DE102008041508A1

DE102008041508A1 - Gurtaufrolleinheit sowie Gurtsystem für ein Insassenschutzsystem in einem Fahrzeug mit mindestens einer solchen Gurtaufrolleinheit

Info

Publication number: DE102008041508A1
Application number: DE200810041508
Authority: DE
Inventors: Thomas Friedrich; Thomas Lich
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2008-08-25
Filing date: 2008-08-25
Publication date: 2010-03-04

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Gurtaufrolleinheit (10) mit mindestens einem Gurtband (12) und mindestens einem in einer Befestigungseinheit (14) gelagerten, korrespondierenden Aufrollmodul (16) mit einer drehbar gelagerten, hohlen Spindel (18), auf der das Gurtband (12) aufrollbar ist, wobei eine im Crashfall in dem mindestens einen Gurtband (12) wirkende Kraft (FG) begrenzbar ist. Erfindungsgemäß ist mindestens ein Schwächungswerkzeug (20) vorgesehen, welches die Spindel (18) zur Begrenzung der Kraft (FG) im Crashfall mindestens teilweise schwächt, wodurch eine Abbremsung der Spindel (18) erzeugt wird.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Gurtaufrolleinheit sowie einem Gurtsystem für ein Insassenschutzsystem in einem Fahrzeug mit mindestens einer Gurtaufrolleinheit nach der Gattung der unabhängigen Patentansprüche.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
In der WO 2007/025958 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.
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.
In der KR 2007030053 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.
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.
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.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Gurtaufrolleinheit mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass mindestens ein Schwächungswerkzeug die Spindel zur Begrenzung der Kraft F_G im Crashfall mindestens teilweise schwächt, wodurch eine Abbremsung der Spindel erzeugt wird. Das Schwächungswerkzeug bewirkt eine gezielte Teilzerstörung und/oder Schwächung der Spindel und ermöglicht dadurch in vorteilhafter Weise eine Begrenzung der Gurtkraft und insbesondere eine variable Gurtkraftbegrenzung. Im Lastfall kommt es zu einer Abbremsung der Spindel in Form einer Zerstörung, wenn die Spindel sich gegen die Gurtauszugsrichtung bewegt. Ebenfalls von Vorteil sind die zu erwartenden geringen Kosten, da das Schwächungswerkzeug günstig herstellbar ist. Die Schwächung der Spindel bewirkt eine Abbremsung bzw. Blockierung der Spindel und somit eine selektiv steuerbare Reduktion der Gurtkraft F_G 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 gemessenen Gurtkraft eine Schwächung der Spindel durchführt und dadurch variable Gurtkraftniveaus definiert. In vorteilhafter Weise kann die adaptive Anpassung der Gurtkraftbegrenzung auf Basis eingehender Informationen, wie beispielsweise Informationen über Crashschwere, Insassen, 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. Die erfindungsgemäße Gurtaufrolleinheit erlaubt die Einstellung eines voll variablen und stufenlosen Gurtkraftbegrenzungsniveaus, insbesondere auch während eines Crashs, in Abhängigkeit von den Insassen, des Innenraums und der Fahrsituation. Ein weiterer Vorteil ist die hohe Adaptivität des erfindungsgemäßen Schwächungswerkzeugs, da dieses bei unterschiedlichen Spindelformen anwendbar ist.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen der im unabhängigen Patentanspruch 1 angegebenen Gurtaufrolleinheit möglich.
In Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Gurtaufrolleinheit ist das mindestens eine Schwächungswerkzeug in der hohlen Spindel angeordnet und wirkt nach außen auf eine Innenwand der Spindel. In vorteilhafter Weise wird hierdurch eine variable Gurtkraftbegrenzung bereitgestellt, indem eine gezielte Zerstörung im Inneren der Spindel stattfindet. Ein wesentlicher Vorteil dieser Ausgestaltung ist eine prädiktive Kraftcharakteristik, die in die Spindel eingeprägt werden kann. Dies bedeutet, dass je nach Crashschwere eine mehr oder weniger tiefe Eindringung des Schwächungswerkzeugs in die Spindel 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.
In weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Gurtaufrolleinheit wird die Innenwand der Spindel im Crashfall mindestens teilweise mechanisch zerstört, um die Spindel zu schwächen. Hierdurch ergibt sich eine kostengünstige und einfache Realisierung der Gurtkraftbegrenzung, da eine Umsetzung der erfindungsgemäßen Gurtaufrolleinheit mit einfachen Schwächungsprinzipien möglich ist. Da diese Gurtkraftbegrenzung nur in „schweren” Unfällen in Verbindung mit Gurtstraffer und Airbags aktiv ist, kann diese in vorteilhafter Weise auch irreversibel sein. Es ist daher unwesentlich, wenn die Gurtaufrolleinheit aufgrund der Zerspanung nach dem Unfall zerstört ist.
Bevorzugt umfasst das mindestens eine Schwächungswerkzeug mindestens ein Zerstörelement und eine das Zerstörelement beaufschlagende Antriebswelle. Hierdurch ist in vorteilhafter Weise eine Anpassung des Schwächungswerkzeugs sowohl hinsichtlich Zerspanungskraft als auch Positionierung der Zerstörelemente an die Randbedingungen aus den Baurumbeschränkungen möglich.
Vorzugsweise ist die Antriebswelle als Nockenwelle ausgebildet, deren mindestens einer Nocken das mindestens eine Zerstörelement beaufschlagt. In vorteilhafter Weise kann über die Nockenwelle das mindestens eine Zerstörelement und dadurch die Begrenzung der Gurtkraft gezielt gesteuert werden.
Besonders vorteilhaft ist das mindestens eine Zerstörelement als Messerelement ausgebildet, dessen Schneidwinkel α in Abhängigkeit von der ermittelten Kraft F_G variabel einstellbar ist. Hierbei wird die Spindel gezielt durch das mindestens eine Messerelement innen zerstört bzw. geschwächt, dessen Schneidwinkel α vorzugsweise variabel einstellbar ist, wobei der Schneidwinkel α, über welchen das Messerelement in die Spindel eindringt, eine entscheidende Rolle spielt.
Vorzugsweise ist der Schneidwinkel α des Messerelements über eine Drehung der Antriebswelle einstellbar. In vorteilhafter Weise ist hierdurch eine beliebig einstellbare und variable Kraftbegrenzung möglich, indem die Antriebswelle den Schneidwinkel α des Messerelements in Abhängigkeit von der ermittelten Gurtkraft F einstellen kann. Ein geringer Schneidwinkel α bedeutet, dass das Messerelement „flach” eingestellt ist. Das Messerelement trägt wenig Material von der Spindel ab, wodurch eine geringe Zerspanung erfolgt. Dies verursacht nur eine leichte Abbremsung der Spindel, wodurch die Gurtkraft F_G nur leicht gemindert wird und somit ein niedriges Gurtkraftniveau erzeugt wird. Ein großer Schneidwinkel α bedeutet, dass das Messerelement „steil” eingestellt ist. Das Messerelement trägt viel Material von der Spindel ab, wodurch eine große Zerspanung erfolgt. Dies verursacht eine hohe Abbremsung der Spindel, wodurch die Gurtkraft F_G stark gemindert wird und somit ein hohes Gurtkraftniveau erzeugt wird.
In Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Gurtaufrolleinheit weist das Messerelement eine Federeinheit auf, deren Federkraft F_F in Abhängigkeit von der Position der Antriebswelle auf das Messerelement wirkt. In weiterer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Gurtaufrolleinheit weist die Federkraft F_F der Federeinheit im unbelasteten Zustand des Messerelementes einen Maximalwert auf. Durch diese das Messerelement beaufschlagende Federeinheit ist gewährleistet, dass auch im stromlosen oder gestörten bzw. fehlerhaften Zustand der Gurtaufrolleinheit die Begrenzung der Gurtkraft F_G auf dem höchsten Gurtkraftniveau, d. h. beim größten Schneidwinkel α, gegeben ist.
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, hohlen Spindel auf, auf der das Gurtband aufrollbar ist, wobei eine im Crashfall in dem mindestens einen Gurtband wirkende Kraft F_G begrenzbar ist, und wobei mindestens ein Schwä chungswerkzeug die Spindel zur Begrenzung der Kraft F_G im Crashfall mindestens teilweise schwächt, wodurch eine Abbremsung der Spindel erzeugt wird. Das Gurtsystem ermöglicht in vorteilhafter Weise ein an Crashsituation und Insassen bestmöglichst angepasstes Schutzsystem.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines Gurtsystems für ein Insassenschutzsystem in einem Fahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Gurtaufrolleinheit.
2 zeigt eine schematische Querschnittdarstellung der erfindungsgemäßen Gurtaufrolleinheit mit einer Spindel und einem auf der Spindel aufrollbaren Gurtband, wobei in der Spindel Messerelemente angeordnet sind, deren Schneidwinkel variabel einstellbar ist.
3 zeigt einen Ausschnitt einer schematischen Querschnittdarstellung der Gurtaufrolleinheit, wobei die Messerelemente einen kleinen Schneidwinkel für eine geringe Zerspanung aufweisen.
4 zeigt einen Ausschnitt einer schematischen Querschnittdarstellung der Gurtaufrolleinheit, wobei die Messerelemente einen großen Schneidwinkel für eine große Zerspanung aufweisen.
Wie aus 1 ersichtlich ist, umfasst ein Gurtsystem für ein Insassenschutzsystem in einem Fahrzeug 34 ein Sensorsystem 36, eine Sensoreinheit 28, ein Steuersystem 38 und mindestens ein Rückhaltemittel, das eine Gurtaufrolleinheit 10 mit Aufrollmodul 16 und korrespondierendem Gurtband 12 umfasst. Üblicherweise sensiert das Sensorsystem 36 einen Fahrzeuginnenraum, ein Fahrzeugumfeld, einen Aufprall und/oder Fahrzeugdynamikgrößen. Das Steuersystem 38 empfängt Informationen von dem Sensorsystem 36 und wertet die empfangenen Informationen zur Ermittlung einer aktuellen Fahrsituation aus, wobei das Sensorsystem 36 die ermittelte aktuelle Fahrsituation dahingehend auswertet, ob eine Aktivierung des mindestens einen Rückhaltemittels 10, 12 erforderlich ist oder nicht. Zusätzlich können über das Sensorsystem 36 Informationen über Fahrdynamikgrößen gewonnen werden, die ebenfalls von dem Sensorsystem 36 erfasst werden. Diese Informationen über Fahrdynamikgrößen in Verbindung mit den Informationen aus dem Fahrzeugumfeld ermöglichen eine vorausschauende Ansteuerung von reversiblen Rückhaltemitteln, wenn die Wahrscheinlichkeit für einen möglichen Crash, wie beispielsweise einen Aufprall auf ein Hindernis, einen vorgegebenen Schwellwert übersteigt.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das mindestens eine Rückhaltemittel 10, 12 und 16 als Gurtaufrolleinheit 10 mit mindestens einem Gurtband 12 und mindestens einem in einer Befestigungseinheit 14 gelagerten, korrespondierenden Aufrollmodul 16 ausgeführt, wobei natürlich auch weitere Rückhaltemittel wie beispielsweise Airbags und/oder eine Sitzaktuatorik vorgesehen 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 es sich in einem Fahrzeug 34 in der Regel um mehrere Gurtaufrolleinheiten handelt, da für jeden Gurt im Fahrzeug 34 eine solche erfindungsgemäße Gurtaufrolleinheit 10 vorgesehen sein kann. Die Funktionsweise der Gurtaufrolleinheit 10 passt sich ohne Probleme in ein bestehendes Rückhaltesystemkonzept bestehend aus Sensorsystem 36, Sensoreinheit 28, Steuersystem 38 und Rückhaltemittel 10, 12 und 16 ein.
Das in der Befestigungseinheit 14 gelagerte Aufrollmodul 16 besitzt eine in den 2 bis 4 sichtbare, drehbar gelagerte hohlen Spindel 18, auf der das Gurtband 12 aufrollbar ist, wobei eine im Crashfall in dem mindestens einen Gurtband 12 wirkende Kraft F_G begrenzbar ist. Das Aufrollmodul 16 wirkt auf das korrespondierende Gurtband 12 ein, welches bei einem Crash, wie beispielsweise einem Front-, Seiten- oder Heckcrash, einem Überschlag usw. eine entsprechende Rückhaltewirkung auf den Insassen ausübt. Über die im Bereich der Gurtaufrolleinheit 10 angeordnete Sensoreinheit 28 ermittelt das Steuersystem 38 die in dem mindestens einen Gurtband 12 wirkende Kraft F_G.
Um eine Begrenzung der im Crashfall in dem mindestens einen Gurtband 12 wirkenden Kraft F_G zu ermöglichen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass mindestens ein Schwächungswerkzeug 20 die Spindel 18 zur Begrenzung der Kraft F_G im Crashfall mindestens teilweise schwächt, wodurch eine Abbremsung der Spindel 18 erzeugt wird. D. h. die Spindel 18 wird abhängig von einer im Crashfall wirkenden Kraft F_G aktiv durch das Schwächungswerkzeug 20 geschwächt.
Die 2 bis 4 zeigen ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Gurtaufrolleinheit 10, wobei 2 eine schematische Querschnittdarstellung und 3 und 4 einen schematischen Ausschnitt der erfindungsgemäßen Gurtaufrolleinheit 10 darstellen, Die Gurtaufrolleinheit 10 weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel vorzugsweise ein Schwächungswerkzeug 20 auf. Gemäß dem Ausführungsbeispiel ist das Schwächungswerkzeug 20 in der hohlen Spindel 18 angeordnet und wirkt nach außen auf eine Innenwand 18a der Spindel 18. D. h. das Schwächungswerkzeug 20 ist bei diesem Ausführungsbeispiel in die Spindel 18 integriert. In vorteilhafter Weise wird die Innenwand 18a der Spindel 18 im Crashfall mindestens teilweise mechanisch zerstört, um die Spindel 18 zu schwächen, wobei auch jede weitere einem Fachmann als sinnvoll erscheinende Methode zur Schwächung der Spindel 18 denkbar ist.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst das Schwächungswerkzeug 20 mindestens ein Zerstörelement 22 und eine das Zerstörelement 22 beaufschlagende Antriebswelle 24. Die Antriebswelle wird von dem in 1 gezeigten Steller 42 des Aktuators 40 der Gurtaufrolleinheit 10 kontrolliert gesteuert. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, gemäß 2 bis 4, ist die Antriebswelle 24 als Nockenwelle ausgebildet, deren mindestens einer Nocken 26 das mindestens eine um eine Drehachse 44 verschwenkbare Zerstörelement 22 beaufschlagt. Alternativ kann die Lagerung des Zerstörelements auch über ein Langloch durchgeführt werden, wodurch sich eine zusätzliche Einstellmöglichkeit beispielsweise in Form einer radialen Komponente ergibt. Die als Nockenwelle ausgebildete, um eine Achse 46 drehbare Antriebswelle 24 weist drei sternförmig angeordneten Nocken 26 auf, die an ihren Enden eine abgerundete Form aufweisen und deren Außenwand 26a derart zur Innenwand 18a der Spindel 18 beanstandet ist, dass zwischen jedem Nocken 26 der Antriebswelle 24 jeweils ein Zerstörelement 22 aufnehmbar ist, wobei der Nocken 26 und das Zerstörelement 22 zueinander in Wirkverbindung stehen bzw. der Nocken 26 das Zerstörelement 22 beaufschlagt. Im Normalbetrieb ist die Spindel 18 frei drehbar und das Zerstörelement 22 liegt an der Innenwand 18a der Spindel 18 nicht an. Selbstverständlich beeinflussen auch die Randbedingungen aus den Bauraumbeschränkungen die Entscheidung hinsichtlich Anzahl und/oder Positionierung des Schwächungswerkzeugs 20 bzw. der Zerstörelemente 22.
Das Schwächungswerkzeug 20 weist in diesem Ausführungsbeispiel drei bevorzugt als keilförmige Messerelemente ausgeführte Zerstörelemente 22 auf, wobei die Schneidwin kel α der Messerelemente 22 in Abhängigkeit der ermittelten Kraft F_G variabel einstellbar sind. Durch Einsatz von drei regelmäßig beabstandeten Zerstörelementen 22 entfaltet das Schwächungswerkzeug 20 seine Wirkung symmetrisch und kann dadurch großflächig an der Spindel 18 angreifen. Die geometrische Form der als keilförmige Messerelemente ausgeführten Zerstörelemente 22 steuert die Gurtkraftbegrenzungscharakteristik der Gurtaufrolleinheit 10. Gemäß 2 bis 4 sind die drei Zerstörelemente 22 in Wirkverbindung mit der Antriebswelle 24, wobei die Anzahl der Zerstörelemente 22 je nach Bauraum über mehrere Ebenen angeordnet sein kann, so dass die Antriebswelle 24 mit den Zerstörelementen 22 über die ganze Länge der Spindel 18 diese wirkungsvoll zerstören kann. Die Einstellung der Schneidwinkel α des Messerelements 22 erfolgt über eine gezielte Drehung der Antriebswelle 24. Die Antriebswelle 24 wird von dem in 1 gezeigten Steller 42 des Aktuators 40 der Gurtaufrolleinheit 10 kontrolliert gesteuert. Hierdurch werden die Messerelemente 22 von der Antriebswelle 24 über die Nocken 26 vorzugsweise formschlüssig an die Innenwand 18a der Spindel 18 gedrückt. Ein geringer Schneidwinkel α gemäß 3 bedeutet, dass das Messerelement 22 „flach” eingestellt ist. Das Messerelement 22 trägt wenig Material von der Spindel 18 ab, wodurch eine geringe Zerspanung erfolgt. Dies verursacht nur eine leichte Abbremsung der Spindel 18, wodurch die Gurtkraft F_G nur leicht gemindert wird und somit ein niedriges Gurtkraftniveau erzeugt wird. Ein großer Schneidwinkel α gemäß 4 bedeutet, dass das Messerelement 22 „steil” eingestellt ist. Das Messerelement 22 trägt viel Material von der Spindel 18 ab, wodurch eine große Zerspanung erfolgt. Dies verursacht eine hohe Abbremsung der Spindel 18, wodurch die Gurtkraft F_G stark gemindert wird und somit ein hohes Gurtkraftniveau erzeugt wird. Über die Werkstoffpaarung von Innenwand 18a der Spindel 18 und Messerelemente 22 kann Einfluss auf die Qualität der Gurtkraftbegrenzung genommen werden. Vorzugsweise besteht die Innenwand 18a der Spindel 18 aus einem so genannten „weichen” Werkstoff, wie beispielsweise Aluminium, und die Messerelemente 22 idealerweise aus einem so genannten „harten” Werkstoff, wie beispielsweise einem hochfesten Stahl. Die Innenform der holen Spindel 18 kann beispielsweise mit einem gleich bleibenden Durchmesser oder gestuft mit verschiedenen Durchmessern ausgeführt werden. Bei einer gestuften Ausführung der Innenform der Spindel 18 mit verschiedenen Ebenen können die Zerstörelemente 22 über entsprechende Hebelarme an die Abmessungen der korrespondierenden Ebene angepasst werden. Alternativ kann die Innenform der Spindel 18 kegelförmig mit einer stufenlosen Durchmesseränderung ausgeführt werden.
Das Messerelement 22 weist eine Federeinheit 32 auf, deren Federkraft F_F in Abhängigkeit von der Position der Antriebswelle 24 auf das Messerelement 22 wirkt. Die Federkraft F_F der Federeinheit 32 weist in einem von der Antriebswelle 24 unbelasteten Zustand des Messerelementes 22 einen Maximalwert auf. Im Betrieb der Gurtaufrolleinheit 10 kann die Antriebswelle 24 über gezielte Drehbewegungen gegen die Federkraft F_F der Federeinheit 32 oder mit der Federkraft F_F der Federeinheit 32 arbeiten und kann dadurch die Gurtkraftbegrenzung gezielt senken oder auch wieder gezielt erhöhen.
Im Normalbetrieb des Fahrzeugs 34 wird das Gurtband 12 über eine hier nicht dargestellte Rückzugsfedereinheit von ca. 10 N angezogen, um den Komfortbetrieb aufrecht zu erhalten. Hierdurch ergibt sich eine Gurtkraft F_G = 10 N. Die Spindel 18 ist frei drehbar, die Messerelemente 22 liegen an der Innenwand 18a der Spindel 18 nicht an, hierdurch ergibt sich eine Zerspanungskraft F_Z = 0.
Im Bremsbetrieb des Fahrzeugs, d. h. bei einer Beschleunigung in einer Fahrzeuglängsrichtung > 0.45 g wird das Gurtband 12 auf Basis der Trägheitswirkung, beispielsweise über ein hier nicht dargestelltes Kugelelement am Aufrollmodul 16, blockiert. Hierdurch verlagert sich der Insasse des Fahrzeugs 34 nach vorne und beaufschlagt das Gurtband 12 mit einer Gurtkraft F_G, bei welcher die Zerspanungskraft F_Z weiterhin gleich Null ist. Die Spindel 18 kann sich nicht mehr um ihre eigene Achse drehen. Die Messerelemente 22 werden an der Innenwand 18a der Spindel 18 kraftschlüssig angelegt, um einem eventuellen Unfall vorzubeugen.
Im Crashfall, d. h. im Initialzustand des Schwächungswerkzeugs 20, der maßgeblich von der Blockade des Gurtbandes 12, als auch von der Information, dass ein Crash stattfindet, abhängt, liegen die Messerelemente 22 weiterhin kraftschlüssig an der Innenwand 18a der Spindel 18 an. Die Gurtkraft F_G steigt aufgrund der Gewichtsverlagerung des Insassen nach vorne an. Diese hohe Gurtkraft F_G muss von der Zerspanungskraft F_Z kompensiert werden. Der Ausgangspunkt ist die maximale Kraftbegrenzung, d. h. der Schneidwinkel α der Messerelemente 22 ist am Anfang des Crashs maximal, d. h. die Zerspanungskraft F_Z ist groß. Je nach Steuerung des Aktuators 40 variiert die Nockenwelle 24 ihre Position und bewegt die Messerelemente 22 gegen die Federkraft F_F in die vorgegebene Position. Dabei spielt die Bahnkurve der Nockenwelle 24 eine entscheidende Rolle, da sie den Schneidwinkel α der Messerelemente 22 ändert und dadurch die Eindringtiefe in das Material der Spindel 18. Der Schneidwinkel α ist proportional zur Zerspanungskraft F_Z.
Durch die Variierung der Nockenwellenstellung kann also vor oder während des Crashs die Gurtkraftbegrenzung erfolgen, wobei die 3 und 4 jeweils eine Einstellung der Messerelemente 22 mit kleinem Schneidwinkel α und großem Schneidwinkel α zeigen.
Durch eine entsprechende Auslegung der Gurtaufrolleinheit 10 kann eine gezielte Reduktion der Gurtkraft F_G erzielt werden. Dies bedeutet, dass während des Crashs die Gurtkraft F_G entsprechend abgeschwächt werden kann, ein weiterer Auszug des Gurtbandes 12 möglich wird und somit eine weitere Vorverlagerung des Insassen erzielt wird. Es gilt damit, dass die Insassenvorverlagerungskraft = F_G > X kN = F_Z ist. Dabei ist X der Wert der die Gurtkraft F_G über den Aktuator 40 bzw. den Schneidwinkel α der Messerelemente 22 in der Gurtaufrolleinheit 10 einstellt.
Die Steuerung des Schwächungswerkzeugs 20 kann in Abhängigkeit eines Signals aus dem Steuersystem 38 erfolgen. Vorzugsweise wird ein Steuersystem 38 in Form eines Steuergeräts eingesetzt. Vorzugsweise erfolgt die Ansteuerung über ein Steuergerät, das beispielsweise als Airbagsteuergerät ausgeführt ist, wobei auch andere Steuergeräte zur Ansteuerung denkbar sind. Dabei sieht das Steuersystem 38 eine Erfassung der Gurtkraft F_G vor, welche beispielsweise über die Sensoreinheit 28 an der Gurtaufrolleinheit 10 erfolgt. Durch einen Auswertealgorithmus wird ein entsprechendes Signal generiert, welches den Aktuator 40 des Schwächungswerkzeugs 20 bzw. der Antriebswelle 24 ansteuert. Vorzugsweise bietet die erfindungsgemäße Gurtaufrolleinheit 10 die Möglichkeit, nicht nur so wie bisher innerhalb beispielsweise des Airbag-Steuergerätes vor dem Crash bzw. kurz danach, sondern auch während des gesamten Verlaufs rückkoppelnd auf die Gurtkraftniveaus einzuwirken.
Eine erste mögliche Umsetzung einer Begrenzung der Kraft F_G sieht ein Steuergerät 38 vor, welches vorzugsweise das Airbagsteuergerät ist, in dem Crashsignale erfasst und ausgewertet werden. Andere Steuergeräte, welche eine Crasherfassung durchführen, können ebenfalls verwendet werden. Weiterhin dienen Signale wie beispielsweise Beschleunigung und/oder Druck und/oder Körperschall und/oder Temperatur zur Crasherfassung und können entsprechend verwendet werden. Zukünftig ist es ebenfalls denkbar, dass Umfeldsensierungssysteme ebenfalls einen drohenden Crash und entsprechend im Steuergerät je nach erwarteter Crashschwere zur Beurteilung und Ansteuerung herangezogen werden. Ebenfalls können andere Systeme, wie beispielsweise Fahrdynamikregelsysteme eine Eingabeinformation an das Steuergerät senden. Darüber hinaus können auch Naviga tionsdaten zur Entscheidungsfindung verwendet werden. Weiterhin können als Eingangssignale auch insassenrelevante Größen herangezogen werden, wie z. B. Masse, Alter, Geschlecht oder Größe. Zusätzlich bietet sich die Verarbeitung von innenraumrelevanten Daten an, wie z. B. Sitzposition, Sitzlehneneinstellung usw. an. Außer den mehr oder weniger wichtigen, oben erwähnten Eingangsdaten dient die gemessene Gurtkraft als Kerneingangssignal, zumal sich darüber die entsprechenden Gurtkraftniveaus bzw. das Erreichef dieser Gurtkraftniveaus ermitteln lassen.
Vor dem Crash, während des Crashs und nach dem Crash wird die Gurtkraft F_G kontinuierlich mit mindestens 1–2 kHz Abtastrate gemessen und entsprechend zur Einstellung eines bestimmten Gurtkraftniveaus ein Stellsignal an den Aktuator 40 des Schwächungswerkzeugs 20 gesendet. Das Signal kann eine Spannung und/oder eine Information sein, derart, dass ein in der Gurtaufrolleinheit 10 verbauter Steller 42, das Signal auswertet und ein Steuersignal für den Aktuator 40 generiert. Der Aktuator 40 steuert die Antriebswelle 24 des Schwächungswerkzeugs 20 über eine variable Kraft. Dabei wird der Schneidwinkel α der Messerelemente 22 im Aufrollmodul 16 so eingestellt, dass über die Zerspanungskraft F_Z eine variable Kraft auf die Spindel 18 wirkt, wobei die Spindel 18 wiederum mit dem Gurtband 12 verbunden ist. Daher wirkt diese Kraft nach Umrechnung in eine tangential zur Spindel 18 angreifende Zerspanungskraft F_Z direkt auf das Gurtband 12.
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 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 zu verhindern, dass diese im Crashfall kein ausreichendes Gurtkraftniveau erreichen, um eine Gurtkraftbegrenzung 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 be wirkt, dass der sehr schwere Insasse nicht zu früh an den Airbag übergeben wird und kein Durchschlagen des Insassen erfolgt. Letztendlich ergibt sich eine Steigerung der Effektivität des passiven Rückhaltesystems.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 4436810 A1 [0010]
- DE 102004053305 A1 [0011]
- WO 2007/025958 A1 [0012]
- EP 1544062 A1 [0013]
- KR 2007030053 [0014]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- ECE-Regelung Nr. 16 [0005]
- ECE-Regel 16 [0007]

Claims

Gurtaufrolleinheit- (10) mit mindestens einem Gurtband (12) und mindestens einem in einer Befestigungseinheit (14) gelagerten, korrespondierenden Aufrollmodul (16) mit einer drehbar gelagerten, hohlen Spindel (18), auf der das Gurtband (12) aufrollbar ist, wobei eine im Crashfall in dem mindestens einen Gurtband (12) wirkende Kraft (F_G) begrenzbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Schwächungswerkzeug (20) die Spindel (18) zur Begrenzung der Kraft (F_G) im Crashfall mindestens teilweise schwächt, wodurch eine Abbremsung der Spindel (18) erzeugt wird.
Gurtaufrolleinheit- nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Schwächungswerkzeug (20) in der hohlen Spindel (18) angeordnet ist und nach außen auf eine Innenwand (18a) der Spindel (18) wirkt.
Gurtaufrolleinheit- nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwand (18a) der Spindel (18) im Crashfall mindestens teilweise mechanisch zerstört wird, um die Spindel (18) zu schwachen.
Gurtaufrolleinheit- nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Schwächungswerkzeug (20) mindestens ein Zerstörelement (22) und eine das Zerstörelement (22) beaufschlagende Antriebswelle (24) umfasst.
Gurtaufrolleinheit- nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (24) als Nockenwelle ausgebildet ist, deren mindestens ein Nocken (26) das mindestens eine Zerstörelement (22) beaufschlagt.
Gurtaufrolleinheit- nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Zerstörelement als Messerelement (22) ausgebildet ist, dessen Schneidwinkel (α) in Abhängigkeit von der ermittelten Kraft (F_G) variabel einstellbar ist.
Gurtaufrolleinheit- nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schneidwinkel (α) des Messerelements (22) über eine Drehung der Antriebswelle (24) einstellbar ist.
Gurtaufrolleinheit- nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Messerelement (22) eine Federeinheit (32) aufweist, deren Federkraft (F_F) in Abhängigkeit von der Position der Antriebswelle (24) auf das Messerelement (22) wirkt.
Gurtaufrolleinheit- nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Federkraft (F_F) der Federeinheit (32) im unbelasteten Zustand des Messerelementes (22) einen Maximalwert aufweist.
Gurtsystem für ein Insassenschutzsystem in einem Fahrzeug mit mindestens einer Gurtaufrolleinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9.