DE102008026486A1

DE102008026486A1 - Drehdämpfer mit Drehmomentanpassung durch Druckerhöhung in der Arbeitskammer

Info

Publication number: DE102008026486A1
Application number: DE102008026486A
Authority: DE
Original assignee: Suspa Holding GmbH
Current assignee: Suspa GmbH
Priority date: 2008-06-03
Filing date: 2008-06-03
Publication date: 2009-12-10

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rotationsdämpfer, insbesondere für ein Rückhaltesystem in einem Kraftfahrzeug. Die Anpassung des Dämpfungsmomentes an Unfallschwere und Insassen erfolgt durch Druckänderung in der Arbeitskammer des Rotationsdämpfers.

Description

Technisches Umfeld
Die Erfindung betrifft einen Drehdämpfer, insbesondere zur Dämpfung der Drehbewegung einer Gurtwelle in einem Sicherheitsgurt-Aufroller für Kraftfahrzeuge. Ziel dieser Rückhaltesysteme ist es, durch einen genau definierten Drehmomentverlauf nach einem Unfall, das Verletzungsrisiko zu minimieren. In der vorgeschlagenen Erfindung soll anstatt der derzeit häufig verwendeten Systeme, die auf Tortierung einer metallischen Welle basieren, ein mit Dämpfungsmedium gefüllter Rotationsdämpfer verwendet werden. Durch eine extern zuschaltbare Einrichtung kann der Innendurck im Dämpfungsmedium verändert werden und damit die Rückhaltekraft auf den Insassen, bzw. die Unfallschwere eingestellt werden.
Die auf Tortierung einer Welle basierenden Lösungen haben den Nachteilig, dass die Charakteristik des Drehmomentverlaufes fest bleibt. Das unterschiedliche Körpergewicht und die Unfallschwere erfordern jedoch eine adaptive Anpassung, um das Verletzungsrisiko zu minimieren.
Aus der DE 10 2006 003 353 353 A1 ist ein Kraftbegrenzungssystem für ein Sicherheitsgurtsystem bekannt, dass zur Anpassung an die Unfallschwere die Gurtauszugsgeschwindigkeit nutzt. Nachteilig an diesem Verfahren ist, dass die Anpassung diskontinuierlich erfolgt; dieses Verfahren kann rel. einfach angewendet werden, wenn nur zwei Kraftstufen eingestellt werden sollen. Aus der DE 101 13 502 A1 ist ein auf fluidischer Dämpfung beruhender Drehdämpfer beschrieben. Aufgrund der im Wesentlichen scheibenförmigen Anordnung wird das Drehmoment hauptsächlich durch Reibung des Dämpfungsmediums während der relativen Verdrehung Rotor gegenüber Gehäuse erzeugt. Bei derartigen Funktionsprinzipien ist nachteilig, dass das Anfangsdrehmoment niedrig ist, da die Gurtauszugskraft eine Funktion der Geschwindigkeit ist.
Offenbarung der Erfindung
Technisches Problem
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Drehdämpfer zu schaffen, der unmittelbar nach dem Rückhaltefall ein hohes Drehmoment erreicht. Gleichzeitig ist ein Rotationsdämpfer zu schaffen, der in den Bauraum einer Gurtaufrollvorrichtung integriert werden kann. Die Rückhaltekraft soll bei einem schweren Unfall, bzw. einer Person mit einem hohen Körpergewicht groß sein. Idealerweise kann die Rückhaltekraft stufenlos eingestellt werden. Hauptaufgabenstellung ist deshalb, einen hinsichtlich Rückhaltekraft einstellbaren Drehdämpfer bereitzustellen. Es wird hierzu ein System vorgeschlagen, dass aufgrund vorhandener Signale (z. B. aus Sitzbelegungssensor und Beschleunigungssensoren) ein zusätzliches System aktiviert, welches den Innendruck im Arbeitsraum des Drehdämpfer verändert. In Abhängigkeit vom Innendruck im Arbeitsraum des Drehdämpfers ändert sich das Dämpfungsmoment, bzw. wird das gewünschte Dämpfmoment erreicht.
Technische Lösung
Es wird vorgeschlagen, den Arbeitsraum mit einem Dämpfmedium zu füllen. Zur Einstellung des Rückhaltemomentes nach einem Unfall wird eine zusätzliche Einrichtung verwenden, um den Druck im Arbeitsraum des Drehdämpfers zu verändern. Zum Einsatz können z. B. die in Airbags verwendeten pyrotechnischen Zündeinheiten kommen. In einer ersten Ausführung wird vorgeschlagen, den Innendruck des Drehdämpfers zu erhöhen; in einer weiteren Ausführung wird der Druck im Drehdämpfer reduziert. Durch zeitversetztes Auslösen einer pyrotechnischen Einheit kann der Innendruch gesteuert werden.
Kurze Beschreibung von Zeichnungen
1 Schnittansicht Rotationsdämpfers erste Ausführung im Ausgangszustand
2 Detailansicht Rotationsdämpfer erste Ausführung Ausgangszustand t = T0
3 Detailansicht Rotationsdämpfer erste Ausführung Ausgangszustand t = T1
4 Detailansicht Rotationsdämpfer erste Ausführung Ausgangszustand t = T2
5 Dämpfungskennlinien mit Zündzeitpunkt t = T0, T1 bzw. ohne Zündung.
6 Schnittansicht Rotationsdämpfers zweite Ausführung im Ausgangszustand
7 Detailansicht Rotationsdämpfer zweite Ausführung Ausgangszustand t = T0
8 Detailansicht Rotationsdämpfer zweite Ausführung Ausgangszustand t = T1
9 Schnittansicht Rotationsdämpfers dritte Ausführung im Ausgangszustand
Die beste Art und Weise, die Erfindung auszunutzen
In 1 ist eine erfindungsgemäße erste Ausführungsform dargestellt. Der Rotationsdämpfer 1 besteht aus einer Welle 2 mit einer Drehverbindung 16, über die das Drehmoment nach einem Rückhaltefall von der Gurtaufrolleinheit eingeleitet wird (nicht gezeichnet). Das eingeleitete Drehmoment ist mit dem Pfeil M1 dargestellt. Die Welle 2 ist in dem Gehäuse 4 drehbar gelagert. Das Gehäuse 4 selbst ist fest mit der Gurtaufrolleinheit verbunden (nicht dargestellt); das Gehäuse 4 ist deshalb in allen Freiheitsgraden fixiert (nicht gezeichnet). Der Arbeitsraum 5 ist mit einem Dämpfungsmedium 8 gefüllt. Die Welle 2 hat an dem sich im Arbeitsraum 5 befindlichen Ende eine Nabe 6. In der Nabe 6 ist mindest ein sich radial in den Arbeitsraum erstreckendes Element 7 angebracht. In der dargestellten Ausführung werden zylindrische Stifte verwendet, da diese einfach herzustellen sind. Prinzipiell können die Elemente 7 beliebig geformt sein. Wird die Nabe 6 mit einem Radius R ausgeführt, der den Arbeitsraum weitgehenst füllt, entfallen diese Elemente 7; gleiches gilt, wenn ein Element 7 sich über 360 Grad um die Nabe erstreckt. Die Ausführung Scheibe ist deshalb ein Sonderfall für ein Element 7. Im Hohlraum der Welle 2 befindet sich eine Druckfeder 15, die eine Haltescheibe 12 gegen den Ventilkolben 13 drückt. Auf der zweiten Stirnfläche des Ventilkolbens 13 liegt der Halter 3 mit einer Einheit 11 zur Druckgaserzeugung an. Der Halter 3 ist wie das Gehäuse 4 mit der Gurtaufrolleinheit fest verbunden und in allen Freiheitsgraden fixiert. Der Ventilkolben ist drehfest mit der Welle 2 verbunden. In der Ausgangstellung sind der Ventilkolben 13 und der Halter 3 so einander zugeordnet, dass der Kanal 10 im Halter 3 und der Kanal 14 im Ventilkolben 13 miteinander in Verbindung stehen.
Überschreitet nach einem Rückhaltefall die Gurtauszugskraft eine Kraftschwelle (Einrichtung zur Erkennung der Kraftschwelle ist Bestandteil der frol-Gurtauleinrichtung und ist nicht dargestellt), wird ein Drehmoment M1 über die Drehverbindung 16 eingeleitet und versetzt die Welle 2 in eine Drehbewegung um dessen Mittelachse. Aufgrund des vorzugsweise komplett mit Dämpfmedium 8 gefüllten Arbeitsraumes 5, wird das Dämpfmedium 8 nach dem Übersteigen einer Drehmomentschwelle zerschert. Wird von der im Fahrzeug vorhandenen Sensorik ein schwerer Unfall bzw. ein schwerer Fahrzeuginsasse erkannt, erhält die serzeu-Druckgagungseinheit 11 ein über die elektrischen Anschlüsse 17 ein Zündsignal. Das von der Einheit 11 erzeugte Druckgas erhöht den Druck in der mit Dämpfungsmedium 8 gefüllten Arbeitskammer 5. Die Einheit 11 erzeugt aufgrund der vorhandenen Ladung immer die gleiche Druckgasmenge. Wird allerdings die Einheit 11 zeitverzögert gezündet, kann der Druck in der Arbeitskammer 5 gesteuert werden.
2 zeigt eine Detailansicht auf die Stirnseite des Ventilkolbens 13 in der Ausgangslage (Zeitpunkt T0). Die auf der Stirnseite des Ventilkolbens 13 anliegende Fläche des Halters 3 ist gestrichelt dargestellt. Der Kanal 14 und Kanal 10 sind miteinander verbunden. Dreht sich nach einem Rückhaltefall der Ventilkolben 13 relativ zum Halter 3, verändert sich die Lage der beiden Kanäle 10 und 14 zueinander. 3 und 4 zeigen die Lage von Ventilkolben 13 und Halter 3 zum Zeitpunkt T1 und T2. Zum Zeitpunkt T2 sind die Kanäle 10 und 14 noch in Verbindung miteinander; zum Zeitpunkt T2 sind die Kanäle getrennt. Der Kanalausgang 14 bzw. die Stirnfläche des Ventilkolbens 13 ist in den Segmenten 18 im Ventilkolben 13 ist erhaben; die Stirnfläche des Halters 3 liegt also nur in den Flächensegmenten 18 am Ventilkolben 13 an.
In der gezeigten Stellung zum Zeitpunkt T2 kann überschüssiges Gas über den Spalt 19 entweichen. Für den sich in der Arbeitskammer 5 aufbauenden Druck ist der Zeitpunkt der Zündung entscheidend. Wird erst in der Stellung T1 gezündet, verbleibt weniger Zeit zum Druckaufbau in der Arbeitskammer als bei einer Zündung zum Zeitpunkt T0. Das Ventilelement 9 wirkt wie ein Rückschlagventil; damit bleibt der Druck in der Arbeitskammer 5 erhalten, sobald der Druck im Kanal 14 niedriger ist, als in der Arbeitskammer 5. Ein höherer Druck in der Arbeitskammer 5 erzeugt ein höheres Dämpfmoment. Erkennt die Sensorik einen leichten Unfall, bzw. einen Insassen mit sehr geringen Körpergewicht, wird die Zündung nicht ausgelöst. In diesem Fall ist das Dämpfungsmoment am geringsten. 5 zeigt den Verlauf des Dämpfungsmomentes in Abhängigkeit vom Zeitzeitpunkt.
In 6 ist ein zweite Ausführung dargestellt, die eine andere konstruktive Ausführung der Drucksteuerung zeigt. Die Halterung 3' und Gehäuse 4' ist analog der ersten Ausfügung durch die Gurtaufrolleinheit in allen Freiheitsgraden fixiert. Der Ventilkolben 13' und die Haltescheibe 12' sind axial in der Welle 2' nicht beweglich. Die Kanäle 10' und 14' sind über die Kammer 20' miteinander verbunden. 7 zeigt die Lage des Halters 3' und der Welle 2' zueinander zum Zeitpunkt T0. Zum Zeitpunkt T0 kann nur geringfügig Druckmedium über den Radialspalt zwischen dem Halter 3' und der Welle 2' nach der Zündung der Einheit 11' austreten; der Druck in der Kammer 20' erhöht sich. Die Druckerhöhung pflanzt sich über den Kanal 14' in den Arbeitsraum 5' fort.
Zum Zeitpunkt T1 hat sich die Welle 2' relativ zum Halter 3' verdreht (8). Über den Kanal 19' im Halter 3' und dem Kanal 21' in der Welle 2' wird eine Verbindung zur Umgebung hergestellt; das Medium in der Kammer 20' kann entweichen und der Druck fällt ab. Durch das Ventilelement 9' (Rückschlagventil) wird erreicht, dass der höchste anliegende Druck in der Arbeitskammer 5' erhalten bleibt. Der sich einstellende Druck in der Arbeitskammer 5' hängt vom Zündzeitpunkt Zwischen T0 und T1 ab. Der höchste Druck in der Arbeitskammer 5' wird bei Zündung zum Zeitpunkt T0 erreicht; der niedrigste Druck stellt sich ein, wenn die Einheit 11' nicht gezündet wird. Die Kennlinien ergeben sich analog der 5.
9 zeigt eine dritte Ausführung. Die Halterung 3'' und Gehäuse 4'' ist analog der ersten Ausfügung durch die Gurtaufrolleinheit in allen Freiheitsgraden fixiert. Die Haltescheibe 12'' und der Ventilkolben 13'' sind axial und radial unbeweglich in der Welle 2'' befestigt. Das Dämpfmedium 8'' in der Arbeitskammer 5'' steht im Ausgangszustand gegenüber der Umgebung unter einem höheren Druck. Wird nun über die Fahrzeugsensorik ein sehr schwerer Unfall, bzw. ein schwerer Fahrzeuginsasse erkannt, wird die Einheit 11'' nicht aktiviert. Nach Einleitung des Drehmomentes M1 wird aufgrund des hohen Innendruckes in der Arbeitskammer 5'' ein hohes Dämpfungsmoment erzeugt. Bei einem leichten Unfall, bzw. Insassen mit geringem Körpergewicht wird die Einheit 11'' zum Zeitpunkt T0 aktiviert.
Durch die Druckerhöhung wird der Stößel 15'' in Richtung Arbeitskammer 5'' bewegt und drückt das Ventilelement 9'' durch die Haltescheibe 12'' hindurch. Die Arbeitskammer 5'' ist über den Kanal 14'', den Zwischenraum 20'' und dem Kanal 21'' mit der Umgebung verbunden. Aufgrund des höheren Druckes in der Arbeitskammer 5'' strömt ein Teil Dämpfungsmedium 8'' über den Kanal 14'' in den Zwischenraum 20'', bis sich ein entsprechendes Druckgleichgewicht eingestellt hat. Nach Aktivierung der Einheit 11'' bei T0 stellt sich der geringst mögliche Druck in der Arbeitskammer 5'' ein. Durch eine Aktivierung der Einheit 11'' zu einem späteren Zeitpunkt als T0 (bei T0 keine Relativdrehung des Halters 3'' zur Welle 2'' vorhanden), stellt sich der Druckabfall analog später ein. Der durch den Druckabfall in der Arbeitskammer 5'' entstehende Dämpfungsmomentabfall führt zu einer niedrigeren Rückhaltkraft am Gurt. 10 zeigt die Drehmomentcharakteristik ohne Aktivierung der Einheit 11'', bzw. mit einer Aktivierung zum Zeitpunkt T0 und T1 der Einheit 11''.

1, 1', 1'': Rotationsdämpfer
2, 2', 2'': Welle
3, 3', 3'': Halter
4, 4', 4'': Gehäuse
5, 5', 5'': Arbeitskammer
6, 6', 6'': Nabe
7, 7', 7'': Elemente
8, 8', 8'': Dämpfmedium
9, 9', 9'': Ventilelement
10, 10', 10'': Kanal im Halter
11, 11', 11'': Einheit zur Druckerhöhung
12, 12,' 12'': Haltescheibe
13, 13', 13'': Ventilkolben
14, 14', 14'': Kanal im Ventilkolben
15: Druckfeder
16, 16', 16'': Drehverbindung
17, 17', 17'': elektrisches Anschlusskabel
18: Flächensegmente erhöht
19', 19'': Kanal im Halter zur Umgebung
20', 20'': Kammer zwischen Ventilkolben und Halter
21', 21'': Kanal im Halter, bzw. Kanal in der Welle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102006003353353 A1 [0003]
- DE 10113502 A1 [0003]

Claims

Rotationsdämpfer, insbesondere zur Dämpfung der Drehbewegung einer Gurtaufrollereinheit, mit einem Gehäuse 4 das zumindest teilweise eine mit einem Dämpfungsmedium 8 gefüllte Arbeitskammer 5 bildet und einem relativ zum Gehäuse verdrehbaren Rotor 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck in der Arbeitskammer 5, 5', 5'' stufenlos verändert werden kann.
Rotationsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck in der Arbeitskammer 5, 5' in einer ersten und in einer zweiten Ausführung 1, 1' durch eine zeitversetzte Druckerhöhung mit der Einheit 11, 11' erhöht wird.
Rotationsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck in der Arbeitskammer 5'' in einer dritten Ausführung 1'' durch eine zeitversetzte Aktivierung der Einheit 11'' verringert wird.
Rotationsdämpfer nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit 11, 11', 11'' ein elektrisch zündbarer Gasgenerator ist, der ein Gasvolumen erzeugt und dass das Gasvolumen zur Druckänderung in der Arbeitskammer 5, 5', 5'' verwendet wird.
Rotationsdämpfer nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck in der Arbeitskammer 5, 5', 5'' durch den Ventilkolben 13, 13', 13'' und dem Ventilelement 9, 9', 9'' gehalten wird.
Rotationsdämpfer nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit 11, 11', 11'' in Abhängigkeit vom Insassengewicht und der Unfallschwere über die elektrischen Anschlüsse 17, 17', 17'' aktiviert wird