DE10322700B4

DE10322700B4 - Gurtschlossgehäuse mit integrierter Kraftmessvorrichtung

Info

Publication number: DE10322700B4
Application number: DE10322700A
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: 2006-11-09
Anticipated expiration: 2023-05-21
Also published as: US20040044455A1; DE10322700A1; RO120896B1; US7007976B2

Abstract

Gurtschlossgehäuse mit integrierter Kraftmessvorrichtung (1) zur Messung einer an einem Gurtschloss wirkenden Gurtzugkraft, gekennzeichnet durch einen bewegbaren Anker (5), der eine in einer Stirnwand (7) des Gurtschlossgehäuses (2) gebildete Öffnung (6) durchragt und einen Anschlag (9) aufweist, der die Bewegbarkeit des Ankers (5) aus dem Gurtschlossgehäuse (2) gegen eine zwischen dem Gehäuseinnern und dem Anker (5) wirkende elastische Abstützung begrenzt, und einen im Gurtschlossgehäuse (2) angebrachten Sensor (18) zur Erfassung der Position des bewegbaren Ankers (5) als Maß für die wirkende Gurtzugkraft.

Description

Die Erfindung betrifft ein Gurtschlossgehäuse mit integrierter Kraftmessvorrichtung zur Messung einer an einem Gurtschloss wirkenden Gurtzugkraft.

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

Eine Messeinrichtung sollte Gurtkräfte im Bereich von 0–150 N mit einer Genauigkeit von ca. +/– 2,5% messen. Im normalen Betrieb der Kraftmessvorrichtung des PKWs mit angeschnallter Person können Gurtkräfte bis 10.000 N auftreten, die einwandfrei gemessen werden müssen und nicht zur Beschädigung der Messeinrichtung führen dürfen. Während eines Unfalls kann die Gurtkraft bis auf 20.000 N und mehr ansteigen, wobei sich in diesem Fall das Gurtschloss bzw. das Gurtschlossgehäuse bleibend verformen jedoch nicht versagen darf. Dabei kann die Kraftmessvorrichtung beschädigt werden.

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

Die US 6,230,088 81 offenbart ein Gurtschlossgehäuse, das über eine Kraftmessvorrichtung mit einer Verankerung verbunden ist, die an der Karosserie eines Fahrzeugs befestigt ist. Eine derartige Anordnung ist aufwendig zu montieren und weist einen schlechten Kraftfluss auf.

Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer einfach aufgebauten und leicht zu montierenden Kraftmessvorrichtung, mit verbessertem Kraftfluss.

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

Nach Anspruch 1 wird ein Gurtschlossgehäuse geschaffen, in dem eine Kraftmessvorrichtung aufgenommen ist. Durch Integration der Kraftmessvorrichtung in das Gurtschloss verringert sich die Anzahl der erforderlichen Teile. Ferner wird Bauraum eingespart und ein schöneres Design ermöglicht. Als Folge der Verringerung der Bauteile sowie der Anzahl von Montageschritten ergibt sich ein geringerer Preis. Darüber hinaus werden aufgrund der Integration der Kraftmessvorrichtung in das Gurtschloss Befestigungspunkte zwischen dem Gurtschloss und der Kraftmessvorrichtung eingespart, wodurch ein optimaler Kraftfluss ermöglicht wird.

Mit den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 6 wird ein Gurtschlossgehäuse geschaffen, bei dem der bewegliche Anker mittels einer Biegefeder in einen Ausgangszustand zurückgebracht wird, wenn keine Gurtkraft mehr wirkt. Dies hat den Vorteil, dass leicht festgestellt werden kann, ob der Sensor ausgetauscht werden muss. Wenn die Biegefeder und/oder das Gehäuse beispielsweise aufgrund einer zu großen Kraft in Folge eines Unfalls verbogen sind, liegt eine Nullpunktverschiebung des Sensors vor. In diesem Fall muss der Sensor ausgetauscht werden.

Mit den Merkmalen des Anspruchs 7 wird ein Gurtschlossgehäuse geschaffen, bei dem durch Wegfall der Biegefeder als ein separat gebildetes Element weiterer Bauraum und Kosten eingespart werden.

Mit den Merkmalen des Anspruchs 8 kann eine gemessene Kraft elektrisch ausgegeben werden.

Mit den Merkmalen des Anspruchs 9 kann gleichzeitig eine Verriegelungserkennung und eine Kraftmessung erfolgen. Somit sind keine zwei Messelemente erforderlich, die getrennt verbaut werden müssen und eine getrennte Kabelkontaktierung besitzen.

Das erfindungsgemäße Gurtschlossgehäuse mit integrierter Kraftmessvorrichtung kann für weitgehend alle Arten von Gurten eingesetzt werden und ermöglicht nicht nur das Erkennen eines einwandfrei angelegten Gurtes sondern auch eine Steuerung zur optimalen Zündung eines Gurtstraffers und/oder Airbags.

Im Folgenden werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Es zeigen:
1 eine Ansicht eines Gurtschlossgehäuses gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung im eingebauten Zustand, ohne Gehäusedeckel;
2a eine Aufsicht auf das Gurtschlossgehäuse nach 1;
2b eine Seitenansicht des Gurtschlossgehäuses nach 1;
3 eine Explosionszeichnung der Ansicht in 1;
4 eine Aufsicht auf ein Gurtschlossgehäuse gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung mit abgenommenem Deckel;
5 eine Ansicht eines Gurtschlossgehäuses gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung, ohne Gehäusedeckel;
6a eine Aufsicht auf das Gurtschlossgehäuse gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung nach 4;
6b eine Seitenansicht des Gurtschlossgehäuses gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung nach 4;
7 eine Ansicht eines Gurtschlossgehäuses gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung, ohne Gehäusedeckel und eingerasteter Verriegelung;
8a eine Aufsicht auf das Gurtschlossgehäuse gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung nach 7, bei nichteingerasteter Verriegelung; und
8b eine Seitenansicht des Gurtschlossgehäuses gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung nach 7, bei nichteingerasteter Verriegelung;
Im Folgenden werden für gleiche Elemente in den 1 bis 8 gleiche Bezugsziffern verwendet.
Unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 wird ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Gurtschlossgehäuses beschrieben.
Wie in den 1 bis 3 gezeigt, ist eine Kraftmessvorrichtung 1 in ein Gurtschlossgehäuse 2 eines in seinem Aufbau an sich bekannten Gurtschlosses integriert und über eine Verankerung 3 mit einem Fahrgestell oder einer Karosserie verbunden.
Ein Bereich 4 des Gehäuses des Gurtschlosses, in dem die Kraftmessvorrichtung 1 untergebracht ist, grenzt an einen einen an sich bekannten Verriegelungsmechanismus (nicht gezeigt) enthaltenden Bereich des Gurtschlossgehäuses 2 an.
In dem Gurtschlossgehäusebereich 4 ist ein bewegbarer Anker 5 angeordnet. Der im zusammengebauten Zustand vom Gurtschlossgehäuse 2 wegweisende Teil des Ankers 5 ist als eine eine Öffnung 6 in einer Wand 7 des Gurtschlossgehäusebereichs 4 durchragende Lasche 8 ausgebildet, die mit einem eine Stufe bildenden, flanschartigen Anschlag 9 ausgebildet ist, der die Bewegbarkeit des Ankers 5 aus dem Gurtschlossgehäusebereich 4 heraus begrenzt.
Von dem Anschlag 9 erstreckt sich in das Gehäuseinnere ein Zapfen 10, an dessen Ende ein Magnet 11 angeordnet ist. Von dem Zapfen 10 erstrecken sich zu beiden Seiten des Gehäusebereichs 4 hin Arme einer Biegefeder 12. Der Anschlag 9, der Zapfen 10 und die Biegefeder 12 sind beispielsweise einteilig ausgebildet. Es ist auch möglich, dass die Biegefeder 12 durch ein im Zapfen gebildetes Durchgangsloch (nicht gezeigt) geführt ist.
An den Endbereichen der Biegefeder 12 sind Führungsrollen 13a und 13b drehbar gelagert. Alternativ können die Führungsrollen durch starre Führungsbauteile aus einem Material mit kleinem Reibungskoeffizienten ersetzt sein oder ganz fehlen. Die Führungsrollen 13a und 13b des Ankers 5 sind in Führungen 14a und 14b geführt, die in sich gegenüberliegenden Seitenwänden 15a und 15b des Gurtschlossgehäusebereichs 4 gebildet sind und zur Verankerung 3 hin in Anschlagflächen enden. Die Führungen 14a, 14b sind vorzugsweise als Schlitze ausgebildet und an ihren von den Anlageflächen abgewandten Enden nach oben offen, so dass die Führungsrollen 13a und 13b der Biegefeder 12 leicht eingeführt werden können.
Wie am besten in 3 gezeigt, weist die Lasche 8 ein Loch 16 auf, über dass das Gurtschlossgehäuse 2, in dem die Kraftmessvorrichtung 1 enthalten ist, z.B. mittels eines Niets 17 mit der Verankerung 3 fest verbunden wird.
Eine Bewegung des Ankers 5 wird aufgrund einer Feldstärkenänderung durch einen Hall-Sensor 18 erfasst, der in dem Gehäusebereich 4 des Gurtschlosses angeordnet ist und elektrische Signale liefert. Diese Signale können zum Beispiel einer Steuervorrichtung (nicht gezeigt) zur Ansteuerung von Gurtstraffern oder eines Airbags zugeführt werden.
Die Montage der Kraftmessvorrichtung erfolgt derart, dass bei abgenommenem Deckel (nicht dargestellt) des Gurtschlossgehäuses 2 die Lasche 8 des Ankers 5 durch die Öffnung 6 geführt wird und die Führungsrollen 13a,b an den Enden der elastisch verbiegbaren Arme der Biegefeder 12 in die Führungen 14a,b eingeführt werden. Anschließend wird der Sensor 18 montiert und die Leitung durch das Gurtschlossgehäuse 2 geführt. Nach Anbringen des Deckels ist die Kraftmessvorrichtung geschützt und sicher im Gurtschlossgehäuse 2 aufgenommen.
Die Abmessungen der Führungsrollen 13a,b und des Anschlags 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 Führungen 11a, 11b begrenzt ist, und in der anderen Richtung durch ein beispielsweise in mindestens einer der Führungen 14a, 14b gebildetes Stoppelement 20, wie in 2a gezeigt, um die Bewegung des Ankers 5 in das Gurtschlossgehäuse 2 hinein zu begrenzen.
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 Stirnwand 7 des Gurtschlossgehäusebereichs 4 anschlägt, um unzulässig hohe Verformungen bzw. Beschädigungen der Biegefeder 12 zu vermeiden.
Mit der erfindungsgemäßen Kraftvorrichtung 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 Kraftmessvorrichtung (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 Kraftmessvorrichtung kann daher an deren Nullpunktverschiebung (Anschlag der Führungsrollen an den Anlageflächen ohne Krafteinwirkung) erkannt werden.
Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel treten aufgrund des symmetrischen Ankers 5 und dessen Abmessungen im Wesentlichen keine Kippkräfte auf.
4 zeigt eine Teilansicht eines an einer Verankerung 3 befestigten Gurtschlossgehäuses 2 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass die Biegefeder 12 durch Federelemente 21a und 21b ersetzt ist, die zwischen der Stirnwand 7 des Gurtschlossgehäusebereichs 4 und dem Anschlag 9 wirken. Die Federelemente 21a und 21b sind vorteilhafterweise einteilig mit der Gehäusewand ausgebildet, indem sie aus der Gehäusewand teilweise ausgestanzt und entsprechend gebogen werden. Alternativ ist es auch möglich die Federelemente 21a und 21b an einer geeigneten anderen Stelle an dem Gurtschlossgehäusebereich 4 zu auszubilden, zum Beispiel in die Seitenwände 15a, 15b oder in der Rückwand des Gurtschlossgehäusebereichs 4, wie in 5, 6a und 6b gezeigt.
Die 5, 6a und 6b zeigen ein drittes Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung, wobei im Gegensatz zum ersten und zweiten Ausführungsbeispiel die elastische Abstützung einteilig mit der Gehäuserückwand 22 des Gurtschlossgehäuses 2 ausgebildet ist.
Aus der Rückwand 22 ist eine Zunge 23 ausgestanzt, die in das Gehäuseinnere hin abgebogen ist und in einem etwa parallel zur Rückwand abgebogenem Endstück 24 endet. Das Endstück 24 weist in Aufsicht (6a) eine mittige Ausnehmung auf, in der sich ein den Zapfen 10 des Ankers 5 durchragender Verbindungszapfen 25 abstützt, von dem aus sich Bereiche 25a derart nach außen erstrecken, dass sie die Zunge 23 kontaktieren und mit Kraft beaufschlagen können. Die Zunge 23 übernimmt die Funktion der Biegefeder gemäß 1 bis 3, die Funktion der Vorrichtung gemäß 5, 6a und 6b ist ansonsten gleich den 1 bis 3.
Die 7, 8a und 8b zeigen ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung, das sich von dem ersten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen dadurch unterscheidet, dass ein Bauteil im Bereich der Kraftmessvorrichtung 1 derart ausgebildet ist, dass bei nichteingerastetem Gurtschloss das von dem Magneten 11 erzeugte Magnetfeld im Bereich des Hall-Sensors 18 derart verändert ist, dass dies anhand einer nicht dargestellten Auswerteschaltung erkennbar ist.
Bei der vierten Ausführungsform ist ein Abschirmelement 36 (8a) vorgesehen, das bei unverriegeltem Gurtschloss zwischen dem Hall-Sensor 18 und dem Magneten 11 bewegbar ist. Das Abschirmelement 36 ist im dargestellten Beispiel eine Blechzunge (z.B. Eisenblech), die an einem zweiarmigen Hebel 38 ausgebildet ist, der bei 40 an dem Gurtschlossgehäuse 2 gelagert ist. Der an sich bekannte, dem Gurtschloss zugewandte Arm dieses Hebels 38 weist zwei Schenkel 42 auf, deren Enden einen an sich bekannten Lagerzapfen 44 untergreifen, der in zunächst waagrecht und dann aufwärts gebogenen Langlöchern 46 des Gurtschlossgehäuses 2 geführt ist. An dem Lagerzapfen 44 ist in an sich bekannter Weise ein Schwenkteil 48 gelagert, zwischen dem und einem Ansatz des Hebels 38 sich eine Schraubenfeder 50 abstützt.
Der von den Schenkeln 42 abgewandte Arm 52 des Hebels 38 ist über den Zapfen 10 des Ankers zu einem Basisteil 54 abwärtsgebogen und weist eine am Zapfen geführte Ausnehmung 56 auf.
Von dem Basisteil 54 steht das Abschirmelement 36 vor. Die Funktion der beschriebenen Anordnung ist wie folgt:
Bei entriegeltem Gurtschloss (8a, 8b) befindet sich der Lagerzapfen 44 an den oberen Enden der Langlöcher 46, so dass der Hebel 38 unter Wirkung der Feder 50 in Uhrzeigerrichtung verkippt ist und das Abschirmelement 36 den Sensor 18 von dem Magneten 11 abschirmt.
Beim Verriegeln des Gurtschlosses wird das Schwenkteil 48 mit dem Zapfen 44 in an sich bekannter Weise in die Stellung gemäß 7 verschoben, so dass der Zapfen 44 in den waagrechten Teil der Langlöcher 46 gelangt und den Hebel 38 in Gegenuhrzeigerrichtung verschwenkt, und das Abschirmelement 36 aus dem Spalt zwischen dem Magneten 11 und dem Sensor 18 herausgelangt. Durch Auswertung der Sensorsignale kann auf diese Weise der verriegelte bzw. entriegelte Zustand des Gurtschlosses erfasst werden.
Es versteht sich, dass je nach Ausbildung des Sensors (kapazitiv, optisch usw.) unterschiedliche Abschirmelemente möglich sind, und dass die Verbindung zwischen Abschirmelement und Gurtschlossfalle auf andere Art erfolgen kann.
So kann beispielsweise gemäß dem zweiten und dritten Ausführungsbeispiel der Magnet 11 auch direkt an dem Anschlag 9 angeordnet sein, wodurch weiterer Bauraum eingespart werden kann. Ebenso kann ein optischer Sensor 18 anstelle des Hallsensors verwendet werden, so dass kein Magnet 11 erforderlich ist. Dieser optische Sensor 18 kann dann zur Positionsbestimmung des Ankers 5 und folglich zur Kraftmessung verwendet werden.

Claims

Gurtschlossgehäuse mit integrierter Kraftmessvorrichtung (1) zur Messung einer an einem Gurtschloss wirkenden Gurtzugkraft, gekennzeichnet durch einen bewegbaren Anker (5), der eine in einer Stirnwand (7) des Gurtschlossgehäuses (2) gebildete Öffnung (6) durchragt und einen Anschlag (9) aufweist, der die Bewegbarkeit des Ankers (5) aus dem Gurtschlossgehäuse (2) gegen eine zwischen dem Gehäuseinnern und dem Anker (5) wirkende elastische Abstützung begrenzt, und einen im Gurtschlossgehäuse (2) angebrachten Sensor (18) zur Erfassung der Position des bewegbaren Ankers (5) als Maß für die wirkende Gurtzugkraft.
Gurtschlossgehäuse nach Anspruch 1, wobei die elastische Abstützung über eine Biegefeder (12) erfolgt, die sich an dem Anker (5) und beidseitig des Ankers (5) im Gurtschlossgehäuse (2) abstützt.
Gurtschlossgehäuse nach Anspruch 2, wobei die Biegefeder (2) zwei vom Anker (5) ausgehende voneinander abgewandte quer zur Bewegungsrichtung des Ankers (5) erstreckende Arme aufweist, deren voneinander abgewendeten Enden in an Wänden des Gurtschlossgehäuses (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 Anlage an die Anlageflächen kommen, und bei einer weiteren Verschiebung des Ankers (5) der Anschlag (9) des Ankers bei elastischer Verformung der Arme in Anlage an die Innenseite des Gurtschlossgehäuses (2) kommt.
Gurtschlossgehäuse nach Anspruch 3, wobei die Führungen (14a, 19b) Schlitze sind, die an einem von den Anlageflächen abgewendeten Ende offen sind.
Gurtschlossgehäuse nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Biegefeder (12) Führungsrollen (13a, 13b) aufweist, die in den Führungen (19a, 14b) geführt sind.
Gurtschlossgehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Biegefeder (12) einteilig mit dem Anker (5) ausgebildet ist.
Gurtschlossgehäuse nach Anspruch 1, wobei die elastische Abstützung durch eine einteilig mit dem Gurtschlossgehäuse (2) ausgebildete Feder (21, 23) gebildet ist.
Gurtschlossgehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Anker (5) einen Magneten (11) trägt und der Sensor (18) ein Hall-Sensor ist, der ein der Position des Magneten (11) entsprechendes Ausgangssignal erzeugt.
Gurtschlossgehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei zwischen dem Anker (5) und dem Sensor (18) ein Abschirmelement (36) angeordnet ist, das das Sensorsignal derart verändert, dass die Verriegelung des Gurtschlosses erkennbar ist.