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Die
Erfindung betrifft eine Gurtkraftmesseinrichtung mit einem dehnbaren
Element, dessen Dehnung ein Maß für die Gurtkraft
ist, mit einem Geber, der mit dem dehnbaren Element an einer ersten
Stelle verbunden ist und mit einem Sensorelement, das an einer zweiten
Stelle mit dem dehnbaren Element verbunden ist, wobei die Ausdehnung
des dehnbaren Elements eine Verschiebung des Gebers relativ zum Sensorelement
bewirkt, welche durch das Sensorelement erfasst wird.
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Für einen
verbesserten Insassenschutz in einem Pkw ist es erforderlich die
Gurtkraft einer angeschnallten Person zu messen. Die Daten werden
verarbeitet und zum Beispiel während
eines Unfalls zur Berechnung der optimalen Zündung von Gurtstraffern und
Airbags eingesetzt.
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Die
US 6,230,088 B1 offenbart
ein Gurtschlossgehäuse,
das über
eine Gurtkraftmesseinrichtung mit einer Verankerung verbunden ist,
die an der Karosserie eines Fahrzeugs befestigt ist. Die Gurtkraftmesseinrichtung
umfasst ein erstes Teil, das mit dem Gurtschloss gekoppelt ist und
an dem ein als Magnet ausgebildeter Geber angeordnet ist. Ferner ist
ein zweites Teil vorgesehen, welches mit der Verankerung gekoppelt
ist. An dem zweiten Teil ist ein Sensorelement angeordnet, das als
GMR-Sensor ausgebildet ist. Das erste und zweite Teil sind über zwei
Federn, die jeweils frei aufliegen miteinander gekoppelt. Durch
die Gurtkraft wird eine Verformung der Federelemente hervorgerufen,
so dass sich der Abstand zwischen dem Geber und dem Sensorelement ändert, was
als Messsignal für
die Gurtkraft ausgewertet wird.
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Aus
der
DE 102 43 344
B4 ist eine Gurtkraftmesseinrichtung mit einer Messfeder,
deren Dehnung ein Maß für die Gurtkraft
ist, bekannt. Die Gurtkraftmesseinrichtung umfasst einen Geber,
der an der Messfeder starr zu einer ersten Lagerung der Messfeder
angeordnet ist und ein Sensorelement, das an der Messfeder starr
zu einer zweiten Lagerung der Messfeder angeordnet ist. Die Messfeder
ist so angeordnet und ausgebildet, dass sie sich zwischen der ersten
und zweiten Lagerung abhängig von
der Gurtkraft ausdehnt.
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Gurtkraftmesseinrichtungen
nach dem Stand der Technik sind aufwendig und teuer und sie bilden ein
weiteres Bauteil, das im Kraftfluss des Gurtes angeordnet werden
muss.
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Die
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Gurtkraftmesseinrichtung zu schaffen,
welche einfach und kostengünstig
ist und im Betrieb die Gurtkraft zuverlässig und präzise bestimmt.
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Die
Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Dadurch,
dass der Gurt selber das dehnbare Element bildet, wird die Gurtkraftmesseinrichtung zum
integralen Bestandteil des Gurtes. Die Gurtkraftmesseinrichtung
wird direkt auf den Gurt montiert und sie nutzt die elastischen
Eigenschaften des Gurtes, zur Realisierung des dehnbaren Elements.
Die zur Gurtkraft proportionale Dehnung des Gurtes wird mittels
des Gebers und des Sensorelementes direkt vermessen, wodurch das
teure und aufwendig geformte Federelement, das bei Gurtkraftmesseinrichtungen
nach dem Stand der Technik in der Regel aus hochwertigem Metall
gefertigt ist, eingespart wird. Der Gurt, der konzeptionell für die Belastungen
von 150 N in Dauerlast und 20 kN bei Spitzenlast ausgelegt ist,
braucht nicht durch ein Bauteil ergänzt werden, das eben diesen
Lasten auch standhalten müsste.
Die erfindungsgemäße Gurtkraftmesseinrichtung kann
an nahezu jeder Stelle des Gurtes realisiert werden und ist nicht
auf eine Montage an den Enden des Gurtes oder am Gurtschloss, wie
es bei Gurtkraft-Messeinrichtungen nach dem Sand der Technik notwendig
ist, beschränkt.
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Bei
einer Weiterbildung ist Sensorelement in einem Sensorgehäuse gehalten
und das Sensorelement ist mittels des Sensorgehäuses mit dem Gurt verbunden.
Hierbei kann das Sensorgehäuse
das Sensorelement in einer vorteilhaften Lage zum Gurt halten. Auch
wenn der Geber in einem Gebergehäuse
gehalten ist und der Geber mittels des Gebergehäuses mit dem Gurt verbunden
ist, kann das Gebergehäuse
den Geber in einer vorteilhaften Lage zum Gurt halten.
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Bei
einer nächsten
Weiterbildung ist das Sensorgehäuse
an den Gurt angespritzt. Das Spritzen mit thermoplastischen Materialien
ist eine sehr effiziente und wirtschaftliche Methode zur Herstellung
des Sensorgehäuses.
Dies gilt auch, wenn das Gebergehäuse an den Gurt angespritzt
ist.
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Bei
einer Ausgestaltung ist das Gebergehäuse mittels einer Führung mit
dem Sensorgehäuse verbunden,
wobei die Führung
eine geführte
Bewegung des Gebergehäuses
relativ zum Sensorgehäuse
in Richtung der Dehnung des Gurtes ermöglicht. Dies hat den Vorteil,
dass die Führung
eine sehr exakte Bewegung der Gehäuse untereinander und somit
des Gebers relativ zum Sensor ermöglicht, was zu sehr guten Messergebnissen
führt.
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Bei
einer nächsten
Ausgestaltung ist Sensorgehäuse
mittels einer Quetschverbindung mit dem Gurt fest verbunden. Mit
einer Quetschverbindung lässt
sich sehr wirtschaftlich eine dauerhafte und feste Verbindung am
Gurt herstellen. Dies gilt auch, wenn das Gebergehäuse mittels
einer Quetschverbindung mit dem Gurt fest verbunden ist.
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Wenn
das Gebergehäuse
das Sensorgehäuse
kappenartig umschließt
oder das Sensorgehäuse das
Gebergehäuse
kappenartig umschließt,
ist die Gurtkraftmesseinrichtung gut gegen äußere Einflüsse geschützt. Schmutz und Feuchtigkeit
können
bei dieser Ausgestaltung nicht in die Gurtkraftmesseinrichtung eindringen.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
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1 einen
Fahrzeugsitz,
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2 eine
Gurtkraftmesseinrichtung nach dem Stand der Technik,
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3 einen
Gurt, der unter der Einwirkung einer Kraft eine Dehnung erfährt,
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4 eine
Anordnung, bei der das Sensorelement auf dem Gurt montiert ist,
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5 den
Gurt mit der Gurtkraftmesseinrichtung,
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6 wiederum
den Gurt mit der darauf angeordneten Gurtkraftmesseinrichtung.
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Elemente
gleicher Konstruktion und Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen
Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt
einen Fahrzeugsitz 7 mit einem Gurt 2, wie er üblicherweise
in Personenkraftwagen aber auch Lastkraftwagen und Omnibussen verwendet
wird. Darüber
hinaus finden sich derartige Fahrzeugsitze 7 auch in schienengebundenen
Fahrzeugen, Flugzeugen und schnellen Wasserfahrzeugen. Die erfindungsgemäße Gurtkraftmesseinrichtung 1 kann
in all diesen Fahrzeugen eingesetzt werden. 1 zeigt
einen Kindersitz 3 auf dem Fahrzeugsitz 7, der
mit dem Gurt 2 gesichert ist. Anstelle des Kindersitzes 3 ist
es natürlich
auch denkbar, dass eine erwachsene Person mit dem Gurt 2 auf
dem Sitz 7 gesichert ist. Bei einem Verkehrsunfall entstehen
erhebliche Beschleunigungen, die vom Gurt 2 abgefangen
werden müssen,
wobei der Gurt 2 unter Volllast bis zu 20 KN aufnehmen
muss. Um den angeschnallten Fahrzeuginsassen maximal zu schonen
und Systeme wie den Airbag 5 oder die Gurtstraffer 6 optimal steuern
zu können,
ist im Gurtschloss 28 eine Gurtkraftmesseinrichtung 1 ausgebildet.
Weiterhin erkennt man am Gurtschloss 28 ein Verbindungselement 21,
dass das Gurtschloss 28 mit dem Gurtstraffer 6 verbindet.
Der Gurtstraffer 6 wiederum ist mittels eines Verbindungselementes 12 fest
mit der Karosserie des hier nicht dargestellten Kraftfahrzeuges verbunden.
Die Gurtkraftmesseinrichtung 1 erkennt bei einem Unfall
des Fahrzeuges die auf den Gurt 2 einwirkende Kraft und
sie gibt die Information über die
einwirkende Kraft F über
die elektrische Leitung 4 an das Steuergerät 8 weiter.
Im Steuergerät 8 befindet
sich ein Mikrocontroller 9, der anhand der ermittelten
Gurtkraft F und von weiteren Sensoren 10 gelieferten Informationen
den optimalen Auslösezeitpunkt
des Airbags 5 bestimmt und auch die Gurtstraffer 6 ansteuert. Über eine
elektrische Verbindung 11 zur weiteren hier nicht dargestellten
Fahrzeugelektronik können
die vorhandenen Informationen zur Steuerung weiterer Komponenten
verwendet werden.
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2 zeigt
eine Gurtkraftmesseinrichtung 1 nach dem Stand der Technik.
Die Gurtkraftmesseinrichtung 1 ist in einem Gurtschloss 28 integriert.
Zu erkennen ist zunächst
einmal das Gehäuse 15 der Gurtkraftmesseinrichtung 1,
in dem ein dehnbares Element 16 angeordnet ist. Das dehnbare
Element 16 ist hier als metallische Feder ausgebildet und über ein
Verbindungselement 21 mit dem Gurtstraffer 6 und
dem Verankerungselement 12 zur Ankopplung des Gurtschlosses 28 an
die hier nicht dargestellte Fahrzeugkarosserie verbunden. Das dehnbare
Element 16 ist mit einem Sensorelement 17 und
einem Geber 18 verbunden. Das Sensorelement 17 ist
in der Regel als Hallsensor oder magnetoresistiver Sensor ausgebildet.
Es kann jedoch jedes ein Geberfeld erfassende Sensorelement verwendet
werden. Der Geber 18 ist hier als Permanentmagnet ausgebildet.
Andere felderzeugende Geber sind jedoch ebenso gut einsetzbar. Die
hier verwendbaren Sensorelemente 17 und Geber 18 können ebenfalls
in den in 3 bis 6 beschriebenen
Gurtkraftmesseinrichtungen 1 verwendet werden.
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Das
Sensorelement 17 und der Geber 18 sind an verschiedenen
Stellen mit dem dehnbaren Element 16 verbunden. Bei einer
Krafteinwirkung auf die Gurtkraftmesseinrichtung 1 verformt
sich das dehnbare Element 16 und dadurch kommt es zu einer
Relativverschiebung zwischen dem Sensorelement 17 und dem
Geber 18, die durch das Sensorelement 17 erfasst
wird und in ein elektrisches Signal umgewandelt wird. Die Dehnung
des dehnbaren Elementes 16 ist proportional zur auf den
Gurt 2 wirkenden Kraft F. Damit ist das vom Sensorelement 17 erfasste
Signal proportional zur Gurtkraft F und es kann direkt genutzt werden,
um mit Hilfe des Steuergerätes 8 den
Airbag 5 und die Gurtstraffer 6 zu steuern. Weiterhin
zeigt 2 ein bewegliches Element 13, das unter
der Einwirkung der Gurtkraft F gegen den Anschlag 14 bewegt
wird, wenn die Dehnung des dehnbaren Elementes 16 ihr Maximum
erreicht hat. Beim Überschreiten
einer gewissen Maximalkraft ist es nicht mehr sinnvoll, die Gurtkraft
F zu bestimmen, da bis dahin ohnehin die Auslösung der Insassenschutzsysteme
wie Airbag 5 und Gurtstraffer 6 erfolgt sein muss,
um die Fahrzeuginsassen zu schützen. Ab
dieser Maximalkraft kommt es nur noch darauf an, dass der Gurt 2 den
Fahrzeuginsassen sicher zurückhält. Bis
zum Erreichen dieser Maximalkraft ist es jedoch äußerst sinnvoll, die Gurtkraft
F zu messen, um den Fahrzeuginsassen optimal schützen zu können. Die erfindungsgemäße Gurtkraftmesseinrichtung 1 wird
in den nachfolgenden Figuren beispielhaft beschrieben.
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3 zeigt
einen Gurt 2, der unter der Einwirkung einer Kraft F eine
Dehnung 19 erfährt.
Auf dem Gurt 2 ist an einer ersten Stelle 22 der
Geber 18 montiert, der hier als Magnet ausgebildet ist.
Der Geber 18 kann z. B. mit thermoplastischem Material
an den Gurt 2 angespritzt sein. Dem Geber 18 gegenüber ist
das Sensorelement 17 montiert. Das Sensorelement 17 kann
z. B. als Hallsensor oder als magnetoresistiver Sensor ausgebildet
sein. Das Sensorelement 17 befindet sich in einem Sensorgehäuse 27, das
an einer zweiten Stelle 23 mit dem Gurt 2 verbunden
ist. Zur Montage des Sensorelements 17 am Gurt 2 kann
das Sensorelement 17 z. B. auf ein Leadframe 24 montiert
sein, der mit einer Quetschverbindung mit dem Gurt 2 verbunden
ist und weiterhin die Auswerteelektronik 20 trägt. Auch
das Steuergerät 8 kann
gleich auf diesem Leadframe 24 mit integriert sein. Zur
Herstellung des Sensorgehäuses 27 wird der
Leadframe 24 mit einem thermoplastischen Material umspritzt,
wobei das Sensorgehäuse 27 entsteht.
Aus dem Sensorgehäuse 27 führen elektrische Leitungen 4 zu
einem nachfolgend angeordneten Steuergerät 8 oder zur weiteren
hier nicht dargestellten Fahrzeugelektronik. Bei der erfindungsgemäßen Gurtkraftmesseinrichtung 1 ist
das dehnbare Element 16 aus einem Abschnitt des Gurtes 2 gebildet. Damit
bildet der Gurt 2 selber das dehnbare Element 16.
Ein Federelement wie es in 2 gezeigt
wird, ist hier nicht notwendig.
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Symbolisch
ist in 3 mit den Pfeilen die am Gurt angreifende Kraft
F dargestellt. Diese Kraft F erzeugt eine Dehnung des Gurtes 2 und
damit auch eine Dehnung 19 des dehnbaren Elementes 16.
Mit der Dehnung 19 des dehnbaren Elementes 16 verschiebt
sich der Geber 18 relativ zum Sensorelement 17.
Das Sensorelement 17 erfasst diese Verschiebung und setzt
sie in ein elektrisches Signal um, das über die elektrische Leitung 4 dem
Steuergerät 8 zugeführt wird.
Die Dehnung 19 ist der am Gurt 2 anliegenden Gurtkraft
F proportional, womit mit dem Sensorelement 17 die Gurtkraft
F bestimmt werden kann. Wie schon in 1 beschrieben,
kann mit der so bestimmten Gurtkraft F die Ansteuerung des Airbags 5 oder
des Gurtstraffers 6 erfolgen, wodurch der Fahrzeuginsasse
bei einem Unfall optimal geschützt
werden kann. Für
die Erfindung ist es unerheblich, ob der Geber 18 näher am Gurt 2 montiert
ist als das Sensorelement 17 oder umgekehrt. Prinzipiell
können der
Geber 18 und das Sensorelement 17 auch in einer
einzigen, zum Gurt parallelen Ebene moniert sein. Wesentlich ist
nur, dass es zu einer Relativverschiebung zwischen dem Geber 18 und
dem Sensorelement 17 kommt, wenn eine Dehnung 19 des dehnbaren
Elementes 16 durch die Kraft F erfolgt.
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4 zeigt
eine Anordnung, bei der das Sensorelement 17 auf dem Gurt 2 montiert
ist. Hierzu ist an einer zweiten Stelle 23 ein Sensorgehäuse 27 an
den Gurt angespritzt. Das Sensorelement 17 befindet sich
im hier geöffnet
dargestellten Sensorgehäuse 27.
Neben dem Sensorelement 17 befindet sich im Sensorgehäuse 27 auch
die Auswerteelektronik 20. All diese elektronischen Komponenten
können
auf einem Leadframe 24 angeordnet sein, der auch den Gurt 2 umfassen
kann und mittels einer Quetschverbindung mit diesem verbunden sein kann.
Das Sensorgehäuse 27 kann
im Spritzgussverfahren an den Gurt 2 angespritzt werden,
wobei auch die elektrischen Leitungen 4 in das Sensorgehäuse 27 integriert
werden können.
Das Gebergehäuse 26 ist
in 4 nicht zu erkennen, dafür jedoch ist das dehnbare Element 16,
das als Abschnitt des Gurtes 2 selber ausgebildet ist,
gut zu erkennen.
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5 zeigt
den Gurt 2 mit der Gurtkraftmesseinrichtung 1.
Im Gebergehäuse 26 ist
hier der Geber 18 angeordnet, der wiederum als Dauermagnet ausgebildet
ist. Das Gebergehäuse 26 umfasst
das Sensorgehäuse 27 kappenartig.
An einer ersten Stelle 22 ist das Gebergehäuse 26 mit
dem Gurt 2 verbunden. An einer zweiten Stelle 23 ist
das Sensorgehäuse 27 mit
dem Gurt 2 verbunden. Zwischen der ersten Stelle 22 und
der zweiten Stelle 23 ist der Gurt 2 als dehnbares
Element 16 ausgebildet.
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6 zeigt
wiederum den Gurt 2 mit der darauf angeordneten Gurtkraftmesseinrichtung 1.
Das Gebergehäuse 26 umfasst
auch hier das Sensorgehäuse 27 kappenartig.
Im Gebergehäuse 26 ist
der Geber 18 zu erkennen. Weiterhin ist zwischen dem Gebergehäuse 26 und
dem Sensorgehäuse 27 eine Führung 25 ausgebildet,
wobei die Führung 25 eine geführte Bewegung
des Gebergehäuses 26 relativ zum
Sensorgehäuse 27 in
Richtung der Dehnung 19 des Gurtes 2 ermöglicht.
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Die
erfindungsgemäße Gurtkraftmesseinrichtung 1 zeigt
sich als äußerst kostenoptimiertes System
zur Erfassung der Gurtkraft F. Die Gurtkraftmesseinrichtung 1 ist
leicht am Gurt 2 zu montieren und an fast jeder beliebigen
Stelle des Gurtes 2 einsetzbar. Die Gurtkraftmesseinrichtung 1 besitzt
ein vergleichsweise geringes Eigengewicht und verzichtet vollständig auf
metallische Federelemente. Der ohnehin für die hohen Belastungen ausgelegte
Gurt 2 wird zum integralen Bestandteil der Gurtkraftmesseinrichtung 1,
wobei der Gurt 2 selber das dehnbare Element 16 bildet.
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- 1
- Gurtkraftmesseinrichtung
- 2
- Gurt
- 3
- Kindersitz/Fahrzeuginsasse
- 4
- elektrische
Leitung
- 5
- Airbag
- 6
- Gurtstraffer
- 7
- Fahrzeugsitz
- 8
- Steuergerät
- 9
- Mikrocontroller
- 10
- weitere
Sensoren
- 11
- elektrische
Verbindung zur Fahrzeugelektronik
- 12
- Verankerungselement
- 13
- bewegliches
Element
- 14
- Anschlag
- 15
- Gehäuse
- 16
- dehnbares
Element
- 17
- Sensorelement
- 18
- Geber
(Magnet)
- 19
- Dehnung
- 20
- Auswerteelektronik
- 21
- Verbindungselement
- 22
- erste
Stelle der Verbindung
- 23
- zweite
Stelle der Verbindung
- 24
- Leadframe
- 25
- Führung
- 26
- Gebergehäuse
- 27
- Sensorgehäuse
- 28
- Gurtschloss
- F
- Kraft