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Die Erfindung betrifft eine Kraftbegrenzungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
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Aus der
WO 2006/108451 A1 ist bereits eine gattungsgemäße Kraftbegrenzungseinrichtung bekannt, welche eine Anordnung von federvorgespannten schwingenden Massen umfasst. Die schwingenden Massen greifen während der Schwingbewegung wechselweise mit verschiedenen Zähnen in eine Gegenverzahnung eines eine kraftbegrenzte Vorschubbewegung ausführenden Teiles ein, wobei die Vorschubbewegung durch die Schwingbewegung der Massen gesteuert wird. Durch die Federvorspannung kann die Frequenz der schwingenden Massen und damit die Vorschubbewegung und letztlich das Kraftbegrenzungsniveau der Kraftbegrenzungseinrichtung verändert werden.
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Aus der
DE 10 2008 049 931 A1 ist eine Weiterentwicklung der Kraftbegrenzungseinrichtung bekannt, bei der eine beidseitig verzahnte schwingende Masse vorgesehen ist, welche eine wellenförmige Vorschubbewegung ausführt. Die schwingende Masse gelangt dabei wechselweise mit gegenüberliegenden feststehenden Verzahnungen in und außer Eingriff.
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Die Dämpfungskonstanten und das davon abhängige Kraftbegrenzungsniveau werden dabei von der Geometrie der Verzahnungen, der Masse der schwingenden Massen und durch die Federvorspannung der Massen bestimmt, sofern eine solche vorgesehen ist.
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Aus der
DE 10 2010 050 189 B4 ist eine weitere Weiterentwicklung der Kraftbegrenzungseinrichtung bekannt, bei der das Schwingteil Verzahnungen mit unterschiedlichen Zahnabständen aufweist, wodurch unterschiedliche Dämpfungscharakteristika und damit unterschiedliche Kraftbegrenzungskurven verwirklicht werden können.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kraftbegrenzungseinrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, bei der die kraftbegrenzte Gurtbandauszugsbewegung mit konstruktiv möglichst einfachen Mitteln an eine gewünschte Kraftbegrenzungscharakteristik angepasst werden kann.
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Gemäß dem Grundgedanken der Erfindung wird zur Lösung der Aufgabe vorgeschlagen, dass wenigstens eine der Verzahnungen, in welche das erste Schwingteil wechselweise in und außer Eingriff gelangt, an einem zweiten Schwingteil angeordnet ist, welches mit einer dritten Verzahnung wechselweise in und außer Eingriff in eine fahrzeugfeste Verzahnung gelangt, wobei das zweite Schwingteil durch den Eingriff des ersten Schwingteils in die Verzahnung wenigstens zeitweise zu einer Relativbewegung gegenüber der fahrzeugfesten Verzahnung antreibbar ist.
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Durch die vorgeschlagene Lösung wird es ermöglicht, dass die Gurtwelle bei gleicher Schwingbewegung des ersten Schwingteils schneller dreht, indem die vormals fahrzeugfeste Verzahnung, in welche das erste Schwingteil wechselweise in und außer Eingriff gelangt, ihrerseits an einem zweiten Schwingteil angeordnet ist, welches zusätzlich eine Relativbewegung zu einer fahrzeugfesten Verzahnung ausführt. Das zweite Schwingteil bildet praktisch ein Getriebe, welches die Gurtbandauszugsgeschwindigkeit in eine höhere Gurtbandauszugsgeschwindigkeit mit einer kleineren Rückhaltekraft für den Insassen übersetzt.
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Damit kann die Kraftbegrenzungseinrichtung im Umkehrschluss für eine vorbestimmte Gurtbandauszugsgeschwindigkeit und ein vorbestimmtes Kraftbegrenzungsniveau kleiner ausgeführt werden. So ist es zum Beispiel denkbar, die Verzahnungen der beiden Schwingteile so zu bemessen, dass die Gurtwelle doppelt so schnell dreht wie die Relativdrehbewegung des ersten Schwingteils zu dem zweiten Schwingteil, indem das zweite Schwingteil eine identische Drehbewegung zu einer fahrzeugfesten Verzahnung ausführt wie das erste Schwingteil zu dem zweiten Schwingteil. Ferner kann die Kraftbegrenzungscharakteristik auch durch die Auslegung der Verzahnungen des zweiten Schwingteils verändert werden, es wird damit ein weiterer Auslegungsparameter für die Kraftbegrenzungscharakteristik geschaffen, durch welche die Kraftbegrenzungscharakteristik verbessert hinsichtlich einer vorbestimmten Kraftbegrenzungscharakteristik ausgelegt werden kann.
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Dabei können verschiedene kinematische Bewegungsabläufe verwirklicht werden, indem die Schwingteile z.B. durch wechselweise Ankoppelung an das die kraftbegrenzte Bewegung ausführende Teil wechselweise vorgeschoben bzw. angetrieben werden. Dabei kann das jeweils nicht angetriebene Teil zusätzlich durch das angetriebene Teil während der Vorschubbewegung mit angetrieben also mitgenommen oder indirekt angetrieben werden. Ferner können durch die Anordnung und die Bemessung der Verzahnungen unterschiedliche Übersetzungen der Gurtbandauszugsbewegung und damit auch des Kraftbegrenzungsniveaus verwirklicht werden. Durch die erfindungsgemäße Lösung wird praktisch ein Getriebe realisiert, durch welches die Bewegungen der Schwingteile individuell und zwar unabhängig von der Gurtbandauszugsbewegung ausgelegt werden können.
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Dabei können die Verzahnungen des ersten Schwingteils und die dritte Verzahnung oder die Verzahnung des zweiten Schwingteils, in welche das erste Schwingteil in und außer Eingriff gelangt, unterschiedliche Zahnabstände aufweisen, so dass das Schwingverhalten und die Vorschubbewegung der beiden Schwingteile zur Beeinflussung der Kraftbegrenzungscharakteristik bewusst unterschiedlich ausgelegt werden können.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass ein Anschlag vorgesehen ist, welcher die Relativbewegung zwischen den beiden Schwingteilen und/oder zwischen einem der Schwingteile und einer fahrzeugfesten Verzahnung und/oder zwischen einem der Schwingteile und einer in Bezug zu dem die kraftbegrenzte Bewegung ausführenden Teil festen Verzahnung begrenzt. Dabei treibt die Verzahnung, welche mit dem die kraftbegrenzte Bewegung ausführenden Teil fest verbunden ist, das erste Schwingteil an und kann damit auch als antreibende Verzahnung bezeichnet werden. Durch die vorgeschlagene Lösung kann der Verlauf der Gurtbandauszugsgeschwindigkeit und damit auch der Verlauf der Kraftbegrenzungscharakteristik verändert werden, indem die Relativdrehbewegung zweier Teile durch den Anschlag begrenzt wird. Dabei sinkt die Gurtbandauszugsgeschwindigkeit sprunghaft auf ein niedrigeres Niveau und das Kraftbegrenzungsniveau der Rückhaltekraft steigt sprunghaft auf ein höheres Niveau an, wenn die Relativbewegung der beiden Teile zueinander durch den Anschlag blockiert wird. Sofern mehrere Anschläge zwischen verschiedenen Paarungen der relativ zueinander bewegten Teile vorgesehen sind, kann auch ein stufenförmiger Verlauf der Gurtbandauszugsgeschwindigkeit und der Kraftbegrenzungscharakteristik verwirklicht werden. Sofern das die kraftbegrenzte Bewegung ausführende Teil eine Gurtwelle einer Sicherheitsgurteinrichtung ist, würde es sich bei der antreibenden Verzahnung entsprechend um eine gurtwellenfeste Verzahnung handeln.
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Ferner kann das zweite Schwingteil bevorzugt mittels einer passiv oder aktiv lösbaren Blockiereinrichtung fahrzeugfest festgelegt sein, so dass das Kraftbegrenzungsniveau durch das Lösen der Blockiereinrichtung und die dadurch bedingte Freigabe des zweiten Schwingteils auch sprunghaft gesenkt werden kann und die Gurtbandauszugsgeschwindigkeit im Umkehrschluss sprunghaft erhöht werden kann. Das erfindungsgemäße Getriebe wird damit erst durch das Lösen des zweiten Schwingteils aktiviert bzw. in Bereitschaft versetzt, während die Kraftbegrenzungseinrichtung bei blockiertem zweitem Schwingteil wie eine im Stand der Technik beschriebene Kraftbegrenzungseinrichtung arbeitet.
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Dabei kann das Kraftbegrenzungsniveau besonders schnell in einer sehr kurzen Zeitspanne gesenkt werden, indem die Blockiereinrichtung durch eine pyrotechnisch betätigbare Schalteinrichtung lösbar ist.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass das zweite Schwingteil von dem ersten Schwingteil entkoppelbar ist, wobei das zweite Schwingteil von dem ersten Schwingteil zwangsgesteuert entkoppelbar sein kann, oder das zweite Schwingteil kann auch unter Überwindung einer Federkraft selbsttätig von dem ersten Schwingteil entkoppelbar sein. Durch die Entkoppelung des zweiten Schwingteils von dem ersten Schwingteil kann eine konstruktiv einfach zu realisierende zweistufige Kraftbegrenzungscharakteristik verwirklicht werden. Dabei kann eine zwangsgesteuerte Entkopplung insofern von Vorteil sein, da dadurch eine Entkopplung der beiden Schwingteile zu einem vorbestimmten Zeitpunkt oder bei einer vorbestimmten Gurtbandauszugslänge selbsttätig und prozesssicher verwirklicht werden kann. Alternativ kann die Entkopplung auch selbsttätig durch die Überwindung einer Federkraft erfolgen. Die Federkraft bildet in diesem Fall einen weiteren Auslegungsparameter zur Verwirklichung einer vorbestimmten Kraftbegrenzungscharakteristik.
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Ferner kann die Kraftbegrenzungscharakteristik weiter variiert werden, indem an dem ersten und/oder an dem zweiten Schwingteil eine lösbare Dämpfungsmasse vorgesehen ist. Durch die lösbare Dämpfungsmasse kann das Schwingverhalten des ersten und/oder des zweiten Schwingteils verändert werden, indem die Masse des jeweiligen Schwingteils erhöht wird. Dabei kann das Schwingverhalten neben der Bemessung der Masse der Dämpfungsmasse auch durch den Zeitpunkt des Lösens der Dämpfungsmasse beeinflusst werden.
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Dabei kann zwischen der Dämpfungsmasse und dem ersten oder zweiten Schwingteil bevorzugt ein variables Spiel vorgesehen sein, so dass das Schwingverhalten innerhalb gewisser Grenzen auch verändert werden kann. Das variable Spiel entspricht dabei einer engeren oder auch loseren Kopplung der Dämpfungsmasse mit dem Schwingteil und führt damit je nach dem Maß der Kopplung direkt zu einer Vergrößerung oder Verringerung der in Schwingung zu versetzenden Masse des Schwingteils. Das Spiel kann sich dabei selbsttätig verändern, wodurch z.B. eine degressiv linear abfallende Kraftbegrenzungscharakteristik verwirklich werden kann. Ferner kann das Spiel auch aktiv verringert oder erhöht werden, so dass entsprechend linear progressive oder degressive Kraftbegrenzungscharakteristika aktiv herbeigeführt werden können.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Dabei zeigt
- 1 eine Gurtwelle mit einer erfindungsgemäßen Kraftbegrenzungseinrichtung in Explosionsdarstellung; und
- 2 die Gurtwelle mit der Kraftbegrenzungseinrichtung der 1 in montiertem Zustand in Schnittdarstellung; und
- 3 die Einzelteile der Kraftbegrenzungseinrichtung; und
- 4 die Einzelteile der Kraftbegrenzungseinrichtung mit zusammengesetzten Schwingteilen; und
- 5 ein Schwingteil mit einer Dämpfungsmasse; und
- 6 eine Kraftbegrenzungseinrichtung mit einem dritten Schwingteil; und
- 7 eine Kraftbegrenzungseinrichtung mit einer pyrotechnischen Schalteinrichtung.
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In den 1 und 2 ist eine Gurtwelle 18 einer Sicherheitsgurteinrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Kraftbegrenzungseinrichtung 1 zu erkennen. Die Gurtwelle 18 ist zweiteilig mit einem fahrzeugfest blockierbaren Profilkopf 10 und einem Gurtwellenkörper 28 ausgebildet. Der Profilkopf 10 und der Gurtwellenkörper 28 sind über eine erfindungsgemäße Kraftbegrenzungseinrichtung 1 und einen Torsionsstab 12 miteinander verbunden, wobei der Profilkopf 10 zusätzlich Träger einer nicht dargestellten Blockiereinrichtung in Form einer Blockierklinke ist, welche den Profilkopf 10 bei einer Ansteuerung fahrzeugfest blockiert. Ferner ist ein drehfest mit dem Profilkopf 10 verbundenes Antriebsrad 11 vorgesehen, welches Teil einer pyrotechnischen irreversiblen Gurtstraffeinrichtung ist. Der Torsionsstab 12 ist mit einem Ende drehfest mit dem Profilkopf 10 verbunden und mit dem anderen Ende drehfest mit der Kraftbegrenzungseinrichtung 1 verbunden, die ihrerseits mit dem Gurtwellenkörper 28 verbunden ist. Der Torsionsstab 12 und die Kraftbegrenzungseinrichtung 1 sind damit in dem Kraftübertragungsweg von dem Profilkopf 10 zu dem Gurtwellenkörper 28 in Reihe angeordnet. Nach der Blockierung des Profilkopfes 10 ist eine weitere Drehung des Gurtwellenkörpers 28 nur unter einer plastischen Verformung des Torsionsstabes 12 und/oder unter einer Aktivierung der Kraftbegrenzungseinrichtung 1 möglich.
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Nachfolgend wird die erfindungsgemäß weiterentwickelte Kraftbegrenzungseinrichtung 1 anhand der 1 bis 4 näher beschrieben. Der Gurtwellenkörper 28 weist an der von dem Profilkopf 10 abgewandten Seite einen außenverzahnten, ringförmigen Absatz 16 auf, auf dem ein Gehäuseteil 22 der Kraftbegrenzungseinrichtung 1 über eine axial gerichtete Innenverzahnung 17 drehfest gehalten ist. Außerdem ist eine drehfest mit dem freien Ende des Torsionsstabes 12 verbundene Buchse 15 vorgesehen, welche über eine axial gerichtete Außenverzahnung drehfest mit einer Verzahnungsscheibe 13 verbunden ist. Außerdem sind zwischen der Verzahnungsscheibe 13 und dem Gehäuseteil 22 ein erstes Schwingteil 2 und ein zweites Schwingteil 3 und eine Feder 14 vorgesehen. Die Feder 14 dient der Federvorspannung des zweiten Schwingteils 3 und definiert dadurch ein zu überwindendes Startmoment zur Aktivierung der Kraftbegrenzungseinrichtung 1. Es ist aber auch denkbar, die Feder 14 wegzulassen, die Kraftbegrenzungseinrichtung 1 würde dann bei einem niedrigeren Startmoment aktiviert werden. Das Gehäuseteil 22 und die Verzahnungsscheibe 13 weisen jeweils auf ihren axial einander zugewandten Seitenflächen ringförmige Verzahnungen 7 und 9 mit sich in Radialrichtung erstreckenden Zahnflanken auf. Die beiden Schwingteile 2 und 3 sind ringförmig ausgebildet und weisen an ihren beiden Seitenflächen ebenfalls ringförmige Verzahnungen 4, 5, 6, 30 auf. Ferner weist das erste Schwingteil 2 an seinem Innendurchmesser eine Innenverzahnung 29 und das zweite Schwingteil 3 an seinem Außendurchmesser eine Außenverzahnung 8 auf. Die beiden Schwingteile 2 und 3 sind so bemessen, dass das zweite Schwingteil 3 in der Öffnung des ersten Schwingteils 2 angeordnet ist und dabei mit der Außenverzahnung 8 in die Innenverzahnung 29 des ersten Schwingteils 2 eingreift. Ferner weist das erste Schwingteil 2 einen radial vorstehenden Vorsprung 19 und das Gehäuseteil 22 einen axial vorstehenden Anschlag 31 auf.
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Die Kraftbegrenzungseinrichtung 1 wird dadurch aktiviert, indem in einem ersten Schritt die Verzahnungsscheibe 13 durch die Blockierung des Profilkopfes 10 in Gurtbandauszugsrichtung blockiert wird. Steigt die Gurtbandauszugskraft nachfolgend an, so übt der Gurtwellenkörper 28 ein ansteigendes Drehmoment über das Gehäuseteil 22 auf die Kraftbegrenzungseinrichtung 1 aus.
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Durch das von dem Gehäuseteil 22 ausgeübte Drehmoment wird das erste Schwingteil 2 in bekannter Weise zu einer Schwingbewegung angetrieben, während der es wechselweise mit der Verzahnung 7 des Gehäuseteils 22 und der Verzahnung 9 der blockierten Verzahnungsscheibe 13 in und außer Eingriff gelangt und dabei gleichzeitig in Umfangsrichtung rotiert. Gleichzeitig greift das zweite Schwingteil 3 mit der Außenverzahnung 8 in die Innenverzahnung 29 des ersten Schwingteils 2 ein und wird dadurch von dem ersten Schwingteil 2 in Umfangsrichtung angetrieben. Ferner greift auch das zweite Schwingteil 3 wechselweise mit den Verzahnungen 4 und 30 in die Verzahnungen 7 und 9 des Gehäuseteils 22 ein und führt dabei eine schwingende Drehbewegung aus. Das erste Schwingteil 2 und das zweite Schwingteil 3 treiben sich dabei wechselweise gegenseitig an und bilden zusammen ein Getriebe, welches eine höhere Drehzahl des Gurtwellenkörpers 28 bzw. eine höhere Gurtbandauszugsgeschwindigkeit als die Umfangsgeschwindigkeit bzw. die Drehzahl der Schwingteile 2 und 3 ermöglicht. Dabei liegt der Vorteil der vorgeschlagenen Lösung insbesondere darin, dass das erste Schwingteil 2 in eine Verzahnung (die Außenverzahnung 8) eingreift, welche ebenfalls Teil eines sich mitbewegenden Teils (des zweiten Schwingteils 3) ist. Damit wird die Bewegung des ersten Schwingteils 2 in eine schnellere Bewegung des Gurtwellenkörpers 28 übersetzt.
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Die Bewegungsverhältnisse des Getriebes können durch die Auslegung der beiden Schwingteile 2 und 3 und insbesondere durch die Auslegungen der Verzahnungen 7, 5, 6, 4, 30, 8, 29 und 9 in ihren Zahnabständen verändert werden.
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Ferner sind an dem ersten Schwingteil 2 der radial nach außen vorstehende Vorsprung 19 und an dem Gehäuseteil 22 der axial vorstehende Anschlag 31 vorgesehen, welche so angeordnet sind, dass das erste Schwingteil 2 mit dem Vorsprung 19 nach einem vorbestimmten Drehwinkel von maximal 360 Grad an dem Anschlag 31 zur Anlage gelangt und die weitere Bewegung des ersten Schwingteils 2 blockiert. Dadurch kann ein Stop der kraftbegrenzten Gurtbandauszugsbewegung verwirklicht werden. Da der Gurtwellenkörper 28 aufgrund des Getriebes eine größere Drehgeschwindigkeit als das erste Schwingteil 2 ausführt, ist der Drehwinkel des ersten Schwingteils 2 zwar auf 360 Grad begrenzt, der Gurtwellenkörper 28 kann aber durchaus eine größere Anzahl von Umdrehungen wie. z.B. zwei Umdrehungen bei einem Übersetzungsverhältnis von 2:1 ausführen.
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In der 5 ist eine Weiterentwicklung der Erfindung gezeigt, bei der an dem zweiten Schwingteil 3 zusätzlich eine lösbare Dämpfungsmasse 21 vorgesehen ist. Die Dämpfungsmasse kann mit einem variablen Spiel an dem zweiten Schwingteil 3 angeordnet sein, wodurch ein variables Schwingverhalten des zweiten Schwingteils 3 und damit ein sich veränderndes Bewegungsverhalten des Getriebes und damit der kraftbegrenzten Gurtbandauszugsbewegung bzw. des Kraftbegrenzungsniveaus möglich ist. Das Spiel der Dämpfungsmasse 21 kann dabei anfangs eingestellt oder gezielt ausgelegt werden, oder auch durch eine Einrichtung aktiv verändert werden. Ferner kann die schwingende Masse des zweiten Schwingteils 3 auch sehr einfach und schlagartig gesenkt werden, indem die Dämpfungsmasse 21 von dem zweiten Schwingteil 3 gelöst wird.
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In der 6 ist eine weitere Weiterentwicklung der Erfindung zu erkennen, bei der neben den beiden Schwingteilen 2 und 3 ein drittes Schwingteil 23 vorgesehen ist, welches ebenfalls zwei seitliche Verzahnungen aufweist und mit einer radial äußeren Außenverzahnung in eine Innenverzahnung des zweiten Schwingteils 3 eingreift. Durch das dritte Schwingteil 23 kann die Bewegung des Gurtwellenkörpers 28 weiter in eine schnellere Bewegung übersetzt werden. Das dritte Schwingteil 23 weist eine Schaltrampe 24 auf, welche nach einem vorbestimmten Drehwinkel an einer formkorrespondierenden Schaltrampe 25 der Verzahnungsscheibe 13 zur Anlage gelangt und dann das dritte Schwingteil 23 während der weiteren Bewegung axial verschiebt. Die Kraftbegrenzungseinrichtung 1 wird dadurch zwangsgesteuert geschaltet, indem das dritte Schwingteil 23 aktiv außer Eingriff mit der Innenverzahnung des zweiten Schwingteils 3 gebracht wird. Alternativ zu der zwangsgesteuerten Schalteinrichtung kann die Schaltung auch selbsttätig unter Überwindung einer Federkraft erfolgen, indem das dritte Schwingteil 23 mit einer Feder belastet wird, deren Kraft zur Schaltung des Getriebes überwunden werden muss.
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In der 7 ist eine weitere Weiterentwicklung der Erfindung zu erkennen, bei der das Getriebe durch eine pyrotechnische Schalteinrichtung 26 schaltbar ist. Die pyrotechnische Schalteinrichtung 26 treibt bei einer Aktivierung ein Schaltrad 27 des Getriebes an und legt dadurch wenigstens eines der Schwingteile 2, 3 oder 23 fest, oder es gibt wenigstens eines der Schwingteile 2, 3 oder 23 frei. Dadurch können eine gestufte Gurtbandauszugsbewegung bzw. Kraftbegrenzungscharakteristik verwirklicht werden.
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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 A1 [0003]
- DE 102010050189 B4 [0005]
