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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gurtaufroller für eine Sicherheitsgurteinrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
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Sicherheitsgurteinrichtungen für Kraftfahrzeuge weisen als Grundbauteile einen Sicherheitsgurt, ein Gurtschloss, einen Endbeschlag zur Befestigung eines Endes des Sicherheitsgurtes am Kraftfahrzeug und einen fahrzeugfest befestigbaren Gurtaufroller mit einer drehbar gelagerten Gurtwelle auf, auf der der Sicherheitsgurt aufwickelbar ist. Auf dem Sicherheitsgurt ist eine Gurtzunge verschiebbar gehalten, welche in dem Gurtschloss verriegelbar ist und im verriegelten Zustand den Sicherheitsgurt in eine Dreipunktgeometrie unterteilt. An dem Gurtaufroller sind ferner zwei Sensoreinrichtungen vorgesehen, welche bei einem Überschreiten einer vorbestimmten Gurtbandauszugsbeschleunigung oder einer vorbestimmten Fahrzeugverzögerung eine die Gurtwelle in Auszugsrichtung blockierende Blockiereinrichtung ansteuern. Ferner können weitere Funktionen wie z.B. eine ELR/ALR-Umschaltmechanik, eine Blockierung der Sensoreinrichtung, welche die Fahrzeugverzögerung sensiert, oder eine Umschaltung einer mehrstufigen Kraftbegrenzungseinrichtung vorgesehen sein, welche jeweils in Abhängigkeit von der Gurtbandauszugslänge geschaltet werden. Hierzu kann eine Sensoreinrichtung vorgesehen werden, welche ein Signal erzeugt, das direkt von dem Drehwinkel der Gurtwelle abhängig ist oder je Umdrehung der Gurtwelle ein Signal erzeugt, welche ein Zählen der Umdrehungen der Gurtwelle ermöglicht.
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Ferner werden moderne Gurtaufroller mit irreversiblen und/oder reversiblen Gurtstraffern versehen, welche bei einer Aktivierung vorhandene Gurtlose aus dem Sicherheitsgurt herausziehen.
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Sofern ein reversibler Gurtstraffer mit einer Antriebseinrichtung in Form eines Elektromotors vorgesehen ist, kann der Elektromotor zusätzlich als Wickelhilfe zum Einziehen des Sicherheitsgurtes in die Parkposition nach dem Abschnallen des Sicherheitsgurtes genutzt werden.
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Auch in diesen Fällen kann die Aktivierung des Elektromotors in Abhängigkeit von einem Signal einer die Drehbewegung der Gurtwelle sensierenden Sensoreinrichtung erfolgen.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2005 042 307 A1 ist ein Gurtaufroller mit einer die Drehbewegung der Gurtwelle sensierenden Sensoreinrichtung bekannt. Die dort beschriebene Sensoreinrichtung umfasst einen an der Gurtwelle befestigen Permanentmagneten und einen an dem Rahmen bzw. einer Gehäuseabdeckung gehaltenen GMR-Sensor. Ein Nachteil dieser Lösung ist darin zu sehen, dass der GMR-Sensor vergleichsweise teuer ist. Ferner ist der Permanentmagnet in verschiedenen Drehwinkelstellungen unterschiedlich weit also auch in größeren Abständen zu dem GMR-Sensor positioniert, so dass das Signal z.B. durch in den Zwischenraum eintretende Partikel gestört und/oder beeinflusst werden kann.
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Aus der
DE 43 14 176 A1 ist ein weiterer Gurtaufroller bekannt, bei dem der Drehwinkel über eine berührungslose, kostengünstigere induktive Abtasteinrichtung ermittelt wird. Der genaue Aufbau der Abtasteinrichtung ist nicht beschrieben.
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Ferner ist aus der
DE 199 22 720 A1 ein Gurtaufroller mit einem optisch oder magnetisch ausgebildeten Inkrementalgeber bekannt, welcher die Drehbewegung der Gurtwelle detektiert.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2006 032 066 A1 ist es ferner bekannt, die Drehbewegung der Gurtwelle mittels eines an einem Zahnrad angeordneten Magneten zu detektieren.
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Weiter ist aus der Druckschrift
WO 85 / 04 628 A1 ein Gurtaufroller bekannt, bei dem die Drehbewegung der Gurtwelle mittels einer mit Markierungen versehenen Scheibe detektiert wird. Die Markierungen sind in Form von in zwei Ringen angeordneten radial gerichteten Strichen ausgebildet, wobei die Abstände der Striche in den beiden Ringen unterschiedlich sind und dadurch eine erhöhte Auflösung des detektierten Drehwinkels ermöglichen.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen kostengünstigen Gurtaufroller für eine Sicherheitsgurteinrichtung mit einer den Drehwinkel der Gurtwelle berührungslos und induktiv detektierenden Sensoreinrichtung bereitzustellen, welche ein zuverlässiges Signal mit einer möglichst hohen Auflösung in Bezug zu dem Drehwinkel liefern soll.
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Zur Lösung der Aufgabe wird ein Gurtaufroller mit den Merkmalen von Anspruch 1 vorgeschlagen. Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind den Unteransprüchen, der Beschreibung und den zugehörigen Figuren zu entnehmen.
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Gemäß dem Grundgedanken der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Induktionsgeber derart geformt ist, dass die von der Sensoreinrichtung überdeckte Fläche des Induktionsgebers abhängig von dem Drehwinkel der Gurtwelle ist. Die überdeckte, sich ändernde Fläche des Induktionsgebers ist dabei die Fläche des Induktionsgebers, welche die sich ändernde Induktion in der Sensoreinrichtung bewirkt. In der einfachsten Ausführung des Induktionsgebers mit einer metallischen Oberfläche wäre dies die freie metallische Oberfläche, welche der Sensoreinrichtung gegenübersteht und damit bei einer Bewegung die Änderung der Induktion in der Sensoreinrichtung zur Folge hat. Durch die vorgeschlagene Lösung erzeugt die Sensoreinrichtung durch die sich verändernde Überdeckung und die damit verbundene sich ändernde Induktion ein sich abhängig von dem Drehwinkel der Gurtwelle veränderndes Signal. Durch dieses sich verändernde Signal kann die Gurtbandauszugslänge durch eine entsprechende Auswertung des Signals ermittelt werden, wobei durch ausgeprägte Spitzen bedingt durch Sprünge in der überdeckten Fläche des metallischen Ringes zusätzlich Signalspitzen erzeugt werden können, welche durch eine Zähleinrichtung in der Auswerteeinheit auch eine Ermittlung der Anzahl der Umdrehungen ermöglichen.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass der Induktionsgeber der Gurtwelle zugeordnet ist, und die Sensoreinrichtung an dem Rahmen oder einem rahmenfesten Teil gehalten ist. Durch die rahmenfeste Anordnung der Sensoreinrichtung ist die elektrische Kontaktierung der Sensoreinrichtung einfacher. Außerdem wird die Bewegung der Gurtwelle unmittelbar durch die Bewegung des Induktionsgebers abgebildet, und bildet damit unmittelbar die Ursache für die Änderung der Induktion und der damit verbundenen Signaländerung.
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Ferner kann der Induktionsgeber über ein die Drehbewegung der Gurtwelle in eine langsamere Drehbewegung untersetzendes Getriebe mit der Gurtwelle gekoppelt sein. Der Induktionsgeber führt dadurch eine langsamere Drehbewegung als die Gurtwelle aus, wodurch die Signalerzeugung und die damit verbundene Auswertung vereinfacht werden kann. Ferner unterliegt der Induktionsgeber geringeren Beschleunigungen z.B. bei einer sehr schnellen Änderung der Gurtbandauszugsgeschwindigkeit. Sofern die Drehbewegung soweit untersetzt ist, dass der Induktionsgeber keine oder nur eine Umdrehung um die Drehachse der Gurtwelle während der maximal anzunehmenden Gurtbandauszugsbewegung ausführt, kann ferner aus dem Signal unmittelbar die Auszugslänge ermittelt werden, ohne dass die Anzahl der Umdrehungen der Gurtwelle berücksichtigt werden muss.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass das Getriebe den Induktionsgeber zu einer Taumelbewegung aus einer Kombination aus einer Umfangs- und einer periodischen Radialbewegung antreibt. Der Induktionsgeber führt damit eine Kombination aus einer Umfangs- und einer Radialbewegung zu der Sensoreinrichtung aus. Das erzeugte Signal ist damit nicht nur von der reinen Drehbewegung des Induktionsgebers abhängig, sondern zusätzlich auch von der periodischen Radialbewegung, wodurch insbesondere der Einfluss der sich verändernden Breite des Induktionsgebers in Radialrichtung einen größeren Einfluss auf das zu erzeugende Signal hat.
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Eine konstruktiv besonders einfache Umsetzung des Untersetzungsgetriebes kann dadurch verwirklicht sein, indem das untersetzende Getriebe ein von der Gurtwelle über einen Exzenter angetriebenes Zahnrad umfasst, welches sich an einer gegenüber dem Rahmen festen Ringverzahnung abwälzt, wobei das Zahnrad einen kleineren Außendurchmesser als der Innendurchmesser der Ringverzahnung aufweist, und das Zahnrad eine geringere Anzahl von Zähnen als die Ringverzahnung aufweist. Das Untersetzungsgetriebe umfasst damit lediglich zwei Zahnräder und eine exzentrische Verbindung des einen Zahnrades mit der Gurtwelle, welches dann beim Umlaufen auch die Taumelbewegung ausführt. Ferner kann durch die vorgeschlagene Lösung die Kombination der Drehbewegung und der Radialbewegung des Induktionsgebers besonders einfach verwirklicht werden.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass der Induktionsgeber durch einen konzentrisch zu einer Drehachse der Gurtwelle angeordneten metallischen Ring mit einer sich in Umfangsrichtung verändernden Breite in Radialrichtung ausgebildet ist. Durch die Formgebung des Induktionsgebers als Ring ist dieser in der Form an die Drehbewegung der Gurtwelle angepasst, während die sich verändernde Fläche des Induktionsgebers allein durch die sich verändernde Breite in Radialrichtung verwirklicht ist.
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Dabei kann die Breite des Induktionsgebers bevorzugt kontinuierlich zu- oder abnehmen, was ein sich kontinuierlich änderndes Signal der Sensoreinrichtung zur Folge hat. Da der Induktionsgeber ringförmig ausgebildet ist, ergibt sich dadurch an einer Stelle des Induktionsgebers im Übergang eine sprungartig verändernde Induktionsfläche, welche eine sprungartige Veränderung des Signals der Sensoreinrichtung zur Folge hat. Anhand dieser sprungartigen Veränderung des Signals kann die Anzahl der Umdrehungen der Gurtwelle durch eine entsprechende Signalauswertung ermittelt werden.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass die Sensoreinrichtung in einem Abstand zu der Drehachse der Gurtwelle angeordnet ist, welcher dem mittleren Radius des metallischen Ringes entspricht. Durch die vorgeschlagene Anordnung kann sichergestellt werden, dass die Sensoreinrichtung während der gesamten Umdrehung der Gurtwelle dem Induktionsgeber gegenüberliegt, wodurch eine Änderung der Induktivität durch den Induktionsgeber während der gesamten Drehbewegung bewirkt wird. Die Sensoreinrichtung ist insbesondere mit dem Zentrum ihrer Sensorfläche dem mittleren Radius gegenüberliegend also in einem axialen Abstand angeordnet.
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Dabei ist der metallische Ring bevorzugt mit dem Zahnrad des Untersetzungsgetriebes gekoppelt und führt dadurch eine durch die Drehbewegung des Zahnrades angetriebene Drehbewegung aus.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Dabei zeigt
- 1 einen erfindungsgemäßen Gurtaufroller in Explosionsdarstellung; und
- 2 und 3 den erfindungsgemäßen Gurtaufroller in verschiedenen Perspektiven in Sicht auf die Sensoreinrichtung und den Induktionsgeber; und
- 4 eine bespielhafte Signalkurve der Sensoreinrichtung während der Drehbewegung der Gurtwelle.
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In der 1 ist eine Gurtwelle 1 eines erfindungsgemäßen Gurtaufrollers zu erkennen, welche in einem nicht dargestellten, fahrzeugfest befestigbaren Rahmen drehbar gelagert ist, und auf der ein ebenfalls nicht dargestellter Sicherheitsgurt aufwickelbar ist. Ferner ist die Gurtwelle 1 mittels einer ebenfalls nicht dargestellten Blockiereinrichtung in Auszugsrichtung blockierbar, die ihrerseits von einer nicht dargestellten fahrzeugsensitiven und einer nicht dargestellten gurtbandsensitiven Sensoreinrichtung ansteuerbar ist. Außerdem ist die Gurtwelle 1 über eine ebenfalls nicht dargestellte, sich am Rahmen abstützende Triebfeder in Aufwickelrichtung federvorgespannt, so dass der Sicherheitsgurt beim Abschnallvorgang selbsttätig in die Parkposition aufgewickelt wird.
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Erfindungsgemäß ist an dem Gurtaufroller eine dem Rahmen zugeordnete also als fahrzeugfest anzusehende induktive Sensoreinrichtung 3 und ein der Gurtwelle 1 zugeordneter Induktionsgeber 4 vorgesehen. Die induktive Sensoreinrichtung 3 ist so positioniert, dass sie dem Induktionsgeber 4 axial gegenübersteht und dadurch hinsichtlich ihrer Induktivität von dem Induktionsgeber 4 beeinflusst wird. Der Induktionsgeber 4 ist in einer formkorrespondierenden Aufnahme 10 einer Trägerplatte 5 angeordnet, welche in einer drehfesten Verbindung mit einem Zahnrad 6 steht. Dazu weist die Trägerplatte 5 mehrere Öffnungen 11 auf, in welche das Zahnrad 6 mit vorstehenden Stiften 12 eingreift. Das Zahnrad 6 ist exzentrisch und drehbar auf einem Zapfen der Gurtwelle 1 gelagert, so dass es während der Drehbewegung der Gurtwelle 1 zu einer umlaufenden Drehbewegung um die Drehachse der Gurtwelle 1 angetrieben wird. Ferner greift das Zahnrad 6 mit seiner Außenverzahnung 9 in eine feststehende Innenverzahnung 8 einer an dem Rahmen befestigten Gehäusekappe 2 ein. Die Innverzahnung 8 weist einen größeren Innendurchmesser als der Außendurchmesser des Zahnrades 6 auf, so dass das Zahnrad 6 in der Innenverzahnung 8 angeordnet ist. Ferner weist das Zahnrad 6 eine geringere Anzahl von Zähnen als die Innenverzahnung 8 auf, so dass das Zahnrad 6 beim Umlaufen in der Innenverzahnung 8 abrollt und eine gegenüber der Drehbewegung der Gurtwelle 1 in eine kleinere Drehzahl untersetzte Drehbewegung ausführt. Dieser Drehbewegung in Umfangsrichtung wird durch die exzentrische Ankopplung an die Gurtwelle 1 gleichzeitig eine Bewegung in Radialrichtung überlagert, so dass das Zahnrad 6 eine Taumelbewegung in Form einer Drehbewegung mit einer Umfangs- und einer Radialkomponente ausführt.
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Der Induktionsgeber 4 ist in Form eines metallischen Ringes ausgebildet und so ausgerichtet, dass er mit seinem mittleren Radius axial vor der Sensoreinrichtung 3 angeordnet ist. Der Induktionsgeber 4 weist ferner eine in Umfangsrichtung im Uhrzeigersinn kontinuierlich abnehmende Breite in Radialrichtung auf. Da der Induktionsgeber 4 fest auf der Trägerplatte 5 gehalten ist, und die Trägerplatte 5 ihrerseits drehfest mit dem Zahnrad 6 verbunden ist, führt der Induktionsgeber 4 dieselbe Bewegung wie das Zahnrad 6 aus, nämlich eine Drehbewegung mit einer überlagerten periodischen Radialbewegung. Aufgrund dieser Dreh- und Radialbewegung des Induktionsgebers 4 und aufgrund seiner im Uhrzeigersinn abnehmenden Breite in Radialrichtung ändert sich die der Sensoreinrichtung 3 axial gegenüberstehende freie Oberfläche des Induktionsgebers 4, was wieder zu einer in der 4 zu erkennenden Signalkurve der Sensoreinrichtung 3 führt. Die Signalkurve der Sensoreinrichtung 3 ist gekennzeichnet durch eine kontinuierliche Abnahme bis zu einem sprungartigen Anstieg des gemittelten Signals und einer periodischen Schwankung oder Schwingung des Signals um den gemittelten Wert mit einer kontinuierlich abnehmenden Amplitude, welche dann ebenfalls wieder sprungartig ansteigt. Die Abnahme des Mittelwertes und der sprungartige Anstieg des gemittelten Signals ist auf die kontinuierlich abnehmende Breite und den sprungartigen Anstieg der Breite des metallischen Ringes nach einer vollen Umdrehung des Induktionsgebers 4 zurückzuführen. Die periodische Schwankung des Signals hingegen ist auf die von dem Induktionsgeber 4 ausgeführte Radialbewegung zurückzuführen. Da die Breite des Induktionsgebers 4 erfindungsgemäß abnimmt, verringert sich auch die durch die Radialbewegung des Induktionsgebers 4 verursachte Veränderung der die Induktion der Sensoreinrichtung 3 beeinflussenden Oberfläche des Induktionsgebers 4, so dass auch die Amplitude des Signals abnimmt.
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Die erfindungsgemäß ausgebildete Sensoreinrichtung 3 mit dem dazugehörigen Induktionsgeber 4 ermöglicht damit einen unmittelbaren Rückschluss auf den Drehwinkel der Gurtwelle 1. Die Sprungstellen in der Signalkurve ermöglichen weiter einen Rückschluss darauf, wann der Induktionsgeber 4 bzw. das damit verbundene Zahnrad 6 genau eine Umdrehung ausgeführt haben.
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Das Zahnrad 6 bildet ein Untersetzungsgetriebe, dessen Untersetzungsverhältnis durch das Verhältnis der Anzahl der Zähne der Außenverzahnung 9 des Zahnrades 6 zu der Anzahl der Zähne der Innenverzahnung 8 der Gehäusekappe 2 vorgegeben ist. In Kenntnis des Untersetzungsverhältnis kann durch eine Signalauswertung insbesondere durch eine Auswertung der Anzahl der sprungartigen Signalveränderungen ein Rückschluss auf die ausgezogene Gurtbandauszugslänge gezogen werden. Sofern die Drehbewegung der Gurtwelle 1 soweit untersetzt ist, dass das Zahnrad 6 auch über die maximale Gurtbandauszugslänge keine vollständige Umdrehung ausführt, kann die Gurtbandauszugslänge unmittelbar aus dem Signal ohne eine Berücksichtigung der Sprungstelle in dem Signal ermittelt werden.
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In den 2 und 3 ist die Sensoreinrichtung 3 zu erkennen, welche mit ihrer Stirnseite bzw. ihrer Sensorfläche dem Induktionsgeber 4 axial gegenüberliegt. Für den Fall, dass die Gurtwelle 1 in dieser Stellung in Auszugsrichtung dreht, also bei einem Gurtbandauszug, dreht der Induktionsgeber 4 entgegen dem Uhrzeigersinn und führt dabei gleichzeitig eine periodische Bewegung in Radialrichtung aus. Diese Bewegung wird durch das umlaufende und taumelnde Zahnrad 6 erzwungen, welches in der 3 zu erkennen ist.
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Die Erfindung würde anhand eines Induktionsgebers 4 in Form eines metallischen Ringes mit einer abnehmenden Breite und einem sprungartigen Anstieg der Breite bei der Drehung der Gurtwelle 1 in Gurtbandauszugsrichtung beschrieben. Es ist aber auch denkbar, den Induktionsgeber 4 mit einer zunehmenden Fläche oder auch mit ausgewiesenen Stufen der überdeckten Fläche zu versehen und somit ein gestuftes Signal oder ein Signal mit einem anderen Verlauf zu erzeugen, wodurch die Auflösung des zu ermittelnden Drehwinkels erhöht werden kann. Der Induktionsgeber 4 dient hier allein der Signalerzeugung bzw. der Signalveränderung in der Sensoreinrichtung 3 und kann damit aus einem für die Signalveränderung optimierten Werkstoff hergestellt sein. Ferner kann er dadurch in seiner Form und Anordnung optimiert werden, da weitere Funktionen nicht berücksichtigt werden müssen.
