DE2846670A1 - Sensor - Google Patents

Description

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GENERAL MOTORS CORPORATION

SENSOR

Die Erfindung betrifft ganz allgemein Sensoren und richtet sich insbesondere auf einen Sensor mit einer federverspannten Masse, die in einem Gehäuse aus einer Ruhestellung in eine Arbeitsstellung bewegbar ist, und zwar als Ergebnis davon, daß der Sensor eine vorbestimmte Geschwindigkeitsänderung oder Beschleunigungsänderung feststellt.

Bei dem erfindungsgemäßen Sensor handelt es sich um ein Pedermassensystem, das denselben physikalischen Gesetzen folgt wie irgendein anderes ungedämpftes Pedermassensystem. Jedoch unterscheidet es sich von bekannten Federmassensystemen dadurch, daß es nach einer bevorzugten

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Ausführungsform ein Paar von Bändern aus flexiblem Federmaterial umfaßt, die ihrer Figur nach im wesentlichen eine Acht bilden. Während sich die Bänder gleichzeitig zwischen einer Vorspannungsstellung und einer Betätigungsstellung bewegen, führen sie relativ zueinander sowohl Rollbewegungen, als auch Verlängerungsbewegungen aus. Sie sind, ausgehend von ihrer freien Form, in eine längliche Form gepreßt, und zwar von einem Paar geneigter Wände eines Gehäuses, die einen vorbestimmten, eingeschlossenen Winkel definieren. In der.Vorspannungsstellung besitzen die Bänder aneinander anliegende Abschnitte, die koplanar zur Halbierungslinie des eingeschlossenen Winkels liegen. Ferner besitzen sie entfernt liegende Abschnitte, die mit Fläehenberührung an den Seitenwänden angreifen. Die aneinander anliegenden Abschnitte sind in der Regel aneinander befestigt, und jeder entfernt liegende Abschnitt ist mit einer zugehörigen Seitenwand verbunden. Die sich insgesamt ergebende Spannkraft der Bänder, welche bestrebt sind, in ihre freie Form zurückzukehren, führt zu einer Vorüpar.ni.ngskraft, die der Bewegung eier· Bänder in Richtung aaf die Betätigungsstellung einen Widerstand entgegensetzt und die Bänder gegen Anschläge drückt, um auf diese Weise die Vorspannungsposition einzustellen.

Bei einer Geschwindigkeitsänderung von vorbestimmten Größen-, Eichtungs- und Zeitparametern bzw. bei einer Beschleunigung von vorbestimmten Amplituden-, Richtungsund Zeitparametern bewegen sich die Bänder um einen vorbestimmten Abstand in eine Betätigungsstellung, wobei sie entgegengesetzt zueinander an ihren zugehörigen Seitenwänden abrollen und sich außerdem verlängern. Die

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aneinander anliegenden Abschnitte der Bänder bleiben immer in Tangentialberührung miteinander, während die Bänder abrollen und sich verlängern. In gleicher Weise verbleiben die entfernt liegenden Abschnitte ständig in Tangentialberührung mit zugehörigen Seitenwänden. Wenn sich die Bänder über den vorbestimmten Abstand in die Betätigungsstellung bewegen, greifen sie an Kontakten an, die einen elektrischen Kreis zwischen einer Stromquelle und einer zu betätigenden Vorrichtung schließen.

Ein weiteres vorteilhaftes Merkmal der Erfindung besteht darin, daß während des Abrollens der Bänder nur eine geringfügige oder gar keine Coulombsche Reibung erzeugt wird. Ein geringer Betrag an Rollreibung mag vorhanden sein, obwohl dies bisher nicht festgestellt wurde. Die Coulombsche Reibung, die möglicherweise bei der Berührung und Trennung der Bänder und ihrer zugehörigen Kontakte auftritt, kann zugelassen werden im Hinblick darauf, daß eine minimale Wischbewegung zwischen den Bändern und diesen elektrischen Kontakten sichergestellt wird, um die Zuverlässigkeit des Stromdurchg&nges zu verbessern.

Ferner besteht ein bevorzugtes Merkmal darin, <la!3 die Federkonstante der Bänder gleichbleibt, Kenn r. loh letztere aus ihrer Vorspannungsstellung in die BetüV-igunj-sotellüng bewegen, und daß die Kraft, die erforderlich ist-, -arn die Bänder sowohl zu rollen als auch zu verlängern, ansteigt, wenn die Bänder gegen die BetStigungsstellung wandern. Dies stellt sicher, daß die Bänder ihre Betätigungsstellung nur dann erreichen, wenn die Geschwindigkeitsänderung bzw. die Beschleunigung von vorbestimmter Amplitude innerhalb eines vorbestimmten Zeitintervalls auftritt, währenddessen eine Betätigung des Sensors er-

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wünscht ist.

Die Erfindung bringt außerdem den Vorteil mit sich, daß der gesamte Sensor nur eine minimale Größe aufweist, da er lediglich eine minimale Anzahl an Komponenten umfaßt, die für den Betrieb erforderlich sind, nämlich ein Gehäuse, die Bänder und die Kontakte. Außerdem kann man erfindungsgemäß die Federkonstante der Bänder ändern, indem man den eingeschlossenen Winkel zwischen den Seitenwänden variiert, ohne daß dazu die Bänder selbst geändert werden müßten. Eine Erhöhung der Pederkonstante läßt sich herbeiführen, indem man den eingeschlossenen Winkel vergrößert. Andererseits kann man die Federkonstante vermindern, indem man den eingeschlossenen Winkel verkleinert. Alternativ besteht die Möglichkeit, den eingeschlossenen Winkel konstant zu halten und die Federkonstante durch Erhöhung der Banddicke zu vergrößern bzw. durch Verminderung der Banadicke au verkleinern.

Als erfind^ngcwesentlich ist ferner hervorzuheben, daß di(- bewegbare Masse des Sensors !«dip! ich von den Bändern gebildet wird und da5 keine konr-'-ntrierte Hasse bzw. kein Gewicht, den Bände-rn hinzuj,efüp;t werden muß. Die bewegbare Masse des Sensors besteht aus folgenden Anteilen: Aus den aneinander anli f^jrendf»n Abschnitten beider Bänder; aus den gemeinsamen Befestigungsmitteln zwischen dif-P^n Abschnitten; und aus den vorderen und rückwärtigen gekrümmten Abschnitten jedes 3andes, wobei diese Abschnitte zwischen ihren Berührungslinien jeweils mit den aneinander anliegenden Abschnitten und den Seitenwänden verlaufen.

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Erfindungsgemäß kann der Sensor je nach Wunsch ungedämpft oder luftgedämpft sein.

Ein weiteres vorteilhaftes Merkmal nach der Erfindung
besteht darin, daß der Ansprechwert der Betätigungsgeschwindigkeit ansteigt oder abfällt als Cosinus funkt ion des Winkels der aufgeprägten Kraft. Nimmt dieser Winkel zu, so steigt der Ansprechwert der Betätigungsgeschwindigköit an; nimmt der Winkel ab, so sinkt der Schwellwert
der Betätigungsgeschwindigkeit.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung. Die Zeichnung zeigt in:

Figur 1 eine zum Teil aufgebrochene Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Sensors j

Figur 2 einen Schnitt entlang der Linie 2-2 in Figur 1;

Figur 3 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht des Sensors nach Figur 1;

Figur 4 eine Teilansicht ähnlich der nach Figur 1, wobei der Sensor seine Betätigungsstellung einnimmt;

Figur 5 eine perspektivische Ansicht eines zweiten
Ausführungsbeispiels;

Figur 6 eine perspektivische Ansicht eines dritten Ausführungsbeispiels ;

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Figur 7 eine perspektivische Ansicht eines vierten Ausführungsbeispiels;

Figur 8 eine perspektivische Ansicht eines fünften Ausführungsbeispiels .

Nach Figur 1 bis 4 umfaßt ein erfindungsgemäßer Sensor 10 ein Gehäuse 12 aus elektrisch nicht leitfähigem Material, beispielsweise aus faserverstärktem synthetischem Kunststoff. Das Gehäuse soll nicht nur elektrisch nicht leitfähig, sondern auch nach Form und Abmaßen stabil sein, und zwar unter sämtlichen Umgebungsbedingungen, wie sie erwartungegemäß während des Einsatzes im Zusammenhang mit Automobilen oder anderen Vorrichtungen, an denen der Sensor befestigt wird, auftreten können.

Das Gehäuse 12 weist eine Höhlung lh auf, die entweder eingeformt, oder durch maschinelle Bearbeitung ausgebildet ist. Die Höhlung 14 umfaßt ein Paar länglicher Seitenwände 16, die relativ zueinander konvergieren und an ihren zentrumnahen Enden tangential in gekrümmte Stirnwände 18 übergehen. Die Stirnwände 18 laufen an ihren anderen Enden in einen Wendepunkt bzw. in eine Kuppe 20 aus. Sie bilden gemeinsam die zentrumnahe Stirnwand der Höhlung 1*1. Die zentrumfernen Enden der Seitenwände 16 gehen tangential in gekrümmte Stirnwände 22 über, welche mit ihren anderen Enden in einer Kuppe 2h auslaufen und gemeinsam die zentrumferne Stirnwand der Höhlung lh bilden. Die Seitenwände 16 definieren einen vorbestimmten eingeschlossenen winkel, dessen Halbierungslinie koplanar zu den Kuppen 2 0 und 2k jeweils der Stirnwände 18 und 22 verläuft. Bei dem dar-

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gestellten Ausführungsbeispiel beträgt der eingeschlossene Winkel 16,6°. Zwar kann der Winkel frei variiert werden, jedoch wird davon ausgegangen, daß er für einen sinnvollen Einsatz des Sensors in einem Bereich von 5 bis 30° liegen sollte.

Ein Paar von Bändern 26 und 28 aus flachem Federstahl ist innerhalb der Höhlung 14 angeordnet. Die Bänder 26 und 28 sind in Form einer Acht miteinander verbunden und besitzen benachbarte, aneinander anliegende Seitenabschnitte 30, die koplanar zu der Halbierungslinie des eingeschlossenen Winkels liegen. Ferner weisen die Bänder entfernt liegende Seitenabschnitte 32 auf, die mit Flächenberührung je an einer zugehörigen Seitenwand 16 angreifen.

Die aneinander anliegenden Seitenabschnitte 30 der Bänder 26 und 28 sind üblicherweise in einem Verankerungspunkt 3-4 aneinander befestigt, und zwar durch Nieten, die quer zu den Bändern verlaufen. Auch ist der entfernt liegende Seitenabschnitt 3? jedes Bandes in einem Verankerungspunkt 36 gegenüber der zugehörigen Seitenwand 16 festgelegt, und zwar durch Nieten, die quer zurr, zugehörigen Band verlaufen. Die Bänder sollten im gemeinsamen Verankerungspunkt 3^ unbeweglich gegeneinander festgelegt sein. Gleichermaßen sollte jedes Band im jeweiligen Verankerungspunkt 36 unbeweglich mit der zugehörigen Seitenwand 16 verbunden sein.

In der Tat verläuft jedes Band kontinuierlich zwischen seinem Verankerungspunk*; 36 an der zugehörigen Seitenwand und dem gemeinsamen Verankerun^cpunkt Ik. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel besteht jedes Band aus einem Streifen aus Federstahl, wobei die Band-

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enden zwischen Verankerungspunkten 36 gegeneinanderstoßen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel bestehen die Bänder aus Streifen eines Pederstahls mit hohem Kohlenstoffgehalt, beispielsweise nach AISI 1095» wobei sie durch Präzisionsschliff auf eine Dicke von 0,0267 Millimeter (0,0015 Zoll) gebracht worden sind. Die Banddicke kann ohne weiteres variieren. Vorzugsweise bewegt sich jedoch die Banddicke in einem Bereich von 0,025^ bis 0,0916 Millimeter (0,0010 bis 0,00^0 Zoll), und zwar in Abstufungen von 0,00127 Millimeter (0,0005 Zoll).

Zwar stoßen im vorliegenden Fall die freien Enden jedes der Bänder 26 und 28 zwischen den Verankerungspunkten 36 aneinander, jedoch können sie sich in gleicher Weise an einem an der zugehörigen Seitenwand 16 sitzenden Verankerungspunkt 36 überlappen. Solange eine wirksame Kontinuität besteht zwischen dem Verankerungspunkt 36 des Bandes bezüglich der zugehörigen Seitenwand 16 und dem gemeinsamen Verankerungspunkt 3^, können auch andere Bandfarmen verwendet werden, wie sie schematisch in den Figuren 5,6 und 7 tier Zeichnung dargestellt sind. Gemäb Figur 5 sind die freien gegeneinander stoßenden Enden der Bänder 26' und ?8' mittels einer geeigneten Klammer 40 gemeinsam zusammengeklammert und vernietet, um den gemeinsamen Verankerungspunkt 3^' zu bilden. Nach Figur sind die Bänder 26'' und 28'' vollständig in sich geschlossen. Sie können aus rohrförmigen! Material hergestellt sein. Die Bänder 26''' und 28''' nach Figur 7 werden von einem fortlaufenden Streifen gebildet, der in Gestalt einer Acht geformt, ist, wobei die freien Enden k2 dieses Streifons am gemeinsamen Mittelabschnitt angreifen und dort im Verankerungspunkt 34'·' miteinander verbunden sind, um die wirksame, erforderliche Kontinuität

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sicherzustellen. Gemäß Figur 8 besteht jedes Band 26'¹¹¹ und 28^!l11 aus zwei Materialstreifen, wobei die entfernt liegenden freien Enden der beiden Streifen jedes Bandes an den Verankerungspunkten 3b'¹'· bezüglich der Seitenwände 16 gegeneinander stoßen, während die benachbart liegenden freien Enden der beiden Streifen jedes Bandes am Verankerungspunkt 34''¹^ gegeneinander stoßen und dort gemeinsam gesichert sind von einer Klammer 40' und von Nieten, wie es bereits anhand von Figur 5 dargestellt wurde. Anstatt der dargestellten Anordnung, nach der die jeweiligen Enden gegeneinander stoßen, kommt auch eine gegenseitige Überlappung in Frage.

Jedes Band 26, 28 besitzt in seiner freien Lage im wesentlichen eine kreisförmige Gestalt. Wenn die Bänder zwischen die Seitenwände 16 der Höhlung 14 gesetzt werden, verlängern sie sich unter Krafteinwirkung, d.h., unter Zwang, und nehmen die Gestalt gemäß Figur 1 ein. Die freie Bandform einer Acht wird entlang ihrer Hauptachse verkürzt, da die freie Länge dieser Form größer ist als der Abstand zwischen den Seitenwänden l6 senkrecht zur Halbierungslinie des von diesen Seitenwänden definierten eingeschlossenen Winkels. Die ζ ent ruinnahen, vorderen gekrümmten Abschnitte 44 jedes Bandes gehen tangential ineinander sowie in eine zugehörige Seitenwand l6 über und verbinden tangential die benachbart liegenden und entfernt liegenden Seitenabschnitte 30,32 des jeweils zugehörigen Bandes, und zwar im Abstand vor den Verankerungspunx:ten 34 und 36. Gleichermaßen gehen die zentrumfernen, rückwärtigen gekrümmten Abschnitte 46 jedes Bandes tangential ineinander über und verbinden tangential die benachbart liegenden und entfernt liegenden Seitenabschnitte 30,32 jedes zugehörigen Bandes miteinander, und zwar im Abstand hinter den Verankerungspunkten 3^ und 36. Die Abschnitte

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44 und 46 der Bänder sind nicht exakt kreisförmig gekrümmt. Mathematisch werden sie vielmehr durch unvollständige elliptische Integrale definiert, wobei nie eine Figur bilden, die als "Elastica" bekannt ist. Eine "Elastica" bzw. eine elastische Linie ist definiert als diejenige Form, die von einem geraden Balken gebildet wird, wenn dieser innerhalb der Elastizitätsgrenzen seines Materials durchgebogen wird. Die Stirnwände 18 und 22 passen vorzugsweise auf das Profil bzw. auf die Form der zugehörigen Bandabschnitte 44 und 46, obwohl sie auch als korrekt kreisförmige Wände ausgebildet sein können, falls dies erwünscht ist. Wenn man die Form der Stirnwände 18 und 22 an die der zugehörigen Abschnitte 44 und 46 der Bänder anpaßt, so vermeidet man Spannungslinien oder Bereiche erhöhter Spannung in den Bändern, die sonst die Arbeitsweise des Sensors stören könnten. Die insgesamt wirksamen Bandkräfce, die bestrebt sind, die Bänder in ihre freie, im wesentlichen kreisförmige Gestalt zurückzuführen, drücken die Bänder gegen die Stirnwände 22 der Höhlung 14, um sie dort in der dargestellten Vorspannjngslage zu halten und eine Vorspannungskra.ft zu erzeugen, die einer Bewegung der Bänder in Richtung auf die Stirnwände 13 der Höhlung einen Widerstand entgegensetzt, wie es noch beschrieben werden soll. Zwar Können die Bänder 26, 28 eine freie, im wesentlichen kreisförmige Gestalt oesitzen, jedocn können sie auch vorgespannt oder vorgeformt sein, urn andere freie Gestalten aufzuweisen, wie etwa eine eiförmige Gestalt. Dies dient dazu, die Ermüdungsbelastungen zu vermindern, die durch langzeitige Speicnerung hervorgerufen werden. Gleichermaßen gilt: Zwar ist es vorteilhaft, daß die Vorspannungskraft insgesamt durch die Bänder und die winklig ange-

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ordneten Seitenwände 16 erzeugt wird; es sei jedoch darauf hingewiesen, daß eine solche Vorspannungskraft auch durch Magnete an den Wänden 22 vergrößert oder insgesamt von solchen Magneten geliefert werden kann, wenn die Wände 16 parallel oder im wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind.

Die Ankerpunkte 3¹* müssen, ebenso wie irgendwelche hier angeordneten Klammern, im Abstand vor der Berührungslinie zwischen den gekrümmten Abschnitten 46 liegen, wenn die Bänder ihre Vorspannungsposition einnehmen.

Die Bänder 26 und 28 bilden eine bewegbare Masse, die einer Geschwindigkeitsänderung von vorbestimmter Größe und Zeitdauer bzw. einer Beschleunigung von vorbestimmter Amplitude und Zeitdauer unterworfen wird, wie sie auf ein Automobil oder eine andere Vorrichtung einwirkt, an der der Sensor befestigt ist. Diese bewegbare Masse umfaßt das Gewicht der benachbarten, aneinander anliegenden Seitenabschnitte 30 jedes Bandes, das Gewicht der Nieten, ösen oder Klammern, din dm Ver^nkerungopunkt 3¹J vorgesehen sind, das Gewicht der zentrumnahen gekrümmten Abschnitte 44 zwischen deren Berührung! inien mit den Seitenabschnitten 30 und den Seitenwäncen 16, und schließlich das Gewicht der zentrumfernen gekrümmten Abschnitte 46 zwischen deren Berührungslinien r.it der; Seitenabüchnitten 30 und den Seitenwänüer» 16. pfim vorliegenden Ausführungsbeispiel besitzt jeces der Bänder 26 und ein Gewicht von 0,315 Gramm, während die Nieten oder ösen, die den Verankerunf.spunkt 3^ bilden, Q, Oi 25 Gramm wiegen. Die bewegbare Masse, die natürlich k'Jeinor als das Gesamtgewicht der Bänder und der der. Ver.ir.K erungspunkt 34 bildenden Nieten oder ösen ist, wiegt also extrem wenig.

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Wenn die Bänder 26 und 28 in die Betätigungsstellung gemäß Figur 4 wandern, in der die zentrumnahen gekrümmten Abschnitte 44 an zugehörigen Stirnwänden 18 angreifen, so rollt jedes Band entgegengesetzt zum anderen entlang einer zugehörigen Seitenwand 16 ab, während aneinander anliegende Seitenabschnitte 30, die sich mit Abstand vor dem Verankerungspunkt 34 befinden, tangential in Fortsetzungen der gekrümmten zentrumnahen Abschnitte 44 übergehen, welche sich ihrerseits kontinuierlich tangential voneinander trennen und tangential in Eingriff mit den Seitenwänden 16 gelangen, und zwar als Fortsetzungen der entfernt liegenden Seitenabschnitte 3 2 im Abstand vor den Verankerungspunkten 36.

Gleichzeitig laufen die zentrumfernen gekrümmten Abschnitte 46 tangential zusammen als Fortsetzungen der aneinander anliegenden Seitenabschnitie 30 hinter dem Verankerjn^spur.kt 34, während sich di*=· i-inten liegenden Seitenabschr itv..:· 3? tangential von ien S--ίt.;--p.v:änaf^jn 16 hinter d^iri Vr-ranken-r ^.spiinkt 36 trenner, ur.d -anrr^ntial in Forttv.-'t ζαηρ~'η ύ^-r sen-ru"if turnen 70krümmt or. Abschritte 46 ^ber^Len. V.^rfJhr>Ti-'i dl·= 3"ncer -⁰G und 2 H .·-. .? dir?:-;.ν Weise abr'ollen, verlängern sie sich ßl^ichrtciit. {* wf-1terhin innorr.ali: der Höhlung. 14, da nämlich die Se Iter.wänae 16 gegeneinander geneigt sind. Diesf? Verlängerung führt dazu, daß die _fv-krümmten zentrumnahen und zentrumfernen Abschriittv· UH und 46 aaf fortschreitend abnehmenden Flächenbereichen gebildet werden, wie es aus einem Vergleich von Fi^.^r 1 uti'i -4 deutlich wird. Diese zusätzliche Verlänperun,™ ίΤΛινζ ft.jSfrdem dazu, da.3 die Bänder 26 und 28 unter Spanr..i.-ν -Po.etzt werden, um die Reaktionskräfte zu überwir.dt-r., dl·-=· ir. der Vorspannungsstellung von den Wänden 16 und 22 gej/en die Bänder ausgeübt wird.

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Aus den obigen Ausführungen wird deutlich, daß bestimmte Bereiche der aneinander anliegenden Seitenabschnitte 30 und der entfernt liegenden Seitenabüchnitte 32 der Bänder 26 und 28 sich niemals voneinander· bzw. von den zugehörigen Seitenwänden 16 lösen und niemals an der Bildung der gekrümmten Abschnitte 44 und 46 teilnehmen. Die Verankerungspunkte 34 und 36 sollten in diesen Abschnitten vorgesehen werden, um sicherzustellen, daß sich die Verankerungspunkte niemals in einem Bereich tangentialer Berührung der Bänder miteinander oder mit den Seitenwänden 16 befinden bzw. solchen Bereichen auch nur so nahe liegen, daß sie die Arbeitsweise des Sensors beeinträchtigen könnten. Entgegen der dargestellten Anordnung besteht keine Notwendigkeit, daß die Nieten des Verankerungspunktes 34 mit denen der Verankerungspunkte 36 fluchten. Vielmehr kann der Verankerungspunkt 3¹J in unterschiedlichster Art relativ zu den Verankerungspunkten 36 angeordnet werden. Allerdings sollten die Verankerungspunkte 34 und 36 niemals irgendwelche Berührungsbereiche eier Bänder· negativ beeinflussen, sei es für eine Berührung aer Räncii-r miteinander oder mit den Seitenwänden 16, und zwar unabhängig von beliebigen Bandstellun^en.

Dünne abgewinkelte elektrische Kontakte 43 sind rr.it einer Basiswand 52 des Gehäuses 12 verklebt. Jeder Kontakt umfaßt ein Kontaktelement 50, welches an einer Seitenwand 16 angeklebt ist. Die Kontakt el einen te 50 überdecken einer.vorbestimmten Bereich dor zugehörigen Seitenwand 16 sowie die zugehörige Stirnwand l8. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel besitzen die Kontaktelemente 50 eine Dicke von 0,0254 Millimeter (C,001 Zoll) Der Klebstoff, der die Kontaktelemente mit den Wänden 16

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und l8 verbindet, ist von gleicher Dicke. Dementsprechend liegt die rückwärtige Kante oder Schaltkante 5^ jedes Kontaktelementes 50 in geringem Abstand vor der zugehörigen Seitenwand 16, nämlich in einem Abstand von 0,0508 Millimeter (0,002 Zoll).

Wenn die Bänder während ihrer Bewegung in die Betätigungsstellung gleichzeitig entlang ihren zugehörigen Seitenwänden 16 abrollen und sich verlängern, wird keine Coulombsche Reibung erzeugt. Ein geringer Betrag an Rollreibung nag auftreten, obwohl dies bisher nicht festgestellt wurde. Wenn hingegen jedes Band an der Schaltkante 5^ des zugehörigen Kontaktelementes 50 angreift, also die- SchaltPtellung einnimmt, tritt etwas Coulombsche Reibung auf. Dies ist in dieser Stellung durchaus wünschenswert, da die wischende Berührung einen erhöhter, elektrischen Stroiuübergang zwischen den Bändern und den Kontakt element er. "ichor^teilt. Nach diesem anfänglichen Eingriff in α .ic Schaltstellung setzen die Bänder ihr ."e."eim5arr.es Abrollen und ihre Verlängerung in Ricr.T,un=7: a-f die Betäti^un-oswllung nach Figur A fort unci wnn>1e-r'n über jedes der rlor.trwrteleinente 50, wobei 3ie sich mit diesen in Placnt/r.oeruhrwng be find on.

Die Bänder 26 und 28 ber-itsen eine vorbestimmte Federkonstante. Diese Federkonstante ändert sich in Abhängigkeit vor der;: eingeschlossenen Winkel zwischen den Seitenv.lr.der. l6. Eine Vergrößerung des eingeschlossenen Winkels läßt die Federkonstante ansteigen, während eine Verminderung des eingeschlossenen Winkels zu einem Absinken der Federkonstante führt. Während sich die Bänder bei ihrer Bewegung in Richtung auf die Betätigungs-

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stellung verlängern, bleibt die Federkonstante unverändert. Daher steigt die Kraft, die zur Fortsetzung der Bewegung der Bänder erforderlich ist, fortschreitend an, wenn sich die Bänder aus ihrer Vorspanriungsposition zu ihrer Betätigungsposition bewegen, und zwar aufgrund der geneigten Seitenwände 16, Die Federkonstante ist definiert als die am gemeinsamen Verankerungspankt 34 angreifende Kraft, dividiert durch die Verschiebung dieses gemeinsamen Verankerungspunktes.

Wenn die Bänder aus der Vorspannungsstellung in die Betätigungsstellung wandern, beträgt der gesamte Bewegungsweg des Mittelpunktes jedes gekrümmten, zentrumnahen Abschnitts 44 etwas mehr als die Hälfte des gesamten Bewegungsweges des zwischen den Bändern befindlichen gemeinsamen Verankerungspunktes 34. Wenn die Seitenwände l6 nicht gegeneinander geneigt, sondern parallel läger., so wäre der Bewegungsweg der Mittelpunkte- -^tr ,^ekrürurr.t en, zentrumnahen Abschnitte 44 halb so gi-nü _Λ'.·;· der Bewegungsweg des gemeinsamen Verankerungspunkt^;-. Dr. oi jeocob die geneigten Seitenwände 16 erfcrderi Is). ,^chen, i^L· sich die Bögen beider gekrümmter, zer/.■■ ^»r;j\.V₁ r.·:■■:* ί·';>;ohriitte 44 fortschreitend verkleinern, wtt.n alt- r/jn-ior ·"..-.: Λεν VorßpannungssT.ell:-ng; in die Betavi^-^.rit.s-./^-.llur.i* Λ.ϋ. ii-rn, verlängern sich die Bänder derart, da2 df.r ;vw...--.;.-. ..w..,-;r, der zer.trunr.aner. Abschnitte etwas mehr άΖ * di«; hu./ie des Bewügunesv/eges des gemeinsamen VeranKtrung.-.;,t;r:ktes 34 beträgt.

Es ist vorzuziehen, daß der Sensor in vertikaler Stellung, wobei alU^ die» Bänder 26 und 23 vertikal zueinander liefen, an dem Automobil o.dgl. befestigt wird. Ohne weiteres läßt sich der Sensor jedoch auch derart an-

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ordnen, daß die Bänder horizontal oder nach Wunsch in irgendeiner anderen Ausrichtung liegen. Der Sensor nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist dazu gedacht, Kräfte zu messen, die auf das Fahrzeug innerhalb eines eingeschlossenen Winkels von 30° zu beiden Seiten der Fahrzeugmittellinie einwirken, wenn der Sensor in vertikaler Ausrichtung auf dieser Kittellinie befestigt ist. Die Kräfte, die die bewegbare Masse im Einzelfalle zu spüren bekommt, ändern sich mit dem Cosinus des Winkels zwischen der auftretenden Kraft und der Fahrzeugmittellinie. Ist also die auf das Fahrzeug einwirkende Kraft um 30° gegen die Fahrzeugmittellinie geneigt, so vermindert sich die auf die bewegbare Masse einwirkende Kraft um den Faktor 0,866, nämlich den Cosinus von 30°■

Es ist wünschenswert, daß der Sensor 10 eine minimale Größe besitzt. Dies bedeutet, daß das Gehäuse 12 von äußerst geringer Breite, Länge und Höhe ist. Die Höhe wird bestimmt durch die Mindesthöhe der Höhlung, welche ihrerseits von der gewählten Bandbreite abhängt. Die Ereite d-.-o Gehäuses wird zum Teil bestimmt von der Materialmenge, di« erforderlich ist, um die Seitenwände 16 zu bilden jnf Verformungen des Gehäuses durch Torsionsoder andere Biegebelastungen zu verhindern. Weiterhin hängt dir· Gehr'iusebreite ab von der Größe der Höhlung Im. Der in Querrichtung gemessene Mindestwert der lichten Weite bzw. des Abstandes zwischen den Seitenwänden l6 senkrecht zur Halbierungslinie der Höhlung I¹I an den Berührungslinien zwischen den Seitenwänden und den Stirnwänden 18 wird bestimmt von der Proportionali tätsgrer.ze des gewählten Bandmaterials. Dieser Abstand muß so gro£ bein, daß keine Spannungslinien oder Bereiche erhöhter Spannungszustände in den gekrümmten Ab-

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schnitten 44 der Bänder 26 und 28 erzeugt werden, wenn letztere ihre Betätigungsstellung einnehmen, da nämlich der Sensor 10 sich automatisch zurückstellen soll. Die Vermeidung solcher Spannungslinien oder Bereiche erhöhter Spannungszustände ist erforderlich, um die vielfältige Arbeitsweise des Sensors nicht herabzumindern. Der Maximalwert der 'lichten Weite bzw. des Abstandes zwischen den Seitenwänden 16 senkrecht zur Halbierungslinie der Höhlung 14 an den Berührungslinien zwischen den Seitenwänden 16 und den Stirnwänden 22 wird bestimmt durch den gewünschten Bewegungsweg der bewegbaren Masse. Die maximale lichte Weite beeinträchtigt ferner die Vorspannkraft, welche umgekehrt proportional ist zu dem Quadrat der maximalen lichten Weite und der Pederkonstante der Bänder. Die Federkonstante und die Vorspannung können jeweils folgendermaßen ausgedrückt werden:

R *4 h ■ SIN²

S A

P₀ * S₂ . sin θ

Dabei bedeutet:

R = Federkonstante
Fq = Vorspannung

C = Konstante

X = maximale lichte Weite senkrecht zur Mittellinie der Höhlung 14

θ = eingeschlossener Winkel zwischen den Seitenwänden l6.

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Die einander gegenüberliegenden Seiten der Höhlung 14 sind durch flache Deckplatten p6 verschlossen. Diese Deckplatten passen auf die gegenüberliegenden Seiten der Höhlung und sind an den Stellen 58 mit dem Gehäuse 12 verbunden. Die Kanten der federnden Bänder 26 und 28 können in einem Abstand von 0,127 bis 0,762 Millimeter (0,005 bis 0,030 ) Zoll zu den Deckplatten liegen. Vorzugsweise ist der Abstand von den Bandkanten zu jeder der Deckplatten der gleiche. Wenn der Abstand zwischen den Bändern und den Deckplatten ein Minimum einnimmt, beispielsweise 0,127 Millimeter (0,005 Zoll), ergibt sich eine luftdämpfung bei einer Bewegung der Bänder 26 und 28 in ihre Betätigungsstellung. Die Dämpfung ist auf folgende Umstände zurückzuführen. Zum einen kommt es zu einer geringfügigen Kompression von Luft in der Kompressionszone zwischen den zentrumnahen Abschnitten 44 der Bänder und den Stirnwänden 18. Zum anderen tritt ein geringfügiges Vakuum in der Vakuumzone zwischen den zentrumfernen Abschnitten 46 der Bänder und den Stirnwänden 22 auf. Schließlich kommt es zu einem übergang zwischen Kompression und Vakuum, und zwar in der Ubergangszone innerhalb der Bänder 26 and 28. Der Druckaufbau in der Kompressionszone geht wesentlich langsamer vor sich als der Unterdruckaufbau in der Vakuumzone. Eine eingeleitete Kraft von kurzer Wirkdauer führt also zu einem hohen Unterdruckaufbau in der Vakuumzone und zu einem minimalen Druckaufbau in der Kcmpressionszone. Die Geschwindigkeit des Vakuum- und Druckaufbaus hängt ab von dem freien Abstand zwischen den Bandkanten und den Deckplatten. Bei einem freien Abstand von 0,762 Millimeter (0,030 Zoll) ergibt sich keine meßbare Luftdämpfung.

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Die Dämpfung ist in folgender Weise steuerbar: Zum einen durch den Abstand zwischen den Bandkanten und den Deckplatten; zum anderen durch Einkerbungen oder andere Profiländerungen der Bänder, um Luftwege zwischen den Bändern und den Deckplatten zu schaffen; ferner durch Profilierung der Innenflächen dor Deckplatten 56, beispielsweise in Form von Kanälen oder Nuten, die die Zonen miteinander verbinden, oder in Form von Rippen, die sich quer zu den Zonen erstrecken; schließlich durch Anordnung von Rippen auf den Stirnwänden 22, um die zentrumnahen Abschnitte 46 im Abstand zu den Flächen dieser Stirnwände zu halten, oder durch Kronierung der Stirnwände. Damit läßt sich die Druckänderung 4 Mn den Kompressions-, Vakuum- und Ubergangszonen an die gewünschte Betätigungszedt anpassen. Die folgenden Diagramme zeigen die Haversine-Perioden für vollständig gedämpfte und ungedämpfte Sensoren:

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Durch Anpassen des Δ P in den verschiedenen Zonen kann das dynamische Ansprechen uor Bänder zwischen den vorstehend gezeigten Extrcrr.a variiert werden, am den gewünschten Schwellwert oder Ansprechwert der Betätigungs-Geschwindigkeitsänderung Δ V zu erzielen.

Die zentrumnahen Abschnitte 4Ί der Bänder zwischen dem gemeinsamen Verankerungspunkt "5m uncs den Verankerung punkten 36 sollten von gleicher Form sein, damit auch ihre Masse die gleiche ist. Ebenso sollten die zentrumfernen Abschnitte 46 der Bänder zwischen dem gemeinsamen Verankerungspunkt J>k und den Verankerungspunkten 36 von gleicher Form sein, um die gleiche Masse zu ergeben. Wenn man gleiche Massen denjenigen Abschnitten der Bänder zuteilt, die die bewegbare Masse ergeben, so laufen die Abroll- und Verlängerungsbewegungen der Bänder immer unter Bezug auf die Halbierungslinie des eingeschlossenen Winkels ab.

Es sei darauf hingewiesen, daß die elektrischen Kontakte *j8 in gebräuchlicher Weise durch eine der Deckplatten 56 hindurch an die zu betätigende Vorrichtung, an eine Energiequelle und, sofern vorhanden, an ein Auswertsystem angeschlossen sind. Diese Anschlüsse werden hier nicht gezeigt, da sie nicht zur Erfindung gehören. Ohne weiteres können die Anschlüsse entweder durch gebräuchliche Kontaktstifte, oder in irgendeiner anderen Weise hergestellt werden.

Gegenstand der Erfindung ist also ein verbesserter Rollbandsensor.

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Zusammenfassend schafft die Erfindung einen auf die Geschwindigkeit oder die Beschleunigung ansprechenden Sensor mit einem Gehäuse II-', das eine Höhlung 14 aufweist. Letztere umfaßt ein Paar von im Abstand zueinander liegenden Seitenwänden Ib, die gegeneinander geneigt sind und einen vorbestimmten eingeschlossenen Winkel definieren. Die Seitenwände werden von sentrumnahen und zentrumfernen Stirnwänden 18 bzw. 22 miteinander verbunden. Ein Paar von Bändern 26 und 28 aus flexiblem Federmaterial ist innerhalb der Höhlung angeordnet und besitzt im wesentlichen die Gestalt einer Acht. Die Bänder sind im wesentlichen von langgestreckter Form, wobei ihre benachbarten, aneinander anliegenden Abschnitte koplanar zu der Halbierungslinie des eingeschlossenen Winkels verlaufen, während sich ihre entfernt liegenden Abschnitte gegen die Seitenwände der Höhlung abstützen. Die aneinander anliegenden Abschnitte werden üblicherweise miteinander verbunden, während jeder entfernt liegende Abschnitt an der zugehörigen Seitenwand befestigt ir.z. Die Bänder sind bestrebt, aus ihrer langgestreckten Form in die freie Form zurückzukehren, und erzeugen dabei eine Kraft, die die Bänder gegen die zentrumferne Stirnwand der Höhlung verspannt, um auf diese Weise eine Vorspannkraft zu bilden. Wenn eine bestimmte Geschwindigkeits- oder Beschleunigungcänderung auftritt, rollen die Bänder entlang den Seitenwänden entgegengesetzt zueinander ab und verlängern sich weiter, und zwar beides in Richtung auf die zentrumnah^ Stirnwand. Elektrische Kontakte benachbart dc-ri zentrumnahen Stirnwänden werden von den Bändern berührt, um einen Kreis zwischen einer Stromquelle und einer zu betätigenden Vorrichtung zu schließen.

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Claims (5)

Patentanwälte Manitz, Finsterwald & Grämkow 8 München 22, Robert-Koch-Straße ΐ 2845670 GENERAL MOTORS CORPORATION Detroit, Michigan, USA München, den 26.10.1978 PATENTANSPRÜCHE

1.) Sensor mit einer federverspannten Masse, die in einem Gehäuse zwischen einer Ruhestellung und einer Arbeitsstellung bewegbar ist,
dadurch gekennzeichnet,

daß das Gehäuse (12) ein Paar von beabstandeten Widerlagerabschnitten (l6) aufweist; daß die federverspannte. Masse ein Paar von flexiblen Bändern (26,28) aus Federmaterial umfaßt, welche zwischen den Widerlagerabschnitten (l6) angeordnet sind und von diesen in im wesentlichen längliche Formen gedrückt werden, und zwar unter Bildung ' von aneinander anliegenden benachbarten Abschnitten (30) und entfernt liegenden Abschnitten (32), von denen jeder an einem zugehörigen Widerlagerabschnitt (16) angreift, wobei Befestigungsmittel (3^,36) vorgesehen sind, um

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zum einen die aneinander anliegenden Abschnitte (30) aneinander und zum anderen jeden der entfernt liegenden Abschnitte (32) an einem zugehörigen Widerlagerabschnitt (l6) des Gehäuses (12) zu befestigen; wobei eine auf die Bänder (26,28) einwirkende vorbestimmte Geschwindigkeitsänderung dazu führt, daß die Bänder (26,28) gleichzeitig relativ zueinander und entlang den Widerlagerabschnitten (16) abrollen; durch eine Betätigungseinrichtung (50), die durch die Rollbewegung der Bänder (26,28) betätigt wird, um das Auftreten der Geschwindigkeitsänderung anzuzeigen; und durch Einrichtungen (26,28,16), die dem Rollen der Bänder (26,28) einen Widerstand entgegensetzen, sofern die Geschwindigkeitsänderung nicht auftritt.

2. Sensor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß die beiden beabstandeten, langgestreckt ausgebildeten Widerlagerabschnitte (16) gegeneinander geneigt 3ind und zwischen sich einen vorbestimmten eingeschlossenen Winkel definieren.

3. Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

daß die beiden flexiblen Bänder (26,28) aus Federmattrial, die zwischen den Widerlagerabschnitten (l6) liegen» *u·- gehend von ihren freien Formen derart in die im wesentlichen länglichen Formen gedrückt werden, daß die aneinander anliegenden Abschnitte (30) koplanar zu der Halbierungs- · linie des eingeschlossenen Winkels liegen; und daß die Einrichtungen, die dem Rollen der Bänder (26,28) einen Widerstand entgegensetzen, Mittel (16) umfassen, an denen die Bänder (26,28) angreifen, und zwar unter der Wirkung ihrer elastischen Kräfte, die die Bänder (26,28) in ihre freien Formen zurückzuführen versuchen und einer weiteren Verlängerung der Bänder einen Widerstand entgegensetzen.

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4. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet,

daß das Gehäuse (12) eine Aushöhlung (I¹O mit einem Paar beabstandeter, langgestreckter Seitenwändez* aufweist, welche die beabstandeten Widerlagerabschnitte bilden und gegeneinander geneigt sind, um zwischen sich den vorbestimmten, eingeschlossenen Winkel zu definieren, wobei Wandabschnitte die Seitenwände an deren zentrumnahen (18) und zentrumfernen Enden (22) miteinander verbinden; daß die beiden flexiblen Bänder (26,28) aus flachem Federmaterial zwischen den Seitenwänden angeordnet sind und ausgehend von ihren freien Formen derart in die im wesentlichen langgestreckten Formen gedrückt werden, daß ihre aneinander anliegenden Abschnitte (30) entlang der Halbierungslinie des eingeschlossenen Winkels liegen und ihre entfernt liegenden Abschnitte (32) jeweils an einer zugehörigen Seitenwand (16) angreifen; wobei sich die Formen der Bänder (26,28) weiterverlängern, wenn die Bänder als Folge der Geschwindigkeitsänderung gegen den zentrumnahen Wandabschnitt (18) rollen, und wobei die Federeigenschaft der Bänder letztere benachbart dem zentrumfernen Wandabschnitt (22) plaziert, sofern die Geschwindigkeitsänderung nicht auftritt.

5. Trägheitssenor mit einer federverspannten Masse,

die in einem Gehäuse zwischen einer Ruhestellung und einer Betätigungsstellung bewegbar ist, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis ^,
dadurch gekennzeichnet,

daß die federverspannte Masse ein Paar von im wesentlichen identischen, elastisch biegbaren, sch?.aufenförmigen Elementen (26,28) umfaßt, die je aas einem flachen Abschnitt, dessen Enden miteinander verbunden sind, eines bandförmigen Materials bestehen und gemeinsam zusammengeschlossen sind,

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um kreisförmig verbundene Schlaufen mit im wesentlichen gleichen Durchmessern in Form einer Acht zu bilden; daß das Gehäuse einen Käfig (12) für die schlaufenförmigen Elemente (26,28) umfaßt, der einen zugehörigen Abschnitt zur Aufnahme der einen Schlaufe und einen weiteren im wesentlichen identischen zugehörigen Abschnitt zur Aufnahme der anderen Schlaufe aufweist, wobei diese zugehörigen Abschnitte entlang einer Mittelachse des Käfigs gegeneinander geöffnet sind und ebene, im wesentlichen gleich lange Flächen(l6) aufweisen, gegen die sich die flachen Schlaufenelemente (26,28) abstützen und auf denen die Schlaufenelemente im Gleichmaß abrollen können; daß die ebenen Flächen (16) wesentlich länger als die Hauptachse der zugehörigen Schlaufenelemente (26,28) sind und einen Querabstand zu der Mittelachse aufweisen, der geringer ist als die Durchmesser der Schlaufenelemente, wobei der Querabstand der ebenen Flächen (l6) an ihrem einen Ende größer als am anderen Ende ist und von dem einen Ende fortschreitend zum anderen Ende hin abnimmt, so daß die Schlaufenelemente (?6,28) elastisch in einer Bewegungsrichtung gegen das erstgenannte Ende verspannt sind; und daß am anderen Ende der eb&non Flächen (26) eine Kontakteinrichtung (50) vorgesehen ist, die auf eine Berührung durch die Schlaufen (26,28) anspricht, um das Auftreten einer vorbestimmten Verzögerung des Käfigs (12) entlang dessen Mittelachse in Richtung auf dieses andere Ende anzuzeigen.

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