DE102009000140A1 - Gurtsystem für ein Insassenschutzsystem in einem Fahrzeug - Google Patents

Gurtsystem für ein Insassenschutzsystem in einem Fahrzeug Download PDF

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    • B60RVEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B60R22/34Belt retractors, e.g. reels
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Gurtaufrolleinheit (10') mit mindestens einem Gurtband (12') und mindestens einem korrespondierenden Aufrollmodul (14') mit einer auf einer Achse (16') drehbar gelagerten Spindel (18'), auf der das Gurtband (12') aufrollbar ist, wobei eine im Crashfall in dem mindestens einen Gurtband (12') wirkende Kraft durch eine Torsionsstabeinheit (20') begrenzbar ist. Erfindungsgemäß ist die wirksame Länge (L) der Torsionsstabeinheit (20') über eine Einstelleinrichtung (30') einstellbar.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einer Gurtaufrolleinheit, einem Gurtsystem für ein Insassenschutzsystem in einem Fahrzeug mit mindestens einer Gurtaufrolleinheit sowie einem Betriebsverfahren für ein Gurtsystem 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 Vier- oder Sechspunkt-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 beispielsweise in Verkehrsflugzeugen findet, aus nahezu allen Fahrzeuganwendungen verschwunden und 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 hierzu findet man bei fahrzeugsitzintegrierten Gurtsystemen diesen Umlenkbeschlag auch im Fahr zeugsitz 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 in etwa 50 mm. Darüber hinaus werden eine gute Bruch- und Rutschsicherheit und eine gute Umweltbeständigkeit gefordert. Diese Parameter sind in der ECE-Regelung Nummer 16 festgelegt. Der Sicherheitsgurt selbst besteht aus einem geflochtenen Garn, meistens aus Polyester. Alternative Entwicklungen verfolgen ein Bag-in-Belt-Prinzip beziehungsweise ein 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 beziehungsweise 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 beziehungsweise komfortbedingt entsteht, durch eine pyrotechnische Straffung nach Crashbeginn beseitigt. Neuerdings werden reversible elektromechanische Aktuatoren, so genannte 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 beziehungsweise einer Kollision 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 einer Gurtstraffung unterschiedliche Prinzipien zum Einsatz kommen, wie beispielsweise 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 gleich bleibender 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 In sassen 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 sieht ein in der DE 296 22 181 U1 beschriebenes Verfahren eine Parallelschaltung von verschiedenen Torsionselementen vor. Dabei sind beispielsweise drei ineinander angeordnete Torsionsstäbe vorgesehen, welche über eine Sperrscheibe kraftschlüssig verbunden sind. Die Kopplung geschieht dabei vom äußeren Ende her, wobei die axiale Verschiebung über eine Stellvorrichtung erfolgt, die stirnseitig am Gurtaufroller angekoppelt ist. Die Kopplung erfolgt unabhängig voneinander durch zündbare pyrotechnische Ladungen.
  • Aus der DE 295 16 628 U1 ist ein Gurtaufroller bekannt, der einen als Torsionsstab ausgebildeten Lastbegrenzer aufweist, welcher über einen Formschluss mit der Gurtspule und mit einer Blockiervorrichtung verbunden ist. Ein von einem Antrieb erzeugtes Drehmoment dient zur Gurtstraffung und wird über eine Kupplung auf den Torsionsstab und damit auf die Gurtspule übertragen.
  • Aus der DE 298 21 801 U1 sind bei einer Gurtspule zwei Kraftbegrenzer vorgesehen, von denen der eine Kraftbegrenzer als Stahlband und der andere Kraftbegrenzer als Torsionsstab ausgebildet ist. Die beiden Kraftbegrenzer sind bei unbetätigter Kupplung parallel geschaltet. Bei betätigter Kupplung wird bei einem auf die Gurtspule wirkenden Drehmoment eine Sollbruchstelle getrennt, so dass nur noch vom Torsionsstab eine Kraftbegrenzerwirkung ausgeübt wird.
  • Aus der DE 296 05 200 U1 ist ein Gurtaufroller mit einer Lastbegrenzungseinrichtung bekannt, die aus einem in der Achse der Gurtspule angeordneten Torsionsstab besteht. Der Torsionsstab besitzt einen axialen Fortsatz, an welchem ein Torsionsstab zur Übertragung eines von einem Linearstrafferantrieb erzeugten Drehmoments zur Leistungsstraffung des Gurtbands übertragen wird.
  • Ein weiterer Sicherheitsgurtaufroller ist in der DE 44 36 810 A1 vorgeschlagen, bei dem ein energieabsorbierendes Element als Kraftbegrenzungseinrichtung vorgesehen ist. Dabei ist das Element in der Gurtspule angeordnet und mit ei nem Wellenstück der Gurtspule verbunden, derart, 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.
  • 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 ein- oder zweistufig 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 er höhtes 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 eine variable Lastbegrenzung erreichbar ist. Dabei sieht die Erfindung eine Gurtaufrolleinheit vor, die mindestens ein Gurtband und mindestens ein korrespondierendes Aufrollmodul mit einer auf einer Achse drehbar gelagerten Spindel umfasst, auf der das Gurtband aufrollbar ist, wobei eine im Crashfall in dem mindestens einen Gurtband wirkende Kraft durch eine Torsionsstabeinheit begrenzt werden kann. Hierzu ist die wirksame Länge der Torsionsstabeinheit über eine Einstelleinrichtung einstellbar, wodurch eine stufenlose variable Lastbegrenzung ermöglicht wird. insbesondere ist die adaptive Anpassung der Gurtkraftbegrenzung auf Basis eingehender Informationen ein wesentlicher Vorteil, wobei die Informationen beispielsweise aus der Unfallschwere, aus einer Insasseninformation, wie Größe, Alter, Gewicht, Geschlecht, Zustand, sowie der Insassenposition, wie Sitzeinstellung oder Lehnenneigung, aus einer über eine vorausschauende Front-, Seiten- und/oder Hecksensorik empfangene Umfeldinformation oder aber auch aus einer über eine Car-to-Car-Kommunikation empfangene Information bestehen können. Die erfindungsgemäße Gurtaufrolleinheit stellt über die kontinuierlich einstellbare Gurtkraftbegrenzung beziehungsweise die einstellbaren und/oder schaltbaren Gurtkräfte in vorteilhafter Weise ein ideales Feld für die Individualisierung des Insassenschutzes zur Verfügung. Das bedeutet, dass sich für den jeweiligen Insassen eine individuelle Einstellung einer Kraftbegrenzungscharakteristik realisieren lässt. 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 dem 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 dazu kann die erfindungsgemäße Gurtaufrolleinheit durch Erhöhen des Gurtkraftniveaus auch an sehr schwere Personen angepasst werden, um eine verfrühte Lösung der Kraftbegrenzung zu verhindern. Dies bewirkt, dass ein sehr schwerer Insasse nicht zu früh an den Airbag übergeben wird und kein Durchschlagen des Insassen erfolgt. Weiterhin bietet die Erfindung den Vorteil, dass die im Steuergerät vorhandenen Zündkreise eingespart werden können, da aufgrund des Wegfalls der pyrotechnischen Einrichtung, diese nicht mehr im Airbagsteuergerät berücksichtigt werden müssen. Damit führt die Erfindung zur Einsparung von Bauraum und von Kosten für die Platine der korrespondierenden Steuerschaltung.
  • Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen der im unabhängigen Patentanspruch 1 angegebenen Gurtaufrolleinheit möglich.
  • Bevorzugt weist die Torsionsstabeinheit einen unrunden Querschnitt auf. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine formschlüssige Verbindung von Torsionsstabeinheit und Einstelleinrichtung mit einer effektiven Übertragung der auftretenden Kräfte vom Aufrollmodul auf die Torsionsstabeinheit bei der Kopplung der Torsionsstabeinheit mit der Spindel.
  • Vorzugsweise weist die Torsionsstabeinheit über ihre Länge einen konstanten Querschnitt und/oder einen sich verändernden Querschnitt auf. In vorteilhafter Weise wird mit einem geometrisch einfach herstellbaren Bauteil die gewünschte Funktion einer großen stufenlosen Veränderbarkeit des Torsionsmomentes erreicht. Das Moment der Torsionsstabeinheit erhöht sich bei einem konstanten Querschnitt vorzugsweise linear und bei einem sich verändernden Querschnitt vorzugsweise exponentiell.
  • In vorteilhafter Weise umfasst die Einstelleinrichtung eine auf der Torsionsstabeinheit verschiebbare Schlitteneinheit und eine die Schlitteneinheit beaufschlagende Antriebseinheit. Der wesentliche Vorteil dieser Ausgestaltung besteht darin, dass die Anpassung der Gurtkraftbegrenzung stufenlos erfolgt. Die Schlitteneinheit kann jede beliebige Position auf der Torsionsstabeinheit annehmen. Die Antriebseinheit ist dabei als Elektromotor ausgeführt, der im Bereich der Spindel in axialer Verlängerung angeordnet ist, so dass eine einfache Ansteuerung der Mechanik zur Lastbegrenzung erreicht wird. Somit ergibt sich eine optimale Nutzung des in der Gurtaufrolleinheit vorhandenen Bauraums. Die derart angeordnete Antriebseinheit benötigt nur mehr einen geringen Verstellweg, um die gewünschte Funktion zu erfüllen. Die Antriebseinheit weist für die vorgesehene Funktion eine optimale Anordnung mit einem günstigen Kraftlinienverlauf auf.
  • Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Schlitteneinheit ein auf der Torsionsstabeinheit verschiebbares, drehfest mit der Torsionsstabeinheit gekoppeltes Schlittenelement und ein mit dem Schlittenelement verbundenes, fahrzeugfestes Ankerelement aufweist.
  • In vorteilhafter Weise erfolgt hierdurch mit einem beweglichen Bauteil auf einem direkten und kurzen Weg eine formschlüssige Verbindung zwischen der Torsionsstabeinheit und der Spindel. Das Resultat der formschlüssigen Verbindung von Torsionsstabeinheit und Spindel ist eine entsprechende Lastbegrenzung, welche durch die Verschiebung des Schlittenelements auf der Torsionsstabeinheit ermöglicht wird. Damit wird letztendlich eine kontrollierte Vorverlagerung des Insassen zugelassen und eine Optimierung des gesamten, beispielsweise aus Airbag, Gurt, Sitz bestehenden Rückhaltesystems unterstützt.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Torsionsstabeinheit innerhalb der hohlen Spindel angeordnet. Hierdurch ergibt sich eine bauraumsparende Unterbringung der Torsionsstabeinheit. In vorteilhafter Weise wird hierdurch der vorgegebene Bauraum der Gurtaufrolleinheit genutzt. Gleichzeitig bewirkt die Anordnung der Torsionsstabeinheit in der Spindel eine Stabilisierung der Konstruktion der Gurtaufrolleinheit aufgrund der Materialpackungsdichte. Ebenfalls ist eine gute Abschirmung der Torsionsstabeinheit gegen äußere Störfaktoren beziehungsweise Einflüsse gegeben.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Antriebseinheit innerhalb oder außerhalb der Spindel angeordnet ist. Die Antriebseinheit ist dabei als Elektromotor ausgeführt, der innerhalb oder außerhalb in axialer Verlängerung angeordnet ist, so dass eine einfache Ansteuerung der Mechanik zur Lastbegrenzung erreicht wird. Das Resultat der Ansteuerung der Mechanik ist eine entsprechende Lastbegrenzung, welche durch die Einstellung der wirksamen Länge der Torsionsstabeinheit ermöglicht wird. Damit wird letztend lich eine kontrollierte Vorverlagerung des Insassen zugelassen und eine Optimierung des gesamten, beispielsweise aus Airbag, Gurt, Sitz bestehenden Rückhaltesystems unterstützt.
  • Besonders vorteilhaft ist, dass die Einstellung der Kraft außerhalb des Crashfalis in Abhängigkeit von Informationen über den Insassen, die Insassenposition, das Fahrzeugumfeld, einen Aufprall und/oder Fahrzeugdynamikgrößen erfolgt. Hierdurch können die Gurtkraftniveaus in vorteilhafter Weise individuell an die Insassen angepasst werden.
  • Ein bevorzugtes Gurtsystem für ein Insassenschutzsystem in einem Fahrzeug mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 9 umfasst mindestens eine Gurtaufrolleinheit mit mindestens einem Gurtband und mindestens einem korrespondierenden Aufrollmodul mit einer auf einer Achse drehbar gelagerten Spindel, auf der das Gurtband aufrollbar ist, wobei eine im Crashfall in dem mindestens einen Gurtband wirkende Kraft durch eine Torsionsstabeinheit begrenzbar ist, und wobei die wirksame Länge der Torsionsstabeinheit über eine Einstelleinrichtung einstellbar ist. Das Gurtsystem ermöglicht in vorteilhafter Weise ein an Unfallsituation und Insassen bestmöglich angepasstes Schutzsystem.
  • Bei einem bevorzugten Betriebsverfahren für ein Gurtsystem eines Insassenschutzsystem in einem Fahrzeug mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 10 wird die wirksame Länge einer Torsionsstabeinheit über eine Einstelleinrichtung eingestellt, wobei das Gurtsystem mindestens eine Gurtaufrolleinheit aufweist, die mindestens ein Gurtband und mindestens ein korrespondierendes Aufrollmodul mit einer auf einer Achse drehbar gelagerten Spindel umfasst, auf der das Gurtband aufrollbar ist, wobei eine im Crashfall in dem mindestens einen Gurtband wirkende Kraft durch die Torsionsstabeinheit begrenzt wird. Das Betriebsverfahren ermöglicht in vorteilhafter Weise eine individuelle Anpassung der Gurtkraftniveaus individuell an die Insassen eines Fahrzeugs.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Gurtsystems für ein Insassenschutzsystem in einem Fahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Gurtaufrolleinheit.
  • 2 zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung eines Längsschnitts einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Gurtaufrolleinheit mit einer Einstelleinrichtung in einer Position, in der ein niedriges Gurtkraftbegrenzungsniveau realisiert wird.
  • 3 zeigt die erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Gurtaufrolleinheit aus 2, wobei die Einstelleinrichtung eine Position aufweist, in der ein hohes Gurtkraftbegrenzungsniveau realisiert wird.
  • 4 zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung eines Querschnitts des ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Gurtaufrolleinheit aus 2 und 3 mit einem Torsionsstab, der einen über seine Länge konstanten Querschnitt in Rechteckform aufweist.
  • 5 zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung eines Längsschnitts einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Gurtaufrolleinheit mit einer Einstelleinrichtung in einer Position, in der ein niedriges Gurtkraftbegrenzungsniveau realisiert wird.
  • 6 zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung eines Querschnitts des zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Gurtaufrolleinheit aus 5 mit einem Torsionsstab, der einen sich über seine Länge verändernden Querschnitt in Rechteckform aufweist.
  • 7 zeigt eine vereinfachte schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Antriebseinheit mit einer Gewindespindel, wobei mechanische Anschläge für die Gewindespindel vorgesehen sind.
  • 8 zeigt eine schematische Darstellung eines Strom-Wege-Diagramms der Antriebseinheit aus 7.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • Wie aus 1 ersichtlich ist, umfasst ein Gurtsystem für ein Insassenschutzsystem in einem Fahrzeug 36 ein Sensorsystem 38, eine Messeinrichtung 40, eine Auswerte- und Steuereinheit 42, ein Steuersystem 44 und mindestens ein Rückhaltemittel, das eine Gurtaufrolleinheit 10 mit einem Aufrollmodul 14 und einem korrespondierenden Gurtband 12 umfasst. Das Steuersystem 44 kann hierbei ein bereits im Fahrzeug 36 vorhandenes Steuergerät, wie beispielsweise ein Airbag-Steuergerät oder ein bereits an der Gurtaufrolleinheit 10 angeordnetes Steuergerät sein. Über die im Bereich der Gurtaufrolleinheit 10 angeordnete Messeinrichtung 40 und die Auswerte- und Steuereinheit 42 ermittelt das Steuersystem 44 die in dem mindestens einen Gurtband 12 wirkende Kraft F. Zusätzlich sensiert das Sensorsystem 38 Informationen über einen Fahrzeuginnenraum, ein Fahrzeugumfeld, einen Aufprall und/oder Fahrzeugdynamikgrößen. Das Steuersystem 44 empfängt die erfassten Informationen vom Sensorsystem 38 und wertet die empfangenen Informationen zur Ermittlung einer aktuellen Fahrsituation aus, wobei das Steuersystem 44 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 44 eine vorausschauende Ansteuerung von reversiblen Rückhaltemitteln, wenn die Wahrscheinlichkeit für eine mögliche Kollision, wie beispielsweise einen Aufprall auf ein Hindernis, einen vorgegebenen Schwellwert übersteigt.
  • In den dargestellten Ausführungsbeispielen ist das mindestens eine Rückhaltemittel als Gurtaufrolleinheit 10 mit mindestens einem Gurtband 12 und mindestens einem korrespondierenden Aufrollmodul 14 ausgeführt, das in einer als Rahmen ausgebildeten Befestigungseinheit 46 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 den 2 bis 6 ist beispielhaft eine Gurtaufrolleinheit 10 dargestellt, wobei im Fahrzeug 36 in der Regel mehrere Gurtaufrolleinheiten 10 angeordnet sind, da für jeden Gurt im Fahrzeug 36 eine solche erfindungsgemäße Gurtaufrolleinheit 10 vorgesehen wird. Die Funktionsweise der Gurtaufrolleinheit 10 passt sich ohne Probleme in ein bestehendes Rückhaltesystemkonzept bestehend aus Sensorsystem 38, Auswerte- und Steuereinheit 42, Steuersystem 44 und Rückhaltemittel 10, 12, 14 ein.
  • In den vorliegenden Ausführungsbeispielen gemäß 1 bis 6 besitzt das in der Befestigungseinheit 46, 46', 46'' gelagerte Aufrollmodul 14, 14', 14'' der Gurtaufrolleinheit 10, 10', 10'' eine auf einer Achse 16', 16'' drehbar gelagerte Spindel 18', 18'' auf der das Gurtband 12, 12', 12'' aufrollbar ist, wobei eine im Crashfall in dem mindestens einen Gurtband 12, 12', 12'' wirkende Kraft F durch eine Torsionsstabeinheit 20, 20', 20'' begrenzt wird. Das Aufrollmodul 14, 14', 14'' wirkt auf das korrespondierende Gurtband 12, 12', 12'' ein, welches bei einer Kollision, wie beispielsweise einem Front-, Seiten- oder Heckcrash, einem Überschlag usw. eine entsprechende Rückhaltewirkung auf den Insassen ausübt. Für die Messung der Gurtkraft F wird die Messeinrichtung 40 verwendet, welche die aktive Gurtkraft F vorzugsweise kontinuierlich erfasst. Eine nicht dargestellte Federeinheit treibt das Aufrollmodul 14, 14', 14'' in Aufwickelrichtung an. Die Federeinheit ist mit der fahrzeugfesten Befestigungseinheit 46, 46', 46'' fest verbunden. Die Federeinheit wirkt vorzugsweise über Lagerbolzen auf das Aufrollmodul 14, 14', 14'' und/oder die Torsionsstabeinheit 20, 20', 20''.
  • In den vorliegenden Ausführungsbeispielen ist die Torsionsstabeinheit 20, 20', 20'' vorzugsweise als einzelner Torsionsstab ausgeführt, der in der hohlen Spindel 18', 18'' angeordnet ist. Es sind jedoch auch andere, einem Fachmann als sinnvoll erscheinende Ausführungsformen der Torsionsstabeinheit 20, 20', 20'' denkbar. Die Torsionsstabeinheit 20, 20', 20'' weist einen unrunden Querschnitt 20a', 20b'' auf. Vorzugsweise weist die Torsionsstabeinheit 20, 20', 20'' in den vorliegenden Ausführungsbeispielen einen viereckigen Querschnitt 20a', 20b'' auf. Im ersten Ausführungsbeispiel gemäß 2 bis 4 weist die Torsionsstabeinheit 20' über ihre Länge L einen konstanten Querschnitt 20a' auf. Im zweiten Ausführungsbeispiel gemäß 5 und 6 weist die Torsionsstabeinheit 20'' über ihre Länge L einen sich verändernden Querschnitt 20b'' auf
  • Die Torsionsstabeinheit 20, 20', 20'' ist an einem Ende drehfest mit dem Aufrollmodul 14, 14', 14'' verbunden, d. h. die Torsionsstabeinheit 20, 20', 20'' bildet mit dem Aufrollmodul 14, 14', 14'' ein Festlager 48', 48''. An einem dem Festlager 48', 48'' gegenüberliegenden Ende bildet die Torsionsstabeinheit 20, 20', 20'' mit dem Aufrollmodul 14, 14', 14'' ein Loslager 50' und 50'', welches eine Drehung des Aufrollmoduls 14, 14', 14'' gegenüber dem von der Torsionsstabeinheit 20, 20', 20'' gebildeten Loslagerteil ermöglicht. An dem festlagerseitigen Ende weist das Aufrollmodul 14, 14', 14'' eine durch eine Sensoreinheit 58', 58'' ansteuerbare Blockiereinrichtung 24', 24'' auf, die eine Kopplung der Torsionsstabeinheit 20, 20', 20'' mit der Spindel 18', 18'' ermöglicht. In vorteilhafter Weise kann eine Anpassung der Gurtaufrolleinheit 10, 10', 10'' an die von der Sensoreinheit 58', 58'' erfassten Daten erfolgen, so dass eine Fehleinstellung der Blockiereinrichtung 24', 24'' erfolgreich verhindert wird. Durch die mögliche Individualisierung der erfindungsgemäßen Gurtaufrolleinheit 10, 10', 10'' in Bezug auf Alter, Größe, Gewicht, Geschlecht können die Gurtkraftniveaus in vorteilhafter Weise individuell an die Insassen angepasst werden. Die Blockiereinrichtung 24', 24'' umfasst eine drehfest mit der Torsionsstabeinheit 20, 20', 20'' verbundene Blockierscheibe 26', 26'' und ein mit der Blockierscheibe 26', 26'' über eine Formschlussverbindung zusammenwirkendes Blockierelement 28', 28'', das drehfest mit dem Aufrollmodul 14, 14', 14'' verbunden ist, so dass sich die Blockierscheibe 26', 26'' zusammen mit dem Aufrollmodul 14, 14', 14'' in einem normalen Aufwickel- und Abwickelbetrieb um die Achse 16', 16'' der Spindel 18', 18'' mitdreht. In den vorliegenden Ausführungsbeispielen deckt die Blockierscheibe 26', 26'' einen Hohlraum 60', 60'' der Spindel 18', 18'' am festlagerseitigen Ende ab. In vorteilhafter Weise erfüllt die Blockierscheibe 26', 26'' eine bauteilsparende Doppelfunktion, indem diese als formschlüssiges Verbindungselement und gleichzeitig als Abschlusselement für den Hohlraum 60', 60'' der Spindel 18', 18'' fungiert. Die Formschlussverbindung ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Rastverbindung 64', 64'' ausgeführt, bei welcher eine Rastklinke 64a', 64a'' in eine Rastverzahnung 64b', 64b'' eingreifen kann, wobei die Rastverzahnung 64b', 64b'' an der Blockierscheibe 26', 26'' und die Rastklinke 64a', 64a'' an dem fahrzeugfesten Blockierelement 28', 28'' vorgesehen ist. Die Betätigung der Blockiereinrichtung 24', 24'' wird von dem Steuersystem 44 gesteuert. Beim Auslösen der Blockiereinrichtung 24', 24'' erfolgt ein Eingriff der Rastklinke 64a', 64a'' des Blockierelements 28', 28'' in die Rastverzahnung 64b', 64b'' der Blockierscheibe 26', 26'', wodurch die Spindel 18', 18'' des Aufrollmoduls 14, 14', 14'' mit der Torsionsstabeinheit 20, 20' und 20'' am Weiterdrehen gehindert wird, d. h. beim Eingriff der fahrzeugfesten Rastklinke 64a', 64a'' in die Rastverzahnung 64b', 64b'' wird die Spindel 18', 18'' mit der Torsionsstabeinheit 20, 20', 20'' gekoppelt und somit gegen Weiterdrehen blockiert. Die Blockiereinrichtung 24', 24'' ist fahrzeugfest gelagert und bewirkt eine gurt bandsensitive und fahrzeugsensitive Blockierung des Aufrollmoduls 14, 14', 14''. Die Aktuatorik der Blockiereinrichtung 24', 24'' kann sich hierbei beispielsweise auf derselben Achse wie die oben erwähnte, angreifende Federeinheit des Aufrollmoduls 14, 14', 14'' befinden.
  • Um eine im Crashfall in dem mindestens einen Gurtband 12, 12', 12'' wirkende Kraft F variabel zu begrenzen, ist die wirksame Länge L der Torsionsstabeinheit 20, 20', 20'' über eine Einstelleinrichtung 30, 30', 30'' einstellbar. Die Einstelleinrichtung 30, 30', 30'' umfasst eine auf der Torsionsstabeinheit 20, 20', 20'' verschiebbare Schlitteneinheit 34', 34'' und eine die Schlitteneinheit 34', 34'' beaufschlagende Antriebseinheit 22, 22', 22''.
  • Die Schlitteneinheit 34', 34'' weist ein Schlittenelement 34a', 34a'' und ein fahrzeugfestes Ankerelement 32', 32'' auf. Das Schlittenelement 34a', 34a'' ist auf der Torsionsstabeinheit 20, 20', 20'' verschiebbar angeordnet und drehfest mit der Torsionsstabeinheit 20, 20', 20'' gekoppelt, so dass eine Verschiebung des Schlittenelementes 34a', 34a'' auf der Torsionsstabeinheit 20, 20', 20'' in Richtung der Achse 16', 16'' der Spindel 18', 18'' möglich und eine Verdrehung des Schlittenelementes 34a', 34a'' um die Achse 16', 16'' der Spindel 18', 18'' entgegen der Torsionsstabeinheit 20, 20', 20'' verhindert wird. Hierfür weist das Schlittenelement 34a', 34a'' eine dem Querschnitt 20a', 20b'' der Torsionsstabeinheit 20, 20', 20'' angepasste Aussparung 52', 52'' zur Aufnahme der Torsionsstabeinheit 20, 20', 20'' und die Spindel 18', 18'' zwei in Richtung der Achse 16', 16'' der Spindel 18', 18'' verlaufende Nuten 54', 54'' zur Aufnahme des Schlittenelementes 34a', 34a'' auf. Die Aussparung 52', 52'' ist derartig ausgebildet, dass sich in der Richtung einer Drehung um die Achse 16', 16'' der Spindel 18', 18'' ein Formschluss zwischen Schlittenelement 34a', 34a'' und Torsionsstabeinheit 20, 20', 20'' ergibt, d. h. eine Verdrehung des Schlittenelementes 34a', 34a'' um die Achse 16', 16'' der Spindel 18', 18'' entgegen der Torsionsstabeinheit 20, 20', 20'' wird verhindert. Die Nuten 54', 54'' sind derartig ausgebildet, dass auch hier eine Verschiebung des Schlittenelementes 34a', 34a'' auf der Torsionsstabeinheit 20, 20', 20'' in Richtung der Achse 16', 16'' der Spindel 18', 18'' möglich ist, und eine Verdrehung des Schlittenelementes 34a', 34a'' um die Achse 16', 16'' der Spindel 18', 18'' entgegen der Torsionsstabeinheit 20, 20', 20'' verhindert wird.
  • In den vorliegenden Ausführungsbeispielen ist die Antriebseinheit 22, 22', 22'' der Einstelleinrichtung 30, 30', 30'' als Elektromotor ausgeführt, der als Gleichstrommotor vorgesehen ist. Die Antriebseinheit 22, 22', 22'' ist hierbei außerhalb der hohlen Spindel 18', 18'' vorzugsweise in einer axialen Verlängerung angeordnet, wobei auch eine Anordnung der Antriebseinheit 22, 22', 22'' innerhalb der Spindel 18', 18'' vorstellbar wäre. Die Antriebseinheit 22, 22', 22'' ist drehfest im Aufrollmodul 14, 14', 14'' bzw. im Fahrzeug 36 befestigt und über eine vorzugsweise koaxial zur Achse 16', 16'' der Spindel 18', 18'' verlaufende Gewindespindel 56', 56'' mit dem Ankerelement 32', 32'' verbunden, wobei es sich anstelle der Gewindespindel 56', 56'' auch um eine Zahnstange oder andere Antriebselemente handeln kann. Zusätzlich kann eine vorzugsweise ebenfalls drehfest angeordnete Positionssensoreinheit 68', 68'' vorgesehen sein, die eine Information darüber liefert, in welcher Position sich die Gewindespindel 56', 56'' und/oder das Ankerelement 32', 32'' befindet, wobei die Gewindespindel 56', 56'' eine mechanische Verbindung zwischen Antriebseinheit 22, 22', 22'' und Ankerelement 32', 32'' darstellt. Das Ankerelement 32', 32'' ist als Scheibe ausgeführt, welche koaxial zu der Achse 16', 16'' der Spindel 18', 18'' und in Richtung zum Festlager 48', 48'' verlaufende Zapfen 62', 62'' aufweist. Im Betrieb der Antriebseinheit 22, 22', 22'' erfolgt eine Rotation der Gewindespindel 56', 56'' und damit eine Verschiebung des Ankerelement 32', 32'' in Richtung der Achse 16', 16'' der Spindel 18', 18'', wobei das Ankerelement 32', 32'' über die Zapfen 62', 62'' das Schlittenelement 34a', 34a'' auf der Torsionsstabeinheit 20, 20', 20'' verschiebt. D. h. erfolgt eine Ansteuerung der Antriebseinheit 22, 22', 22'' durch das Steuersystem 44, so wird die Gewindespindel 56', 56'' durch die Antriebseinheit 22, 22', 22'' axial bewegt. Abhängig von der Drehrichtung der Gewindespindel 56', 56'' wird die wirksame Länge L der Torsionsstabeinheit 20, 20', 20'' vergrößert oder verkleinert.
  • Bei der Wirkung als Lastbegrenzer nach einem Unfall und nach einer Straffung des Gurtbandes 12, 12', 12'' wird die Blockierscheibe 26', 26'' durch den Eingriff der Rastklinke 64a', 64a'' in die Rastverzahnung 64b', 64b'' gegen weitere Drehung festgehalten. Auch das über die Blockiereinrichtung 24', 24'' mit der Blockierscheibe 26', 26'' verbundene Ende der Torsionsstabeinheit 20, 20', 20'' wird gegen Drehung festgehalten. Die Spindel 18', 18'' kann sich jedoch in dem Loslager 50', 50'' gegenüber der Torsionsstabeinheit 20, 20', 20'' weiterdrehen. Da der Formschluss am Festlager 48', 48'' zwischen der Torsionsstabeinheit 20, 20', 20'' und der Spindel 18', 18'' beibehalten bleibt, wird die Torsionsstabeinheit 20, 20', 20'' in sich plastisch verdreht und wirkt als Lastbegrenzer. Die wirksame Länge L der als Lastbegrenzer ausgebildeten Torsionsstabeinheit 20, 20', 20'' wird vor Kollision über die Antriebseinheit 22, 22', 22'' entsprechend eingestellt, d. h. die Antriebseinheit 22, 22', 22'' mit Gewindespindel 56', 56'' wird über ein Steuersignal von dem Steuersystem 44 angesteuert.
  • Bei einem Unfall kann bei blockierter Spindel 18', 18'' bei Vorverlagerung des Fahrzeuginsassen die Wirkung der Lastbegrenzung durch die veränderbare Positionierung des Schlittenelements 34a', 34a'' und damit die Einstellung der wirksamen Länge L der Torsionsstabeinheit 20, 20', 20'' eingestellt werden. Auf diese Weise kann in Abhängigkeit der Unfallschwere, dem Alter und dem Gewicht sowie der Körpergröße und/oder des Geschlechts des Insassen eine adaptive Lastbegrenzung erreicht werden. Die Einstellung der wirksamen Länge L der Torsionsstabeinheit 20, 20', 20'' erfolgt dabei vorzugsweise vor einer Kollision. Eine Einstellung während einer Kollision ist ebenfalls denkbar, wobei die Antriebseinheit 22, 22', 22'' zur Verschiebung des Schlittenelements 34a', 34a'' entsprechend ausgelegt werden muss.
  • Durch die Vorverlagerung des Insassen beim Unfall entsteht die Gurtkraft F. Diese treibt die Spindel 18', 18'' an. Die Spindel 18', 18'' wiederum erzeugt ein Moment M auf das Schlittenelement 34a', 34a'', wobei sich das Moment M aus der Gurtkraft F und einem sich zwischen der Achse 16', 16'' der Spindel 18', 18'' und dem Außenumfang des Schlittenelementes 34a', 34a'' erstreckenden Hebelarm r zusammensetzt, d. h. M = F·r. Dieses Moment M wird vom Schlittenelement 34a', 34a'' auf die Torsionsstabeinheit 20, 20', 20'' übertragen, wobei dies auf Grund des unrunden Querschnitts 20a', 20b'' der Torsionsstabeinheit 20, 20', 20'' möglich ist. Die Torsionsstabeinheit 20, 20', 20'' hat somit die Funktion das Moment M und dadurch die Gurtkraft F zu begrenzen.
  • Wie bereits erwähnt, ist eine Torsionsstabeinheit 20, 20', 20'' zu verwenden, die keinen runden Querschnitt 20a', 20b'' besitzt. Nur dann kann das Schlittenelement 34a', 34a'' ein Moment M über die Torsionsstabeinheit 20, 20', 20'' einbringen. In den 2 bis 6 ist eine Torsionsstabeinheit 20, 20', 20'' mit einem viereckigen Querschnitt 20a', 20b'' zu sehen. Es kann aber auch jede beliebige andere Querschnittsgeometrie, wie beispielsweise Dreieck, Sechskant usw. verwendet werden, solange es nicht möglich ist, das Schlittenelement 34a', 34a'' um die Torsionsstabeinheit 20, 20', 20'' zu drehen. Wichtig ist, dass das Schlittenelement 34a', 34a'' nur einen Freiheitsgrad hat, nämlich die translatorische Bewegungsmöglichkeit in axialer Richtung bzw. in Richtung der Achse 16', 16'' der Spindel 18', 18''. Diese translatorische Bewegung des Schlittenelements 34a', 34a'' wird durch die Antriebseinheit 22, 22', 22'' und die Gewindespindel 56', 56'' ermöglicht, welche das Ankerelement 32', 32'' in axialer Richtung bzw. in Richtung der Achse 16', 16'' der Spindel 18', 18'' bewegt. Ein nicht dargestelltes Federelement könnte die notwendige Gegenkraft aufbringen, um das Schlittenelement 34a', 34a'' in die andere Richtung bzw. in die Gegenrichtung zurückzuschieben. Eine Befestigung des Ankerelements 32', 32'' bzw. der Zapfen 62', 62'' des Ankerelements 32', 32'' mit dem Schlittenelement 34a', 34a'' wäre ebenfalls denkbar, wodurch ein Federelement zum Zurückschieben des Schlittenelementes 34a', 34a'' entfallen könnte.
  • Wie bereits erläutert, hat die Torsionsstabeinheit 20, 20', 20'' die Funktion das Moment M und dadurch die Gurtkraft F zu begrenzen. Aus der Festigkeitsrechnung ergeben sich die Formeln M = G·IP·θ/L bzw. F = G·IP*θ/L·r, wobei M das Moment, F die Gurtkraft, G das materialabhängige Schubmodul, IP das polare Flächenmoment, welches querschnittsabhängig ist, θ der Verdrehwinkel, L die wirksame Länge der Torsionsstabeinheit und r der Radius des vorzugsweise scheibenförmigen Schlittenelementes ist.
  • Anhand der Formeln wird das Prinzip der Momentenbegrenzung bzw. der Gurtkraftbegrenzung durch die Veränderung der wirksamen Länge L der Torsionsstabeinheit 20, 20', 20'' deutlich. Je kleiner das Maß der wirksamen Länge L der Torsionsstabeinheit 20, 20', 20'' ist, desto größer wird die Kraft F und umgekehrt. D. h. wenn eine hohe Begrenzung der Gurtkraft F erforderlich ist, sollte das Schlittenelement 34a', 34a'' so positioniert werden, dass das Maß der wirksamen Länge L der Torsionsstabeinheit 20, 20', 20'' klein ist, wobei 3 genau diese Stellung des Schlittenelementes 34a' zeigt. Wenn eine niedrige Begrenzung der Gurtkraft F erforderlich ist, sollte das Schlittenelement 34a', 34a'' so positioniert werden, dass das Maß der wirksamen Länge L der Torsionsstabeinheit 20, 20', 20'' groß ist, wobei die 2 und 5 diese Stellung des Schlittenelementes 34a', 34a'' zeigen. D. h. je weiter das Ankerelement 32', 32'' über die Gewindespindel 18', 18'' von der Antriebseinheit 22, 22', 22'' in Richtung des Festlagers 48', 48'' bewegt wird, umso höher wird die stufenlose Lastbegrenzung. In der Ausgangsstellung des Ankerelements 32', 32' gemäß 2 und 5, d. h. in der Position des Ankerelements 32', 32'', die am weitesten vom Festlager 48', 48'' entfernt liegt, kann die Torsionsstabeinheit 20, 20', 20'' eine Basislastbegrenzung durchführen. Zur stufenlosen Lastbegrenzung kann nun das Ankerelement 32', 32'' in Richtung des Festlagers 48', 48'' bewegt werden.
  • Fertigungstechnisch werden die Torsionsstabeinheit 20, 20', 20'' und das Schlittenelement 34a', 34a'' vorzugsweise durch einen Pressprozess hergestellt. Wie bereits erwähnt, kann der Querschnitt 20a', 20b'' der Torsionsstabeinheit 20, 20', 20'' jede beliebige Geometrie annehmen, solange gewährleistet ist, dass sich das Schlittenelement 34a', 34a'' nur axial, d. h. in Richtung der Achse 16', 16'' der Spindel 18', 18'' bewegen kann. Das Schlittenelement 34a', 34a'' muss hierzu einen entsprechenden Querschnitt haben. Hierdurch ist die Verdrehsicherung des Schlittenelements 34a', 34a'' auf der Torsionsstabeinheit 20, 20', 20'' und somit allein die translatorische Bewegungsfreiheit gegeben. Weist die Torsionsstabeinheit 20, 20' einen über ihre Länge L konstanten Querschnitt 20a' auf, so kann der Querschnitt des Schlittenelements 34a' dem Querschnitt 20a' der Torsionsstabeinheit 20, 20' im Wesentlichen entsprechen. Weist die Torsionsstabeinheit 20, 20'' einen über ihre Länge L sich verändernden Querschnitt 20b'' auf, so muss der entsprechende Querschnitt des Schlittenelements 34a' größer als der Querschnitt 20b'' der Torsionsstabeinheit 20, 20'' sein, um eine axiale Verschiebung des Schlittenelements 34a'' auf der Torsionsstabeinheit 20, 20'' zulassen zu können.
  • Im Weiteren können andere Antriebseinheitskonzepte ebenfalls zu einer Realisierung führen. Beispielsweise wurde in den obigen Ausführungsbeispielen ein Elektromotor 22 mit einem Spindel- oder Zahnstangenantrieb 56 offenbart, welcher über eine zusätzliche Positionssensoreinheit 68 verfügt, so dass die Position des Ankerelements 32 bzw. der Gewindespindel 56 ermittelt werden kann.
  • Alternativ hierzu lässt sich gemäß 7 der Elektromotor 22 mit der Gewindespindel 56 oder einem Zahnstangengetriebe derart positionieren, indem ein mechanischer Anschlag 70 und 72, also ein definierter mechanischer Zustand angesteuert wird. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel bewegt sich die Gewindespindel 56 zwischen einem ersten Anschlag 70 über eine Mittelposition 74 in ei nen zweiten Anschlag 72 und zurück. Dabei treibt der Elektromotor 22 die Gewindespindel 56 an. Die Gewindespindel 56 ist mit einer Ankergabel 76 verbunden. Eine mechanische Positionierung wird beispielsweise dadurch erreicht, dass in der Mittelposition 74 der Gewindespindel 56 eine in der Welle der Gewindespindel 56 vorhandene Vertiefung 78 einen mechanischen Widerstand darstellt. Zusätzlich ist eine Druckeinheit 80 vorgesehen, die eine Druckfedereinheit 80a und ein durch die Druckfedereinheit 80a beaufschlagtes Druckelement 80b aufweist, wobei das Druckelement 80b vorzugsweise als Kugel ausgeführt ist. Die Druckfedereinheit 80a übt auf die Kugel 80b eine Kraft aus, so dass die Kugel 80b bei Erreichen der Vertiefung 78 einen erhöhten Widerstand zum Weiterdrehen der Welle der Gewindespindel 56 darstellt. Somit muss ein entsprechend höheres Drehmoment aufgebracht werden, um diesen Zustand wieder zu verlassen. Die Endpositionen der Gewindespindel 56 werden durch den ersten Anschlag 70 und den zweiten Anschlag 72 realisiert. Fährt der Elektromotor 22 gegen die Endanschläge 70 und 72, steigt der Motorstrom I gemäß 8 auf Imax. Je nach Motordrehrichtung und Stromhöhe können über eine Logik drei eindeutige Hübe S sensiert beziehungsweise überwacht werden.
  • Alternativ lässt sich auch ein hier nicht dargestelltes Antriebseinheitskonzept realisieren, bei dem ein Hubmagnet mit beispielsweise drei definierten Hüben bzw. Positionen verwendet wird. Dabei muss ein entsprechend hoher Hubmagnetstrom aufgebracht werden, um den gewünschten Hub der Ankergabel zu erreichen.
  • Andere Antriebseinheitsarten sind ebenfalls denkbar. Beispielsweise über eine Bimetall-Feder-Antriebseinheit, die nach dem Prinzip von Formgedächtnis-Metallen beispielsweise drei definierte Hübe bzw. Positionen einnehmen kann. Dabei werden zwei Bimetallfedern wahlweise mit Heizelementen auf definierte Temperatur beheizt. Dadurch können zwei unterschiedlich definierte Hübe dargestellt werden.
  • In 7 und 8 sind beispielhaft drei verschiedene Positionen 70, 72, 74 dargestellt. Selbstverständlich wird ein Fachmann neben den beiden Anschlägen 70 und 72 bei Bedarf zusätzlich oder alternativ zur dargestellten Mittelposition 74 noch weitere nicht dargestellte einstellbare Positionen zwischen den beiden Anschlägen 70 und 72 vorsehen.
  • 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 dem 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.
  • 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 29622181 U1 [0010]
    • - DE 29516628 U1 [0011]
    • - DE 29821801 U1 [0012]
    • - DE 29605200 U1 [0013]
    • - DE 4436810 A1 [0014]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • - ECE-Regelung Nummer 16 [0005]
    • - ECE-Regel 16 [0007]

Claims (10)

  1. Gurtaufrolleinheit (10, 10', 10'') mit mindestens einem Gurtband (12, 12', 12'') und mindestens einem korrespondierenden Aufrollmodul (14, 14', 14'') mit einer auf einer Achse (16', 16'') drehbar gelagerten Spindel (18', 18''), auf der das Gurtband (12, 12', 12'') aufrollbar ist, wobei eine im Crashfall in dem mindestens einen Gurtband (12, 12', 12'') wirkende Kraft (F) durch eine Torsionsstabeinheit (20, 20', 20'') begrenzbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die wirksame Länge (L) der Torsionsstabeinheit (20, 20', 20'') über eine Einstelleinrichtung (30, 30', 30'') einstellbar ist.
  2. Gurtaufrolleinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Torsionsstabeinheit (20, 20', 20'') einen unrunden Querschnitt (20a', 20b'') aufweist.
  3. Gurtaufrolleinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Torsionsstabeinheit (20, 20', 20'') über ihre Länge (L) einen konstanten Querschnitt (20a') und/oder einen sich verändernden Querschnitt (20b'') aufweist.
  4. Gurtaufrolleinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstelleinrichtung (30, 30', 30'') eine auf der Torsionsstabeinheit (20, 20', 20'') verschiebbare Schlitteneinheit (34', 34'') und eine die Schlitteneinheit (34', 34'') beaufschlagende Antriebseinheit (22, 22', 22'') aufweist.
  5. Gurtaufrolleinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitteneinheit (34', 34'') ein auf der Torsionsstabeinheit (20, 20', 20'') verschiebbares, drehfest mit der Torsionsstabeinheit (20, 20', 20'') gekoppeltes Schlittenelement (34a', 34a'') und ein mit dem Schlittenelement (34a', 34a'') verbundenes, fahrzeugfestes Ankerelement (32', 32'') aufweist.
  6. Gurtaufrolleinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Torsionsstabeinheit (20, 20', 20'') innerhalb der hohlen Spindel (18', 18'') angeordnet ist.
  7. Gutaufrolleinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (22, 22', 22'') innerhalb oder außerhalb der Spindel (18', 18'') angeordnet ist.
  8. Gurtaufrolleinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung der Kraft (F) außerhalb des Crashfalls in Abhängigkeit von Informationen über den Insassen, die Insassenposition, das Fahrzeugumfeld, einen Aufprall und/oder Fahrzeugdynamikgrößen erfolgt.
  9. Gurtsystem für ein Insassenschutzsystem in einem Fahrzeug mit mindestens einer Gurtaufrolleinheit (10, 10', 10'') nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
  10. Betriebsverfahren für ein Gurtsystem eines Insassenschutzsystem in einem Fahrzeug mit mindestens einer Gurtaufrolleinheit (10, 10', 10''), die mindestens ein Gurtband (12, 12', 12'') und mindestens ein korrespondierendes Aufrollmodul (14, 14', 14'') mit einer auf einer Achse (16', 16'') drehbar gelagerten Spindel (18', 18''), auf der das Gurtband (12, 12', 12'') aufgerollt wird, umfasst, wobei eine im Crashfall in dem mindestens einen Gurtband (12, 12', 12'') wirkende Kraft (F) durch eine Torsionsstabeinheit (20, 20', 20'') begrenzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die wirksame Länge (L) der Torsionsstabeinheit (20, 20', 20'') über eine Einstelleinrichtung (30, 30', 30'') eingestellt wird.
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