des Trä- gers und wird durch Federn zu beiden Seiten des Magneten fi¬ xiert. Bei positiver oder negativer Beschleunigung des Sen¬ sors in Richtung der Trägerlängsachse verschiebt sich der Ma¬ gnet infolge seiner Massenträgheit gegen die Kraft einer der beiden Federn. Bei ausreichender Beschleunigung /Verschiebung schaltet er einen der magnetisch steuerbaren Schalter, die den Träger als Gehäuse nutzen und zu beiden Seiten der Ruhe¬ lage angebracht sind.
Der vorgenannte Beschleunigungssensor ist hinsichtlich seines Material- und Fertigungsaufwandes nicht optimiert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Beschleuni¬ gungssensor der eingangs genannten Art zu schaffen, der diese Nachteile der bekannten Vorrichtung vermeidet. Der erfin- dungsgemäße Beschleunigungssensor für zwei Beschleunigungs- richtungen hat insbesondere den Vorteil, die Ruhelage des Ma¬ gneten ausschließlich mittels magnetischer Kräfte zu fixie¬ ren.
Die Erfindung löst diese Aufgabe bei einem Beschleunigungs- sensor der eingangs genannten Art durch die Merkmale des An¬ spruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden durch die Unteransprüche gekennzeichnet.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung erläutert, die einen Beschleunigungssensor im stationären Zustand im Längsschnitt darstellt.
Der Beschleunigungssensor hat einen zylindrischen Träger 1 mit einer Längsachse A-A' . Der Träger 1 ist aus einem nicht elektrischen und nicht magnetischen Material, beispielsweise Kunststoff. Der Träger 1 enthält einen Formkörper 10 aus einem Material mit hoher Permeabilität, beispielsweise RFe 120, zum Zwecke der Magnetfeldlinienführung. Ein ringförmiger Magnet 2 umschließt den Träger 1. Der Magnet 2 läßt sich ent- lang der Trägerlängsachse A-A' zwischen zwei Endlagen ver¬ schieben und fungiert als seismische Masse.
Ohne Einwirkung von Beschleunigungskräften nimmt der Magnet 2 eine Ruhelage bezüglich des Trägers 1 zwischen den Endlagen ein. Bei ausreichender Beschleunigung/Verschiebung erreicht der Magnet 2 eine der Endlagen nahe des linken bzw. rechten Endes des Trägers 1.
Anschläge 11 an den Trägerenden hindern den Magneten 2 an einer Verschiebung über das Trägerende hinaus. Es sind auch andere Konstruktionen mit gleicher Funktion denkbar, wie z.B. Anschläge, die Teil eines Sensorgehäuses sind oder an einem Sensorgehäuse angebracht sind.
Magnetisch steuerbare Schalter 3 sind zu beiden Seiten der Ruhelage so angeordnet, daß der Magnet 2 bei ausreichender Beschleunigung/Verschiebung gegen eine Endlage ein Schließen der Schalterkontakte im Magnetkreis "Magnet 2, Schalter 3, Formkörper 10" bewirkt.
Im Ausführungsbeispiel sind die Schalter 3 als "Schutzgas¬ kontakte im Metallgehäuse" nach EP-B 0489199 ausgebildet und an den Stirnseiten des Trägers 1 angebracht. Jeder Schalter 3 hat ein Metallgehäuse 30. Ein Metallstift 35 ragt in eine Öffnung des Metallgehäuses 30 und ist durch eine Druckglas- Einschmelzung 31 gegen das Metallgehäuse 30 isoliert. Der Hohlraum 32 im Metallgehäuse ist mit Schutzgas angefüllt. Eine Blattfeder 33 trägt ein Ankerplättchen 34 und ist an derjenigen Innenseite des Metallgehäuses 30 angebracht, die dem Metallstift 35 gegenüberliegt. Ein Anschluß 36 ist am Me¬ tallgehäuse angebracht. Ein zweiter Anschluß 37 ist mit dem Metallstift 35 verbunden, der zur Erhöhung des Magnetflusses möglichst tief in den Träger 1 hineinragt. Eine Isolations¬ scheibe 38, beispielsweise aus Kunststoff, dient der galvani¬ schen Trennung der zu beiden Seiten in den Träger 1 ragenden Metallstifte 35. Diese können durch einen einzigen durchgän- gigen Metallstift 35 mit einem einzigen Anschluß 37 ersetzt werden, wenn die Schalter 3 schaltungstechnisch auf gleichem Potential betrieben werden.
Die Anordnung dieser Schalter 3 an den Stirnseiten des Trä- gers 1 bedingt eine Magnetisierung des Magneten 2 entlang der Trägerlängsachse A-A' . Befindet sich der ausgelenkte Magnet nahe einer Endlage, wird der Magnetfluß im Magnetkreis "Magnet 2, Metallgehäuse 30, Blattfeder 33, Ankerplättchen 34, Metallstift 35, Formkörper 10" so groß, daß der Schalter- kontakt über Ankerplättchen 34 und Metallstift 35 geschlos¬ sen wird.
Magnet 2 und Formkörper 10 ziehen sich magnetisch an. Die Kontur des Formkörpers 10 bestimmt die magnetischen Rück- Stellkräfte und damit die Ruhelage: Der Querschnitt des Form¬ körpers 10 ist an der Stelle des Trägers 1 maximal, an der die Ruhelage erwünscht wird. In der so festgelegten Ruhelage ist der Magnetfluß im Magnetkreis "Magnet 2, Formkörper 10" maximal. Der Querschnitt des Formkörpers 10 ist senkrecht zur Trägerlängsachse A-A' definiert. Bei einem für zwei Richtungen empfindlichen Beschleunigungs- sensor mit gleicher Empfindlichkeit für beide Richtungen sollte sich diese Stelle in der Mitte des Trägers 1 befinden. Soll der Beschleunigungssensor unterschiedliche Empfindlich- keiten je Richtung aufweisen, so ist die Ruhelage links oder rechts von der Mitte des Trägers 1 anzuordnen.
Vorzugsweise nimmt der Querschnitt des Formkörpers 10 von der Ruhelage zu den Endlagen hin ab. Dadurch erzielt man an jeder Stelle des Trägers 1 eine magnetische Rückstellkraft auf den ausgelenkten Magneten 2 in Richtung zur Ruhelage. Für jede Lage X des ausgelenkten Magneten 2 bezüglich des Trägers 1 existiert also in unmittelbarer Nachbarschaft der Lage X eine Lage Y mit geringerem Abstand zur Ruhelage, bei der der ma- gnetische Fluß durch den Magnetkreis "Magnet 2, Formkörper 10" gößer ist als in der Lage X. Eine Kraftwirkung auf den ausgelenkten Magneten hin zur Lage Y und somit zur Ruhelage ist die Folge.
Die Rückstellkraft auf den Magneten 2 bleibt bei einem linea¬ ren Abfall des Formkörperquerschnitts von der Ruhelage hin zu den Endlagen in jeder möglichen Lage des ausgelenkten Magne¬ ten 2 konstant. Bei einem nichtlinearen Abfall des Formkör¬ perquerschnitts von der Ruhelage hin zu den Endlagen kann man eine Rückstellkraft erhalten, die in der Umgebung der Endla¬ gen kleiner ist als in der Umgebung der Ruhelage. Dazu ist der differentielle Querschnittsabfall in der Umgebung der Endlagen kleiner zu halten als in der Umgebung der Ruhelage. Ein solcher Konturverlauf vergrößert die Mindestschließzeit des Beschleunigungssensors.
Dadurch, daß gleich mehrere Sensorparameter wie Mindest¬ schließzeit oder Sensorempfindlichkeit je Richtung über die Kontur des Formkörpers bestimmt werden können, verringert sich die Anzahl der fertigungstechnischen Schritte. Der Ein¬ satz ist insbesondere in Kraftfahrzeugen zur kombinierten Front-/Heckaufpralldetektion sowie zur Seitenaufpralldetek- tion aufgrund der oben genannten Merkmale sowie der Kompakt¬ heit und Wirtschaftlichkeit vorteilhaft. Bei den von dem Be¬ schleunigungssensor angesteuerten Einheiten kann es sich um Airbag-, Gurt- oder Türschließsysteme handeln.

Claims

Patentansprüche
1. Beschleunigungssensor
- mit einem Träger (1) mit Anschlägen (11) an seinen Enden - mit einem Magneten (2) als seismische Masse, der auf dem
Träger (1) entlang seiner Längsachse (A-A1) zwischen Endla¬ gen verschiebbar angeordnet ist und stationär eine Ruhelage zwischen den Endlagen einnimmt, und mit magnetisch steu¬ erbaren Schaltern (3) zu beiden Seiten der Ruhelage d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Träger (1) einen Formkörper (10) aus einem Material mit hoher Permeabilität einschließt, dessen Querschnitt im Bereich der Ruhelage ein Maximum aufweist und von dort zu den Endlagen hin abnimmt.
2. Beschleunigungssensor nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a ß der Magnet (2) parallel zur Trägerlängsachse (A-A1) magneti- siert ist und daß jeder Schalter (3) derart an dem Träger (1) angeordnet ist, daß die Feldlinien des Magneten (2) bei An¬ näherung an eine Endlage über die Schalterkontakte verlaufen.
3. Beschleunigungssensor nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a ß jeder magnetisch steuerbare Schalter (3) als Schutzgas-Kon¬ takt im Metallgehäuse ausgebildet ist.
PCT/DE1995/001741 1994-12-06 1995-12-05 Beschleunigungssensor Ceased WO1996018106A1 (de)

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DEP4443419.7 1994-12-06
DE19944443419 DE4443419C1 (de) 1994-12-06 1994-12-06 Beschleunigungssensor

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