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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gurtschloss für einen Sicherheitsgurt
mit einer im Gurtschloss integrierten Vorrichtung zur Bestimmung der Spannung
des Sicherheitsgurtes im Bereich von 0 N bis ca. 300 N.
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Es ist allgemein bekannt, dass das Auslösen des Beifahrerairbags in einem
Automobil für die auf dem Beifahrersitz des Fahrzeugs in einem rückwärts
gerichteten Kindersitz untergebrachten Kleinkinder höchst gefährlich, ja sogar
tödlich sein kann. Überhaupt gibt es Situationen, in denen eine Aktivierung des
Beifahrerairbags überflüssig ist, z. B. wenn der Beifahrersitz gar nicht mit einer
Person besetzt ist, sondern auf ihm irgendein Gegenstand, z. B. ein Gepäckstück,
abgelegt ist und dieses mit dem Sicherheitsgurt festgegurtet ist. Um solche
Situationen zu erkennen, in denen der Beifahrerairbag deaktiviert werden sollte, gibt
es bereits bekannte Systeme und Vorrichtungen. Sehr aufwändig sind
Bildverarbeitungssysteme, die erkennen können, ob der Beifahrersitz mit einem Kindersitz
oder einer Person oder einem Gegenstand belegt ist und welchen Abstand die
Person oder der Gegenstand vom Beifahrerairbag hat, so dass bei kritischen
Belegungsarten der Airbag deaktiviert werden kann.
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Eine andere Vorrichtung zur Sitzbelegungserkennung besteht aus einer im
Beifahrersitz integrierten Matte, die in Abhängigkeit von einer Kraft- oder
Druckeinwirkung aufgrund einer auf dem Sitz sitzenden Person ihnen elektrischen
Widerstand bzw. ihre Kapazität ändert. Diese Matte hat also die Funktion eines
Gewichtssensors, um festzustellen, ob der Sitz mit einer erwachsenen Person oder
einem Kind belegt ist. Mit Hilfe der Gewichtssensoren kann also das Verhalten des
Airbagsystems gesteuert und für den jeweiligen Insassen angepasst für den Fall
einer Kollision bzw. eines Aufpralls (Crash) optimiert werden.
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Durch die Montage eines Kindersitzes auf dem Beifahrersitz, der mit dem
Sicherheitsgurt festgegurtet ist, kann es jedoch zu einer Fehlinformation der
Gewichtssensoren an das Airbagsystem kommen, da durch das Festziehen des
Gurtes ein falsches Gewicht am Beifahrersitz vorgetäuscht werden kann. Bei
einem Crash wäre auf Grund der Gewichtsinformation des Gewichtssensors das
Beifahrerairbagsystem nicht deaktiviert und könnte beim Auslösen das im
Kindersitz befindliche Kind gefährden.
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Die übliche Spannkraft eines angelegten Sicherheitsgurtes liegt im Bereich
von weniger als 50 N. Wird jedoch ein Kindersitz mit dem Gurt befestigt, so liegt
die Spannkraft des Gurtes durch das Festziehen bis zum Anschlag des Gurtes
über 50 N. Zur Beurteilung, ob nun eine Person auf dem Beifahrersitz sitzt oder
ein Kindersitz darauf mit dem Gurt festgeschnallt ist, kann daher zusätzlich zu den
erwähnten Gewichtssensoren die Messung der Spannkraft des Sicherheitsgurtes
mit einbezogen werden.
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Es sind bereits verschiedene Messanordnungen zur Bestimmung der
Spannkraft eines Sicherheitsgurtes bekannt, bei denen der Kraftsensor entweder
im Gurtbereich, zum Beispiel in Form eines Dehnmess-Streifens (DMS),
angeordnet ist. Untersuchungen haben jedoch gezeigt, dass durch die Reibung
des Gurtes an der Kleidung der Ort der Messung der Spannkraft des
Sicherheitsgurtes einen starken Einfluss hat. Die besten Resultate werden erzielt,
wenn die Messung im Bereich des Gurtschlosses erfolgt.
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Die vorliegende Erfindung stellt sich zur Aufgabe, ein Gurtschloss mit einer
im Gurtschloss integrierten Vorrichtung zur Bestimmung der Spannkraft des
Sicherheitsgurts anzugeben, welche eine Messung der Spannkraft im niedrigen
Bereich zwischen 0 N und etwa 300 N erlaubt, die einfach aufgebaut ist, leicht
einbaubar ist und aus kostengünstigen Elementen besteht.
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Diese Aufgabe wird gelöst von einem Gurtschloss mit Gurtzunge für einen
Sicherheitsgurt mit integrierter Zugkraftmessung, das Gurtschloss bestehend aus
einem Gehäuse und darin untergebrachtem Schlosskörper mit
Verriegelungsmechanismus, wobei ein Verriegelungselement des Mechanismus
im verriegelten Zustand der Gurtzunge infolge der Toleranz bei der Herstellung
der Teile des Verriegelungsmechanismus unausweichlich wenig Spiel in seinen
Lagern aufweist, wobei das Gurtschloss dadurch ausgezeichnet ist, dass zum
Schliessen dieses Spiels eine Feder im Schlosskörper eingebaut ist, welche
dieses Verriegelungselement gegen die Bewegung, welche es infolge von auf die
Gurtzunge wirkender Zugkraft ausführt, beaufschlägt, und dass Mittel zum
Detektieren des Verschiebeweges dieses Verriegelungselementes in den Grenzen
seines Spiels im Lager vorhanden sind, sodass mit der Bestimmung dieses
Verschiebeweges die an der Gurtzunge wirkende Spannkraft im Bereich von 0 N
bis 300 N messbar ist.
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Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, das Spiel des
Verriegelungselementes im Lager des Schlosskörpers des Gurtschlosses als Messgrösse zu
nutzen. Mit einer Feder mit bekannter Federkraft, welche gegen die auf die
Gurtzunge wirkende Zugkraft wirkt, und die dadurch das vorhandene Spiel
schliesst, und einem Sensor, der die Lageveränderung des Gurtschlosses in
Bezug zum Schlosskörper gegen die wirkende Federkraft ermittelt, wird ein zur
Zugkraft proportionales Signal geliefert. Der ermittelte Wert der Zugkraft dient
zusätzlich zu den Gewichtssensoren zur Steuerung des Verhaltens eines
Airbagsystems, um dieses Verhalten im Falle eines Aufpralls zu optimieren.
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Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung,
welche ein Ausführungsbeispiel schematisch darstellt, näher erläutert.
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Die Figur zeigt ein schematisch dargestelltes Gurtschloss ohne Gehäuse von
oben gesehen. Ein Gurtschloss 1 besteht in allgemein aus einem Schlosskörper 3,
einem Verriegelungselement 4, einer Verriegelungsfeder 12 und einer
Entriegelungstaste, die hier nicht gezeichnet ist. Das Verriegelungselement 4 ist
mit den Zapfen 8, 9 im Lager 6 des Schlosskörpers schwenkbar gelagert und kann
in Richtung der eingezeichneten Pfeile verschoben werden. Wird die Gurtzunge 2
in das Gurtschloss 1 gedrückt, so schnappt durch den Druck der
Verriegelungsfeder 12 das Verriegelungselement 4 in eine Ausnehmung 14 in der
Gurtzunge 2 nach unten. Da das Verriegelungselement 4 im Bereich 15 der
Ausnehmung 14 der Gurtzunge 2 senkrecht nach unten gebogen ist und eine Art
Haken bildet, hakt das Verriegelungselement 4 in die Ausnehmung 14 der
Gurtzunge ein und hält diese auf Zug fest. Durch Drücken der Entriegelungstaste
wird mit dem Stift 13 das Verriegelungselement 4 angehoben, wodurch der Haken
des Verriegelungselementes 4 die Gurtzunge 2 wieder frei gibt.
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Die Lager 6 für das Verriegelungselement 4 sind durch Ausnehmungen in
den Seitenwänden des Schlosskörpers 3 gebildet und weisen eine grössere lichte
Weite auf als die darin gelagerten Zapfen 8, 9 des Verriegelungselementes. Dieses
Spiel 16 ist einerseits aufgrund von unvermeidlichen Toleranzen
herstellungsbedingt und andererseits für den Zusammenbau auch notwendig. Zur
Unterdrückung von unerwünschten Klappergeräuschen, die durch Vibrationen des
Verriegelungselementes 4 im Lager 6 erzeugt würden, ist eine Feder 7
vorgesehen, die das Verriegelungselement 4 ständig gegen das Lager 6 drückt
und dadurch das Spiel 16 schliesst. Die Federkraft der Feder 7 wirkt in
entgegengesetzter Richtung zur Zugkraft des Gurtes. In der Zeichnung wirkt die
Zugkraft des Gurtes bei eingesteckter Gurtzunge 2 von links nach rechts, d. h. die
Feder 7 zieht im gezeigten Beispiel das Verriegelungselement 4 von rechts nach
links. Ist das Verriegelungselement 4 nicht zugbelastet, kommen die Zapfen 8, 9 in
die hinterste Position im Lager 6 zu liegen. Wenn die Gurtzunge 2 im Gurtschloss
1 eingerastet ist und eine Zugkraft auf den Gurt wirkt, so wird das
Verriegelungselement 4 mit dieser Kraft beaufschlagt. Diese Kraft wirkt der
Federkraft der Feder 7 entgegen. Die maximale Dehnung oder Kompression - je
nach Wahl der Feder - ist durch das Spiet der Zapfen 8, 9 im Lager 6 vorgegeben.
Je nach Wahl der Federkonstanten der verwendeten Feder 7 und dem
vorgegebenen Bewegungsbereich der Zapfen 8, 9 kann so ein Bereich gewählt
werden, in dem das Verriegelungselement 4 elastisch mit kontrollierter Kraft
verschiebbar ist. Um eine zerstörende Deformation der Zapfen 8, 9, und somit eine
Überbelastung der Lager 6 zu verhindern, ist ein Überlastschutz im Gurtschloss
eingebaut. Zu diesem Zweck sind am Verriegelungselement zwei Oberlastzapfen
10 angeformt, die in Ausnehmungen 11 in den Seitenwänden des Schlosskörpers
eingreifen. Die Ausnehmungen 11 sind so gewählt, dass die Überlastzapfen 10
ihre vorderste Position erreichen und somit ein weiteres Verschieben des
Verriegelungselementes 4 nach vorne verunmöglichen, nachdem die Zapfen 8, 9
die vorderste Position im Lager 6 erreichen.
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Die Bewegung des Verriegelungselementes 4 innerhalb des Spieles der
Zapfen 8, 9 im Lager 6 wird von einem Sensor 5 registriert. Im gezeichneten
Beispiel ist der Sensor 5 am Schlosskörper 3 neben dem Lager 6 angeordnet.
Dieser Sensor 5 generiert ein Signal in Abhängigkeit der Position des Zapfens 9.
Für diese Anordnung ist der Zapfen 9 länger ausgebildet, sodass er aus dem
Schlosskörper 3 herausragt. Als Sensor hat sich eine Gabellichtschranke bestens
bewährt. Die Gabellichtschranke ist so angeordnet, dass der Lichtstrahl senkrecht
zur Zeichenblattebene verläuft. Sobald die Gurtzunge 2 im Gurtschloss 1 steckt
und eine Zugkraft auf den Gurt ausgeübt wird, wird das Verriegelungselement 4
gegen die Federkraft der Feder 7 in der Zeichnung nach rechts gezogen. Der
Zapfen 9 unterbricht den Lichtstrahl und die Gabellichtschranke generiert ein
entsprechendes Signal. Sobald der Zapfen 9 seine vorderste Position im Lager 6
erreicht hat, ist der Lichtstrahl maximal unterbrochen. Wird eine Feder 7 gewählt,
bei der zum Beispiel bei einer Spannkraft von 50 N oder von 100 N das
Verriegelungselement 4 gerade am vorderen Ende des Lagers 6 zu liegen kommt,
so weiss man, dass am Gurt eine Spannkraft wirkt, die grösser oder gleich 50 N
bzw. grösser oder gleich 100 N ist. Diese Information kann nun, wie eingangs
erwähnt, zur Steuerung und Optimierung des Airbagsystems mit einbezogen
werden.
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Dieser Sensor liefert auch bei einer Überlast am Sicherheitsgurt eine
korrekte Information, da der Überlastschutz, der durch die Zapfen 10 und die
Ausnehmungen 11 im Schlosskörper 3 gebildet ist, eine Deformation des Zapfen 9
verhindert und das Generieren eines falsch zu interpretierenden Signals
vermieden wird.
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Die vorgängig beschriebene Ausführung des Gurtschlosses mit integrierter
Zugkraftmessung generiert zunächst nur ein Signal, das darüber Aufschluss gibt,
ob die Zugkraft am Gurt über oder unter einem bestimmten Wert liegt, d. h. ob der
Lichtstrahl der Gabellichtschranke entsprechend einem vorgegebenen Wert
unterbrochen ist oder nicht. In einer Weiterbildung des erfindungsgemässen
Gurtschlosses wird die ändernde Intensität des Lichtstrahls der
Gabellichtschranke berücksichtigt. Mit zunehmender Zugkraft an der Gurtzunge 2
wird der im Lager 6 gelagerte Zapfen 9 in den Lichtstrahl geschoben, wodurch die
Lichtintensität, die vom Lichtsender zum Lichtempfänger der Lichtschranke
gelangt, kontinuierlich reduziert, bis schliesslich der Lichtstrahl maximal
unterbrochen ist. Da das Ausgangssignal der Lichtschranke von der Intensität des
empfangenen Lichtes abhängt, erhält man so einen Referenzwert für die Zugkraft,
der in einer nachfolgenden Auswerteelektronik und Auswertelogik
weiterverarbeitet werden kann.
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Zum Detektieren des Verschiebeweges des Verriegelungselementes 4
können auch Reflexionslichtschranken eingesetzt werden, die dann den Weg bzw.
die Bewegung des Verriegelungselementes 4 innerhalb des Spieles des Zapfens
8, 9 im Lager 6 ermitteln. Ein weiterer möglicher Sensor ist ein Magnetfeldsensor,
der die Verschiebung eines Magneten, der mit dem Verriegelungselement 4
verbunden ist, misst und daraus auf die wirkende Zugkraft schliessen lässt.
Ausserdem können die Lageänderungen des Verriegelungselementes 4 auch
mechanisch z. B. mit einem Dehnungsmessstreifen (DMS) bestimmt werden. Eine
weitere Möglichkeit der Bestimmung der auf das Verriegelungselement wirkenden
Zugkraft ist der Einsatz eines handelsüblichen Druck- oder Kraftsensors.
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Der Vorteil der Gabellichtschranke liegt in der Zuverlässigkeit im Betrieb,
das heisst, dass das verwendete Element relativ unempfindlich gegen
Verschmutzung ist. Ausserdem sind diese Bauelemente sehr kostengünstig und
einfach zu handhaben.
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Die beschriebenen Sensoren liefern Ausgangssignale, die zu einer
Auswerteelektronik im Fahrzeug gelangen und dort weiter logisch verarbeitet
werden. Eine weitere Ausführung des Gurtschloss mit integrierter
Zugkraftmessung beinhaltet eine Auswerteelektronik, die ebenfalls im Gurtschloss
mit integriert ist. Diese Auswerteelektronik kann verschiedene Aufgaben lösen. So
kann als Speicherelement etwa ein programmierbarer Speicher z. B. ein EEPROM
(EPROM, PROM) eingesetzt werden, in dem Abgleichparameter gespeichert sind,
sodass man an seinem Ausgang bereits genormte Werte erhält. Beim Montieren
(Aufklipsen) der Baugruppe mit diesem integrierten Sensor 5 und seiner Elektronik
zur Bestimmung der Lage des Verriegelungselementes im Rahmen des
Zusammenbaus des Gurtschlosses wird der Sensor gleich positioniert.
Anschliessend wird mit genormter Zugbelastung die eingebaute Feder 7 und der
Sensor 5 entsprechend abgeglichen und die Werte werden im Speicher der
Baugruppe abgelegt. Die nachfolgende Elektronik im Fahrzeug erhält so bereits
aufbereitete Informationen über die Zugkraft am Sicherheitsgurt für die weitere
logische Verarbeitung zur Airbagsteuerung. Die Auswerteelektronik kann auch
eine Schnittstelle beinhalten, um die Daten seriell an die Nachfolgelogik zu
übermitteln.
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Für das erfindungsgemässe Gurtschloss 1 mit integrierter
Zugkraftmessung können die Mittel 5 zum Detektieren des Verschiebeweges des
Verriegelungselementes 4 entweder analoge Signale generieren oder eine
Auswerteelektronik beinhalten, die Einzelwerte oder Wertebereiche für die am
Sicherheitsgurt wirkende Zugkraft liefern. Damit ist es möglich, die Spannkraft des
Gurtes in Schritten oder auch als Grenzwerte im Bereich von 0 N bis etwa 300 N
zu ermitteln.