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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verriegeln zweier, um ein gemeinsames Gelenk schwenkbarer Bauteile bei Herbeiführen einer schnellen Relativbewegung der beiden Bauteile.
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Anwendungsbereich der Vorrichtung sind Bauteile bzw. diese Bauteile aufweisende Komponenten, die unterschiedlichen Beschleunigungen ausgesetzt sind, insbesondere Fahrzeuge im Crashfall.
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Beispielsweise bei Personenkraftwagen wird die Rückenlehne eines Fahrzeugsitzes bezüglich der Sitzfläche elektromotorisch verstellt. Die Selbsthemmung des elektromotorischen Antriebes stellt sicher, dass bei normalen Beschleunigungen des Personenkraftwagens die Position von Lehne und Sitz des Fahrzeugsitzes beibehalten wird. Im Crashfall hingegen, bei Einwirkung wesentlich höherer Beschleunigungskräfte, ist der elektrische Antrieb nicht geeignet, die Position der Rückenlehne beizubehalten, so dass diese, wenn keine separaten Verriegelungsmittel in diesem Fall wirksam werden, relativ zum Sitz schwenkt und damit der auf dem Fahrzeugsitz platzierte Fahrzeuginsasse oder andere Insassen einer erhöhten Verletzungsgefahr ausgesetzt ist/sind. Im Stand der Technik sind die unterschiedlichsten Vorrichtungen zum Verriegeln zweier um ein gemeinsames Gelenk schwenkbarer Bauteile bei Herbeiführen einer schnellen Relativbewegung der beiden Bauteile, insbesondere beim Crash eines Fahrzeuges, bekannt geworden. Verwiesen wird beispielsweise auf die
DE 100 52 829 A1 ,
DE 10 2005 013 020 A1 ,
US 5,346,281 A und
US 6,481,799 B1 .
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine feinrastende Verriegelung der beiden Bauteile zu schaffen, die gewährleistet, dass sich bei Herbeiführen einer schnellen Relativbewegung der beiden Bauteile die Bewegung mit kurzer Zeitverzögerung und sehr kleinem Schwenkwinkel stoppen lässt.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einer Vorrichtung zum Verriegeln zweier, um ein gemeinsames Gelenk schwenkbarer Bauteile bei Herbeiführen einer schnellen Relativbewegung der beiden Bauteile, erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass das eine, erste Bauteil mit einer Führungsnut und das andere, zweite Bauteil auf seiner der Führungsnut zugewandten Seite mit einer Führungsnut versehen ist, wobei ein Steuerelement in der Führungsnut des ersten Bauteils gelagert und unter Einwirkung einer Feder in Richtung der Führungsnut des zweiten Bauteils vorgespannt ist, wobei das dem ersten Bauteil abgewandte Ende des Steuerelements bei Herbeiführen einer langsamen Relativbewegung der beiden Bauteile in die Führungsnut des zweiten Bauteils eingreift, sowie das zweite Bauteil seitlich der Längserstreckung der im zweiten Bauteil angeordneten Führungsnut mit mehreren, der Außenkontur des Steuerelements angepassten Ausnehmungen versehen ist, wobei bei Herbeiführen einer schnellen Relativbewegung der beiden Bauteile das Steuerelement entgegen der Kraft der Feder aus der Führungsnut des zweiten Bauteils und in eine der Ausnehmungen bewegt wird.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung läuft bei Herbeiführen einer langsamen Relativbewegung der beiden Bauteile zueinander das Steuerelement in der Führungsnut des zweiten Bauteils. Bei Herbeiführen einer schnellen Relativbewegung zwischen dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil, insbesondere bei einem Crashereignis, bewirkt die Massenträgheit des Steuerelement ein Überwinden der Federkraft der Feder und das Steuerelement bewegt sich in eine der Ausnehmungen, insbesondere in die Ausnehmung, die dem Steuerelement am nächsten ist. In Abhängigkeit von der Masse des Steuerelements, der Steifigkeit der Feder, der Ausprägung der Führungsnut im zweiten Bauteil und des Verstellwinkels um das gemeinsame Gelenk der beiden Bauteile, lässt sich ein Schwellwert einstellen, bei dem die Vorrichtung verriegelt.
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Durch die feinrastende Verriegelungsfunktion ist auch bei Herbeiführen einer großen Relativgeschwindigkeit der beiden Bauteile die Bewegung mit kurzem Zeitverzug und kurzem Verfahrwinkel zu stoppen. Je kleiner die ausgeführte Rastung aufgrund der Anordnung der Ausnehmungen ist, d. h. je kleiner insbesondere die Ausnehmungen und das Steuerelement ausgeführt sind, desto schneller wird die Vorrichtung bzw. das System blockiert und Masseträgheiten somit abgeschwächt.
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Die Vielzahl seitlich der Längserstreckung des zweiten Bauteiles angeordneten Ausnehmungen stellen somit funktionell eine zur Form der Führungsnut unterschiedlich geformte Verriegelungsnut für das Steuerelement dar.
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Vorzugsweise weist das zweite Bauteil beidseitig dessen Führungssnut Ausnehmungen auf. Somit erfolgt eine Verrieglung der beiden Bauteile bei schneller Relativbewegung nicht nur dann, wenn sich das eine Bauteil in der einen Richtung zum anderen Bauteil, sondern auch das eine Bauteil in der anderen Richtung zum anderen Bauteil um das Gelenk bewegt.
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Das Steuerelement kann auf unterschiedliche Art und Weise gestaltet sein, um den Rastiereffekt bei Herbeiführen einer schnellen Relativbewegung der beiden Bauteile zu erzielen. Es ist insbesondere als Steuerbolzen oder Steuerkugel ausgebildet.
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Insbesondere bei Gestaltung des Steuerelements als Steuerbolzen wird es als vorteilhaft angesehen, wenn der rotationssymmetrisch gestaltete Steuerbolzen im Bereich seines der Feder abgewandten Endes als Kegelstumpf ausgebildet ist und die Führungsnut des zweiten Bauteils zum Boden der Führungsnut hin entsprechend konisch verjüngend ausgebildet ist. Bei Herbeiführen einer schnellen Relativbewegung der beiden Bauteile werden über die Führungsnut des zweiten Bauteiles Kräfte in Axialrichtung des Steuerbolzens in diesen eingeleitet, entgegen der Kraft der Feder, womit das kegelstumpfförmige Ende des Bolzens aus der Führungsnut des zweiten Bauteils gelangt und mit einer der Ausnehmungen des zweiten Bauteils rastiert, insbesondere mit einer Ausnehmung unmittelbar benachbart dem Steuerbolzen.
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Konstruktiv besonders einfach ist die bei der Vorrichtung verwendete Feder ausgebildet, wenn sie als Druckfeder gestaltet ist. Vorzugsweise stützt sich die Feder am Steuerelement und einem im Nutgrund der Führungsnut des ersten Bauteils in Längsrichtung dieser Führungsnut verschieblichen Führungselement ab. Hierdurch ist das Verschieben des Steuerelements in Längsrichtung der Führungsnut des ersten Bauteils mit geringer Reibung möglich. Besonders vorteilhaft ist es, wenn unter diesem Aspekt die Feder mit dem Führungselement verbunden ist.
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Die jeweilige Ausnehmung weist insbesondere einen zur Nut des ersten Bauteils offenen halbkreisförmigen Querschnitt auf. Diese Querschnittsform der jeweiligen Ausnehmung ist besonders geeignet, ein Steuerelement, das als Steuerbolzen oder Steuerkugel ausgebildet ist, aufzunehmen. Hierbei ist die Querschnittskontur des Steuerelementes vorzugsweise der Querschnittskontur der Ausnehmung zur Aufnahme des Steuerelements angepasst.
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Die benachbarten Ausnehmungen sind vorzugsweise unmittelbar aneinander grenzend angeordnet. Mit sehr kurzem Schwenkwinkel der beiden Bauteile kann somit die Verriegelung der beiden Bauteile herbeigeführt werden.
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Besonders günstige Winkelverhältnisse beim Bewegen der Bauteile zueinander und Verriegeln der Bauteile bei Auftreten einer schnellen Relativbewegung der beiden Bauteile ergeben sich, wenn das gemeinsame Gelenk in Längserstreckung der Führungsnut des einen Bauteils, insbesondere des ersten Bauteils, angeordnet ist und die Längsachse der Führungsnut des anderen Bauteils einerseits und die Verbindungslinie von gemeinsamen Gelenk und Steuerelement andererseits, ausgehend vom Steuerelement, einen spitzen Winkel miteinander einschließen, insbesondere einen Winkel bis zu 50°.
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Die Erfindung schlägt somit eine Vorrichtung zum Verriegeln zweier um ein gemeinsames Gelenk schwenkbarer Bauteile bei Herbeiführen einer schnellen Relativbewegung der Bauteile, insbesondere im Crashfall vor. Es handelt sich vorzugsweise um die Verwendung der Vorrichtung in einem Kinematik-System in Automotive-Anwendungen, die bei Crashvorgängen eine immer höhere Performance verlangen. Kinematik-Elemente sollen in der Regel in Crashvorgängen möglichst wenig Weg zu angrenzenden Bauteilen durchführen. Je kleiner die ausgeführte Rastung der Verriegelungsfunktion ist, desto schneller wird das System blockiert und ungewollte Massenträgheit tritt nur abgeschwächt auf. Weiterhin kann gezielt eine Winkelgeschwindigkeitsabhängigkeit generiert werden. Bei zu großer Geschwindigkeit wird das Gelenk blockiert.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der beigefügten Zeichnung und der Beschreibung des in der Zeichnung wiedergegebenen, bevorzugten Ausführungsbeispiels, ohne auf dieses beschränkt zu sein.
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Es zeigt in schematischer Darstellung:
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1 die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer Seitenansicht,
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2 einen Schnitt durch die Vorrichtung gemäß der Linie A-A in 1.
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Die Vorrichtung 1, die insbesondere bei einem Kinematik-System in Automotive-Anwendungen verwendet wird, weist ein feststehendes erstes Bauteil 2 auf, in dem, um eine Achse 3 schwenkbar, ein zweites Bauteil 4 gelagert ist. Das erste Bauteil 2 weist zwei in einem stumpfen Winkel zueinander angeordnete Schenkel 5 und 6 auf, wobei der längere Schenkel 6 mit einer sich in Längsrichtung des Schenkels 6 erstreckenden Führungsnut 7 versehen ist. Diese weist einen rechteckigen Querschnitt auf und erstreckt sich über eine Länge, die größer ist als der halbe Abstand zwischen der Achse 3 und dem der Achse 3 abgewandten Ende des Schenkels 6. Das zweite Bauteil 4 ist gleichfalls abgewinkelt ausgebildet mit einem länglichen Schenkel 8 und einem annähernd die Form eines rechtwinkligen Dreiecks bildenden Abschnitt 9, der im Bereich seines dem Schenkel 8 abgewandten spitzwinkligen Endes von der Achse 3 durchsetzt wird. Diese Achse 3 bildet das Gelenk zwischen den beiden Bauteilen 2 und 4. Der längliche Schenkel 8 des zweiten Bauteils 4 weist auf seiner dem Schenkel 6 des ersten Bauteils 2 zugewandten Seite eine sich in Längsrichtung des Schenkels 8 erstreckende Führungsnut 10 auf. Diese Führungsnut 10 erstreckt sich nahezu über die gesamte Länge des Schenkels 8 und weist einen trapezförmigen Querschnitt auf, der sich somit vom Boden der Führungsnut 10 zum ersten Bauteil 2 hin konisch erweitert. In der Führungsnut 7 ist ein Steuerelement, das als Steuerbolzen 11 ausgebildet ist, gelagert. Dieser Steuerbolzen 10 weist einen in die Führungsnut 7 eingreifenden zylindrischen Abschnitt 12 und einen sich auf seiner der Führungsnut 10 zugewandten Seite konisch zulaufenden Abschnitt 13 auf, wobei die konische Gestaltung des Abschnitts 13 bezüglich der konischen Gestalt der Führungsnut 10 abgestimmt ist. Bei Eingriff des Steuerbolzens 11 in die Führungsnut 10 greift dieser über eine kurze Teillänge des Steuerbolzens 11 in die Führungsnut 10 ein. Eine Druckfeder 14 stützt sich an den dem konischen Abschnitt 13 abgewandten Ende des Steuerbolzens 11 an dessen zylindrischen Abschnitt 12 mit einem Ende ab und ist mit diesem Abschnitt 12 verbunden. Das andere Ende der Feder 14 ist mit einem plattenförmigen Führungselement 15 verbunden, das in Längsrichtung der Führungsnut 7 verschieblich im Bereich des Nutgrundes angeordnet ist.
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Bei Herbeiführen einer relativ langsamen Relativbewegung der beiden Bauteile 2 und 4, somit einer Schwenkbewegung des Bauteils 4 zum feststehenden Bauteil 2 gleitet der Steuerbolzen 11 sowohl in Längsrichtung der Führungsnut 7 im ersten Bauteil 2 als auch in Längsrichtung der Führungsnut 10 im zweiten Bauteil 4.
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Gezeigt ist der maximale Relativschwenkwinkel der beiden Bauteile 2 und 4, veranschaulicht durch den Winkel α.
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Das zweite Bauteil 4 ist im Bereich der Führungsnut 10, auf beiden Seiten der Führungsnut 10, mit einer Vielzahl von an die Außenkontur des Steuerbolzens 10 angepassten Ausnehmungen 16 versehen. In Längsrichtung des Steuerbolzens 11 betrachtet, wie in 1 veranschaulicht, ist die jeweilige Ausnehmung somit halbkreisförmig gestaltet, mit einem Radius, der geringfügig größer ist als der Radius des zylindrischen Abschnitts 12 des Steuerbolzens 11, wobei auf jeder Seite Ausnehmungen 16 unmittelbar aneinander angrenzend positioniert sind. Auf jeder Seite sind bei der Vorrichtung 1 gemäß Ausführungsbeispiel sieben Ausnehmungen 16 vorgesehen, wobei die Anordnung der Ausnehmungen 16 auf der einen Seite um etwa die Größe des Radius der jeweiligen Ausnehmung bezüglich der Anordnung in der Ausnehmungen 16 der anderen Seite versetzt angeordnet ist. Somit ist im zweiten Bauteil 4 eine Vertiefung gebildet, die durch den vertieften Bereich, der durch die Ausnehmungen 16 gebildet ist, und den ausgehend von diesem vertieften Bereich weiter vertieften Bereich der eigentlichen Führungsnut 10, die konisch gestaltet ist, gebildet ist. Werden die beiden Bauteile 2 und 4 mit hoher Beschleunigung zueinander bewegt, somit das Bauteil 4 mit zunehmender Schnelligkeit zum feststehenden Bauteil 2 bewegt, führt dies dazu, dass die beiden Bauteile 2 und 4 arretieren. Dies geschieht durch die Massenträgheit des Steuerbolzens 11. Bei Herbeiführen einer relativ hohen Relativgeschwindigkeit der Bauteile 2 und 4 bewirkt die Massenträgheit einen Überwinden der Kraft der Druckfeder 14 und der Steuerbolzen 11 bewegt sich über die jeweilige, der Relativbewegung zugewandte Steuerkante aus der Führungsnut und in die benachbarte Ausnehmung 16. Aufgrund des sich ergebenden Formschlusses zwischen dem Steuerbolzen 11 und der Ausnehmung 16, in die der Steuerbolzen 11 eingreift, ergibt sich die Verriegelungswirkung der beiden Bauteile 2 und 4.
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In Abhängigkeit von der Masse des Steuerbolzens 11, der Steifigkeit der Feder 14, der Ausprägung der Ausnehmung 16 und des Winkel α lässt sich das System auf Auslösekraft abstimmen. Im Normalbetrieb findet keine Auslösung der Verriegelung statt, demnach läuft bei Herbeiführen einer relativ langsamen Relativverschwenkung der Bauteile 2 und 4 das Steuerelement 11 stets in der Führungsnut 10. Nur bei Herbeiführen einer relativ schnellen Relativverschwenkung der beiden Bauteile 2 und 4 gelangt der Steuerbolzen 11 in Eingriff mit einer benachbart des Steuerbolzens angeordneten Ausnehmung 16, je nach Ausgangsstellung der beiden Bauteile 2 und 4 zueinander. In Abhängigkeit von der Schwenkrichtung der beiden Bauteile 2 und 4 zueinander greift der Steuerbolzen 11 bei schneller Relativverschwenkung der beiden Bauteile 2 und 4 in eine Ausnehmung 16 auf der einen Seite der Führungsnut 10 oder der anderen Seite der Führungsnut ein.
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Durch die feinrastende Verriegelungsfunktion lässt sich bei Einleiten einer relativ schnellen Bewegung in das Bauteil 4 die Bewegung dieses Bauteils 4 zum Bauteil 2 mit kurzem Zeitverzug und sehr kurzem Verfahrwinkel stoppen. Hierdurch lassen sich beispielsweise Crashfunktionen durchführen. Kinematik-Elemente führen bei Crashvorgängen einen möglichst geringen Weg zu angrenzenden Bauteilen durch.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10052829 A1 [0003]
- DE 102005013020 A1 [0003]
- US 5346281 A [0003]
- US 6481799 B1 [0003]
