DE202010015107U1

DE202010015107U1 - Magnetischer Seilzugaufnehmer

Info

Publication number: DE202010015107U1
Application number: DE202010015107U
Authority: DE
Original assignee: Megamotive & Co KG GmbH; TDK Micronas GmbH
Current assignee: Megamotive & Co Kg De GmbH; TDK Micronas GmbH
Priority date: 2010-11-08
Filing date: 2010-11-08
Publication date: 2011-02-17
Anticipated expiration: 2020-11-09

Abstract

Magnetischer Seilzugaufnehmer (10) mit einem Gehäuse (15) aufweisend,
– einen Drehwinkelsensor (50)
– einen Magneten (40),
– eine Welle (20) mit einem ersten Ende an welchem der Magnet (40) angeordnet ist und die Welle (20) längs ihrer Drehachse an wenigstens einem Abschnitt ein Gewinde (25) aufweist, und
der Abschnitt mit dem Gewinde (30) in einer Aufnahme des Gehäuses (15) angeordnet ist, so dass bei einer Drehung der Welle (20) sich der Abstand zwischen dem Magneten (40) und dem Drehwinkelsensor (50) ändert,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Trommel (60) zur Aufnahme eines aufwickelbaren Materials auf der Welle (20) ausgebildet und mit der Welle (20) kraftschlüssig verbunden ist, und eine mit der Welle (20) kraftschlüssig verbundene Feder vorgesehen ist, so dass die Feder (80) in einer ersten Drehrichtung der Welle (20) gespannt und einer zweiten Drehrichtung der Welle (20) entspannt wird.

Description

Die Erfindung betrifft einen magnetischen Seilzugaufnehmer gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus der EP 1 503 182 B1 ist ein Drehwinkelsensor bekannt, bei dem bei einer Welle, deren Drehwinkel gemessen werden soll, vorzugsweise am kopfseitigen Ende der Welle ein Magnet befestigt ist. Der Magnet, welcher vorzugsweise als Permanentmagnet ausgebildet ist, weist einen Nordpol und einen Südpol auf und erzeugt in dem Drehwinkelsensor ein wechselndes Magnetfeld, dessen Stärke sich mit dem Abstand zwischen Magnet und Drehwinkelsensor ändert. Aus dem gemessenen Signal lassen sich der Abstand und der Winkel der Welle bestimmen.
Weitere Drehwinkelsensoren sind aus der EP 1 676 099 B1 bekannt und unter dem Link „http://www.youblisher.com/p/36569-Seilzugsensor-SX135-Langwegsensor/” offenbart.
Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Vorrichtung anzugeben, die den Stand der Technik weiterbildet.
Die Aufgabe wird durch einen magnetischen Seilzugaufnehmer mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Gemäß dem Gegenstand der Erfindung wird ein magnetischer Seilzugaufnehmer mit einem Gehäuse offenbart, aufweisend, einen Drehwinkelsensor, einen Magneten, eine Welle mit einem ersten Ende an welchem der Magnet angeordnet ist und die Welle längs ihrer Drehachse an wenigstens einem Abschnitt ein Gewinde aufweist, und der Abschnitt mit dem Gewinde in einer Aufnahme des Gehäuses angeordnet ist, so dass bei einer Drehung der Welle sich der Abstand zwischen dem Magneten und dem Drehwinkelsensor ändert, eine Trommel zur Aufnahme eines aufwickelbaren Materials auf der Welle ausgebildet und mit der Welle kraftschlüssig verbunden ist, und eine mit der Welle kraftschlüssig verbundene Feder vorgesehen ist, so dass die Feder in einer ersten Drehrichtung der Welle gespannt und einer zweiten Drehrichtung der Welle entspannt wird.
Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es, dass sich durch die Kombination eines Magneten, einer Trommel und einer vorzugsweise vorgespannten Feder auf einer einzigen Welle sich ein Seilzugsaufnehmer sehr kostengünstig und zuverlässig herstellen lässt. Im Unterschied dazu, weisen bisherige Systeme einen erheblichen komplexeren Aufbau, insbesondere mit mehreren Zahnrädern und Wellen, auf. Des Weiteren lässt sich mit der erfindungsgemäßen Lösung auch bei einem vorübergehenden Stromausfall jederzeit die genaue Lage, d. h. Entfernung und Drehwinkel der Welle, nach dem Wiedereinschalten des Stromes bestimmen, indem durch den Magnet, welcher vorzugsweise als Permanentmagnet ausgeführt ist, mittels des Magnetfeldes in dem Drehwinkelsensor ein Signal erzeugt wird. Potentiometergestützte Systeme unterliegen einem erhöhten Verschleiß. Sogenannte Inkrementalsysteme müssen nach dem Wiedereinschalten des Stromes erst eine Nullpunktkalibrierung durchführen. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden erfinderischen Lösung ist, dass sich der Seilzugaufnehmer sehr kompakt und klein aufbauen lässt. In dem der Seilzugaufnehmer mittels des Gewindes, welches vorzugsweise als Außengewinde auf der Welle in einem vorderen Abschnitt in der Nähe des Magneten ausgebildet ist, lässt sich die Welle in einem korrespondierenden Innengewinde des Gehäuses entlang der Drehachse drehen und hierdurch verschieben. Hierdurch ändert sich der Abstand zwischen dem vorzugsweise an dem kopfseitigen Ende der Welle in einer Aussparung integrierten Magneten und dem Magneten gegenüberliegenden Drehwinkelsensor. Aus der Signalstärke des durch den Magneten in den Drehwinkelsensor integrierten Signals lässt sich beispielsweise die Länge des von der Trommel abgewickelten Materials auf einfache Weise präzise bestimmen.
In einer Weiterbildung ist der Drehwinkelsensor in einer Ausformung des Gehäuses unmittelbar gegenüberliegend zu der Lage des Magneten, vorzugsweise möglichst gering beabstandet, angeordnet. In dem der Magnet vorzugsweise zentrisch auf der Drehachse der Welle montiert ist, ist es von Vorteil auch den Drehwinkelsensor möglichst zentrisch zu einer gedachten Verlängerung zu der Drehachse der Welle anzuordnen.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist die Feder als eine um die Welle angeordnete Spiralfeder ausgebildet, welche einen ersten Haltepunkt auf der Welle und einen zweiten Haltepunkt an dem die Welle umgebenden Gehäuse aufweist. Hierdurch wird die Spiralfeder je nach Drehrichtung der Welle entweder gespannt oder entspannt.
In einer anderen Ausführungsform weist das Gehäuse eine oder mehrere Öffnungen zum Herausziehen des aufwickelbaren Materials, wobei das aufwickelbare Material vorzugsweise als Seil, insbesondere aus Metall, oder als Gurt ausgebildet ist, auf. Als Gurt ist auch der Rückhaltegurt in Kraftfahrzeugen anzusehen. Untersuchungen der Anmelderin haben gezeigt, dass es vorteilhaft ist, wenn die Spiralfeder in einem ersten Zustand, bei dem das Material im Wesentlichen auf der Trommel aufgewickelt ist, eine Vorspannung aufweist und bei einem Herausziehen des aufwickelbaren Materials die Feder weiter gespannt wird. Vorzugsweise ist in dem ersten aufgewickelten Zustand des Materials der Abstand zwischen dem Magneten und dem Drehwinkelsensor minimal ausgebildet. Hierdurch ist die magnetische Induktion im Drehwinkelsensor am Größten. Es ist bevorzugt den Drehwinkelsensor als Hallsensor auszubilden.
Alternativ lässt sich der Drehwinkelsensor als magnetoresistiver Sensor ausbilden. Als magnetoresistiver Sensor werden Sensoren bezeichnet, die auf einem oder mehreren der folgenden Effekten beruhen: Anisotrop magnetoresistiver Effekt (AMR), Giant magnetoresistiver Effekt (GMR), Collosal magnetoresistiver Effekt (CMR) und Tunnelresistiver Effekt (TMR). In einer anderen Weiterbildung ist der Drehwinkelsensor als induktiver Sensor ausgebildet.
Gemäß einer der weiteren Ausführungsformen ist es vorteilhaft, die Länge des von der Trommel abgewickelten Materials mittels von dem Magneten in dem Drehwinkelsensor erzeugten Signals zu bestimmen, vorzugsweise unter Berücksichtigung wenigstens des Trommeldurchmessers und der Dicke des aufzuwickelnden Materials. Untersuchungen der Anmelderin haben gezeigt, dass es zur Vermeidung von einer schlechten Wickelgüte vorteilhaft ist, dass die Verschiebung der Welle entlang der Drehachse im Wesentlichen des Durchmessers des von der Trommel abwickelbaren Seils entspricht. Hierzu wird die Steigung des Gewindes entsprechend vorgegeben.
Untersuchungen haben gezeigt, dass sich der erfindungsgemäße Seilzugaufnehmer vorteilhaft im Bereich Automotive, beispielsweise in Sicherheitsgurtrollersysteme einsetzten lässt. Insbesondere lässt sich jederzeit die Länge des ausgezogenen Gurtes bestimmen und im Crash Fall das jederzeit zur Verfügung stehende Signal weiterzuverarbeiten und beispielsweise das Auslösen des Airbags beeinflussen.
In einer anderen Ausführungsform weist die Trommel ein umlaufendes Material auf, so dass sich bei einer Bewegung der Trommel die Menge des aufgewickelten Materials im Wesentlichen nicht ändert. Vorzugsweise ist das umlaufende Material als Seil, welches beispielsweise gespannt ist, ausgebildet. Des Weiteren ist es bevorzugt, dass die Trommel kein umgebendes Gehäuse aufweist, oder alternativ an dem Gehäuse zwei sich vorzugsweise gegenüberliegende Öffnungen ausgebildet sind.
In einer Ausführungsform ist ein Speicher, vorzugsweise ein nicht flüchtiger Speicher ausgebildet, wobei die Anordnung vorzugsweise programmierbar ausgebildet ist. Hierdurch lässt sich ein magnetischer Seilzugaufnehmer ausbilden, welcher in die jeweilige Applikation einlernbar ist. Beispielweise lassen sich für vorgegebene Stellungen der Trommel in dem Speicher bestimmten ausgewählten Stellungen Werte zuordnen. Des Weiteren ist es vorteilhaft, derartige Werte als Ausgangssignale auszugeben. Hiermit lassen sich beispielsweise aus den Werten von zwei aufeinanderfolgenden vorgegebenen Positionen dazwischenliegende Positionen berechnen. Auch lassen sich aus den vorgegebenen Werten weitere Werte mittels Extrapolation berechnen.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Hierbei werden gleichartige Teile mit identischen Bezeichnungen beschriftet. Die dargestellte Ausführungsformen sind stark schematisiert, d. h. die Abstände und laterale und vertikale Erstreckung sind nicht maßstäblich und weisen, sofern nicht anders angegeben auch keine ableitbare geometrische Relation zueinander auf. Darin zeigen die:
1a einen schematischen Querschnitt eines Seilzugaufnehmers in einem Zustand mit aufgerolltem Seil,
1b einen schematischen Querschnitt eines Seilzugaufnehmers in einem Zustand mit ausgezogenem Seil.
Die Abbildung der 1a zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Seilzugaufnehmers 10 mit einem Gehäuse 15 und einer Welle 20. Die Welle 20 weist in dem vorderen Bereich ein Außengewinde 25 auf, welches zu einem Innengewinde 30 des Gehäuses 15 korrespondiert. An dem kopfseitigen Ende weist die Welle 20 eine Aussparung auf, in der ein Magnet 40, derart zentrisch zur Drehachse der Welle 20 integriert ist, dass die Oberfläche des Magneten 40 im Wesentlichen bündig mit der kopfseitigen Oberfläche der Welle 20 abschließt. Um den Abstand A entfernt liegt dem Magneten 40 ein, vorzugsweise als Hallsensor ausgebildeter, Drehwinkelsensor 50 gegenüber. Der Drehwinkelsensor 50 ist in einer Aussparung des Gehäuses 15 im Wesentlichen zentrisch zur Drehachse der Welle 20 angeordnet. Auf der Welle 20 ist eine Trommel 60 zur Aufnahme eines auf- bzw. abwickelbaren Materials ausgebildet, wobei das Material vorzugsweise als ein Seil 70 ausgebildet ist. Des Weiteren ist an dem, dem Magneten 40 gegenüberliegenden Ende der Welle 20 eine Spiralfeder 80 ausgebildet, welche mit dem inneren Fixpunkt an der Welle 20 und mit dem äußeren Fixpunkt an dem Gehäuse 15 befestigt ist. Ferner ist die Welle 20 in einer Buchse 90 gelagert. Die Buchse 90 lässt sich als Nadellager oder Wälzlager oder Kugellager ausbilden. Die Feder 80 ist vorzugsweise vorgespannt, so dass ein auch nur wenig herausgezogenes Seil 80 sofort wieder vollständig auf die Trommel 60 aufgerollt bzw. aufgewickelt wird.
In der Abbildung der 1b ist der Seilzugaufnehmer 10 der 1a in einem Zustand mit abgewickelten Seil 70 dargestellt. Im Folgenden werden nur die Unterschiede zu der Darstellung der 1a erläutert. Indem das Seil 70 aus dem Gehäuse 15 hinausgezogen ist, ist die Welle 20 mehrfach um die Drehsachse gedreht worden und mittels des Gewindes 30 lateral, d. h. in Richtung der Drehachse verschoben. Hierdurch ist der Magnet 40 auf den Abstand B zu dem Drehwinkelsensor 50 verschoben worden. Indem die Spiralfeder 80 sowohl an der Welle 20 als auch an dem Gehäuse 15 befestigt ist, sind die einzelnen Spiralen der Feder 80 leicht gegeneinander in Richtung der Drehachse versetzt, und durch das Herausziehen den Seils 70 ist die Feder 80 insgesamt stärker gespannt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 1503182 B1 [0002]
EP 1676099 B1 [0003]

Claims

Magnetischer Seilzugaufnehmer (10) mit einem Gehäuse (15) aufweisend, – einen Drehwinkelsensor (50) – einen Magneten (40), – eine Welle (20) mit einem ersten Ende an welchem der Magnet (40) angeordnet ist und die Welle (20) längs ihrer Drehachse an wenigstens einem Abschnitt ein Gewinde (25) aufweist, und der Abschnitt mit dem Gewinde (30) in einer Aufnahme des Gehäuses (15) angeordnet ist, so dass bei einer Drehung der Welle (20) sich der Abstand zwischen dem Magneten (40) und dem Drehwinkelsensor (50) ändert, dadurch gekennzeichnet, dass eine Trommel (60) zur Aufnahme eines aufwickelbaren Materials auf der Welle (20) ausgebildet und mit der Welle (20) kraftschlüssig verbunden ist, und eine mit der Welle (20) kraftschlüssig verbundene Feder vorgesehen ist, so dass die Feder (80) in einer ersten Drehrichtung der Welle (20) gespannt und einer zweiten Drehrichtung der Welle (20) entspannt wird.
Magnetischer Seilzugaufnehmer (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehwinkelsensor in einer Gehäuseausformung gegenüberliegend zu der Lage des Magneten (40) angeordnet ist.
Magnetischer Seilzugaufnehmer (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder als eine um die Welle (20) angeordnete Spiralfeder (80) ausgebildet ist, welche einen ersten Haltepunkt auf der Welle (20) und einen zweiten Haltepunkt an dem die Welle (20) umgebenden Gehäuse aufweist.
Magnetischer Seilzugaufnehmer (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (15) eine oder mehrere Öffnungen zum Herausziehen des aufwickelbaren Materials aufweist.
Magnetischer Seilzugaufnehmer (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Spiralfeder (80) in einem ersten Zustand, bei dem das Material im Wesentlichen auf der Trommel (60) aufgewickelt ist, eine Vorspannung aufweist und bei einem Herausziehen des aufwickelbaren Materials die Feder (80) weiter gespannt wird.
Magnetischer Seilzugaufnehmer (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Trommel (60), ein umlaufendes Material aufweist, sodass sich bei einer Bewegung der Trommel die Menge des aufgewickelten Materials im Wesentlichen nicht ändert.
Magnetischer Seilzugaufnehmer (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten aufgewickelten Zustand des Materials der Abstand zwischen dem Magneten (40) und dem Drehwinkelsensor (50) minimal ist.
Magnetischer Seilzugaufnehmer (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des von der Trommel (60) abgewickelten Materials mittels von dem Magneten (40) in dem Drehwinkelsensor (50) erzeugten Signals bestimmbar ist.
Magnetischer Seilzugaufnehmer (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehwinkelsensor (50) als Hallsensor ausgebildet ist.
Magnetischer Seilzugaufnehmer (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehwinkelsensor (50) als magnetoresistiver Sensor ausgebildet ist.
Magnetischer Seilzugaufnehmer (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehwinkelsensor (50) als induktiver Sensor ausgebildet ist.
Magnetischer Seilzugaufnehmer (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das aufwickelbare Material als Seil (70) oder Gurt ausgebildet ist.
Magnetischer Seilzugaufnehmer (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Speicher vorzugsweise ein nicht flüchtigen Speicher ausgebildet ist und die Anordnung programmierbar ausgebildet ist.
Magnetischer Seilzugaufnehmer (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindesteigung im Wesentlichen dem Durchmesser des von der Trommel (60) abwickelbaren Seils (70) entspricht.