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Stand der Technik
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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.
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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.
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Der
Dreipunktgurt, der einen auch als Retraktor bezeichneten Gurtaufroller
mit einem Gurtstraffer und je nach Ausführungsform auch
mit einem Gurtkraftbegrenzer umfasst, ist heute das am meisten verbaute
Gurtsystem. Im Gegensatz hierzu ist der reine Beckengurt, wie man
ihn heutzutage beispielsweise in Verkehrsflugzeugen findet, aus
nahezu allen Fahrzeuganwendungen verschwunden und in der Regel durch
den Dreipunktgurt ersetzt worden.
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Beim
Dreipunktgurt verläuft das Gurtband von einem Befestigungspunkt
am Sitzgestell oder meistens vom Fahrzeugboden ausgehend über
das Becken des Insassen. In der Schlosszunge befindet sich in heute
typischen Ausführungsvarianten eine Öse in der
das Gurtband umgelenkt wird und von da ab diagonal über
die Brust des Insassen nach oben geführt wird. Durch einen
Umlenkbeschlag, welcher sich in der Regel an der B-Säule
befindet, wird das Gurtband nach unten zum Gurtaufroller oder auch Gurtautomat
geführt. Alternativ 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.
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Für
das Gurtband fordert man allgemein eine breite Form, um im Falle
einer Kollision eine für den Insassen erträgliche
Flächenpressung zu erhalten. Typischerweise besitzen die
Gurtbänder eine Querschnittsbreite von 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.
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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.
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Bei
einem ersten Prinzip sorgt ein Kugelsensor bei einer der ECE-Regel
16 entsprechenden Fahrzeugverzögerung von mindestens
0.45 g oder bei einer Fahrzeugschräglage für eine
Aktivierung des Sperrmechanismus. Dabei wird eine Stahlkugel in
einer definierten Mulde ausgelenkt und sorgt für eine mechanische
Sperrung. Bei einem zweiten Prinzip wird bei einem Auszug von 50
mm und einer gleichzeitigen Auszugsbeschleunigung von mehr als 0.8
g ebenfalls ein Sperrmechanismus aktiviert. Hierbei dient ein Feder-Masse-System
als Sensorik, welches beispielsweise als Fliehkraftregler realisiert
und im Gurtaufroller verbaut ist.
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Da
der Insasse bei einem Unfall möglichst frühzeitig
an die Fahrzeugverzögerung angekoppelt werden soll, wird
typischerweise die überschüssige Gurtlose, die
beispielsweise aufgrund von dicker Kleidung 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.
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Durch
die gezielte Ankopplung kann es zu sehr starken Belastungen für
den Insassen vorwiegend im Kopf- und Thoraxbereich kommen. Diese Belastungsspitzen
können zu teilweise schweren Verletzungen führen
und sollen beispielsweise durch Gurtkraftbegrenzer reduziert werden.
Hierbei basiert das Prinzip der Gurtkraftbegrenzung auf einer Freigabe
des Gurtbandes ab einer bestimmten wirkenden Gurtbandkraft F von
beispielsweise mehr als 3.0 bis 4.5 kN. Generell kann die Kraftbegrenzung
durch mechanische Energiewandlungsprinzipien, wie beispielsweise
durch Zerstörung, z. B. durch Reißnähte am
Gurtband oder Reißbleche, oder durch Verformung, z. B.
durch Torsionsstäbe im Aufroller, oder durch Reibung, z.
B. durch Lamellenbremsen, teilweise auch mehrstufig erfolgen. Durch
die beschriebenen Maßnahmen soll gewährleistet
werden, dass die Energieaufnahme bei 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.
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Die
heute eingesetzten Systeme reduzieren die Gurtkraft beispielsweise über
eine Mechanik auf Basis eines gekoppelten Torsionsstabs oder über eine
Keilbremse. Beispielsweise 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die
Lastbegrenzungssysteme auf Basis von Torsionselementen sind heutzutage
die am weitest verbreiteten und eingesetzten Systeme. Die Gurtkraftbegrenzung
erfolgt hierbei auf mechanische Art, indem das Torsionselement bei
Erreichen eines bestimmten Schwellwertes eine Sollverformung durchführt.
Die Kraftbegrenzung durch Torsionsstäbe wird jedoch bereits
bei der Entwicklung entsprechend konstruktiv und materialbehaftet
umgesetzt, d. h. die Systeme erlauben nur geringe Variationen in
ihrem Begrenzungsniveau und weisen in Bezug auf das Material sehr
geringe Toleranzen auf. Die Einstellungen der Charakteristik werden
in Abstimmung mit dem Automobilhersteller und anderen Systemlieferanten
ausgeführt und sind oft sehr aufwändig. Des Weiteren
ist eine variable Gurtkraftbegrenzung in dem Sinne, dass sie an
einen bestimmten Insassen anpassbar ist und damit eine Individualisierung
des Systems erlaubt, nicht möglich. Dies liegt vornehmlich
daran, dass bedingt durch die konstruktive Ausbildung die Kraftbegrenzung
mehr oder weniger keine Abstufung und damit Variabilität
erlaubt, sondern meist nur 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.
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Die
Auslegung des Systems erfolgt typischerweise auf Personen mit Durchschnittswerten
in Körpergröße und Körpermasse
sowie deren Sitzposition relativ zum Airbagmodul. Weiterhin ist
das oberste Lastbegrenzungsniveau normalerweise an die biomechanischen
Grenzwerte älterer Insassen angepasst und motiviert damit
deutlich das Individualisierungspotenzial der gesamten Gurtkraftbegrenzung. Typischerweise
definieren eben diese Größen eines älteren
Menschen diesen Grenzwert, da sie sich an der Knochenstruktur einer
60-jährigen Person ausrichten, welche in der Regel keine
größeren Kraftniveaus im Schulter- und Thoraxbereich
erträgt. Je nach Crashsituation und Insasse könnte
jedoch ein er höhtes Kraftniveau durchaus zugelassen werden, da
jüngere Personen ein deutlich höheres Kraftniveau
abbauen können.
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Offenbarung der Erfindung
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Die
erfindungsgemäße Gurtaufrolleinheit 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.
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Durch
die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten
Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen
der im unabhängigen Patentanspruch 1 angegebenen Gurtaufrolleinheit möglich.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in
der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt
ein schematisches Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels
eines Gurtsystems für ein Insassenschutzsystem in einem
Fahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Gurtaufrolleinheit.
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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.
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3 zeigt
die erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Gurtaufrolleinheit aus 2, wobei die Einstelleinrichtung
eine Position aufweist, in der ein hohes Gurtkraftbegrenzungsniveau
realisiert wird.
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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.
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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.
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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.
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7 zeigt
eine vereinfachte schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels
einer Antriebseinheit mit einer Gewindespindel, wobei mechanische
Anschläge für die Gewindespindel vorgesehen sind.
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8 zeigt
eine schematische Darstellung eines Strom-Wege-Diagramms der Antriebseinheit aus 7.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Wie
aus 1 ersichtlich ist, umfasst ein Gurtsystem für
ein Insassenschutzsystem in einem Fahrzeug 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.
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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.
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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''.
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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
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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.
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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''.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die
erfindungsgemäße Gurtaufrolleinheit stellt über
die kontinuierlich einstellbare Gurtkraftbegrenzung bzw. die einstellbaren/schaltbaren
Gurtkräfte in vorteilhafter Weise ein ideales Feld für
die Individualisierung des Insassenschutzes zur Verfügung.
Insgesamt können eine entsprechende Ansteuerung der erfindungsgemäßen
Gurtaufrolleinheit und deren Kraftbegrenzung in vorteilhafter Weise
in Abhängigkeit von der Kollisionssituation und damit von
der prognostizierten Crashschwere erfolgen. Durch die mögliche
Individualisierung der erfindungsgemäßen Gurtaufrolleinheit
in Bezug auf Alter, Größe, Gewicht, Geschlecht
können die Gurtkraftniveaus in vorteilhafter Weise individuell
an die Insassen angepasst werden. So kann das Gurtkraftniveau bei
leichtgewichtigen Insassen beispielsweise abgesenkt werden, um im
Crashfall ein ausreichendes Gurtkraftniveau zur Aktivierung der
Gurtkraftbegrenzung und 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
-
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-
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]