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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Halten eines unter Vorspannung
gesetzten Sicherheitssystems.
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In
modernen Kraftfahrzeugen zählen
Sicherheitssysteme bzw. Sicherheitsvorrichtungen zum Stand der Technik,
mit denen zum Beispiel Klappen oder Türen verschlossen gehalten werden.
Eine elektrische oder mechanische Betätigung solcher Sicherheitsvorrichtungen
ermöglicht
das Öffnen
dieser Klappen oder Türen.
Die Sicherheitsfunktion beschränkt
sich hierbei auf das Verhindern eines unbefugten oder unbeabsichtigten Öffnens der
Klappen bzw. Türen.
Hierbei bestehen an die Schaltzeit beim Deaktivieren der Verriegelungsfunktion
keine gesonderten Anforderungen.
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Zu
den kritischen Sicherheitsvorrichtungen zählen solche für den Insassen-
und Passantenschutz, die zur Aktivierung in sehr kurzer Zeit eine mechanische
Stellbewegung erfordern. Zu solchen Sicherheitsvorrichtungen gehören insbesondere Spannvorrichtungen
für Sicherheitsgurte, Überrollschutzbügel in Cabriolet-Fahrzeugen,
Motorhaubenaufsteller für
den Schutz von Fußgängern und
Verstelleinrichtungen für
Autositze und Kopfstützen.
Bei Ausführung
einer Stellbewegung solcher Sicherheitsvorrichtungen sind verschiedene
Systeme bekannt. Zumeist werden Schraubenfedern verwendet, die über eine
geeignete Haltevorrichtung vorgespannt werden. Eine solche Haltevorrichtung
wird über
ein System von Hebeln und Klinken in seiner Bewegung gehemmt. Hierbei
kann ein Hebel über
einen elektrisch aktivierbaren Aktor bewegt werden. Im deaktivierten
Zustand, wenn die Sicherheitsvorrichtung unter Vorspannung gehalten
ist, wird der Aktor durch den Hebel in einen definierten Endanschlag
gedrückt und
hemmt damit die Bewegung bzw. Betätigung des Sicherheitssystems.
Zum Auslösen
der Sicherheitsvorrichtung wird der Aktor elektrisch aktiviert und führt hiernach
eine kleine Stellbewegung mit kleiner Kraft und relativ großem Weg
aus, um den Sperrhebel zu betätigen.
Das Hebelsystem übersetzt
die Kraft und untersetzt den Hub des Aktors und gibt dadurch die
Schraubenfeder frei, so dass diese sich unter Abbau ihrer Vorspannung
bewegen kann.
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Als
Aktoren für
die vorstehend erläuterte
Sicherheitsvorrichtung werden üblicherweise
pyrotechnische Aktoren verwendet. Alternativ hierzu ist auch die
Verwendung von Hubmagneten bekannt. Ungeachtet der Art eines Aktors
unterliegt die vorstehend genannte Sicherheitsvorrichtung dem Nachteil,
dass das Hebelsystem kompliziert aufgebaut ist. Um die sehr großen Haltekräfte der
Schraubenfeder zu untersetzen, wird ein großes Hebelverhältnis benötigt. Da
die bekannten Aktoren in der Länge
ihrer Stellwege beschränkt
sind, befindet sich der Sperrhebel mit der Schraubenfeder nur auf
einer sehr kleinen Kontaktfläche
in Eingriff. Zusätzlich
ist eine große
Steifigkeit für
das Hebelsystem erforderlich, um eine Verbindung oder eine Spielmaß zu unterbinden.
Die vorstehend genannten Aspekte führen zu einer aufwendigen Ausgestaltung
des Hebelsystems, die mit Kostennachteilen und auch einer kritischen
Betriebssicherheit verbunden sind.
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Zur
mechanischen Verbindung von zwei Bauteilen ist auf dem Markt ein
sogenanntes pyrotechnisches Sicherungselement bekannt, das aus zwei
mit einem Arretierungsring fest miteinander verbundenen Einzelteilen
besteht. Bei Bedarf können durch
einen elektrisch ausgelösten
Druckimpuls die beiden Bauteile schnell voneinander gelöst werden. Durch
den Arretierungsring können
sowohl die Haltekraft als auch die Trennkraft anwendungsbezogen eingestellt
werden. Der Einsatz eines solchen pyrotechnischen Sicherungselements
ist z. B. bei Türscharnierbolzen,
um nach einem Unfall verkeilte Türen
auftrennen zu können,
oder Motorhaubengelenken bekannt, um eine Motorhaube nach einem
Unfall aufstellen zu können.
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US Re 34 238 reissued von
US 4 732 188 A zeigt
eine Vorrichtung zum Halten eines unter Vorspannung gesetzten Sicherheitssystems,
ausgestaltet als Tankdeckel. Der Tankdeckel besteht aus einem Hauptkörper, der
auf einen mit Gewinde versehenen Rohrstutzen aufschraubbar ist.
In der Stirnseite des Tankdeckels ist eine einen Dichtkörper bildende
Platte vorgesehen, die einen umlaufenden Flansch aufweist und die
unter der Vorspannung einer Feder, die sich gegen einen Kragen des
Hauptkörpers
abstützt,
in Schließstellung
gehalten ist. Die Feder stützt
sich auf zwei Schenkeln ab, die über eine
Platte an dem Dichtkörper
festgelegt sind und von diesem in das Rohr abstehen. Die Schenkel
sind endseitig mit ihrem in das Rohr vorstehenden Bereich abgefaltet
und bilden eine hakenförmige
Aufnahme für
das eine Ende der Feder. Die Schenkel sind aus zwei Hälften gebildet,
die über
ein schmelzbares Element miteinander verbunden sind. Bei einem gewöhnlichen Überdruck
kann der Dichtkörper unter
Spannen der Feder ein kleines Stück
von dem Hauptkörper
gehoben werden und ermöglicht
ein Entweichen des unter Druck stehenden Gases. Übersteigt die Temperatur einen
voreingestellten Wert, so schmilzt das schmelzbare Element ab, die unteren
Hälften,
die die Feder tragen, fallen ab und unter dem Gasdruck kann das
Dichtglied ohne die Vorspannung der Feder überwinden zu müssen, abgehoben
werden.
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DE 77 12 696 U1 zeigt
ein Sicherheitsventil für
eine Gasleitung, bei dem im Falle der Überhitzung der normal offene
Durchgangskanal durch ein Ausrücken
des Ventiltellers gegen die einen Ventilsitz bildende Ringfläche verschlossen
wird. Der Ventilteller wird durch die Federvorgespannt, die sich
gegen ein entsprechendes Widerlager abstützt. Die Feder wird von einem
Ventilstößel durchsetzt,
der an dem Ventilteller festgelegt ist. In eine Umfangsnut des Ventilstößels greift
ein Bimetallstreifen ein, der den Ventilteller gegen ein Ausrücken unter
der Vorspannung der Feder sichert. Der Bimetallstreifen rückt bei Überschreiten
einer bestimmten Temperatur aus der Umfangsnut aus und gibt den
Ventilteller frei.
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US 5,788,212 A zeigt
ein Durchgangsventil, welches unter der Vorspannung einer Feder
ein Schließglied
in Öffnungsrichtung
vorspannt, wobei ein Stößel in eine
Umfangsnut des Dichtkörpers
eingreift und am Ausrücken
durch einen thermisch aktivierbaren Ausrückmechanismus gehindert ist.
Der thermisch aktivierbare Ausrückmechanismus
umfasst ein Element aus einer Formgedächtnislegierung, welches bei
Erhöhen
der Temperatur derart schrumpft, dass der Stößel aus der Umfangsnut weggedrückt werden
kann und unter der Vorspannung der Feder der Durchlass freigegeben
wird.
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US 4 176 718 A zeigt
eine Vorrichtung zum Halten eines unter Vorspannung stehenden Sicherheitssystems,
hier: einer Sprinkleranlage, bei der die Öffnung einer Sprinklerdüse von einem
Deckel verschlossen ist. Der Deckel wird hierbei formschlüssig von
einem Teil in Position gehalten, indem das eine Ende des Teils gegen
den Deckel und das andere Ende des Teils gegen ein Widerlager anliegt.
Ein Bügel
wird zwischen zwei Schenkeln gehalten, die über ein schmelzbares Element
miteinander verbunden sind. Bei Abschmelzen des schmelzbaren Elements gelangt
der Bügel
außer
Eingriff und ermöglicht
dem Teil, aus seiner Schließposition
auszurücken
und damit die Freigabe des Deckels.
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US 5,695,306 A beschreibt
eine Verbindungseinrichtung, mit der zwei Bauteile miteinander verbunden
sind. Die Trennung der beiden Bauteile erfolgt ohne die Verwendung
von pyrotechnischen Mitteln und unter Aufschmelzen eines schmelzbaren Materials.
Hierzu weist die Vorrichtung ein Gehäuse auf, in dem eine vorgespannte
Druckfeder mittels eines in einer Hohlkammer verschieblich geführten Kolbens
auf ein Verbindungselement drückt,
das sich in Form eines Stempels durch das erste Bauteil verschieblich
hindurch erstreckt und mit dem darunter befindlichen zweiten Bauteil
verschraubt ist. In einem Ausgangszustand befindet sich der Kolben
in der Hohlkammer in einer oberen Anschlagsstellung, wobei die Hohlkammer
unterhalb des Kolbens mit dem schmelzbaren Material gefüllt ist.
Das schmelzbare Material befindet sich zunächst in einem festen Aggregatzustand,
wodurch der Kolben in der oberne Anschlagsstellung zwangsweise gehalten
wird. Bei einer gezielten Erwärmung
des schmelzbaren Materials nimmt dessen Viskosität ab, so dass das Material
durch Strömungskanäle an dem
Kolben vorbei in einen oberen Bereich der Hohlkammer strömt. Hierdurch
kann sich der Kolben innerhalb der Hohlkammer auf Grund der Vorspannung
der Druckfeder nach unten bewegen und drückt dabei das Verbindungselement
nach unten. Dabei wird dann das zweite Bauteil von dem ersten Bauteil
getrennt. Die Vorrichtung gemäß der
US 5,695,306 A weist
einen komplizierten und kostspieligen Aufbau auf und eignet sich
nicht für zeitkritische
Sichereitsfunktionen, da das Aufschmelzen des schmelzbaren Materials
zu viel Zeit beansprucht.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Halten
eines unter Vorspannung gesetzten Sicherheitssystems zu schaffen,
die zuverlässig
ein selbstständiges
Entriegeln des Sicherheitssystems verhindert und mit einfachen Mitteln
ein Betätigen
des Sicherheitssystems in sehr kurzer Ansprechzeit ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine
Vorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen
der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen
definiert.
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Eine
erfindungsgemäße Vorrichtung
dient zum Halten eines unter Vorspannung gesetzten Sicherheitssystems
und verhindert somit das selbstständige Entriegeln dieses Sicherheitssystems,
und umfasst ein Hakenelement und ein mit dem Hakenelement durch
eine Klebeverbindung verbundenes Basiselement, das in einem Ausgangszustand
mit einem Teil des Sicherheitssystems in Eingriff bringbar ist,
so dass dadurch das Sicherheitssystem unter Vorspannung gehalten
wird, wobei der Teil des Sicherheitssystems, mit dem das Hakenelement
in seinem Ausgangszustand in Eingriff steht, durch eine thermische
Aktivierung der Klebeverbindung bewegt bzw. betätigt werden kann.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
dient dazu, ein Sicherheitssystem, z. B. eine Schraubenfeder, zuverlässig unter
Vorspannung zu halten. Durch die thermische Aktivierung der Verbindung,
die durch Zufuhr von Wärme
oder von elektrischer Energie, die geeignet in Wärme umgewandelt wird, wird
erreicht, dass entweder das Hakenelement außer Eingriff mit dem Teil des
Sicherheitssystems gelangt oder zumindest eine Bewegung dieses Teils
des Sicherheitssystems ermöglicht,
so dass sich die Vorspannung des Sicherheitssystems zu dessen Aktivierung
abbauen kann. Infolge der gespeicherten Energie des Sicherheitssystems
bzw. dessen Vorspannung wird durch die Bewegung des Teils des Sicherheitssystems
ein mechanisches System oder dergleichen betätigt und hierdurch die Sicherheitsfunktion
ausgeführt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung
kann im Zusammenhang mit Sicherheitssystemen von aktiven Motorhauben
für den
Passantenschutz, Überrollschutzbügeln in
Cabriolet-Fahrzeugen, Kopfstützen
für den
Insassenschutz, Gurtstraffer oder Schließsysteme für den proaktiven Insassenschutz
von Fahrzeugen verwendet werden.
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In
vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist das Hakenelement länglich ausgebildet
und mit seiner Längsachse
im Wesentlichen parallel zum Sicherheitssystem angeordnet. Dies
hat den Vorteil, dass das Hakenelement wenig Platz bzw. Einbauraum
beansprucht. Zusätzlich
genügt
bereits eine geringe Bewegung des Hakenelements weg von dem Sicherheitssystem,
um außer
Eingriff mit dem Teil des Sicherheitssystems zu gelangen. Zweckmäßigerweise
kann das Hakenelement mit einem einen Ende in Eingriff mit dem Teil
des Sicherheitssystems stehen.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
umfasst ein Basiselement, mit dem das Hakenelement in seiner Ausgangsstellung
verbunden ist, wobei die Verbindung zwischen dem Hakenelement und
dem Basiselement durch die thermische Aktivierung lösbar ist.
Nachdem sich Hakenelement und Basiselement voneinander gelöst haben,
kann sich der Teil des Sicherheitssystems zur Ausführung der
Sicherheitsfunktion bewegen. Um ein geringes Einbaumaß zu gewährleisten,
kann das Basiselement in gleicher Weise wie das Hakenelement länglich ausgebildet sein,
wobei die Längsachse
des Basiselements zu der Längsachse
des Hakenelements im Wesentlichen ausgerichtet ist.
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Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung können
das Hakenelement und das Basiselement jeweils einen gezahnten Abschnitt
aufweisen, welche Abschnitte eine formschlüssige Verbindung von Hakenelement
und Basiselement gewährleisten.
Falls das Basiselement und/oder das Hakenelement zumindest teilweise
aus einem Memorymetall oder aus einem Bimetall hergestellt sind,
können
sich diese Elemente bei einer thermischen Aktivierung voneinander
weg bewegen, so dass sich dadurch die formschlüssige Verbindung der gezahnten
Abschnitte aufhebt. Falls zum Beispiel das Basiselement auf der Seite
des Hakenelements angeordnet ist, die dem Sicherheitssystem entgegengesetzt
ist, kann es genügen,
allein das Basiselement aus einem Memorymetall oder einem Bimetall
herzustellen, so dass sich das Basiselement durch die thermische
Aktivierung nach außen
weg von dem Hakenelement verformt und dadurch die formschlüssige Verbindung
der gezahnten Abschnitte aufgehoben wird. Sobald die formschlüssige Verbindung
zwischen Hakenelement und Basiselement aufgehoben ist, kann das
Hakenelement der Kraft der Vorspannung des Sicherheitssystems keine
Gegenkraft mehr entgegensetzen, so dass sich infolge dessen der
Teil des Sicherheitssystems zur Ausführung der Sicherheitsfunktion
bewegen kann. Somit ist es für
die Bewegung dieses Teils des Sicherheitssystems nicht zwingend
erforderlich, dass das Hakenelement außer Eingriff davon gelangt.
Einzige Voraussetzung hierzu ist ein Lösen des Hakenelements von dem
Basiselement.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen,
dass diese Elemente miteinander verklebt sind. Zum Lösen des
Hakenelements von dem Basiselement kann der Klebstoff gezielt geschwächt bzw.
aufgeweicht werden. Hierzu kann an der Verbindungsstelle zwischen Hakenelement
und Basiselement ein Metalldraht mit hohem spezifischen Widerstand
vorgesehen sein, der zugeführte
elektrische Energie in Joulsche Wärme umwandelt, so dass dadurch
der Klebstoff aufschmilzt und entsprechend die Klebeverbindung zwischen
Hakenelement und Basiselement gelöst wird.
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In
vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung kann an der Kontaktfläche zwischen
dem Hakenelement und dem Basiselement eine Substanz vorgesehen sein,
die sich unter Zugabe von Wärmeenergie zersetzt.
Eine solche Substanz ist auch unter dem Namen "Sprengpulver" bzw. als Schwarzpulver bekannt. Die
Zersetzung dieses Sprengpulvers ist hochgradig exotherm und zerstört den Scherbolzen, wodurch
das Hakenelement und das Basiselement voneinander getrennt werden.
Die Verwendung eines solchen Sprengpulvers ermöglicht sehr kurze Ansprechzeiten,
um das Hakenelement von dem Basiselement zu trennen und damit das
Sicherheitssystem innerhalb kürzester
Zeit zu entriegeln, so dass eine entsprechende Ausführung der
Sicherheitsfunktion gewährleistet
ist. Zweckmäßigerweise
kann ein solches Sprengpulver in den Klebstoff eingemischt sein,
mit dem Hakenelement und Basiselement miteinander verklebt werden.
Zum Erzeugen einer vorbestimmten Aktivierungswärme bzw. -energie kann an der
Kontaktfläche
zwischen dem Hakenelement und dem Basiselement ein Metalldraht mit
hohem spezifischen Widerstand vorgesehen sein, der zugeführte elektrische
Energie in Joulsche Wärme
umwandelt und dadurch eine Zersetzung des Sprengpulvers bewirkt,
so dass das Hakenelement und das Basiselement durch diese exotherme
Reaktion des Sprengpulvers voneinander getrennt werden. Die Verwendung
eines solchen Sprengpulvers gestattet eine sehr kurze Ansprechzeit
zum Freigeben des Sicherheitssystems. Die Verwendung des Sprengpulvers
ist nicht nur bei einem Verkleben von Basiselement und Hakenelement
möglich,
sondern auch bei der Variante einer formschlüssigen Verbindung, bei der
an dem Basiselement und an dem Hakenelement jeweils gezahnte Abschnitte
ausgebildet sind.
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Die
thermische Aktivierung kann durch Zufuhr von äußerer thermischer Energie erfolgen.
Alternativ hierzu kann die thermische Aktivierung auch durch Zufuhr
von elektrischer Energie erfolgen, zum Beispiel an dem vorstehend
genannten Metalldraht mit hohem spezifischen Widerstand, welche
elektrische Energie dann in diesem Metalldraht in Joulsche Wärme umgewandelt
wird.
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Die
vorstehend genannten Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
führen
zusammengefasst zu folgenden weiteren Vorteilen:
- – Es werden
keine besonderen Werkzeuge zum Wechsel des Sicherheitssystems benötigt, wenn dieses
einmal ausgelöst
wurde;
- – Für die Aktivierung
des Hakenelements ist nur ein minimaler thermischer bzw. elektrischer
Energiebedarf erforderlich;
- – Die
Ansteuerung des Hakenelements kann unter Verwendung von Airbag-Steuergeräten erfolgen;
- – Eine
Aktivierung des Hakenelements ist durch elektrostatische Ladungen
nicht möglich;
- – Es
sind keine vibrationsempfindlichen Hebelsysteme zur Kraftuntersetzung
erforderlich, um das Sicherheitssystem unter Vorspannung zu halten;
- – Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
ist an vorhandene Bauräume
einfach adaptierbar, da sie selbst nur einen geringen Einbauraum
erfordert;
- – Minimales
Gewicht wegen geringer Anzahl von Bauteilen, geringstenfalls nur
ein einziges Bauteil in Form des Hakenelements;
- – Keine
giftigen oder umweltschädigenden
Emissionen;
- – Keine
Explosionsgeräusche,
minimale Brandgefahr, keine Explosionsgefahr; und
- – Preisgünstige Ausführung möglich.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale
nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in
anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne
den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Die
Erfindung ist nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsformen
in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen ausführlich
beschrieben.
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Es
zeigen:
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1 eine
prinzipiell vereinfachte Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
in Verbindung mit einem Sicherheitssystem in Form einer unter Vorspannung gesetzten
Schraubenfeder,
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2 eine
Seitenansicht der Vorrichtung von 1,
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3 eine
Perspektivansicht der Vorrichtung von 1 bzw. 2,
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4 eine
teilweise freigeschnittene Vorderansicht der Vorrichtung von 3,
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5 eine
Vorderansicht der Vorrichtung von 3,
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6 eine
Hinteransicht der Vorrichtung von 3,
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7 eine
vereinfachte Seitenansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
und
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8 eine
Längsquerschnittansicht
durch ein Hakenelement bzw. ein Basiselement aus 7.
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1 zeigt
eine prinzipiell vereinfachte Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 in Verbindung
mit einem Sicherheitssystem 2 in Form einer unter Vorspannung
gesetzten Schraubenfeder. Die Schraubenfeder 2 ist in eine
Buchse 3 eingesetzt und ragt mit ihrem oberen Ende aus
der Buchse 3 heraus. Die Vorrichtung 1 umfasst
ein Hakenelement 4 und ein Basiselement 5, die über eine
Verbindungsstelle 6 lösbar
miteinander verbunden sind. Das Basiselement 5 weist an
seinem der Verbindungsstelle 6 entgegengesetzten Ende einen
Haken 7 auf. In gleicher Weise weist das Hakenelement 4 an
seinem der Verbindungsstelle 6 entgegengesetzten Ende einen
Haken 8 auf. In 2 ist die Vorrichtung 1 in
einer Seitenansicht dargestellt. Das Basiselement 5 ist mit
seinem Haken 7 in einen Halteflansch 9 eingehängt, der
außen
an der Buchse 3 in deren Bodenbereich vorgesehen ist. Das
Hakenelement 4 ist mit seinem Haken 8 an einem
oberen seitlichen Rand 2a der Schraubenfeder 2 eingehängt.
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In
einer Ausgangsstellung der Vorrichtung 1 bzw. des Hakenelements 4 ist
das Hakenelement 4 mit dem Basiselement 5 verbunden.
Die Länge
der Vorrichtung 1 ist dabei auf eine Länge der Schraubenfeder 2,
wenn diese zusammengedrückt
unter Vorspannung gesetzt und in die Buchse 3 eingesetzt ist,
angepasst, so dass die Vorrichtung 1 bei an dem oberen
Ende der Schraubenfeder 2 eingehängtem Hakenelement 4 die
Schraubenfeder 2 zuverlässig unter
Vorspannung hält.
In der 1 ist mit einem Pfeil F die Kraft angedeutet,
die durch die Vorspannung der Schraubenfeder 2 auf die
Vorrichtung 1 und insbesondere die Verbindungsstelle 6 zwischen Hakenelement 4 und
Basiselement 5 ausgeübt
wird. Durch eine thermische Aktivierung des Hakenelements 4 bzw.
der Verbindungsstelle 6 zwischen Hakenelement 4 und
Basiselement 5 wird die Verbindung zwischen Hakenelement 4 und
Basiselement 5 gelöst,
so dass hiernach sich die Schraubenfeder 2 in Richtung
der Kraft F nach oben entspannen kann. Die Schraubenfeder 2 betätigt bei
dieser Bewegung nach oben ein (nicht gezeigtes) mechanisches System,
mit dem eine Sicherheitsfunktion ausgeführt wird, zum Beispiel im Zusammenhang
mit aktiven Motorhauben für
den Passantenschutz, Überrollschutzbügel in Cabriolet-Fahrzeugen,
Kopfstützen für den Insassenschutz
und/oder Gurtstraffer bzw. Schließsysteme für den proaktiven Insassenschutz von
Fahrzeugen.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung 1 kann nicht
nur bei einem Sicherheitssystem 2 in Form einer Schraubenfeder,
sondern auch bei ähnlichen
Sicherheitssystemen verwendet werden, die in einem deaktivierten
Ausgangszustand unter Vorspannung gesetzt sind. Hierzu zählen zum
Beispiel Gaskolben, Magnetkolben oder dergleichen.
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Nachfolgend
ist unter Bezugnahme auf die 3 bis 6 eine
Verbindung des Hakenelements 4 und des Basiselements 5 und
deren Lösen voneinander
durch eine thermische Aktivierung im Detail erläutert.
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In 3 ist
die Vorrichtung 1 in einer Perspektivansicht dargestellt.
Im Bereich der Verbindungsstelle 6 weist das Basiselement 5 einen
Verbindungsabschnitt 10 auf, der sich im Wesentlichen rechtwinklig
zur Längsachse
des Basiselements 5 erstreckt. Das Basiselement 5 kann
aus einem thermoplastischen Kunststoff hergestellt sein, zum Beispiel ein
Polyamid 66. Auf einer Oberfläche
des Verbindungsabschnitts 10 sind zwei Leiterbahnen 11 in Form
von Metallzungen aufgebracht, die zum Beispiel aus Messing oder
beschichtetem Kupfer bestehen können.
Diese Metallzungen 11 sind in dem Verbindungsabschnitt 10 eingebettet,
so dass ihre Oberfläche
im Wesentlichen bündig
mit einer Oberfläche des
Verbindungsabschnitts 10 abschließt. In der Draufsicht von 4 ist
zu erkennen, dass die jeweiligen oberen Enden der Metallzungen durch
einen Metalldraht 12 verbunden sind. Dieser Metalldraht 12 ist
aus einem Metall mit hohem spezifischen Widerstand hergestellt,
zum Beispiel aus Konstantan oder einem Metall mit ähnlichen
Eigenschaften. Der Metalldraht 12 ist in einer mäanderförmigen Aussparung des
Verbindungsabschnitts 10 eingebettet und schließt somit
ebenfalls im Wesentlichen bündig
mit der Oberfläche
des Verbindungsabschnitts 10 ab. Zur Vereinfachung ist
in 4 das Hakenelement 4 transparent und
nur in seinen Umrissen dargestellt, so dass der darunter liegende
Metalldraht 12 und die oberen Enden der Metallzungen 11 erkennbar
sind. Der Verbindungsabschnitt 10 des Basiselements 5 bildet
somit für
die Metallzungen 11 und den Metalldraht 12 ein
Trägerelement,
auf dem diese Elemente befestigt sind. In 5 ist die
Vorrichtung 1 in einer Vorderansicht, und in 6 in
einer Ansicht von hinten gezeigt.
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Das
Hakenelement 4 ist mit seinem dem Haken 8 entgegengesetzten
Ende auf den Verbindungsabschnitt 10 aufgeklebt, nämlich genau
im Bereich des Metalldrahts 12 (4). Somit
sind das Hakenelement 4 und das Basiselement 5 kraftschlüssig miteinander
verbunden. In dem Klebstoff, der das Hakenelement 4 mit
dem Basiselement 5 verklebt, ist eine Substanz eingemischt,
die sich unter Zugabe von Wärmeenergie
zersetzt. Eine solche Substanz ist auch unter dem Begriff "Sprengpulver" bzw. Schwarzpulver
bekannt. Die Perspektivansicht gemäß 3 bzw. eine
in 5 gezeigte Vorderansicht stellen die Vorrichtung 1 in
einem Ausgangszustand dar, in dem das Hakenelement 4 auf
den Verbindungsabschnitt 10 des Basiselements 5 verklebt
ist. Diese Verklebung ist auf Zugkraft, die in Längsrichtung von Hakenelement
bzw. Basiselement wirkt, beanspruchbar, so dass die Vorrichtung 1 in
der Lage ist, die Schraubenfeder 2 in der vorgespannten
Stellung gemäß der Darstellung
von 1 zu halten.
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Falls
an die Metallzungen 11 eine Spannung angelegt wird, wird
durch den Strom, der durch den Metalldraht 12 fließt, eine
definierte Joulsche Wärme erzeugt,
die den Verbindungsabschnitt 10 im Bereich des Metalldrahts 12 gezielt
erhitzt. Mit dieser Erhitzung wird eine vorbestimmte Aktivierungsenergie für das Sprengpulver überschritten,
so dass das Sprengpulver gezündet
wird und hierdurch das Hakenelement 4 von dem Basiselement 5 "weggesprengt" wird. Nach diesem
Lösen des
Hakenelements 4 von dem Basiselement 5 ist das
Hakenelement 4 nicht länger
in der Lage, der von der Schraubenfeder 2 ausgeübten Kraft
eine Gegenkraft entgegenzusetzen, so dass sich die Schraubenfeder 2 in
Richtung der in 1 gezeigten Kraft F bewegen
kann.
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Nach
einem Auslösen
der Schraubenfeder 2 läßt diese
sich ohne großen
Aufwand und insbesondere ohne Spezialwerkzeuge in ihre vorgespannte Stellung
rückbewegen,
indem sie in die Buchse 3 zurück gedrückt wird und dann durch Einhaken
einer neuen Vorrichtung in den Halteflansch 9 bzw. an den oberen
Seitenrand der Schraubenfeder 2 unter Vorspannung gehalten
wird. Es versteht sich, dass bei der neuen Vorrichtung 1 das
Hakenelement 4 in seinem Ausgangszustand wie vorstehend
erläutert
mit dem Basiselement 5 verbunden ist, um die von der Schraubenfeder 2 ausgeübte Kraft
nach unten in den Halteflansch 9 einzuleiten bzw. zu kompensieren.
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In
der 7 ist eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung 1 prinzipiell
vereinfacht dargestellt. Hierbei weisen das Hakenelement und das
Basiselement an der Verbindungsstelle 6 jeweils einen gezahnten
Abschnitt 13 auf, die im Ausgangszustand miteinander in
Eingriff sind. Der Ausgangszustand der Vorrichtung 1 ist
in 7 mit durchgezogenen Vollinien gezeigt. Durch
die formschlüssige
Verbindung von Hakenelement 4 und Basiselement 5 ist
es möglich,
die Schraubenfeder 2 in der in 1 gezeigten
Position unter Vorspannung zu halten, da ein Abgleiten von Hakenelement 4 und
Basiselement 5 in Längsrichtung
voneinander unterbunden ist.
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Wenn
zum Beispiel das Basiselement 5 aus einem Memorymetall
oder aus einem Bimetall hergestellt ist, kann ein Lösen des
Hakenelements 4 von dem Basiselement 5 durch ein
thermisches Aktivieren der Verbindungsstelle 6 zwischen
Hakenelement und Basiselement 5 erzielt werden. In Folge
dieser thermischen Aktivierung verformt sich das Basiselement 5 in
Richtung des Pfeils a nach aussen und weg von dem Hakenelement 4,
was in 7 durch gestrichelte Linien angedeutet ist. Bei
dieser Verformung nach außen
gelangen die gezahnten Abschnitte 13 von Hakenelement 4 und
Basiselement 5 außer
Eingriff, so dass das Hakenelement 4 nach diesem Lösen der
Kraft F, die von der Schraubenfeder 2 ausgeübt wird,
keine Gegenkraft entgegensetzen kann. Somit kann sich die Schraubenfeder 2 in
Richtung der Kraft F wie in 1 gezeigt
nach oben bewegen, zum Auslösen
der Sicherheitsfunktion.
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Bei
der Ausführungsform
gemäß 7 sind die
gezahnten Abschnitte 13 des Hakenelements 4 und
des Basiselements 5 miteinander verklebt. Durch Verwendung
eines Sprengpulvers, das in den Klebstoff eingemischt ist, können Hakenelement 4 und
Basiselement 5 sehr schnell voneinander gelöst werden,
indem das Sprengpulver gezündet
wird. Die für
das Zünden
erforderliche Aktivierungsenergie kann entweder durch eine ausreichende
thermische Energie von außen
zugeführt
werden, oder alternativ durch Anlegen einer Spannung an einen Metalldraht, der
zusätzlich
im Bereich der gezahnten Bereiche vorgesehen ist. Die Funktionsweise
eines solchen Metalldrahts ist unter Bezugnahme auf 4 erläutert und
deshalb zur Vermeidung von Wiederholungen nicht nochmals beschrieben.
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In 8 ist
ein Ausschnitt des Basiselements 5 von der Ausführungsform
von 7 in einer Längsquerschnittansicht
dargestellt. Mit dem Bezugszeichen 5a ist die Seite des
Basiselements 5 bezeichnet, die dem Hakenelement 4 zugewandt
ist. Mit dem Bezugszeichen 5b ist eine Außenseite
des Basiselements 5 bezeichnet, die dem Hakenelement 4 entgegengesetzt
ist. Das Basiselement umfasst an seiner Außenseite 5b eine Plattierung 14,
die mit einem Grundkörper 15 des
Basiselements 5 fest verbunden ist. Der Grundkörper kann
wie bei der Ausführungsform
nach den 1–6 aus einem Kunststoff
hergestellt sein, oder aus einem Metall bestehen. Jedenfalls weist
die Plattierung 14 einen kleineren thermischen Ausdehnungskoeffizienten
als der Grundkörper 15 des
Basiselements 5 auf und wurde bei tiefen Temperaturen dressiert.
Dies hat zur Folge, dass sich die Plattierung 14 bei einer
Erwärmung
infolge des Bimetalleffekts nach außen verformt und dabei den
Grundkörper 15 zwangsweise mit
verformt. Im Ergebnis verformt sich bei Erwärmung der Plattierung das Basiselement 5 als
Ganzes in einer Richtung weg von dem Hakenelement 4, wie in 7 durch
gestrichelte Linien angedeutet weg.
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Das
Basiselement 5 kann auch aus einem Metall hergestellt sein,
das oberhalb einer Gebrauchstemperatur einen austenitisch/martensitischen
Phasenübergang
mit Zwillingskristallbildung zeigt und unter Anwendung einer Biegespannung
unter die Phasenübergangstemperatur
abgekühlt
worden ist. Eine solche Behandlung ist als "Training" bekannt, wobei ein solches Metall dann
als Memorymetall bezeichnet wird. Nach einem Erhitzen auf eine Temperatur
oberhalb der Phasenübergangstemperatur spreizt
sich dann das Basiselement 5 in eine vorbestimmte Richtung,
d. h. in die Richtung des Pfeils a von 7. Falls
also das Basiselement 5 aus einem Bimetall bzw. einem Memorymetall
hergestellt ist, ist durch dessen Erwärmung eine Verformung wie in 7 durch
gestrichelte Linien gezeigt gewährleistet,
so dass hierdurch das Hakenelement 4 von dem Basiselement 5 gelöst wird.
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Das
Hakenelement 4 kann in Bezug auf eine Plattierung bzw.
eine Herstellung aus einem Bimetall den gleichen Aufbau aufweisen
wie das Basiselement 5 gemäß 8, mit dem
Unterschied, dass dann die Plattierung auf einer dem Basiselement 5 entgegengesetzten
Seite des Hakenelements 4 vorgesehen ist. Dies hat dann
zur Folge, dass sich das Hakenelement 4 infolge der thermischen
Aktivierung verformt, nämlich
weg von dem Basiselement 5. Die Wirkung in Bezug auf die
Verbindungsstelle 6 ist dann die gleiche: die verzahnten
Abschnitte 13 von Hakenelement 4 und Basiselement 5 gelangen
ausser Eingriff, so dass diese beiden Elemente 4, 5 voneinander
gelöst
sind. Dadurch ist die Schraubenfeder 2 mit ihrem oberen
Seitenrand 2a in Richtung der Kraft F (1)
bewegbar.