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Aus dem Stand der Technik sind Kraftbegrenzungsvorrichtungen (Gurtkraftbegrenzer) bekannt, die feste Gurtkraftbegrenzungsniveaus ausweisen. Typischerweise wird ein Gurtkraftniveau durch Torsionsstäbe festgelegt.
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Aus der
DE 10 20090 00140 ist eine Gurtkraftbegrenzungsvorrichtung bekannt bei der die wirksame Länge eines Torsionstabes und somit das wirksame Gurtkraftniveau mittels einer Einstelleinrichtung einstellbar ist.
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Zur Einstellung des korrekten Gurtkraftniveaus ist es allerdings notwendig die Masse des Insassen zu kennen.
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Vor diesem Hintergrund setzt die vorliegende Erfindung an. Durch die Kraftbegrenzungsvorrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs ist es möglich eine optimale Gurtkraftbegrenzung zu erreichen ohne die Masse des Insassen zu kennen.
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Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass die ausgeübte Gurtkraft von der Drehzahl der Gurtrolle abhängt. Um die Gurtkraft auf ein bestimmtes Niveau zu begrenzen, muss die Drehzahl der Gurtrolle konstant gehalten werden.
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Die Kraftbegrenzungsvorrichtung gemäß Anspruch 1 weist dazu eine Welle auf, an der ein Widerstandsrad angebracht ist, das in einer Kammer mit einem Reibmedium angeordnet ist. Das Reibmedium bewirkt zusammen mit dem Widerstandsrad eine Abbremsung der Welle. Die Kammer weist mindestens eine bewegbar angeordnete Wand auf. Über diese mindestens eine Wand kann das Volumen der Kammer eingestellt werden. Wird das Volumen der Kammer verringert, so erhöht sich die Wirkung des Reibmediums auf das Widerstandsrad, das heißt die Bremswirkung auf die Welle wird verstärkt. Wird das Volumen der Kammer vergrößert, so verringert sich die Wirkung des Reibmediums auf das Widerstandsrad. So kann über die Einstellung des Volumens der Kammer die Drehzahl der Welle und somit bspw. die Drehzahl der Gurtrolle eingestellt werden.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Kraftbegrenzungsvorrichtung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird das Volumen der Kammer über die Position der mindestens einen Wand der Kammer eingestellt.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform wird die mindestens eine Wand der Kammer über einen Linearaktuator, insbesondere über einen Kugelgewindetrieb, bewegt. Die Bewegung der Wand über einen Linearaktuator hat den Vorteil, dass die Position der Wand zwischen einer Minimalposition und einer Maximalposition sehr genau eingestellt werden kann.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn als Linearaktuator ein Kugelgewindetrieb mit einer Steighöhe von weniger als 7° verwendet wird. Hierdurch kann eine Selbsthemmung des Antriebs erreicht werden. Das heißt es können hohe Kräfte aufgebracht und eingestellt werden ohne dass der Kugelgewindetrieb aktiv, z.B. durch einen Elektromotor, gehalten werden muss.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist der Linearaktuator einen bürstenlosen Elektromotor auf. Durch den Einsatz eines bürstenlosen Elektromotors können besonders hohe Drehzahlen erreicht werden. Somit ist eine schnelle Bewegung der mindestens einen Wand möglich und gleichzeitig ein besonders flache Steighöhe bei der Verwendung eines Kugelgewindetriebs als Linearaktuator.
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In einer alternativen Ausführungsform wird die mindestens eine Wand der Kammer über einen Magnetaktuator bewegt. In besonderer Weise eignen sich dafür Zug- bzw. Schubmagnete. Dazu befindet sich ein Anker in einer Elektromagnetgruppe. Am freien Ende des Ankers ist die mindestens eine bewegbare Wand der Kammer angeordnet. Je nachdem ob es sich bei dem Magnetaktuator um einen Zug- oder Schubmagneten handelt, handelt es sich bei der ersten Position (Ausgangsposition) um die Position, in der die Kammer das kleinste bzw. größte Volumen aufweist.
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Wird an der Elektromagnetgruppe eine Spannung angelegt, so wird der Anker entsprechend in der Elektromagnetgruppe bewegt und die mindestens eine Wand der Kammer bewegt sich entsprechend. Dadurch verändert sich das Volumen der Kammer.
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Entfällt die Spannung an der Elektromagnetgruppe, so endet die Bewegung durch die Magnetkraft. Durch ein Rückstellmittel, bspw. eine Rückstellfeder, wird der Anker und damit die mindestens eine Wand der Kammer wieder in siene bzw. ihre erste Position (Ausgangsposition) zurückbewegt.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung dieser Ausführungsform wird der Magnetaktuator gepulst mit unterschiedlichen Zeitintervallen betrieben. Das Volumen der Kammer ändert sich bei jeder Ansteuerung von seiner größten Ausdehnung zu seiner kleinsten Ausdehnung und umgekehrt. Die Reibung, die das Reibmedium auf das Widerstandsrad ausübt, hängt von dem Volumen der Kammer ab. In dieser vorteilhaften Ausführungsform entspricht dies dem Effektivvolumen der gepulsten Ansteuerung.
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Das heißt über die jeweiligen Zeitintervalle der Ansteuerung des Magnetaktuators wird die effektive Reibwirkung des Reibmediums auf das Widerstandsrad eingestellt.
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Die Zeitintervalle werden dabei so ausgewählt, dass die Welle eine bestimmt Drehzahl aufweist. Dazu werden geeignete Steuer- bzw. Regelverfahren verwendet.
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In einer Ausführungsform weist die Kraftbegrenzungsvorrichtung Mittel zur Erfassung der Drehzahl der Welle auf. Die Mittel können die Drehzahl durch geeignete Mittel direkt an der Welle erfassen. Es ist in einer alternativen Ausführungsform als Gurtkraftbegrenzungsvorrichtung auch denkbar, dass die Drehzahl der Welle indirekt durch bspw. eine Geschwindigkeitsmessung des Gurtauszugs erfasst wird. Dazu können inkrementelle Auswertungen von Hell-Dunkel Feldern oder ein Wegmesser über eine Rolle oder eine magnetische Messung am Gurtband zum Einsatz kommen.
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Das in der Kammer angeordnete Reibmedium kann je nach Ausführungsform ein Fluid sein, d.h. ein Gas oder eine Flüssigkeit. Das Reibmedium kann auch ein entsprechender Feststoff in Form von Sand oder Kugeln sein oder einer Granulatform aufweisen.
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Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden Anhand von Zeichnungen erläutert.
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Dabei zeigt:
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1: Eine Schnittzeichnung einer Ausführungsform mit einem Linearaktuator
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2: Eine Schnittzeichnung einer Ausführungsform einem Magnetaktuator
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1 zeigt eine Schnittzeichnung einer Ausführungsform der Kraftbegrenzungsvorrichtung 1 mit einem Linearaktuator 30. Die Figur zeigt das Gehäuse 10 in dem eine Kammer 11 angeordnet ist. In der Kammer 11 befindet sich ein Reibmedium 12, hier in Form von Kugeln. In die Kammer 11 ragt eine Welle 20. An der Seite der Welle 20, die in der Kammer 11 angeordnet ist, ist ein Widerstandsrad 21 angeordnet.
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Über eine bewegbare Wand 13 der Kammer 11 kann das Volumen der Kammer 11 verändert werden. Die Position P1 bezeichnet die Position der Wand 13, an der das Volumen der Kammer 11 am größten ist (Minimalposition). Die Position P2 bezeichnet die Position der Wand 13, an der das Volumen der Kammer 11 am kleinsten ist (Maximalposition). Wird das Volumen der Kammer 11 verringert, so erhöht sich die Reibwirkung des Reibmediums 12 auf das Widerstandsrad 21. Die Bremswirkung, die das Reibmedium 12 auf das Widerstandsrad 21 ausübt erhöht sich. Dadurch kann das Widerstandsrad 21 gebremst werden. Soll sich das Widerstandsrad 21 bei gleichem Krafteintrag schneller bewegen können, das heißt weniger stark gebremst werden, so muss das Volumen der Kammer 11 vergrößert werden. Dadurch verringert sich der Druck des Reibmediums 12 und die Bremswirkung auf das Widerstandsrad 21 lässt nach.
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Zur Veränderung des Volumens ist die bewegbare Wand 13 an einem Linearaktuator 30 angeordnet. Mittels eines Linearaktuators 30 kann die bewegbare Wand 13 der Kammer 11 zu einer beliebigen Position P zwischen den Positionen P1 und P2 bewegt werden.
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In der dargestellten Ausführungsform handelt es sich um einen Kugelgewindetrieb. Das Gewinde 31 des Kugelgewindetriebs ist an der Wand 13 der Kammer 11 derart angebracht, dass durch die Bewegung des Gewindes 31 die Wand 13 bewegt wird. Die Nuss 32 des Kugelgewindetriebs ist ortsfest und drehbar in einem Stator 33 angeordnet. Auf der Nuss 32 des Kugelgewindetriebs sind Dauermagnete angeordnet. Dadurch wirkt die Nuss 32 als Rotor, der durch das magnetische Wechselfeld erzeugt durch den Stator 33 in Bewegung versetzt werden. Die Drehbewegung der Nuss 32 bewirkt, dass das Gewinde 31 in Bewegung gesetzt wird.
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2 zeigt eine alternative Ausführungsform der Kraftbegrenzungsvorrichtung 1 mit einem Magnetaktuator 40. Die Kammer 11, sowie die Welle 20 sind genauso aufgebaut wie in der Ausführungsform nach 1. Der Magnetaktuator 40 weist einen Anker 41 auf. An dem Anker 41 ist die bewegbare Wand 13 der Kammer 11 derart angebracht, dass eine Bewegung des Ankers 41 zu einer entsprechenden Bewegung der Wand 13 der Kammer 11 führt.
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Der Anker 41 wird in seine Endposition bewegt, wenn an die Elektromagnetgruppe 42 des Magnetaktuators 40 eine entsprechende Spannung angelegt wird. Durch ein Rückstellmittel hier dargestellt als Rückstellfeder 43, wird der Anker 41, wenn die Spannung von der Elektromagnetgruppe entfernt wird, wieder in seine Ausgangsposition zurückbewegt.
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Handelt es sich bei dem Magnetaktuator 40 um einen Zugmagnet, handelt es sich bei der Ausgangsposition, um die Position P2, in der das Volumen der Kammer 11 am kleinsten ist. Handelt es sich um einen Schubmagnet, handelt es sich bei der Ausgangsposition, um die Position P1, in der das Volumen der Kammer 11 am größten ist.
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Anders als bei der Ansteuerung durch einen Linearaktuator 30, kommt es bei einer Ansteuerung des Magnetaktuators 40 zu einer vollständigen Bewegung des Ankers 41.
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D.h. die Wand 13 der Kammer 11, wird jeweils von der Ausgangsposition in die jeweilige Endposition bewegt.
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Wird die Elektromagnetgruppe 42 gepulst mit unterschiedlichen Zeitintervallen angesteuert, so ergibt sich ein resultierendes, Effektivvolumen der Kammer 11. Dieses Effektivvolumen wirkt sich auf das Reibmedium auf, das entsprechend stärker bzw. schwächer auf das Widerstandsrad 21 wirkt.
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In einer nicht dargestellten Ausführungsform kann anstelle einer bewegbaren Wand auch eine Membran verwendet werden. Eine Membran besteht aus einem flexiblen Material. Die Membran ist an dem Gehäuse angebracht. Zur Veränderung des Volumens der Kammer wirkt entweder der Linearaktuator oder der Magnetaktuator entsprechend auf die Membran, die sich dann entweder in die Kammer hinein dehnt oder von der Kammer weg dehnt. Durch diese Dehnung verändert sich das Volumen der Kammer und entsprechend die Reibwirkung, die das Reibmedium auf das Widerstandsrad ausübt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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