DE112005001914B4

DE112005001914B4 - Hallsensoranordnung und Verwendung der Hallsensoranordnung in einem Gurtschloss

Info

Publication number: DE112005001914B4
Application number: DE112005001914.4T
Authority: DE
Inventors: Joshua Lanter; Martin Kirchner; Henry-J. Schulze
Original assignee: Polycontact AG
Current assignee: Polycontact AG
Priority date: 2004-08-30
Filing date: 2005-08-30
Publication date: 2014-11-20
Anticipated expiration: 2025-08-31
Also published as: DE112005001914A5; US20070273365A1; US7586301B2; WO2006024189A1

Abstract

Hallsensoranordnung zur Erfassung der Lageveränderung von zwei relativ zueinander in zwei Endpositionen beweglichen Bauteilen mit einem Hallsensor (71) mit wenigstens einem Hallmessfeld (H; H1, H2) und einem Erregermagneten (72), dadurch gekennzeichnet, dass ein Aktuator (74; 85; 805) für die Übermittlung der Lageveränderung der zwei relativ zueinander beweglichen Bauteile an den Hallsensor (71) vorgesehen ist und der Hallsensor (71) und der Erregermagnet (72) derart zu einer vormontierten baulichen Einheit zusammengefasst sind, dass bei einer relativen Lageveränderung des Erregermagneten (72) zum Hallsensor (71) von der einen Endposition in die andere Endposition die Polarität des auf das Hallmessfeld (H; H1, H2) einwirkenden Magnetfelds verändert, vorzugsweise umgekehrt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Hallsensoranordnung gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Die Erfindung betrifft auch die Verwendung der Hallsensoranordnung in einem Gurtschloss.
Hallsensoren werden in vielfach als Näherungsschalter oder als Sensoren zur berührungslosen Bestimmung des Zustands von Bauteilen eingesetzt, die zwei Lagen einnehmen können. Hallsensoren bestehen im Prinzip aus einer mit Konstantstrom versorgten Halbleiterschicht, üblicherweise in integrierter Bauweise. Durch eine Magnetfeldkomponente senkrecht zur Halbleiterschicht wird der Konstantstrom beeinflusst und der Sensor liefert eine auswertbare Hall-Spannung, die abgegriffen und zur Auswertung eines Zustands herangezogen bzw. auch unmittelbar als Schaltspannung eingesetzt werden kann. Die integrierte Bauweise von Hallsensoren bietet die Möglichkeit, bereits eine zur Auswertung des Schaltzustandes geeignete Auswerteschaltung auf dem Hallsensor zu integrieren.
In der Automobilindustrie werden Hallsensoren beispielsweise als berührungslose Zustandssensoren für den Zustand von Gurtschlössern von Sicherheitsgurten eingesetzt. Die Kenntnis des Zustands des Gurtschlosses ist erforderlich, um die Insassen durch ein Signal auf das Anlegen und Schliessen der Sicherheitsgurte aufmerksam zu machen. Seit der Einführung von Sicherheits-Airbags ist die Information über den Schliesszustand der Sicherheitsgurte auch für die Regelung der Aktivierung oder Deaktivierung von Mechanismen zum Aufblasen von Fahrer- und Beifahrer-Airbags bzw. von Seiten-Airbags von Bedeutung.
Aus der EP-A-0 861 763 ist ein Gurtschloss mit einem integrierten Hallsensor bekannt, welches den Zustand eines Verriegelungskörpers bzw. eines Auswerfers für eine in das Gurtschloss eingeführte Schlosszunge berührungslos erfasst. Bei einer vorgespannten Sensorvariante ist dabei ein Hallsensor mit einem Hallfeld in unmittelbarer Nachbarschaft zu einem Erregermagneten angeordnet. Durch eine Lageveränderung des Verriegelungskörpers bzw. des Auswerfers, die dazu aus einem ferromagnetischen Material bestehen, wird das Magnetfeld des Erregermagneten verändert. Dadurch verändert sich das Signal des Hallsensors und am Ausgang des Hallsensors kann die Zustandsänderung als Spannungsänderung abgegriffen werden. In einer alternativen Ausführungsvariante ist vorgeschlagen, den Hallsensor mit einem Hallfeld ohne einen Erregermagneten zu installieren und dafür den Verriegelungskörper oder den Auswerfer als Permanentmagneten auszubilden. Auch bei dieser Anordnung soll die Lageänderung des Verriegelungsköpers oder des Auswerfers durch eine Änderung der Hallspannung erfassbar sein.
Nachteilig an dem Gurtschloss gemäss der EP-A-0 861 763 ist, dass der Hallsensor sehr sorgfältig in Bezug auf das Verriegelungselement bzw. den Auswerfer positioniert werden muss. Ein nachträglicher Einbau des Hallsensors ist daher relativ aufwändig und teuer. Der Hallsensor ist ausserdem relativ empfindlich gegenüber äusseren Streufeldern, die beispielsweise bereits durch einen magnetischen Schlüsselanhänger hervorgerufen werden können. Gegebenenfalls muss sogar eine zusätzliche Abschirmung angebracht werden, was den Aufbau bzw. den Einbau noch weiter verkompliziert. Die Anfälligkeit gegenüber äusseren Streufeldern wird auch noch dadurch vergrössert, dass die Signaländerungen wegen der verhältnismässig geringen Wegstrecken, die beim Schliessen bzw. Öffnen der Sicherheitsgurtverriegelung von dem Verriegelungskörper bzw. dem Auswerfer zurückgelegt werden, relativ klein sind. Auch die Gurtschlossvariante ohne vorgespannten Hallsensor, bei der entweder der Verriegelungskörper oder der Auswerfer als Permanentmagnet ausgebildet sind, erweist sich als wenig praktikabel. Die relative Positionierung des Hallsensors und des Erregermagneten muss sehr genau erfolgen und ist anfällig gegenüber Erschütterungen. Durch die Erschütterungen des Verriegelungskörpers und des Auswerfers beim Schließen und Öffnen des Sicherheitsgurtes kann es mit der Zeit sogar zu einer Entmagnetisierung des Erregermagneten kommen. Dies kann dazu führen, dass der Hallsensor wirkungslos wird, und die Zustandsänderungen des Gurtschlosses nicht mehr detektiert werden können.
Weiterhin ist aus der DE 102 18 522 C1 ein Gurtschloss bekannt geworden, das einen Hallsensor und einen Magneten in Form separater, diskreter Bauteile aufweist. Hallsensor und Magnet werden unabhängig voneinander an geeigneten Positionen des Gurtschlosses montiert und justiert.
Die GB 2 385 630 A offenbart einen Hallsensor und einen Erregermagneten, die separat an geeigneten Positionen des Gurtschlosses montiert und bei dieser Montage zueinander ausgerichtet werden müssen.
Schließlich ist aus der US 2003/0209088 A1 ein Gurtschloss mit einem Gurtschlossgehäuse bekannt geworden. An dem Gurtschlossgehäuse ist ein Hallsensor angeordnet. Ein Verriegelungskörper des Gurtschlosses weist einen Magneten auf. Auch die US 2003/0209088 A1 offenbart, Hallsensor und Magnet als diskrete, voneinander unabhängig montierbare und justierbare Bauteile vorzusehen.
Die vorliegende Erfindung soll diese Nachteile des Standes der Technik verringern oder vermeiden. Es soll eine Hallsensoranordnung geschaffen werden, welche eine einfache Montage und einen erleichterten Einbau in ein Gurtschloss ermöglicht. Aufwendige Positionierungen und Justierungen des Hallsensors und des Erregermagneten beim Einbau sollen vermieden werden können. Es soll ein einfacher und kostengünstiger An- bzw. Einbau ermöglicht sein, der auch ein Nachrüsten bestehender Gurtschlosssysteme unterschiedlicher Bauweisen begünstigt. Die Hallsensoranordnung soll einfach und kostengünstig herstell- und montierbar sein.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Hallsensoranordnung zu schaffen, die eine einfache Montage und einen erleichterten Einbau in ein Gurtschloss ermöglicht.
Die Lösung dieser Aufgaben besteht in einer Hallsensoranordnung, welches die im kennzeichnenden Abschnitt des Patentanspruchs 1 angeführten Merkmale aufweist. Weiterbildungen und/oder vorteilhafte Ausführungsvarianten der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Zur Lösung der Aufgaben werden auch die Verwendung der erfindungsgemässen Hallensensoranordnung für den Einbau in ein Gurtschloss für einen Sicherheitsgurt in einem Automobil sowie ein Gurtschloss mit einer erfindungsgemäßen Hallsensoranordnung vorgeschlagen.
Die Erfindung schlägt eine Hallsensoranordnung zur Erfassung der Lageveränderung von zwei relativ zueinander in zwei Endpositionen beweglichen Bauteilen vor, die einen Hallsensor mit wenigstens einem Hallmessfeld und einen Erregermagneten umfasst. Es ist ein Aktuator für die Übermittlung der Lageveränderung der zwei relativ zueinander beweglichen Bauteile an den Hallsensor vorgesehen. Der Hallsensor und der Erregermagnet sind derart zu einer vormontierten baulichen Einheit zusammengefasst, dass bei einer relativen Lageveränderung des Erregermagneten zum Hallsensor vor der einen Endposition in die andere Endposition die Polarität des auf das Hallmessfeld einwirkenden Magnetfelds verändert, vorzugsweise umgekehrt wird.
Durch die Zusammenfassung des Hallsensors und des Erregermagneten zu einer vormonierten baulichen Einheit, entfällt bei der Verwendung der Hallsensoranordnung, beispielsweise in einem Gurtschloss, für den Anwender die aufwändige Positionierung und Justierung der diskreten Einzelkomponenten. Es kann eine bereits vormontierte bauliche Einheit eingesetzt werden, die einen Aktuator für die Übertragung der Lageveränderung der relativ zu einander beweglichen Bauteile an den Hallsensor aufweist. Die bauliche Einheit ist dabei mit Vorteil derart beschaffen, dass beim Zusammenbau eine positionsgenaue Montage der Einzelkomponenten, Hallsensor, Erregermanagement und Aktuator, gewährleistet ist.
Die Anordnung des Hallsensors und des Erregermagneten ist dabei derart gewählt, dass bei der relativen Verschiebung der beiden Bauteile möglichst grosse Signaländerung erzeugt wird. Dabei wird der Umstand ausgenutzt, dass am Hall- sensor die grössten Signaländerungen entstehen, wenn die bei der relativen Lageveränderung des Erregermagneten die Polarität des Magnetfeldes verändert, vorzugsweise sogar umgekehrt wird.
Bei der Verwendung der Hallsensoranordnung in einem Gurtschloss ist durch die Zusammenfassung der Einzelkomponenten zu einer vormontierten baulichen Einheit gewährleistet, dass der Gurtschlosshersteller durch die Montage der Hallsensoranordnung nicht in seinen Produktionsprozess eingreifen muss. Die Montage erfolgt erst nach der Beendigung des Fertigungsprozesses des Gurtschlosses. Bei der Montage wird die Hallsensoranordnung beispielsweise einfach auf den Rahmen des Verriegelungsmechanismus des Gurtschlosses aufgesteckt. Der Aktuator kommt als einzige Komponente der baulichen Einheit in Kontakt mit einem beweglichen Bauteil des Verriegelungsmechanismus.
In einer ersten, vorteilhaften Variante der Erfindung sind alle Komponenten des Zustandssensors in Modulbauweise zusammengefasst. Hallsensormodul ist dabei derart ausgebildet, dass es nachträglich in das Gurtschloss eingebaut werden kann. Es umfasst einen in einer Vertiefung des Modulgehäuses fixiert angeordneten Hallsensor, einen in zwei Endpositionen verschiebbaren Hebel mit einer Ausnehmung, in der Erregermagnet fixiert ist, und eine den Hebel kraftbeaufschlagende Druckfeder. Der Hebel ist abgewinkelt und ragt durch eine Aussparung aus dem Modulgehäuse. Im montierten Zustand wirkt der abgewinkelte Abschnitt des Hebels kraftschlüssig mit dem bei der Betätigung seine Lage verändernden Bauteil des Verriegelungsmechanismus zusammen. Indem alle Komponenten des Zustandssensors zu einem Modul zusammengefasst sind, ist ihre Positionierung weitgehend unkritisch, solange der abgewinkelte Abschnitt des Hebels im erforderlichen Umfang mit dem zu überwachenden beweglichen Bauteil zusammenwirkt. Alle Justierungen sind bereits bei der Montage der Einzelkomponenten in das Modulgehäuse vorgenommen worden. Das Modul wird gesamthaft in das Gurtschloss eingebaut werden und dabei mit dem bei der Betätigung des Verriegelungsmechanismus seine Lage verändernden Bauteil in kraftschlüssige Verbindung gebracht. Eine aufwändige nachträgliche Justierung des Hallsensors und des Erregermagneten kann entfallen.
Indem der Hallsensor als ein Differentialhallsensor mit zwei Messfeldern ausgebildet ist, sind mit dem Sensor Magnetfelddifferenzen messbar. Bei der Differenzbildung der von den Hallmessfeldern gelieferten Signale können Störeinflüsse von äusseren Magnetfeldern sehr einfach eliminiert werden. Wegen der weitgehenden Unempfindlichkeit des Differenz-Hallsensors gegenüber äusseren Stör-Magnetfeldern sind auch kleinere Änderungen des den Differenz-Hallsensor beaufschlagenden Magnetfeldes detektierbar. Die lineare Anordnung der Hallmessfelder hinter- bzw. nebeneinander trägt dem Umstand Rechnung, dass die Bewegung der lageverändernden Bauteile im wesentlichen linear erfolgt. Dadurch sind auch die Voraussetzungen für eine Optimierung der Grösse der Signaländerung am Ausgang des Differenz-Hallsensors geschaffen.
Bei einer Hallsensoranordnung mit einem nicht-vorgespannten Differentialhallsensor ist der Erregermagnet mit Vorteil derart am beweglichen Bauteil angeordnet, dass seine Bewegungsrichtung bei der Lageveränderung des überwachten Bauteils im wesentlichen parallel zu der linearen Anordnung der Hallmessfelder am Hallsensor verläuft. Die Parallelbewegung führt zur grösstmöglichen Signaländerung. Bei der Bewegung parallel zu den Hallmessfeldern bleibt der Abstand des Erregermagneten von den Hallmessfeldern des Differenitialhallsensors im wesentlichen konstant. Dadurch ist die Signaländerung bzw. der Hub allein eine Funktion des seine Lage verändernden beweglichen Bauteils, beispielsweise eines bei der Verriegelung eines Gurtschlosses seine Lage verändernden Bauteils eines Verriegelungsmechanismus.
In einer Variante der erfindungsgemässen Hallsensoranordnung mit einem nicht vorgespannten Differentialhallsensor weist der Erregermagnet eine Magnetisierung auf, die im wesentlichen senkrecht zu der linearen Anordnung der Hallmessfelder am Hallsensor verläuft. Zur Vergrösserung der Signaländerung bzw. des Hubs erweist es sich von Vorteil, wenn der Erregermagnet am beweglichen Bauteil eine Magnetisierung aufweist, die im wesentlichen parallel zu der linearen Anordnung der Hallmessfelder am Hallsensor verläuft. Vorzugsweise ist der Erregermagnet derart am beweglichen Bauteil angeordnet, dass bei seiner Lageveränderung beide Magnetpole an den beiden Hallmessfeldern des Differentialhallsensors vorbei geführt werden. Dadurch werden in den beiden Hallmessfeldern vom magnetischen Nord- bzw. Südpol entgegengesetzte Signaländerungen verursacht. Bei der Subtraktion der in den Hallmessfeldern erzeugten Signale addieren sich die Signaländerungen und führen bis zu einer Verdopplung der insgesamt detektierten Signaländerung bzw. des Hubs.
Die Hallsensoranordnung kann auch einen Hallsensor, beispielsweise einen Differentialhallsensor, aufweisen, der vorgespannt ist. Dazu ist in unmittelbarer Nachbarschaft des Hallsensors ein weiterer Permanentmagnet als Erregermagnet angeordnet. Die Verwendung eines vorgespannten Hallsensors erlaubt es sogar, am Aktuator auf einen Permanentmagneten zu verzichten. Bei dieser vereinfachten Ausführungsvariante ist wenigstens der bei der relativen Lageveränderung der beiden Bauteile am Hallsensor vorbeigeführte Abschnitt des Aktuators aus einem ferromagnetischen Material, welches bei der Lageveränderung das Magnetfeld des Erregermagneten derart stört, dass am Hallsensor eine Spannungsänderung nachweisbar ist.
Eine weitere, sehr vorteilhafte Ausführungsvariante der Erfindung sieht vor, den Hallsensor und den wenigstens einen Erregermagneten an einem Adapter anzuordnen, der als ein monolithischer Bauteil ausgebildet ist. Der Adapter ist derart ausgebildet, dass er am feststehenden der beiden relativ zueinander beweglichen Bauteile montierbar ist. Der Adapter weist zwei Adapterteile auf, die relativ zueinander beweglich ausgebildet sind, wobei ein Adapterteil den Hallsensor und der zweite Adapterteil den Erregermagneten trägt. Die Adapterbauweise ist besonders platzsparend. Für seine Funktion werden keine zusätzlichen Bauteile, beispielsweise Aktautoren oder dergleichen, benötigt. Der bewegliche Adapterteil kann zwangsgeführt sein, indem er mit dem seine relative Lage verändernden beweglichen Bauteil form- und kraftschlüssig verbunden ist. In einer alternativen Ausführungsvariante ist der bewegliche Adapterteil gegenüber dem fest montierten Adapterteil elastisch vorgespannt. Dies kann allein durch eine inhärente Federkraft realisiert sein oder durch eine am fest montierten Adapterteil und dem beweglichen Adapterteil integrierte Feder oder dergleichen elastisches Element unterstützt sein. Der federnd vorgespannte Adapterteil liegt dann an dem seine Lage in zwei alternativen Endpositionen verändernden Bauteil an. Der Hallsensor ist mit Vorteil am fest montierten Adapterteil angeordnet. Dies erleichtert die Führung der elektrischen Leitungen, die mechanisch auch kaum beansprucht werden. Der bewegliche Adapterteil trägt den Erregermagneten. Der Hallsensor und der Erregermagnet sind dabei mit Vorteil derart angeordnet, dass sie einen möglichst geringen Abstand voneinander aufweisen. Dadurch sind am Hallsensor grössere Signaländerungen erzielbar.
Der Hallsensor kann durch einen weiteren Erregermagneten, der in unmittelbarer Nachbarschaft zum Sensor angeordnet ist, vorgespannt sein. Der Hallsensor kann auch wiederum als ein Differentialhallsensor ausgebildet sein.
Der Hallsensoradapter ist insbesondere für die Verwendung in einem Gurtschloss ausgebildet. Dabei erweist sich die platzsparende, flache, monolithische Bauweise als besonders vorteilhaft. Der Hallsensoradapter kann einfach auf den Rahmen des Gurtschlosses aufgeclipst oder eingehängt werden. Der bewegliche Adapterteil wirkt mit einem bei der Betätigung des Verschlussmechanismus seine Lage in zwei Endpositionen verändernden Bauteil zusammen. Bei der Zwangsführung des beweglichen Adapterteils ist dies beispielsweise eine einen Verriegelungskörper tragende Wippe. Im Fall des federnd vorgespannten Adapterteils liegt dieses beispielsweise an der Wippe oder an einer den Verriegelungskörper beaufschlagenden Feder an.
Durch die Relativbewegung des Erregermagneten zum Hallsensor sind verhältnismässig grosse Signalpegel und dadurch grosse Signal-zu-Rausch Verhältnisse erzielbar. Die Hallsensoranordnung befindet sich im montierten Zustand an der vom Insassen abgewandten Seite des Gurtschlosses. Dadurch ist eine Beeinträchtigung durch äussere Magnetfelder, beispielsweise durch einen in der Hosen- oder Jackentasche eines Insassen befindlichen Magneten oder dergleichen, weitgehend verhindert. Durch die Montage der Hallsensoranordnung, beispielsweise des Hallsensormoduls oder des Hallsensoradapters im Inneren des Gurtschlosses üben die umgebenden metallischen Bauteile, insbesondere der Rahmen des Gurtschlosses, eine abschirmende Wirkung gegenüber äusseren Störeinflüssen aus. Wegen der weitgehenden Unempfindlichkeit der derart montierten Hallsensoranordnung kann der Hallsensor als ein konventioneller Hallsensor mit nur einem Messfeld oder als ein Differentialhallsensor mit zwei nebeneinander angeordneten Messfeldern ausgebildet sein. Der Hallsensor kann auch vorgespannt sein. Die Hallsensoranordnung in Form einer baulichen Einheit zeichnet sich insbesondere auch dadurch aus, dass zu seinem Einbau keine Modifikationen des Gurtschlosses erforderlich sind. Der aufgeclipste oder eingehängte Hallsensoradapter beseitigt auch weitgehend Klappergeräusche des Gurtschlosses, indem grössere Relativbewegungen der das Verschlussteil tragenden Wippe gegenüber dem Rahmen des Gurtschlosses unterdrückt werden.
In einer zweckmässigen Ausführungsvariante des Hallsensoradapters weist der eine Adapterteil zwei Längsarme auf, deren freie Enden mit Haltehaken versehen sind. Im montierten Zustand umgreifen die Haltehaken zwei Steher, die vom Rahmen des Gurtschlosses etwa vertikal abragen. Die Längsarme sind durch einen Querarm verbunden, der klammerartig ausgebildet ist und im montierten Zustand einen Endabschnitt der in zwei Endpositionen verkippbaren Wippe umklammert. Der zweite Adapterteil ist als eine über ein Scharniergelenk beweglich am Querarm angelenkte Lasche ausgebildet, welche Befestigungsmittel zur Verriegelung mit entsprechenden Gegenstücken an der Wippe aufweist. Das Scharniergelenk ist mit Vorteil als ein Filmscharnier ausgebildet. Filmscharniere sind einfach herstellbar und weisen eine relativ hohe Festigkeit und eine grosse Lebensdauer auf. Wegen der flächigen Ausbildung des Filmscharniers sind seitlich Auslenkungen weitgehend vermieden. Durch seitliche Versteifungen des Filmscharniers können diese noch weiter eingeschränkt werden.
Die an der Lasche vorgesehenen Befestigungsmittel umfassen Schnapphaken, die durch eine Bohrung der Wippe führbar und mit der Wippe verriegelbar sind. An der Lasche angeordnete Gegenhalter drücken im montierten Zustand des Adapters gegen die Wippe und sorgen für eine form- und kraftschlüssige Verriegelung der Lasche mit der Wippe. Dadurch ist sichergestellt, dass sich die Lasche auch durch grössere Erschütterungen nicht von der Wippe lösen kann und die Funktion der Zustandssensoranordnung erhalten bleibt.
In einer zweiten Ausführungsvariante des Hallsensoradapters ist der fest montierbare Adapterteil rahmenartig ausgebildet mit Halterungen zur Montage am Gurtschlossrahmen. Der zweite Adapterteil, der zugleich den Aktuator bildet, weist die Gestalt einer beweglichen Zunge auf, die vom Rahmen umgeben ist und elastisch federbar gegenüber dem Rahmen vorgespannt mit einem Rahmenteil verbunden ist.
Der Hallsensor und der Erregermagnet können fest oder entnehmbar am Hallsensoradapter angeordnet sein. In einer bevorzugten Ausführungsvariante ist der Hallsensor in einer Aufnahme angeordnet, die an einem der Längsarme des Adapters vorgesehen ist. Der Erregermagnet ist in Nachbarschaft zum Hallsensor am beweglichen Adapterteil angeordnet. Es versteht sich, dass die Anordnung des Hallsensors und des Erregermagneten auch vertauscht sein können.
Aus fertigungstechnischen Gründen ist der Adapter ein monolithisches Kunststoffteil, das in einem Spritz-, Giess-, oder Spritzgiessverfahren herstellbar ist. Die Herstellverfahren sind hinlänglich erprobt und erlauben hohe Stückzahlen in gleichbleibender Qualität mit geringen Fertigungstoleranzen.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen eines Gurtschlosses. Es zeigen in schematischer Darstellung:
1 eine Übersichtsdarstellung eines Gurtschlosses;
2 eine Schnittdarstellung eines Gurtschlosses des Stands der Technik mit einem Halsensor und einem Erregermagneten;
3–7 Prinzipdarstellungen von erfindungsgemässen Anordnungen eines Hallsensors und eines Erregermagneten, die relativ zueinander in zwei Endstellungen bewegbar sind;
8 eine Schnittdarstellung eines Gurtschlosses des Stands der Technik;
9–13 schematische Darstellungen zur Erläuterung eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemässen Hallsensoranordnung am Beispiel eines Hallsensormoduls;
14 eine perspektivische Darstellung eines aus dem Stand der Technik bekannten Gurtschlosses ohne umgebendes Gehäuse;
15–17 verschiedene Ansichten eines zweiten Ausführungsbeispiels der Hallsensoranordnung am Beispiel eines in einem Gurtschloss gemäss 14 montierten Hallsensoradapters;
18 und 19 zwei perspektivische Ansichten des Hallsensoradapters gemäss 15–17; und
20 und 21 zwei Ansichten einer alternativen Ausführungsvariante eines Hallsensoradapters.
Ein in 1 schematisch dargestelltes Gurtschloss weist einen an sich bekannten äusseren Aufbau auf und ist gesamthaft mit den Bezugszeichen 1 versehen. Das Gurtschloss 1 ist am Ende einer Gurtverankerung 3 angeordnet und dient zur Aufnahme und lösbaren Verriegelung eines Schlosszunge 5, die mit einem Sicherheitsgurt 6 verbunden ist. Das Gurtschloss 1 besitzt ein Gehäuse 2, das an seiner von der Gurtverankerung 3 abgewandten Seite offen ausgebildet. Eine Entriegelungstaste 42 für einen innerhalb des Gehäuses 2 angeordneten Verriegelungsmechanismus erstreckt sich über den Grossteil des offenen Gehäusebereichs und lässt einen Einführschlitz 41 für die Schlosszunge 5 frei. Der Verriegelungsmechanismus verrastet beim Einführen der Schlosszunge 5 durch den Einführschlitz 41 in einer Zungenausnehmung 51. Die Freigabe der Schlosszunge 5 erfolgt durch die Betätigung der Entriegelungstaste 42.
Die schematische Schnittdarstellung der 2 zeigt den Aufbau eines Gurtschlosses des Stands der Technik mit einem innerhalb des Gehäuses 2 angeordneten Verriegelungsmechanismus 4 für eine durch den Einführschlitz 41 eingeführte Schlosszunge 5. Der Verriegelungsmechanismus 4 ist konventionell aufgebaut. Er umfasst einen Rahmen 21 mit einem geführten Auswerfer 46, der von einer Druckfeder 48 in Richtung des Einführschlitzes 41 vorgespannt ist. An seiner dem Einführschlitz 41 zugewandten Stirnseite weist der Auswerfer 46 eine Zungenaufnahme 47 auf. Die Schlosszunge 5 wird gegen die Federkraft der Druckfeder 48 in das Gehäuse 2 eingeführt. Sobald sie soweit eingeführt ist, dass die Zungenausnehmung 51 mit einer Aussparung 22 im Rahmen 21 ausgerichtet ist, bewegt sich ein an einer Wippe 45 angeordneter Verriegelungskörper 44 durch die Zungenausnehmung 51 in Richtung der Aussparung 22 und legt dabei die Schlosszunge 5 fest. Die Freigabe der Schlosszunge 5 erfolgt durch Betätigung der Entriegelungstaste 42 gegen die Federkraft einer Vorspannfeder 43. Dabei wird der Verriegelungskörper 44 aus der Zungenausnehmung 51 zurückgezogen, und der federbelastete Auswerfer 46 schiebt die Schlosszunge 5 in Richtung des Einführschlitzes 41. Gleichzeitig behindert der Auswerfer 46 eine Bewegung des Verriegelungskörpers 44 in Richtung der Aussparung 22 im Rahmen 21.
Die Lageveränderung des Verriegelungskörpers 44 wird durch einen berührungslosen Zustandssensor 7 detektiert, der am Gehäuse 2 in Nachbarschaft des Verriegelungskörpers 44 angeordnet ist. Der Zustandssensor ist ein Hallsensor 71, der durch einen in unmittelbarer Nachbarschaft angeordneten Erregermagneten 73 vorgespannt ist. Das Ausgangssignal des Hallsensors 71 ist von der Magnetfeldstärke des Erreger- bzw. Vorspannmagneten 73 abhängig. Bei der Betätigung des Verriegelungsmechanismus 4 wird der Verriegelungskörper 44 vom Hallsensor 71 weg oder zu ihm hin bewegt. Ist der Verriegelungskörper 44 ein ferromagnetisches Bauteil bzw. mit einem solchen verbunden, dann beeinflusst die Lage des bewegten Verriegelungskörpers 44 die Stärke des Magnetfeldes und damit die Grösse des Signals am Ausgang des Hallsensors 71. Der Hallsensor kann beispielsweise auch ein Differentialhallsensor sein.
3 bis 7 zeigen schematisch verschiedene Ausführungsvarianten der erfindungsgemässen Anordnung eines Halsensors 71 und eines Erregermagneten 72, die relativ zueinander von einer Endposition in eine zweite Endposition verschiebbar sind. In den Ausführungsvarianten gemäss 3–5 ist der Hallsensor 71 als ein Differentialhallsensor ausgebildet. Der Differentialhallsensor 71 weist zwei linear nebeneinander angeordnete Hallmessfeldern H1, H2 auf und erlaubt die Bildung von Differenzsignalen. Dabei heben sich Störeinflüsse durch äussere Magnetfelder, die sich im allgemeinen identisch auf die beiden Hallmessfelder H1, H2 auswirken, auf. Durch die Verwendung eines Differentialhallsensors 71 ist die Sensoranordnung daher weitgehend unempfindlich gegenüber den Einflüssen von äusseren magnetischen Störeinflüssen. Das sich bei der Differenzbildung ergebende Signal ist ein unmittelbares Mass für die Lageveränderung des Erregermagneten und damit der Lageveränderung eines überwachten Bauteils. Das Signal kann ausgewertet oder für die Auslösung weiterer Schaltvorgänge herangezogen werden.
Bei der Verwendung der erfindungsgemässen Hallsensoranordnung in einem Gurtschloss erfolgt bei der Betätigung des Verriegelungsmechanismus eine Verschiebung D des Erregermagneten 72 parallel zur linearen Anordnung der Hallmessfelder H1, H2 nebeneinander bzw. hintereinander. Die Grösse des erzielbaren Ausgangssignals hängt dabei u. a. von der Magnetisierung J des am Differentialhallsensor 71 vorbeibewegten Erregermagneten 72 ab. Bei der Anordnung gemäss 3 ist der Erregermagnet 72 senkrecht zu der linearen Anordnung der beiden Hallmessfelder H1, H2 des Differentialhallsensors 71 magnetisiert. In der in 3 ausgezogen dargestellten ersten Endposition ist beispielsweise der magnetische Südpol des Erregermagneten 72 dem Differentialhallsensor 71 zugekehrt. In dieser ersten Endposition beeinflusst der magnetische Südpol des Erregermagneten 72 das Hallmessfeld H1 des Differentialhallsensors 71 weit stärker als das Hallmessfeld H2. Nach der Verschiebung D des Erregermagneten 72 in die zweite Endposition beeinflusst der magnetische Südpol des strichliert angedeuteten Erregermagneten 72 das Hallmessfeld H2 des Differentialhallsensors 71 viel stärker als das Hallmessfeld H1. Bei dieser Lageveränderung des Erregermagneten 72 wird aus Sicht der Hallmessfelder H1 bzw. H2 die Polarität des Magnetfeldes verändert. Aus der Differenz der an den beiden Hallmessfelder erzeugten Signale ergibt sich die Signalstärke bzw. der Hub.
4 und 5 zeigen eine zweite erfindungsgemässe Anordnung eines Differentialhallsensors 71 und eines Erregermagneten 72. Dabei sind die zwei alternativen Endpositionen des Erregermagneten 72 relativ zum Differentialsensor 71 in separaten Figuren dargestellt. Die Magnetisierung J des Erregermagneten 72 verläuft diesmal parallel zu der linearen Anordnung der beiden Hallmessfelder H1, H2 des Differentialhallsensors 71. Bei der in 4 dargestellten Variante beeinflusst zunächst in erster Linie der magnetische Südpol des Erregermagneten 72 das Hallmessfeld H2 des Differentialhallsensors 71. Das Hallmessfeld H1 liegt in der Nähe der Längsmitte des stabförmigen Erregermagneten 71 und erfährt eine resultierende Magnetfeldstärke nahe Null. Nach der Lageveränderung des Erregermagneten 72 in die in 5 dargestellte zweite Endposition beeinflusst nunmehr der magnetische Nordpol des Erregermagneten 72 das Hallmessfeld H1 des Differentialhallsensors 71 weit stärker als das Hallmessfeld H2. Dieses erfährt nun wegen seiner Lage in der Nähe der Längsmitte des stabförmigen Erregermagneten 72 eine resultierende Feldstärke nahe Null. Bei der relativen Lageveränderung des Erregermagneten 72 zum Differentialhallsensor 71 erzeugt der magnetische Nordpol des Erregermagneten 72 im Messfeld H1 eine zum Einfluss des magnetischen Südpols auf das Messfeld H2 entgegengesetzte Signaländerung. Die Hallmessfelder H1 bzw. H2 erfahren bei der Lageveränderung des Erregermagneten eine Änderung der Polarisation des beaufschlagenden Magnetfeldes. Bei der Subtraktion der beiden Signale addieren sich die Signaländerungen, und die Signalstärke bzw. der Hub verdoppelt sich gegenüber der Variante gemäss 3. Die in 4 und 5 dargestellte Anordnung ist insbesondere bei der Detektion von sehr kleinen Lageveränderungen von grossem Vorteil.
6 und 7 zeigen eine zu der Variante in 4 und 5 analoge Anordnung eines Hallsensors 71 und eines Erregermagneten 72. Die Magnetisierung J des Erregermagneten 72 verläuft wiederum parallel zu der Fläche des einzigen Messfeldes H des Hallsensors 71. In der in 6 dargestellten ersten Endposition wird das Hall-Messfeld H beispielsweise vom Südpol des Erregermagneten 72 beaufschlagt. In der zweiten Endposition gemäss 7 wird das Hallmessfeld vom Nordpol des Erregermagneten 72 beaufschlagt. Das Hallmessfeld erfährt dadurch eine Umkehrung der Polarisation des Magnetfeldes. Die daraus resultierende Signaländerung kann ausgewertet oder für die Auslösung weiterer Schaltvorgänge herangezogen werden.
Der Erregermagnet 72 ist mit Vorteil ein als Stabmagnet ausgebildeter Permanentmagnet. Der Hallsensor bzw. Differentialhallsensor 71 ist mit Vorteil in integrierter Bauweise ausgeführt. Dabei sind beispielsweise die Auswerteschaltung und allenfalls für die Weiterverarbeitung der erfassten Signale erforderliche weitere Schaltungskomponenten vorzugsweise bereits auf dem Bauteil integriert.
8 zeigt einen schematischen Schnitt eines aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannten Gurtschlosses, das gesamthaft mit dem Bezugszeichen 1 versehen ist. Der Aufbau des Gurtschlosses 1 weist grosse Ähnlichkeiten zu der in 2 dargestellten Ausführungsvariante auf. Der innerhalb des Gehäuses 2 angeordnete Verriegelungsmechanismus trägt wiederum gesamthaft das Bezugszeichen 4 und umfasst einen Rahmen 21 sowie einen auf einer Wippe 45 angeordneten Verriegelungskörper 44, der im dargestellten Ausführungsbeispiel als ein von der Wippe 45 abnagender Verriegelungshaken 44 ausgebildet ist. Die Bewegungsmöglichkeiten der Wippe 45 in ihre beiden Endstellungen sind durch einen Doppelpfeil angedeutet. Im geöffneten Zustand liegt der Verriegelungshaken 44 auf dem mit einer Druckfeder 48 kraftbeaufschlagten Auswerfer 46 auf. Beim Einführen der Schlosszunge 5 wird der Auswerfer 46 gegen die Rückstellkraft der Druckfeder 48 verschoben und der Verriegelungshaken 44 fällt durch die Zungenausnehmung 51 und die Aussparung 22 des Rahmens 21.
9–13 zeigen eine gemäss der Erfindung zu einer baulichen Einheit zusammengefasste Hallsensoranordnung, die gesamthaft mit dem Bezugszeichen 7 versehen ist. Zum Unterschied von dem Gurtschlössern des Stands der Technik (2), bei denen der Hallsensor und der Erregermagnet als Einzelkomponenten gesondert im Gurtschloss montiert sind, ist die erfindungsgemässe Hallsensoranordnung 7 als ein Hallsensormodul aufgebaut, bei dem sämtliche für die Funktion erforderlichen Komponenten in einem gemeinsamen Modulgehäuse 70 angeordnet sind, das mit einem Gehäusedeckel 77 verschliessbar ist. Die Einzelkomponenten der Hallsensoranordnung 7 sind ein in der Gehäusevertiefung fixiert angeordneter Hallsensor 71, beispielsweise ein Differentialhallsensor mit Hallmessfeldern H1 und H2, und ein als ein Hebel 74 ausgebildeter Aktuator mit einer Ausnehmung 75, in der ein Erregermagnet 72 fixiert ist. Der Hebel 74 ist von einer innerhalb des Modulgehäuses 70 angeordneten Druckfeder 76 beaufschlagt, die sich einerseits im Modulgehäuse 70 und andererseits am Hebel 74 abstützt. Ein durch eine Aussparung 79 aus dem Modulgehäuse 70 ragender Abschnitt des Hebels ist hakenartig abgewinkelt. An der Unterseite des aus dem Modulgehäuse 70 ragenden Hebelabschnitts sind eine Längsrippe 78 oder dergleichen Vorsprünge vorgesehen.
Die in Modulbauweise montierte Hallsensoranordnung 7 umfasst alle Komponenten, die für die Detektion der Lageänderung von zwei relativ zu einander beweglichen Bauteilen erforderlich sind. Der Hallsensor 71 und der Erregermagnet 72 stehen in einer exakt vorgebbaren räumlichen Beziehung. Die Baugrösse des Moduls ist derart, dass es nachträglich sehr einfach in das Gurtschloss integriert werden kann. Die Funktion des Hallsensormoduls 7 ist in den schematischen Darstellungen in 12 und 13 am Beispiel eines Gurtschlosses gemäss 8 gezeigt. 12 zeigt dabei das Gurtschloss im geöffneten Zustand. 13 gibt den Zustand des verriegelten Gurtschlosses wieder. Beim Angurten eines Insassen wird die Schlosszunge in das Schlossgehäuse eingeschoben und der Auswerfer 46 wird gemäss dem Pfeil L verschoben. Dabei verkippt eine federbelastete Wippe 45, und ein mit der Wippe 45 verbundener Verriegelungskörper 44 gelangt in die in 13 dargestellte Position. Das Hallsensormodul 7 ist derart im Gurtschloss angeordnet, dass der aus dem Modulgehäuse 70 ragende Abschnitt des Hebels 74 die Wippe 45 übergreift. Die im Inneren des Modulgehäuses 70 angeordnete Druckfeder 76, die im Ausgangszustand gemäss 14 zusammengepresst ist, drückt durch ihre Vorspannung den Hebel 74 gegen den Boden des Modulgehäuses 70. Bei der Entspannung der Druckfeder 76 folgt der Hebel 74 zwangsweise der Kippbewegung der Wippe 45 (13). Der in der Aussparung 75 des Hebels 74 fixierte Erregermagnet 72 macht die Bewegung des Hebels 74 mit und wird an den Hallmessfeldern H1, H2 des Differentialhallsensors 71 vorbeibewegt. Die dabei auftretende Magnetfeldänderung wird detektiert und daraus beispielsweise das Signal „Insasse angegurtet” generiert.
Beim Entgurten wird die Schlosszunge aus dem Schlossgehäuse herausgezogen. Dabei wird der Auswerfer gemäss dem Pfeil R in 13 in die Ausgangsposition von 12 zurückgedrückt. Der Verriegelungskörper 44 an der Wippe 45 wird freigegeben und kippt in die in 12 gezeigte Ausgangstellung zurück. Der desmodromisch geführte Hebel 74 im Hallsensormodul 7 wird dabei von der Wippe 45 mitgenommen und wandert im Modulgehäuse 70 nach oben. Dabei wird die Druckfeder 46 wieder zusammengepresst. Bei dieser Bewegung des Hebels 74 wird der Erregermagnet 72 am ortsfest im Modulgehäuse 70 angeordneten Hallsensor 71 vorbei bewegt. Die Hallmessfelder H1, H2 detektieren die Änderung der Magnetfeldstärke und erzeugen ein Signal, beispielsweise „Insasse nicht angegurtet”.
Die an der Unterseite des aus dem Gehäusemodul ragenden Abschnitts des Hebels 74 vorgesehene Rippe 78 sorgt für eine linienförmige Auflage des Hebels 74 auf der Wippe 45. Diese Lösung ist weniger schmutzanfällig und verhindert ein Verkeilen des Hebels 74.
In einer nicht gesondert dargestellten Ausführungsvariante der als ein Hallsensormodul ausgebildeten Hallsensoranordnung kann der Erregermagnet in unmittelbarer Nachbarschaft zum ortsfesten Hallsensor angeordnet und gleichfalls ortsfest montiert sein. Bei dieser Hallsensoranordnung bildet der Erregermagnet einen Vorspannmagnet für den Hallsensor. Falls der am Hallsensor vorbeibewegte Abschnitt des Hebels aus einem ferromagnetischen Material besteht, kann bei dieser Ausführungsvariante des Hallsensormoduls auf einen zusätzlichen, am Hebel montierten Erregermagneten verzichtet werden, da die Lageveränderung des ferromagnetischen Abschnitts des Hebels bereits zu detektierbaren Magnetfeldänderungen führt. Für die erzielbaren Signaländerungen erweist sich jedoch auch bei einem vorgespannten Hallsensor, der auch ein Differentialhallsensor sein kann, von Vorteil, wenn der Hebel einen Permanentmagneten trägt.
14 zeigt ein weiteres aus dem Stand der Technik bekanntes Gurtschloss ohne umgebendes Gehäuse. Das Gurtschloss ist wiederum mit dem Bezugszeichen 1 versehen. Ein Verriegelungsmechanismus ist in einem Gurtschlossrahmen 21 gehalten. Der Verriegelungsmechanismus 4 umfasst wiederum eine Wippe 45 und einen von einer Druckfeder 48 in Richtung des Einführschlitzes vorgespannten Auswerfer 46. Die Entriegelungstaste ist bei 42 angedeutet. Die Wippe 45 ist aus Gewichtsgründen an ihrem dem Einführschlitz abgewandten Endabschnitt mit einer Bohrung 49 versehen. Zur Verhinderung von Klappergeräuschen ist ein Federbügel 9 vorgesehen. Dieser weist zwei Bügelarme 91 und einen die Bügelarme 91 verbindenden, klammerartig ausgebildeten Quersteg 93 auf. Die Enden der Bügelarme 91 sind als Haken 92 ausgebildet. Der Federbügel 9 ist einerseits über die Haken 92 an vom Rahmen 21 vertikal abragenden Stehern 23 verankert. Der klammerartig ausgebildete Quersteg 93 umgreift den mit der Bohrung 49 versehenen Endabschnitt der Wippe 45. Der Federbügel 9 begrenzt oder verhindert Relativbewegungen der Wippe 45 gegenüber dem Rahmen 21. Klappergeräusche des Gurtschlosses 1 werden dadurch weitgehend verhindert.
15 zeigt in einer zu 14 analogen Darstellung eine zweite Ausführungsvariante der erfindungsgemässen Hallsensoranordnung am Beispiel eines in einem Gurtschloss montierten Hallsensoradapters 8. Dabei wurde aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit auf die Darstellung der Druckfeder (Bezugszeichen 48 in 14) verzichtet. Das Gurtschloss ist wiederum mit dem Bezugszeichen 1 versehen. 16 und 17 zeigen weitere Ansichten des mit dem Hallsensoradapter 8 versehenen Gurtschlosses gemäss 15. Wie aus den Darstellungen unmittelbar ersichtlich ist, ist der Hallsensoradapter 8 anstelle des Federbügels (Bezugszeichen 9 in 14) montiert. Der Hallsensoradapter 8 trägt einen vormontierten Hallsensor 71 und einen Erregermagneten 72.
Der in den 18 und 19 in zwei Ansichten in vergrössertem Massstab dargestellte Adapter 8 besitzt ein erstes Adapterteil in Form von zwei Längsarmen 81, die von einem klammerartig ausgebildeten Queralm 83 verbunden sind. Die sich in Richtung des Einführschlitzes erstreckenden Längsarme 81 sind an ihren Enden mit Haltehaken 82 versehen. Die Haltehaken 82 dienen zur Verankerung an den vertikal vom Gurtschlossrahmen 21 abragenden Stehern 23. Schulterartige Vorsprünge an den Stehern 23 verhindern ein unbeabsichtigtes Lösen der Verankerung der Haken 82 von den Stehern 23. Der klammerartig ausgebildete Querarm 83 umgreift den Endabschnitt der Wippe 45. Dadurch werden grössere Relativbewegungen der Wippe 45 gegenüber dem Gurtschlossrahmen 21 unterdrückt und Klappergeräusche weitgehend verhindert.
Vom Querarm 83 des Adapters 8 ragt ein zweites Adapterteil in Form einer Lasche 85 ab und erstreckt sich in Richtung der Längsarme 81. Die Lasche 85 ist über ein Scharniergelenk 84, vorzugsweise ein Filmscharnier, beweglich am Querarm 83 des Adapters angelenkt und bildet den Aktuator der als ein Hallsensormodul 8 ausgebildeten Hallsensoranordnung. Von der Unterseite der Lasche ragt ein Schnapphaken 88 ab, der durch die Bohrung 49 im Endabschnitt der Wippe 45 ragt und diese formschlüssig hintergreift. Eine dem Schnapphaken 88 gegenüberliegender Gegenhalter 89 stützt sich an der Oberfläche der Wippe 45 ab. Dadurch ist die beweglich angelenkte Lasche 85 kraft- und formschlüssig an der Wippe 45 fixiert. Die Fixierung der Lasche 85 an der Wippe 45 ist vorzugsweise lösbar.
Einer der Längsarme 81 des Adapters 8 weist eine Aufnahme 86 für einen Hallsensor 71 auf. Beispielsweise ist die Aufnahme 86 als ein Schlitz ausgebildet, in den der Hallsensor 71, der als ein Hallsentor mit einem Messfeld oder als ein Differentialhallsensor mit zwei nebeneinander angeordneten Messfeldern ausgebildet sein kann, einschiebbar und hinsichtlich seiner Lage fixierbar ist. Signalleitungen verbinden den Hallsensor 71 mit einer Auswerteeinrichtung. Am freien Ende der Lasche 85 ist eine Halterung 87 für einen Erregermagneten 72 der Hallsensoranordnung vorgesehen. Der Erregermagnet 72 befindet sich innerhalb sehr enger Fertigungstoleranzen des Adapters 8 in einer exakt vorgebbaren Position relativ zum Hallsensor 71. Durch zusätzlich eingebrachte Distanzhalter kann das Spiel des Luftspaltes zwischen der Aufnahme 84 für den Hallsensor 71 und der Halterung für den Erregermagneten 72 eingeschränkt und eine eingestellte Schaltschwelle sichergestellt werden. Die über das Scharniergelenk 84 beweglich angelenkte Lasche 85 macht durch die Verbindung mit der Wippe 45 zwangsgeführt deren Auf- und Abbewegung bei der Verriegelung bzw. Entriegelung der Gurtlasche mit und bewegt sich relativ zu den an den vertikalen Stehern 23 verankerten Längsarmen 81. Bei dieser Bewegung der Lasche 85 wird der Erregermagnet 72 relativ an dem bzw. den Hallmessfeld(ern) des an dem feststehenden Längsarm montierten Hallsensors 71 vorbei bewegt. Die dabei auftretende Magnetfeldänderung wird detektiert, über die Signalleitungen an die Auswerteeinrichtung weitergeleitet und daraus beispielsweise das Signal „Insasse angegurtet” bzw. „Insasse nicht angegurtet” generiert.
Der Hallsensor kann ein Hallsensor mit nur einem Hallmessfeld oder ein Differentialballsensor sein. Auch kann ein zusätzlicher Erregermagnet in unmittelbarer Nähe des Hallsensors ortsfest montiert sein, um den Hallsensor vorzuspannen.
20 und 21 zeigen zwei Ansichten einer weiteren Ausführungsform einer als ein Hallsensoradapter ausgebildeten Hallsensoranordnung. Der Hallsensoradapter trägt wiederum gesamthaft das Bezugszeichen 8 und umfasst ein rahmenartig ausgebildetes erstes Adapterteil 801 und ein gegenüber dem rahmenartigen ersten Adapterteil 801 bewegliches zweites Adapterteil in Form eines an einem Rahmenteil 803 angelenkten Arms 805. Der bewegliche Arm 805 ist vom rahmenartigen ersten Adapterteil 801 umschlossen. Zwei in Längsrichtung verlaufende Seitenteile 802 sind einerseits von dem Rahmenteil 803 verbunden, von dem der bewegliche Arm 805 abragt. An der gegenüberliegenden Seite, in Nachbarschaft zum freien Ende des beweglichen Arms 805 sind die Seitenteile 802 durch ein Querteil 804 verbunden. Wie aus 20 und 21 ersichtlich ist, weist der bewegliche Arm 805 gegenüber dem rahmenartigen ersten Adapterteil 801 eine elastische Vorspannung auf. Die plastische Vorspannung des beweglichen Arms 805 ist konstruktiv und materialbedingt und kann durch ein in das Rahmenteil 803 und den beweglichen Arm 805 integriertes Federelement unterstützt sein.
Das rahmenartige erste Adapterteil 801 ist mit Halterungen 806, 807 ausgestattet, durch die das erste Adapterteil 801 an einem feststehenden Bauteil montierbar ist. Die Halterungen 806, 807 sind spezifisch auf das Bauteil abgestimmt, mit dem das erste Adapterteil 801 verbunden werden soll. Der in den 20 und 21 dargestellte Hallsensoradapter 8 ist beispielsweise für die Montage in einem Gurtschloss ausgebildet. Entsprechend sind die Halterungen 806, 807 derart ausgebildet, dass das erste Adapterteil 801 beispielsweise an einem Gurtschlossrahmen montierbar ist. Der federnd vorgespannte bewegliche Arm 805 liegt bei montiertem Hallsensoradapter 8 an dem seine Lage verändernden Bauteil an. Bei der Verwendung des Hallsensoradapters 8 in einem Gurtschloss liegt der bewegliche Arm 805 mit geringer Vorspannung an einem beim Schliess- bzw. Öffnungsvorgang seine Position in zwei Endlagen verändernden Bauteil des Schliessmechanismus an. Beispielsweise ist dies eine einen Verriegelungsorgan tragende Wippe (14) oder eine Feder, welche eine Wippe oder ein anderes Verriegelungsorgan beaufschlagt. Der Hallsensor 71, der auch ein Differentialhallsensor sein kann, ist am rahmenartigen ersten Adapterbauteil 801 angeordnet. In dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Hallsensor 71 am Querteil 804 montiert. Er kann aber auch in der Nähe des freien Endes des beweglichen Arms 805 an einem der Seitenteile montiert sein. Der Erregermagnet 72 ist am freien Vorderende des elastisch vorgespannten, beweglichen Arms 805 angeordnet.
Der Hallsensoradapter ist ein Kunststoffteil, das beispielsweise in einem Kunststoffspritz- oder Kunststoffgiess- oder Kunststoffspritzgiessverfahren hergestellt ist. Dies erlaubt eine Fertigung mit sehr kleinen Fertigungstoleranzen. Bei einem Hallsensoradapter gemäss 18 bzw. 19 kann dass Scharniergelenk beispielsweise als ein integrales Filmscharnier ausgebildet werden. Bei einem Hallsensoradapter gemäss 20 und 21 kann das die elastische Vorspannung des als beweglicher Arm ausgebildeten Aktuators unterstützende Federelement in das Kunststoffmaterial eingebettet werden. Auch der Erregermagnet und der Hallsensor können unmittelbar in das Kunststoffmaterial eingebettet sein. Durch seitliche Versteifungen des Filmscharniers können seitliche Scharnierauslenkungen weiter eingeschränkt werden. An den zur Verankerung dienenden Halterungen und Halteelementen des Adapters können weitere Versteifungen vorgesehen sein, um eine sichere Verankerung zu gewährleisten. Der Adapter kann lösbar oder auch unlösbar am Rahmen und an der Wippe (17) verankert sein. Der Hallsensor und der Erregermagnet können fest oder entnehmbar am Adapter angeordnet sein. Es versteht sich, dass die Anordnung des Hallsensors und des Erregermagneten auch vertauscht sein können. In diesem Fall wird der Hallsensor bei der Bewegung der Wippe relativ zum stationär angeordneten Erregermagneten bewegt Wegen der dabei aber möglicherweise auftretenden Beanspruchungen der mit dem Hallsensor verbundenen Signalleitungen wird aber die umgekehrte Anordnung bevorzugt.
Der Hallsensoradapter weist eine besonders platzsparende Bauweise auf. Für seine Funktion macht er nur Gebrauch von den im Gurtschloss ohnehin vorhandenen beweglichen Komponenten, insbesondere von der Bewegung einer einen Verriegelungskörper tragenden Wippe oder des Verriegelungskörpers oder einer den Verriegelungskörper beaufschlagenden Feder relativ zum Rahmen. Dabei ist er als ein monolithisches Bauteil sehr einfach montierbar, insbesondere einhäng- und einclipsbar. Durch die Relativbewegung des Erregermagneten zum Hallsensor sind verhältnismässig grosse Signalpegel und dadurch grosse Signal-zu-Rausch Verhältnisse erzielbar. Die Hallsensoranordnung befindet sich im montierten Zustand mit Vorteil an der vom Insassen abgewandten Seite des Gutschlosses. Dadurch ist eine Beeinträchtigung durch äussere Magnetfelder, beispielsweise durch einen in der Hosen- oder Jackentasche eines Insassen befindlichen Magneten oder dergleichen, weitgehend verhindert. Die im Adapter angeordnete Hallsensoranordnung ist im Inneren des Gurtschlosses angeordnet. Dadurch üben die Hallsensoranordnung umgebenden metallischen Bauteile eine abschirmende Wirkung aus. Diese Anordnung erlaubt es, die Hallsensoranordnung mit einem konventionellen Hallsensor mit einem Messfeld oder mit einem Differentialhallsensor mit zwei Messfeldern auszubilden. Der Hallsensoradapter kann auch durch einen zusätzlichen Erregermagneten vorgespannt sein. Der Hallsensoradapter zeichnet sich auch dadurch aus, dass zu seinem Einbau keine Modifikationen des Gurtschlosses erforderlich sind. Im eingebauten Zustand unterdrückt der Hallsensoradapter auch weitgehend Klappergeräusche, indem grössere Relativbewegungen der beweglichen Komponenten des Verschlussmechanismus gegenüber dem Rahmen des Gurtschlosses gedämpft werden.

Claims

Hallsensoranordnung zur Erfassung der Lageveränderung von zwei relativ zueinander in zwei Endpositionen beweglichen Bauteilen mit einem Hallsensor (71) mit wenigstens einem Hallmessfeld (H; H1, H2) und einem Erregermagneten (72), dadurch gekennzeichnet, dass ein Aktuator (74; 85; 805) für die Übermittlung der Lageveränderung der zwei relativ zueinander beweglichen Bauteile an den Hallsensor (71) vorgesehen ist und der Hallsensor (71) und der Erregermagnet (72) derart zu einer vormontierten baulichen Einheit zusammengefasst sind, dass bei einer relativen Lageveränderung des Erregermagneten (72) zum Hallsensor (71) von der einen Endposition in die andere Endposition die Polarität des auf das Hallmessfeld (H; H1, H2) einwirkenden Magnetfelds verändert, vorzugsweise umgekehrt wird.
Hallsensoranordnung gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hallsensor (71) und der Erregermagnet (72) in einem Modulgehäuse (70) angeordnet sind, und durch Verschiebung des als ein aus dem Modulgehäuse (70) ragendender Hebel (74) ausgebildeten Aktuators relativ zueinander verstellbar sind.
Hallsensoranordnung gemäss Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hallsensor (71) in einer Vertiefung des Modulgehäuses (70) fixiert ist, und der Erregermagnet (72) an dem in zwei Endpositionen verstellbaren Hebel (74) angeordnet ist, dessen durch eine Aussparung (79) im Modulgehäuse (70) ragender Abschnitt abgewinkelt ist, und innerhalb des Modulgehäuses eine den Hebel (74) kraftbeaufschlagende Druckfeder (76) vorgesehen ist.
Hallsensoranordnung gemäss Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass an der Unterseite des aus dem Modulgehäuse (70) ragenden Abschnitts des Hebels (74) eine Rippe (78) vorgesehen ist.
Hallsensoranordnung gemäss einem der Ansprüche 2–4, dadurch gekennzeichnet, dass in unmittelbarer Nachbarschaft des Hallsensors ein Vorspannmagnet angeordnet ist.
Hallsensoranordnung gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hallsensor und der Erregermagnet in unmittelbarer Nachbarschaft zueinander in einem Modulgehäuse fixiert sind und der Aktuator als ein in zwei Endlagen verstellbarer Hebel aus einem ferromagnetischen Material ausgebildet ist, dessen durch eine Aussparung im Modulgehäuse ragender Abschnitt abgewinkelt und von einer innerhalb des Modulgehäuses angeordneten Druckfeder kraftbeaufschlagt ist.
Hallsensoranordnung gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hallsensor (71) ein Differentialhallsensor mit wenigstens zwei, linear neben- bzw. hintereinander angeordneten Hallmessfeldern (H1, H2) ist.
Hallsensoranordnung gemäss Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Erregermagnet (72) derart angeordnet ist, dass seine Bewegungsrichtung (D) bei der Lageveränderung des überwachten Bauteils (44; 46) im wesentlichen parallel zu der linearen Anordnung der Hallmessfelder (H1, H2) am Differentialhallsensor (71) verläuft.
Hallsensoranordnung gemäss Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Erregermagnet (72) eine Magnetisierung (J) aufweist, die im wesentlichen senkrecht zu der linearen Anordnung der Hallmessfelder (H1, H2) am Differentialhallsensor (71) verläuft.
Hallsensoranordnung gemäss Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Erregermagnet (72) eine Magnetisierung (J) aufweist, die im wesentlichen parallel zu der linearen Anordnung der Hallmessfelder (H1, H2) am Differentialhallsensor (71) verläuft.
Hallsensoranordnung gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hallsensor und der Erregermagnet an einem Adapter (8) angeordnet sind, der als ein monolithisches Kunststoffteil ausgebildet ist und zwei Adapterteile aufweist, die relativ zueinander beweglich ausgebildet sind, wobei ein Adapterteil den Hallsensor (71) und der zweite Adapterteil den Erregermagneten (72) trägt.
Hallsensoranordnung gemäss Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der eine Adapterteil zwei Längsarme (81) aufweist, deren freie Enden mit Haltehaken (82) versehen sind, die zur Montage an einem feststehenden Bauteil ausgebildet sind und an ihrem gegenüberliegenden Ende durch einen Querarm (83) verbunden sind, und der zweite Adapterteil den Aktuator bildet, der als eine über ein Scharniergelenk (84) beweglich am Querarm (83) angelenkte Lasche (85) ausgebildet ist, welche Befestigungsmittel zur Verriegelung mit einem gegenüber dem einem ersten Bauteil beweglichen zweiten Bauteil aufweist.
Hallsensoranordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Scharniergelenk (84) ein Filmscharnier ist.
Hallsensoranordnung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die an der Lasche (85) vorgesehenen Befestigungsmittel Schnapphaken (88) umfassen, die durch eine Bohrung (49) im zweiten Bauteil (45) führbar und mit diesem verriegelbar sind.
Hallsensoranordnung nach einem der Ansprüche 12–14, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Arme (81) eine Aufnahme (86) für den Hallsensor (71) aufweist, während an der Lasche (85), in Nachbarschaft zur Aufnahme (81), eine Halterung (87) für den Erregermagneten (72) angeordnet ist.
Hallsensoranordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Adapter (8) rahmenartig ausgebildet und mit Halterungen (806, 807) zur Montage am ersten, feststehenden Bauteil versehen ist, und der Aktuator von einem beweglichen Arm (805) gebildet ist, der vom Rahmen (801) umgeben ist und elastisch federbar gegenüber dem Rahmen (801) vorgespannt mit einem Rahmenteil (803) verbunden ist.
Hallsensoranordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die elastische Vorspannung durch ein in das Rahmenteil (803) und den elastisch federbaren Arm (805) integriertes Federelement unterstützt ist.
Hallsensoranordnung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Hallsensor (71) am Rahmen (801) und der Erregermagnet (72) am elastisch federbaren Arm (805) angeordnet ist.
Hallsensoranordnung nach einem der Ansprüche 11–18, dadurch gekennzeichnet, dass der Hallsensor (71) ein Differentialhallsensor mit zwei, linear neben- bzw. hintereinander angeordneten Hallmessfeldern (H1, H2) ist.
Hallsensoranordnung gemäss Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Erregermagnet (72) derart angeordnet ist, dass seine Bewegungsrichtung (D) bei der Lageveränderung eines überwachten Bauteils im wesentlichen parallel zu der linearen Anordnung der Hallmessfelder (H1, H2) am Differentialhallsensor (71) verläuft.
Hallsensoranordnung gemäss Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Erregermagnet (72) eine Magnetisierung (J) aufweist, die im wesentlichen senkrecht zu der linearen Anordnung der Hallmessfelder (H1, H2) am Differentialhallsensor (71) verläuft.
Hallsensoranordnung gemäss Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Erregermagnet (72) eine Magnetisierung (J) aufweist, die im wesentlichen parallel zu der linearen Anordnung der Hallmessfelder (H1, H2) am Differentialballsensor (71) verläuft.
Hallsensoranordnung gemäss einem der Ansprüche 11–22, dadurch gekennzeichnet, dass in im mittelbarer Nachbarschaft des Hallsensors ein Vorspannmagnet angeordnet ist.
Hallsensoranordnung nach einem der Ansprüche 23–28, dadurch gekennzeichnet, dass der Adapter (8) ein monolithisches Kunststoffteil ist, das in einem Spritz-, Giess-, oder Spritzgiessverfahren herstellbar ist.
Verwendung einer Hallsensoranordnung (7; 8) gemäss einem der Patentansprüche 1–24 in einem Gurtschloss (1) eines Kraftfahrzeugs oder dergleichen zur Überwachung eines Verriegelungsmechanismus (4) des Gurtschlosses (1).
Gurtschloss mit einem Verschlussmechanismus (4) und einer Hallsensoranordnung (7; 8) gemäss einem der Patentansprüche 1–24, dadurch gekennzeichnet, dass die Hallsensoranordnung (7; 9) derart angeordnet ist, dass der Aktuator (7; 85; 805) die Lageveränderung eines bei der Verriegelung von einer Endposition in eine zweite Endposition bewegbaren Bauteils nachvollzieht.
Gurtschloss gemäss Anspruch 26 mit einer Hallsensoranordnung (7) nach einem der Ansprüche 2–10, dadurch gekennzeichnet, dass der aus dem Modulgehäuse (70) ragende Hebel (74) kraftschlüssig mit einem Auswerfer (46) für eine in das Gurtschloss (1) eingeführte Schlosszunge (5) oder mit einem Verriegelungskörper (44) für die Schlosszunge (5) bzw. einem den Verriegelungsköper (44) tragenden beweglichen Bauteil (45) zusammenwirkt.
Gurtschloss gemäss Anspruch 26 mit einer Hallsensoranordnung (8) nach einem der Ansprüche 11–15, dadurch gekennzeichnet, dass der den Hallsensor (71) tragende erste Teil des Adapters (81, 82, 83) mit einem Rahmen (21, 23) des Gurtschlosses (1) verbunden ist, während der den Erregermagneten (72) tragender zweiter Teil des Adapters (85) form und kraftschlüssig mit einer einen Verriegelungskörper tragenden Wippe (45) verbunden ist, die beim Verriegelungs- oder Öffnungsvorgang eine von zwei alternativen Endpositionen einnimmt.
Gurtschloss gemäss Anspruch 26 mit einer Hallsensoranordnung (8) nach einem der Ansprüche 16–18, dadurch gekennzeichnet, dass der elastisch federbare Arm (805) mit einer Vorspannung an einer einen Verriegelungskörper beaufschlagenden Feder oder einer einen Verriegelungskörper tragenden Wippe anliegt, welche beim Verriegelungs- oder Öffnungsvorgang eine von zwei alternativen Endpositionen einnehmen.
Gurtschloss gemäss einem der Ansprüche 26–29, dadurch gekennzeichnet, dass die Hallsensoranordnung (7; 8) an der vom angegurteten Insassen abgewandten Seite des Verschlussmechanismus (4) angeordnet ist.