DE102014018262B4

DE102014018262B4 - Gurtaufroller mit einem Signalgeberring

Info

Publication number: DE102014018262B4
Application number: DE102014018262.2A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Holbein
Original assignee: ZF Automotive Germany GmbH
Current assignee: ZF Automotive Germany GmbH
Priority date: 2014-12-11
Filing date: 2014-12-11
Publication date: 2021-08-05
Anticipated expiration: 2034-12-12
Also published as: WO2016091370A1; CN107000681A; DE102014018262A1; US20180334133A1; CN107000681B; US10427641B2

Abstract

Gurtaufroller (1) mit einer Gurtspule (2), einem Gehäuseteil (4) und einem Signalgeberring (6) für einen Magnetsensor (34), wobei der Signalgeberring (6) eine Nabe (14) aufweist, die drehfest auf einer mit der Gurtspule (2) drehfest verbundenen Welle (12) angeordnet ist, sowie einen Signalgeberabschnitt (20), der in Umfangsrichtung betrachtet sich periodisch ändernde Materialeigenschaften hat, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalgeberabschnitt (20) einen Anschlag (30) aufweist, mit dem er an einer ihm zugeordneten Anlagefläche (32) des Gehäuseteils (4) anliegt, und der Signalgeberring (6) einen Federabschnitt (18) aufweist, mit dem der Signalgeberabschnitt (20) relativ zur Nabe (14) so mit einer Federkraft beaufschlagt wird, dass der Anschlag (30) an der Anlagefläche (32) anliegt, und dass der Magnetsensor (34) im Gehäuseteil (4) dem Signalgeberabschnitt (20) axial gegenüberliegend angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Gurtaufroller mit einer Gurtspule, einem Gehäuseteil und einem Signalgeberring für einen Magnetsensor.
Die Erfindung wird nachfolgend im Kontext von in Fahrzeugen verbauten Gurtaufrollern in Fahrzeugen beschrieben. Bei solchen Gurtaufrollern kann es erforderlich sein, die Drehbewegung einer Gurtspule zu sensieren, was häufig mittels Magnetsensoren erfolgt. Ein erfindungsgemäßer Signalgeberring kann allerdings auch in beliebigen anderen Anwendungen zum Einsatz kommen, in denen eine Drehbewegung einer Welle sensiert werden soll.
In bestimmten Anwendungen, insbesondere wenn der Gurtaufroller eine reversible Straffeinheit aufweist, kann es jedoch notwendig sein, die Drehbewegung der Spule direkt zu sensieren, beispielsweise um Beschleunigungen, Drehgeschwindigkeiten oder Straffungswege beim Straffen ermitteln zu können. Diese Sensierung erfolgt häufig über eine Magnetscheibe, die sich mit der Welle mitdreht und deren Drehung mittels eines am Gehäuse angeordneten Magnetsensors erfasst wird.
Bei bekannten Gurtaufrollern lassen sich axiale Toleranzen hinsichtlich der Position der Aufrollerwelle der Gurtspule nicht vermeiden. Allerdings sind solche Toleranzen kritisch für den Magnetsensor, da dieser bei allen Toleranzlagen zuverlässig ein Meßsignal bereitstellen soll. Dadurch müssen sehr starke (und damit teure) Magnete verwendet werden, die auch bei maximaler Entfernung vom Sensor zuverlässig eine Positionsbestimmung ermöglichen.
Aus der gattungsgemäßen DE 10 2013 004 784 A1 ist ein Gurtaufroller mit einer Gurtspule, einem Gehäuseteil und einem Signalgeberring für einen Magnetsensor bekannt, wobei der Signalgeberring eine Nabe aufweist, die drehfest auf einer mit der Gurtspule drehfest verbundenen Welle angeordnet ist, sowie einen Signalgeberabschnitt, der in Umfangsrichtung betrachtet sich periodisch ändernde Materialeigenschaften hat.
Ein weiterer Gurtaufroller mit einem Signalgeberring ist aus der JP H10- 142 246 A bekannt. Der Signalgeberring weist ebenfalls eine drehfest mit der Gurtspule verbundene Nabe und einen Signalgeberabschnitt auf, der in Umfangsrichtung betrachtet sich periodisch ändernde Materialeigenschaften hat.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, einen Gurtaufroller mit Signalgeberring bereit zu stellen, mit dem in wirtschaftlich günstiger Weise eine hohe Sensierungsgüte der Signale des Signalgeberrings erreicht werden kann.
Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Gurtaufroller erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Signalgeberabschnitt einen Anschlag aufweist, mit dem er an einer ihm zugeordneten Anlagefläche des Gehäuseteils anliegen kann, und mit einem Federabschnitt, mit dem der Signalgeberabschnitt relativ zur Nabe so beaufschlagt werden kann, dass der Anschlag an der Anlagefläche anliegt, wobei der Magnetsensor dem Signalgeberabschnitt im Gehäuseteil axial gegenüberliegend angeordnet ist.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die axiale Position des Signalgeberrings unabhängig von der Axialtoleranz der Welle festzulegen. Dies wird dadurch erreicht, dass im montierten Zustand des Magnetsensors der Signalgeberabschnitt vom Federabschnitt mit seinem Anschlag gegen beispielsweise eine Anlagefläche am Gehäuse des Gurtaufrollers gedrückt wird, an dem auch der Sensor angeordnet ist. Somit gibt es keinerlei axiale Positionstoleranz zwischen Sensor und Signalgeberabschnitt, da der Federabschnitt die axialen Toleranzen aufnimmt. Daher können Magnete verwendet werden, die für den jeweiligen Abstand zwischen Signalgeberabschnitt und Sensor passend sind.
Die relative Beaufschlagung des Signalgeberabschnitts zur Nabe mit dem Federabschnitt ist dabei insbesondere so zu verstehen, dass bei einer Montage des Signalgeberrings dieser mit seiner Nabe so lange in eine Endmontageposition der Welle axial mitgenommen wird, bis der Anschlag an der Anlagefläche anzuliegen beginnt und in der Folge der Federabschnitt einfedert. Die Nabe ist zumindest in der Endmontageposition axialfest mit der Welle verbunden oder stützt sich an einem der Federkraft des Federabschnitts entgegen wirkenden Wellenanschlag der Welle ab.
Gemäß einer Weiterbildung sind die sich periodisch ändernden Materialeigenschaften des Signalgeberabschnitts durch mehrere entlang des Umfangs des Signalgeberabschnitts angeordnete Magnete, beispielsweise Permanentmagnete, erhalten, wodurch ein berührungsloses Sensieren einer Drehbewegung der Welle ermöglicht wird, ohne dass der Signalgeberring separat mit Energie versorgt werden muss. Im Normalfall sind dabei die Magnete gleichmäßig voneinander beabstandet.
Gemäß einer Weiterbildung sind die sich periodisch ändernden Materialeigenschaften des Signalgeberabschnitts durch mehrere im Abstand voneinander entlang des Umfangs des Signalgeberabschnitts angeordnete Metallelemente erhalten, was eine kostengünstigere Gestaltung des Signalgeberrings ermöglicht, insbesondere weil die Metallelemente kostengünstiger sein können als Magnete.
Um bei einer Drehung des Signalgeberrings relativ zu dem Magnetsensor die Metallelemente detektieren zu können, kann an dem Magnetsensor, insbesondere auf dessen dem Signalgeberring abgewandten Seite, ein Magnet angeordnet sein, dessen Feld durch die vorbeigeführten Metallelemente verändert wird, was mittels des Magnetsensors erfasst werden kann.
Vorzugsweise liegen die Magnete beziehungsweise die Metallelemente auf der Seite des Anschlags frei, um eine ungestörte Erfassung der sich ändernden Materialeigenschaften, insbesondere bei Drehung, und/oder eine einfache und schnelle Montage zu ermöglichen. Außerdem können die Magnete, wenn sie auf einer Seite freiliegen, in einem minimalen Abstand vom Sensor angeordnet sein.
Gemäß einer Weiterbildung weist der Federabschnitt des Signalgeberrings mehrere, insbesondere zwei, drei, oder eine Mehrzahl, Federarme auf, wodurch eine gewichtsgünstige Ausführung des Signalgeberrings ermöglicht wird. Diese Federarme können beispielsweise rein radial oder radial und axial verlaufen, um die Nabe und den Signalgeberabschnitt auf möglichst kurzem Wege miteinander zu verbinden, und somit eine weitere Gewichtsoptimierung zu ermöglichen.
Gemäß einer Weiterbildung erstrecken sich die Federarme jedoch zumindest auch in Umfangsrichtung, wodurch eine Einstellung der Federeigenschaften der Federarme auf eine vorbestimmte Federkraft und/oder auf einen vorbestimmten maximalen Federweg erleichtert wird, insbesondere aufgrund der größeren möglichen Länge der Federarme. Beispielsweise sitzt ein Federarm an der Nabe an und erstreckt sich von diesem Ansatz in Umfangsrichtung bis zu einem Ansatz an dem Signalgeberabschnitt, der in Umfangsrichtung etwa an der Position des Ansatzes des nächsten Federarmes an der Nabe angeordnet sein kann.
Gemäß einer Weiterbildung ist der Signalgeberabschnitt ein in Umfangsrichtung geschlossener Ring, wodurch eine zuverlässige Festlegung aller Signalgeber, insbesondere Magnete bzw. Metallelemente, in einer senkrecht zur Drehachse der Welle verlaufenden Ebene erreicht werden kann.
Gemäß einer Weiterbildung ist die Nabe mit mindestens einer Drehmitnahmestruktur versehen, wodurch eine zuverlässige Festlegung der Nabe auf der Welle in Drehrichtung sichergestellt sein kann. Zusätzlich kann, insbesondere an einer dem Anschlag gegenüberliegenden Axialseite der Nabe, ein Nabenanschlag an der Welle vorgesehen sein, um die Nabe axial zumindest so an der Welle festzulegen, dass die am Anschlag eingebrachte Federkraft des Federabschnitts abgestützt werden kann.
Gemäß einer alternativen Weiterbildung weist die Nabe einen Innendurchmesser auf, der mit einem Außendurchmesser der Welle an einer axialen Montageposition eine Presspassung eingeht, die so ausgebildet ist, dass die Nabe bei einem Betrieb des Signalgeberrings axial- und drehfest auf der Welle festgelegt ist.
Gemäß einer Weiterbildung ist der Federabschnitt einstückig mit anderen Abschnitten des Signalgeberrings, insbesondere mit dem Signalgeberabschnitt und/oder der Nabe, aus Kunststoff ausgeführt. Dadurch wird eine einfache und/oder kostengünstige Fertigung und Montage des Signalgeberrings ermöglicht.
Durch die Erfindung kann ein Gurtaufroller bereitgestellt werden, mit dem eine Sensierung einer Drehbewegung der Gurtspule zuverlässig und kostengünstig sichergestellt werden kann.
Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche; beispielhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Figuren und den zugehörigen Figurenbeschreibungen - wenigstens teilweise schematisiert - dargestellt, wobei im Einzelnen zeigen:

1 in einer Schnittansicht einen Ausschnitt eines Gurtaufrollers mit einem Signalgeberring nach einer Ausführung der Erfindung;
2 in einer perspektivischen Vorderansicht einen Signalgeberring nach einer Ausführung der Erfindung; und
3 in einer perspektivischen Rückansicht den Signalgeberring der 2.

In 1 ist ein axiales Ende eines Gurtaufrollers 1 gezeigt, der eine Gurtspule 2, ein Gehäuseteil 4 und einen Signalgeberring 6 aufweist. Das Gehäuseteil 4 ist in diesem Ausführungsbeispiel ein Teil des Getriebegehäuses einer Straffeinheit des Gurtaufrollers 1, an das sich eine Federkassette 8 anschließt, und ist drehfest mit einem Rahmen 10 des Gurtaufrollers 1 verbunden. Die Gurtspule 2 ist drehfest mit einer Welle 12 verbunden, auf der eine Nabe 14 des Signalgeberrings 6 drehfest angeordnet ist.
Die Nabe 14 des Signalgeberrings 6 ist einstückig mit einem drei Federarme 16 aufweisenden Federabschnitt 18 und einem Signalgeberabschnitt 20 verbunden. Der Federabschnitt 18 ist in Radialrichtung bzgl. einer Längsachse L der Gurtspule 2 und der Welle 12 zwischen der Nabe 14 und dem Signalgeberabschnitt 20 angeordnet.
Die Nabe 14 ist auf der Welle 12 axial im Wesentlichen festgelegt durch einen Wellenanschlag 22 und ein Wellenlager 24, mittels dessen die Welle 12 an dem Gehäuseteil 4 abgestützt ist.
Der Signalgeberabschnitt 20 weist eine in Umfangsrichtung verlaufende Ausnehmung auf, in der entlang des Umfangs gleich beabstandet eine Mehrzahl von Signalgebern 26 aufgenommen ist, wobei die Signalgeber als Magnete 28 oder als ferromagnetische, nicht permanentmagnetische Metallelemente ausgebildet sein können.
Der Signalgeberabschnitt 20 weist zudem einen Anschlag 30 auf, welcher in diesem Ausführungsbeispiel entlang des gesamten Umfangs des Signalgeberabschnitts nach Art eines Rings verläuft und welcher an einer Anlagefläche 32 des Gehäuseteils 4 anliegt. Der Anschlag kann aber auch so ausgebildet sein, dass er nur entlang wenigstens eines Teils des Umfangs oder im Wesentlichen nur punktuell an der Anlagefläche anliegt.
Die Signalgeber 26 sind in einem Axialabstand X von einem als Hallsensor ausgebildeten Magnetsensor 34 angeordnet, welcher im Ausführungsbeispiel bündig mit der Anlagefläche 32 im Gehäuseteil 4 angeordnet ist. Der Axialabstand X entspricht einem Überstand des Anschlags 30 über die in der Aufnahme des Signalgeberabschnitts 20 angeordneten Signalgeber 26.
Der Magnetsensor 34 ist an einer Umfangsposition im Gehäuseteil 4 an einer Radialposition angeordnet, welche der Radialposition der Signalgeber 26 zumindest im Wesentlichen entspricht, sprich gegenüberliegend. Wenn die Signalgeber 26 als nicht permanentmagnetische Metallelemente ausgebildet sind, weist der Magnetsensor 34 auf seiner den Signalgebern abgewandten Seite einen Permanentmagneten auf.
Nachfolgend wird die Funktionsweise des in 1 dargestellten Gurtaufrollers 1 und insbesondere des darin verwendeten Signalgeberrings 6 näher erläutert. Bei einem Gurtaufroller 1 gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Signalgeber 26 immer in dem vorbestimmten Axialabstand X von dem Magnetsensor 34 angeordnet, unabhängig von einer veränderlichen Axialposition der nicht sehr genau festgelegten Welle 12. Diese im Wesentlichen konstante Axialposition der Signalgeber 26 wird dadurch erreicht, dass der Anschlag 30 unabhängig von der Axialposition der Welle 12 an der Anlagefläche 32 anliegt. Dazu steht der Signalgeberring 6 unter einer federelastischen Vorspannung F, die vom Federabschnitt 18 aufgebracht wird. Diese Vorspannung oder Federkraft F sorgt dafür, dass der Anschlag 30 zuverlässig an der Anlagefläche 32 anliegt.
Die Vorspannung des Signalgeberrings 6 und die daraus resultierende Anlage des Anschlags 30 an der Anlagefläche 32 ist durch die Geometrie des Signalgeberrings 6 und die Positionierung des Signalgeberrings 6 bei der Montage des Gurtaufrollers 1 bedingt. In einem ersten Montageschritt wird der Signalgeberring 6 auf die Welle 12 aufgebracht, bis er an dem Wellenanschlag 22 anliegt. Anschließend wird das Wellenlager 24 auf die Welle 12 aufgebracht, bis die Nabe 14 des Signalgeberrings 6 dadurch axial im Wesentlichen festgelegt ist. Die Welle 12 wird nun in der Darstellung der 1 von rechts in das Gehäuse des Gurtaufrollers eingeschoben, bis sie eine axiale Endmontageposition erreicht hat. Diese Endmontageposition liegt in dem Axialtoleranzbereich der Welle 12 im Betrieb des Gurtaufrollers 1 und ist so gewählt, dass der Anschlag 30 des Signalgeberrings 6 bereits vor einem Erreichen des Axialtoleranzbereichs an der Anlagefläche 32 des Gehäuseteils 4 anliegt. Bei dem darauffolgenden, weiteren Einführen der Welle 12 wird nun der Federabschnitt 18 des Signalgeberrings 6 elastisch verformt, wodurch nach und nach eine immer größere Federkraft an dem Anschlag 30 des Signalgeberabschnitts 20 zur Verfügung steht, um für eine zuverlässige Anlage an der Anlagefläche 32 zu sorgen.
Wenn im Betrieb des Gurtaufrollers 1 sich die Gurtspule 2 und damit die Welle 12 dreht, dreht sich auch der Signalgeberring 6 und damit der Signalgeberring 6 mit den Signalgebern 26 in einem konstanten Abstand vom Magnetsensor 34. Dies ermöglicht eine konstante und damit zuverlässige Signalübermittlung an den Magnetsensor 34, die auch mit schwachen Magneten 28 funktioniert, weil der Axialabstand x auch sehr klein gewählt werden kann.
Aus 2 ist insbesondere die Baustruktur eines Signalgeberrings 6 nach einer Ausführung der Erfindung ersichtlich. Die Nabe 14 ist mit Drehmitnahmestrukturen 36 zum Aufstecken auf eine korrespondierende Nut-Feder-Struktur der Welle 12 ausgebildet. Der mit der Nabe 14 einstückig ausgebildete Federabschnitt 18 weist drei Federarme 16 auf, die jeweils mittels eines Nabenansatzes 38 mit der Nabe 14 und mittels eines Signalgeberabschnittsansatzes 40 mit dem Signalgeberabschnitt 20 verbunden sind. Zwischen den Ansätzen 38 und 40 erstreckt sich jeder der Federarme 16 in Umfangsrichtung des Signalgeberrings. Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel nimmt jeder der drei Federarme 16 knapp ein Drittel des gesamten Umfangs ein, sodass die Federarme im Wesentlichen über den gesamten Umfang verteilt in gleichen Abständen voneinander angeordnet sind.
In der Ausnehmung des Signalgeberabschnitts 20 ist eine Mehrzahl an Signalgebern 26 in gleichen Abständen voneinander angeordnet, wobei jeder der Signalgeber 26 als Magnet 28 ausgebildet ist. Jeder Magnet 28 weist ein eigenes Magnetfeld auf, welches an seinen Rändern anders ausgebildet ist als in seinem Zentrum. Dadurch ergeben sich über den Umfang sich periodisch ändernde Materialeigenschaften, hier ein periodisch veränderliches Magnetfeld, welches mittels des Magnetsensors 34 detektiert und unter Berücksichtigung eines Zeitfaktors in eine Drehgeschwindigkeit umgerechnet werden kann.
Die Ausführung der Federarme 16 als flacher, in Umfangsrichtung gebogener Kunststoffsteg ermöglichen ein Einfedern entlang der Längsachse L der Welle 12, auf dem der Signalgeberring 6 gelagert ist.
In 2 ist aufgrund der perspektivischen Darstellung der Überstand des Anschlags 30 aus der sichtbaren Abschlussebene der Magnete 28 nicht sehr deutlich erkennbar, beträgt jedoch wenigstens 1 Millimeter, sodass ein entsprechender Axialabstand x zwischen den Magneten 28 und dem Magnetsensor 34 eingehalten werden kann. Funktional sind auch kleinere Abstände möglich, sofern konstruktiv ein Schleifen verhindert wird.
In 3 ist die Rückseite des Signalgeberrings 6 der 2 gezeigt, wobei insbesondere die Erstreckung des mit drei Federarmen 16 ausgebildeten Federabschnitts 18 ersichtlich wird. Zudem ist erkenntlich, dass in diesem Ausführungsbeispiel der Signalgeberabschnitt 20 als in Umfangsrichtung geschlossener Ring ausgebildet ist.

Claims

Gurtaufroller (1) mit einer Gurtspule (2), einem Gehäuseteil (4) und einem Signalgeberring (6) für einen Magnetsensor (34), wobei der Signalgeberring (6) eine Nabe (14) aufweist, die drehfest auf einer mit der Gurtspule (2) drehfest verbundenen Welle (12) angeordnet ist, sowie einen Signalgeberabschnitt (20), der in Umfangsrichtung betrachtet sich periodisch ändernde Materialeigenschaften hat, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalgeberabschnitt (20) einen Anschlag (30) aufweist, mit dem er an einer ihm zugeordneten Anlagefläche (32) des Gehäuseteils (4) anliegt, und der Signalgeberring (6) einen Federabschnitt (18) aufweist, mit dem der Signalgeberabschnitt (20) relativ zur Nabe (14) so mit einer Federkraft beaufschlagt wird, dass der Anschlag (30) an der Anlagefläche (32) anliegt, und dass der Magnetsensor (34) im Gehäuseteil (4) dem Signalgeberabschnitt (20) axial gegenüberliegend angeordnet ist.
Gurtaufroller (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die sich periodisch ändernden Materialeigenschaften durch mehrere entlang des Umfangs des Signalgeberabschnitts (20) angeordnete Magnete (28) erhalten sind.
Gurtaufroller (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die sich periodisch ändernden Materialeigenschaften durch mehrere im Abstand voneinander entlang des Umfangs des Signalgeberabschnitts (20) angeordnete Metallelemente erhalten ist.
Gurtaufroller (1) nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnete (28) bzw. Metallelemente auf der Seite des Anschlags (30) freiliegen.
Gurtaufroller (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Federabschnitt (18) mehrere Federarme (16) aufweist.
Gurtaufroller (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Federarme (16) sich in Umfangsrichtung erstrecken.
Gurtaufroller (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Signalgeberabschnitt (20) ein in Umfangsrichtung geschlossener Ring ist.
Gurtaufroller (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe (14) mit mindestens einer Drehmitnahmestruktur (36) versehen ist.
Gurtaufroller (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Federabschnitt (18) einstückig mit anderen Abschnitten (14, 20) des Signalgeberrings (6) aus Kunststoff ausgeführt ist.