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Die Erfindung betrifft eine Kraftbegrenzungseinrichtung für ein Sicherheitsgurtsystem mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
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Aus der
WO 2006/108451 A1 ist z. B. eine geschwindigkeitsgeregelte Kraftbegrenzungseinrichtung für einen Gurtaufroller bekannt, welche mehrere an dem Rahmen des Gurtaufrollers angeordnete, in Schwingung zu versetzende Massen aufweist. Die Massen sind drehbar an dem Aufrollerrahmen gelagert und greifen während des kraftbegrenzten Gurtbandauszugs wechselweise mit zwei Zähnen in einen mit der Gurtwelle verbundenen Verzahnungsring ein. Insgesamt ist der Gurtaufroller aufgrund der an dem Aufrollerrahmen angeordneten schwingenden Massen aufwendig in der Herstellung und teuer. Ferner benötigt der Gurtaufroller aufgrund der schwingenden Massen einen verhältnismäßig großen Bauraum.
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In der deutschen Patentanmeldung
DE 10 2008 049 931.5 wird eine weiterentwickelte, auf der Grundlage desselben physikalischen Prinzips arbeitende Kraftbegrenzungseinrichtung beschrieben, bei der zwei Teile mit den Verzahnungen kraftbegrenzt zueinander bewegt werden und eines der Teile dabei eine wellenförmige Vorschubbewegung ausführt, bei der die Verzahnungen wechselnd in Eingriff und außer Eingriff gelangen. Die schwingenden Massen werden in dieser Ausführungsform durch das die wellenförmige Vorschubbewegung ausführende Teil ersetzt, so dass die dort beschriebene Kraftbegrenzungseinrichtung einen wesentlich kleineren Bauraum benötigt und einen wesentlich einfacheren Aufbau aufweist. In einem Ausführungsbeispiel ist das die wellenförmige Vorschubbewegung ausführende Teil durch eine Verzahnungsscheibe verwirklicht, die kraftschlüssig mit der Gurtwelle verbindbar ist. Zwischen der Verzahnungsscheibe und dem Teil, gegenüber dem die Verzahnungsscheibe die Vorschubbewegung ausführt, kann ein Federring vorgesehen sein, welcher eine axiale Anpresskraft auf die Verzahnungsscheibe ausübt, wodurch das Kraftbegrenzungsniveau der Kraftbegrenzungscharakteristik erhöht wird.
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Das Kraftbegrenzungsniveau der Kraftbegrenzungseinrichtung ergibt sich durch die abzubauende kinetische Energie des Insassen während der Vorwärtsverlagerung automatisch, wobei die Grundcharakteristik des Kraftbegrenzungsverlaufs durch die Parameter der Verzahnungsscheibe, wie z. B. die Anzahl der Zähne, den Zahnabstand, die Masse der Verzahnungsscheibe und durch die Federeigenschaft des Federringes fest vorgegeben ist.
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Es gibt jedoch gesetzliche Anforderungen, wie z. B. die US-Anforderungen für die Rückhaltekräfte der Insassen auf den Rücksitzen, bei denen eine Erhöhung der Rückhaltekräfte auf ein höheres Kraftbegrenzungsniveau nach einer vorbestimmten Gurtbandauszugslänge vorgeschrieben ist. Eine solche Kraftbegrenzungscharakteristik ist mit einer der oben beschriebenen Kraftbegrenzungseinrichtungen nicht zu erzielen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Kraftbegrenzungseinrichtung zu schaffen, welche einen progressiven Kraftbegrenzungsverlauf der Rückhaltekräfte ermöglicht und konstruktiv einfach aufgebaut sein soll.
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Zur Lösung der Aufgabe wird erfindungsgemäß eine Kraftbegrenzungseinrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 vorgeschlagen. Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind den Unteransprüchen, den Figuren und der zugehörigen Beschreibung zu entnehmen.
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Gemäß dem Grundgedanken der Erfindung wird vorgeschlagen, Mittel vorzusehen, mittels derer die erforderliche Kraft zur Bewegung der Teile zueinander ab einer vorbestimmten Gurtbandauszugslänge selbsttätig erhöhbar ist. Der Vorteil der vorgeschlagenen Lösung ist darin zu sehen, dass das Kraftbegrenzungsniveau der Kraftbegrenzungscharakteristik durch die vorgeschlagene Lösung selbsttätig allein durch die Bewegung ab einer vorbestimmten Gurtbandauszugslänge erhöht wird. Dabei wird der Vorteil genutzt, dass das Kraftbegrenzungsniveau der Kraftbegrenzungseinrichtung allein durch die Kraft der zueinander bewegbaren Teile veränderbar ist, da diese eine der maßgeblichen Kenngrößen der der Kraftbegrenzungseinrichtung zugrundeliegenden Energievernichtung bildet. Damit müssen die Teile selbst nicht verändert werden, um das Schwingverhalten und das Kraftbegrenzungsniveau zu verändern. Dabei ist es insbesondere wichtig, dass die Kraft selbsttätig ab einer vorbestimmten Gurtbandauszugslänge veränderbar ist, so dass eine externe Ansteuerung nicht erforderlich ist.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass die Mittel durch einen offenen wellenförmigen Federring gebildet sind. Die Verwendung eines offenen Federringes ist insofern von Vorteil, da die sich zueinander bewegenden Teile während der Bewegung besonders einfach mit einer sich verändernden Federkraft beaufschlagt werden können. Dies kann z. B. dadurch erfolgen, indem der Federring z. B. aufgeweitet wird und dadurch eine andere Federkraft ausübt. Ferner kann der Federring auch so verlegt werden, dass er während der Bewegung seinen Verlauf verändert und z. B. von einer großen Windung in einen Verlauf mit mehreren spiralförmigen Windungen überführt wird.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass an zwei der sich zueinander bewegenden Teile Anschlagsflächen vorgesehen sind, an denen der Federring während der Bewegung mit seinen offenen Enden zur Anlage gelangt. Durch die Anlage der offenen Enden an den Anschlagsflächen kann das Verformungsverhalten und damit auch die Federkraft ab einer vorbestimmten Gurtbandauszugslänge aktiv verändert werden, wobei die Anschlagsflächen bewusst den sich zueinander bewegenden Teilen zugeordnet sind, so dass deren Bewegung zueinander und damit das Überschreiten einer vorbestimmten Gurtbandauszugslänge ursächlich für die Veränderung des Kraftbegrenzungsniveaus sind. Nach der Anlage der offenen Enden an den Anschlagsflächen wird der Federring durch Ausübung von Druckkräften aufgeweitet, wodurch die Wellenform des Federringes bewusst verstärkt wird oder der Federring seitlich ausknickt. Durch die verstärkte Wellenform oder das seitliche Ausknicken wird die zwischen den sich zueinander bewegenden Teilen wirkende Federkraft und das Kraftbegrenzungsniveau selbsttätig erhöht.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass die Enden des Federringes in Richtung der sich zueinander bewegenden Teile abgewinkelt sind, und die sich zueinander bewegenden Teile Taschen aufweisen, in denen die Anschlagsflächen vorgesehen sind. Der Vorteil der vorgeschlagenen Lösung ist darin zu sehen, dass die Enden des Federringes nach einer vorbestimmten Gurtbandauszugslänge aufgrund ihrer Formgebung und der Federeigenschaften des Federringes selbsttätig in die Taschen rutschen und an den Anschlagsflächen zur Anlage gelangen. Dabei sind die Taschen zweckmäßigerweise formidentisch zu den abgewinkelten Enden ausgebildet, so dass die Enden darin möglichst über eine große Umfangsfläche anliegen und während der weiteren Bewegung möglichst gut unterstützt werden. Die Taschen sind entsprechend der nach außen abgewinkelten Enden als schräge Vertiefungen ausgebildet, so dass die abgewinkelten Enden entsprechend ihrer Formgebung in die Taschen aufnehmbar sind und der Federring in seinem Bereich zwischen den Enden wieder einen ebenen Verlauf aufweist und beidseitig möglichst großflächig an den beiden zueinander bewegten Teilen anliegt.
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Alternativ wird vorgeschlagen, dass ein Ende des Federringes in Bewegungsrichtung der sich zueinander bewegenden Teile fest mit einem der Teile verbunden ist, und ausgehend von dem Ende einen spiralförmigen Verlauf aufweist. Durch das festgehaltene Ende und den spiralförmigen Verlauf des Federringes kann der Federring während der Bewegung zu mehreren aneinander anliegenden Windungen gewickelt werden, wobei die seitlich ausgeübte Federkraft z. B. durch eine Verstärkung der Wellenform oder durch ein seitliches Ausbeulen der Windungen vergrößert wird.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass eine spiralförmige Führungsbahn vorgesehen ist, in die der Federring einschiebbar ist, welche in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform durch eine Nut gebildet ist. Durch die spiralförmige Führungsbahn kann der Verlauf des Federringes, in welchen dieser überführt wird, praktisch vorgegeben werden. Dadurch wird verhindert, dass die Bewegung durch ein Festklemmen des Federringes unkontrolliert behindert wird und das Kraftbegrenzungsniveau dadurch unerwünscht auf ein zu hohes Niveau ansteigt. Dazu eignet sich insbesondere eine Nut, da der Federring darin besonders gut und kontinuierlich geführt werden kann.
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Dabei kann die Nut in Bewegungsrichtung des offenen Endes eine abnehmende Tiefe aufweisen, so dass die von dem Federring zwischen den beiden Teilen ausgeübte Anpresskraft und damit auch das Kraftbegrenzungsniveau mit zunehmender Gurtbandauszugslänge erhöht werden.
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Alternativ wird vorgeschlagen, dass die Mittel durch eine an einem der sich relativ zueinander bewegenden Teile angeordnete Nockenstruktur gebildet sind, durch welche die erforderliche Kraft zur Bewegung der Teile zueinander ab einer vorbestimmten Gurtbandauszugslänge veränderbar ist. Durch die Nockenstruktur werden bewusst Anlageflächen an den zueinander bewegten Teilen geschaffen, mit welchen die Teile ab einer vorbestimmten Gurtbandauszugslänge aneinander zur Anlage gelangen, wodurch sich das Bewegungsverhalten und insbesondere das Schwingverhalten und das dadurch bedingte Kraftbegrenzungsniveau verändert.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Dabei zeigt:
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1 einen Gurtaufroller mit einer erfindungsgemäßen Kraftbegrenzungseinrichtung;
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2 eine Schrägansicht einer Gurtwelle mit aufgeschnittener Kraftbegrenzungseinrichtung vor und nach der Aktivierung der Kraftbegrenzungseinrichtung;
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3 eine Seitenansicht einer aufgeschnittenen Kraftbegrenzungseinrichtung; und
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4 eine Schwingscheibe und eine Haltescheibe mit einem spiralförmigen Federring.
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In der 1 ist ein Gurtaufroller 1 eines Sicherheitsgurtsystems mit einer in einem Aufrollerrahmen 3 drehbar gelagerten Gurtwelle 2 zu erkennen, an dem eine erfindungsgemäß ausgebildete Kraftbegrenzungseinrichtung 4 angeordnet ist. Ferner ist ein Profilkopf 13 vorgesehen, welcher Träger einer Blockierklinke 9 ist, die bei einem Überschreiten einer vorbestimmten Gurtbandauszugsbeschleunigung oder einer vorbestimmten Fahrzeugverzögerung angesteuert wird und den Profilkopf 13 in einer Verzahnung des Aufrollerrahmens 3 fahrzeugfest verriegelt.
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Die Kraftbegrenzungseinrichtung 4 umfasst in ihrem Grundaufbau zwei feststehende Teile 5 und 15 mit einem zwischen den feststehenden Teilen 5 und 15 bewegbaren Teil 11. Das Teil 15 bildet gleichzeitig das Gehäuse der Kraftbegrenzungseinrichtung 4 und ist drehfest mit der Gurtwelle 2 verbunden. An seiner Radialaußenseite weist das Teil 15 axial gerichtete Finger auf, zwischen die das Teil 5 mit radial vorstehenden Fingern 25 eingreift und dadurch drehfest mit dem Teil 15 und damit auch mit der Gurtwelle 2 verbunden ist. Das bewegbare Teil 11 ist mit einer radial inneren Verzahnung 26 axial verschieblich auf einem Zahnring 7 geführt und in Umfangsrichtung gleichzeitig drehfest mit dem Zahnring 7 verbunden. Der Zahnring 7 ist wiederum drehfest mit dem Profilkopf 13 verbunden, so dass das Teil 11 bei blockiertem Profilkopf 13 gleichfalls als in Umfangsrichtung blockiert anzusehen ist. Die feststehenden Teile 5 und 15 sind jeweils mit ringförmigen, axial gerichteten Verzahnungen 10 und 8 versehen, welche in der 3 zu erkennen sind. Die Verzahnung 10 an dem Teil 5 und die Verzahnung 8 an dem Teil 15 sind jeweils so angeordnet, dass sie jeweils einer an dem bewegbaren Teil 11 angeordneten ringförmigen, axial gerichteten Verzahnung 18 oder 19 gegenüberstehen. Der Abstand zwischen dem bewegbaren Teil 11 und den feststehenden Teilen 5 und 15 in Axialrichtung ist jeweils so gewählt, dass sich wenigstens ein Paar der gegenüberstehenden Verzahnungen 10 und 19 und/oder 18 und 8 im Eingriff befinden.
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Bei einer Ansteuerung der Blockiereinrichtung der Gurtwelle 2 wird die Blockierklinke 9 ausgefahren und blockiert den Profilkopf 13 und damit das Teil 11 in Gurtauszugsrichtung. Durch die während der Vorwärtsverlagerung des Insassen im Unfall wirkende Gurtauszugskraft wird die Kraftbegrenzungseinrichtung 4 bei einem Übersteigen einer durch die Auslegung der Kraftbegrenzungseinrichtung 4 selbst vorbestimmten Gurtauszugskraft aktiviert. Dabei werden die Teile 15 und 5 zu einer Drehbewegung gegenüber dem Teil 11 gezwungen. Aufgrund der paarweise ineinander greifenden Verzahnungen 10 und 19 und 18 und 8 wird das Teil 11 durch die aneinander abgleitenden Zahnflanken zu einer quer zu der Vorschubbewegung der Teile 15 und 5 gerichteten Schwingbewegung gezwungen, während der es periodisch abgebremst und beschleunigt wird. Diese Schwingbewegung ist die physikalische Ursache für die der Kraftbegrenzungseinrichtung 4 zugrunde liegende Energievernichtung, welche damit auch das Kraftbegrenzungsniveau mitbestimmt. Das Teil 11 kann aufgrund seiner Bewegung auch als Schwingscheibe bezeichnet werden, welches durch seine Schwingbewegung die Vorschubbewegung der Teile 5 und 15 und damit auch die kraftbegrenzte Drehbewegung der Gurtwelle 2 in Gurtauszugsrichtung ermöglicht.
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Zwischen dem Teil 11 und dem Teil 5 ist ein offener wellenförmiger Federring 6 vorgesehen, der sich an dem Teil 5 abstützt und das Teil 11 gegen das Teil 15 drängt. Da das Teil 11 zur Ausführung der oben beschriebenen Schwingbewegung die von dem Federring 6 ausgeübte axiale Federkraft periodisch überwinden muss, wird das Kraftbegrenzungsniveau der Kraftbegrenzungseinrichtung 4 in der Startphase und während der weiteren Gurtauszugsbewegung entscheidend durch die Federkraft des Federringes 6 mitbestimmt. Die Gurtauszugskraft in der Startphase kann z. B. 3–4 kN betragen.
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In der 2 in der linken Darstellung ist die Gurtwelle 2 mit einer aufgeschnittenen Kraftbegrenzungseinrichtung 4 zu erkennen. Der Federring 6 ist offen und mit seinen freien Enden 16 und 17 übereinander gelegt. Die freien Enden 16 und 17 sind seitlich abgewinkelt und üben dadurch eine zusätzliche Axialkraft zwischen den Teilen 5 und 11 aus. In Drehrichtung hinter den Enden 16 und 17 sind an dem Teil 11 und an dem Teil 5 jeweils eine Tasche 20 und 21 in Form einer schräggerichteten Vertiefung vorgesehen, welche auch in der 3 zu erkennen sind. Bei einer Aktivierung der Kraftbegrenzungseinrichtung 4 drehen die Teile 15 und 5 zusammen mit der Gurtwelle 2 gegenüber dem in Umfangsrichtung blockierten Teil 11 und dem Profilkopf 13. Das Kraftbegrenzungsniveau ist in dieser Phase durch die Massenauslegung des Systems und die Federkraft des Federringes 6 bestimmt. Der Federring 6 steht während der Drehbewegung der Teile 15 und 5 still.
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Nachdem die Gurtwelle 2 mit den Teilen 15 und 5 um fast eine vollständige Umdrehung, in diesem Fall eine Verdrehung um 340 Grad, gegenüber dem Teil 11 und damit gegenüber dem Federring 6 verdreht wurden, rutscht das Ende 17 aufgrund seiner nach außen gebogenen Formgebung selbsttätig in die Tasche 20 und gelangt dabei mit seiner Stirnseite an einer in der Tasche 20 vorgesehenen Anschlagsfläche 22 zur Anlage. Während der weiteren Drehbewegung des Teils 5 wird der Federring 6 über die Anschlagsfläche 22 mitgenommen, so dass das Ende 16 gegenüber dem Teil 11 eine Umfangsbewegung vollzieht. Während dieser Bewegung wirkt weiter das Kraftbegrenzungsniveau der Startphase. Das Ende 16 rutscht dann ebenfalls nach dem Vollzug von fast einer vollständigen Umdrehung, in diesem Fall ebenfalls 340 Grad, aufgrund seiner nach außen gebogenen Formgebung in die Tasche 21 und gelangt dabei ebenfalls zur Anlage an einer stirnseitigen Anschlagsfläche 23 des Teils 11, wie in der rechten Darstellung der 2 und in der 3 zu erkennen ist. Ab dieser Stellung ist der Federring 6 in Umfangsrichtung sowohl gegenüber dem Teil 5 als auch gegenüber dem Teil 11 festgelegt, so dass eine weitere Drehbewegung des Teils 5 gegenüber dem Teil 11, und damit auch der Gurtwelle 2 gegenüber dem Profilkopf 13 nur durch eine Verformung des Federringes 6 möglich ist. Dabei bäumt sich der Federring 6 auf und erhöht die axiale Anpresskraft auf das Teil 11, so dass das Kraftbegrenzungsniveau sprungartig steigt, in diesem Fall auf über 6 kN. Damit kann mit der Erfindung unter Verwendung einer identischen geschwindigkeitsgeregelten Kraftbegrenzungseinrichtung 4 ein progressiver Kraftbegrenzungsverlauf, mit einem durch die Lage der Taschen 20 und 21 zu den freien Enden 16 und 17 und den dadurch bedingten zurückzulegenden Drehwinkel definierten Schaltpunkt verwirklicht werden, welcher in diesem Ausführungsbeispiel 680 Grad oder ca. 1,9 Umdrehungen entspricht. Je nach den mechanischen Eigenschaften, der Formgebung und der Anordnung des Federringes kann sowohl die Charakteristik der Kraftbegrenzungserhöhung als auch das Maß der Kraftbegrenzungserhöhung eingestellt werden. Dabei sind kontinuierliche und auch sprungartige Erhöhungen des Kraftbegrenzungsniveaus möglich.
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In der 4 ist eine alternative Ausführungsform dargestellt, in der der offene Federring 6 mit einem Ende 24 an dem Teil 11 eingehängt ist und im weiteren Verlauf in einer spiralförmigen Führungsbahn 14 in Form einer Nut an dem Teil 5 geführt ist, so dass der Federring 6 während der Relativbewegung der beiden Teile 5 und 11 zueinander in die Nut eingeschoben wird. Dabei wird der Federring 6 durch das Einführen in die Nut und das Aufwickeln zu mehreren Windungen versteift und die auf das Teil 11 ausgeübte Anpresskraft dadurch erhöht. Außerdem kann ein Endanschlag vorgesehen sein, welcher ein weiteres Einführen verhindert und ein Aufbäumen durch seitliches Ausknicken des Federringes 6 bewirkt. Durch beide Effekte werden die Anpresskraft und das Kraftbegrenzungsniveau erhöht und zwar entweder kontinuierlich oder sprungartig, je nach der Formgebung und den mechanischen Eigenschaften des Federringes.
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Ferner können die Mittel auch durch eine Nockenstruktur an einem der Teile 5, 11 oder 15 verwirklicht sein, welche ab einem bestimmten Drehwinkel der Teile 5, 11 und 15 zueinander an einer Gegenfläche des jeweils gegenüberliegenden Teils 5, 11 oder 15 zur Anlage gelangen und dadurch das Schwingverhalten verändern.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2006/108451 A1 [0002]
- DE 102008049931 [0003]
