DE102009041471A1

DE102009041471A1 - Sicherheitsgurtbandbringer auf der Basis eines aktiven Materials

Info

Publication number: DE102009041471A1
Application number: DE102009041471A
Authority: DE
Inventors: Patrick B. Troy Usoro; Alan L. Grosse Pointe Browne; Steven G. Oxford Corrion; Xiujie Troy Gao; Nancy L. Northville Johnson; Nilesh D. Ann Arbor Mankame; Lawrence C. Ann Arbor Maugh
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2008-09-16
Filing date: 2009-09-14
Publication date: 2010-05-12
Also published as: US8025339B2; US20100066151A1; CN101683838A; CN101683838B

Abstract

Sicherheitsgurtbandbringer mit einem Aktuator aus einem aktiven Material, welcher derart ausgebildet ist, um selektiv zu bewirken, dass sich ein Gurtband-Eingriffmechanismus zwischen einem ausgefahrenen und einem verstauten Zustand verschiebt, wobei im ausgefahrenen Zustand der Mechanismus in ein Sicherheitsgurtband eingreift, um zu bewirken, dass es sich in eine einfachere Anlegeposition verschiebt.

Description

Verwandte Anmeldungen
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität und den Nutzen der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 61/097 501 mit dem Titel „Safety Belt Webbing Presentment Utilizing Active Material Actuation”, eingereicht am 16. September 2008, deren Offenbarungsgehalt hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist.
Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die Offenbarung betrifft allgemein Sicherheitsgurte und im Spezielleren Sicherheitsgurtbringer auf der Basis eines aktiven Materials.
2. Erläuterung des Standes der Technik
Sicherheitsgurte wurden über lange Zeit als Teil von Sicherheitssystemen entwickelt, die z. B. in Kraftfahrzeuganwendungen verwendet wurden. Diese Systeme bestehen allgemein aus einem Sicherheitsgurt, der ein Gurtband bildet. Der Gurt wird auf der Seite des Sitzes gebracht und über den Schoß- oder Brustteil eines Fahrzeugsitzes ausgebreitet und von einem Gurtschloss umklammert. Dies bildet eine kontinuierliche Rückhalteeinrichtung, die einen sitzenden Insassen umgibt und z. B. während Zuständen bei einem plötzlichen Anhalten eines Kraftfahrzeuges schützt. Bedenklicherweise waren diese Systeme üblicherweise fest ausgebildet, was einen Nachteil mit sich bringt. Dieser besteht darin, dass der Gurt entweder leicht zugänglich und immer sichtbar ist, oder dass der Zugang an einem unauffälligeren Ort schwierig ist.
In jüngster Zeit wurden mechanisch oder elektromechanisch angetriebene Gurtbringer entwickelt, die selektiv bewirken, dass sich zumindest ein Abschnitt des Gurtbandes von einem unauffälligen Ort an einen leichter zugänglichen und sichtbaren Ort verschiebt. Diese Systemtypen führen auf dem technischen Gebiet jedoch zu Bedenken insofern, als z. B. oft sperrige und laute mechanische Aktuatoren wie Motoren und Solenoide notwendig sind, die Unterbringungsraum in den engen Grenzen neben dem Sitz beanspruchen. Überdies benötigen herkömmliche Sicherheitsgurtbringer häufig separate Sperrmechanismen, um das Gurtband in dem ausgefahrenen oder verstauten Zustand zurückzuhalten.
Kurzzusammenfassung der Erfindung
In Reaktion auf diese und weitere Anliegen bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen Sicherheitsgurtbandbringer auf der Basis eines aktiven Materials, der derart ausgebildet ist, um selektiv zu bewirken, dass sich das Gurtband, zwischen einem ausgefahrenen und einem verstauten Zustand bewegt. Als solches ist die Erfindung unter anderem dabei hilfreich, physisch beeinträchtigte Benutzer (z. B. Behinderte, ältere Menschen, Kinder etc.) wirksam beim Anlegen ihres Sicherheitsgurts zu unterstützen, und dient zur Erinnerung und zum erhöhten Komfort für alle Benutzer. Die Verwendung einer Betätigung mit einem aktiven Material ist dabei hilfreich, den Bedarf an Unterbringungsraum für den Aktuator zu reduzieren, weniger Teile zu bringen und weniger Lärm (sowohl akustisch als auch in Bezug auf die EMK) während des Betriebes im Vergleich mit herkömmlichen Sicherheitsgurtbringern vorzusehen.
Die Erfindung betrifft allgemein einen selbstständig arbeitenden Sicherheitsgurtbandbringer, der zur Verwendung mit einer Struktur, z. B. einem Fahrzeugsitz, geeignet ist. Der Gurtbringer umfasst einen Aktuator mit zumindest einem Element aus einem aktiven Material, welches dazu dient, eine reversible Umwandlung in einer fundamentalen Eigenschaft zu erfahren, wenn es einem Aktivierungssignal ausgesetzt oder von diesem getrennt ist. Der Aktuator ist antriebstechnisch mit dem Gurtbringer und der festen Struktur gekoppelt und dient dazu, den Gurtbringer infolge der Änderung zu verschieben. Die Erfindung umfasst ferner eine Quelle, die dazu dient, das Signal zu erzeugen, um das Element diesem auszusetzen, und zumindest einen Sensor, der derart ausgebildet ist, um einen Zustand zu detektieren, und kommunikativ mit dem Aktuator und der Quelle gekoppelt ist. Der Sensor und die Quelle sind zusammenwirkend derart ausgebildet, um das Signal nur dann zu erzeugen, wenn der Zustand detektiert wird.
Es werden auch weitere Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung, umfassend die Verwendung des Gurtbringerarmes, den Aktuator mit einem Formgedächtnislegierungsdraht, den Arretierungsmechanismus, greiffähige Finger, Laufelemente und verschiedene Ausgestaltungen von Gurtbringern auf der Basis eines aktiven Materials offenbart. Die Offenlegung wird durch Bezugnahme auf die nachfolgende detaillierte Beschreibung der verschiedenen Merkmale der Offenlegung und die darin enthaltenen Beispiele besser verständlich.
Kurzbeschreibung der verschiedenen Zeichnungsansichten
(Eine) bevorzugte Ausführungsform(en) der Erfindung ist/sind unten ste hend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungsfig. in beispielhaftem Maßstab im Detail beschrieben, wobei:
1 eine perspektivische Darstellung eines Kraftfahrzeugsitzes ist, der ein Sicherheitsgurtsystem mit einem durch ein aktives Material betätigten Gurtbandbringer mit einer rotierenden Hülse gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst;
1a ein Seitenaufriss eines Fahrzeuges ist, das einen Sitz und ein Sicherheitsgurtbringersystem gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst;
2 ein Seitenaufriss eines Sitzes und eines Sicherheitsgurtbandbringers gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist, der ein Laufelement, eine Führungsschiene, einen Schwingarm und Finger umfasst;
2a ein Querschnitt der in 2 gezeigten Finger in einem geöffneten Zustand ist, wobei das Element aus einem aktiven Material aktiviert wurde;
2b ein Querschnitt der in 2 gezeigten Finger in einem normalen Greifzustand ist, wobei das Element aus einem aktiven Material deaktiviert ist;
3 ein schematischer Aufriss eines Sicherheitsgurtbandbringers gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist, der ein/e Zahnrad/Riemenscheibe, einen Formgedächtnis bündelaktuator, ein Zugentlastungssystem, eine Rückstellfeder und eine Leistungsquelle umfasst;
4 ein schematischer Aufriss eines Sicherheitsgurtbandbringers gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist, der Drehfinger und ein Element aus einem Formgedächtnisdraht aufweist, welches mit den Fingern in einem Greif-(in Volllinie gezeigt) und einem geöffneten Zustand antriebstechnisch gekoppelt ist;
5a ein Seitenaufriss eines Sicherheitsgurtbandbringers gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in einem verstauten Zustand gezeigt ist, der einen Drehanker oder eine Beckengurtstrafferhülse, der/die mit dem Gurtband in Eingriff steht, sowie einen Formgedächtnisdrahtaktuator und eine Arretierung, umfasst;
5b ein Seitenaufriss des in 5a gezeigten Gurtbringers ist, wobei der Aktuator aktiviert wurde, die Arretierung eingerückt ist, und bewirkt wurde, dass die Hülse einen ausgefahrenen Zustand erreicht;
6a ein Seitenaufriss eines Sicherheitsgurtbandbringers gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in einem verstauten Zustand gezeigt ist, der einen Anker oder eine flexible Beckengurtstrafferhülse, der/die mit dem Gurtband in Eingriff steht, sowie einen Formgedächtnisstabaktuator und ein Federkörperelement, die koextensiv mit der Hülse gekoppelt sind, umfasst; und
6b ein Seitenaufriss des in 6a gezeigten Gurtbringers ist, wobei der Aktuator aktiviert wurde und bewirkt wurde, dass Hülse einen ausgefahrenen Zustand erreicht.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen selbstständig arbeitenden Sicherheitsgurtbandbringer 10 und ein Verfahren zum selektiven Ausfahren (d. h. Bringen) und Verstauen eines Sicherheitsgurtbandes 12 mithilfe einer Betätigung durch ein aktives Material. Wie in den 1–6b gezeigt, ist der Gurtbringer 10 zur Verwendung mit einem Sicherheitsgurtsystem 14 wie solchen, die in Kraftfahrzeug- und/oder Flugzeuganwendungen eingesetzt werden, geeignet. Das System 14 umfasst ein Gurtschloss (nicht gezeigt), das Sicherheitsgurtband 12, eine Gurtstrafferhülse 16, die ein Ende des Gurtbandes 12 umgibt und den Gurt mit einer festen Struktur 18 (z. B. einem Rahmenelement des zugehörigen Fahrgastsitzes oder dem Boden eines Fahrzeuges etc.) verbindet, sowie ein solides Befestigungselement (z. B. eine Gurtschlosszunge) 20, das mit dem Gurtband 12 gekoppelt und derart ausgebildet ist, um in das Gurtschloss eingesetzt zu werden, um eine festsitzende Verbindung zu bilden. Nach dem Festmachen bewirkt ein Gurtstraffer (ebenfalls nicht gezeigt), dass das Gurtband 12 eine umgebende Rückhalteeinrichtung um einen Insassen herum bildet. Wenngleich mit Bezug auf einen Fahrgastsitz 22 gezeigt und beschrieben, ist einzusehen, dass der erfindungsgemäße Gurtbringer 10 überall eingesetzt werden kann, wo eine Erleichterung der Verwendung des Sicherheitsgurtsystems erwünscht ist.
I. Aktives Material, Erläuterung und Funktion
Wie hierin verwendet, soll der Ausdruck „aktives Material” das bedeuten, was ein Fachmann darunter versteht, und umfasst jedes/n Material oder Verbundstoff, das/der eine reversible Änderung in einer fundamentalen (z. B. chemischen oder intrinsischen physikalischen) Eigenschaft zeigt, wenn es/er einer äußeren Signalquelle ausgesetzt wird. Somit sollen aktive Materialien jene Zusammensetzungen umfassen, die in Ansprechen auf das Aktivierungssignal, welches vom Typ für verschiedene aktive Materialien, von elektrischen, magnetischen, thermischen und dergleichen Feldern sein kann, eine Änderung von Steifigkeitseigenschaften, der Form und/oder Abmessungen zeigen.
Geeignete aktive Materialien zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf Formgedächtnismaterialien wie z. B. Formgedächtnislegierungen (SMA), elektroaktive Polymere (EAP), ferromagnetische SMAs, elektrostriktive Materialien, magnetostriktive Materialien, piezoelektrische Polymere, piezoelektrische Keramiken, verschiedene Kombinationen aus den oben stehenden Materialien und dergleichen. Formgedächtnismaterialien sind allgemein Materialien oder Zusammensetzungen, die die Fähigkeit besitzen, sich an ihre ursprüngliche zumindest eine Eigenschaft wie z. B. die Form zu erinnern, die später abgerufen werden kann, indem ein äußerer Stimulus angewendet wird. Als solches ist die Verformung gegenüber der ursprünglichen Form ein temporärer Zustand. Auf diese Weise können sich Formgedächtnismaterialien in Ansprechen auf ein Aktivierungssignal in die eingelernte Form ändern. Von den geeigneten Materialien sind SMAs und EAPs hierin weiter beschrieben.
Formgedächtnislegierungen (SMAs) beziehen sich allgemein auf eine Gruppe von metallischen Materialien, die die Fähigkeit besitzen, zu einer zuvor definierten Form oder Größe zurückzukehren, wenn sie einem entsprechenden thermischen Stimulus unterworfen werden. Formgedächtnislegierungen sind in der Lage, Phasenumwandlungen zu erfahren, in denen ihre Fließgrenze, Steifigkeit, Abmessung und/oder Form als eine Funktion der Temperatur verändert werden. Der Ausdruck „Fließgrenze” bezieht sich auf eine Spannung, bei der ein Material eine genau angegebene Abweichung von der Proportionalität zwischen Spannung und Dehnung zeigt. Im Allgemeinen können Formgedächtnislegierungen in der Niedrigtemperatur- oder Martensitphase plastisch verformt werden und werden sich, wenn sie einer höheren Temperatur ausgesetzt sind, in eine Austenitphase oder Mutterphase umwandeln und in ihre Form vor der Verformung zurückkehren.
Formgedächtnislegierungen liegen in mehreren verschiedenen temperaturabhängigen Phasen vor. Die am häufigsten verwendeten dieser Phasen sind die sogenannte Martensit- und die Austenitphase, die oben erläutert sind. In der nachfolgenden Erläuterung bezieht sich die Martensitphase allgemein auf die stärker verformbare Phase niedrigerer Temperatur, wohingegen sich die Austenitphase allgemein auf die starrere Phase höherer Temperatur bezieht. Wenn sich die Formgedächtnislegierung in der Martensitphase befindet und erwärmt wird, beginnt sie, sich in die Austenitphase zu ändern. Die Temperatur, bei der dieses Phänomen beginnt, wird oft als Austenit-Anfangstemperatur (A_s) bezeichnet. Die Temperatur, bei der dieses Phänomen endet, wird oft als Austenit-Endtemperatur (A_f) bezeichnet.
Wenn sich die Formgedächtnislegierung in der Austenitphase befindet und abgekühlt wird, beginnt sie, sich in die Martensitphase zu ändern, und die Temperatur, bei der dieses Phänomen beginnt, wird als Martensit-Anfangstemperatur (M_s) bezeichnet. Die Temperatur, bei der der Austenit aufhört, sich in Martensit umzuwandeln, wird oft als Martensit-Endtemperatur (M_f) bezeichnet. Im Allgemeinen sind die Formgedächtnislegierungen in ihrer martensitischen Phase weicher und leichter verformbar und in ihrer austenitischen Phase härter, steifer und/oder starrer. Im Hinblick auf das zuvor Gesagte ist ein geeignetes Aktivierungssignal zur Verwendung mit Formgedächtnislegierungen ein thermisches Aktivierungssignal in einer Größenordnung, die ausreicht, um Umwandlungen zwischen der Martensit- und der Austenitphase zu bewirken.
Formgedächtnislegierungen können abhängig von der Legierungszusammensetzung und der bisherigen Verarbeitung einen Formgedächtniseffekt in eine Richtung, einen intrinsischen Effekt in zwei Richtungen oder einen extrinsischen Formgedächtniseffekt in zwei Richtungen zeigen. Geglühte Formgedächtnislegierungen zeigen typischerweise nur den Formgedächtniseffekt in eine Richtung. Ein ausreichendes Erwärmen anschließend an eine Verformung des Formgedächtnismaterials bei niedriger Temperatur wird die Martensit/Austenit-Umwandlung induzieren und das Material wird seine ursprüngliche, geglühte Form wiedererlangen. Somit werden Formgedächtniseffekte in eine Richtung nur beim Erwärmen beobachtet. Aktive Materialien, die Formgedächtnislegierungszusammensetzungen umfassen, welche Gedächtniseffekte in eine Richtung zeigen, bilden sich nicht automatisch zurück und es ist wahrscheinlich, dass sie eine äußere mechanische Kraft benötigen, um die Form zurückzubilden.
Intrinsische und extrinsische Zweirichtungs-Formgedächtnismaterialien sind durch eine Formänderung sowohl beim Erwärmen von der Martensitphase in die Austenitphase als auch eine zusätzliche Formänderung beim Abkühlen von der Austenitphase zurück in die Martensitphase ge kennzeichnet. Aktive Materialien, die einen intrinsischen Formgedächtniseffekt zeigen, sind aus einer Formgedächtnislegierungszusammensetzung hergestellt, die bewirken wird, dass sich die aktiven Materialien infolge der oben angeführten Phasenumwandlungen automatisch selbst zurückbilden. Ein intrinsisches Formgedächtnisverhalten in zwei Richtungen muss in dem Formgedächtnismaterial durch die Bearbeitung induziert werden. Solche Prozeduren umfassen eine extreme Verformung des Materials während es sich in der Martensitphase befindet, ein Erwärmen/Abkühlen unter Zwang oder Belastung, oder eine Oberflächenmodifizierung durch z. B. Laserglühen, Polieren oder Kugelstrahlen. Sobald dem Material beigebracht wurde, einen Formgedächtniseffekt in zwei Richtungen zu zeigen, ist die Formänderung zwischen den Niedrigtemperatur- und Hochtemperaturzuständen allgemein reversibel und bleibt über viele thermische Zyklen hinweg erhalten. Im Gegensatz dazu sind aktive Materialien, die die extrinsischen Formgedächtniseffekte in zwei Richtungen zeigt, Verbund- oder Mehrkomponentenmaterialien, die eine Formgedächtnislegierungszusammensetzung kombinieren, welche einen Effekt in eine Richtung mit einem weiteren Element zeigen, das eine Rückstellkraft bereitstellt, um die ursprüngliche Form rückzubilden.
Die Temperatur, bei der sich die Formgedächtnislegierung an ihre Hochtemperaturform erinnert, wenn sie erwärmt wird, kann durch geringfügige Änderungen in der Zusammensetzung der Legierung und durch Wärmebehandlung angepasst werden. In Nickel-Titan-Formgedächtnislegierungen kann sie z. B. von über etwa 100°C auf unter etwa –100°C geändert werden. Der Formwiedererlangungsprozess findet über einen Bereich von nur wenigen Graden statt und der Anfang oder das Ende der Umwandlung kann, abhängig von der gewünschten Anwendung und Legierungszusammensetzung, innerhalb von einem oder zwei Graden gesteuert werden. Die mechanischen Eigenschaften der Formgedächtnislegierung variieren stark über den Temperaturbereich, der ihre Umwandlung überspannt, und verleihen dem System typischerweise Formgedächtniseffekte, superelastische Effekte und ein hohes Dämpfungsvermögen.
Geeignete Formgedächtnislegierungsmaterialien umfassen ohne Einschränkung Legierungen auf Nickel-Titan-Basis, Legierungen auf Indium-Titan-Basis, Legierungen auf Nickel-Aluminium-Basis, Legierungen auf Nickel-Gallium-Basis, Legierungen auf Kupferbasis (z. B. Kupfer-Zinklegierungen, Kupfer-Aluminiumlegierungen, Kupfer-Gold- und Kupfer-Zinnlegierungen), Legierungen auf Gold-Cadmium-Basis, Legierungen auf Silber-Cadmium-Basis, Legierungen auf Indium-Cadmium-Basis, Legierungen auf Mangan-Kupfer-Basis, Legierungen auf Eisen-Platin-Basis, Legierungen auf Eisen-Palladium-Basis und dergleichen. Die Legierungen können binär, ternär oder von irgendeiner höheren Ordnung sein, vorausgesetzt die Legierungszusammensetzung zeigt einen Formgedächtniseffekt wie z. B. eine Änderung der Formorientierung, des Dämpfungsvermögens und dergleichen.
Es ist daher einzusehen, dass SMAs für diese Erfindung einen Modulanstieg des 2,5-fachen und eine Abmessungsänderung von bis zu 8% (je nach Vorverformung) zeigen, wenn sie über ihre Martensit/Austenit-Phasenumwandlungstemperatur erwärmt werden. Es ist einzusehen, dass thermisch induzierte SMA-Phasenumwandlungen in eine Richtung verlaufen, sodass ein Vorspannkraft-Rückstellmechanismus (z. B. eine Feder) erforderlich sein würde, um die SMA in ihre Ausgangskonfiguration zurückzubringen, sobald das angelegte Feld weggenommen wird. Eine Ohm'sche Heizung kann verwendet werden, um das gesamte System elektronisch steuerbar zu machen. Spannungsinduzierte Phasenumwandlungen in SMAs verlaufen jedoch von Natur aus in zwei Richtungen. Die Anwendung einer ausreichenden Spannung, wenn sich die SMA in ihrer austenitischen Phase befindet, wird bewirken, dass sie sich in ihre martensitische Phase mit niedrigerem Modul umwandelt, in der sie eine „superelastische” Verformung von 8% zeigen kann. Die Wegnahme der angewendeten Spannung wird bewirken, dass sich die SMA in ihre austenitische Phase zurückstellt und dabei ihre Ausgangsform und den höheren Modul wiedererlangt.
Ferromagnetische SMAs (FSMAs), die eine Unterklasse der SMAs sind, können in der vorliegenden Erfindung ebenfalls verwendet werden. Diese Materialien verhalten sich wie herkömmliche SMA-Materialien, die eine spannungs- oder thermisch induzierte Phasenumwandlung zwischen Martensit und Austenit zeigen. Außerdem sind FSMAs ferromagnetisch und besitzen eine starke magnetokristalline Anisotropie, was zulässt, dass ein äußeres magnetisches Feld die Orientierung/den Anteil von feldausgerichteten martensitischen Varianten beeinflusst. Wenn das magnetische Feld entfernt wird, kann das Material ein vollständiges Formgedächtnis in zwei Richtungen, ein partielles in zwei Richtungen oder eines in eine Richtung aufweisen. Für ein partielles oder Formgedächtnis in eine Richtung kann ein äußerer Stimulus, eine Temperatur, ein magnetisches Feld oder eine Spannung zulassen, dass das Material in seinen Ausgangszustand zurückkehrt. Ein vollkommenes Formgedächtnis in zwei Richtungen kann für eine proportionale Steuerung, bei der eine kontinuierliche Energie zugeführt wird, verwendet werden. Ein Formgedächtnis in eine Richtung ist am nützlichsten für Schienenfüllanwendungen. Äußere magnetische Felder werden in Kraftfahrzeuganwendungen im Allgemeinen über Elektromagneten mit einem weichmagnetischen Kern erzeugt, wenngleich für ein schnelles Ansprechen auch ein Paar Helmholtz-Spulen verwendet werden kann.
Geeignete piezoelektrische Materialien umfassen, sollen jedoch nicht beschränkt sein auf anorganische Verbindungen, organische Verbindungen und Metalle. Was organische Materialien betrifft, so können alle Polymermaterialien mit einer nicht zentralsymmetrischen Struktur und (einer) Gruppe(n) mit einem starken Dipolmoment an der Hauptkette oder an der Seitenkette oder an beiden Ketten innerhalb der Moleküle als geeignete Kandidaten für den piezoelektrischen Film verwendet werden. Beispielhafte Polymere umfassen z. B., sind jedoch nicht beschränkt auf Polynatrium-4-Styrolsulfonat, Poly(Polyvinylamin-Hauptketten-Azochromophor) und ihre Derivate; Polyfluorkohlenwasserstoffe, umfassend Polyvinylidenfluorid, sein Copolymer Vinylidenfluorid („VDF”), Co-Trifluorethylen und seine Derivate; Polychlorkohlenwasserstoffe, umfassend Polyvinylchlorid, Polyvinylidenchlorid und seine Derivate; Polyacrylnitrile und ihre Derivate; Polycarbonsäuren, umfassend Polymethacrylsäure und ihre Derivate; Polyharnstoffe und ihre Derivate; Polyurethane und ihre Derivate; Biomoleküle wie z. B. Poly-L-Milchsäuren und ihre Derivate und Zellmembranproteine wie auch Phosphat-Biomoleküle wie z. B. Phosphodilipide; Polyaniline und ihre Derivate und alle Derivate der Tetramine; Polyamide umfassend aromatische Polyamide und Polyimide, umfassend Kapton und Polyetherimid und ihre Derivate; alle Membranpolymere; Poly-N-Vinylpyrrolidon(PVP)-Homopolymer und seine Derivate und Zufalls-PVP-Co-Vinylacetat-Copolymere; und alle aromatischen Polymere mit Dipolmomentgruppen in der Hauptkette oder Seitenketten oder sowohl in der Hauptkette als auch den Seitenketten, und Mischungen davon.
Piezoelektrische Materialien können Metalle umfassen, die aus der Gruppe gewählt sind, welche aus Blei, Antimon, Mangan, Tantal, Zirconium, Niobium, Lanthan, Platin, Palladium, Nickel, Wolfram, Aluminium, Strontium, Titan, Barium, Calcium, Chrom, Silber, Eisen, Silizium, Kupfer, Legierungen, die mindestens eines der vorhergehenden Metalle umfassen, und Oxiden, die mindestens eines der vorhergehenden Metalle umfassen, besteht. Geeignete Metalloxide umfassen SiO₂, Al₂O₃, ZrO₂, TiO₂, SrTiO₃, PbTiO₃, BaTiO₃, FeO₃, Fe₃O₄, ZnO und Mischungen davon und Verbindungen der Gruppen VIA und IIB wie z. B. CdSe, CdS, GaAs, AgCaSe₂, ZnSe, GaP, InP, ZnS und Mischungen davon. Vorzugsweise ist das piezoelektrische Material aus der Gruppe gewählt, die aus Polyvinylidenfluorid, Bleizirconattitanat und Bariumtitanat und Mischungen daraus besteht.
Materialien, die zur Verwendung als ein elektroaktives Polymer geeignet sind, können jedes/n im Wesentlichen isolierende/n Polymer oder Gummi (oder eine Kombination davon) umfassen, das/der sich in Ansprechen auf eine elektrostatische Kraft verformt oder dessen Verformung zu einer Änderung eines elektrischen Feldes führt. Beispielhafte Materialien, die zur Verwendung als ein vorverformtes Polymer geeignet sind, umfassen Silikonelastomere, Acrylelastomere, Polyurethane, thermoplastische Elastomere, Copolymere mit PVDF, Haftklebstoffe, Fluorelastomere, Polymere, die Silikon- und Acrylkomponenten umfassen, und dergleichen. Polymere, die Silikon- und Acrylkomponenten umfassen, können z. B. Copolymere mit Silikon- und Acrylkomponenten, Polymermischungen mit einem Silikonelastomer und einem Acrylelastomer umfassen.
Materialien, die als ein elektroaktives Polymer verwendet werden, können auf der Basis einer oder mehrerer Materialeigenschaften wie z. B. einer hohen elektrischen Durchbruchsfeldstärke, eines niedrigen Elastizitätsmoduls (für große oder kleine Verformungen), einer hohen Dielektrizitätskonstante und dergleichen ausgewählt sein. In einer Ausführungsform ist das Polymer derart gewählt, dass es einen Elastizitätsmodul von höchstens etwa 100 MPa aufweist. In einer weiteren Ausführungsform ist das Polymer derart ausgewählt, dass es einen maximalen Betätigungsdruck zwischen etwa 0,05 MPa und etwa 10 MPa und bevorzugt zwischen etwa 0,3 MPa und etwa 3 MPa aufweist. In einer weiteren Ausführungsform ist das Polymer derart gewählt, dass es eine Dielektrizitätskonstante zwischen etwa 2 und etwa 20 und bevorzugt zwischen etwa 2,5 und etwa 12 aufweist. Die vorliegende Offenlegung soll nicht auf diese Bereiche beschränkt sein. Idealerweise wären Materialien mit einer höheren Dielektrizitätskonstante als die oben angegebenen Bereiche wünschenswert, wenn die Materialien sowohl eine hohe Dielektrizitätskonstante als auch eine hohe Durchschlagfestigkeit hätten. In vielen Fällen können elektroaktive Polymere als dünne Filme hergestellt und implementiert sein.
Da sich elektroaktive Polymere bei hohen Belastungen durchbiegen können, sollten sich an den Polymeren befestigte Elektroden ebenso durchbiegen, ohne die mechanische oder elektrische Leistung zu beeinträchtigen. Im Allgemeinen können zur Verwendung geeignete Elektroden jede Form aufweisen und aus jedem Material sein, vorausgesetzt, sie sind in der Lage, eine geeignete Spannung an ein elektroaktives Polymer zu liefern oder von diesem eine geeignete Spannung zu empfangen. Die Spannung kann entweder konstant sein oder sich mit der Zeit ändern. In einer Ausführungsform kleben die Elektroden an einer Oberfläche des Polymers. Elektroden, die an dem Polymer kleben, sind bevorzugt fügsam und passen sich der sich verändernden Form des Polymers an. Dementsprechend kann die vorliegende Offenlegung fügsame Elektroden umfassen, die sich der Form eines elektroaktiven Polymers, an dem sie befestigt sind, anpassen. Die Elektroden können nur an einem Abschnitt eines elektroaktiven Polymers angelegt sein und eine aktive Fläche gemäß ihrer Geometrie definieren. Verschiedene zur Verwendung mit der vorliegenden Offenlegung geeignete Arten von Elektroden umfassen strukturierte Elektroden mit Metallspuren und Ladungsverteilungsschichten, texturierte Elektroden mit verschiedenen Maßen außerhalb der Ebene, leitfähige Pasten wie z. B. Kohlepasten oder Silberpasten, kolloidale Suspensionen, leitfähige Materi alien mit einem hohen Aspektverhältnis wie z. B. Kohlenstofffilamente und Kohlenstoff-Nanoröhrchen und Mischungen aus ionisch leitfähigen Materialien.
Materialien, die für Elektroden der vorliegenden Offenlegung verwendet werden, können variieren. Geeignete Materialien, die in einer Elektrode verwendet werden, können Grafit, Ruß, kolloidale Suspensionen und dünne Metalle, umfassend Silber und Gold, silbergefüllte und kohlenstoffgefüllte Gele und Polymere und ionisch oder elektronisch leitfähige Polymere umfassen. Es ist einzusehen, dass bestimmte Elektrodenmaterialien mit gewissen Polymeren gut funktionieren können und mit anderen nicht so gut funktionieren können. Zum Beispiel funktionieren Kohlenstofffilamente gut mit Acrylelastomerpolymeren und nicht so gut mit Silikonpolymeren.
II. Beispielhafte Konfigurationen, Verfahren und Anwendungen
Wendet man sich der strukturellen Konfiguration der Erfindung zu, so sind in den 1–6b verschiedene Ausführungsformen eines aktiven Sicherheitsgurtbandbringers 10 gezeigt. In allen veranschaulichten Ausführungsformen umfasst der Gurtbringer 10 einen Gurtband-Eingriffmechanismus 24, der verschiebbar mit der festen Struktur 18 verbunden ist, sodass er in der Lage ist, einen ausgefahrenen und einen verstauten Zustand relativ dazu zu erreichen. Das heißt, der Mechanismus 24 kann drehbar, flexibel oder durch eine/n rekonfigurierbare/n Vorrichtung, Körper oder Anordnung verschiebbar an der Struktur 18 befestigt oder mit dieser gekoppelt sein, sodass seine räumliche Positionierung angepasst werden kann, ohne den Mechanismus 24 von der Struktur 18 abzunehmen. Als solches soll der Ausdruck „verschiebbar” Dreh-, Rotations-, teleskopartige, Gleit-, Rekonfigurierungs- und andere dynamische Aktionen umfassen. Der Eingriffmechanismus 24 kann sich außerhalb des Systems 14 befinden (z. B. die Schwingarmkonfiguration von 2) oder das System 14 ausmachen (z. B. die rekonfigurierbare Hülsenkonfiguration der 1 und 5–6). Die verschiedenen gezeigten Ausführungsformen können einzeln oder in Kombination mit anderen Ansätzen verwendet werden, um die individuell benötigte Kraft zu reduzieren.
Der Gurtbringer 10 umfasst einen Aktuator 26, der zumindest ein Element 28 verwendet, welches ein aktives Material umfasst, wie allgemein in Teil (I) beschrieben. Der Aktuator 26 ist derart ausgebildet, dass er, wenn das Material aktiviert oder deaktiviert wird (z. B. wenn ein thermisch aktiviertes Material einer Umwandlungswärmeenergie ausgesetzt wird oder bewirkt wird, dass es einer Ohm'schen Erwärmung durch einen elektrischen Strom unterworfen ist, ein magnetorestriktives Element einem magnetischen Feld ausgesetzt wird, oder ein spannungsaktiviertes Element einer Umwandlungskraft ausgesetzt ist) eine Antriebskraft erzeugt. Der Aktuator ist derart mit dem Mechanismus 24 gekoppelt, dass die Kraft wirksam ist, um zu bewirken, dass sich der Mechanismus 24 verschiebt, rekonfiguriert oder sonst wie in den ausgefahrenen oder verstauten Zustand bewegt.
Wie in den 3 und 5 gezeigt, umfasst der bevorzugte Gurtbringer 10 einen Zugentlastungsmechanismus 30, welcher derart ausgebildet ist, um eine Spannungs-/Zugentlastung innerhalb des Elements 28 herbeizuführen, wenn das Ausfahren des Mechanismus 24 blockiert ist. Der veranschaulichte Zugentlastungsmechanismus 30 ist funktionell zwischen dem Element 28 und der festen Struktur 18 verbunden und besitzt die Funktion, einen sekundären Arbeitsausgangsweg bereitzustellen, um das Element 28 von übermäßiger/m Spannung und Zug zu entlasten. Im Spezielleren ist in der veranschaulichten Ausführungsform eine Zugentlastungs feder 32 mechanisch in Reihe mit dem Element 28 verbunden und weist eine ausreichend steife Federkonstante auf, die eine normale Betätigung und Handhabung des Mechanismus 24 zulässt, wenn er freigegeben ist, aber durch das Element 28 streckbar ist, wenn die Betätigungskraft eine vorbestimmte Schwelle überschreitet, die größer ist als normal (was der Fall ist, wenn sich der Mechanismus 24 nicht bewegen kann). Es kann auch ein Hebel (nicht gezeigt) vorgesehen sein, um der Feder 32 einen mechanischen Vorteil hinzuzufügen und/oder die Unterbringung zu erleichtern.
Der bevorzugte Gurtbringer 10 umfasst auch einen Arretierungsmechanismus 34 wie z. B. eine elektromagnetische Arretierung, eine Permanentmagnet-Arretierung, eine Arretierung auf MR-Basis, eine durch ein aktives Material betätigte federbelastete Stiftarretierung oder eine andere geeignete Arretierung. Zum Beispiel, und wie in 5 gezeigt, kann ein Stift 34a an der Hülse 16 befestigt sein und bewirkt werden, dass er im ausgefahrenen Zustand (5b) mit einem Riegel 34b in Eingriff tritt. Es ist einzusehen, dass alternativ eine Sperrklinke und eine Zahnstange oder ein Zahnrad mit dem Mechanismus 24 und der Struktur 18 gekoppelt sein können, die derart ausgebildet sind, um selektiv eine Bewegung in zumindest eine Richtung zu verhindern.
Wenn eine Betätigung in eine Richtung vorgesehen ist, ist zumindest eine Rückstellfeder 36 antagonistisch mit dem Aktuator 26 gekoppelt und dient dazu, zu bewirken, dass der Mechanismus 24 in den ursprünglichen Zustand zurückkehrt, wenn das Element 28 deaktiviert ist (2, 3 und 5a). Schließlich ist einzusehen, dass zusätzliche Federn und/oder Dämpfer (nicht gezeigt) eingebaut sein können, um die Sanftheit der Gurtbringung zu verbessern.
In einer ersten Ausführungsform, die in 2 gezeigt ist, umfasst der Eingriffmechanismus 24 einen verschiebbaren Arm 38, der durch ein Formgedächtnisdrahtelement 28 angetrieben ist; es ist jedoch bestimmt einzusehen, dass in dieser Konfiguration und in jeder der vielen hierin beschriebenen Ausführungsformen die Verwendung der Form „Draht” beispielhaft ist, sodass das Element 28 andere geeignete geometrische Formen/Konfigurationen aufweisen kann, und zwar beispielsweise Federn, Bänder, Kabel und gewalzte Bleche. An dem proximalen Ende 38a ist der Arm 38 drehbar mit einem Laufelement 40 gekoppelt, das entlang einer Führungsschiene 42 läuft. Die Führungsschiene 42 ist fest mit der festen Struktur 18 verbunden. An dem distalen Ende 38b des Armes 38 ist zumindest ein und stärker bevorzugt eine Vielzahl von Fingern 44 derart ausgebildet, um das Sicherheitsgurtband 12 mitzunehmen. Stärker bevorzugt ist der Aktuator 26 antriebstechnisch mit dem Laufelement 40 und dem Arm 38 gekoppelt, sodass eine Aktivierung bewirkt, dass das Laufelement 40 verschoben wird und sich der Arm 38 in den ausgefahrenen Zustand dreht. Es ist einzusehen, dass eine Aktivierung alternativ derart ausgebildet sein kann, zu bewirken, dass der Arm 38 und/oder das Laufelement 40 den verstauten Zustand erreicht/en. Es ist auch einzusehen, dass (eine) Druck- und Torsionsrückstellfeder(n) 36 antriebstechnisch mit dem Laufelement 40 bzw. dem Arm 38 gekoppelt sein kann/können. Schließlich ist einzusehen, dass diese Ausführungsform ohne das Laufelement 40 ausgeführt werden kann, wobei der Arm 38 jedoch an der festen Struktur 18 angelenkt ist.
Am stärksten bevorzugt bewirkt in dieser Konfiguration bei einer Aktivierung des Elements 28 die Änderung in der fundamentalen Eigenschaft, dass das Laufelement 40 entlang der Führungsschiene 42 nach vorne gleitet, sich der Arm 38 nach vorne zu dem Insassen hin dreht, und sich die Finger 44 in einen offenen Zustand trennen. Nachdem das Aktivierungs signal beendet ist, ist/sind die Feder/n 36 wirksam, um das Laufelement 40 und den Arm 38 zurück in den verstauten Zustand und die Finger 44 in den Greifzustand zu bewegen. Somit ist einzusehen, dass ein einziges Element 28 verwendet werden kann, um das Laufelement 40, den Arm 38 und die Finger 44 zu betätigen.
In den 2a und 2b ist ein separates Element 28a derart ausgebildet, um zu bewirken, dass die Finger 44 einen offenen und einen Greifzustand erreichen. Hier ist ein Federkörper 46 mit den Fingern 44 gekoppelt oder definiert diese, der im Greifzustand (2b) eine Spannung von null aufweist. Das Element 28a ist mit der Außenseite des Federkörpers 46 gekoppelt, sodass bei einer Aktivierung bewirkt wird, dass sich der Federkörper 46 „anspannt” und öffnet, wie in 2a gezeigt. Es ist einzusehen, dass in diesem Zustand die Finger 44 in der Lage sind, leichter in das Gurtband 12 einzugreifen; dadurch erfolgt eine Aktivierung bevorzugt genau vor der Betätigung des Hauptaktuators 26. Wenn das Aktivierungssignal endet, kehrt der Federkörper 46 in seine Position von 2b mit einer Spannung von null zurück. Es ist einzusehen, dass es in dieser Konfiguration einfacher ist, die Finger 44 unterzubringen.
In der bevorzugten Ausführungsform, die in 3 abgebildet ist, ist der Arm 38 antriebstechnisch mit einem Aktuator 26 gekoppelt, der eine Vielzahl von SMA-Drähten 48, vorzugsweise in einer zusammenwirkend arbeitenden Kabel- oder Bündelkonfiguration, und einen Verstärkermechanismus 50 umfasst. Der Mechanismus 50 kann zumindest einen Hebel (nicht gezeigt), ein Verbindungselement (ebenfalls nicht gezeigt), ein Zahnrad 52 und/oder eine Riemenscheibe 54 umfassen und dazu dienen, je nach verfügbarem Aktivierungshub entweder eine Verschiebung oder eine Kraft zu verstärken. Alternative Ausführungsformen könnten andere gleichwertige Verschiebungsvorrichtungen verwenden, um eine große Verschiebung zu erzielen, wenn der Aktuator 26 aktiviert wird. Eine Rückstellfeder 36 verbindet den Gurtbringerarm 38 mit der Struktur 18 und dient dazu, den Arm 38 in den verstauten Zustand zurückzubringen. Wenn das SMA-Drahtbündel 48 ausreichend abgekühlt ist, bewirkt die Rückstellfeder 36, dass der Gurtbringerarm 38 die verstaute Position erreicht, wodurch zugelassen wird, dass das Gurtband 12 an den unauffälligen Ort zurückkehrt. Wenn das SMA-Drahtbündel 48 auf eine Temperatur über seiner Umwandlungstemperatur erwärmt wird, zieht es sich zusammen und bewirkt, dass der Gurtbringerfinger 44 das Gurtband 12 in die Gurtbringposition bewegt. Wie zuvor erwähnt, kann ein Zugentlastungsmechanismus 30 zwischen den SMA-Drähten 48 und der Struktur 18 verbunden sein, um die Drähte 48 vor übermäßiger/m Spannung oder Zug zu schützen.
Es ist einzusehen, dass alternativ, um eine Druckkraft zu bewirken, das SMA-Bündel 48 durch eine Formgedächtnisfeder ersetzt sein könnte, die in der Martensitphase eine Federkonstante aufweist, welche kleiner ist als die der Rückstellfeder 36, und in der Austenitphase eine Federkonstante aufweist, welche größer ist als die Rückstellfederkonstante. Hier ist die bevorzugte Rückstellfeder 36 eine Druckfeder, die eine Vorspannkraft auf den Mechanismus 24 in Richtung des ausgefahrenen Zustands ausübt, und die Verbindungen zwischen der SMA-Feder und der Rückstellfeder sind starr. Schließlich, wie zuvor erwähnt, kann eine Arretierung 34 eingebaut sein, um den Eingriffmechanismus 24 in dem ausgefahrenen Zustand zurückzuhalten, wenn die Spannungsversorgungs-/Signalquelle 56 zum Erwärmen der SMA-Drähte 48 ausgeschaltet ist.
In 4 definiert der Gurtbringerarm 38 eine Rotationsachse p parallel zu der Querrichtung des Fahrzeuges (nicht gezeigt). Ähnlich wie in den 2–2b weist der Arm 38 ein Paar zusammenwirkend arbeitender und drehbarer Finger 44 an oder nahe dem distalen Ende 38b des Armes 38 auf.
Im Spezielleren sind die Finger 44 zwischen dem in Volllinie gezeigten Greifzustand, in dem die Finger 44 Langsachsen definieren, die allgemein rechtwinklig zu der des Armes 38 stehen, und einem offenen Zustand drehbar, in dem die Achsen allgemein parallel zu der Längsachse des Armes 38 stehen. Die Finger 44 sind in der Lage, in das Gurtband 12 einzugreifen, wenn sie sich im Greifzustand befinden.
In dieser Konfiguration ist das bevorzugte Formgedächtniselement 28 ferner antriebstechnisch mit jedem Finger 44 an gegenüberliegenden Seiten der dadurch definierten Drehachsen gekoppelt (4), sodass beim Zusammenziehen bewirkt wird, dass der obere Finger nach unten schwingt und bewirkt wird, dass der obere Finger nach oben schwingt, wie veranschaulicht. Das heißt, ein einziger SMA-Draht kann funktionell mit den Fingern 44 und dem Arm 38 verbunden und derart ausgebildet sein, um zu bewirken, dass sich die Finger 44 zu dem Greifzustand hin drehen, wenn bewirkt wird, dass sich der Arm 38 verschiebt. Stärker bevorzugt rotiert eine Aktivierung der Drähte 28 die Finger 44, bevor sie den Arm 38 rotiert. Es ist einzusehen, dass alternativ eine Aktivierung verwendet werden kann, um die Finger 44 in Richtung eines verstauten Zustands zu drehen, z. B. durch Umdrehen der Drehachsen der Finger 44, wobei eine Rückstell-/Vorspannfeder (nicht gezeigt) entgegengesetzt arbeitet, um die Finger 44 in Richtung des Greifzustands zu treiben, und selektiv freigegeben wird.
In der Ausführungsform, die in den 5a, b gezeigt ist, ist der Eingriffmechanismus 24 aus einer Sicherheitsgurtbandhülse 16, die drehbar mit der festen Struktur 18 verbunden ist, oder einem Laufelement 40 zusammengesetzt, wie zuvor beschrieben. Eine Klaue 58 ist fest an der Hülse 16 angebracht und schneidet orthogonal die Drehachse p. Der Aktuator 26 besteht allgemein aus zumindest einem Formgedächtnisdraht 28, der mit dem distalen Ende der Klaue 58 und an dem anderen Ende mit der festen Struktur 18 verbunden ist. Alternativ kann der Aktuator 26 direkt an der Hülse 16 angebracht sein, ohne dass die Klaue 58 erforderlich ist. Es ist einzusehen, dass, anstatt den Aktuator 26 an der Hülse anzubringen, der Aktuator 26 an einem Gurtbringerarm angebracht sein kann, der derart ausgebildet ist, um das Gurtband 12 und/oder die Hülse 16 aus der verstauten Position in die Bringposition zu bewegen, wenn er aktiviert ist. Der Aktuator 26 kann an der Hülse oder dem Gurtbringerarm auch mithilfe von Verbindungselementen, Hebeln, Zahnrädern und/oder Riemenscheiben angebracht sein. In dieser bevorzugten Ausführungsform kann das Element 28 zumindest einen und stärker bevorzugt eine Vielzahl von SMA-Drähten 28 umfassen, um Redundanz und zusätzliche Funktionalität vorzusehen. Wenn durch ein thermisches Aktivierungssignal bewirkt wird, dass er sich zusammenzieht, überträgt der Draht 28 eine lineare Kraft an dem Verbindungspunkt der Klaue 58, die ein Moment um die Drehachse herum verursacht. Eine Zugentlastungsfeder 32 kann zwischenliegend zwischen dem Draht 28 und der Struktur 18 gekoppelt sein, wie gezeigt (5). Es ist einzusehen, dass andere Energiespeicher/-abfuhrelemente anstelle oder zusätzlich zu der Feder 36 verwendet werden können, wie z. B. ein Band aus einem elastischen Material oder die durch den Sicherheitsgurtspanner (nicht gezeigt) verursachte Gurtzugkraft.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Hülse 16 fest an der Struktur 18 angebracht, aber als flexible, zusammenklappende, teleskopische oder dergleichen Konfiguration vorhanden sein, sodass das Gurtband 12 verschiebbar an der Struktur 18 befestigt ist. In 6 ist die Hülse 16 z. B. aus einer oder mehreren Lagen eines verformbaren (z. B. geschmeidigen) Materials 60 wie z. B. einer natürlichen oder gewebten Faser, Haut, Folie oder Hülle gebildet. Die Hülse 16 umfasst ein inneres Spannkörperelement 64, das sich mit der/den Lage/n 60 zusammen in Längsrichtung erstreckt und die Hülse 16 in Richtung der verstauten (6a) oder der ausgefahrenen Konfiguration vorspannt. Das Element 28 besteht vorzugsweise aus einem widerstandsflexiblen Formgedächtnis(z. B. SMA)-Stab 62, der mit der festen Struktur 18 verbunden und derart ausgebildet ist, um deaktivierte und aktivierte Formen zu erreichen, die wiederum die Form der Hülse 16 ändern. Im Spezielleren, in 6a, sind sowohl das Spannkörperelement 64 als auch der Stab 62 in einer deaktivierten, normal gebogenen Konfiguration vorhanden; bei einer Aktivierung zieht sich der Stab zusammen und wird daher gerade (6b) und bewirkt daher, dass das Element 64 und die Hülse 16 gerade werden, und das sich Gurtband 12 zurücksetzt. Es ist einzusehen, dass alternativ ein äußerer SMA-Draht 28 mit dem Stab 62 verbunden sein kann oder stattdessen oder zusätzlich dazu verwendet werden kann, um zu bewirken, dass sich ein anderweitig widerstandsflexibler Körper wie z. B. das flexible Element 64 selektiv biegt (in 6a als verdeckte Linie gezeigt).
In einem bevorzugten Modus eines Kraftfahrzeugbetriebes kann die Signalquelle 56 (1 und 1a) ein Ladesystem eines Fahrzeuges 66 sein und betrieben werden, um ein Signal zu erzeugen und dem Element 28 zuzuführen, welches ausreicht, um das Material zu aktivieren. Es ist einzusehen, dass das Signal abhängig von dem speziellen verwendeten aktiven Material ein elektrisches, thermisches, spannungsbezogenes, chemisches, magnetisches oder dergleichen sein kann. In dieser veranschaulichten Ausführungsform ist das Element 28 über eine Hardware- oder drahtlose Technologie mit der Quelle 56 gekoppelt. Ein Controller 68 ist zwischenliegend mit der Quelle 56 und dem Element 28 gekoppelt und derart programmierbar ausgebildet, um selektiv zu bewirken, dass das Element 28 dem Signal ausgesetzt wird. Der Controller 68 kann z. B. derart ausgebildet sein, um das Element 28 für eine vorbestimmte Dauer (z. B. 10 Sekunden) nach Empfang eines Eingangssignals zu aktivieren, wobei das Eingangssignal zum Beispiel vom Starten des Fahrzeuges 66 herrührt. Wenn eine Vielzahl von Drähten 48 verwendet wird, kann der bevorzugte Controller 68 separat daran gekoppelt sein, um jeden Draht einzeln zu steuern. Dies führt zu der Möglichkeit, die Betätigungskraft und/oder -dauer zu variieren.
Stärker bevorzugt dient zumindest ein Sensor 70 dazu, einen Zustand von Interesse zu detektieren, ist kommunikativ gekoppelt und derart ausgebildet, um das Eingangssignal an den Controller 68 zu senden, wenn der Zustand detektiert wird. Im Spezielleren sind der Controller 68 und der Sensor 70 zusammenwirkend derart ausgebildet, um festzustellen, wann eine Gurtbandausfahrsituation eintritt, entweder wenn der Zustand detektiert wird, oder ein nicht konformer Zustand durch einen weiteren Vergleich mit einer vorbestimmten Zustandsschwelle festgestellt wird. Wenn ein Auftreten festgestellt wird, ist das Element 28 dem Signal ausgesetzt, bis es aktiviert wird, um das Gurtband 12 zu bringen. In der Alternative kann der umgekehrte Vorgang zum Verstauen angewendet werden, wobei eine Arretierungsentriegelung betätigt wird, um ein selektives Ausfahren zu bewirken.
Der Auslösezustand kann die Tätigkeit des Öffnens oder Schließens einer Fahrzeugtür 72, das Einnehmen des Insassensitzes 22, das Anlegen oder Öffnen des Gurtschlosses, das Ein- oder Ausschalten des Zündschalters 74, das Stellen des Fahrzeuggetriebes 76 in die Park- oder Neutralposition, das Stellen des Fahrzeuggetriebes 76 aus der Park- oder Neutralposition, das Anhalten des Fahrzeuges 66, das Bewegen des Fahrzeuges 66 oder jede Kombination der oben genannten sein (1a). Der bevorzugte Controller 68 ist derart ausgebildet, dass er, sobald das Element 28 aktiviert ist, das Signal nach einer vorbestimmten Dauer (z. B. 10 Sekunden) unterbricht, um dem Insassen ausreichend Gelegenheit zu bieten, seinen oder ihren Sicherheitsgurt anzulegen. Es ist einzusehen, dass alternativ, wenn thermisch aktivierte Elemente 28 verwendet werden, eine verzögerte Rückstellung, die eine entsprechende Ausfahrdauer zur Folge hat, bewerkstelligt werden kann, indem das Element 28 so isoliert wird, dass die Abkühlrate reduziert ist.
Die hierin offenbarten Bereiche sind inklusive und kombinierbar (z. B. Bereiche von „bis zu etwa 25 Gewichts-% oder im Spezielleren etwa 5 Gewichts-% bis etwa 20 Gewichts-%” sind inklusive der Endpunkte und aller Zwischenwerte der Bereiche von „etwa 5 Gewichts-% bis etwa 25 Gewichts-%” usw.). „Kombination” ist inklusive Mischungen, Gemischen, Legierungen, Reaktionsprodukten und dergleichen. Ferner bezeichnen die Ausdrücke „erste/r/s”, „zweite/r/s” und dergleichen hierin keinerlei Reihenfolge, Menge oder Wichtigkeit, sondern dienen dazu, ein Element von einem anderen zu unterscheiden, und die Begriffe „ein/e/s” bezeichnen hierin keine Beschränkung einer Menge, sondern bezeichnen das Vorhandensein von zumindest einem der Elemente, auf die Bezug genommen wird. Die Angabe „etwa”, die in Verbindung mit einer Größe verwendet wird, versteht sich einschließlich des angegebenen Werts und besitzt die durch den Kontext bestimmte Bedeutung (umfasst z. B. den der Messung der speziellen Größe zugehörigen Fehlergrad). Das Suffix „(s)”, wie hierin verwendet, soll sowohl den Singular als auch den Plural des Begriffes umfassen, den es modifiziert, und umfasst daher einen oder mehrere von diesem Begriff (z. B. umfasst/en der/die Farbstoff/e einen oder mehrere Farbstoffe). Die Bezugnahme über die gesamte Beschreibung auf „eine bestimmte Ausführungsform”, „eine weitere Ausführungsform”, „eine Ausführungsform” und dergleichen bedeutet, dass ein bestimmtes Element (z. B. ein Merkmal, eine Struktur und/oder eine Eigenschaft), das in Verbindung mit der Ausführungsform beschrieben ist, in zumindest einer hierin beschriebenen Ausführungsform enthalten ist und in anderen Ausfüh rungsformen vorhanden sein kann oder nicht. Darüber hinaus sollte einzusehen sein, dass die beschriebenen Elemente auf jede beliebige geeignete Weise in den verschiedenen Ausführungsformen kombiniert sein können.

(Ein) geeignete(s) Algorithmen, Verarbeitungsvermögen und Sensoreingänge im Hinblick auf diese Offenlegung sind dem Fachmann überlassen. Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben; für den Fachmann wird einzusehen sein, dass verschiedene Änderungen vorgenommen und Elemente davon durch Äquivalente ersetzt sein können, ohne von dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Überdies können zahlreiche Abwandlungen vorgenommen werden, um ein/e bestimmte/s Situation oder Material an die Lehre der Erfindung anzupassen, ohne von deren wesentlichem Schutzumfang abzuweichen. Die Erfindung soll daher nicht auf die spezielle Ausführungsform beschränkt sein, die als beste Art, die Offenlegung auszuführen, in Erwägung gezogen wird. Vielmehr wird die Offenlegung alle Ausführungsformen einschließen, die in den Schutzumfang der beiliegenden Ansprüche fallen.

	Bezugszeichenliste
	P003207-RD-MJL

10	Gurtbringer
12	Sicherheitsgurtband
14	Sitzgurt-Sicherheitssystem
16	Gurtstrafferhülse
18	Struktur (z. B. Sitz)
20	Dauerhafte Struktur (Gurtschlosszunge)
22	Sitz
24	Eingriffmechanismus
26	Aktuator
28	Element aus einem aktiven Material
30	Zugentlastung
32	Zugentlastungsfeder
34	Arretierung 34a Stift; 34b Riegel
36	Rückstellfeder
38	Verschiebbarer Arm
38a	Proximales Ende
38b	Distales Ende
40	Laufelement
42	Führungsschiene
44	Finger
46	Federkörper
48	SMA-Drähte/Bündel
50	Verstärkungsmechanismus
52	Zahnräder
54	Riemenscheibe
56	Spannungsversorgung
58	Klaue
60	Hülle
62	Inneres flexibles Element
64	SMA-Stab
66	Fahrzeug
68	Controller
70	Sensor
72	Fahrzeugtür
74	Zündschalter

Claims

Selbstständiger Sicherheitsgurtbandbringer, der zur Verwendung mit einer Struktur und einem Sicherheitsgurtband geeignet ist, wobei der Gurtbringer umfasst: einen Eingriffmechanismus, der mit dem Sicherheitsgurtband antriebstechnisch gekoppelt und verschiebbar ist, um zu bewirken, dass er einen ausgefahrenen und einen verstauten Zustand in Bezug auf die Struktur erreicht, wobei bewirkt wird, dass das Gurtband einen ausgefahrenen bzw. einen verstauten Zustand erreicht; einen Aktuator der zumindest ein Element aus einem aktiven Material umfasst, welches dazu dient, eine reversible Änderung in einer fundamentalen Eigenschaft zu erfahren, wenn es einem Aktivierungssignal ausgesetzt oder von diesem getrennt ist, um so aktiviert bzw. deaktiviert zu werden, und der antriebstechnisch mit dem Mechanismus gekoppelt ist, um zu bewirken, dass sich der Mechanismus infolge der Änderung in einen von dem ausgefahrenen und dem verstauten Zustand verschiebt; und eine Quelle, die dazu dient, das Signal zu erzeugen, um das Element diesem auszusetzen.
Gurtbringer nach Anspruch 1, wobei der Mechanismus drehbar mit der Struktur gekoppelt ist, um eine Rotationsachse zu definieren, der Aktuator dazu dient, ein Moment um die Achse herum zu produzieren und der Mechanismus aus einem starren Material zusammengesetzt ist, sodass das Moment in der Lage ist, zu bewirken, dass der Mechanismus um die Achse herum rotiert.
Gurtbringer nach Anspruch 1, wobei der Mechanismus fest mit der Struktur verbunden ist, ein flexibles Element umfasst und ein freies eingreifendes Ende definiert, und das Element aus einem aktiven Material antriebstechnisch mit dem Element gekoppelt ist, sodass eine Aktivierung des Elements bewirkt, dass sich der Mechanismus biegt, das Ende verschoben wird, und das Gurtband einen von dem ausgefahrenen und dem verstauten Zustand erreicht.
Gurtbringer nach Anspruch 1, wobei der Aktuator ferner einen Zugentlastungsmechanismus umfasst, der funktionell mit dem Element gekoppelt ist.
Gurtbringer nach Anspruch 1, wobei der Mechanismus ein Anker oder eine Beckengurtstrafferhülse ist.
Gurtbringer nach Anspruch 1, wobei das Element aus einem aktiven Material eine Formgedächtnislegierungsfeder ist, die eine erste Federkonstante aufweist, wenn sie deaktiviert ist, und eine zweite Konstante aufweist, die größer ist als die erste, wenn sie aktiviert ist.
Gurtbringer nach Anspruch 1, wobei das Element thermisch aktiviert und isoliert ist, sodass nach dem Aufhören des Aktivierungssignals das Element für eine vorbestimmte Dauer aktiviert bleibt.
Gurtbringer nach Anspruch 1, welcher ferner umfasst: zumindest ein Zahnrad, eine Riemenscheibe, ein Verbindungselement oder einen Hebel, das/die/der zwischenliegend mit dem Mechanismus und dem Aktuator gekoppelt ist, wobei die Änderung ei ne Kraft auf den Mechanismus ausübt und die Kraft bewirkt, dass sich der Mechanismus verschiebt, und das Zahnrad, die Riemenscheibe, das Verbindungselement oder der Hebel ausgebildet ist, um die Kraft oder Verschiebung zu übertragen oder zu verstärken.
Gurtbringer nach Anspruch 1, wobei das zumindest eine Element eine geometrische Form aufweist, die aus der Gruppe gewählt ist, welche im Wesentlichen aus einem Draht, einer Feder, einem Band, einem Kabel und einem gewalzten Blech besteht.
Gurtbringer nach Anspruch 1, wobei das Element aus einem aktiven Material gebildet ist, welches aus der Gruppe gewählt ist, die im Wesentlichen aus Formgedächtnislegierungen, elektroaktiven Polymeren, Piezokeramiken, Piezopolymeren, elektrostriktiven und magnetostriktiven Materialien besteht.
Gurtbringer nach Anspruch 1, welcher ferner umfasst: eine Arretierung, die ausgebildet ist, um selektiv in den Mechanismus einzugreifen, um den Mechanismus in einem von dem ausgefahrenen und dem verstauten Zustand zurückzuhalten, wenn die Änderung umgekehrt wird.
Gurtbringer nach Anspruch 10, wobei die Arretierung aus der Gruppe gewählt ist, die im Wesentlichen aus einer elektromagnetischen Arretierung, einer Permanentmagnet-Arretierung, einer Arretierung auf MR-Basis und einer durch ein aktives Material betätigten federbelasteten Stiftarretierung besteht.
Gurtbringer nach Anspruch 1, welcher ferner umfasst: zumindest einen Sensor, welcher ausgebildet ist, um einen Fahrzeugzustand zu detektieren, und kommunikativ mit dem Aktuator und der Quelle gekoppelt ist, wobei der Sensor und die Quelle zusammenwirkend ausgebildet sind, um das Signal nur dann zu erzeugen, wenn der Zustand detektiert wird.
Gurtbringer nach Anspruch 12, wobei der Sensor zum Detektieren dient und der Zustand ein besetzter Sitz, das Öffnen einer Tür, das Schließen einer Tür, ein Einschalten der Zündung, ein Ausschalten der Zündung, eine Fahrzeuggetriebestellung in der Park- oder Neutralposition, eine Fahrzeuggetriebestellung nicht in der Park- oder Neutralposition, ein stehendes Fahrzeug, ein sich bewegendes Fahrzeug, ein Sicherheitsgurtanlege- oder -lösereignis oder eine beliebige Kombination von diesen ist.
Gurtbringer nach Anspruch 1, wobei der Mechanismus umfasst: einen verschiebbaren Arm, der ein distales Ende definiert und mit dem Element antriebstechnisch gekoppelt ist, und eine Vielzahl von Fingern an dem distalen Ende aufweist, wobei die Finger ausgebildet sind, um das Gurtband mitzuführen, und dazu gebracht werden, dass sie einen von dem ausgefahrenen und dem verstauten Zustand erreichen, wenn der Arm verschoben wird.
Gurtbringer nach Anspruch 14, wobei der Mechanismus umfasst: eine Führungsschiene, die mit der Struktur fest verbunden ist, ein Laufelement, welches dazu dient, sich entlang der Führungsschiene zu bewegen, und das mit dem Arm gekoppelt ist, um zu be wirken, dass der Arm und die Finger sich verschieben, wenn sich das Laufelement bewegt; wobei das Element antriebstechnisch mit dem Laufelement gekoppelt ist, sodass die Änderung bewirkt, dass sich das Laufelement entlang der Schiene bewegt und die Finger den einen von dem ausgefahrenen und dem verstauten Zustand erreichen.
Gurtbringer nach Anspruch 14, wobei die Finger zwischen einem geöffneten und einem Greifzustand bewegbar sind und zumindest ein Finger antriebstechnisch mit einem zweiten Element aus einem aktiven Material gekoppelt ist, welches dazu dient, eine zweite reversible Änderung in einer fundamentalen Eigenschaft zu erfahren, wenn es einem Aktivierungssignal ausgesetzt oder von diesem getrennt ist, sodass die zweite Änderung bewirkt, dass sich die Finger in einen von dem geöffneten und dem geschlossenen Greifzustand bewegen.
Gurtbringer nach Anspruch 16, wobei ein erster und ein zweiter Finger drehbar mit dem Gurtbringerarm verbunden sind und dazu gebracht werden, dass diese nach innen rotieren, um zusammenwirkend den Greifzustand als eine Folge der Änderung zu erreichen.
Gurtbringer nach Anspruch 16, wobei die Finger antriebstechnisch mit einer Rückführung gekoppelt sind und die Rückführung antagonistisch auf das zweite Element wirkt, um zu bewirken, dass sich die Finger in den anderen von dem geöffneten und dem Greifzustand bewegen, wenn die zweite Änderung umgekehrt wird.
Gurtbringer nach Anspruch 16, wobei das erste und das zweite Element integriert vorgesehen sein, sodass ein einziges Element dazu dient, die Finger zu bewegen und den Arm umzusetzen.
Gurtbringer nach Anspruch 1, welcher ferner umfasst: eine Rückführung, die antriebstechnisch mit dem Mechanismus antagonistisch zu dem Aktuator gekoppelt ist, um eine Vorspannkraft auf den Mechanismus auszuüben, die dazu dient, zu bewirken, dass sich der Mechanismus in den anderen von dem ausgefahrenen und dem verstauten Zustand verschiebt, wenn die Änderung umgekehrt wird.
Gurtbringer nach Anspruch 20, wobei die Rückführung aus der Gruppe gewählt ist, die im Wesentlichen aus einer Vorstraffung in dem Gurtband, einer Feder und einem Federkörperelement besteht.
Verfahren zum selektiven Bringen eines Sicherheitsgurtbandes, um die Anwendung eines Sicherheitsgurtsystems zu erleichtern, wobei das Verfahren umfasst, dass: a. ein verschiebbarer Eingriffmechanismus in Bezug auf das Gurtband derart befestigt wird, dass der Mechanismus dazu dient, zu bewirken, dass das Gurtband einen ausgefahrenen und einen verstauten Zustand erreicht; b. ein Zustand detektiert wird; c. ein Element aus einem aktiven Material für eine vorbestimmte Dauer aktiviert wird, um zu bewirken, dass das Element eine reversible Änderung in einer fundamentalen Eigenschaft erfährt; d. der Mechanismus verschoben und bewirkt wird, dass das Gurtband infolge der Aktivierung des Elements den ausgefahrenen Zustand erreicht; und e. das Gurtband derart präsentiert wird, dass es für einen Insassen einfacher zugänglich und zu handhaben ist, wenn es sich in dem ausgefahrenen Zustand befindet.