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Die
Erfindung betrifft einen Gurtaufroller mit einer Einrichtung zur
Sensierung der Gurtbandauszugslänge mit den Merkmalen des
Oberbegriffs von Anspruch 1.
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Gurtaufroller
werden z. B. in Sicherheitsgurtsystemen von Kraftfahrzeugen verwendet,
welche den Insassen im Unfall zurückhalten und verhindern, dass
der Insasse im Unfall auf harte Oberflächen, wie z. B.
die Windschutzscheibe, trifft und sich dadurch schwerwiegende Verletzungen
zuzieht. Ferner sind solche Gurtaufroller in modernen Kraftfahrzeugen
mit irreversiblen oder reversiblen Gurtstraffern versehen, welche
im Unfall oder in einer Vorunfallphase in dem Sicherheitsgurtsystem
vorhandene Gurtlose herausziehen und dadurch die Koppelung des Insassen
an das Kraftfahrzeug weiter verbessern. Insbesondere bei reversiblen
Gurtstraffern, welche z. B. einen Elektromotor aufweisen, der die
Gurtwelle in Aufrollrichtung antreibt, kann die erzeugte Gurtkraft
gesteuert werden, so dass in Abhängigkeit von dem Insassentyp,
von der Sitzstellung oder der Gurtbandauszugslänge eine
unterschiedliche Gurtkraft erzeugt werden kann. Hierbei ist die
Gurtbandauszugslänge von besonderer Bedeutung, da die ermittelte
Gurtbandauszugslänge auch dazu verwendet werden kann, um bestimmte
Zustände des Sicherheitsgurtsystems zu erkennen, wie z.
B. „der Insasse hat gerade den Gurt angelegt” oder „der
Insasse hat gerade den Gurt abgelegt”. In den genannten
Fällen kann es sinnvoll sein, die Gurtkraft kurzzeitig
zu erhöhen, um den Gurt in eine Parkposi tion aufzurollen
oder beim Anschnallen erzeugte Gurtlose wieder herauszuziehen. Ferner
sind Gurtaufroller bekannt, welche eine pyrotechnische Vorstraffeinrichtung
aufweisen, die nur bei angelegtem Gurt im Unfall ausgelöst
werden soll. Auch in diesem Fall ist es wichtig den Anschnallzustand
zu ermitteln.
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Ein
weiteres Problem bei Gurtaufrollern ist, dass die Gurtaufroller
bei schnellem Gurtbandeinlauf ungewollt blockieren können.
Zur Überwindung dieses Problems sind verschiedene Systeme
bekannt, welche das Sensorsystem in Abhängigkeit von dem Unterschreiten
einer vorbestimmten Gurtbandauszugslänge beim Gurtbandeinlauf
abschalten. Auch bei Gurtaufrollern mit einer ELR/ALR Funktion erfolgt die
Umschaltung aus dem ELR in den ALR Betrieb in Abhängigkeit
von dem Überschreiten einer vorbestimmten Gurtbandauszugslänge.
Ferner sind moderne Gurtaufroller mit einer zwischen zwei oder mehreren
Kraftbegrenzungsniveaus bekannt, bei denen das Kraftbegrenzungsniveau
in Abhängigkeit von der ausgezogenen Gurtbandauszugslänge
umschaltbar ist.
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Es
kann daher aus verschiedenen Gründen sinnvoll sein, die
Gurtbandauszugslänge zu sensieren, wobei die Genauigkeit
der Sensierung dabei von besonderer Bedeutung ist, da es sich bei
dem Gurtaufroller um ein sicherheitsrelevantes Bauteil handelt und
eine Fehlsteuerung zu erheblichen Schäden führen
kann.
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Aus
der
DE 41 32 876 C2 ist
z. B. ein Gurtaufroller bekannt, der eine mechanische Einrichtung aufweist,
welche eine vorbestimmte Gurtbandauszugslänge sensiert
und bei Überschreiten der Gurtbandauszugslänge
den Gurtaufroller aus einem ELR-Betrieb in einen ALR-Betrieb umschaltet.
Die Einrichtung umfasst ein mechanisches Zählgetriebe, das
den Gurtaufroller bei Überschreiten des vorgegebenen Schaltpunktes über
eine Schalt wippe mechanisch umschaltet. Da es sich bei dieser Lösung
um eine mechanische Einrichtung mit verschiedenen ineinandergreifenden
Teilen handelt, ist eine Verbesserung der Genauigkeit der Sensierung
nur mit einer aufwendigen sehr hohen Fertigungsgenauigkeit zu erreichen.
Ferner muss bei dieser Lösung für jede zu sensierende
Gurtbandauszugslänge ein Schaltnocken vorgesehen werden,
so dass nicht beliebig viele Gurtbandauszugslängen sensiert
werden können, und jede zu sensierende Gurtbandauszugslänge
einen konstruktiven Aufwand darstellt.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, einen Gurtaufroller mit einer Einrichtung
zur Sensierung der Gurtbandauszugslänge zu schaffen, bei
dem die Gurtbandauszugslänge mit einer hohen Genauigkeit während
des Gurtbandauszuges sensierbar sein soll, und darüber
hinaus beliebig viele vorbestimmte Gurtbandauszugslängen
ohne Erhöhung des konstruktiven Aufwandes sensierbar sein
sollen.
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Die
Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch
einen Gurtaufroller mit einer Einrichtung zur Sensierung der Gurtbandauszugslänge
mit den Merkmalen des Anspruchs 1, während bevorzugte Weiterbildungen
der Erfindung den Unteransprüchen, der Beschreibung und
den zugehörigen Figuren zu entnehmen sind.
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Die
erfindungsgemäße Lösung sieht vor, dass
die Einrichtung eine durch die Drehung der Gurtwelle bewegte Kurvenscheibe
umfasst, an der ein dem Gehäuse des Gurtaufrollers zugeordneter beweglich
geführter Nocken federbelastet anliegt, und der Nocken
eine durch die Bewegung der Kurvenscheibe erzwungene Bewegung ausführt,
und die Stellung des Nockens durch eine Sensoreinrichtung sensierbar
ist. Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass zunächst
die Drehbewegung der Gurtwelle über die Kurvenscheibe in
eine Bewegung des Nockens überführt wird, und
dann erst die Bewegung des Nockens sensiert wird. Die Bewegung des
Nockens kann durch die Anlage an der Kurvenscheibe durch eine rein
lineare Bewegung gebildet sein oder auch durch eine andere Bewegungsform,
welche in Anpassung an die Art der Sensoreinrichtung dann leichter
und genauer zu sensieren ist. Ferner bietet die vorgeschlagene Lösung
den Vorteil, dass der Nocken bei entsprechender Formgebung der Kurvenscheibe
eine kontinuierliche erzwungene Bewegung ausführt, so dass
durch die Sensierung der Stellung des Nockens mit einer Sensoreinrichtung
auch verschiedene Gurtbandauszugslängen sensiert werden können,
ohne dass dadurch der konstruktive Aufwand erhöht wird.
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Weiter
wird vorgeschlagen, dass die Kurvenscheibe einen Abschnitt aufweist,
an dem der Nocken bei vollständig eingezogenem Gurt vor
der Montage im Fahrzeug anliegt, und der Abschnitt eine derartige
Kontur aufweist, dass der Nocken in der Anlage an der bewegten Kurvenscheibe
bei einem Gurtbandauszug bis zu einer vorbestimmten Gurtbandauszugslänge
nicht bewegt wird. Die Einrichtung zur Sensierung der Gurtbandauszugslänge
wird dadurch bewusst erst mit der Montage, wenn die Gurtbandauszugslänge
beim Einbau des Gurtaufrollers in das Fahrzeug eine vorbestimmte
Gurtbandauszugslänge überschreitet, in einen Zustand versetzt,
in dem ein weiterer Gurtbandauszug ein Signal erzeugt. Dadurch ist
die Einrichtung in dem Zustand der Anlieferung beim Fahrzeughersteller
in einem quasi deaktivierten Zustand.
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Weiter
wird vorgeschlagen, dass die Kurvenscheibe einen Abschnitt aufweist,
an dem der Nocken während der Ausführung der erzwungenen
Bewegung anliegt, und der Abschnitt eine derartige Kontur aufweist,
dass die Bewegung des Nockens mit zunehmender Gurtbandauszugslänge
abnimmt. Da das Gurtband auf der Gurtwelle spiralförmig
aufgewickelt ist, ist die Gurtbandauszugslänge pro Umdrehung
der Gurtwelle nicht konstant, sondern nimmt mit zunehmender Gurtbandauszugslänge
ab, und zwar ca. um 10 mm je Umdrehung der Gurtwelle. Durch die
vorgeschlagene Formgebung der Kurvenscheibe kann dieser Einfluss
kompensiert werden, so dass der Nocken schließlich im Idealfall
eine zu der Gurtbandauszugsbewegung proportionale Bewegung ausführt,
und durch die Sensierung der Bewegung des Nockens zumindest annähernd
proportional auch die Gurtbandauszugslänge sensiert werden kann.
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Ferner
wird vorgeschlagen, dass ein von der Gurtwelle angetriebenes mechanisches
Getriebe vorgesehen ist, und die Kurvenscheibe mit dem Getriebe
gekoppelt ist. Durch das Getriebe kann die Drehbewegung der Gurtwelle
soweit untersetzt werden, dass die Kurvenscheibe je Umdrehung der
Gurtwelle nur um einen geringfügigen Betrag bewegt wird.
Die Kurvenscheibe kann dadurch entsprechend klein ausgebildet werden,
und es muss nur ein verhältnismäßig kleiner
Freiraum in dem Gurtaufroller zur Ermöglichung der Bewegungsfreiheit
der Kurvenscheibe vorgesehen werden.
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Eine
einfache Ausführungsform des Getriebes kann dadurch geschaffen
werden, indem dieses durch eine exzentrisch an der Gurtwelle gelagerte Taumelscheibe
mit einer in einer gehäusefesten Innenverzahnung des Gurtaufrollers
kämmenden Außenverzahnung gebildet ist, und die
durch die Bewegung der Gurtwelle zu einer Taumelbewegung angeregte
Taumelscheibe über einen in einer Führungskontur
an der Kurvenscheibe verschieblich geführten Mitnehmer
mit der Kurvenscheibe gekoppelt ist. Die Verwendung einer Taumelscheibe
bietet den Vorteil, dass eine sehr große Untersetzung mit
nur zwei ineinander kämmenden Zahnrädern verwirklicht
werden kann.
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Ferner
wird vorgeschlagen, dass der Nocken in Radialrichtung außen
an der Kurvenscheibe anliegt und bei Bewegung der Kurvenscheibe
eine lineare Verschiebebewegung in Radialrichtung ausführt. Die
Ausrichtung des Nockens ist insofern von Vorteil, dass dadurch die
durch die Bewegung der Gurtwelle bewegte Kurvenscheibe eine größtmögliche
Bewegung des Nockens im Verhältnis zu der eigenen Bewegung
erzwingt.
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Weiter
wird vorgeschlagen, dass der Nocken einen Magneten aufweist und
die Sensoreinrichtung durch einen feststehenden Magnetfeldsensor
gebildet ist. Die Bewegung des Nockens kann dadurch berührungslos
sensiert werden, indem der Nocken mit dem durch den Magneten erzeugten
Magnetfeld an dem Magnetfeldsensor vorbeigeführt wird.
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Die
Erfindung ist insbesondere dann von Vorteil, wenn der Gurtaufroller
eine reversible Vorstraffeinrichtung aufweist und das Signal der
Sensoreinrichtung einer Ansteuereinheit für die Vorstraffeinrichtung
zugeführt wird. Das für die Ansteuerung der Vorstraffeinrichtung
erforderliche Signal wird damit direkt an dem Gurtaufroller selbst
erzeugt, so dass eine gesonderte externe Ansteuerleitung entfällt.
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Weiter
wird vorgeschlagen, dass an der der Kurvenscheibe zugewandten Seite
des Nockens eine Führungsnut vorgesehen ist, in die die
Kurvenscheibe eingreift. Durch die Führungsnut wird verhindert,
dass der Nocken während der Bewegung der Kurvenscheibe
von dieser abrutschen kann.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles
näher erläutert. In den Figuren sind im Einzelnen
zu erkennen:
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1:
Gurtaufroller in Seitenansicht
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2:
Gurtaufroller in Schnittrichtung B-B der 4
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3:
Gurtaufroller in Schnittrichtung C-C der 2
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4:
Gurtaufroller in Schnittrichtung A-A der 1
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5a–5c:
Gurtaufroller in Schnittrichtung D-D der 2 bei verschiedenen
Gurtbandauszugslängen
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6:
Kurvenscheibe mit Nocken
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7a und 7b:
Kurvenscheibe mit Nocken entlang der Schnittrichtung E-E aus 6 in verschiedenen
Stellungen
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In 1 ist
ein Gurtaufroller zu erkennen, welcher eine in einem Aufrollerrahmen 4 drehbar
gelagerte Gurtwelle 3 und an einer Seite des Aufrollerrahmens 4 einen
pyrotechnischen Gurtstraffer 2 aufweist. An der anderen
Seite des Aufrollerrahmens 4 ist eine Federkassette 32 und
ein Gehäuse 7 mit der Einrichtung 5 zur
Sensierung der Gurtbandauszugslänge vorgesehen.
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In 2 ist
der Gurtaufroller 1 in der Darstellung entlang der Schnittrichtung
B-B zu erkennen. Die Gurtwelle 3 ist in zwei Öffnungen 31 und 28 des Aufrollerrahmens 4 drehbar
gelagert und in Aufrollrichtung über eine in der Federkassette 32 angeordnete
Feder 12 vorgespannt. Die Feder 12 ist über
einen Wellenzapfen 14 mit der Gurtwelle 3 verbunden, auf
dem zusätzlich eine Buchse 13 angeordnet ist, auf
der eine Taumelscheibe 6 exzentrisch gelagert ist.
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Die
Gurtwelle 3 ist an der Seite der Federkassette 32 mit
einem Ende eines Torsionsstabes 30 verbunden, der mit seinem
anderen Ende mit einem gegenüber dem Aufrollerrahmen 4 verriegelbaren Profilkopf 29 verbunden
ist. Die Seite des Gurtaufrollers 1, an der der Profilkopf 29 angeordnet
ist, wird demnach auch Verriegelungsseite genannt. Im Unfall wird
der Profilkopf 29 gegenüber dem Aufrollerrahmen 4 verriegelt,
so dass sich die Gurtwelle 3 durch plastische Torsinn des
Torsionsstabes 30 in Gurtbandauszugsrichtung drehen kann,
wobei die plastische Verformung des Torsionsstabes 30 das
dabei wirkende Kraftbegrenzungsniveau bestimmt. Die Einrichtung 5 zur
Sensierung der Gurtbandauszugslänge ist dabei bewusst auf
der Seite der Gurtwelle 3 angeordnet, an der die Federkassette 26 angeordnet ist,
damit die Gurtbandauszugsbewegung der Gurtwelle 3 auch
während der kraftbegrenzten Gurtbandauszugsbewegung möglichst
einfach und unmittelbar sensiert werden kann. Da an der Verriegelungsseite
durch die Blockiervorrichtung des Profilkopfes 29 und die
Ansteuerung der Blockiervorrichtung bereits verhältnismäßig
viele Bauteile angeordnet werden müssen, ist der zur Verfügung
stehende Bauraum an der Verriegelungsseite bereits sehr begrenzt.
Ferner ist der direkte Zugang zu der Gurtwelle 3 zur Sensierung
deren Bewegung hier verhältnismäßig schwierig.
Aus diesen Gründen ist die Anordnung der Einrichtung 5 aus
konstruktiven Gründen an der Seite der Federkassette 26 wesentlich
günstiger, und ermöglicht zudem eine Sensierung
der Gurtbandauszugsbewegung während der Kraftbegrenzungsphase.
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In
der 3 ist der Gurtaufroller 1 entlang der
Schnittrichtung C-C aus der 2 zu erkennen. Die
Taumelscheibe 6 weist eine Außenverzahnung 9 auf,
welche in einer an dem Gehäuse 7 angeordneten
und dadurch an dem Aufrollerrahmen 4 festgelegten Innenverzahnung 8 kämmt.
Das Gehäuse 7 und der Aufrollerrahmen 4 sind
insgesamt feststehend und können als Bestandteil der allgemein
als Gehäuse des Gurtaufrollers 1 bezeichneten
feststehenden Grundstruktur des Gurtaufrollers 1 begriffen
werden. Die Innenverzahnung 8 ist fest an dem Gehäuse 7 angeordnet,
kann aber auch an einem beliebigen anderen feststehenden Teil des
Gehäuses des Gurtaufrollers 1 angeordnet sein.
Insofern bezieht sich der Begriff „gehäusefest” auf
das Gehäuse des gesamten Gurtaufrollers 1. Die
Außenverzahnung 9 der Taumelscheibe 6 weist
59 Zähne auf, während die Innenverzahnung 8 an
dem Gehäuse 7 60 Zähne aufweist. Durch
dieses Verzahnungsverhältnis wird die Taumelscheibe 6 bei
einer Umdrehung der Gurtwelle 3 genau um einen Zahn gegenüber
dem Gehäuse 7 relativ verdreht.
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Ferner
ist in 2 auf dem Wellenzapfen 14 eine zentrisch
gelagerte Kurvenscheibe 11 zu erkennen, die in den 5a–5c entlang
der Schnittrichtung D-D aus der 2 in verschiedenen
Stellungen und in 6 vergrößert
dargestellt ist. Die Kurvenscheibe 11 ist über
einen an der Taumelscheibe 6 angeordneten Mitnehmer 27,
welcher in eine Führungskontur 26 an der Kurvenscheibe 11 eingreift,
mit der Taumelscheibe 6 verbunden. Der in Umfangsrichtung
gerichtete Anteil der Relativbewegung der Taumelscheibe 6 gegenüber
dem Gehäuse 7 wird dadurch auf die Kurvenscheibe 11 übertragen, so
dass die Kurvenscheibe 11 bei einem Gurtbandauszug eine
Drehbewegung ausführt. An der Kurvenscheibe 11 liegt
ein in seiner Längsrichtung verschieblich an dem Gehäuse
des Gurtaufrollers 1 angeordneter Nocken 15 an.
Der Nocken 15 ist durch eine sich an einer fest an dem
Gehäuse des Gurtaufrollers 1 angeordneten Grundplatte 20 abstützenden Feder 16 in
Richtung der Kurvenscheibe 11 federbelastet, so dass er
bei einer Drehbewegung der Kurvenscheibe 11 an deren Außenkontur
anliegt und dadurch eine durch die Bewegung und Formgebung der Außenkontur
der Kurvenscheibe 11 erzwungene Bewegung ausführt.
Die Kurvenscheibe 11 kann in zwei Abschnitte 11a und 11b unterteilt
werden, die jeweils eine Außenkontur 18 und 19 aufweisen,
welche die Bewegung des Nockens 15 in Längsrichtung
während der Drehbewegung der Kurvenscheibe 11 bestimmen.
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In 5a ist
die Stellung der Kurvenscheibe 11 bei vollständig
eingezogenem Gurtband 10 dargestellt. Der Nocken 15 liegt
an der Außenkontur 18 des Abschnitts 11a an.
Die Außenkontur 18 weist einen konstanten Radius
auf, so dass der Nocken 15 bei einer Drehung der Kurvenscheibe 11 aus
dieser Stellung entgegen dem Uhrzeigersinn zunächst einmal nicht
bewegt wird, bis die Kurvenscheibe 11 die in 5b dargestellte
Stellung erreicht, in der der Abschnitt 11a in den Abschnitt 11b übergeht.
Diese Stellung entspricht der vorbestimmten Gurtbandauszugslänge,
welche bei der Montage im Fahrzeug überschritten werden
muss, so dass die Einrichtung 5 bei einem weiteren Gurtbandauszug
ein Signal erzeugt. Die Außenkontur 19 des Abschnitts 11b ist
so geformt, dass der Nocken 5 eine zu der Gurtbandauszugslänge
proportionale oder annähernd proportionale Verschiebebewegung
ausführt. Sofern das Signal nicht proportional ist, kann
dieses aber auch in der weiteren Signalverarbeitung oder durch eine
Kalibrierung berücksichtigt werden.
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In 4 ist
der Gurtaufroller 1 aus 1 entlang
der Schnittrichtung A-A zu erkennen. Auf der Gurtwelle 3 ist
das Gurtband 10 spiralförmig aufgewickelt, so
dass auf der Gurtwelle 3 zwei Lagen 10a und 10b des
Gurtbandes 10 übereinanderliegen. Aufgrund des
spiralförmig gewickelten Gurtbandes 10 nimmt der
Wickeldurchmesser mit zunehmender Gurtbandauszugslänge
ab, so dass die Gurtbandauszugslänge je Umdrehung der Gurtwelle 3 ebenfalls
abnimmt. Dieser Effekt wird durch die Formgebung der Außenkontur 19 bei
der Sensierung der Gurtbandauszugslänge berücksichtigt,
so dass die vorgeschlagene Einrichtung bei einer entsprechenden
Signalaufbereitung eine kontinuierliche millimetergenaue Messung
der Gurtbandauszugslänge ermöglicht.
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In
den 7a und 7b ist
der Nocken 15 und die Kurvenscheibe 11 in der
Darstellung entlang der Schnittrichtung E-E in unterschiedlichen
Stellungen zu erkennen. Der Nocken 15 ist an seiner der Kurvenscheibe 11 zugewandten
Seite mit einer Führungsnut 15a versehen, in die
die Kurvenscheibe 11 eingreift. Die Führungsnut 15a ist
so ausgerichtet, dass die Kurvenscheibe 11 sich in ihre
Drehrichtung gegenüber dem Nocken 15 bewegen kann
aber keine quer zu der Drehrichtung gerichtete Bewegung gegenüber
dem Nocken ausführen kann, so dass der Nocken 15 nicht
den Kontakt zu der Kurvenscheibe 11 verlieren kann. An
dem Nocken 15 ist ein Magnet 21 vorgesehen, welcher
ein Magnetfeld 24 erzeugt. Der Magnet 21 und der
Nocken 15 können als körperliche Einheit
verstanden werden, so dass eine Bewegung des Nockens 15 gleichzeitig
eine identische Bewegung des Magneten 21 und des Magnetfeldes 24 zur
Folge hat. Dem Magneten 21 gegenüberliegend ist
eine Sensoreinrichtung 22 über ein Trägerelement 23 in
einer Aufnahme 25 gehäusefest an dem Gurtaufroller 1 angeordnet.
Die Sensoreinrichtung 22 ist durch einen Magnetfeldsensor
wie z. B. einen Hallsensor gebildet. In der 7a befindet
sie die Kurvenscheibe 11 in der Stellung, in der der Gurt
vollständig oder nahezu vollständig aufgewickelt
ist, wie sie z. B. auch in der 5b dargestellt
ist. Der Magnet 21 befindet sich direkt gegenüber
der Sensoreinrichtung 22, so dass die Sensoreinrichtung 22 einer hohen
magnetischen Flussdichte ausgesetzt ist. In 7b befindet
sich die Kurvenscheibe 11 in einer Stellung, in der der
Gurt ausgezogen ist, wie z. B. in der 5c dargestellt.
Der Nocken 15 liegt aufgrund der Federbelastung durch die
Feder 16 an der Außenkontur 19 des Abschnittes 11b der
Kurvenscheibe 11 an und wurde dabei gegenüber
der in 7a dargestellten Stellung linear
verschoben. Der Magnet 21 befindet sich nun in einer seitlich
verschobenen Stellung gegenüber der Sensoreinrichtung 22,
so dass die magnetische Flussdichte des auf die Sensoreinrichtung 22 einwirkenden
Magnetfeldes 24 entsprechend kleiner ist. Die veränderte
magnetische Flussdichte bewirkt dann eine Veränderung des
Signals der Sensoreinrichtung 22, welches dann zur Ermittlung
der Gurtbandauszugslänge verwendet wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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