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Die Erfindung betrifft einen Gurtaufroller für ein Sicherheitsgurtsystem, mit einer Gurtspule und einer Gurtbandabzugsmeßeinrichtung, die ein mit einem Sensorelement zusammenwirkendes Zahnrad aufweist, das über ein Untersetzungsgetriebe mit der Gurtspule gekoppelt ist.
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Ein derartiger Gurtaufroller ist aus der
DE 10 2004 019 375 A1 bekannt. Die Gurtbandabzugsmeßeinrichtung umfaßt eine Steuerscheibe, die über ein Untersetzungsgetriebe mit der Gurtspule gekoppelt ist und mehrere Farbmarkierungen aufweist. Weiterhin sind mehrere ortsfeste optische Sensoren vorgesehen, die die Markierungen erfassen. Auf diese Weise läßt sich auf den Gesamtdrehwinkel der Gurtspule und somit den Gurtbandabzug schließen.
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Aus der gattungsgemäßen
DE 199 22 720 A1 ist ein Gurtaufroller für ein Sicherheitsgurtsystem bekannt, mit einer Gurtspule und einem Gehäuse sowie einer Gurtbandabzugsmesseinrichtung, die ein mit einem Sensorelement zusammenwirkendes Zahnrad aufweist, das über ein Untersetzungsgetriebe mit der Gurtspule gekoppelt ist.
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Nachteilig bei den bekannten Ausgestaltungen ist, dass es durch die im Untersetzungsgetriebe vorliegenden Toleranzen zu erheblichen Verlusten in der Meßgenauigkeit kommt. Insbesondere bei einer Richtungsumkehr der Gurtspule (und damit auch sämtlicher Zahnränder des Untersetzungsgetriebes) werden andere Zahnflanken belastet, weshalb sämtliches im Getriebe vorhandene Spiel als Hysterese das Meßergebnis verfälscht.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Gurtaufroller mit einer Gurtbandabzugsmeßeinrichtung zu schaffen, bei dem die beschriebenen Meßungenauigkeiten vermieden werden. Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß ist dazu bei einem Gurtaufroller der gattungsgemäßen Art eine Vorspanneinrichtung vorgesehen, die das (mit dem Sensorelement zusammenwirkende) Zahnrad permanent mit einem Drehmoment beaufschlagt. Es wird also gerade das für die Messung entscheidende Zahnrad, welches aufgrund der sich summierenden Toleranzen des Untersetzungsgetriebes das größte Spiel aufweist, vorgespannt. Dadurch werden eine definierte Ruhe- und Bewegungslage des Zahnrads erreicht, weshalb bei beliebigen Drehungen immer vom gleichen Bezugspunkt des Zahnrads ausgegangen werden kann. Beim erfindungsgemäßen Gurtaufroller ist somit das Zahnflankenspiel eliminiert und die Meßgenauigkeit entsprechend erhöht. Durch die Vorspannung, die sich natürlich auf das gesamte Untersetzungsgetriebe auswirkt, wird zudem eine Geräuschoptimierung erreicht, da sämtliche Zahnräder des Getriebes spiel- und klapperfrei in Eingriff sind.
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An dieser Stelle sei angemerkt, dass im Sinne der Erfindung unter Gurtbandabzug sowohl der Vorgang als auch das Ergebnis, das auch als Gurtbandposition bezeichnet werden kann, zu verstehen ist.
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Die Vorspanneinrichtung ist vorzugsweise so ausgebildet, dass sie, ausgehend von einer Grundstellung mit vollständig eingezogenem Gurtband, eine vollständige Umdrehung des Zahnrads in Gurtbandabzugsrichtung zuläßt. Somit wird die Gurtbandabzugsmeßeinrichtung durch die Vorspanneinrichtung in keiner Weise beeinträchtigt; ein vollständiger Abzug des Gurtbands, der bei optimal gewählter Untersetzung genau einer Umdrehung des Zahnrads entspricht, ist also möglich.
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Erfindungsgemäß weist die Vorspanneinrichtung eine Feder auf, die mit dem Zahnrad und dem Gehäuse gekoppelt ist und aufgrund ihrer Vorspannung ein Drehmoment auf das Zahnrad ausübt.
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Ein Ende der Feder kann an einem Gehäuse des Gurtaufrollers befestigt sein.
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Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung weist die Vorspanneinrichtung ein Band auf, dessen erstes Ende mit dem Zahnrad und dessen zweites Ende mit der Feder verbunden ist. Dadurch ergibt sich eine einfache und kostengünstige Ausgestaltung, die nur ein Minimum an Bauteilen erfordert.
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Das Zahnrad weist insbesondere eine umlaufende Anlagefläche auf, um die das Band gewickelt ist bzw. wird.
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Gemäß einer alternativen Ausgestaltung ist die Feder eine mit dem Zahnrad verbundene Spiralfeder. Diese ist vorzugsweise ein oder mehrmals um das Zahnrad geschlungen und ebenfalls am Gehäuse des Gurtaufrollers festgelegt.
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Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die Vorspanneinrichtung ein drehbar gelagertes Zahnsegment aufweist, das mit dem Zahnrad kämmt. In diesem Zusammenhang ist unter einem Zahnsegment natürlich auch ein (vollständiges) Zahnrad zu verstehen.
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Das Zahnsegment ist vorzugsweise mit der Feder gekoppelt, wobei es sich bei der Feder um eine Druckfeder, Zugfeder, Spiralfeder oder Blattfeder handeln kann.
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Das Zahnrad kann als Signalgeber für das ortsfest angebrachte Sensorelement dienen. Diese Ausgestaltung zeichnet sich durch ihre einfache Realisierbarkeit aus, da der Signalgeber für gewöhnlich weniger aufwendig gestaltet ist als das Sensorelement. Alternativ kann natürlich auch das Sensorelement am Zahnrad und ein Signalgeber ortsfest z.B. am Gehäuse des Gurtaufrollers befestigt sein.
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Das Zahnrad kann ein Magnetzahnrad sein, also ein Zahnrad aus einem kunststoffgebundenen Magnetmaterial oder ein gewöhnliches Zahnrad mit darin eingebettetem Magneten. Bei einer Drehung des Zahnrads ändert sich das von ihm erzeugte Magnetfeld am Ort des Sensorelements.
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Vorteilhaft wird das Zahnrad durch eine Steuerscheibe angetrieben, die Teil eines Kindersicherungssystems ist. In diesem Fall kann ein ohnehin vorhandenes Bauteil, nämlich die Steuerscheibe, für die Gurtbandabzugsmeßeinrichtung genutzt werden.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer bevorzugter Ausführungsformen anhand der beigefügten Zeichnung. In dieser zeigt:
- - 1 eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Gurtaufrollers;
- - 2 eine Perspektivansicht der Gurtbandabzugsmeßeinrichtung des Gurtaufrollers aus 1;
- - 3 eine schematische Draufsicht auf eine Gurtbandabzugsmeßeinrichtung ähnlich 2;
- - 4 eine schematische Schnittansicht der Gurtbandabzugsmeßeinrichtung entlang der Linie IV-IV in 3;
- - 5 ein Diagramm, welches den Zusammenhang zwischen dem gemessenen und dem tatsächlichen Gurtbandabzug bei einem Gurtaufroller gemäß dem Stand der Technik verdeutlicht;
- - 6 eine Ansicht eines Zahnrads mit Vorspanneinrichtung, die bei einem Gurtaufroller gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung eingesetzt werden;
- - 7 eine Seitenansicht des Zahnrads und der Vorspanneinrichtung aus 6;
- - 8 eine Ansicht eines Zahnrads mit Vorspanneinrichtung, die bei einem Gurtaufroller gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung eingesetzt werden; und
- - 9 eine Ansicht eines Zahnrads mit Vorspanneinrichtung, wie sie bei einem Gurtaufroller gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung eingesetzt werden.
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1 zeigt einen erfindungsgemäßen Gurtaufroller 10, der einen Rahmen 11 und eine Gurtspule 12 aufweist, auf der das in der Figur nicht dargestellte Gurtband aufgewickelt wird. Die Achse der Gurtspule 12 ist zwischen einer Triebfederschale 14, in der eine in der Figur nicht dargestellte Triebfeder zum Aufrollen des Gurtbands untergebracht ist, und einer Sperrseitenschale 16 spitzengelagert. In der Sperrseitenschale 16 ist ein Sperrsystem enthalten, das über einen fahrzeugsensitiven Sensor sowie einen gurtbandsensitiven Sensor die Verzögerung des Fahrzeugs bzw. des Insassen registriert.
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In der Sperrseitenschale 16 ist auch ein Kindersicherungssystem untergebracht. Dieses weist ein Stufenzahnrad 18 auf (siehe 2 bis 4), dessen äußere Verzahnung 20 mit einer Verzahnung 22 an der Gurtspule 12 kämmt. In den 3 und 4 sind die Verzahnungen sämtlicher Zahnräder vereinfacht als breiter Bereich gekennzeichnet. Das Stufenzahnrad 18 untersetzt die Umdrehungen der Gurtspule 12 über eine innere Verzahnung 24 auf eine Steuerscheibe 26, bei der es sich um ein Schaltrad mit Innenverzahnung 28 handelt. Bei der gezeigten Ausführungsform wird der komplette Gurtbandabzug auf ca. eine ¾-Umdrehung der Steuerscheibe 26 abgebildet. Die Steuerscheibe 26 ist also über ein Untersetzungsgetriebe mit der Gurtspule 12 gekoppelt, das im wesentlichen durch das Stufenzahnrad 18 gebildet wird. Bei Komplettabzug des Gurtbands wird eine Wippe (nicht gezeigt) betätigt, die das Sperrsystem aktiviert. Damit können Kindersitze sicher im Fahrzeug befestigt werden. Beim Ablegen des Gurtbandes wird diese Wippe durch eine zweite Rastnase deaktiviert.
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Ebenfalls in der Sperrseitenschale 16 angeordnet ist eine Gurtbandabzugsmeßeinrichtung 30, die ebenfalls die Steuerscheibe 26 nutzt, um zu bestimmen, wieviel Gurtband von der Gurtspule 12 abgezogen ist oder wird. Zu diesem Zweck weist die Steuerscheibe 26 eine zusätzliche umlaufende Verzahnung 32 auf, die die Drehbewegung der Steuerscheibe 26 über ein Zwischenrad 34 auf ein als Magnetzahnrad ausgebildetes Zahnrad 36 überträgt. Das Magnetzahnrad kann aus einem kunststoffgebundenen Magnetmaterial bestehen oder, wie in den Figuren gezeigt, ein gewöhnliches Zahnrad mit einem darin eingebetteten Magneten 38 sein.
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Der Magnet 38 ist derart angeordnet, dass seine Pole sich (bezogen auf das Zentrum des Zahnrads 36) diametral gegenüberliegen. Unmittelbar gegenüber dem Zahnrad 36 ist ein magnetisches Sensorelement 40 in der Sperrseitenschale 16 untergebracht, das radial außerhalb der Steuerscheibe 26 angeordnet ist. Das Sensorelement 40 ist bezogen auf die Blickrichtung der 3 unterhalb des Zahnrads 36 flach angebracht und erfaßt eine Änderung des durch den Magneten 38 erzeugten Magnetfelds. Da diese Änderung des Magnetfelds geometrisch mit dem Gurtbandabzug gekoppelt ist und ein Komplettabzug des Gurtbands durch die gewählte Anordnung auf eine Umdrehung des Zahnrads 36 reduziert wird, handelt es sich um eine absolute Messung. Das Zahnrad 36 dient hierbei als Signalgeber für das ortsfest angebrachte Sensorelement 40. Mit einer entsprechenden Mechanik ließe sich das Übersetzungsverhältnis weiter verringern, um eine höhere Auflösung der Meßwerte zu erreichen.
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Durch die vorliegenden Toleranzen im Lager und Verzahnungsbereich der einzelnen Zahnräder käme es zu einem erheblichen Spiel innerhalb des durch die Zahnräder 18, 26, 34 und 36 gebildeten Getriebes. Daraus würde bei einer Drehrichtungsumkehr der Gurtspule 12 (z.B. von Gurtbandabzug zu Gurtbandeinzug) eine Hysterese resultieren, die in 5 dargestellt ist. Wie aus der Figur, in der der gemessene Gurtbandabzug über dem tatsächlichen Gurtbandabzug aufgetragen ist, hervorgeht, entspräche bei Gurtbandabzug (Kurve 42) der gemessene Wert dem tatsächlichen Wert (idealer Verlauf, Kurve 44). Nach einer Drehrichtungsumkehr der Gurtspule 12 jedoch ergäbe sich ein Fehler aufgrund des Getriebespiels, wie durch die Kurve 46, die den Gurtbandeinzug darstellt, gezeigt ist.
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Um diese Meßungenauigkeit zu verhindern, ist erfindungsgemäß eine Vorspanneinrichtung 48 vorgesehen, die das Zahnrad 36, das mit dem Sensorelement 40 zusammenwirkt, permanent mit einem Drehmoment M beaufschlagt. Die Vorspanneinrichtung 48 ist so ausgebildet, dass sie, ausgehend von der Grundstellung des Zahnrads 36, welche einer Grundstellung der Gurtspule 12 mit vollständig eingezogenem Gurtband entspricht, eine vollständige Umdrehung des Zahnrads 36 in Gurtbandabzugsrichtung zuläßt.
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Die 6 und 7 zeigen eine erste Variante der Vorspanneinrichtung 48. Diese weist ein Band 50 auf, dessen erstes Ende in einer Aufnahme 52 festgelegt ist. Die Aufnahme 52 ist in einer umlaufenden Anlagefläche 54 eines am Zahnrad 36 angeformten Fortsatzes 56 ausgebildet. Dabei ist das Band 50 in der Grundstellung mit vollständig eingezogenem Gurtband nicht um die Anlagefläche 54 gewickelt, sondern wird erst beim Abziehen des Gurtbandes um die Anlagefläche 54 gewickelt.. Alternativ kann das Band 50 auch bereits in der Grundstellung um die Anlagefläche 54 gewickelt sein.
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Das zweite Ende des Bandes 50 ist mit einem Ende einer Feder 58, hier insbesondere einer Zugfeder, verbunden, deren anderes Ende am Gehäuse des Gurtaufrollers 10, insbesondere am Rahmen 11 oder der Sperrseitenschale 16 befestigt ist. Durch die von der Feder 58 ausgeübte Zugkraft wird das Band 50 gespannt und über die Aufnahme 52 ein Drehmoment M auf das Zahnrad 36 ausgeübt.
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8 zeigt eine alternative Ausgestaltung der Vorspanneinrichtung 48, bei der ein Ende der als Spiralfeder ausgebildeten Feder 58 in der Aufnahme 52 festgelegt ist. Das zweite Ende der Spiralfeder ist auch hier mit dem Gehäuse verbunden. Die Spiralfeder ist bereits im Grundzustand leicht gespannt und zweimal um das Zahnrad 36 geführt.
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9 zeigt eine dritte Ausführungsform der Vorspanneinrichtung 48, die ein drehbar gelagertes Zahnsegment 60 aufweist, das mit dem Zahnrad 36 kämmt und drehbar am Rahmen 11 bzw. der Sperrseitenschale 16 gelagert ist. Das Zahnsegment 60 ist wiederum mit einer Feder 58 gekoppelt, bei der sich um eine Druck-, Zug-, Spiral- oder Blattfeder handeln kann und deren zweites Ende am Rahmen 11 bzw. der Sperrseitenschale 16 festgelegt ist.
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Natürlich kann anstelle der gezeigten Ausgestaltung mit dem Magnetzahnrad als Signalgeber auch ein anderes Zahnrad, beispielsweise die Steuerscheibe 26 selbst, als Signalgeber für ein Sensorelement 40 dienen. Je mehr Zahnräder im Untersetzungsgetriebe vorhanden sind, desto größer wird jedoch das Getriebespiel und desto entscheidender die Vorspanneinrichtung 48.
