DE102018110411A1

DE102018110411A1 - Sicherheitsgurtretraktor mit lastbeschränkung

Info

Publication number: DE102018110411A1
Application number: DE102018110411.1A
Authority: DE
Inventors: Mohammad Omar Faruque; James Chih Cheng; Robert William McCoy; Saeed David Barbat; Dean M. Jaradi
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2017-05-03
Filing date: 2018-04-30
Publication date: 2018-11-08
Also published as: GB2563989A; US20180319362A1; GB201807173D0; US10562488B2; CN108791176A

Abstract

Ein Sicherheitsgurtretraktor beinhaltet eine Basis, eine Spule, einen Zylinder und ein Zylinderschloss. Die Spule ist drehbar an die Basis gekoppelt und weist einen Kolbenabschnitt auf. Der Zylinder steht mit dem Kolbenabschnitt in Eingriff und definiert damit eine erste Kammer. Der Kolben ist aus einer ersten Position, die ein erstes Kammervolumen ergibt, in eine zweite Position, die ein zweites Kammervolumen ergibt, beweglich. Das Zylinderschloss fixiert in einem ersten Zustand den Zylinder drehbar an der Basis. Dämpfungsfluid ist in der Kammer angeordnet.

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Ein Sicherheitsgurtsystem kann einen Retraktor zum Ausgeben eines Sicherheitsgurtbandes beinhalten. Der Retraktor beinhaltet eine Spule, um die das Gurtband gewickelt ist. Das Gurtband wird von der Spule abgewickelt, wenn das Gurtband von dem Sitzinsassen angelegt wird. Im Falle eines Fahrzeugaufpralls wird die Spule gesperrt, wodurch ihre Drehung verhindert wird und ein weiteres Abwickeln des Gurtbandes verhindert wird. Durch das plötzliche Sperren in Kombination mit einer Trägheit des Insassen kann sich eine Widerstandslast des Gurtbandes gegenüber dem Insassen ergeben, die ausreicht, um dem Insassen Unbehagen zu bereiten. Ein Lastbeschränkungsmechanismus in dem Retraktor ermöglicht einen gedämpften Abschluss der Bewegung des Gurtbandes, um ein solches Unbehagen zu verringern. Ein bekannter Lastbeschränkungsmechanismus beinhaltet einen Torsionsstab, der in einem Zentrum der Spule angeordnet ist. Der Torsionsstab kann ein zylindrischer Stab aus Stahl sein, der eine Streckgrenze aufweist, die ausgewählt ist, um zu ermöglichen, dass der Stab bei einem Wert, der einem potenziellen Schwellenwert für das Unbehagen zugeordnet ist, drehelastisch nachgibt. Durch das Verdrehen des Torsionsstabs wird ein Teil der Trägheitsenergie absorbiert, wodurch die Last verringert wird, die von dem Insassen gegenüber dem Gurtband aufrechterhalten wird. Der Torsionsstab muss ersetzt werden, wenn er plastisch verformt ist. Es ist wünschenswert, einen wiederverwendbaren Lastbeschränkungsmechanismus bereitzustellen.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht eines Fahrzeuginsassen mit einem beispielhaften Sicherheitsgurtsystem.
2 ist eine erste perspektivische Ansicht eines beispielhaften Retraktors.
3 ist eine zweite perspektivische Ansicht des beispielhaften Retraktors aus 2.
4 ist eine auseinandergezogene Ansicht des beispielhaften Retraktors aus den 2 und 3.
5 ist eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Spule und eines beispielhaften Kammerzylinders.
6 ist eine Querschnittsseitenansicht eines Kolbenendes der Spule aus 5 in Gewindeeingriff mit dem Kammerzylinder in einer neutralen Konfiguration.
7 ist eine Querschnittsseitenansicht der Spule und des Kammerzylinders aus 6 in einer komprimierten Konfiguration.
8 ist ein Verlauf der Kraft gegenüber der Verschiebung des Kolbenendes in Bezug auf die Kammer aus den 5-7.
9 ist eine Querschnittsseitenansicht eines Eingriffsmechanismus in einem Nicht - Aufprallzustand.
10 ist eine Querschnittsseitenansicht des Eingriffsmechanismus aus 9 in einem Aufprallzustand.
11A und 11B sind schematische Darstellungen eines Gemischs, einschließend nanoporöse Teilchen.
12 ist eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Spule und eines alternativen beispielhaften Kammerzylinders.
13 ist eine Querschnittsseitenansicht eines Kolbenendes der Spule aus 11 in Gewindeeingriff mit dem Kammerzylinder in einer neutralen Konfiguration.
14 ist eine Querschnittsseitenansicht der Spule und des Kammerzylinders aus 12 in einer komprimierten Konfiguration.
15 ist ein Verlauf der Kraft gegenüber der Verschiebung des Kolbenendes in Bezug auf die Kammer aus den 12-14.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Relative Ausrichtungen und Richtungen (beispielsweise oberes, unteres, Unterseite, nach vorne, nach hinten, vorderes, hinteres, hinten, außenliegend, innenliegend, nach innen, nach außen, seitlich, links, rechts) sind in dieser Beschreibung nicht als Einschränkungen aufgeführt, sondern, damit sich der Leser zumindest eine Ausführungsform der beschriebenen Strukturen besser vor Augen führen kann. Derartige beispielhafte Ausrichtungen sind aus der Perspektive eines Insassen, der mit Blickrichtung zu einem Armaturenbrett auf einem Fahrersitz sitzt, zu sehen. In den Figuren kennzeichnen gleiche Bezugszeichen in den verschiedenen Ansichten gleiche Teile.
Ein Sicherheitsgurtretraktor beinhaltet eine Basis, eine Spule, einen Zylinder und ein Zylinderschloss. Die Spule ist drehbar an die Basis gekoppelt und weist einen Kolbenabschnitt auf. Der Zylinder steht mit dem Kolbenabschnitt in Eingriff und definiert damit eine erste Kammer. Der Kolben ist aus einer ersten Position, die ein erstes Kammervolumen ergibt, in eine zweite Position, die ein zweites Kammervolumen ergibt, beweglich. Das Zylinderschloss fixiert in einem ersten Zustand den Zylinder drehbar an der Basis. Dämpfungsfluid ist in der Kammer angeordnet.
Die Spule des Retraktors kann eine Drehachse definieren, wobei der Kolbenabschnitt auf der Drehachse zentriert ist und der Zylinder auf der Drehachse zentriert ist.
Der Kolbenabschnitt kann Kolbengewinde aufweisen und der Zylinder kann Zylindergewinde aufweisen. Die Kolbengewinde und die Zylindergewinde können miteinander in Gewindeeingriff stehen.
Der Zylinder kann den Kolbenabschnitt aufnehmen, wobei die Zylindergewinde an einem Innendurchmesser der Kammer gebildet sind und die Kolbengewinde an einem Außendurchmesser des Kolbenabschnitts gebildet sind.
Das Zylinderschloss kann eine Vielzahl von Schaltverzahnungszähnen und einen Eingriffsmechanismus beinhalten. Die Vielzahl von Schaltverzahnungszähnen kann an einem äußeren Umfang des Zylinders zur Rotation damit angeordnet sein. Der Eingriffsmechanismus kann teilweise an der Basis befestigt sein und einen Eingriffszahn beinhalten, wobei der Eingriffszahn in dem ersten Zustand mit der Schaltverzahnung in Eingriff steht und der Eingriffszahn in einem zweiten Zustand nicht mit der Schaltverzahnung in Eingriff steht. Der Eingriff des Eingriffszahns in die Schaltverzahnung befestigt den Zylinder drehbar an der Basis.
Das Dämpfungsfluid kann ein heterogenes Gemisch sein, das hydrophobe nanoporöse Teilchen und eine Flüssigkeit beinhaltet.
Die nanoporösen Teilchen können Nanoporen aufweisen. In der ersten Position des Kolbenabschnitts sind die Nanoporen im Wesentlichen mit einem Gas gefüllt und in der zweiten Position des Kolbenabschnitts sind die Nanoporen im Wesentlichen mit der Flüssigkeit gefüllt.
Das heterogene Gemisch kann ein Kolloid von hydrophoben nanoporösen Teilchen in einer Flüssigkeit sein.
Die Teilchen können aus Siliziumdioxid gebildet sein.
Die Teilchen können eine hydrophobe Oberflächenbehandlung aufweisen.
Eine Kombination aus einer Steigung der Gewinde und einer Beschaffenheit der Teilchen und eines Volumens der Kammer kann es der Spule ermöglichen, sich zweimal zu drehen, bevor das Fluid im Wesentlichen nicht komprimierbar wird.
Ein Volumen des heterogenen Gemisches, wenn sich der Kolbenabschnitt in der zweiten Position befindet, kann höchstens bei der Hälfte eines Volumens des heterogenen Gemisches liegen, wenn sich der Kolbenabschnitt in der ersten Position befindet.
Das Gemisch kann beschaffen sein, um eine Rückkehr zu dem Volumen in der ersten Position zu ermöglichen, wenn das erste Kammervolumen wiederhergestellt ist.
Eine zusätzliche Kapsel kann abdichtend an dem Zylinder fixiert sein. Die zusätzliche Kapsel kann eine zweite Kammer und eine Öffnung definieren, die zwischen der ersten Kammer und zweiten Kammer angeordnet ist und diese verbindet.
Die zweite Kammer kann im Wesentlichen mit einem Gas gefüllt sein, wenn sich der Kolbenabschnitt in der ersten Position befindet. Die zweite Kammer kann im Wesentlichen mit dem Gemisch gefüllt sein, wenn sich der Kolbenabschnitt in der zweiten Position befindet.
Ein Ventil kann über der Öffnung angeordnet sein.
Die Öffnung kann so bemessen sein, dass sie einen Strom des Gemischs dort hindurch bei einem ersten Druck, der mit der ersten Position des Kolbenabschnitts assoziiert ist, blockiert.
Ein beispielhaftes Rückhaltesystem 20, wie in den 1-15 veranschaulicht, kann in einem Fahrzeug 22 angeordnet sein. Das Fahrzeug 22 beinhaltet einen Sitz 24, der einen Insassen 26 des Fahrzeugs 22 stützen kann. Der Sitz 24 kann ein Vordersitz oder ein Rücksitz sein und kann sich in einer beliebigen Position in dem Fahrzeug befinden. Bei dem in 1 gezeigten Sitz 24 handelt es sich um einen Schalensitz, alternativ kann der Sitz 24 jedoch eine Sitzbank oder eine andere Art von Sitz sein. Der Insasse 26 kann ein Erwachsener oder Heranwachsender sein, oder er kann alternativ ein Kind in einem Autokindersitz, der einen Säugling oder ein junges Kind stützt, sein. Die Position und Ausrichtung des Sitzes 24 und von Komponenten davon können von dem Insassen 26 einstellbar sein.
Das Rückhaltesystem 20 beinhaltet ein beispielhaftes Sicherheitsgurtsystem 28 und kann außerdem ein Airbagsystem (nicht gezeigt) beinhalten. Das veranschaulichte Sicherheitsgurtsystem 28 ist ein Dreipunktsystem. Mit Dreipunkt ist gemeint, dass ein Sicherheitsgurt, d. h. ein Gurtband 30, des Systems 28 den Insassen 26 an drei Punkten zurückhält: an einer Schulter, in dem Beispiel aus 1 der rechten Schulter, und an beiden Seiten des Beckens des Insassen.
Das Sicherheitsgurtsystem 28 kann zusätzlich zu dem Sicherheitsgurt 30 einen Retraktor 32, einen D-Ring 34, eine Sicherheitsgurtverriegelungsplatte 36, eine Verankerung (nicht gezeigt), eine Gurtzunge 38 und eine Gurtzungenhalterung 40 beinhalten. Das Sicherheitsgurtsystem 28 kann alternativ eine andere Anordnung von Befestigungspunkten beinhalten. Wenn befestigt, hält das Sicherheitsgurtsystem 28 den Insassen 26 auf dem Sitz 24, z. B. während eines plötzlichen Abbremsens des Fahrzeugs 22.
Der Retraktor 32 nimmt ein erstes Ende des Sicherheitsgurts 30 auf und gibt es aus. Der Retraktor 32 kann, wie veranschaulicht, an der Fahrzeugstruktur fixiert sein, z. B. an einer B-Säule 42 oder alternativ an einem Rahmen des Sitzes 24. Ein alternativer Ort der Fahrzeugstruktur beinhaltet einen Boden des Fahrzeugs 22.
Der D-Ring 34 stellt eine gleichbleibende Ausrichtung des Sicherheitsgurts 30 über die Schulter des Insassen bereit, z. B. an einer Rückenlehne des Sitzes 24. Der D-Ring, wenn eingeschlossen, nimmt den Sicherheitsgurt 30 auf und leitet den Sicherheitsgurt 30 von dem Retraktor 32 über die Schulter des Insassen 26. Der D-Ring kann an der Rückenlehne des Sitzes oder alternativ an einer strukturellen Komponente des Fahrzeugs, z. B. einer B-Säule 42, fixiert sein. Wenn der Retraktor 32 an einem von der B-Säule 42 und dem Sitzrahmen angebracht ist, kann der D-Ring 34 in Bezug auf das System 28 weggelassen werden.
Die Sicherheitsgurtverriegelungsplatte 36, d. h. ein Clip, greift an einer innenliegenden Seite des Insassen 26 selektiv in die Gurtzunge 38 ein. Die Verriegelungsplatte 36 ist von einem Schlitz 45 in der Gurtzunge aufgenommen. Die Gurtzunge 38 ist durch die Gurtzungenhalterung 40 an der Fahrzeugstruktur oder an dem Sitzrahmen fixiert.
Die Sicherheitsgurtverankerung kann in Form einer Verankerungsplatte (nicht gezeigt) vorliegen und kann an einer außenliegenden Seite des Sitzes 24 angeordnet sein. Die Platte ist an einem zweiten Ende des Sicherheitsgurts 30 gegenüber dem Retraktor 32 fixiert und ist außerdem an einem von dem Rahmen des Sitzes 14 und der Struktur des Fahrzeugs 12 fixiert, um dadurch das zweite Ende des Sicherheitsgurts 30 zu fixieren.
Die Verriegelungsplatte 36 gleitet frei entlang des Sicherheitsgurts 30 und unterteilt den Sicherheitsgurt 30 in einen Beckengurt 44 und einen Schultergurt 46, wenn sie mit der Gurtzunge 38 in Eingriff steht. Der Beckengurt 44 ist zwischen der Verriegelungsplatte 36 und der Verankerung angeordnet. Der Schultergurt 46 kann zwischen der Verriegelungsplatte 36 und dem D-Ring 34 angeordnet sein.
Unter Bezugnahme auf die 2-10 beinhaltet der beispielhafte Retraktor 32 eine Basis 48, eine Spule 50, eine Retraktorfeder 52, eine Scheibe 54, einen Kammerzylinder 55, ein Zylinderschloss 58, eine Federabdeckung 60 und eine Schlossabdeckung 62. Die Spule 50 ist drehbar an die Basis 48 gekoppelt. Die beispielhafte Scheibe 54 ist an einem ersten Ende der Spule 50 fixiert, um sich damit zu drehen. Der Kammerzylinder 55 ist mit einem Gewinde an einem zweiten Ende der Spule 50 angebracht. Die Retraktorfeder 52 ist zwischen der Spule 50 und der Basis 48 angeordnet. Die Federabdeckung 60 ist an der Basis 48 an dem ersten Ende der Spule fixiert, und ist über der Scheibe 54 und der Feder 52 angeordnet. Die Feder 52 kann an einem Ende mit der Federabdeckung 60 und an einem zweiten Ende mit der Scheibe verbunden sein. Die Schlossabdeckung 62 ist an dem zweiten Ende der Spule 50 an der Basis 48 fixiert und ist über dem Kammerzylinder 55 und dem Schloss 58 angeordnet. Das veranschaulichte Schloss 58, das am besten in den 9 und 10 gezeigt ist, kann Komponenten beinhalten, die entweder an der Basis 48 oder der Schlossabdeckung 62 fixiert sind.
Die Spule 50 ist für eine Drehung um eine Drehachse 63, die durch die Spule definiert ist, drehbar an die Basis 48 gekoppelt. Die Spule 50 kann sich in Bezug auf die Basis 48 frei drehen. Das erste Ende des Sicherheitsgurts 30 ist mit der Spule 50 verbunden. Die Spule 50 beinhaltet eine Nabe 64, die eine zylindrische Form aufweisen und auf der Achse 63 zentriert sein kann. Die Rolle 50 kann dazu angepasst sein, den Sicherheitsgurt 30 aufzunehmen, zum Beispiel durch Beinhalten eine Gurtbandbefestigungsschlitzes 65 und Ermöglichen, dass sich der Sicherheitsgurt 30 um die Nabe 64 der Rolle 50 wickelt.
Der Sicherheitsgurt 30 kann an der Spule 50 befestigt sein. Insbesondere kann ein Ende des Sicherheitsgurts 30 an der Sicherheitsgurtverankerung befestigt sein und ein anderes Ende des Sicherheitsgurts 30 kann an der Spule 50 befestigt sein, wobei der Sicherheitsgurt 30, der um die Spule 50 gewickelt ist, an diesem Ende beginnt. Der Sicherheitsgurt 30 kann aus einem Gewebe in Form eines Riemens gebildet sein.
Die Spule 50 kann einen ersten Flansch 66 an einem ersten Ende der Nabe 64 und einen zweiten Flansch 68 an einem zweiten Ende der Nabe 64 beinhalten. Die Flansche 66, 68 können eine Begrenzung für den Sicherheitsgurt 30 bereitstellen, was dazu beiträgt, die Schichten oder Wicklungen des Sicherheitsgurts über der Nabe 64 miteinander in Ausrichtung zu halten. Ein Kolbenabschnitt 70 koaxial zu der Nabe 64 kann sich von einer Seite des zweiten Flansches 68 gegenüber der Nabe 64 erstrecken. Der beispielhafte Kolbenabschnitt 70 kann an einem Ende gegenüber der Nabe 64, z. B. einer Stirnplatte 72, geschlossen sein. Ein äußeres Ende des Kolbenabschnitts 70 gegenüber der Nabe 64 weist Gewinde 74, d. h. Kolbengewinde zum Eingriff in Gewinde 76, d. h. Zylindergewinde, in einem Innendurchmesser des Kammerzylinders 55 auf. Der Zylinder 55 kann zu dem Kolbenabschnitt 70 und der Nabe 64 koaxial sein.
Die Retraktorfeder 52 spannt die Spule 50 in Bezug auf die Basis 48 drehbar vor. Die Retraktorfeder kann sich wie vorstehend angemerkt entweder direkt oder indirekt, z. B. durch die Scheibe 54 und die Abdeckung 60, von der Basis 48 zu der Spule 50 erstrecken. Die Retraktorfeder 52 kann sich unter Spannung oder Druck befinden, wenn der Sicherheitsgurt 30 vollständig aufgerollt ist, und die Retraktorfeder 52 kann sich entweder unter Spannung oder Druck befinden, wenn der Sicherheitsgurt 30 von der Spule 50 ausgerollt ist. Demnach kann die Retraktorfeder 52 eine Kraft ausüben, die eine Tendenz aufweist, den Sicherheitsgurt 30 aufzurollen. Die Retraktorfeder 52 kann eine Spiraltorsionsfeder oder jede andere geeignete Art von Feder sein.
Die Basis 48 kann aus gestanztem Stahlblech oder einem anderen auf geeignete Weise starren Material, z. B. Kunststoff, gebildet sein. Die Basis 48 kann einen zentralen Abschnitt 80 beinhalten, der einen ersten Flügel 82 und einen zweiten Flügel 84 verbindet. Der erste Flügel 82 und der zweite Flügel 84 befinden sich an gegenüberliegenden Seiten des zentralen Abschnitts 80 und sind einander zugewandt. Die Flügel nehmen die Spule 50 auf, wobei die Flansche 66, 68 zwischen den Flügeln 82, 84 angeordnet sind. Die Basis 48 kann an einem Strukturelement des Fahrzeugs 22 angebracht sein, z. B. an der B-Säule 42, im Fall, dass es sich bei dem Sitz 24 um einen Vordersitz handelt, an einer C-Säule (nicht gezeigt), wenn es sich bei dem Sitz 24 um einen Rücksitz handelt, oder kann an dem Sitz 24 angebracht sein.
Der Kammerzylinder 55 kann eine zylindrische Seitenwand 56 und eine Stirnwand 57 aufweisen. Die Stirnwand 57 kann eben oder gekrümmt, z. B. halbkugelförmig, sein. Die Zylindergewinde 76 nehmen die Kolbengewinde 74 auf. Der Zylinder 55 weist eine Blindbohrung 86 auf, in welcher die Zylindergewinde 76 geformt werden. Die Bohrung 86, zusammen mit dem Kolbenabschnitt 70, definiert eine Fluidkammer 88. Ein Volumen der Kammer 88 variiert mit einer Tiefe des Kolbenabschnitts 70 in der Blindbohrung 86.
Das Zylinderschloss 58 kann einem beliebigen Mechanismus entsprechen, der geeignet ist, um eine Drehung des Zylinders 55 oder der Spule 50 in Bezug auf die Basis 48 zu verhindern oder einzuschränken. Derartige Mechanismen wie das Schloss 58 sind bekannt und von Unternehmen kommerziell erhältlich, einschließlich von Autoliv Inc. und ZF Friedrichshafen AG. Eine Art eines Zylinderschlosses kann als Reaktion auf eine schnelle Bewegung des Gurtbandes 30 und ein zugeordnetes schnelles Drehen der Spule 50 mit der Basis 48 in den Zylinder eingreifen. Eine andere Art eines Zylinderschlosses kann in Übereinstimmung mit dem veranschaulichten Zylinderschloss 58 als Reaktion auf ein plötzliches Abbremsen oder eine Rückwärtsbeschleunigung des Fahrzeugs 22 mit der Basis 48 in den Zylinder 55 eingreifen. Es ist außerdem bekannt, beide Arten von Mechanismen in einen einzigen Retraktor 32 einzubinden. Das beispielhafte Zylinderschloss 58 stellt lediglich einen Ansatz zum Eingreifen in den Zylinder 55 mit der Basis 48 dar. Das beispielhafte Zylinderschloss 58 beinhaltet eine sich axial erstreckende Schaltverzahnung 90, die um einen äußeren Umfang des Zylinders 55 angeordnet ist, und einen beispielhaften Eingriffsmechanismus 92, der unter vorbestimmten Bedingungen in die Schaltverzahnung 90 eingreift.
Der Eingriffsmechanismus 92 kann einen Schwenkarm 96 beinhalten, der in Bezug auf einen Kugelhalter 94 schwenkbar ist. Der Kugelhalter 94 beinhaltet eine erste Kugelbahn 98 und ist in Bezug auf die Basis 48 fixiert. Der Schwenkarm 96 beinhaltet eine zweite Kugelbahn 100, die der ersten Kugelbahn 98 zugewandt ist. Der Schwenkarm 96 beinhaltet außerdem einen Eingriffszahn 102 an einer Seite gegenüber der zweiten Kugelbahn 100. In einer eingebauten Position verlaufen die Bahnen parallel zu einer Vorsatzbewegungsrichtung des Fahrzeugs. Eine Kugel 104, z. B. eine Stahlkugel, ist auf den Bahnen 98, 100 angeordnet. Ein Gelenk 106, das eine Schwenkbewegung des Schwenkarms 96 in Bezug auf den Kugelhalter 94 ermöglicht, befindet sich an einer Rückseite der Bahnen 98, 100.
In einer ersten Position sind der Zahn 102 und der Schwenkarm 96 nach unten geschwenkt, wodurch gewährleistet wird, dass es zu keinem Eingriff zwischen dem Zahn 102 und der Schaltverzahnung kommt. Außerdem ist in der ersten Position, die damit assoziiert ist, dass sich die Kugel 104 auf den Bahnen 98, 100 in einer hinteren Position befindet, wie in 9 veranschaulicht, ein Abstand zwischen vorderen Enden der Bahnen 98, 100 kleiner als ein Durchmesser der Kugel 104. Eine Abwickelrichtung der Drehung der Spule 50 wird durch einen Pfeil 107 angegeben. Die Drehung der Spule 50 in Richtung des Pfeils 107 führt dazu, dass das Gurtband 30 von der Spule 50 abgewickelt und von dem Retraktor 32 ausgegeben wird.
In einer zweiten Position sind der Zahn 102 und der Schwenkarm 96 nach oben zu dem Zylinder 55 und der Zahn 102 ist in einen Eingriff mit der Schaltverzahnung geschwenkt. In der zweiten Position, die damit assoziiert ist, dass sich die Kugel 104 auf den Bahnen 98, 100 in einer vorderen Position befindet, wie in 10 veranschaulicht, ist ein Abstand zwischen vorderen Enden der Bahnen 98, 100 größer als der Abstand in der ersten Position.
Eine Drehfeder 108 kann zwischen dem Schwenkarm 96 und dem Kugelhalter 94 angeordnet sein, um den Schwenkarm 96 zu der gelösten Position vorzuspannen. Durch das Vorspannen des Schwenkarms 96 nach unten kann die Kugel 104 ebenfalls zu der gelösten Position vorgespannt werden.
Die zweite Kugelbahn 100 weist einen ersten Abschnitt in einer ersten Position relativ nahe an dem Gelenk 106 auf. Wenn sich das Zylinderschloss 58 in einem gesperrten Zustand befindet, d. h. wenn der Eingriffszahn 102 des Schwenkarms 96 in die Schaltverzahnung 90 eingreift, ist der Zylinder 55 in Bezug auf die Basis 48 fixiert.
Ein Dämpfungsfluid 110 ist in der Fluidkammer 88 angeordnet. Das Dämpfungsfluid 110 kann außerdem ein Nanopartikelgemisch sein, das kompressibel ist, z. B. ein heterogenes Gemisch 110 einschließend nanoporöse Teilchen 112. Die Kammer 88 ist abgedichtet. Wenn ein Widerstandsmoment an dem Zylinder 55 in Bezug auf die Spule 50 angewendet wird, und der Kolbenabschnitt 70 über ein Gewinde tiefer in den Zylinder 55 eindringt, nimmt ein Druck des Fluids 110 in der Kammer 88 zu.
Unter Bezugnahme auf 6 und 7 ist das heterogene Gemisch 110 in die Kammer 88 eingeschlossen. Der Zylinder 55 und der Kolbenabschnitt 70 enthalten zusammenwirkend das heterogene Gemisch 110 und verhindern, dass das heterogene Gemisch 110 frei aus der Kammer 88 fließt. Das heterogene Gemisch 110 kann das abgedichtete Volumen von Kammer 88 füllen.
Unter Bezugnahme auf die 11A-B beinhaltet das heterogene Gemisch 110 hydrophobe nanoporöse Teilchen 112 und eine Flüssigkeit 114. Ein „heterogenes Gemisch“ wird aus unterschiedlichen Substanzen hergestellt, die getrennt bleiben, z. B. ein Kolloid oder eine Suspension, und schließt zum Zwecke dieser Erörterung flüssigen Nanoschaum ein. Zum Beispiel kann das heterogene Gemisch 110 ein Kolloid aus den hydrophoben nanoporösen Teilchen 112 in der Flüssigkeit 114 sein. Die Flüssigkeit 114 kann eine beliebige inerte, d. h. nicht reaktive, Flüssigkeit sein, z. B. Wasser, Lithiumchlorid usw.
Die Teilchen 112 sind nanoporös; anders ausgedrückt, weisen die Teilchen 112 Nanoporen 116 auf. Die Nanoporen 116 können Durchmesser der Größenordnung von 1 nm bis 100 nm aufweisen. Die Teilchen 112 können z. B. aus Siliziumdioxid gebildet sein. Die Teilchen 112 sind hydrophob, das heißt, sie neigen dazu, Wasser abzustoßen oder mischen sich nicht mit Wasser. Die Teilchen 112 können aus einem Material gebildet sein, das hydrophob ist, oder die Teilchen 112 können eine hydrophobe Oberflächenbehandlung aufweisen, z. B. Chlortrimethylsilan oder Chlordimethyloctylsilan in Toluol.
8 ist eine Grafik eines Verlaufs 118, der das Verhältnis zwischen einer Reduktion eines Volumens der heterogenen Mischung 110 und des Drucks, der von der heterogenen Mischung 110 erfahren wird, beschreibt. Wenn sich ein Volumen, das von der heterogenen Mischung 110 eingenommen wird, verringert, erhöht sich der Druck anfänglich relativ stark. Wenn das Volumen weiterhin sinkt, nähert sich der Druck einem Plateaudruck P_P und erhöht sich nicht oder erhöht sich nur relativ langsam, wie durch einen Plateaubereich 120 der Kurve 118 gezeigt. Über dem Plateaubereich 120 ist die Neigung der Kurve 118, das heißt die Änderungsrate des Drucks pro Einheit der Volumenreduktion, geringer als die Neigung von anderen Bereichen der Kurve 118. Der Plateaudruck P_P kann an einem Wendepunkt der Kurve 118 in dem Plateaubereich 120 liegen, das heißt dem Punkt, an dem eine Änderung in der Richtung der Krümmung der Kurve 118 erfolgt, das heißt, einem Punkt, der einen Bereich der Kurve 118 mit abfallender Neigung von einem Bereich der Kurve 118 mit stark ansteigender Neigung trennt. Nach dem Plateaubereich 120 verliert das Fluid praktisch seine Komprimierbarkeit, wobei eine geringe zusätzliche Volumenreduktion dazu führt, dass der Druck von dem Plateaubereich 120 stark ansteigt.
In Bezug auf 11A kann ein Gas, z. B. Luft, die Nanoporen 116 der Teilchen 112 füllen, bevor eine druckinduzierte Volumenreduktion stattfindet. Die Oberflächenspannung kann dazu beitragen, die Flüssigkeit 114 daran zu hindern, bei einem Anfangsdruck, z. B. Atmosphärendruck, in die Nanoporen 116 einzutreten. In dem Plateaubereich 120 wird der Druck ausreichend, um die Oberflächenspannung zu überwinden und die Flüssigkeit 114 tritt in die Nanoporen 116 ein, wobei das Gas in den Nanoporen 116 komprimiert wird und im Wesentlichen die Nanoporen 116 gefüllt werden, wie in 11B gezeigt. Sobald die Nanoporen 116 überwiegend mit der Flüssigkeit 114 gefüllt sind, und das Volumen des Gemisches 110 wurde, nimmt die Geschwindigkeit des Druckanstiegs mit der Volumenverkleinerung im Wesentlichen zu, wie durch die steilere Neigung veranschaulicht. Das Volumen des Gemisches 110 kann zumindest teilweise in Abhängigkeit von dem verfügbaren Volumen in den Nanoporen 116 an einem Ende des Plateaubereichs 120 um bis zu 80 % reduziert werden. Der Plateaudruck P_P und die Länge des Plateaubereichs 120 sowie das Potenzial für die Volumenreduktion werden von der Wahl des Materials für die Teilchen 112, der Durchschnittsgröße der Teilchen 112, der Anzahl von Nanoporen 116 pro Teilchen 112, der Durchschnittsgröße der Nanoporen 116, der Oberflächenbehandlung und der Wahl der Flüssigkeit 114 beeinflusst.
Der Kolbenabschnitt 70 kann bezogen auf den Zylinder 55, und der Zylinder 55 bezogen auf den Kolbenabschnitt 70, von der ersten Position aus 6 und 11A, in der die Nanoporen 116 im Wesentlichen mit Gas gefüllt sind, in die zweite Position aus 7 und 11B, in der die Nanoporen 116 im Wesentlichen mit der Flüssigkeit 114 gefüllt sind, bewegt werden. Das Volumen des heterogenen Gemisches 110, wenn sich der Kolbenabschnitt 70 in der zweiten Position befindet, kann höchstens die Hälfte des Volumens, d. h. die Hälfte oder weniger als die Hälfte des Volumens des heterogenen Gemisches 110 betragen, z. B. lediglich 20 % des Volumens, wenn sich der Kolbenabschnitt 70 in der ersten Position befindet. Wenn sich der Kolbenabschnitt 70 von der ersten Position in die zweite Position bewegt, folgt der Druck in dem heterogenen Gemisch 110 der Kurve 118 in 8; da die Kammer 88 eine durchgehende Querschnittsfläche aufweist, steht die Entfernung, die vom Kolbenabschnitt 70 zurückgelegt wird, in linearer Beziehung zur Volumenverringerung.
Der Kammer 88 kann es an Auslässen mangeln; anders ausgedrückt, sind keine Routen bereitgestellt, über welche das heterogene Gemisch 110 aus der Kammer 88 entweichen kann. Das Komprimieren des heterogenen Gemisches 110 kann teilweise oder vollständig umkehrbar sein. Wenn der Druck abnimmt, weitet sich das in den Nanoporen 116 komprimierte Gas aus, und weitet sich das Volumen aus, das von dem heterogenen Gemisch 110 eingenommen wird. Der Komprimierungs- und Ausdehnungszyklus können eine gewisse Hysterese aufweisen. Unter Umständen wird nicht die gesamte Energie, die zum Komprimieren des Gemisches 110 verwendet wird, während der Ausdehnung zurückgewonnen, wobei ein Teil der Differenz in Wärmeenergie umgewandelt wird.
Unter Bezugnahme auf 12-15 kann ein Zylinder 55' alternativ eine Öffnung 78 zwischen einer Kammer 88' und einem Raum außerhalb des Zylinders 55' aufweisen. Konkret kann die Öffnung 78' in der Endwand 57' sein. Eine sekundäre Kammer 122', die teilweise durch eine zusätzliche Kapsel 124' definiert ist, die abdichtend an dem Zylinder 55' fixiert ist, kann sich um die Öffnung 78' erstrecken. Wenn sich der Kolbenabschnitt 70' in einer ersten, drucklosen Position, d. h. der Atmosphärendruckposition aus 13, befindet, ist das Fluid, z. B. das Gemisch 110' lediglich in der Kammern 88' angeordnet. Die Komponenten, z. B. der Kolbenabschnitt 70', der Zylinder 55', die zusätzliche Kapsel 124', können konfiguriert sein, um entweder das heterogene Gemisch oder ein alternatives, weniger komprimierbares Fluid, wie etwa Hydraulikfluid, aufzunehmen. Ein Ventil 79', z. B. eine zerreißbare Membran über der Öffnung 78', ist optional. Die sekundäre Kammer 122' kann anfangs, in der ersten Position des Kolbenabschnitts 70', mit einem Gas, z. B. Luft, gefüllt sein. Wenn die Größe der Kammer 88' beginnt abzunehmen, kann die sekundäre Kammer 122' das heterogene Gemisch 110' aufnehmen und halten, das durch die Öffnung 78' aus der Kammer 88' austritt.
Die Öffnung 78' oder das Ventil 79' kann einen Druckschwellenwert P_T aufweisen. Wenn die Flüssigkeit 114 unter dem Druckschwellenwert P_T liegt, hindert die Öffnung 78' die Flüssigkeit 114 daran, durch die Öffnung 78' zu strömen. Wenn die Flüssigkeit 114 über dem Druckschwellenwert P_T liegt, ermöglicht die Öffnung 78' der Flüssigkeit 114 in der Kammer 88' durch die Öffnung 78' zu strömen. Der Druckschwellenwert P_T kann kurz nachdem das Volumen aus dem Plateaubereich 120' einer Volumenverringerungskurve 118' reduziert wurde, passiert werden. Der Druckschwellenwert P_T kann größer sein als der Plateaudruck P_P. Der Druckschwellenwert P_T kann größer sein als ein Druck, der zum Komprimieren der heterogenen Mischung 110' auf die Hälfte ihres Originalvolumens erforderlich ist.
Im Falle eines Frontalaufpralls weist der Insasse 26 auf dem Vordersitz 24 einen Vorwärtsimpuls in Bezug auf den Rest des Fahrzeugs 22 auf. Gleichermaßen weist die Kugel 104 des Eingriffsmechanismus 92 einen Vorwärtsimpuls in Bezug auf den Kugelhalter 94 und den Schwenkarm 96 auf. Durch eine zugeordnete Vorwärtsbewegung der Kugel 104 entlang der Bahnen 98, 100 wird der Schwenkarm 96 gegen das Drehmoment der Drehfeder 108 und von dem Halter 94 weg schwenkbar verschoben. Durch das Schwenken des Schwenkarms 96 wird der Eingriffszahn 102 in Eingriff mit der Schaltverzahnung 90 des Zylinders gebracht, wodurch eine weitere des Zylinders 55 in Bezug auf die Basis 48 verhindert wird.
Die Vorwärtsträgheitsbewegung des Insassen 26, und insbesondere des Oberkörpers des Insassen, kann gegen das Gurtband 30 wirken. Wenn eine Drehung des Zylinders 55 durch einen Eingriff des Zahns 102 mit den Zähnen 90 verhindert wird, hält die Spule 50 des Retraktors 32 einer Trägheitskraft des Insassen gegenüber dem Gurtband 30, und insbesondere dem Schultergurt 46, stand.
In Übereinstimmung mit der Ausführungsform der 5-8 wird durch das Verhindern einer Drehung des Zylinders 55 eine Drehung der Spule 50 und ein weiteres Ausgeben des Gurtbandes 30 von dem Retraktor 32 nicht unmittelbar verhindert. Durch eine Drehung der Spule 50, wenn der Zylinder 55 gesperrt ist, dringt der Kolbenabschnitt 70 über ein Gewinde tiefer in den Zylinder 55 ein, wodurch das Fluid 110 in der Kammer 88 komprimiert wird. Das Volumen des Fluides 110 nimmt ab, wenn die Höhe des Drucks gegenüber dem Fluid 110 zunimmt, wodurch ein begrenztes Maß einer fortgesetzten Drehung der Spule ermöglicht wird. Das zusätzliche Gurtband, das durch den Retraktor 32 von der Spule 50 ausgegeben wird, kann dasjenige sein, das im Wesentlichen zwei Umdrehungen der Spule 50 nach dem Eingriff des Zahns 102 in die Zähne 90 entspricht, z. B. annähernd 8-10 Zoll.
Das Ausmaß der verfügbaren Drehung und demnach eine Menge an Gurtband, das ausgegeben wird, kann durch Faktoren gesteuert werden, einschließlich einer Steigung der Gewinde und eines verfügbaren Bewegungsausmaßes des Kolbenabschnitts 70 zu dem des Zylinders 55. Die Bewegung des Kolbenabschnitts 70 zu dem des Zylinders 55 kann wiederum von zusätzlichen Faktoren beeinflusst werden, einschließlich einer Tiefe der Kammer 88 und den Eigenschaften des Fluides 110, darunter, wie vorangehend erwähnt: die Wahl des Materials für die Teilchen 112, die Durchschnittsgröße der Teilchen 112, die Anzahl von Nanoporen 116 pro Teilchen 112, die Durchschnittsgröße der Nanoporen 116, die Oberflächenbehandlung und die Wahl der Flüssigkeit 114.
Die Spulendrehung wird im Wesentlichen beendet, wenn das Fluid ein maximales Komprimierungsniveau erreicht und der Druck in der Kammer 88 stark und über den Plateaudruck P_P zunimmt und das Fluid 110 ausreichend widerstandsfähig gegenüber einer weiteren Komprimierung wird, dass eine weitere Drehung der Spule im Wesentlichen verhindert wird. Ein Teil der Vorwärtsträgheitsenergie des Insassen wird durch die Komprimierung des Fluides 110 absorbiert, wodurch die Kraft verringert wird, die von dem Gurtband 30 auf den Insassen 26 übertragen wird, wenn das Gurtband während eines Vorfalls, wie etwa eines Frontalaufpralls, stoppt.
Nach dem Aufprall können der Retraktor 32 und die Position des Zylinders 55 an dem Kolbenabschnitt 70 für eine Wiederverwendung zurückgesetzt werden. Wenn eine geringe Komprimierungshysterese vorliegt, kann sich das System unter Umständen selbst zurücksetzen.
Nach dem Abschnallen des Insassen nach dem Aufprall dreht die Retraktorfeder die Spule in eine Wickelrichtung, die der Abwickelrichtung von Pfeil 107, am besten in den 9 und 10 gezeigt, entgegengesetzt ist. Durch die Drehung in die Wickelrichtung wird das Gurtband 30 in den Retraktor 32 gezogen, wobei das Gurtband 30 um die Spule 50 gewickelt wird. Durch eine Bewegung der Spule in die Wickelrichtung, die der Abwickelrichtung von Pfeil 107 entgegengesetzt ist, wird der Zahn 102 von den Zähnen 90 freigegeben. Die Zähne 90 können gegen den Zahn 102 wirken, um die Drehfeder 108 darin zu unterstützen, den Schwenkarm 96 in die gelöste Position zurückzuführen. Der Eingriffswinkel der Bahnen 98, 100 mit der Kugel 104 ist ausgewählt, um einen Zustand der Selbstsperrung zwischen der Kugel 104 und dem Schwenkarm 96 und zwischen der Kugel 104 und dem Halter 94 zu vermeiden.
Sobald die Kraft auf das Gurtband 30 entlastet wurde, und demnach das Drehmoment der Spule 50 gegen den Zylinder 55 entlastet wurde, das dazu neigt, den Kolbenabschnitt 70 über ein Gewinde tiefer in den Zylinder 55 eindringen zu lassen, kann der Druck in der Kammer 88 dazu neigen, den Zylinder 55 von der Spule 50 abzuwickeln, um die Kammer 88 auszudehnen. Jedoch hängt das Auftreten eines derartigen Abwickelns von Faktoren ab, einschließlich einem Winkel der Gewinde 74, 76 und einem Reibungskoeffizienten zwischen den Gewinden 76 des Zylinders 55 und den Gewinden 74 des Kolbenabschnitts 70. Für Systeme, die keine Gewindeeigenschaften aufweisen, die für ein spontanes Abwickeln des Zylinders 55 von der Spule 50 geeignet sind, kann der Zylinder 55 in Bezug auf die Spule 50 manuell gedreht werden, um die Größe der Kammer 88 auf ihren entsprechenden Ausgangswert zurückzusetzen.
Der Vorgang der Ausführungsform aus den 12-15 entspricht weitgehend dem der Ausführungsform aus den 5-8. Unterschiede schließen einen möglicherweise größeren Betrag der Energieabsorption und eine stärkere Bewegung des Gurts für eine gegebene Menge an Fluid 110' ein. Die Anordnung aus den 12-15 kann außerdem die Verwendung eines Flüssigkeitsdämpfungsfluids ohne nanoporöse Teilchen ermöglichen, um Energie zu absorbieren, bevor die Drehung der Spule zum Beispiel dadurch angehalten wird, dass der Kolbenabschnitt 70 nach zwei Umdrehungen an der Wand 57' des Zylinders 55' aufsetzt. Ein weiterer Unterschied besteht darin, dass möglicherweise ein Abspulen des Retraktors 32' erforderlich ist, um das Fluid 110' aus der sekundären Kammer 122' zu entfernen.
Wie hier verwendet, bedeutet der Ausdruck „im Wesentlichen“, dass eine Form, eine Struktur, ein Maß, eine Menge, eine Zeit usw. aufgrund von Mängeln hinsichtlich Materialien, Bearbeitung, Herstellung, Datenübertragung, Berechnungszeit usw. von einer bzw. einem genauen beschriebenen Geometrie, Abstand, Maß, Menge, Zeit usw. abweichen können.
Die Offenbarung wurde auf veranschaulichende Weise beschrieben, und es versteht sich, dass die verwendete Terminologie vielmehr der Beschreibung als der Einschränkung dienen soll. In Anbetracht der vorstehenden Lehren sind viele Modifikationen und Variationen der vorliegenden Offenbarung möglich und die Offenbarung kann anders als konkret beschrieben umgesetzt werden.

Claims

Sicherheitsgurtretraktor, umfassend: eine Basis; eine Spule, die drehbar an die Basis gekoppelt ist und einschließend einen Kolbenabschnitt; einen Zylinder, der mit dem Kolbenabschnitt in Eingriff steht und damit eine erste Kammer definiert, wobei der Kolbenabschnitt aus einer ersten Position, die ein erstes Kammervolumen ergibt, in eine zweite Stellung, die ein zweites Kammervolumen ergibt, beweglich ist; ein Zylinderschloss in einem ersten Zustand, das den Zylinder drehbar an der Basis fixiert; und, ein Dämpfungsfluid in der Kammer.
Sicherheitsgurtretraktor nach Anspruch 1, wobei die Spule eine Drehachse definiert, der Kolbenabschnitt auf der Drehachse zentriert ist und der Zylinder auf der Drehachse zentriert.
Sicherheitsgurtretraktor nach Anspruch 2, wobei der Kolbenabschnitt Kolbengewinde aufweist und der Zylinder Zylindergewinde aufweist und die Kolbengewinde und die Zylindergewinde miteinander in Gewindeeingriff stehen.
Sicherheitsgurtretraktor nach Anspruch 1, wobei das Folgendes beinhaltet: eine Vielzahl von Schaltverzahnungszähnen, die an einem äußeren Umfang des Zylinders zur Rotation damit angeordnet sind; und, einen Eingriffsmechanismus, der teilweise an der Basis befestigt ist und einen Eingriffszahn beinhaltet, wobei der Eingriffszahn in dem ersten Zustand mit der Schaltverzahnung in Eingriff steht und der Eingriffszahn in einem zweiten Zustand nicht mit der Schaltverzahnung in Eingriff steht, wobei der Eingriff des Eingriffszahns in die Schaltverzahnung den Zylinder drehbar an der Basis befestigt.
Sicherheitsgurtretraktor nach Anspruch 1, wobei das Dämpfungsfluid ein heterogenes Gemisch, einschließend hydrophobe nanoporöse Teilchen und eine Flüssigkeit, ist.
Sicherheitsgurtretraktor nach Anspruch 5, wobei der Kolbenabschnitt Kolbengewinde aufweist und der Zylinder Zylindergewinde aufweist und die Kolbengewinde und die Zylindergewindet miteinander in Gewindeeingriff stehen und ferner wobei eine Kombination einer Steigung der Gewinde und einer Beschaffenheit der Teilchen und eines Volumens der Kammer ermöglicht, dass sich die Spule zweimal drehen kann, bevor das Fluid im Wesentlichen inkompressibel wird.
Sicherheitsgurtretraktor nach Anspruch 5, wobei ein Volumen des heterogenen Gemischs, wenn sich der Kolbenabschnitt in der zweiten Position befindet, höchstens bei der Hälfte des Volumens des heterogenen Gemischs liegt, wenn sich der Kolbenabschnitt in der ersten Position befindet.
Sicherheitsgurtretraktor nach Anspruch 7, wobei das Gemisch so beschaffen ist, um eine Rückkehr zu dem Volumen in der ersten Position zu ermöglichen, wenn das erste Kammervolumen wiederhergestellt ist.
Sicherheitsgurtretraktor nach Anspruch 1, ferner umfassend eine zusätzliche Kapsel, die abdichtend an dem Zylinder fixiert ist, der eine zweite Kammer definiert, und eine Öffnung, die zwischen der ersten Kammer und der zweiten Kammer angeordnet ist und diese verbindet.
Sicherheitsgurtretraktor nach Anspruch 9, wobei die zweite Kammer im Wesentlichen mit einem Gas gefüllt ist, wenn sich der Kolbenabschnitt in der ersten Position befindet, und die zweite Kammer im Wesentlichen mit dem Fluid gefüllt ist, wenn sich der Kolbenabschnitt in der zweiten Position befindet.
Sicherheitsgurtretraktor nach Anspruch 9, ferner umfassend ein Ventil, das über der Öffnung angeordnet ist.
Sicherheitsgurtretraktor nach Anspruch 9, wobei das Dämpfungsfluid ein heterogenes Gemisch, einschließend hydrophobe nanoporöse Teilchen und eine Flüssigkeit, ist.
Sicherheitsgurtretraktor nach Anspruch 12, wobei die Öffnung so bemessen ist, dass sie einen Strom des Gemischs dort hindurch bei einem ersten Druck, der mit der ersten Position des Kolbenabschnitts assoziiert ist, blockiert.
Sicherheitsgurtretraktor nach Anspruch 5 oder 12, wobei das heterogene Gemisch ein Kolloid von hydrophoben nanoporösen Teilchen in einer Flüssigkeit ist.
Sicherheitsgurtretraktor nach Anspruch 5 oder 12, wobei die Teilchen aus Silizium gebildet sind und die Teilchen eine hydrophobe Oberflächenbehandlung aufweisen.