CN110214101B - 力限制装置和安全带系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种尤其是用于车辆中的安全带系统(10)的力限制装置，包括与条带(14)配合的力转换元件(20)，为其设置正常的条带延伸方向，所述力转换元件(20)包括条带导向部(30)，其在非力限制位置中平行于正常的条带延伸方向并且在力限制位置中倾斜于正常的条带延伸方向延伸，使得力转换元件(20)在力限制位置中预规定使条带(14)相对于力转换元件(20)在带拉出方向(R)上移动所需的预定拉出力(F)。

Description

力限制装置和安全带系统

技术领域

本发明涉及一种尤其是用于车辆中的安全带系统的力限制装置以及具有力限制装置的安全带系统。

背景技术

为了将在车辆乘员向前移动时作用在其身上的力限制到可接受的程度，使用力限制装置，其在超过作用于条带上的预定拉出力时允许条带进一步运动并且因此允许在预定的力水平上进一步拉出条带。

已知在带卷收器中或带扣区域中设置力限制装置、如带卷收器的带卷轴的轴中的扭杆。通过条带限制力的优点在于靠近乘客的效果，但如果在带卷收器中使用力限制装置则必须始终考虑所谓的胶卷效应(Filmspuleneffekt)，因为在高拉出力下，松弛地卷绕在带卷轴上的条带在力限制装置响应之前首先收紧。

发明内容

本发明的任务在于提供一种可灵活使用的力限制装置，其能在预定拉出力的情况下低成本地实现精确开始的力限制。

所述任务通过一种力限制装置解决。在尤其是用于车辆中的安全带系统的力限制装置力中设置与条带配合作用的力转换元件，为条带设置正常的条带延伸方向。力转换元件包括条带导向部，其在非力限制位置中平行于正常的条带延伸方向延伸并且在力限制位置中倾斜于正常的条带延伸方向延伸，使得力转换元件在力限制位置中预规定使条带相对于力转换元件在带拉出方向上运动所需的预定拉出力。该预定拉出力在此预规定力阈值，从该力阈值起力限制装置允许条带进一步拉出。所述力阈值通过在条带和力转换元件、尤其是其条带导向部之间增加的摩擦来实现，其方式为：使条带通过倾斜的条带导向部转向并且在条带导向部的边缘和/或面上被拉动，这导致增大的摩擦力。

条带导向部可在两个位置中直线地延伸。但有利的是，条带导向部在非力限制位置中直线地延伸，而其在力限制位置中至少在一个位置上并且优选在多个位置上形成角度。在此有利的是，条带导向部的所有区段都倾斜于正常的条带延伸方向延伸，对于不同的条带导向区段倾斜角度可变化。通过相应角度的大小和条带延伸的方向变化次数可以简单的方式影响预定拉出力的高度。

条带导向部优选构造在力转换元件的至少一个穿通开口中，有利的是，条带在所有位置中延伸穿过穿通开口。由此确保条带在条带导向部倾斜时被带动并且条带延伸根据需要改变。

力转换元件的力限制效果优选仅通过力转换元件的位置变化来实现，而力转换元件不显著变形。

为了实现条带导向部的简单倾斜，力转换元件优选具有至少一个可动部件，条带导向部的至少一个区段构造在该可动部件上。可动部件可围绕转动轴线(A)转动或枢转到力限制位置中。

转动轴线尤其是垂直于带拉出方向并且平行于条带的面定向。通过这种布置，条带导向部可这样转动或枢转，使得条带在其整个宽度上均匀地承受负荷。

对此也有利的是使穿通开口延伸穿过转动轴线。

例如可动部件可从非力限制位置围绕其转动轴线(A)运动约30°和180°之间、尤其是约90°至150°之间的角度到力限制位置中。已表明，通过条带导向部的这种倾斜可在力转换元件和条带之间产生足够的摩擦力，以便将条带拉出力调节到希望的力水平。

通过可动部件围绕其转动轴线运动以使条带导向部的至少一个区段倾斜的转动角度可调节预定拉出力，所述预定拉出力随转动角度的增加而增大。当更高的力在条带拉出方向上作用于条带上时，条带相对于力转换元件滑动，在此拉出运动通过弯曲的条带延伸被制动。

优选可动部件被预加载向其力限制位置，并且设置有锁定装置，该锁定装置将可动部件保持在非力限制位置中。通过释放锁定装置力转换元件可在几毫秒内转移到其力限制位置中。在此可这样设计力限制装置，使得其在带卷收器中的带卷轴锁定的同时或甚至之前作出响应。

预加载力应选择得高于预定拉出力，使得可动部件的角位置不会因作用在条带力上的力而改变。

为了释放锁定装置，例如设置致动器、尤其是烟火致动器，其与锁定装置配合作用。当然，也可想到可动部件直接通过致动器运动。

预加载可以简单的方式通过弹簧元件实现。弹簧元件例如可以是螺旋弹簧，其尤其是在转动轴线和可动部件的外壁之间延伸并且分别固定在那里。已证明有利的是，将弹簧元件设置在可动部件的端侧上和因此设置在条带的侧向。

通过(例如借助定义的弹簧力)预规定所述预加载可预定拉出力。可动部件在此通过预加载转动到力限制位置中。在乘员前倾时出现预定拉出力。可动部件在此并非静止地保持在其转动位置中。摩擦力的波动没有或仅具有小的影响，因为可动部件的转动角度通过预定义的预加载来设置。一旦力限制装置释放且没有固定在具有直线延伸的条带的位置中，在此通过可动部件的转动阻止条带拉出直至达到预定拉出力。当拉出力达到预定水平时，可动部件逆着预加载转动，直至建立平衡。在此基于预加载补偿例如摩擦系数的波动。

可这样设计力转换元件，使得预定拉出力能够可变地调节，以便例如为不同身高和体重的车辆乘员和/或在不同情况下提供适合的约束。为此尤其是可使用这样的弹簧元件，其弹簧特性曲线是可变或可调节的。一种用于此的可能性是改变夹紧。

在上述布置中这可简单地通过可变的预加载来实现，因为预加载影响转动角度并且因此在预加载和预定拉出力之间存在直接关系。以这种方式能够可变地调节可动部件的转动和因此条带导向部的倾斜角度以及预定拉出力。

一种可能性是用形状记忆合金(FGL)制造弹簧元件，其在两种不同形状中具有不同弹簧张紧，不同形状可通过电流引起的不同温度来调节。

可仅设置一个唯一的可动部件，但优选设置至少两个可动部件，它们在条带拉出方向上依次设置并且尤其是构造成大致相同的。一种优选实施方式具有正好两个可动部件。

有利的是，相邻的可动部件在不同的转动方向上围绕其相应转动轴线运动，以便实现尽可能强地弯曲的条带延伸。通过相邻可动部件的反向运动，可动部件中相邻条带导向区段之间的角度加倍，由此显著增加了对于条带的摩擦力。

例如通过在可动部件的外侧上设置彼此嵌接的啮合部，可简单地实现相邻可动部件的这种反向运动。通常只需(例如通过预加载的弹簧元件)驱动所述可动部件之一即可。

上述任务也通过一种安全带系统来解决，其包括容纳和输出条带的带卷收器和如上所述的力限制装置。在此，条带延伸穿过条带导向部，在力转换元件的力限制位置中条带相对于正常的延伸方向成角度地延伸，这导致条带上的摩擦力增加。

力转换元件可与带卷收器间隔开地沿着带拉出方向设置在带卷收器前方。因此力限制装置可构造为与带卷收器分开的构件，其优点一方面在于可更好地利用车辆中的可用空间，并且另一方面力转换元件可简单地与各种不同的带卷收器或带张紧器组合。

力转换元件尤其是可设置在带卷收器和带转向装置之间或甚至在带拉出方向上设置在带转向装置前方。

在一种优选实施方式中，这样构造力转换元件，使得其预定拉出力例如可根据车辆乘员的身高、体重或位置、车辆速度、车辆减速度和/或条带拉出特性来调节。其它参数、如安全气囊系统的触发参数以及儿童座椅检测也可在确定预定拉出力时加以考虑。

如上所述，通过可变地调节条带导向部或各个条带导向区段在力转换元件的力限制位置中的倾斜角度和由此增强的摩擦力、例如通过调节力转换元件的可动部件向力限制位置中的预加载力，可简单地调节预定拉出力。

附图说明

下面参考附图借助实施例详细阐述本发明。附图如下：

图1示出根据本发明的安全带系统的示意图，其具有根据本发明的力限制装置，所述力限制装置的力转换元件处于其非力限制位置中；

图2以示意性透视图示出处于非力限制位置的、图1的力限制装置的力转换元件；

图3以示意剖视图示出处于非力限制位置的、图2中的力转换元件；

图4示出处于具有第一转动角度的力限制位置的、图3中的力转换元件；

图5示出处于具有第二转动角度的力限制位置的、图3中的力转换元件；

图6示出处于具有第三转动角度的力限制位置的、图3中的力转换元件；

图7示出图2的力转换元件的两个相邻可动部件的嵌接；和

图8示出图2中的力转换元件，其具有示意性示出的用于产生预加载的弹簧元件。

具体实施方式

图1示出例如在轿车中的安全带系统10，包括带卷收器12，其可输出并拉入条带14。条带14从带卷收器12经由带转向装置16被引导至未示出的车辆乘员，这例如在常见的三点式带中已知。但安全带系统10也可仅包括腰部安全带或分开的腰部和肩部安全带。

此外，设置有力限制装置18，其在此构造为与带卷收器12分开的单元并且构造用于确定预定拉出力F，该预定拉出力构成力阈值，从该力阈值起条带14可沿着带拉出方向R运动。力限制装置18包括力转换元件20，该力转换元件可占据非力限制位置和力限制位置。在图1至3所示的非力限制位置中，条带14直线地在正常的条带延伸方向中延伸并且在条带14和力转换元件20之间没有摩擦力。

在这里所示的实施方式中，力转换元件20具有两个可动部件22，它们分别构造为具有外侧24和各一个穿通开口26的圆柱体，穿通开口26延伸穿过相应可动部件22的转动轴线A。转动轴线A分别与可动部件22的纵向轴线重合。两个穿通开口26在非力限制位置中彼此对齐地设置，使得条带14穿过穿通开口26而不与穿通开口26的内壁28接触。每个穿通开口26构成条带导向部30的一个区段30a、30b，所述条带导向部如图1至3所示在非力限制位置中沿着带拉出方向R延伸且直线地延伸。

每个可动部件22可围绕其转动轴线A转动地支承在力限制装置18的壳体32上，该壳体包围力转换元件20。

也可想到，仅设置一个唯一的可动部件22或沿着带拉出方向R依次设置多于两个可动部件22。

这样设置两个可动部件22，使得它们可分别以预定转动角度α旋转。这两个可动部件在此反向旋转。

为了协调旋转，在外侧24上的外圆周上设置啮合部34(参见图7)，所述啮合部彼此嵌接并且在此构造在一个端侧36区域中。

为了使力转换元件转移到力限制位置中，将两个可动部件22围绕其转动轴线A转动，使得穿通开口26和因此条带导向区段30a、30b相对于正常的条带延伸方向倾斜(参见图4至6)。在所示示例中，两个可动部件22分别以相同的角度α的值、但在相反的转动方向上旋转。当然，也可选择不同的角度。

在此，条带14与穿通开口26的内壁28和外边缘38接触，使得在条带导向部30和条带14之间产生摩擦力。如此产生的摩擦力相应于预定拉出力F并且仅在超过该力阈值时才允许条带14相对于力转换元件20运动。如果在带拉出方向R上作用在条带14上的力更高，则条带14相对于力转换元件20滑过穿通开口26，在此作用的摩擦使条带拉出制动。如果低于预定拉出力F，则力转换元件20在此完全阻止条带14运动。

预定拉出力F可通过各个可动部件22的转动角度α来调节，在此预定拉出力F随转动角度α的增加而增大。

在图4中，在附图中的两个可动部件22的上方可动部件向左旋转90°，而在附图中的下方可动部件22向右旋转90°。相应地，两个穿通开口26和因此条带导向区段30a、30b再次彼此平行，但现在垂直于正常的条带延伸方向，并且条带14以大约90°角总共转向四次。

图5和6示出另外的力限制位置，在其中两个可动部件22分别转动120°(图5)和150°(图6)。各个可动部件22的两个条带导向区段30a、30b、即两个穿通开口26在此彼此成约60°或120°角。

图4至6中所示的力转换元件20的力限制位置产生递增的预定拉出力F，因为条带14分别在可动部件22的外侧24和穿通开口26之间转向的角度越来越小，这增大了条带14与可动部件22之间的摩擦。当处于图4中的力限制位置时条带14转向90°，而在图5中例如分别转向60°并且在图6中分别仅转向30°。

力转换元件20在该示例中被预加载到力限制位置中。为此目的，所述可动部件22中的至少一个可动部件具有弹簧元件40，该弹簧元件作用在转动轴线A和外侧24之间并且被这样预加载，使得其可使相应可动部件22围绕转动轴线A转动希望的角度α。

这在图8中示意性示出。在那里两个可动部件22分别具有一个弹簧元件40。当如图7所示在外侧24上构造有啮合部34时，则仅为可动部件22之一设置弹簧元件40就足够了。

在此这样选择弹簧元件40的弹簧刚度，使得其高于预定拉出力F，从而可动部件22保持在旋转位置中并且其转动角度α不改变，即使条带14相对于力转换元件20运动。

为了将可动部件22预加载地保持在非力限制位置中，设置未详细示出的锁定装置42，其将可动部件22保持在非力限制位置中，直到力限制装置18被激活。为了释放锁定装置42，设置致动器44，在此情况下是烟火致动器(参见图1)，该致动器在其被激活时作用于锁定装置42并使其释放，从而可动部件22可不受阻碍地围绕其转动轴线A转动。例如气体发生器的活塞可移开，该活塞在激活之前将可动部件22保持在非力限制位置中。

致动器44与控制单元46连接，该控制单元也是力限制装置18的一部分。通过控制单元46一方面可预规定通过触发致动器44激活力限制装置18的时间点。另一方面，在一种优选实施方式中也可通过控制单元46调节可动部件22的转向角度α。

这例如可通过改变弹簧元件40的预加载来实现。因此，在激活力限制装置18之前相应地根据各种参数调节预加载。参数例如是车辆乘员的身高、体重和位置、条带拉出特性、车辆速度、车辆减速度以及安全气囊控制装置和/或儿童座椅占用。

改变弹簧元件40预加载的一种可能性在于，用形状记忆合金(FGL)来制造弹簧元件，弹簧元件40具有引起不同预加载的不同形状。为了选择相应形状，通过通电改变弹簧元件40的温度。

力转换元件20连同致动器44和壳体32在此与带卷收器12间隔开地设置，更确切地说设置在带卷收器12和带转向装置16之间。该结构单元也可沿着带拉出方向R设置在带转向装置16前方。该结构单元也可直接安装在带卷收器12上，但优选作为单独的单元，从而其可与任何带卷收器12(包括可能的现有带收紧器在内)组合。

在安全带系统10的正常运行期间，条带14自由地穿过力限制装置18的力转换元件20的两个可动部件22的条带导向区段30a、30b。如果确定应将带拉出力限制到特定力阈值的状态，则控制单元46激活致动器44，该致动器释放锁定装置42，使得可动部件22在预选的预加载下转过选定角度α并且力转换元件20占据其力限制位置。条带14现在在高摩擦下延伸穿过两个可动部件22的条带导向区段30a、30b，使得条带仅在超过预定拉出力F时才能相对于力转换元件20运动。

Claims (17)

1.力限制装置，所述力限制装置包括与条带(14)配合作用的力转换元件(20)，为该条带设置正常的条带延伸方向，所述力转换元件(20)包括条带导向部(30)，该条带导向部在非力限制位置中平行于正常的条带延伸方向延伸并且在力限制位置中倾斜于正常的条带延伸方向延伸，使得力转换元件(20)在力限制位置中预规定一个使条带(14)相对于力转换元件(20)在带拉出方向(R)上运动所需的预定拉出力，其特征在于，所述力转换元件(20)具有至少两个可动部件(22)，它们构造成大致相同的并且在条带拉出方向(R)上依次设置，在每个可动部件(22)上构造条带导向部(30)的至少一个区段，所述可动部件能围绕转动轴线(A)转动或枢转到力限制位置中，相邻的可动部件(22)在不同的转动方向上围绕其相应转动轴线(A)运动。

2.根据权利要求1所述的力限制装置，其特征在于，所述力限制装置是用于车辆中的安全带系统(10)的力限制装置。

3.根据权利要求1所述的力限制装置，其特征在于，转动轴线(A)垂直于带拉出方向(R)并且平行于条带(14)的面定向。

4.根据权利要求1所述的力限制装置，其特征在于，所述条带导向部(30)构造在至少一个穿通开口(26)中。

5.根据权利要求1所述的力限制装置，其特征在于，所述可动部件(22)从非力限制位置围绕其转动轴线(A)运动在30°和180°之间的角度(α)到力限制位置中。

6.根据权利要求1所述的力限制装置，其特征在于，所述可动部件(22)从非力限制位置围绕其转动轴线(A)运动在90°至150°之间的角度(α)到力限制位置中。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的力限制装置，其特征在于，所述可动部件(22)被预加载到其力限制位置中并且设置有锁定装置(42)，该锁定装置将可动部件(22)保持在非力限制位置中。

8.根据权利要求7所述的力限制装置，其特征在于，设置有致动器(44)，该致动器与锁定装置(42)配合作用。

9.根据权利要求8所述的力限制装置，其特征在于，所述致动器(44)是烟火致动器。

10.根据权利要求7所述的力限制装置，其特征在于，设置有弹簧元件(40)，该弹簧元件引起所述预加载。

11.根据权利要求7所述的力限制装置，其特征在于，力转换元件(20)设计成，使得所述预加载能够可变地调节。

12.根据权利要求1至6中任一项所述的力限制装置，其特征在于，在所述可动部件(22)的外侧(24)上设有相互嵌接的啮合部(34)。

13.安全带系统，包括容纳和输出条带(14)的带卷收器(12)和包括根据权利要求1至12中任一项所述的力限制装置(18)，所述条带(14)延伸穿过条带导向部(30)，并且在力转换元件(20)的力限制位置中条带(14)相对于正常的延伸方向成角度地延伸。

14.根据权利要求13所述的安全带系统，其特征在于，所述力转换元件(20)与带卷收器(12)间隔开地沿着带拉出方向(R)设置在带卷收器(12)前方或沿着带拉出方向(R)设置在带转向装置(16)前方。

15.根据权利要求14所述的安全带系统，其特征在于，所述力转换元件(20)与带卷收器(12)间隔开地沿着带拉出方向(R)设置在带卷收器(12)和带转向装置(16)之间。

16.根据权利要求13所述的安全带系统，其特征在于，所述力转换元件(20)构造成，使得该力转换元件的预定拉出力能根据车辆乘员的身高、体重或位置、车辆速度、车辆减速度和/或条带拉出特性来调节。

17.根据权利要求16所述的安全带系统，其特征在于，所述条带导向部(30)的倾斜角度可调节。

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