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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einer Gurtaufrolleinheit sowie einem Verfahren zum Aufrollen von mindestens einem Gurtband sowie einem Gurtsystem für ein Insassenschutzsystem in einem Fahrzeug mit mindestens einer Gurtaufrolleinheit nach der Gattung der unabhängigen Patentansprüche.
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Bei einem Gurtsystem unterscheidet man je nach Anordnung unterschiedliche Arten, wie beispielsweise einen Beckengurt, einen Schräg-Schultergurt, einen Dreipunktgurt, einen 4- oder 6-Punkt Hosenträgergurt, einen Beltbag, einen Bag-in-Belt oder Kombinationen dieser Gurtsysteme.
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Der Dreipunktgurt, der einen auch als Retraktor bezeichneten Gurtaufroller mit einem Gurtstraffer und je nach Ausführungsform auch mit einem Gurtkraftbegrenzer umfasst, ist heute das am meisten verbaute Gurtsystem. Im Gegensatz hierzu ist der reine Beckengurt, wie man ihn heutzutage z. B. in Verkehrsflugzeugen findet, aus nahezu allen Fahrzeuganwendungen verschwunden und ist in der Regel durch den Dreipunktgurt ersetzt worden.
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Beim Dreipunktgurt verläuft das Gurtband von einem Befestigungspunkt am Sitzgestell oder meistens vom Fahrzeugboden ausgehend über das Becken des Insassen. In der Schlosszunge befindet sich in heute typischen Ausführungsvarianten eine Öse in der das Gurtband umgelenkt wird und von da ab diagonal über die Brust des Insassen nach oben geführt wird. Durch einen Umlenkbeschlag, welcher sich in der Regel an der B-Säule befindet, wird das Gurtband nach unten zum Gurtaufroller oder auch Gurtautomat geführt. Alternativ findet man bei sitzintegrierten Gurtsystemen diesen Umlenkbeschlag auch im Sitz selbst integriert. Weiterhin werden alternative Gurtsysteme mit getrenntem Becken- und Schultergurt eingesetzt, d. h. diese beiden Gurtsegmente werden in Höhe der Gurtschlosszunge vernäht und jeweils von einem separaten Aufroller angesteuert. Diese Systeme werden als Dual-Spool-Retraktoren bezeichnet.
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Für das Gurtband fordert man allgemein eine breite Form, um im Falle einer Kollision eine für den Insassen erträgliche Flächenpressung zu erhalten. Typischerweise besitzen die Gurtbänder eine Querschnittsbreite von ca. 50 mm. Darüber hinaus werden eine gute Bruch- und Rutschsicherheit und eine gute Umweltbeständigkeit gefordert. Diese Parameter sind in der ECE-Regelung Nr. 16 festgelegt. Der Sicherheitsgurt selbst besteht aus einem geflochtenen Garn, meistens aus Polyester. Alternative Entwicklungen verfolgen ein Bag-in-Belt bzw. Beltbag-Prinzip, bei dem ein gurtintegrierter Airbag enthalten ist, der nach Entfaltung beispielsweise eine Rollenform einnimmt und damit für eine noch idealere Flächenpressung auf den Körper des Insassen sorgen kann. Die Bruchfestigkeit eines Standardgurtes beträgt ungefähr 14.7 kN, dieser wird jedoch in der Praxis meist für Kräfte zwischen 25 kN und 30 kN ausgelegt.
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Der im System integrierte Retraktor bzw. Gurtaufroller hat zur Aufgabe dem Insassen im Fahrbetrieb ein hohes Maß an Komfort zu bieten. Das auf einer Spule aufgewickelte Gurtband wird bei einer Vorwärtsbewegung des Insassen, gegen eine geringe Rückzugsfederkraft freigegeben. Hierbei beträgt die Kraft typischerweise 5 bis 10 N und wird durch eine im Retraktor verbaute, vorgespannte Feder zur Verfügung gestellt. Die Sperrung des Gurtbandes kann basierend auf den zwei nachfolgenden Prinzipien gesteuert werden.
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Bei einem ersten Prinzip sorgt ein Kugelsensor bei einer der ECE-Regel 16 entsprechenden Fahrzeugverzögerung von mindestens 0.45 g oder bei einer Fahrzeugschräglage für eine Aktivierung des Sperrmechanismus. Dabei wird eine Stahlkugel in einer definierten Mulde ausgelenkt und sorgt für eine mechanische Sperrung. Bei einem zweiten Prinzip wird bei einem Auszug von 50 mm und einer gleichzeitigen Auszugsbeschleunigung von mehr als 0.8 g ebenfalls ein Sperrmechanismus aktiviert. Hierbei dient ein Feder-Masse-System als Sensorik, welches beispielsweise als Fliehkraftregler realisiert und im Gurtaufroller verbaut ist.
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Da der Insasse bei einem Unfall möglichst frühzeitig an die Fahrzeugverzögerung angekoppelt werden soll, wird typischerweise die überschüssige Gurtlose, die beispielsweise aufgrund von dicker Kleidung bzw. komfortbedingt entsteht, durch eine pyrotechnische Straffung nach Crashbeginn beseitigt. Neuerdings werden reversible elektromechanische Aktuatoren (EMA) als reversible Gurtstraffer eingesetzt, die in einer kritischen Fahrsituation aktiviert werden und somit ein Mehr an überflüssiger Gurtlose beseitigen, da sie vor dem Crash zum Einsatz kommen. Kommt es dennoch zu einer Kollision, wird zusätzlich die pyrotechnische Gurtstraffung aktiviert. Im Vergleich zur bisher bekannten pyrotechnischen Gurtstraffung läuft die elektromotorische Straffung in einem anderen Zeitbereich ab. So laufen die pyrotechnische Gurtstraffung beispielsweise innerhalb von ungefähr 10 ms und die elektromechanische Gurtstraffung innerhalb von ungefähr 200 ms ab. Generell können bei Gurtstraffung unterschiedliche Prinzipien zum Einsatz kommen, wie z. B. mechanische Gurtstraffer, die über einen Energiespeicher aktiviert werden, pyrotechnische Straffer, Aufrollerstraffer, Langrohrstraffer und Kurzrohrstraffer, Kugelstraffer, Gurtstraffer mit Wankelprinzip und Aufrollerstraffer mit Zahnstange sowie Schlossstraffer und Endbeschlagsstraffer.
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Durch die gezielte Ankopplung kann es zu sehr starken Belastungen für den Insassen vorwiegend im Kopf- und Thoraxbereich kommen. Diese Belastungsspitzen können zu teilweise schweren Verletzungen führen und sollen beispielsweise durch Gurtkraftbegrenzer reduziert werden. Hierbei basiert das Prinzip der Gurtkraftbegrenzung auf einer Freigabe des Gurtbandes ab einer bestimmten wirkenden Gurtbandkraft F von beispielsweise mehr als 3.0 bis 4.5 kN. Generell kann die Kraftbegrenzung durch mechanische Energiewandlungsprinzipien, wie beispielsweise durch Zerstörung, z. B. durch Reißnähte am Gurtband oder Reißbleche, oder durch Verformung, z. B. durch Torsionsstäbe im Aufroller, oder durch Reibung, z. B. durch Lamellenbremsen, teilweise auch mehrstufig erfolgen. Durch die beschriebenen Maßnahmen soll gewährleistet werden, dass die Energieaufnahme bei gleichbleibender Gurtkraft mittels zunehmender Vorverlagerung des Insassen erfolgt, d. h. dass der Frontairbag ab einem bestimmten Zeitpunkt beispielsweise nach einer Zeitspanne von ungefähr 40 bis 60 ms den Insassen vom Gurtsystem ”übernimmt”. Dabei soll die kinetische Energie des Insassen beim Crash möglichst günstig auf die Komponenten des Insassenschutzsystems und des Innenraums verteilt werden.
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Die heute eingesetzten Systeme reduzieren die Gurtkraft beispielsweise über eine Mechanik auf Basis eines gekoppelten Torsionsstabs oder über eine Keilbremse. Beispielsweise wird in der Offenlegungsschrift
DE 44 36 810 A1 ein Sicherheitsgurtaufroller vorgeschlagen, bei dem ein energieabsorbierendes Element als Kraftbegrenzungseinrichtung vorgesehen ist. Dabei ist dieses Element in der Gurtspule angeordnet und mit einem Wellenstück der Gurtspule derart verbunden, dass dies eine Drehung der Gurtspule aufgrund eines Gurtbandauszuges zulässt. Dabei nimmt das Absorptionselement die durch das Gurtband eingeleitete Energie auf und wirkt somit als Lastbegrenzer, da er die auf den Körper einwirkende Rückhaltekraft aufgrund seiner Energieabsorptionsfähigkeit begrenzt. Hierdurch wird die Gurtkraft in einer passiven Art gemessen bzw. sofort auf dieser Basis eine Ansteuerung vorgenommen. Die passive Messung der Kraft bezieht sich dabei auf die mechanisch mögliche und eingestellte Begrenzerkraft, ab der aufgrund der Ausführung bzw. den Materialeigenschaften des Absorptionselements eine Sollverformung beginnt.
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Die
DE 102 53 820 A1 zeigt eine Sicherheitsgurt-Befestigungseinrichtung und offenbart eine Schwächung des Gurtbandes. Die Materialschwächungen werden nicht mittels eines Schwächungswerkzeugs eingebracht.
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Die
DE 10 2005 028 174 A1 behandelt einen Gurtaufroller mit einer Kraftbegrenzungseinrichtung mit einem Schwächungswerkzeug. Durch die Relativdrehung der Gurtrolle und einer Scheibe wird durch das Schwächungswerkzeug Material zerspant. Eine Schwächung des Gurtbandes durch das Schwächungswerkzeug wird nicht offenbart.
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Die
US 5 971 489 A offenbart einen Kraftbegrenzer für einen Gurtaufroller. Gemäß dieser Schrift wird eine Last durch Verformung eines Metallstücks aufgebaut. Die Schrift offenbart kein Schwächungswerkzeug.
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In der Offenlegungsschrift
DE 10 2004 053 305 A1 wird beispielsweise ein Gurtaufroller für ein Fahrzeugsicherheitssystem vorgestellt, welches eine im Rahmen drehbar gelagerte Gurtspindel und eine Bremsvorrichtung aufweist. Diese Bremsvorrichtung wird durch eine drehbar angeordnete Bremsscheibe gebildet, welche eine gegenüber dem eigentlichen Bremselement verdrehbare Stellscheibe aufweist. Die Bremsvorrichtung ist dabei so ausgelegt, dass eine Verdrehung der Stellscheibe eine Verschiebung des ersten Bremselements bewirkt, so dass das Bremselement innerhalb der Anlage an die Bremsscheibe kommt.
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In der
WO 2007/025 958 A1 wird beispielsweise ein Sicherheitsgurtsystem für ein Kraftfahrzeug vorgestellt, welches eine Gurtrolle mit Gurtband und einen Aktuator umfasst, der eine betätigbare Bremsanordnung zur Abbremsung einer Bewegung aufweist.
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In der
EP 15 44 062 A1 wird ein System beschrieben, bei dem eine Gurtkraftbegrenzung auf Basis eines Reibprinzips umgesetzt wird. Dazu wird ein bolzenförmiger Körper motorgesteuert und senkrecht in Richtung des parallel zur B-Säule auslaufenden Gurtbandes geschoben, um so durch den Kontakt zwischen Bolzen und Gurtband auf der einen Seite sowie Gurtband und Gurtautomatenrahmen auf der anderen Seite die Reibungskräfte anzupassen. Letztendlich wird durch die Steuerung der Reibungskräfte das Kraftbegrenzungsniveau festgelegt.
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In der
KR 10 2007 0 30 053 A wird ein Kraftbegrenzungssystem vorgestellt, welches auch ohne die heute noch in solchen Systemen weit verbreiteten Torsionselemente auskommt. Dabei wird ähnlich den torsionselement-basierten Systemen das Kraftbegrenzungsniveau auf Basis der Verformungscharakteristik einer verformbaren Gurtspindel umgesetzt.
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Die Lastbegrenzungssysteme auf Basis von Torsionselementen sind heutzutage die am weitest verbreiteten und eingesetzten Systeme. Die Gurtkraftbegrenzung erfolgt hierbei auf mechanische Art, indem das Torsionselement bei Erreichen eines bestimmten Schwellwertes eine Sollverformung durchführt. Die Kraftbegrenzung durch Torsionsstäbe wird jedoch bereits bei der Entwicklung entsprechend konstruktiv und materialbehaftet umgesetzt, d. h. die Systeme erlauben nur geringe Variationen in ihrem Begrenzungsniveau und weisen in Bezug auf das Material sehr geringe Toleranzen auf. Die Einstellungen der Charakteristik werden in Abstimmung mit dem Automobilhersteller und anderen Systemlieferanten ausgeführt und sind oft sehr aufwändig. Des Weiteren ist eine variable Gurtkraftbegrenzung in dem Sinne, dass sie an einen bestimmten Insassen anpassbar ist und damit eine Individualisierung des Systems erlaubt, nicht möglich. Dies liegt vornehmlich daran, dass bedingt durch die konstruktive Ausbildung die Kraftbegrenzung mehr oder weniger keine Abstufung und damit Variabilität erlaubt, sondern meist nur 1- oder 2-stufig ausgebildet werden kann. Hintergrund ist die relativ komplexe Kombination unterschiedlicher Torsionselemente und der damit verbundenen Anpassung der Torsionssteifigkeit um ein bestimmtes Kraftniveau zu erreichen. Die Kombination der unterschiedlichen Elemente erfordert entsprechende Stellelemente oder Kupplungen, welche die Konstruktion insgesamt aufwändig gestalten.
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Die Auslegung des Systems erfolgt typischerweise auf Personen mit Durchschnittswerten in Körpergröße und Körpermasse sowie deren Sitzposition relativ zum Airbagmodul. Weiterhin ist das oberste Lastbegrenzungsniveau normalerweise an die biomechanischen Grenzwerte älterer Insassen angepasst und motiviert damit deutlich das Individualisierungspotenzial der gesamten Gurtkraftbegrenzung. Typischerweise definieren eben diese Größen eines älteren Menschen diesen Grenzwert, da sie sich an der Knochenstruktur einer 60-jährigen Person ausrichten, welche in der Regel keine größeren Kraftniveaus im Schulter- und Thoraxbereich erträgt. Je nach Crashsituation und Insasse könnte jedoch ein erhöhtes Kraftniveau durchaus zugelassen werden, da jüngere Personen ein deutlich höheres Kraftniveau abbauen können.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Gurtaufrolleinheit bzw. das erfindungsgemäße Verfahren zum Aufrollen von mindestens einem Gurtband mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 bzw. des nebengeordneten Patentanspruchs 11 haben demgegenüber den Vorteil, dass mindestens ein Schwächungswerkzeug die Gesamtstruktur mindestens eines Gurtbandes zur Begrenzung der Kraft im Crashfall schwächt, wodurch ein verlängerter Auszug des Gurtbandes erzeugt wird. Das Schwächungswerkzeug bewirkt eine gezielte Teilzerstörung und/oder Schwächung des Gurtbandes und ermöglicht dadurch in vorteilhafter Weise eine Begrenzung der Gurtkraft und insbesondere eine variable Gurtkraftbegrenzung. Ebenfalls von Vorteil sind die zu erwartenden geringen Kosten, da das Schwächungswerkzeug im Vergleich zu anderen aufwändigen mechanischen Prinzipien, wie beispielsweise gekoppelte Torsionsstäbe, günstig herstellbar ist. Die Schwächung des Gurtbandes bewirkt eine gleichbleibende bzw. absinkende Gurtkraft und damit einhergehend einen steuerbaren Gurtauszug. Damit wird letztendlich eine kontrollierte Vorverlagerung des Insassen zugelassen und eine Optimierung des gesamten Rückhaltesystems, welches beispielsweise den Airbag, den Gurt, den Sitz usw. umfasst, unterstützt. Ein wesentlicher Vorteil ist daher die einstellbare Gurtkraftbegrenzung, die in einfacher und kostengünstiger Weise ohne komplexe Mechanik in Abhängigkeit von der ermittelten Gurtkraft eine Schwächung des aufgerollten Gurtbandes durchführt und dadurch variable Gurtkraftniveaus definiert. In vorteilhafter Weise kann die adaptive Anpassung der Gurtkraftbegrenzung auf Basis eingehender Informationen, wie beispielsweise Crashschwere, Insasseninformationen, Innenraum, Umgebung usw., erfolgen, d. h. somit können beispielsweise junge Insassen besser durch Vorgeben eines höheren Kraftbegrenzungsniveaus und einer zugehörigen Charakteristik geschützt werden. Ein weiterer Vorteil besteht in der möglichen Umsetzung von verschiedenen Variationsmöglichkeiten, wie beispielsweise eines variablen Kraftbegrenzungseingangslevels, eines variablen Startzeitpunkts für die weiteren Kraftbegrenzungsniveaus usw., und eine damit verbundene Variabilität der gesamten degressiven Begrenzungscharakteristik in Abhängigkeit von den individuellen Vorgaben eines zu schützenden Insassen, wie Alter, Größe, Gewicht usw.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen der im unabhängigen Patentanspruch 1 angegebenen Gurtaufrolleinheit möglich.
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Besonders vorteilhaft ist, dass eine im Bereich der Gurtaufrolleinheit angeordnete Sensoreinheit die in dem mindestens einen Gurtband wirkende Kraft ermittelt und an ein Steuersystem überträgt, welches das mindestens eine Schwächungswerkzeug in Abhängigkeit von der ermittelten Kraft vorzugsweise über einen Steller ansteuert. Zur adaptiven Anpassung der Gurtkraftbegrenzung kann das Steuersystem zusätzliche Daten eines Sensorsystems auswerten, welche Informationen über Crashschwere und/oder Insassen und/oder Innenraum und/oder Fahrzeugumgebung umfassen.
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In Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Gurtaufrolleinheit werden die Fasern des Gurtbandes mindestens teilweise mechanisch, thermisch und/oder chemisch zerstört, um die Gesamtstruktur des Gurtbandes zu schwächen. Hierdurch ergibt sich eine kostengünstige und einfache Realisierung der Gurtkraftbegrenzung, da eine Umsetzung der erfindungsgemäßen Gurtaufrolleinheit mit unterschiedlichen Schwächungsprinzipien möglich ist.
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In weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Gurtaufrolleinheit umfasst das mindestens eine Schwächungswerkzeug mindestens ein Zerstörelement, wobei die Anzahl der eingesetzten Zerstörelemente in Abhängigkeit von der ermittelten Kraft variabel ist. Hierdurch ist in vorteilhafter Weise zusätzlich eine Anpassung des Schwächungswerkzeugs sowohl hinsichtlich Anzahl als auch Positionierung der Zerstörelemente an die Randbedingungen aus den Bauraumbeschränkungen möglich.
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In Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Gurtaufrolleinheit ist das mindestens eine Schwächungswerkzeug in der Spindel angeordnet und wirkt nach außen auf das aufgerollte Gurtband. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise bei kleinerem Bauraumbedarf sowie geringerem Gewicht der erfindungsgemäßen Gurtaufrolleinheit eine deutliche Material- und Kostenersparnis. Insbesondere ist es hierbei in vorteilhafter Weise möglich, das Gurtband nicht nur in einer Wickelebene, sondern in mehreren Wickelebenen gleichzeitig zu schwächen. In vorteilhafter Weise ermöglicht die Spindel über entsprechende Öffnungen das Austreten der Zerstörelemente des Schwächungswerkzeugs aus der Spindeloberfläche. Ein wesentlicher Vorteil dieser Ausgestaltung ist eine prädiktive Kraftcharakteristik, die in das Gurtband eingeprägt werden kann. Dies bedeutet, dass je nach Crashschwere eine mehr oder weniger tiefe Eindringung des Schwächungswerkzeugs in das Gurtband erfolgen kann und der durch die Vorverlagerung bedingte Auszug des Gurtbandes eine Reduktion der Gurtkraft bereits im Vorfeld berücksichtigt. Es ist daher im Crashfall ein homogenerer Bewegungsablauf des Insassen im Fahrzeug zu erwarten.
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Alternativ kann das mindestens eine Schwächungswerkzeug außerhalb, aber im Bereich der Spindel angeordnet werden und nach innen auf das aufgerollte Gurtband wirken. Bei dieser Ausführungsform wirkt das Schwächungswerkzeug in vorteilhafter Weise unmittelbar auf die obere Schicht des Gurtbandes, was eine sofortige Schwächung des Gurtbandes nach sich zieht. Bevorzugt ist das Schwächungswerkzeug derart angeordnet, dass die Schwächung des Gurtbandes nur entgegen dessen Auszugsrichtung erfolgt. Eine Schwächung des Gurtbandes in Einzugsrichtung wird somit in vorteilhafter Weise vermieden.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das mindestens eine Schwächungswerkzeug als mindestens teilweise um das aufgerollte Gurtband angeordnete, kraftgesteuerte Klammer ausgebildet, die nach innen auf das aufgerollte Gurtband wirkt. In vorteilhafter Weise fixiert die Klammer während einer Blockade der Spindel zusätzlich das Gurtband über Oberflächenreibungseffekte. Im Crashfall wirkt der in die Klammer integrierte Schwächungsmechanismus unmittelbar mechanisch und/oder thermisch und/oder chemisch auf die obere Schicht des Gurtbandes, was ebenfalls eine sofortige Schwächung des Gurtbandes nach sich zieht.
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In weiterer Ausgestaltung wirkt das Schwächungswerkzeug im Gurtauszugsbereich. Ein Vorteil dieser Ausgestaltung ist die direkte Ankopplung des Schwächungswerkzeugs bzw. des mindestens einen Zerstörwerkzeugs über die gesamte Breite des Gurtbandes. Dadurch ergibt sich eine hohe Effizienz bei der Schwächung des Gurtbandes.
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Ein bevorzugtes Gurtsystem für ein Insassenschutzsystem in einem Fahrzeug mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 10 weist mindestens eine Gurtaufrolleinheit mit mindestens einem Gurtband und mindestens einem in einer Befestigungseinheit gelagerten, korrespondierenden Aufrollmodul mit einer drehbar gelagerten Spindel auf, auf der das Gurtband aufrollbar ist, wobei eine im Crashfall in dem mindestens einen Gurtband wirkende Kraft begrenzbar ist, und wobei in Abhängigkeit von einer ermittelten aktuell in dem mindestens einen Gurtband wirkenden Kraft mindestens ein Schwächungswerkzeug die Gesamtstruktur des mindestens einen Gurtbandes zur Kraftbegrenzung im Crashfall schwächt, wodurch ein verlängerter Auszug des Gurtbandes erzeugt wird. Das Gurtsystem ermöglicht in vorteilhafter Weise ein an Unfallsituation und Insassen bestmöglichst angepasstes Schutzsystem.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines Gurtsystems für ein Insassenschutzsystem in einem Fahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Gurtaufrolleinheit.
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2 zeigt eine schematische Querschnittdarstellung der erfindungsgemäßen Gurtaufrolleinheit in einer ersten Ausführungsform.
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3 zeigt eine schematische Längsschnittdarstellung der erfindungsgemäßen Gurtaufrolleinheit in der ersten Ausführungsform.
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4 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung der erfindungsgemäßen Gurtaufrolleinheit in einer zweiten Ausführungsform.
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5 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung der erfindungsgemäßen Gurtaufrolleinheit in einer dritten Ausführungsform.
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6 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung der erfindungsgemäßen Gurtaufrolleinheit in einer vierten Ausführungsform.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Wie aus 1 ersichtlich ist, umfasst ein Gurtsystem für ein Insassenschutzsystem in einem Fahrzeug 24 ein Sensorsystem 26, eine Sensoreinheit 27, ein Steuersystem 28 und mindestens ein Rückhaltemittel, das eine Gurtaufrolleinheit 10 mit Aufrollmodul 16 und korrespondierendem Gurtband 12 umfasst. Über die im Bereich der Gurtaufrolleinheit 10 angeordnete Sensoreinheit 27 ermittelt das Steuersystem 28 die in dem mindestens einen Gurtband 12 wirkende Kraft F. Zusätzlich sensiert das Sensorsystem 26 Informationen über einen Fahrzeuginnenraum, ein Fahrzeugumfeld, einen Aufprall und/oder Fahrzeugdynamikgrößen. Das Steuersystem 28 empfängt die erfassten Informationen vom Sensorsystem 26 und wertet die empfangenen Informationen zur Ermittlung einer aktuellen Fahrsituation aus, wobei das Steuersystem 28 die ermittelte aktuelle Fahrsituation dahingehend auswertet, ob eine Aktivierung des mindestens einen Rückhaltemittels erforderlich ist oder nicht. Die empfangenen Informationen über Fahrdynamikgrößen in Verbindung mit den Informationen aus dem Fahrzeugumfeld ermöglichen dem Steuersystem 28 eine vorausschauende Ansteuerung von reversiblen Rückhaltemitteln, wenn die Wahrscheinlichkeit für eine mögliche Kollision, wie beispielsweise einen Aufprall auf ein Hindernis, einen vorgegebenen Schwellwert übersteigt.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das mindestens eine Rückhaltemittel als Gurtaufrolleinheit 10 mit mindestens einem Gurtband 12 und mindestens einem korrespondierenden Aufrollmodul 16 ausgeführt, das in einer in 4, 5, 6 dargestellten Befestigungseinheit gelagert ist, wobei natürlich auch weitere Rückhaltemittel wie beispielsweise Airbags und/oder eine Sitzaktuatorik vorhanden sein können. Bei dem Gurtband 12 kann es sich sowohl um ein Schultergurtband als auch um ein Beckengurtband handeln. In 1 ist beispielhaft eine Gurtaufrolleinheit 10 dargestellt, wobei im Fahrzeug 24 in der Regel mehrere Gurtaufrolleinheiten 10 angeordnet sind, da für jeden Gurt im Fahrzeug 24 eine solche erfindungsgemäße Gurtaufrolleinheit 10 vorgesehen wird. Die Funktionsweise der Gurtaufrolleinheit 10 passt sich ohne Probleme in ein bestehendes Rückhaltesystemkonzept bestehend aus Sensorsystem 26, Sensoreinheit 27, Steuersystem 28 und Rückhaltemittel 10, 12 ein.
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Das in der Befestigungseinheit gelagerte Aufrollmodul 16 besitzt eine in den 2 bis 6 sichtbare, drehbar gelagerte Spindel auf der das Gurtband 12 aufrollbar ist, wobei eine im Crashfall in dem mindestens einen Gurtband 12 wirkende Kraft F begrenzt wird. Das Aufrollmodul 16 wirkt auf das korrespondierende Gurtband 12 ein, welches bei einer Kollision, wie beispielsweise einem Front-, Seiten- oder Heckcrash, einem Überschlag usw. eine entsprechende Rückhaltewirkung auf den Insassen ausübt. Zum Messen der im Gurtband 12 wirkenden Kraft F wird die Sensoreinheit 27 verwendet, welche die aktive Gurtkraft vorzugsweise kontinuierlich auf Basis eines Hall-Sensor-Prinzips in Kombination mit einem iBolt-Mechanismus erfasst. In herkömmlichen Gurtaufrolleinheiten erfolgt die Messung der Gurtkraft F überwiegend in passiver Form, indem beispielsweise ein Torsionsstab als Basiskomponente eines Gurtkraftbegrenzungsmoduls verwendet wird, welcher über definierte Sollverformungsschwellen ab einem bestimmten Kraftniveau zur Kraftbegrenzung verdreht wird. Dadurch wird letztendlich schon bei der Produktion des Gurtkraftbegrenzungsmoduls eine fest vordefinierte Charakteristik fixiert. Damit wird die Gurtkraft F nicht explizit bestimmt, sondern zur direkten Reaktion verwendet. Ausgehend von den entsprechenden Verformungen könnte nach Einsatz der Rückhaltemittel nach dem Crash geprüft werden, welche Schwelle erreicht wurde soweit diese Komponenten nicht anderweitig zerstört wurden.
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Um eine Begrenzung der im Crashfall in dem mindestens einen Gurtband 12 wirkenden Kraft F zu ermöglichen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass in Abhängigkeit von der ermittelten aktuell in dem mindestens einen Gurtband 12 wirkenden Kraft F mindestens ein Schwächungswerkzeug 20 die Gesamtstruktur des mindestens einen Gurtbandes 12 zur Begrenzung der Kraft F im Crashfall schwächt, wodurch ein verlängerter Auszug des Gurtbandes 12 erzeugt wird. D. h. das Gurtband 12 wird abhängig von der im Crashfall wirkenden Kraft F aktiv durch das Schwächungswerkzeug 20 geschwächt.
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Die Steuerung des Schwächungswerkzeugs 20 kann in Abhängigkeit eines Signals aus dem Steuersystem 28 erfolgen. Vorzugsweise wird das Steuersystem 28 in Form eines Steuergeräts ausgeführt, das beispielsweise als Airbagsteuergerät ausgeführt ist, wobei auch andere Steuergeräte zur Ansteuerung denkbar sind. Hierbei sieht das Steuersystem 28, wie oben bereits ausgeführt ist, die Erfassung der Gurtkraft F vor, welche hier beispielsweise über die im Bereich der Gurtaufrolleinheit 10 angeordnete Sensoreinheit 27 erfolgt. Durch einen Auswertealgorithmus wird ein entsprechendes Signal generiert, welches einen Aktuator 30 ansteuert, der das Schwächungswerkzeug 20 und einen korrespondierenden Steller 32 zur Ansteuerung des Schwächungswerkzeugs umfasst. Vorzugsweise bietet die erfindungsgemäße Gurtaufrolleinheit 10 die Möglichkeit, nicht nur so wie bisher vor dem Crash bzw. kurz danach, sondern auch während des gesamten Crashverlaufs rückkoppelnd auf die Gurtkraftniveaus einzuwirken. Eine alternative, nicht dargestellte Ausführungsform sieht vor, dass die Gurtkraft F das Schwächungswerkzeug intrinsisch über einen mechanischen Schaltmechanismus, beispielsweise eine Kupplung, ansteuert, anregt oder bewegt, so dass eine Kraftbegrenzung eintritt.
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Eine erste mögliche Umsetzung einer Begrenzung der Kraft F sieht das Steuersystem 28 vor, welches vorzugsweise das Airbagsteuergerät ist, in dem Kollisionssignale über das Sensorsystem 26 erfasst und ausgewertet werden. Andere Steuergeräte, welche eine Kollisionserfassung durchführen, können ebenfalls verwendet werden. Weiterhin dienen Signale, die beispielsweise physikalische Größen wie Beschleunigung und/oder Druck und/oder Körperschall und/oder Temperatur repräsentieren, zur Kollisionserfassung und können entsprechend verwendet werden. Zukünftig ist es denkbar, dass Umfeldsensierungssysteme ebenfalls eine drohende Kollision erfassen und entsprechend im Steuergerät 28 je nach erwarteter Kollisionsschwere zur Beurteilung und Ansteuerung von Rückhaltemitteln herangezogen werden. Ebenfalls können andere Fahrzeugsysteme, wie beispielsweise Fahrdynamikregelsysteme entsprechende Information zur Auswertung an das Steuersystem 28 senden. Darüber hinaus können auch Navigationsdaten zur Entscheidungsfindung verwendet werden. Weiterhin können als Eingangssignale auch insassenrelevante Größen herangezogen werden, wie z. B. Gewicht, Alter, Geschlecht oder Größe. Zusätzlich bietet sich die Verarbeitung von innenraumrelevanten Daten an, wie z. B. Sitzposition in Längsrichtung, Sitzlehneneinstellung, Sitzposition des Insassen relativ zum Sitz usw. Außer den oben erwähnten Eingangsdaten dient die gemessene Gurtkraft F als Kerneingangssignal, zumal sich darüber die entsprechenden Gurtkraftniveaus bzw. das Erreichen dieser Gurtkraftniveaus ermitteln lassen.
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Vor und während der Kollision wird die Gurtkraft F kontinuierlich, beispielsweise mit einer Abtastrate von mindestens 1 bis 2 kHz gemessen und zur Einstellung eines bestimmten Gurtkraftniveaus ein entsprechendes Steuersignal an den Aktuator 30 gesendet. Das Signal kann eine Spannung und/oder eine Information sein, derart, dass ein im Aktuator 30 verwendeter Steller 32 ein Stellsignal für das Schwächungswerkzeug 20 generiert, der mit einer über das Stellsignal vorgegebenen variablen Kraft auf das Gurtband 12 wirkt, um dieses entsprechend zu schwächen.
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In vorteilhafter Weise werden die Fasern des Gurtbandes 12 mindestens teilweise mechanisch und/oder thermisch und/oder chemisch zerstört, um die Gesamtstruktur des Gurtbandes 12 zu schwächen, wobei auch jede weitere einem Fachmann als sinnvoll erscheinende Methode zur Schwächung des Gurtbandes 12 verwendet werden kann.
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Das Schwächungswerkzeug 20 umfasst mindestens ein Zerstörelement, wobei die Anzahl der eingesetzten Zerstörelemente in Abhängigkeit von der ermittelten Kraft F variabel ist. In den vorliegenden Ausführungsbeispielen gemäß 2 bis 6 ist das Schwächungswerkzeug 20 vorzugsweise jeweils als Schneidemechanismus ausgeführt, indem das mindestens eine Zerstörelement als Schneidemodul ausgebildet ist, wobei auch noch weitere Zerstörelemente bzw. Schneidemodule denkbar sind. Selbstverständlich beeinflussen auch die Randbedingungen aus den Bauraumbeschränkungen die Entscheidung hinsichtlich Anzahl und/oder Positionierung des Schwächungswerkzeugs 20 bzw. der Zerstörelemente.
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Die 2 und 3 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Gurtaufrolleinheit 10a, wobei 2 eine schematische Querschnittdarstellung und 3 eine schematische Längsschnittdarstellung der erfindungsgemäßen Gurtaufrolleinheit 10a darstellt. Gemäß dem erstem Ausführungsbeispiel ist das mindestens eine Schwächungswerkzeug 20a in der Spindel 18a angeordnet und wirkt nach außen auf das aufgerollte Gurtband 12a, d. h. das als Schneidemechanismus ausgeführte Schwächungswerkzeug 20a ist bei diesem Ausführungsbeispiel in die Spindel 18a integriert. Das Schwächungswerkzeug 20a weist in diesem ersten Ausführungsbeispiel mehrere bevorzugt als keilförmige Schneiden ausgeführte Zerstörelemente 22a auf, welche von dem in 1 gezeigten Steller 32 des Aktuators 30 der Gurtaufrolleinheit 10a kontrolliert gesteuert von der Spindel 18a aus in das aufgerollte Gurtband 12a hineingestoßen werden, wobei die gepunktet gezeichneten als Schneiden ausgeführte Zerstörungselemente 22a' eine mögliche Startposition des Schnittvorgangs, die durchgezogen gezeichneten als Schneiden ausgeführte Zerstörungselemente 22a'' eine mögliche Zwischenposition des Schnittvorgangs und die gestrichelt gezeichneten als Schneiden ausgeführte Zerstörungselemente 22a''' eine mögliche Endposition des Schnittvorgangs angeben. Sowohl die geometrische Form der als keilförmige Schneiden ausgeführten Zerstörungselemente 22a, wie auch die Zwischen- und Endposition der als keilförmige Schneiden ausgeführten Zerstörungselemente 22a steuern die Gurtkraftbegrenzungscharakteristik der Gurtaufrolleinheit 10a. Um ein Austreten der als keilförmigen Schneiden ausgeführten Zerstörungselemente 22a aus der Oberfläche der Spindel 18a zu ermöglichen, weist die Spindel 18a entsprechende Öffnungen auf.
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4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Gurtaufrolleinheit 10b mit einem in einer Befestigungseinheit 14b gelagerten Aufrollmodul 16b. Hierbei ist das mindestens eine Schwächungswerkzeug 20b außerhalb aber im Bereich der Spindel 18b angeordnet und wirkt nach innen auf das aufgerollte Gurtband 12b. Das Schwächungswerkzeug 20b ist somit in einem vorderen Bereich der Gurtaufrolleinheit 10b bzw. eines Gehäuses der Gurtaufrolleinheit 10b angeordnet bzw. integriert, wobei die Anordnung des Schwächungswerkzeugs 20b derart gestaltet ist, dass eine Schwächung des Gurtbandes 12b entgegen der Auszugsrichtung erfolgt. Somit ist eine Schwächung bzw. Zerstörung des Gurtbandes 12b in Einzugsrichtung konstruktiv nicht möglich.
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5 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Gurtaufrolleinheit 10c mit einem in einer Befestigungseinheit 14c gelagerten Aufrollmodul 16c. Hierbei ist das mindestens eine Schwächungswerkzeug 20c als mindestens teilweise um das aufgerollte Gurtband 12c angeordnete, kraftgesteuerte Klammer ausgebildet, die während einer Blockade der Spindel 18c zusätzlich das Gurtband 12c über Oberflächenreibungseffekte fixiert. Zur Begrenzung der Gurtkraft F im Crashfall ist hier innerhalb des als Klammer ausgeführten Schwächungswerkzeugs 20c ein gurtkraftgesteuertes, hier nicht sichtbares Zerstörelement in Form eines Schwächungsmechanismus für das aufgerollte Gurtband 12c integriert.
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6 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Gurtaufrolleinheit 10d mit einem in einer Befestigungseinheit 14d gelagerten Aufrollmodul 16d. Hierbei ist das Schwächungswerkzeug 20d außerhalb der Spindel 18d derart an der Gurtaufrolleinheit 10d angeordnet bzw. befestigt, dass das Schwächungswerkzeug 20d im Gurtauszugsbereich auf das Gurtband 12d wirkt. Vorzugsweise kann das Schwächungswerkzeug 20d, das mindestens ein nicht sichtbares Zerstörwerkzeug umfasst, so angeordnet werden, dass das mindestens eine nicht sichtbare Zerstörwerkzeug auf einen parallel zur B-Säule verlaufenden Bereich des Gurtbands 12d wirkt.
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Die erfindungsgemäße Gurtaufrolleinheit stellt über die kontinuierlich einstellbare Gurtkraftbegrenzung bzw. die einstellbaren/schaltbaren Gurtkräfte in vorteilhafter Weise ein ideales Feld für die Individualisierung des Insassenschutzes zur Verfügung. Insgesamt können eine entsprechende Ansteuerung der erfindungsgemäßen Gurtaufrolleinheit und deren Kraftbegrenzung in vorteilhafter Weise in Abhängigkeit von der Kollisionssituation und damit von der prognostizierten Crashschwere erfolgen. Durch die mögliche Individualisierung der erfindungsgemäßen Gurtaufrolleinheit in Bezug auf Alter, Größe, Gewicht, Geschlecht können die Gurtkraftniveaus in vorteilhafter Weise individuell an die Insassen angepasst werden. So kann das Gurtkraftniveau bei leichtgewichtigen Insassen beispielsweise abgesenkt werden, um im Crashfall ein ausreichendes Gurtkraftniveau zur Aktivierung der Gurtkraftbegrenzung und den damit verbundenen verlängerten Auszug des Gurtbandes zu bewirken. Dadurch können Kraftspitzen im Brust- und Kopfbereich und damit das Verletzungsrisiko auch für leichtgewichtige Insassen reduziert werden. Im Gegenzug kann die erfindungsgemäße Gurtaufrolleinheit durch Erhöhen des Gurtkraftniveaus auch an sehr schweren Personen angepasst werden, um eine verfrühte Lösung der Kraftbegrenzung zu verhindern. Dies bewirkt, dass der sehr schwere Insasse nicht zu früh an den Airbag übergeben wird und kein Durchschlagen des Insassen erfolgt.
