DE102007017375A1

DE102007017375A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Erfassung einer Auszugslänge eines Gurtbandes und einer auf das Gurtband einwirkenden Kraft

Info

Publication number: DE102007017375A1
Application number: DE200710017375
Authority: DE
Inventors: Jörg DITTRICH; Armin Schmidbauer; Herbert Wallner
Original assignee: ZF Electronics GmbH
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2007-04-12
Filing date: 2007-04-12
Publication date: 2008-10-16
Anticipated expiration: 2027-04-13
Also published as: DE102007017375B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung einer Auszugslänge eines Gurtbandes (2) und einer auf das Gurtband (2) einwirkenden Kraft mit einem Signalgeber (10, 24) und einem Sensorelement (11, 23). Der Signalgeber (10, 24) ist relativ zu einer Verbindungsachse zwischen dem Sensorelement (11, 23) und dem Signalgeber (10, 24) drehbar befestigt und wird bei einer Belastung des Gurtbandes (2) relativ zu dem Sensorelement (11, 23) verschoben. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Erfassung der Auszugslänge des Gurtbandes (2) und der auf das Gurtband (2) einwirkenden Kraft, einen Gurtaufroller (1) mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und eine Verwendung eines 3-D-Hall-Sensors (23) zur Erfassung der Auszugslänge eines Gurtbandes (2) und der auf das Gurtband (2) einwirkenden Kraft.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erfassung einer Auszugslänge eines Gurtbandes und einer auf das Gurtband einwirkenden Kraft. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Gurtaufroller mit einer derartigen Vorrichtung sowie eine Verwendung eines 3D-Hall-Sensors zu obigen Zwecken.
Sicherheitsgurte finden heute in nahezu allen Verkehrsmitteln Anwendung. Insbesondere im Kraftfahrzeugbereich werden große Anstrengungen unternommen, um den Schutz der Insassen bei einem Unfall zu verbessern. Dabei wird auch auf aktive Gurtsysteme gesetzt, die es erlauben, einen Gurt vorzustraffen, sobald Crash-Sensoren einen Unfall detektieren. Dadurch wird die Neigung zum Zurückschleudern der Insassen vermindert und insbesondere Probleme mit der Halswirbelsäule, z. B. Schleudertraumata, reduziert. Weiterhin wird der zur Verfügung stehende Überlebensraum vergrößert und die Wirkung der sonstigen Sicherheitssysteme, z. B. der Airbags, optimiert. Problematisch bei den Gurtstraffern und den sonstigen Sicherheitssystemen ist, dass häufig nicht nur erwachsene Personen auf den Sitzen Platz nehmen, sondern teilweise Babys in Babyschalen auf einem Vordersitz untergebracht werden. In einer derartigen Sitzbelegung wäre das Auslösen eines Airbags oder der Gurtstraffung katastrophal.
Zur Umgehung einer derartigen Gefahr müssen Insassenschutzvorrichtungen nach dem Stand der Technik manuell auf die aktuelle Sitzbelegung eingestellt werden, beispielsweise mittels eines Schalters oder mittels einer Sicherung. Derartige, die Interaktion der Fahrzeugführer verlangenden Maßnahmen werden jedoch leicht im täglichen Gebrauch vergessen. Daher ist es tendenziell möglich, dass bei einer Sitzbelegung mit einem Kindersitz der Airbag trotzdem auslöst oder dass er nicht auslöst, obwohl eine erwachsene Person den Sitzplatz belegt. Der Schutz wäre jeweils nicht optimal.
Eine Möglichkeit, derartige Probleme zu lösen, besteht darin, automatische Sitzbelegungserkennungssysteme einzusetzen, die beispielsweise anhand einer auf eine Sitzfläche wirkenden Kraft bestimmen, ob ein Sitz mit einer Person oder mit einem Kindersitz belegt ist. Weiterhin sind manche Kindersitze und Sitzplätze mit speziellen Signalgebern und Sensoren versehen, die eine Deaktivierung des Airbags ermöglichen.
Es gibt jedoch Grenzfälle, in denen die vorgenannten Systeme nicht in der Lage sind, zu erkennen, ob ein Kindersitz oder ein Mensch auf einem Sitz untergebracht ist. Bei kleinen Kinder unterscheidet sich das Gesamtgewicht nicht sehr von dem Gewicht eines größeren Babys in einem Kindersitz, sodass hier für das System eine Gefahr von Fehleinschätzungen vorliegen könnte.
Aus diesem Grund wird im Stand der Technik als weitere Möglichkeit erwogen, alternativ oder zusätzlich den Zustand des Sicherheitsgurtes für die Sitzbelegungserkennung auszuwerten. So kann z. B. anhand der Gurtkraft unterschieden werden, ob sich eine erwachsene Person oder ein befestigter Kindersitz auf dem Fahrzeugsitz befindet.
Systeme zur Erkennung des Zustandes des Gurtbandes sind im Stand der Technik bekannt. In der DE 101 46 630 A1 ist ein Gurtschloss zur Aufnahme eines Befestigungselementes eines Sicherheitsgurtes offenbart, bei dem ein das Befestigungselement fixierendes Bauteil ein Messelement aufweist, mit dem eine auf das Gurtschloss einwirkende Kraft erfassbar ist. Weitere Systeme, die eine Gurtkraftmessung am Gurtschloss vornehmen, sind beispielsweise aus der DE 102 40 896 A1 , der DE 103 36 123 A1 , der DE 103 22 700 A1 und der DE 100 02 378 A1 bekannt. Diese Systeme haben jedoch sämtlich den Nachteil, dass sie nur zur Erkennung der auf einen Gurt einwirkenden Kraft dienen, nicht aber zur Bestimmung der Auszugslänge eines Gurtes herangezogen werden können. Hierfür wären separate Messvorrichtungen erforderlich.
Aus der DE 10 2004 032 658 A1 ist ein Gurtaufroller für einen Fahrzeug-Sicherheitsgurt bekannt, der eine drehbar gelagerte Gurtspule aufweist, ein mit der Gurtspule koaxial gekoppeltes Antriebsrad, wobei die Gurtspule begrenzt drehbar gegenüber dem Antriebsrad ist. Weiterhin ist ein Sensor vorgesehen, der bei einer Drehung der Gurtspule relativ zu dem Antriebsrad ein Signal erzeugt, das repräsentativ für die im Sicherheitsgurt wirkende Gurtbandkraft ist. Der Gurtaufroller weist weiterhin einen Elektromotor mit einer variablen Antriebskraft auf, mittels dem der Gurt aufgespult werden kann.
Nachteilig bei dem Stand der Technik ist damit, dass lediglich eine Gurtkraftmessung vorgesehen ist, die auch von den persönlichen Vorlieben abhängt. Manche Menschen ziehen den Gurt fester an als andere und manchmal werden auch Kindersitze nachlässig befestigt. Damit kann zwar die Sicherheit der Systeme erhöht werden, aber die Gefahr von Fehleinschätzungen der Systeme besteht weiterhin. In Kraftfahrzeugen besteht weiterhin das Problem, dass der Bauraum für Bauelemente in der Regel sehr knapp bemessen ist, sodass zusätzliche Bauteile große konzeptionelle Schwierigkeiten bereiten.
Aufgabe der Erfindung ist es somit, eine Vorrichtung anzugeben, die eine Gefahr von Fehleinschätzungen durch die Sitzbelegungserkennung reduziert und die kompakt und preisgünstig realisierbar ist.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung gemäß dem unabhängigen Anspruch 1, ein Verfahren gemäß dem unabhängigen Anspruch 15, einen Gurtaufroller gemäß dem Anspruch 17 und durch die Verwendung eines 3D-Hall-Sensors gemäß dem abhängigen Anspruch 18.
Eine Vorrichtung zur Erfassung einer Auszugslänge eines Gurtbandes und einer auf das Gurtband einwirkenden Kraft weist einen Signalgeber und ein Sensorelement auf. Der Signalgeber ist relativ zu einer Verbindungslinie zwischen dem Sensorelement und dem Signalgeber drehbar befestigt und wird bei einer Belastung des Gurtbandes relativ zu dem Sensorelement verschoben. Bevorzugt ist, wenn die Drehachse des Sensorelementes zumindest nahezu mit der Verbindungslinie zwischen dem Sensorelement und dem Signalgeber zusammenfällt. Belastung des Gurtbandes meint insbesondere eine Zugbelastung, also eine auf das Gurtband einwirkende Kraft, die sich über das Gurtband auf eine Lagerung des Gurtbandes überträgt. Eine derartige Kraft kann nur dann einwirken, wenn sich eine Gurtspindel, auf die das Gurtband aufgespult ist, in einer Verriegelungsstellung befindet.
Das Sensorelement muss in der Lage sein, die relative Lage des Signalgebers zum Sensorelement zu erfassen. Damit lasst sich über die axiale Verdrehung des Signalgebers ein Zusammenhang mit der Auszugslänge des Gurtbandes herstellen und über die axiale Verschiebung des Signalgebers relativ zu dem Sensorelement ein Bezug zu der auf das Gurtband einwirkenden Kraft herstellen. Eine derartige Vorrichtung hat den Vorteil, dass mit nur einem Signalgeber und einem Sensorelement sämtliche relevanten Daten mit einer einzigen Messung erfassbar sind.
Es wurde überraschend gefunden, dass auch die ausgezogene Gurtbandlänge zur Plausibilisierung einer Gewichtserkennung herangezogen werden kann. Ein vergleichsweise leichtes Gewicht in Verbindung mit einer großen Auszugslänge spricht für einen befestigten Kindersitz, wobei eine tendenziell kürzere Auszugslänge des Gurtbandes in Verbindung mit einem hohen Gewicht für einen erwachsenen Menschen spricht.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht sowohl die Verwendung von passiven Gurtaufrollern, also solchen, die eine Gurtrückholung mittels Federkraft bewirken, als auch solchen, bei denen die Gurtrückholung mittels eines elektrischen Antriebes umgesetzt wird.
Vorteilhafterweise ist das Gurtband auf einer Gurtspindel aufwickelbar und der Signalgeber wirkt mit der Gurtspindel zusammen. Dadurch wird ein besonders einfacher Zusammenhang zwischen der Lage der Gurtspindel und der Lage des Signalgebers hergestellt. Dies ermöglicht eine eindeutige Messung der Lage der Gurtspindel.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn zwischen Signalgeber und Gurtspindel ein Getriebe vorgesehen ist, das von der Gurtspindel angetrieben ist, wobei der Signalgeber mit einer Getriebeausgangswelle des Getriebes zusammenwirkt. Das Zusammenwirken kann durch eine unmittelbare Befestigung des Signalgebers auf der Getriebeausgangswelle erreicht werden. Auch ein mittelbares Zusammenwirken zwischen Signalgeber und Getriebeausgangswelle ist denkbar. Damit ist es möglich, den Zusammenhang zwischen Rotation der Gurtspindel und Rotation des Signalgebers derart zu bestimmen, dass eine leichte Auswertung durch das Sensorelement möglich wird. Als geeignete Übersetzung hat sich eine solche Übersetzung herausgestellt, die bei einem Vollauszug des Gurtbandes eine halbe bis zwei Umdrehungen der Getriebeausgangswelle und damit des Signalgebers bewirken. Besonders bevorzugt ist dabei ein Zusammenhang dergestalt, dass ein Vollauszug des Gurtbandes eine einzige Umdrehung der Getriebeausgangswelle bewirkt. Damit wird jeder Auszugslänge des Gurtbandes genau eine Orientierung des Signalgebers zugeordnet, die mittels des Sensorelementes erfassbar ist.
Vorteilhafterweise weist die Gurtspindel eine Spindelwelle auf, auf der ein Spindelkörper relativ zu der Spindelwelle beweglich gelagert ist. Der Spindelkörper dient zur Aufnahme des Gurtbandes auf seiner Mantelfläche. Damit wird ermöglicht, dass sich Spindelkörper und Spindelwelle relativ zueinander bewegen können. Besonders vorteilhaft ist in diesem Zusammenhang, wenn die Relativbewegung von Spindelkörper und Spindelwelle zueinander begrenzt sind, beispielsweise durch einen Anschlag.
Als besonders geeignetes Element zur Verbindung von Spindelkörper und Spindelwelle haben sich elastische Elemente oder Federn erwiesen. Damit ist es möglich, die Relativbewegung von Spindelkörper und Spindelwelle zueinander abhängig von einer äußeren Kraft zu bestimmen. Die relative Lage von Spindelkörper und Spindelwelle zueinander wird dann durch das Kräftegleichgewicht zwischen der verbindenden Feder oder dem verbindenden elastischen Element und der äußeren Kraft bestimmt.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn auf der Spindelwelle ein Element befestigt ist, das in Umfangsrichtung wenigstens eine schiefe Ebene aufweist, wobei der Spindelkörper auf der an das Element angrenzenden Seite eine im wesentlichen zu dem Element komplementäre Form aufweist. Das Element ist dabei drehfest auf der Spindelwelle befestigt. Damit wird ermöglicht, in einem Ruhezustand, in dem keine äußere Kraft auf den Spindelkörper einwirkt, ein ideales Eingreifen von Spindelkörper und Element zu realisieren. Eine Verdrehung des Spindelkörpers relativ zu der Spindelwelle führt dann auch zu einer Verdrehung des Spindelkörpers relativ zu dem Element und damit zu einer axialen Verschiebung des Spindelkörpers relativ zu dem Element durch die schiefe Ebene, die sich auch in der Form des Spindelkörpers zeigt. Damit wird ein eindeutiger Zusammenhang zwischen von außen anliegender Kraft und axialer Verschiebung des Spindelkörpers relativ zu der Spindel hergestellt. Auf diese Weise ist eine besonders einfache Kraftmessung möglich.
Vorteilhafterweise ist ein Träger vorgesehen, auf dem die Gurtspindel mit wenigstens einer ersten Seite drehbar gelagert ist. Damit kann die Gurtspindel fest im Fahrzeug verankert werden.
Weiterhin ist es möglich, die Gurtspindel auf einer ersten Seite ortsfest, aber drehbar zu lagern und auf der gegenüberliegenden zweiten Seite derart zu lagern, dass bei einer von außen auf die Gurtspindel einwirkenden Kraft die zweite Seite relativ zu dem Träger transversal verschoben wird. Dabei kann das zweite Ende der Gurtspindel frei oder verschiebbar gelagert sein. Auch damit ist es möglich, einen eindeutigen Zusammenhang zwischen von außen anliegender Kraft und Lage des mit der Gurtspindel zusammenwirkenden Sensorelementes herzustellen.
Als geeignete Signalgeber haben sich Magnete erwiesen, wobei als Sensorelemente Magnetfeldsensoren vorgesehen sind. Der Magnet ist relativ zu dem Magnetfeldsensor dreh- und verschiebbar angeordnet. Besonders geeignet als Magnetfeldsensor ist ein Hall-Sensor, insbesondere ein 3D-Hall-Sensor. Ein 3D-Hall-Sensor ermöglicht die Erfassung der vollständigen relativen räumlichen Lage eines Magneten in einem einzigen Sensorelement.
Vorteilhafterweise ist der Magnet derart ausgerichtet, dass eine Nord-Süd-Erstreckung des Magneten senkrecht zu der Drehachse des Magneten steht. Damit ist die Orientierung des Magneten besonders leicht erfassbar.
Alternativ dazu kann der Magnet mit Vorteil derart ausgerichtet sein, dass eine Nord-Süd-Erstreckung des Magneten parallel zu der Drehachse des Magneten steht. Auch in dieser Ausrichtung ist eine besonders leichte Erfassung der Orientierung des Magneten möglich.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erfassung einer Auszugslänge eines Gurtbandes und einer auf das Gurtband einwirkenden Kraft mit einem drehbar gelagerten Signalgeber und einem Sensorelement. Das Sensorelement erfasst die von der Auszugslänge des Gurtbandes abhängige axiale Ausrichtung des Signalgebers sowie die von der auf das Gurtband einwirkenden Kraft abhängige Verschiebung des Signalgebers relativ zu dem Sensorelement. Dabei ist als Achse eine Verbindungsachse zwischen dem Sensorelement und dem Signalgeber bevorzugt. Damit wird mit einer einzigen Messung ermöglicht, sowohl die auf das Gurtband einwirkende Kraft als auch die Auszugslänge des Gurtbandes zu erfassen.
Vorteilhafterweise wird als Signalgeber ein Magnet verwendet und als Signalempfänger ein Magnetfeldsensor, der die Orientierung des Magnetfeldes und/oder den Betrag des Magnetfeldes und/oder die axiale Komponente des Magnetfeldes erfasst. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn als Magnetfeldsensor ein 3D-Hall-Sensor verwendet wird.
Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf einen Gurtaufroller, der eine erfindungsgemäße Vorrichtung aufweist. Ein derartiger Gurtaufroller lässt sich als vollständiges Bauteil durch einen Automobilzulieferer fertigen und kann durch den Automobilhersteller als Komplettsystem eingebaut werden.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung bezieht sich auf die Verwendung eines 3D-Hall-Sensors zur Erfassung einer Auszugslänge eines Gurtbandes und einer auf das Gurtband einwirkenden Kraft. Ein 3D-Hall-Sensor eignet sich besonders zum Einsatz zu den vorgenannten Zwecken.
Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend eingehend erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Gurtaufrollers,
2 eine schematische Darstellung eines unbelasteten Gurtbandes,
3 eine schematische Darstellung eines belasteten Gurtbandes,
4 eine schematische Darstellung eines 3D-Hall-Sensors,
5 eine Darstellung des Feldes und Sensorelements in einer ersten räumlichen Ausrichtung und
6 eine Darstellung des Feldes am Sensorelement in einer zweiten räumlichen Ausrichtung.
Aus der Darstellung gemäß 1 ist ein erfindungsgemäßer Gurtaufroller 1 ersichtlich. Der Gurtaufroller 1 dient zum Aufrollen eines Gurtbandes 2. Derartige Gurtaufroller finden Verwendung in nahezu allen Kraftfahrzeugen.
Das Gurtband 2 ist auf einer Gurtspindel 3 aufgewickelt. Die Gurtspindel 3 ist mittels der Lager 4, 5 an einem Träger 6 gelagert. Die Gurtspindel 3 ist auf der Seite des Lagers 4 mit einem Rückholer 7 verbunden, der ein ungespanntes Gurtband 2 auf der Gurtspindel 3 aufwickelt. Der Rückholer 7 kann mit einer Feder oder mit einem Elektromotor ausgestattet sein.
Auf der dem Rückholer 7 gegenüberliegenden Seite ist ein Getriebe 8 vorgesehen, das eingangsseitig mit von der Gurtspindel angetrieben wird. Auf einer Getriebeausgangswelle 9 ist ein Magnet 10 befestigt. Der Magnet 10 ist so ausgerichtet, dass seine Nord-Süd-Erstreckung senkrecht zu einer Drehachse der Getriebeausgangswelle 9 verläuft. Zu dem Magneten 10 in Richtung der Drehachse des Magneten 10 benachbart ist ein Magnetfeldsensor 11 angeordnet. Der Magnetfeldsensor 11 ist als 3D-Hall-Sensor ausgeführt, wie er in den 4 bis 6 eingehender beschrieben wird.
Beim Vollauszug des Gurtbandes 2 führt die Gurtspindel 3 in etwa zehn Umdrehungen aus. Das Getriebe 8 ist so ausgelegt, dass bei einem Vollauszug des Gurtbandes 2 die etwa zehn Umdrehungen auf eine Umdrehung der Getriebeausgangswelle 9 reduziert wird. Der Magnet 10 wird dabei bei einem Vollauszug des Gurtbandes 2 einmal um 360° gedreht. Durch die Anordnung des Magneten 10 mit der Nord-Süd-Erstreckung senkrecht zur Rotationsachse besteht damit ein eindeutiger Zusammenhang zwischen der Orientierung des Magnetfeldes und der ausgezogenen Länge des Gurtbandes 2.
Die Gurtspindel 3 ist derart gelagert, dass sie bei einer Belastung des Gurtbandes 2 mit einer über das Gurtband 2 übertragenen Kraft in axialer Richtung verschoben wird. Das Getriebe 8 ist ortsfest auf dem Träger 6 befestigt, wobei die Getriebeausgangswelle 9 über die Getriebeeingangswelle des Getriebes 8 in axialer Richtung zusammen mit der Gurtspindel 3 verschiebbar ist. Dies bewirkt gleichzeitig eine Verschiebung des Magneten 10 auf den Magnetfeldsensor 11 zu oder von diesem weg.
Die 2 und 3 verdeutlichen die Funktionsweise der Gurtspindel 3 in Abhängigkeit von einer an dem Gurtband 2 anliegenden Kraft.
Die Gurtspindel 3 besteht aus mehreren Bestandteilen. Zunächst ist ein Spindelkörper 15 vorgesehen, der auf einer Spindelwelle 16 axial verschiebbar befestigt ist. Auf der linken Seite der Spindelwelle 16 ist ein Element 17 vorgesehen, das in axialer Richtung nicht verschiebbar ist. Das Element 17 ist auf der rechten Seite derart ausgebildet, dass in Umfangsrichtung drei schiefe Ebenen entstehen. Der Spindelkörper 15 ist auf der dem Element 17 zugewandten Seite so ausgebildet, dass sich das Element 17 und der Spindelkörper 15 in einer relativen Ausrichtung zueinander komplementär ergänzen. Dabei ist es gleichgültig, ob die entsprechende Struktur seitens des Spindelkörpers 15 einstückig mit dem Spindelkörper ausgeführt ist oder auf einem separaten Bauteil, wobei ein separates Bauteil an der Spindelwelle 16 befestigt sein müsste.
Der Spindelkörper 15 steht mittels eines in den 2 und 3 nicht dargestellten elastischen Elementes mit der Spindelwelle 16 in Verbindung. Statt eines elastischen Elementes kann auch eine Feder vorgesehen sein. Diese elastische Verbindung bewirkt, dass der Spindelkörper 15 relativ zu der Spindelwelle 16 axial verschoben und verdreht werden kann. Die Verbindung ist dabei so ausgestaltet, dass der Spindelkörper 15 in einem durch äußere Kräfte unbelasteten Zustand auf der linken Seite in das Element 17 eingreift. Weiterhin muss die Verbindung einen eindeutigen Zusammenhang zwischen der relativen Verdrehung von Spindelkörper 15 und Spindelwelle 16 sicherstellen. Als geeignete Elemente hierzu haben sich Zug- und Druckfedern sowie einseitig oder beidseitig eingespannte Spiralfedern und Kombinationen der vorgenannten Federn erwiesen. Auch andere elastische Elemente sind denkbar.
Sofern, wie in 2 dargestellt, auf das Gurtband 2 keine äußeren Kräfte einwirken, beispielsweise bei einem nur locker über einen Passagier gelegten Gurt, greift der Spindelkörper 15 auf der linken Seite vollständig in das Element 17 ein. Eine äußere Kraft, beispielsweise wie in 3 dargestellt 100 N, wie sie bei einer Vorspannung des Gurtbandes 2 im Falle einer Belegung des Sitzes mit einem Kindersitz oder dergleichen bestehen würde, bewirkt die elastische oder federbelastete Lagerung des Spindelkörpers 15 zunächst eine Verdrehung des Spindelkörpers 15 relativ zu der Spindelwelle 16. Dies bewirkt gleichzeitig eine Verdrehung zwischen Spindelkörper 15 und Element 17, womit aufgrund der im Element 17 und im Spindelkörper 15 ausgebildeten schiefen Ebene eine axiale Verschiebung bewirkt wird. Die axiale Verschiebung ist proportional zur von außen an dem Gurtband 2 anliegenden Kraft. Das System ist dabei so ausgelegt, dass bei einer von außen anliegenden Kraft von etwa 150 N eine Verschiebung von etwa 10 mm erzielt wird. Die Steigungen der schiefen Ebenen an dem Element 17 und an dem Spindelkörper 15 sind abhängig von der Anzahl von Steigungssegmenten in Umfangsrichtung.
Durch die in 1 beschriebene axiale Verbindung zwischen Magnet und Spindelkörper wird somit ein eindeutiger Zusammenhang zwischen der relativen Position des Magneten zu dem Magnetfeldsensor und der von außen an dem Gurtband 2 anliegenden Kraft erreicht.
Weiterhin ist ein mechanischer Begrenzer vorgesehen, der die maximale axiale Verschiebung des Spindelkörpers 15 auf der Spindelwelle 16 begrenzt. Eine größere, auf das Gurtband 2 einwirkende Kraft bewirkt somit keine weitere Axialverschiebung. Dies ist notwendig, um bei einem Unfall einen Rückhalt der Passagiere sicherzustellen.
Zur Auswertung des Drehwinkels des Magneten werden die beiden Richtungskomponenten des Magnetfeldes senkrecht zur Verschiebungsachse herangezogen. Zur Auswertung der relativen axialen Position zwischen Magnetfeldsensor und Magnet wird der Betrag des Magnetfeldvektors herangezogen. Alternativ ist es möglich, nur den Betrag des Magnetfeldes senkrecht zu der Verschiebungsachse zu verwenden. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den Winkel, den der Magnetfeldvektor mit der Bestückungsebene des Hallsensorchips bildet, auszuwerten; wozu beispielsweise ein exzentrisch laufender axial magnetisierter Zylindermagnet Verwendung findet.
Zur Bestimmung der Auszugslänge des Gurtes ist der Zusammenhang zwischen der Auszugslänge und dem sich daraus ergebenden Winkel vorzugsweise durch Kalibrierung festgelegt.
4 zeigt eine schematische Darstellung des 3D-Hall-Sensors 23. Der Einsatz von 3D-Hall-Sensoren ist für die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren besonders vorteilhaft, da 3D-Hall-Sensoren auf nur einer Platine die dreidimensionale Erfassung eines Magnetfeldes ermöglichen.
Der 3D-Hall-Sensor 23 umfasst direkt zueinander benachbart angeordnete Einzelsensorelemente 26, von denen je ein Sensorelement für die Erfassung eines Magnetfeldes in eine Raumrichtung zuständig ist. Das anliegende Magnetfeld wird somit mittels seiner vektoriellen Einzelkomponenten erfasst. Durch vektorielle Addition kann im Anschluss in einer Auswerteeinheit der Magnetfeldvektor am Ort des Sensorelements 23 rekonstruiert werden.
Die 5 und 6 dienen zur Verdeutlichung des Erfassungsprinzips der relativen dreidimensionalen Position des Signalgebers 10, 24 zu dem Signalempfänger 11, 25.
5 zeigt dabei eine Darstellung des Magnetfeldes 27 am 3D-Hall-Sensor 23 in einer ersten relativen Ausrichtung der Bauteile 12, 23 zueinander. Der Abstand zwischen Magnet 12 und 3D-Hall-Sensor 23 ist hierbei relativ groß und damit das Magnetfeld 27 am 3D-Hall-Sensor 23 relativ klein. Das Magnetfeld wird durch den Magnetfeldvektor 27 repräsentiert.
6 zeigt eine Darstellung des Feldes 27' am 3D-Hall-Sensor 23 in einer zweiten räumlichen Ausrichtung der Bauteile zueinander 12, 23. Der Abstand zwischen Magnet 12 und 3D-Hall-Sensor 23 ist hierbei kleiner als in der in 5 dargestellten Anordnung. Die Feldstärke des Magnetfeldes am 3D-Hall-Sensor 23 ist dadurch gestiegen, wie durch den längeren Magnetfeldvektor 27' dargestellt. Der Zusammenhang von Stärke und Richtung des Magnetfeldes 27, 27' repräsentiert somit die relative Ausrichtung von Signalgeber 10, 24 zu Signalempfänger 11, 25.
Die Auswertung des Magnetfeldes 27, 27' mittels des 3D-Hall-Sensors 23 in einer in den Ausführungsbeispielen nicht dargestellten Auswerteeinheit kann sowohl die statischen Magnetfelder als auch die dynamischen Magnetfelder erfassen.

1: Gurtaufroller
2: Gurtband
3: Gurtspindel
4: Lager
5: Lager
6: Träger
7: Rückholer
8: Getriebe
9: Getriebeausgangswelle
10: Magnet
11: Magnetfeldsensor
15: Spindelköper
16: Spindelwelle
17: Element
23: 3D-Hall-Sensor
24: Signalgeber
25: Signalempfänger
26: Einzelsensorelemente
27: Magnetfeld am Signalempfänger
27': Magnetfeld am Signalempfänger

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 10146630 A1 [0007]
- DE 10240896 A1 [0007]
- DE 10336123 A1 [0007]
- DE 10322700 A1 [0007]
- DE 10002378 A1 [0007]
- DE 102004032658 A1 [0008]

Claims

Vorrichtung zur Erfassung einer Auszugslänge eines Gurtbandes (2) und einer auf das Gurtband (2) einwirkenden Kraft mit einem Signalgeber (10, 24) und einem Sensorelement (11, 23), dadurch gekennzeichnet, dass der Signalgeber (10, 24) relativ zu einer Verbindungsachse zwischen dem Sensorelement (11, 23) und dem Signalgeber (10, 24) drehbar befestigt ist und bei einer Belastung des Gurtbandes (2) relativ zu dem Sensorelement (11, 23) verschoben wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gurtband (2) auf einer Gurtspindel (3) aufwickelbar ist und dass der Signalgeber (10, 24) mit der Gurtspindel (3) zusammenwirkt.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Signalgeber (10, 24) und Gurtspindel (3) ein Getriebe (8) vorgesehen ist, das von der Gurtspindel (3) angetrieben ist, wobei der Signalgeber (10, 24) mit einer Getriebeausgangswelle (9) zusammenwirkt.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (8) derart übersetzt ist, dass ein Vollauszug des Gurtbandes (2) zwischen einer halben Umdrehung und zwei Umdrehungen, vorzugsweise eine Umdrehung, der Getriebeausgangswelle (9) bewirkt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gurtspindel (3) eine Spindelwelle (16) aufweist, auf der ein Spindelkörper (15) relativ zu der Spindelwelle (16) beweglich gelagert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass Spindelkörper (15) und Spindelwelle (16) mittels eines elastischen Elementes oder mittels einer Feder verbunden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Spindelwelle (16) ein Element (17) befestigt ist, das in Umfangsrichtung wenigstens eine schiefe Ebene aufweist, wobei der Spindelkörper (15) auf der an das Element (17) angrenzenden Seite eine im Wesentlichen zu dem Element (17) komplementäre Form aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Träger (6) vorgesehen ist, auf dem die Gurtspindel (3) mit wenigstens einer ersten Seite drehbar gelagert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine der ersten Seite der Gurtspindel (3) gegenüberliegende zweite Seite bei einer von außen auf die Gurtspindel (3) einwirkenden Kraft relativ zu dem Träger (6) transversal verschoben wird.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Seite der Gurtspindel (3) frei ist oder verschiebbar gelagert ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Signalgeber ein Magnet (10, 24) und als Sensorelement ein Magnetfeldsensor (11, 25) vorgesehen sind, zu dem der Magnet (10, 24) relativ dreh- und verschiebbar angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetfeldsensor ein Hall-Sensor, insbesondere ein 3D-Hall-Sensor (23), ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet (10, 24) derart ausgerichtet ist, dass eine Nord-Süd-Erstreckung des Magneten (10, 24) senkrecht zu der Drehachse des Magneten (10, 24) steht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet (10, 24) derart ausgerichtet ist, dass eine Nord-Süd-Erstreckung des Magneten (10, 24) parallel zu der Drehachse des Magneten (10, 24) steht.
Verfahren zur Erfassung einer Auszugslänge eines Gurtbandes (2) und einer auf das Gurtband (2) einwirkenden Kraft mit einem drehbar gelagerten Signalgeber (10, 24) und einem Sensorelement (11, 23), dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (11, 23) die von der Auszugslänge des Gurtbandes (2) abhängige axiale Ausrichtung entlang einer Verbindungsachse zwischen dem Sensorelement (11, 23) und dem Signalgeber (10, 24) sowie die von der auf das Gurtband (2) einwirkenden Kraft abhängige Verschiebung des Signalgebers (10, 24) relativ zu dem Sensorelement (11, 23) erfasst.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass als Signalgeber ein Magnet (10, 24) verwendet wird und als Signalempfänger ein Magnetfeldsensor (11, 23), der die Orientierung des Magnetfeldes und/oder den Betrag des Magnetfeldes und/oder die axiale Komponente des Magnetfeldes des Magneten (10, 24) erfasst.
Gurtaufroller (1), aufweisend eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14.
Verwendung eines 3D-Hall-Sensors (23) zur Erfassung einer Auszugslänge eines Gurtbandes (2) und einer auf das Gurtband (2) einwirkenden Kraft.