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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gurtschlossanordnung für ein Sicherheitsgurtsystem und insbesondere einen Elektromotor, der in der Gurtschlossanordnung verwendet wird.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Sicherheitsgurtsysteme wurden entwickelt, um den Fahrzeuginsassen in einem Fahrzeug vor einer Gefährdung durch Bewegungen bei einem Aufprall oder einer Vollbremsung zu schützen. Die Systeme verringern die Wahrscheinlichkeit und die Schwere von Verletzungen bei einem Auffahrunfall, indem sie einen Aufprall des Fahrzeuginsassen auf Elemente im Innenraum des Fahrzeugs oder auf andere Fahrzeuginsassen (der sogenannte Sekundäraufprall) dadurch verhindern, dass Fahrzeuginsassen die korrekte Sitzposition für die maximale Wirkung des Airbag behalten und nicht aus dem Fahrzeugsitz geschleudert werden.
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Ein übliches Sicherheitsgurtsystem umfasst einen Sicherheitsgurt, der den Fahrzeuginsassen in dem Sitz festhält, einen Gurtwickler zum Straffen oder Lockern des Sicherheitsgurts, eine Zungenplatte, die an dem Sicherheitsgurt verschiebbar angeordnet ist, und eine Gurtschlossanordnung, die ein mit der Zungenplatte lösbar verrastbares Gurtschloss und einen Treiber zum Bewegen des Gurtschlosses relativ zu dem Fahrzeuginsassen umfasst. Die Bewegung des Gurtschlosses kann die effektive Länge des Sicherheitsgurts einstellen, so dass die Gurtschlossanordnung normalerweise als Gurtstraffer verwendet wird.
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4 zeigt ein Wicklungsschema eines üblichen Permanentmagnet-Gleichstrommotors (PMDC-Motor), der für den Antrieb des Gurtschlosses in einem Sicherheitsgurtsystem verwendet wird. Die Läuferwicklungen umfassen eine Mehrzahl von Spulen, die um Zähne des Läuferkerns gewickelt und mit Segmenten eines Kommutators elektrisch verbunden sind. Zum Beispiel ist die Spule C1' um die Zähne T1 und T2 gewickelt und mit den Segmenten S1 und S2 verbunden. Die Spule C2' ist um die Zähne T2 und T3 gewickelt und mit den Segmenten S2 und S3 verbunden. Der PMDC-Motor umfasst zwei Bürsten zur Stromspeisung der Läuferwicklungen. Die Läuferwicklungen bilden zwei parallele Zweige. Wenn eine Spule offen ist, wie zum Beispiel die Spule C1', ist auch einer der Zweige offen. Der Motor und ebenso das Sicherheitsgurtsystem funktionieren nicht. In einem Fahrzeug zu fahren, dessen Gurtschlossanordnung nicht fehlerfrei funktioniert, ist gefährlich.
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Aus diesem Grund wird eine Gurtschlossanordnung mit größerer Zuverlässigkeit gewünscht.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Dementsprechend wird durch vorliegende Erfindung eine Gurtschlossanordnung für ein Sicherheitsgurtsystem angegeben, umfassend:
ein Gurtschloss; einen Übertragungsmechanismus zum Bewegen des Gurtschlosses von einer ersten Position in eine zweite Position und einen Elektromotor für den Antrieb des Übertragungsmechanismus, wobei der Motor einen Ständer und einen an dem Ständer drehbar montierten Läufer und der Läufer eine Motorwelle, einen an der Motorwelle befestigten Kommutator, einen an der Motorwelle befestigten Läuferkern und Läuferwicklungen umfasst, die um Zähne des Läuferkerns gewickelt und mit Segmenten des Kommutators elektrisch verbunden sind, wobei die Läuferwicklungen eine Mehrzahl von Wicklungseinheiten umfassen, wovon jede Einheit mindestens zwei Spulen umfasst und die Spulen jeder Wicklungseinheit um dieselben Zähne gewickelt und mit demselben Paar von Segmenten elektrisch parallelgeschaltet sind.
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Vorzugsweise sind die Läuferwicklungen in zwei Schichten angeordnet, einer inneren Schicht und einer äußeren Schicht, und jede Wicklungseinheit umfasst zwei Spulen, wovon die eine der beiden Spulen in der inneren Schicht und die andere der beiden Spulen in der äußeren Schicht angeordnet ist.
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Wahlweise sind die beiden Spulen voneinander beabstandet.
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Vorzugsweise sind die Läuferwicklungen mit einem fortlaufenden Draht gewickelt.
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Wahlweise ist ein Teil der Spulen der inneren Schicht und ein Teil der Spulen der äußeren Schicht mit einem fortlaufenden Draht gewickelt, und der andere Teil der Spulen der inneren Schicht und der andere Teil der Spulen der äußeren Schicht ist mit einem weiteren fortlaufenden Draht gewickelt.
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Vorzugsweise ist mindestens ein Blindschlitz in einer Umfangsfläche jedes Zahns des Läuferkerns gebildet.
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Vorzugsweise umfasst der Läuferkern fünf Zähne, und jeder Zahn umfasst zwei Blindschlitze, die in einer Umfangsfläche des Zahns gebildet sind.
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Vorzugsweise umfasst der Übertragungsmechanismus ein flexibles Kabel, einen Umlenker, der das Kabel in die Richtung des Gurtschlosses umlenkt, und eine Umsetzungskonstruktion, die zwischen den Motor und das Kabel geschaltet ist, um die Drehbewegung des Motors in eine lineare Bewegung des Kabels umzusetzen, wobei das Gurtschloss unter der Führung durch den Umlenker durch das Kabel bewegt wird, wenn sich der Motor dreht.
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Vorzugsweise umfasst die Umsetzungskonstruktion eine Gewindewelle, die durch den Motor gedreht wird, und ein Element mit Innengewinde, das sich mit der Gewindewelle im Eingriff befindet und an dem Kabel befestigt ist, wobei das Gewindeelement während der Drehung des Motors gezwungen wird, sich entlang der Gewindewelle zu bewegen, um das Kabel linear zu bewegen.
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Vorzugsweise ist die Gewindewelle die Motorwelle.
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Vorzugsweise ist die Anzahl von Zähnen die gleiche wie die Anzahl von Segmenten.
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Vorzugsweise hat der Ständer zwei Magnetpole, der Läuferkern fünf Zähne und der Kommutator fünf Segmente.
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In Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind beide Spulen jeder Wicklungseinheit der Läuferwicklungen um dieselben Zähne gewickelt und mit denselben Segmenten elektrisch parallelgeschaltet. Wenn eine der Spulen einer Wicklungseinheit einen unterbrochenen Stromkreis hat, kann der Strom über die andere Spule noch durch die Wicklung fließen. Testergebnisse zeigen, dass der Motor mit einem geringfügigen Leistungsverlust immer noch arbeitet.
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Aus diesem Grund ist eine Gurtschlossanordnung, bei der der Motor verwendet wird, im Vergleich zu den üblichen Gurtschlossanordnungen zuverlässiger und sicherer.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nunmehr anhand eines Beispiels erläutert, wobei auf die Figuren der anliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird. Identische Strukturen, Elemente oder Teile, die in mehr als einer Figur erscheinen, tragen in sämtlichen Figuren, in denen sie erscheinen, die gleichen Bezugszeichen. Die Dimensionen von Komponenten und Merkmalen, die in den Figuren dargestellt sind, sind allgemein im Hinblick auf eine übersichtliche Darstellung gewählt und sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu. Die Figuren sind im Folgenden aufgelistet.
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1 zeigt eine Gurtschlossanordnung gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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2 zeigt einen Läuferkern und Läuferwicklungen eines in der Gurtschlossanordnung von 1 verwendeten Motors;
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2a ist eine Schnittansicht des Motors von 2;
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3 zeigt eine Wicklungseinheit der Läuferwicklungen von 2; und
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4 zeigt Läuferwicklungen eines üblichen Motors, der in einer Gurtschlossanordnung gemäß dem Stand der Technik verwendet wird.
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DETAILBESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 zeigt eine Gurtschlossanordnung 100 in einem Sicherheitsgurtsystem für ein Fahrzeug gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einem Gurtschloss 10 und einem Treiber zum Bewegen des Gurtschlosses 10. Das Sicherheitsgurtsystem umfasst einen Sicherheitsgurt, der einen Fahrzeuginsassen im Notfall festhält. Ein erstes Ende des Sicherheitsgurts ist mit einem Gurtwickler zum Straffen oder Lockern des Sicherheitsgurts verbunden. Das zweite Ende des Sicherheitsgurts ist mit einer Halterung verbunden, die auf einer Seite des Sitzes in einer unteren Position an einem Körper des Fahrzeugs befestigt ist. Der Sicherheitsgurt verläuft durch einen Führungsanker, der auf derselben Seite des Sitzes wie die Halterung in einer höheren Position an dem Körper befestigt ist. Eine Zungenplatte ist verschiebbar an dem Sicherheitsgurt angeordnet und ist lösbar mit dem Gurtschloss 10 auf der anderen Seite des Sitzes verrastbar.
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Der Treiber umfasst ein Kabel 12, einen Elektromotor 24 und einen Umlenker 14, der das Kabel 12 in die Richtung des Gurtschlosses 10 umlenkt. Das Kabel 12 besteht vorzugsweise aus Metall und verfügt über eine bestimmte Festigkeit, Härte und Flexibilität. Ein erstes Ende des Kabels 12 erstreckt sich in der axialen Richtung des Motors 24 und ist an einem Element 20 mit Innengewinde befestigt. Der Motor 24 hat eine Welle 26 mit Außengewinde, die sich mit dem Element 20 mit Innengewinde im Gewindeeingriff befindet, so dass sich das Element 20 mit Innengewinde bei Drehung der Welle 26 in der axialen Richtung entlang der Welle bewegt. Ein zweites Ende des Kabels 12 ist an dem Gurtschloss 10 befestigt. Der Umlenker 14 ist relativ zu dem Körper des Fahrzeugs festgelegt. Vorzugsweise ist der Umlenker 14 ein gebogenes Rohr, das das Kabel 12 derart umschließt, dass sich das Kabel 12 relativ zu dem Umlenker 14 bewegen kann.
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Wenn der Motor 24 die Welle 26 dreht, treibt die Welle 26 das Element 20 mit Innengewinde an, und das erste Ende des Kabels 12, das an dem Element 20 mit Innengewinde befestigt ist, bewegt sich in der axialen Richtung, und das zweite Ende des Kabels 12 bewegt wiederum das Gurtschloss 10 unter der Führung durch den Umlenker 14 in Umlenkrichtung. Wenn zum Beispiel ein Fahrgast auf dem Fahrzeugsitz Platz nimmt, treibt der Motor 24 das Gewindeelement 20 und das erste Ende des Kabels 12 derart an, dass diese sich axial von dem Motor 24 wegbewegen, so dass das Gurtschloss 12 nach oben bewegt wird, wodurch das Gurtschloss 10 für den Fahrzeuginsassen bequemer erreichbar ist. Nach dem Einrasten der Zungenplatte in dem Gurtschloss 10, treibt der Motor 24 das Gewindeelement 20 und das erste Ende des Kabels 12 derart an, dass diese sich in Richtung auf den Motor 24 bewegen, so dass das Gurtschloss 12 nach unten bewegt wird, wodurch der Gurt gestrafft wird und den Fahrzeuginsassen angemessen festhält.
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Der Motor 24 ist vorzugsweise ein PMDC-Motor, der einen Ständer und einen an dem Ständer drehbar montierten Läufer umfasst. Der Läufer umfasst die Motorwelle 26, einen an der Motorwelle 243 befestigten Kommutator, einen an der Motorwelle befestigten Läuferkern 242 und Läuferwicklungen 244, die um Zähne T des Läuferkerns gewickelt und mit Segmenten S des Kommutators elektrisch verbunden sind. Der Ständer umfasst mindestens einen Permanentmagnet 251 und mindestens zwei Bürsten, die sich mit dem Kommutator in Gleitkontakt befinden, um die Läuferwicklungen über den Kommutator mit elektrischem Strom zu versorgen. In einem bevorzugten Beispiel hat der Ständer zwei Permanentmagnetpole.
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2 zeigt den Läuferkern 242 und die Läuferwicklungen 244. Der Läuferkern 242 hat fünf Zähne T1–T5. Wicklungsschlitze 243 werden durch benachbarte Zähne gebildet und nehmen die Läuferwicklungen auf. Die Läuferwicklungen 244 umfassen zehn Spulen Cn1 und Cn2, n = 1, ..., 5. Die zehn Spulen bilden fünf Wicklungseinheiten Cn, n = 1, ..., 5, deren jede zwei Spulen umfasst. Eine erste Wicklungseinheit C1 umfasst die Spulen C11 und C12. Eine zweite Wicklungseinheit C2 umfasst die Spulen C21 und C22. Eine dritte Wicklungseinheit C3 umfasst die Spulen C31 und C32. Eine vierte Wicklungseinheit C4 umfasst die Spulen C41 und C42, und eine fünfte Wicklungseinheit C5 umfasst die Spulen C51 und C52. Jede der Spulen einer Wicklungseinheit ist um dieselben Zähne gewickelt und mit demselben Paar von Segmenten elektrisch parallelgeschaltet.
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2a ist eine Schnittansicht des Motors 24. Der Motor hat einen Ständer 25 mit zwei Magnetpolen, die durch zwei bogenförmige Permanentmagnete 251 gebildet werden, die an einer Innenfläche eines Motorgehäuses 252 befestigt sind. Der Kommutator 254 ist ebenfalls dargestellt, im Zustand seiner Befestigung an der Motorwelle 241.
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3 zeigt die erste Wicklungseinheit, die die Spulen C11 und C12 umfasst. Beide Spulen C11 und C12 sind um die Zähne T1 und T2 gewickelt und mit den Segmenten S1 und S2 verbunden. Daher sind die Spulen C11 und C12 elektrisch parallelgeschaltet. Wenn eine der Spulen C11 und C12 offen ist, kann über die andere Spule noch Strom durch die erste Wicklung fließen. Der Motor arbeitet noch, bei einem geringen Leistungsverlust. Aus diesem Grund ist ein Sicherheitsgurtsystem, bei dem der Motor verwendet wird, im Vergleich zu üblichen Sicherheitsgurtsystemen zuverlässiger und sicherer. Eine Spule gilt als offen, wenn der die Spule bildende Draht gebrochen ist, so dass ein Stromfluss von einem Segment zu dem nächsten durch die Spule nicht möglich ist.
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In dieser Ausführungsform umfassen die Läuferwicklungen Wicklungen einer inneren Schicht und Wicklungen einer äußeren Schicht. Die Spulen Cn1, n = 1, ..., 5, sind in der inneren Schicht, die Spulen Cn2, n = 1, ..., 5, hingegen in der äußeren Schicht angeordnet. Das heißt, pro Wicklungseinheit ist eine der beiden Spulen in der inneren Schicht und die andere der beiden Spulen in der äußeren Schicht angeordnet. Beim Wicklungsvorgang werden zuerst die Spulen der inneren Schicht und dann die Spulen der äußeren Schicht gewickelt. Verglichen mit den Spulen der inneren Schicht sind die Spulen der äußeren Schicht weiter von der Mitte des Läuferkerns entfernt. Dies verringert die Wahrscheinlichkeit, dass beide Spulen einer einzelnen Wicklungseinheit gleichzeitig beschädigt werden, da die äußere Schicht einen physischen Schutz für die innere Schicht bildet. Die Läuferwicklungen können mit Hilfe einer Single-Flyer-Wickelmaschine gewickelt werden. Das heißt, die Spulen der inneren Schicht und der äußeren Schicht werden mit einem fortlaufenden Draht gewickelt.
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Wahlweise können die Läuferwicklungen mit einer Dual-Flyer-Wickelmaschine hergestellt werden, die zwei Flyer aufweist, die die Wicklungen gleichzeitig herstellen. Das heißt, die Spulen der inneren Schicht werden mit zwei separaten Drähten gleichzeitig gewickelt, und anschließend werden die Spulen der äußeren Schicht mit den beiden Drähten zur gleichen Zeit gewickelt. Mit anderen Worten: einige der Spulen der inneren Schicht und einige der Spulen der äußeren Schicht werden mit einem fortlaufenden Draht gewickelt. Die verbleibenden Spulen der inneren Schicht und die verbleibenden Spulen der äußeren Schicht werden mit einem weiteren fortlaufenden Draht gewickelt. Allgemein sind die Spulen der inneren Schicht und die Spulen der äußeren Schicht, die mit demselben Draht gewickelt werden, einander gegenüberliegend um die Läuferwelle angeordnet. Das Herstellen der Läuferwicklungen mit zwei Flyern verbessert die Produktionsleistung.
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In dieser Ausführungsform ist die Anzahl von Segmenten gleich der Anzahl von Wicklungseinheiten und auch gleich der Anzahl von Zähnen. Bei dem Wicklungsvorgang der Spulen der inneren Schicht wird der Draht an jedem Segment befestigt. Bei dem Wicklungsvorgang der Spulen der äußeren Schicht wird der Draht wiederum an jedem Segment befestigt.
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Ferner sind in der Umfangsfläche jedes Zahns des Läuferkerns zwei Blindschlitze 35 gebildet. Die Blindschlitze 35 erstrecken sich entlang einer Richtung parallel zur Richtung der Wicklungsschächte, welche in 2 die Richtung parallel zur Achse des Motors ist. Die Blindschlitze unterteilen die Umfangsfläche jedes Zahns in drei Teile. Vibrationen und Geräusche werden durch die Blindschlitze 35 reduziert.
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Verben wie ”umfassen”, ”aufweisen”, ”enthalten” und ”haben” sowie deren Abwandlungen in der Beschreibung und in den Ansprüchen der vorliegenden Anmeldung sind in einem einschließenden Sinne zu verstehen. Sie geben an, dass das genannte Element vorhanden ist, schließen jedoch nicht aus, dass noch weitere Elemente vorhanden sind.
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Wenngleich die Erfindung unter Bezugnahme auf eine oder mehrere bevorzugte Ausführungsformen beschrieben wurde, wird der Fachmann erkennen, dass verschiedenen Modifikationen möglich sind, ohne den Schutzrahmen der Erfindung zu verlassen, der durch die anliegenden Ansprüche definiert ist.
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Zum Beispiel kann jede Wicklungseinheit der Läuferwicklungen mehr als zwei Spulen umfassen, und die Gewindewelle, die in vorliegender Beschreibung die Motorwelle ist, kann als separate Welle ausgebildet sein, die direkt oder über Zahnräder mit der Motorwelle verbunden ist.
