DE10322699A1

DE10322699A1 - Kraftmesseinheit zur Messung einer an einem Gurtschloss wirkenden Gurtzugkraft

Info

Publication number: DE10322699A1
Application number: DE10322699A
Authority: DE
Inventors: Johannes Dr. Ante; Dorin Diaconu; Leif Reinhold
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2002-07-16
Filing date: 2003-05-20
Publication date: 2004-02-26
Anticipated expiration: 2023-05-21
Also published as: US20040036269A1; DE10322699B4; RO120766B1; US7000488B2

Abstract

Kraftmesseinheit (1) zur Messung einer an einem Gurtschloss (2) wirkenden Gurtzugkraft, enthaltend ein Gehäuse (4) mit einer in einer Stirnseite (7) ausgebildeten Öffnung (6), einem in dem Gehäuse (4) bewegbar angeordneten Anker (5), der die Öffnung (6) mit einer Lasche (8) durchragt und einen Anschlag (9) aufweist, der die Bewegbarkeit der Lasche (8) aus dem Gehäuse (4) gegen eine elastische Abstützung begrenzt, mit einem Sensor (18) zur Erfassung der Position des bewegbaren Ankers (5), wobei das Gehäuse (4) zwischen dem Gurtschloss (2) und einer Verankerung anbringbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die elastische Abstützung über eine Biegefeder (12) erfolgt, die sich an dem Anker und beidseitig des Ankers (5) abstützt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftmesseinheit zur Messung einer an einem Gurtschloss wirkenden Gurtzugkraft.

Für einen verbesserten Insassenschutz im PKW ist es erforderlich, dass die Gurtkraft der angeschnallten Person gemessen wird. Die Daten werden verarbeitet und während eines Unfalls zur Berechnung der optimalen Zündung von Gurtstraffern und Airbags verwendet.

Die Messeinrichtung sollte daher Gurtkräfte im Bereich 0-150 Newton mit einer Genauigkeit von circa +/– 2,5 % messen. Im normalen Betrieb können Gurtkräfte bis 10.000 N auftreten. Diese dürfen nicht zur Beschädigung der Messeinrichtung oder des Gurtschlosses führen. Die Gurtkraft kann während eines Unfalls bis zu 20.000 N ansteigen. In diesem Fall dürfen sich das Gurtschloss und die Messeinrichtung bleibend verformen, aber nicht versagen.

Ein bewährtes Prinzip zur Kraftmessung ist die Wegmessung an einem kraftbeaufschlagten, federnden Element (zum Beispiel Biegefeder, Torsionsfeder, Schraubenfeder). Eine Überlast kann hier leicht abgefangen werden, indem das federnde Element ab einem konstruktiv festgelegtem Weg oder Winkel an einen mechanischen Anschlag läuft (Stufe, Kante).

Die US 6,230,088 B1 offenbart eine zwischen einem Gurtschloss und einer mit der Fahrzeugkarosserie verbundenen Verankerung angeordnete Kraftmesseinheit gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Diese bereits bekannte Kraftmesseinheit zur Messung einer Gurtkraft ist jedoch kompliziert aufgebaut und schwer zu montieren.

Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer in ihrem Aufbau einfachen und leicht zu montierenden Kraftmesseinheit, die eine hinreichende Genauigkeit bei der Messung geringer Kräfte aufweist.

Die Lösung der gestellten Aufgabe ist dem Patentanspruch 1 zu entnehmen. Die Unteransprüche sind auf vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gerichtet.

Mit den Merkmalen der Ansprüche 1 bis 5 wird eine Kraftmesseinheit geschaffen, die mit Standard-Bauteilen realisierbar und leicht zu montieren ist. Eine Biegefeder ist ein einfaches Bauteil, das bei Verbiegung innerhalb des elastischen Bereichs gut reproduzierbare Werte liefert. Insbesondere die Ausführungsform gemäß Anspruch 2, bei dem die Biegefeder durch zwei, vorteilhafterweise einteilig mit dem Anker ausgebildete Arme gebildet ist, ist besonders kostengünstig herstellbar. Ferner kann nach einem Unfall leicht erkannt werden, ob der Sensor einen erwartungsgemäßen Nullpunkt aufweist, und folglich nicht ausgetauscht werden muss, was Reparaturkosten spart. Ist der Nullpunkt verschoben, das heißt ohne Kraftbeaufschlagung wird beispielsweise ein Wert von mehr als 5 N gemessen, muss die Kraftmesseinheit ausgetauscht werden.

Mit den Merkmalen des Anspruchs 6 wird eine Kraftmesseinheit geschaffen, die leicht an einem Gurtschloss befestigt werden kann. Die Kraftmesseinheit kann separat hergestellt und erst beim Gurtschlosshersteller integriert werden. Somit ist es auch möglich, eine teilweise (Gain und Temperatur) oder vollständige (Offset, Gain, Temperatur) Kalibrierung des Sensors vor der Montage am Gurtschloss oder vor Auslieferung an den Gurtschlosshersteller durchzuführen, was dessen Fertigung erleichtern würde, da der Gurtschlosshersteller wenig/keine Kalibrierelektronik benötigt.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass die Kraftmesseinheit leicht nachträglich einzubauen ist, wobei diese in einfacher Weise an einem herkömmlichen Gurtschloss befestigt werden kann.

Die erfindungsgemäße Kraftmesseinheit kann zum Beispiel zur optimalen Zündung eines Gurtstraffers und/oder Airbags verwendet werden.

Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Es zeigen:
1 eine Ansicht einer Kraftmesseinheit gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung im eingebauten Zustand und ohne Gehäusedeckel;
2a eine Draufsicht auf die Kraftmesseinheit nach 1;
2b eine Seitenansicht der Kraftmesseinheit nach 1;
3 eine Explosionszeichnung der perspektivischen Ansicht nach 1; und
4 eine Querschnittsansicht des in den 1 bis 3 gezeigten Ankers.
Im Folgenden werden für gleiche Elemente in den 1 bis 4 gleiche Bezugsziffern verwendet.
1 zeigt eine Kraftmesseinheit 1 ohne Gehäusedeckel, die zwischen einem Gurtschloss 2 herkömmlicher Art und einer Ver ankerung 3 angeordnet ist. Die Verankerung 3 ist in herkömmlicher Weise z.B. mit einer Fahrzeugkarosserie verbunden.
Die Kraftmesseinheit 1 weist ein Gehäuse 4 auf, in dem ein Anker 5 bewegbar angeordnet ist. Der im zusammengebauten Zustand zum Gurtschloss 2 weisende Teil des Ankers 5 ist als eine Öffnung 6 in der gurtschlossseitigen Gehäusestirnwand 7 des Gehäuses 4 durchragende Lasche 8 ausgebildet, die mit einem bundförmigen Anschlag 9 ausgebildet ist, der die Bewegbarkeit des Ankers 5 aus dem Gehäuse 4 in Richtung des Gurtschlosses 2 begrenzt, wie in 4 am besten zu sehen ist.
Von dem Anschlag 9 erstreckt sich in das Gehäuseinnere ein Zapfen 10, an dessen Ende ein Magnet 11 angeordnet ist, wie in 2a am besten zu sehen ist. Von dem Zapfen 10 erstrecken sich beidseitig zu den Seiten des Gehäuses 4 hin elastisch verbiegbare Arme einer Biegefeder 12. Der Anschlag 9, der Zapfen 10 und die Biegefeder 12 sind vorzugsweise einteilig ausgebildet. Es ist auch möglich, dass die Biegefeder 12 als gesondertes Bauteil ausgebildet ist, das ein in dem Zapfen 10 gebildetes Durchgangsloch durchragt.
An den Endbereichen der Biegefeder 12 sind Führungsrollen 13a und 13b drehbar gelagert. Alternativ können die Führungsrollen durch starr angeordnete Führungsbauteile aus einem Material mit kleinem Reibungskoeffizienten ersetzt sein oder ganz fehlen. Die Führungsrollen 13a und 13b sind in Führungen 14a und 14b geführt, die in sich gegenüberliegenden Seitenwänden 15a und 15b des Gehäuses 4 gebildet sind und in Anlageflächen für die Führungsrollen 13a und 13b enden, wie in den 1 bis 3 gezeigt. Die Führungen 14a und 14b sind vorzugsweise als zur Verankerung 3 hin offene Schlitze ausgebildet, so dass die Führungsrollen 13a und 13b der Biegefeder 12 leicht eingeführt werden können.
Die Lasche 8 weist vorzugsweise ein Loch 16 auf, wie z.B. in 3 zu sehen, um im zusammengebauten Zustand der Krafteinheit 1 mit dem Gurtschloss 2 mittels eines Niets 17 verbunden zu werden.
Wie am besten in 2 zu sehen, ist im Gehäuse 4 der Kraftmesseinheit 1 ein Sensor (zum Beispiel ein Hall-Sensor) 18 ortsfest angeordnet. Durch Änderung eines magnetischen Feldes aufgrund einer Bewegung des am Ende des Zapfens 10 gebildeten Magneten 11 erzeugt der Hall-Sensor 18 ein elektrisches Signal, das über eine elektrische Leitung 19 zum Beispiel an eine Steuereinrichtung (nicht gezeigt) zur Ansteuerung eines Gurtstraffers oder Airbags geliefert werden kann.
Das Gehäuse 4 enthält ferner in seinem von der Gehäusestirnwand 7, abgewendeten Bereich einen Bolzen 20 zum Befestigen einer Schlinge 21, die fest mit der Verankerung 3 verbunden ist.
Zur Montage der Kraftmesseinheit 1 wird zuerst die Lasche 8 des Ankers 5 durch die Öffnung 6 in der Gehäusestirnwand 7 durchgesteckt und die Führungsrollen 13a, 13b werden in die Führungen 14a, 14b eingeführt. Der Sensor, die Leitung und der Gehäusedeckel sind vorgefertigte Einheiten und werden an der Kraftmesseinheit 1 angeordnet. Die aus dem Gehäuse 4 herausragende Lasche 8 wird dann beispielsweise an dem herkömmlichen Gurtschloss 2 an einer Stelle befestigt, beispielsweise vernietet, verschraubt, verschweißt etc., an der üblicherweise die Verankerung 3 direkt mit dem Gurtschloss 2 befestigt wird, wenn keine Kraftmesseinheit 1 verwendet wird.
Die Abmessungen der Führungsrollen 13a,b und des nschlags 9 sind vorzugsweise derart, dass der Anker 5 innerhalb eines Leerbereichs bewegbar ist, der in einer Richtung durch Anschlagen der Führungsrollen an die Anlageflächen der Führun gen 14a, 14b begrenzt ist, und in der anderen Richtung durch ein beispielsweise in mindestens einer der Führungen 14a, 14b gebildetes Stoppelement, nicht gezeigt, um zu verhindern, dass der Magnet an den Sensor anschlägt.
Wenn ein Gurt angelegt wird und ein im Gurtschlossgehäuse 2 enthaltener Verriegelungsmechanismus, dessen Aufbau an sich bekannt ist, verriegelt wird, wirkt eine geringe Gurtkraft. Diese Gurtkraft bewirkt, dass die Führungsrollen der Biegefeder 12 zuverlässig an den Anlageflächen der Führungen 14a, 14b anliegen. Bei weiterer Erhöhung der Gurtkraft wird der Anker 5 unter zunehmender Verformung der Biegefeder 12 aus der Öffnung 6 herausgezogen bis der Anschlag 9 des Ankers 5 an die Innenseite der Gehäusestirnwand 7 des Gehäusebereichs 4 anschlägt, um unzulässig hohe Verformungen bzw. Beschädigungen der Biegefeder 12 zu vermeiden.
Mit der erfindungsgemäßen Kraftmesseinheit kann ein einwandfrei angelegter Gurt (Führungsrollen in Anschlag an den Anlageflächen sowie keine oder leichte Verformung der Biegefeder) sicher festgestellt werden. In dem Arbeitsbereich der Kraftmesseinheit (elastischer Verformbereich der Biegefeder) können Kräfte bis beispielsweise etwa 10.000 N genau gemessen werden. Größere Kräfte, wie sie bei einem Crash vorkommen, werden vom Anschlag aufgenommen. Der zeitliche Verlauf des Kraftaufbaus im Arbeitsbereich ermöglicht Aussagen über einen bevorstehenden Crash, die für die Ansteuerung eines Gurtstraffers oder Airbags genutzt werden können. Eine Beschädigung der Kraftmesseinheit kann daher an deren Nullpunktverschiebung (Anschlag der Führungsrollen an den Anlageflächen ohne Krafteinwirkung) erkannt werden.
Die oben im Einzelnen beschriebene Erfindung ist nicht auf das genannte bevorzugte Ausführungsbeispiel begrenzt, sondern lediglich beispielhaft und schränkt den Schutzbereich der Er findung nicht ein. Beispielsweise kann anstelle eines Hallsensors ein optischer Sensor verwendet werden, um die Position des Ankers zu erfassen. In diesem Fall ist dann kein Magnet erforderlich.

1: Kraftmesseinheit
2: Gurtschloss
3: Verankerung
4: Gehäuse
5: Anker
6: Öffnung
7: Gehäusestirnwand
8: Lasche
9: Anschlag
10: Zapfen
11: Magnet
12: Biegefeder
13 a,b: Führungsrollen
14 a,b: Führungen
15 a,b: Seitenwände
16: Loch
17: Niet
18: Hall-Sensor
19: elektr. Leitung
20: Bolzen
21: Schlinge

Claims

Kraftmesseinheit (1) zur Messung einer an einem Gurtschloss (2) wirkenden Gurtzugkraft, enthaltend ein Gehäuse (4) mit einer in einer Stirnseite (7) ausgebildeten Öffnung (6), einen in dem Gehäuse (4) bewegbar angeordneten Anker (5), der die Öffnung (6) durchragt und einen Anschlag (9) aufweist, der die Bewegbarkeit der Lasche (8) aus dem Gehäuse (4) gegen eine elastische Abstützung begrenzt, und einen Sensor (18) zur Erfassung der Position des bewegbaren Ankers (5), wobei das Gehäuse (4) zwischen dem Gurtschloss (2) und einer Verankerung (3) anbringbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die elastische Abstützung über eine Biegefeder (12) erfolgt, die sich an dem Anker (5) und beidseitig des Ankers (5) am Gehäuse abstützt.
Kraftmesseinheit nach Anspruch 1, wobei die Biegefeder (12) zwei vom Anker (5) ausgehende voneinander abgewandte quer zur Bewegungsrichtung des Ankers (5) erstreckende Arme aufweist, deren voneinander abgewendete Enden in an Wänden des Gehäuses (2) ausgebildeten etwa parallel zur Bewegbarkeit des Ankers (5) verlaufenden Führungen (14a, 14b) geführt sind, die in Anlageflächen enden, wobei die Enden der Arme der Biegefeder (12) bei einer Verschiebung des Ankers (5) in Anschlag an die Anlageflächen kommen, und bei einer weiteren Verschiebung des Ankers (5) der Anschlag (9) des Ankers bei elastischer Verformung der Arme in Anschlag an die Innenseite des Gehäuses (2) kommt.
Kraftmesseinheit nach Anspruch 2, wobei die Führungen (14a, 14b) Schlitze sind, die an einem von den Anlageflächen abgewendeten Ende offen sind.
Kraftmesseinheit nach Anspruch 2 oder 3, wobei die Biegefeder (12) Führungsrollen (13a, 13b) aufweist, die in den Führungen (14a, 14b) jeweils geführt sind.
Kraftmesseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Biegefeder (12) einteilig mit dem Anker (5) ausgebildet ist.
Kraftmesseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Kraftmesseinheit (1) über die durch das Gehäuse (4) hindurch ragende Lasche (8) am Gurtschloss (2) und über einen am Gehäuse (4) befestigten Bolzen (20) an einer Verankerung (3) jeweils befestigbar ist.
Kraftmesseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Lasche (8), der Anschlag (9) und der Zapfen (10) integriert gebildet sind.
Kraftmesseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Anker (5) einen Magneten (11) trägt und der Sensor ein Hallsensor (18) ist, um ein der Position des Ankers (5) entsprechendes elektrisches Signal zu liefern.