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HINTERGRUND
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Sitzgurtaufroller
mit energieabsobierenden oder energieaufnehmenden Mechanismen, und
genauer auf ein mehrstufiges Lastbegrenzungssystem.
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Ein
klassischer Sitzgurtaufroller bietet nur einen geringen Grad an
Energieabsorption, die auftritt, wenn ein relativ steifer Sitzgurt
sich strafft, wenn er von dem Insassen in einer Notsituation belastet
wird.
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Jahrzehntelang
wurden Torsionsstäbe
zur Verwendung als energieabsorbierender Mechanismus bei Sitzgurtaufrollern
vorgeschlagen. Wenn der Torsionsstab verdreht wird und somit während einer Fahrzeug-Notsituation Energie
absorbiert, erreicht das Drehmoment oder die Kraftverschiebungseigenschaft
(Drehung) des Torsionsstabs schnell einen gesättigten Bereich, der seinem
plastischen Betriebsbereich entspricht. Diese in etwa konstante
Eigenschaft liefert ein Reaktionsmoment am Aufroller und führt zu einer
Reaktionskraft oder Last auf dem Sitzgurt, die die Art und Weise,
wie der Sitzgurt von der Spule in die Länge gezogen wird, verzögert und
steuert. Eine Stufe von Reaktionskräften ist möglicherweise nicht ausreichend,
um Insassen unterschiedlicher Größen zu schützen. Daher
ist es wünschenswert,
ein Sitzgurtsystem mit mehr als einer lastbegrenzenden Eigenschaft
oder einer solchen Eigenschaft zu liefern, die verändert werden
kann oder sich mit der Veränderung
der dynamischen Bedingungen ändert.
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Der
Stand der Technik offenbart Sitzgurtaufroller mit zwei unterschiedlichen
und fern angeordneten Torsionsstäben,
um eine mehrstufige Lastbegrenzung zu erreichen, während andere
frühere
Aufroller einen einzigen Torsionsstab verwenden, der in zwei Torsionsstababschnitte
unterteilt ist, um einen Betrieb mit mehrstufiger Lastbegrenzung
zu erreichen.
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KURZFASSUNG
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Es
ist ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, einen mehrstufigen
energieabsorbierenden Sitzgurtaufroller anzugeben.
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In
einer Ausführungsform
verwendet der Aufroller zwei energieabsorbierende (EA) Mechanismen,
bei denen ein Sensor im Aufroller beide Mechanismen startet und
ein Kontroller einen der Mechanismen deaktiviert.
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Eine
andere Ausführungsform
der Erfindung enthält
zwei EA-Mechanismen, wobei einer der EA-Mechanismen etwa zur gleichen
Zeit von dem anderen EA-Mechanismus ausgelöst wird.
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Der
erste EA-Mechanismus kann einen Torsionsstab enthalten, der bei
Zusammenstößen mit niedriger
oder hoher Geschwindigkeit eine Schutzkraft für alle Insassen erzeugt. Das
Reaktionsmoment des Torsionsstabs ist in einem Bereich zwischen
so niedrig wie etwa 2kN und so hoch wie etwa 6 kN festgelegt.
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Der
zweite EA-Mechanismus kann ein vorgebogenes Element, wie zum Beispiel
ein flexibles Band, aufweisen. Das Band kann aus einem Metall hoher
Dehnung bestehen, bei dem die Energie durch eine Biegewirkung absorbiert
wird, während
es beim Rollen vom Außendurchmesser
zum Innendurchmesser plastisch verformt wird. Dieser zweite EA-Mechanismus
erzeugt eine Schutzkraft, wenn ein Insasse mit einem 95. Perzentil
das System bei Frontalzusammenstößen auf
oder über
einem ersten Aufprallpegel nutzt. Der Standard- Betriebsmodus der Erfindung ist es,
das vorgebogene Element zu verwenden.
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Wie
nachfolgend beschrieben, ist es einer der Vorteile der Erfindung,
dass der Aufroller so gestaltet ist, dass er automatisch auf einem
hohen Energieabsorptionspegel startet, nachdem der Sitzgurt gedehnt
wurde, wie zum Beispiel bei einem Zusammenstoß. Dieser Vorteil entspricht
der Notwendigkeit, während
eines Hochlast-Aufprallvorgangs durch die Verwendung von zwei EA-Mechanismen
einen höheren
Energieabsorptionspegel zu liefern. Die Erfindung kann auch ein
Mittel enthalten, um die energieabsorbierende Eigenschaft des vorgebogenen
Elements zu deaktivieren, wenn ein Insasse von geringer Größe das Sitzgurtsystem
verwendet. Genauer kann die Erfindung ein Mittel zum Deaktivieren
des vorgebogenen Elements als ein Mittel zum Aktivieren des Torsionsstab-Betriebsmodus
aufweisen. Dieser Aspekt hat den Vorteil, jegliche schädlichen
Einwirkungen auf den Mechanismus des vorgebogenen Elements aufgrund
seiner unnötigen
Verwendung bei einem Aufschlag mit geringerer Last zu verhindern.
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Eine
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung verwendet die Kombination der Merkmale
eines Torsionsstabs und eines vorgebogenen Elements, um ein mehrstufiges
Sitzgurt-Lastbegrenzungssystem zu liefern.
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Selbstverständlich sind
die obige allgemeine Beschreibung und die folgende ausführliche
Beschreibung rein beispielhaft und schränken die beanspruchte Erfindung
nicht ein.
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KURZE
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Diese
und andere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung
gehen aus der nachfolgenden Beschreibung, den beiliegenden Ansprüchen und
den dazugehörigen
Ausführungsbeispielen
hervor, die in den Zeichnungen dargestellt sind, die nachfolgend
kurz beschrieben werden.
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1 ist
eine Querschnittsansicht, die viele der Hauptbestandteile einer
Ausführungsform
der Erfindung zeigt.
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2 zeigt
eine auseinander gezogene Ansicht vieler der Hauptbestandteile einer
Ausführungsform
der Erfindung.
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3 ist
eine schematische Zeichnung des Sicherheits-Haltesystems, das den
Aufroller der vorliegenden Erfindung umfasst.
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Die 4a–c
sind Seitenansichten des Aufrollers in einer Anfangsstellung vor
dem Zusammenstoss.
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Die 5a–c
sind Seitenansichten des Aufrollers, wenn er für einen Zusammenstoß mit höherer Last
in Stellung verriegelt ist.
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6 ist
eine Seitenansicht des Aufrollers, wenn er für einen Zusammenstoß mit geringerer
Last in Stellung verriegelt ist.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Als
Hintergrundinformation wird auf die US-Patente Nr. 6,863,235 und
6,106,013 in ihrer Gesamtheit Bezug genommen.
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Es
wird auf 1 Bezug genommen, die die Hauptbestandteile
eines Sitzgurtaufrollers 100 gemäß der vorliegenden Erfindung
zeigt. Der Aufroller enthält
einen Rahmen 102, auf den eine Spule 106 zwischen
den Seiten 104a, 104b des Rahmens 102 drehbar
montiert ist. Die Seiten 104a, 104b sind auf die
Rückseite 104c des Rahmens 102 montiert.
Die Spule 106 besitzt einen Mitteldurchgang 108 zur
Aufnahme eines Torsionsstabs 112. Der Aufroller 100 ist ein
Notverriegelungs-Aufroller
oder ELR, der mit einem optionalen automatisch verriegelnden Aufroller- oder
ALR-Umschaltmechanismus
gekoppelt sein kann.
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Der
Torsionsstab 112 hat zwei Enden 114a, 114b,
die an ihrem Umfang Kerben aufweisen. Die Spule 106 hat
ein Passloch mit Passrillen, wodurch das Ende 114a des
Torsionsstabs 112 in das Loch der Spule eingesetzt werden
kann. Diese Verbindung ermöglicht
es der Spule 106 und dem Torsionsstab 112, gemeinsam
zu drehen. Das Ende 114a des Torsionsstabs ist auch über eine
Federspindel mit einer Rückspulfeder 118 verbunden.
Die Federspindel (nicht dargestellt) wird üblicherweise verwendet, um die
Rückspulfeder 118 mit
dem Torsionsstab 112 zu verbinden. Wenn die Spule 106 belastet
wird, verdreht sie den Torsionsstab 112 und dreht bezüglich des
Torsionsstabs. Das Verdrehen des Torsionsstabs erzeugt eine Reaktionskraft,
die verwendet wird, um die Nutzlast des Sitzgurts während eines
Unfalls zu steuern. Eine Menge des Sitzgurts oder Gurtbands 122 (gestrichelt
gezeigt) ist auf die Spule 106 montiert oder gedreht. Die
Spulenflansche zentrieren den Sitzgurt 122 auf der Spule.
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Ein
Sitzgurtsystem, das den vorliegenden Aufroller verwendet, umfasst
einen Dorn, der auf den Sitzgurt montiert ist, und eine Schnalle,
in der der Dorn verriegelt werden kann (nicht in den Figuren gezeigt).
Bekanntlich kann der Aufroller 100 innerhalb eines Fahrzeugsitzes
montiert oder am Boden oder einer der Säulen eines Fahrzeugs befestigt
werden.
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Zusätzlich zum
Torsionsstab 112 weist der Aufroller 100 auch
einen zweiten energieabsorbierenden Mechanismus auf. Dieser zweite
energieabsorbierende Mechanismus kann ein vorgebogenes Element 202 sein. 2 zeigt die
Bestandteile des Aufrollers in einer auseinander gezogenen Ansicht.
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Der
Aufroller enthält
einen ersten Verriegelungsmechanismus oder den Torsionsstabmechanismus.
Wie oben erwähnt,
ist der Torsionsstab 112 mit der Spule 106 durch
die Verwendung eines gekerbten Endes 114a verbunden, das
in ein gerilltes Passloch in der Spule eingefügt wird. Das Ende 114b des Torsionsstabs
hat auch Kerben um seinen Umfang herum, der in ein gerilltes Passloch 213 im
Verriegelungssockel 212 eingeführt wird. Dieses Ineinandergreifen
des Endes 114b und des Passlochs des Verriegelungssockels
erlaubt es dem Verriegelungssockel, zusammen mit dem Torsionsstab 112 zu
drehen.
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Der
Verriegelungssockel 212 weist das Passloch 213,
einen Flansch 215, einen zylindrischen Vorsprung 217,
eine Kerbe 219 in dem zylindrischen Vorsprung 217 und
eine Verriegelungsradbefestigung 221 auf. Eine Verriegelungssockelklinke 222 ist
am Verriegelungssockel 212 an einer Drehachse 506 befestigt,
wie in 4(a) gezeigt. Die Verriegelungssockelklinke 222 sitzt
in der Kerbe 219 und weist einen Stift 502 auf,
der in einen Schlitz 504 eingefügt ist, der sich in einem Verriegelungsrad 204 befindet,
wie in den 2 und 5(c) gezeigt
ist. Die Verriegelungssockelklinke 222 ist auch konfiguriert, um
in die Zähne
eines Verriegelungsrings 218 durch die Verwendung mindestens
eines Zahns einzugreifen. Während
des Betriebs ist es dieser Eingriff der Zähne des Verriegelungsrings
in die Verriegelungssockelklinke, der den Torsionsstabmechanismus dazu
bringt, zu beginnen nachzugeben.
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Das
Verriegelungsrad 204 ist am Verriegelungssockel 212 an
der Verriegelungsradbefestigung 221 befestigt, die durch
eine mittlere Öffnung 124 des Verriegelungsrads
vorsteht. Es ist anzumerken, dass das Verriegelungsrad 204 keineswegs
ein tragendes Bauteil und nur schwenkbar auf den Verriegelungssockel 212 montiert
ist. Das Verriegelungsrad 204 besitzt auch Zähne auf
seinem Umfang, die konfiguriert sind, um mit mindestens einem Verriegelungszahn
einer Verriegelungsradklinke 310 in Eingriff zu kommen.
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Ein
zweiter Verriegelungsmechanismus umfasst ein vorgebogenes Element 202,
zum Beispiel ein Band. Das vorgebogene Element 202 ist
an der Spule 106 über
das hakenförmige
Ende 248 befestigt, das in einen entsprechenden Schlitz 252 in
der Spule 106 passt. Dieser Schlitz befindet sich an einem
zylindrischen Vorsprung 203, der sich von einem Flansch 205 der
Spule 106 aus erstreckt. Da das eine Ende des vorgebogenen
Elements 202 sich im Schlitz 252 befindet, drückt das
andere Ende 250 des vorgebogenen Elements 202 gegen
eine Verriegelungshülse 246.
Die Verriegelungshülse 246 bedeckt sowohl
das vorgebogene Element 202 als auch den zylindrischen
Vorsprung 203 der Spule und schlägt gegen den Flansch 205 der
Spule an, wie in 1 zu sehen ist. Wenn bei dieser
Anordnung das vorgebogene Element 202 während der Benutzung nachgibt, übt es eine
Reaktionskraft gegen einen Ansatz auf der Innenwand der Verriegelungshülse 246 aus.
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Die
Verriegelungshülse 246 besitzt
Zähne auf
ihrem Umfang, und diese sind ausgelegt, um mit dem Hebel 238 in
Eingriff zu kommen. Der Hebel 238 kann mit der Verriegelungshülse 246 durch
die Verwendung des Verriegelungsrings 218 in Eingriff kommen.
Wie oben erwähnt,
hat der Verriegelungsring 218 Zähne auf seinem Innendurchmesser,
die ausgelegt sind, um mit den Zähnen
der Verriegelungsklinke 222 des Verriegelungssockels in
Eingriff zu kommen.
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Der
Verriegelungsring 218 hat zwei Arme 230, 232.
Der Hebelarm 230 hat ein hakenförmiges Ende 234, und
eine Hebelfeder 236 ist darüber geschoben, wie in 4(a) gezeigt ist. Das hakenförmige Ende 234 greift
in einen Hebelarm 242 ein. Der andere Arm 232 des
Verriegelungsrings wird von einer Rückholfeder 240 in
Uhrzeigerrichtung gedrückt. Der
Verriegelungsring 218 und die Rückholfeder 240 passen
in eine Hülsenführung 228,
die entsprechende Ausschnitte aufweist, um den Verriegelungsring 218,
die Rückholfeder 240 und
den Hebel 238 aufzunehmen. Diese Bauteile werden in den
Ausschnitten der Hülsenführung durch
die Seite 104b für
den Rahmen 102 zurückgehalten,
der gegen die Hülsenführung anschlägt.
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Wie
in 4(a) gezeigt, drückt die
Rückholfeder 240 auf
den Arm 232, wodurch der Verriegelungsring 218 gezwungen
wird, in seiner vordersten Stellung in Uhrzeigerrichtung zu bleiben.
In dieser Stellung zieht das hakenförmige Ende 234 am
Hebelarm 242 auf dem Hebel 238, was seinerseits
den Hebel 238 dazu bringt, um eine Drehachse 244 zu
drehen. Dadurch bleibt der Hebel 238 außer Eingriff mit den Zähnen der
Verriegelungshülse 246.
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Nun
wird der Betrieb des Sitzgurtaufrollers erläutert. Der Sitzgurtaufroller
kann von einer anfänglichen
hohen Last zu einer niedrigeren Last während eines Zusammenstoßes umgeschaltet
werden. Sowohl der Torsionsstabmechanismus als auch der vorgebogene
Elementmechanismus stehen für
die höhere
Last in Eingriff. Der Torsionsstabmechanismus und der vorgebogene
Elementmechanismus werden mit dem gleichen Verriegelungsmechanismus
ungefähr
zur gleichen Zeit ausgelöst.
Dieser Betriebsmodus wird für
größere Insassen
verwendet. Bei niedrigeren Lasten wird der vorgebogene Elementmechanismus
deaktiviert. Dieser Betriebsmodus wird für kleinere Insassen verwendet.
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Die 4(a)–(c)
zeigen den Aufroller in seiner Anfangsstellung, ehe der Torsionsstab
oder der vorgebogene Mechanismus in Eingriff kommt. Der Torsionsstab 112 ist
mit dem Verriegelungssockel 212 an einem Ende und mit der
Spule 106 am anderen Ende verbunden. Während des Betriebs drehen der
Torsionsstab 112, der Verriegelungssockel 212 und
die Spule 106 gemeinsam aufgrund der Kerben in den Enden 114a, 114b des
Torsionsstabs und den Passlöchern
in der Spule 106 und dem Verriegelungssockel 212.
Die Verriegelungssockelklinke 222 dreht mit dem Verriegelungssockel 212 aufgrund
ihrer Befestigung an der Drehachse 506. Auch das Verriegelungsrad 204 dreht
mit der Verriegelungssockelklinke 222 aufgrund der Tatsache,
dass der Stift 502 der Klinke durch den Schlitz 504 vorsteht.
Zusätzlich
dreht das vorgebogene Element 202 mit der Spule 106 aufgrund
seiner Befestigung an der Spule 106 an seinem hakenförmigen Ende 248.
Aufgrund dieser gegenseitigen Verbindungen drehen der Torsionsstab 112,
der Verriegelungssockel 212, das Verriegelungsrad 204,
das vorgebogene Element 202 und die Verriegelungshülse 246 alle
zusammen mit der Spule 106.
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Während diese
Bauteile drehen, bleibt die Klinke 222 ohne Eingriff mit
dem Verriegelungsring 218. Als Ergebnis bleibt der Verriegelungsring 218 aufgrund
der Kraft der Rückholfeder 204,
die auf seinen Arm 232 wirkt, in seiner vordersten Stellung
in Uhrzeigerrichtung. Diese Stellung bringt den Arm 230 dazu,
am Hebelarm 242 zu ziehen, was dazu führt, dass der Hebel 238 um
seine Drehachse 244 in Uhrzeigerrichtung dreht. So greift
der Hebel 238 nicht in die Verriegelungshülse 246 ein.
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Der
Zweck des Mechanismen des Torsionsstabs und des vorgebogenen Elements
ist es, das Verriegeln des Aufrollers bei einem Zusammenstoß oder einem
drohenden Zusammenstoß auszulösen. Um
die Verwendung dieser Mechanismen auszulösen, wird ein Signal von mindestens
einem im Fahrzeug angeordneten Sensor empfangen, die in 3 mit
den Bezugszeichen 304, 306, und 308 gezeigt sind.
Solche Sensoren können
einen Fahrzeugsensor und/oder einen Bahnsensor umfassen, aber jeder andere
bekannte Fahrzeugsensor- oder Bahnsensor-Mechanismus kann mit dem
Aufroller 100 verwendet werden. Nach Empfang und Verarbeitung
der Signale von einem oder mehreren Sensoren 304, 306 und 308 aktiviert
der Kontroller 302 die Verriegelungsradklinke 310,
um in das Verriegelungsrad 204 einzugreifen, wodurch die
Drehung des Verriegelungsrads 204 angehalten wird.
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Obwohl
das Verriegelungsrad 204 angehalten wurde, dreht die Spule 106 weiter.
Wie in den 5(a)–(c) gezeigt, rutscht, während die
Spule dreht, der Klinkenstift 502 der Verriegelungssockelklinke 222 im
Schlitz 504 des Verriegelungsrads hoch. Während der
Stift 502 gleitet, dreht die Klinke 222 um ihre
Drehachse 506, was dazu führt, dass die Zähne der
Klinke 222 in die Zähne
des Verriegelungsrings 218 eingreifen.
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Die
Klinke 222 ist die lasttragende Klinke, und wenn sie in
den Verriegelungsring 218 eingreift, dreht sie den Verriegelungsring
in Gegenuhrzeigerrichtung gegen die Kraft der Rückholfeder 240. Der Verriegelungsring 218 fährt fort
zu drehen und die Feder zu komprimieren, bis der Verriegelungsring 218 gegen
die Kante 510 des Ausschnitts der Hülsenführung angehalten wird. Das
Ende der Drehung des Verriegelungsrings 218 hat zwei Konsequenzen,
die nachfolgend beschrieben werden.
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Die
erste Konsequenz ist dass, wenn der Verriegelungsring 218 aufhört zu drehen,
der Verriegelungssockel 212 aufhört zu drehen, da er an der Klinke 222 an
der Drehachse 506 der Klinke befestigt ist. Wenn der Verriegelungssockel 212 aufgehört hat zu
drehen, endet auch die Drehung des Torsionsstabs aufgrund seiner
Befestigung am Verriegelungssockel 212 an der Passverbindung
zwischen dem Ende 114b und dem Passloch 213. Da
die Spule 106 immer noch frei drehen kann, verdreht sich
der Torsionsstab aufgrund seiner Befestigung an der Spule an dem
einen Ende und dem angehaltenen Verriegelungssockel am anderen Ende.
Diese Verdrehung des Torsionsstabs 112 absorbiert die Last.
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Die
zweite Konsequenz ist, dass die Drehung des Verriegelungsrings 218 den
Arm 230 des Verriegelungsrings und die Hebelfeder 236 dazu bringt,
auf den Hebelarm 242 zu drücken. Aufgrund dieses Drückens von
der Feder 236 dreht der Hebel 238 in Gegenuhrzeigerrichtung
um seine Drehachse 244, was dazu führt, dass der Hebelkopf 508 in
die Verriegelungshülse 246 eingreift.
Mit dem so in Eingriff befindlichen Hebelkopf 508 wird
die Drehung der Verriegelungshülse 246 angehalten,
während
die Spule 106 immer noch frei drehen kann.
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Wie
oben erwähnt,
drückt
das vorgebogene Element 202 gegen die Verriegelungshülse 246 an einem
Ende und ist am anderen Ende an der Spule 106 befestigt.
Sobald der Hebelkopf 508 mit der Verriegelungshülse 246 in
Eingriff steht, übt
das vorgebogene Element 202 eine Reaktionskraft gegen den Ansatz
auf der Innenwand der Verriegelungshülse 246 aus, während die
Spule weiter dreht, wodurch das vorgebogene Element dazu gebracht
wird, die Last zu absorbieren. Um in dieser Stellung zu drehen,
muss die Spule die Lasten überwinden,
die vom Torsionsstab 112 und vom vorgebogenen Element 202 verursacht
werden, d.h., der Torsionsstab und das vorgebogene Element beginnen
nachzugeben. Tatsächlich
beginnen der Torsionsstab und das vorgebogene Element etwa zur gleichen
Zeit oder innerhalb einiger Drehgrade der Spule nachzugeben.
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Ein
Insassenklassifizierungssystem bekannter Art liefert ein Ausgangs-
oder Steuersignal, um zu bestimmen, ob der Insasse (der den Aufroller
verwendet) ein kleiner (5. Perzentil) Insasse oder ein größerer Insasse
ist (größer als
50. Perzentil). Insassenklassifizierungssysteme sind zwar neu, aber
im Stand der Technik allgemein bekannt. Zum Beispiel kann das Insassenklassifizierungssystem
einen Gewichtssensor und zugehörige
Elektronik enthalten. Weiter bestimmt das Insassenklassifizierungssystem,
dass ein Unfall droht (Aufprallsensor, Radar- oder Sonarsensoren
und zugehörige
Elektronik, die Teil des Insassenklassifizierungssystem sein können) oder
gerade begonnen hat.
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Sobald
die Anwesenheit eines kleinen Insassen bestimmt wird, und wenn das
Fahrzeug in einen Unfall verwickelt ist, wird der dem vorgebogenen
Elementmechanismus zugeordnete Verriegelungsmechanismus durch ein
Signal vom Kontroller 302 deaktiviert. Der Kontroller kann
eine pyrotechnische Einheit 602 aktivieren, die eine Kraft
auf den Hebelarm 242 ausübt, der die Hebelfeder 236 komprimiert
und den Hebel 238 in Uhrzeigerrichtung um die Drehachse 244 dreht,
wie in 6 gezeigt ist. Sobald der Hebel schwenkt, löst sich
der Kopf des Hebels 508 aus den Zähnen der Verriegelungshülse 246,
wodurch die Verriegelungshülse
frei zusammen mit der Spule 106 drehen kann. Dadurch dreht
die Spule nur gegen den Widerstand des Torsionsstabs 112,
da das vorgebogenes Element nicht in Eingriff kommt.
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In
Anbetracht der Offenbarung der vorliegenden Erfindung ist es einem
Fachmann klar, dass es weitere Ausführungsformen und Veränderungen
innerhalb des Rahmens der Erfindung geben kann. Daher sind alle
Veränderungen,
die von einem Fachmann ausgehend von der vorliegenden Offenbarung innerhalb
der Reichweite der vorliegenden Erfindung erreicht werden können, als
weitere Ausführungsformen
der Erfindung einzuschließen.
Die Reichweite der vorliegenden Erfindung wird von den beiliegenden
Ansprüchen
definiert.