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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung des absoluten Drehwinkels einer Gurtspule.
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Es sind verschiedene Methoden zur Bestimmung der Auszugslänge eines auf einer drehbaren Gurtspule eines Gurtaufrollers aufgewickelten Gurtbands eines Sicherheitsgurts in einem Kraftfahrzeug bekannt. Die Bestimmung der Gurtbandauszugslänge basiert in der Regel auf der Erfassung der Drehstellung der Gurtspule, auf die das Gurtband aufgewickelt ist. Um den absoluten Drehwinkel der Gurtspule bestimmen zu können, der – ausgehend von einer Anfangsstellung – größer als 360° sein kann, wenn die Gurtspule mehr als eine Umdrehung ausgeführt hat, ist es erforderlich, dass neben der Winkelstellung der Gurtspule auch die Anzahl der Umdrehungen der Gurtspule in beide Drehrichtungen erfasst werden kann.
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Aus der
DE 298 20 086 U1 ist in einem anderen Zusammenhang ein Gurtaufroller mit einer Schaltscheibe offenbart, die durch eine Untersetzung derart mit der Gurtspule gekoppelt ist, dass sie etwa eine Umdrehung ausführt, wenn die Gurtspule so viele Umdrehungen ausführt, wie zum vollständigen Auszug des auf der Gurtspule aufgewickelten Gurtbandes erforderlich sind. Es werden also sämtliche Umdrehungen der Gurtspule auf eine einzige Umdrehung der Schaltscheibe abgebildet. Diese Konstruktion hat den Vorteil, dass bestimmte Schaltfunktionen, wie etwa eine Kindersicherungsfunktion des Gurtaufrollers, bei der nach vollständigem Auszug des Gurtbandes dieses zwar wieder auf die Gurtspule aufgewickelt, jedoch nicht mehr abgezogen werden kann, um einen Kindersitz zuverlässig an einem Fahrzeugsitz befestigen zu können, oder eine Blockierfunktion für den Sperrmechanismus des Gurtaufrollers, ohne aufwendiges Planetenradgetriebe realisiert werden können. Die mit Vorsprüngen und Vertiefungen versehene Schaltscheibe dient ausschließlich dazu, bestimmte Schaltfunktionen bei genau festgelegten Gurtbandauszugslängen auszuführen. Weitere Aufgaben erfüllt die Schaltscheibe nicht.
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Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem Gurtaufroller den absoluten Drehwinkel der Gurtspule und damit die zugehörige Gurtbandauszugslänge mit einfachen Mitteln, d. h. mit geringem vorrichtungstechnischem Aufwand hinreichend genau zu bestimmen.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung des absoluten Drehwinkels einer Gurtspule umfasst eine Gurtspule, ein Getriebe und ein mittels des Getriebes an die Gurtspule gekoppeltes Drehelement. Das Getriebe hat ein Über- bzw. Untersetzungsverhältnis zwischen der Gurtspule und dem Drehelement, das ungleich 1 ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst außerdem wenigstens eine dem Drehelement zugeordnete erste Messeinrichtung zur Erfassung des Drehwinkels des Drehelements.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die Ankopplung eines Drehelements an die Gurtspule, das ein von der Gurtspule abhängiges, aber von dieser abweichendes Drehverhalten aufweist, verschiedene Möglichkeiten eröffnet, den absoluten Drehwinkel der Gurtspule zu bestimmen. Das Über- bzw. Untersetzungsverhältnis zwischen der Gurtspule und dem Drehelement kann so gewählt werden, dass die Erfassung des Drehwinkels des Drehelement alleine oder in Kombination mit der Erfassung des Drehwinkels eines weiteren angekoppelten Drehelements oder der Gurtspule selbst in einem Messbereich von 0° bis 360° genügend Informationen liefert, um daraus den absoluten Drehwinkel der Gurtspule eindeutig zu bestimmen, insbesondere wenn dieser größer als 360° ist.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist das Über- bzw. Untersetzungsverhältnis des ersten Getriebes so gewählt, dass der vollständige Drehbereich der Gurtspule auf nicht mehr als eine Umdrehung des ersten Drehelements abgebildet wird. Somit ist es ausreichend, eine Messeinrichtung zur Verfügung zu stellen, die einen Messbereich von 0° bis <= 360° abdeckt. Jeder Drehwinkel des ersten Drehelements in diesem Bereich entspricht eindeutig einem absoluten Drehwinkel der Gurtspule, der entsprechend dem Untersetzungsverhältnis deutlich größer als 360° sein kann.
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Ein zweiter Aspekt der Erfindung sieht eine der Gurtspule zugeordnete zweite Messeinrichtung zur Erfassung des Drehwinkels der Gurtspule vor. Aufgrund des Über- bzw. Untersetzungsverhältnisses des Getriebes, das ungleich 1 ist, bedingt eine Drehung der Gurtspule eine Drehwinkeländerung beim Drehelement, die zwangsweise von der entsprechenden Drehwinkeländerung der Gurtspule verschieden ist. Jede absolute Drehwinkelposition der Gurtspule ist also durch eine Kombination eines erfassten Drehwinkels der Gurtspule und eines erfassten Drehwinkels des Drehelements gekennzeichnet. Aus diesen Drehwinkelkombinationen kann auf den absoluten Drehwinkel der Gurtspule geschlossen werden, wobei es ausreichend ist, dass die beiden Messeinrichtungen nur einen Messbereich von 0° bis 360° oder weniger abdecken.
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Vorzugsweise ist dabei das Über- bzw. Untersetzungsverhältnis des ersten Getriebes so gewählt, dass über den gesamten Drehbereich der Gurtspule jede Kombination von Drehwinkeln der Gurtspule und des ersten Drehelements nur einmal auftritt. Das bedeutet, dass innerhalb der (eingeschränkten) Messbereiche der Messeinrichtungen jede Kombination von erfassten Drehwinkeln nicht mehrfach, sondern nur genau einmal vorkommt. Dieser Umstand macht die Bestimmung des absoluten Drehwinkels der Gurtspule eindeutig, sodass keine weiteren Unterscheidungs- oder Ausschlusskriterien notwendig sind.
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Gemäß einer alternativen Ausprägung des zweiten Aspekts der Erfindung ist vorgesehen, dass die dem ersten Drehelement zugeordnete erste Messeinrichtung einen Drehwinkelbereich, der kleiner als der maximale Drehwinkelbereich der Gurtspule ist, insbesondere 0° bis 360°, fein auflösen kann, und die der Gurtspule zugeordnete zweite Messeinrichtung wenigstens die Anzahl der vollführten Drehungen der Gurtspule ausgehend von einer Anfangsstellung erfassen kann. Dieses Mindestkriterium für die zweite Messeinrichtung besagt, dass diese zumindest zwischen definierten absoluten Drehwinkelintervallen unterscheiden kann, z. B. ob die Gurtspule insgesamt eine, zwei, drei, ... Umdrehungen vollführt hat. Eine genauere Auflösung innerhalb dieser Intervalle ist nicht erforderlich, da dafür die zweite Messeinrichtung vorgesehen ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist bei der Vorrichtung zur Bestimmung des absoluten Drehwinkels der Gurtspule neben dem über ein erstes Getriebe an die Gurtspule angekoppelten ersten Drehelement zusätzlich ein durch ein zweites Getriebe an die Gurtspule gekoppeltes zweites Drehelement vorgesehen. Das zweite Getriebe hat ein Über- bzw. Untersetzungsverhältnis, das ungleich dem Über- bzw. Untersetzungsverhältnis des ersten Getriebes ist. Außerdem ist eine dem zweiten Drehelement zugeordnete zweite Messeinrichtung zur Erfassung des Drehwinkels des zweiten Drehelements vorgesehen. Aufgrund der unterschiedlichen Über- bzw. Untersetzungsverhältnisse ergibt sich für jeden absoluten Drehwinkel der Gurtspule eine bestimmte Kombination von Drehwinkeln der beiden Drehelemente, die mittels der zugeordneten Messeinrichtungen erfasst werden.
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Auch hier sind vorzugsweise die Über- bzw. Untersetzungsverhältnisse des ersten Getriebes und des zweiten Getriebes so gewählt, dass über den gesamten Drehbereich der Gurtspule jede Kombination von Drehwinkeln des ersten Drehelements und des zweiten Drehelements nur einmal auftritt. Wie weiter oben bereits ausgeführt ist dadurch sichergestellt, dass innerhalb der (eingeschränkten) Messbereiche der Messeinrichtungen jede Kombination von erfassten Drehwinkeln nicht mehrfach, sondern nur genau einmal vorkommt, sodass für eine eindeutige Bestimmung des absoluten Drehwinkels der Gurtspule keine weiteren Unterscheidungs- oder Ausschlusskriterien notwendig sind.
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Unabhängig von den oben erläuterten Erfindungsaspekten kann für die Bestimmung des absoluten Drehwinkels der Gurtspule ein Referenzpunkt am Gurtband vorgesehen sein, der einen eindeutigen absoluten Drehwinkel der Gurtspule markiert und mittels einer geeigneten ortsfesten Einrichtung erfasst werden kann. Sobald bei einem Gurtbandauszug der Referenzpunkt detektiert wird, ist in diesem Moment der absolute Drehwinkel der Gurtspule bekannt. Die bis dahin und anschließend erfassten Drehwinkeländerungen können dann auf den Referenzpunkt bezogen werden, sodass der absolute Drehwinkel der Gurtspule eindeutig bestimmbar ist.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den beigefügten Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen schematisch:
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1 ein erstes Konzept zur Erfassung eines absoluten Drehwinkels einer Gurtspule;
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2 ein zweites Konzept zur Erfassung eines absoluten Drehwinkels einer Gurtspule;
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3 ein drittes Konzept zur Erfassung eines absoluten Drehwinkels einer Gurtspule; und
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4 ein viertes Konzept zur Erfassung eines absoluten Drehwinkels einer Gurtspule.
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In den 1 bis 4 sind vier Konzepte gezeigt, mit denen der absolute Drehwinkel einer Gurtspule 10 eines Kraftfahrzeug-Gurtaufrollers bestimmt werden kann.
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Gemäß dem in 1 gezeigten Konzept wird der maximale Drehbereich der Gurtspule 10, der z. B. zwölf Umdrehungen umfassen kann, mittels eines Untersetzungsgetriebes auf einen Drehbereich eines Drehelements 12, z. B. einer Zahnradscheibe, übertragen, der nicht größer als 360° ist. Das Untersetzungsverhältnis i ist konstant, sodass jedem absoluten Drehwinkel der Gurtspule 10, der bei zwölf Umdrehungen im Bereich von 0° bis 4320° liegen kann, genau ein Drehwinkel des Drehelements 12 zwischen 0° und maximal 360° entspricht.
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Die Drehung des Drehelements 12 kann mittels einer dem Drehelement 12 zugeordneten Messeinrichtung 14 erfasst werden, deren Messbereich lediglich den oben definierten maximalen Drehbereich des Drehelements 12 umfassen muss. Insbesondere muss die Messeinrichtung 14 keinen über 360° hinausgehenden Messbereich aufweisen. Die Messeinrichtung 14 kann entweder nur eine Drehwinkeländerung oder auch die Drehgeschwindigkeit und/oder -beschleunigung erfassen.
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Eine andere Möglichkeit, den absoluten Drehwinkel der Gurtspule 10 zu bestimmen, ist in 2 gezeigt. Die Gurtspule 10 ist wiederum über ein Getriebe an ein Drehelement 12 gekoppelt, wobei das Über- bzw. Untersetzungsverhältnis ungleich 1 ist (i ≠ 1). Sowohl dem Drehelement 12 als auch der Gurtspule 10 ist jeweils eine Messeinrichtung 14 bzw. 16 mit einem Messbereich zugeordnet, der kleiner oder gleich 360° ist.
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Aus den beiden erfassten Drehwinkeln, die beide kleiner als 360° sind, kann auf den absoluten Drehwinkel der Gurtspule 10 geschlossen werden. Je nach Über- bzw. Untersetzungsverhältnis i ist es nicht auszuschließen, dass eine messtechnisch erfasste Kombination von Drehwinkeln oder Drehwinkeländerungen innerhalb des maximalen Drehbereichs der Gurtspule 10 mehrfach vorkommt. In solchen Fällen müssten dann weitere Kriterien zur absoluten Drehwinkelbestimmung hinzugezogen werden, um ein eindeutiges Ergebnis zu erhalten. Bei geeigneter Wahl des Über- bzw. Untersetzungsverhältnisses i können solche Fälle aber ganz ausgeschlossen werden, d. h. jeder absolute Drehwinkel der Gurtspule 10 wird eindeutig durch genau eine Kombination von Drehwinkeln des Drehelements 12 und der Gurtspule 10 repräsentiert.
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Eine weitere Alternative zur absoluten Drehwinkelbestimmung der Gurtspule 10 zeigt die 3. Die Gurtspule 10 ist über zwei unterschiedliche Getriebe an zwei verschiedene Drehelemente 12 bzw. 18 gekoppelt. Die jeweiligen Über- bzw. Untersetzungsverhältnisse i1 und i2 sind nicht gleich (i1 ≠ i2). Beiden Drehelementen 12, 18 ist jeweils eine Messeinrichtung 14 bzw. 16 mit einem Messbereich kleiner gleich 360° zugeordnet.
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Aus den erfassten Drehwinkeln des ersten Drehelements 12 und des zweiten Drehelements 18, die beide kleiner als 360° sind, kann auf den absoluten Drehwinkel der Gurtspule 10 geschlossen werden. Auch hier ist es nicht auszuschließen, dass eine Kombination von Drehwinkeln oder Drehwinkeländerungen der beiden Drehelemente 12, 18 innerhalb des maximalen Drehbereichs der Gurtspule 10 mehrfach vorkommt. Deshalb sind die Über- bzw. Untersetzungsverhältnisse i1 und i2 so gewählt, dass jeder absolute Drehwinkel der Gurtspule 10 eindeutig durch genau eine Kombination von Drehwinkeln der beiden Drehelemente 12, 18 repräsentiert wird.
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In 4 ist eine Kombination zweier Messeinrichtungen 14, 16 gezeigt, von denen die eine Messeinrichtung 14 einen Drehwinkelbereich fein auflösen kann, der kleiner als der maximal mögliche Drehwinkelbereich der Gurtspule 10 ist (z. B. 0° bis 360°), und die andere Messeinrichtung 16 die Anzahl der insgesamt möglichen Drehungen der Gurtspule 10 oder einen Endanschlag oder dergleichen erfassen kann, der den maximalen absoluten Drehwinkel der Gurtspule 10 bzw. den größtmöglichen Gurtbandauszug markiert.
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Die feinauflösende Messeinrichtung 14 ist bei dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel einem Drehelement 12 zugeordnet, das über ein Untersetzungsgetriebe an die Gurtspule 10 gekoppelt ist (ähnlich wie in 1), während die andere Messeinrichtung 16 direkt der Gurtspule 10 zugeordnet ist. Das Untersetzungsverhältnis i ist so gewählt, dass mithilfe der zweiten Messeinrichtung 16 ein bestimmtes Intervall ermittelt werden kann, in dem sich der absolute Drehwinkel der Gurtspule 10 befindet (z. B. [0°; 360°], [360°; 720°]; [720°; 1080°] etc.). Die erste Messeinrichtung 14 liefert einen Drehwinkel innerhalb eines Bereichs, der nicht größer als die genannten einzelnen Intervallbereiche ist.
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Der absolute Drehwinkel der Gurtspule 10 ergibt sich dann aus der Addition des mithilfe der feinauflösenden Messeinrichtung 14 bestimmten Winkels zur Untergrenze des mithilfe der anderen Messeinrichtung 16 bestimmen Intervalls (z. B. 60° + 360° = 420°).
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Eine weiteres, nicht konkret in den Figuren gezeigtes Konzept sieht eine Kombination einer Messeinrichtung 16 zur Erfassung des Drehwinkels der Gurtspule 10 vor, die keinen festen Bezugspunkt zu einer Absolutposition (z. B. Null- oder Maximalstellung) aufweist, mit mindestens einem Referenzpunkt am Gurtband, der einen eindeutigen absoluten Drehwinkel der Gurtspule 10 markiert. Als Referenzpunkt eignet sich beispielsweise ein absoluter Drehwinkel der Gurtspule 10, der einer Gurtbandauszugslänge entspricht, die etwas größer als die minimale Gurtbandauszugslänge (bei nicht eingesteckter Steckzunge des Sicherheitsgurts) ist. Ein solcher Referenzpunkt wird beim typischen Gebrauch des Sicherheitsgurts anfangs erkannt, sobald der Sicherheitsgurt erstmals ausgezogen wird. Die bis dahin und anschließend erfassten Drehwinkeländerungen können dann auf den Referenzpunkt bezogen werden, sodass der absolute Drehwinkel der Gurtspule 10 eindeutig bestimmt werden kann. Für die Erfassung des Referenzpunkts ist eine geeignete, relativ zum Gurtbandauszug ortsfeste Einrichtung vorgesehen, die das Passieren des Referenzpunktes erkennt.
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Selbstverständlich können bestimmte Aspekte der oben beschriebenen Ausführungsformen miteinander kombiniert werden.
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Für alle Ausführungsformen der Erfindung ist es unerheblich, welches konkrete Messprinzip zur Drehwinkelerfassung zur Anwendung kommt, d. h. welche Arten von Sensoren verwendet werden. Wenn mehrere Messeinrichtungen 14, 16 zum Einsatz kommen, können diese auf dem gleichen oder auf unterschiedlichen Messprinzipien basieren. Die Signale bzw. Messdaten der Messeinrichtungen 14, 16 werden einer Steuereinheit zugeführt, in der der absolute Drehwinkel der Gurtspule 10 bzw. die Drehwinkeländerung und ggf. die Drehgeschwindigkeit und/oder -beschleunigung bestimmt wird bzw. werden. Aus dem Drehwinkel bzw. der Drehwinkeländerung kann mithilfe weiterer bekannter Parameter, wie etwa dem Gurtspulendurchmesser, die Gurtbandauszugslänge berechnet werden. Ebenso können ggf. aus der Drehgeschwindigkeit und der Drehbeschleunigung die Geschwindigkeit des Gurtbandauszugs bzw. die Beschleunigung des Gurtbandauszugs berechnet werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt also neben der Bestimmung der Gurtbandauszugslänge auch die qualitative und quantitative Erfassung einer Gurtbewegung.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Gurtspule
- 12
- erstes Drehelement
- 14
- erste Messeinrichtung
- 16
- zweite Messeinrichtung
- 18
- zweites Drehelement
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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