DE10215539B4

DE10215539B4 - Gurtaufroller für einen Fahrzeugsicherheitsgurt

Info

Publication number: DE10215539B4
Application number: DE10215539A
Authority: DE
Inventors: Thomas Heckmayr
Original assignee: Joyson Safety Systems Inc
Current assignee: Joyson Safety Systems Inc
Priority date: 2002-04-09
Filing date: 2002-04-09
Publication date: 2005-07-21
Anticipated expiration: 2022-04-10
Also published as: US20030189331A1; DE10215539A1; FR2838089A1; FR2838089B1; US6786511B2

Abstract

Gurtaufroller für einen Fahrzeugsicherheitsgurt mit
– einer Gurtspule (1) für den Sicherheitsgurt (8),
– einem in einem Arbeitsraum (2) angeordneten fließfähigen Lastbegrenzermedium (7),
– einer von der Gurtspule (1) antreibbaren Verdrängereinrichtung (3; 4; 5), und
– wenigstens einem Strömungskanal (6) durch welchen das Lastbegrenzermedium (7) mittels der Verdrängereinrichtung (3; 4; 5) transportiert wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
– bei unterschiedlichen Unfallschweren auftretenden Vorverlagerungen des angegurteten Fahrzeuginsassen zu seiner Kraftbegrenzung Bereiche (KL1, KL2 (6); KR1, KR2 (7)) zur Auslegung einer translatorischen Verdrängereinrichtung (3; 4) oder einer rotatorischen Verdrängereinrichtung (5) vorgesehen sind,
– wobei in den Bereichen (KL1, KL2 (6); KR1, KR2 (7)) entweder ein konstanter Strömungsquerschnitt mit wenigstens einem Strömungskanal (6) und einer dazugehörigen kinematischen Viskosität des Lastbegrenzermediums (7) vorgegeben werden oder eine fest vorgebbare kinematische Viskosität des Lastbegrenzermediums (7) den dazugehörigen Strömungsquerschnitt bestimmt, und
– am Sicherheitsgurt (8) ein zeitlicher Gurtkraftverlauf, der dem...

Description

Die Erfindung betrifft einen Gurtaufroller für einen Fahrzeugsicherheitsgurt nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Ein derartiger aus DE 100 34 393 A1 bekannter Gurtaufroller besitzt eine Gurtspule für den Sicherheitsgurt, in deren Innerem in einem Arbeitsraum ein fließfähiges Lastbegrenzermedium vorgesehen ist. In diesem Lastbegrenzermedium wird ein von der Drehbewegung der Gurtspule angetriebener Kolben als Verdrängereinrichtung bewegt. Der Kolben besitzt Strömungskanäle, durch welche das Lastbegrenzermedium bei seiner Bewegung transportiert wird. Zur Einstellung auf unterschiedliche Unfallschweren kann die Viskosität des Lastbegrenzermediums bzw. der Strömungsquerschnitt der Strömungskanäle geändert werden.

Beim Gurtaufroller der DE 199 02 483 C2 wird in Abhängigkeit von einem Messsignal, welches durch Abtastung der Drehbewegung der Gurtspule nach Blockierung des blockierbaren Teils der Gurtspule gebildet wird, die Lastbegrenzerwirkung eines als Hydropumpe ausgebildeten Lastbegrenzers eingestellt.

Hierzu kann ein steuerbares Ventil mit einstellbarem Strömungsquerschnitt vorgesehen sein.

Aus der DE 22 38 169 ist ein Kraftbegrenzer für einen Fahrzeugsicherheitsgurt bekannt, welcher als Stoßdämpfer mit beweglichen Stoßdämpferkolben ausgebildet ist.

Aus der DE 23 25 868 ist ebenfalls ein Lastbegrenzer für eine Fahrzeugsicherheitseinrichtung bekannt, bei dem das Dämp fungsverhalten eines als Kolben-Zylinder-Anordnung ausgebildeten hydraulischen Dämpfers eingestellt wird.

Aus der DE 199 63 580 C2 ist ein als Dämpfungseinrichtung ausgebildeter Lastbegrenzer als Bestandteil eines Kraftfahrzeug-Sicherheitssystems bekannt, dessen Dämpfungsmedium aus einem in seiner Viskosität einstellbaren rheologischen Fluid besteht. Durch ein elektrisches Feld oder Magnetfeld kann die Stärke des Viskosität des Fluids und damit die Dämpfungseigenschaft des Lastbegrenzers eingestellt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es einen Gurtaufroller der eingangsgenannt Art zu schaffen, bei dem die gewünschte Kraftbegrenzerwirkung ohne zusätzliche Abtast- und Einstellmittel erreicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Im Lastbegrenzermedium, welches aus einem inkompressiblen und fließfähigen Medium, beispielsweise Öl, insbesondere Silikonöl besteht, kann eine translatorische Verdrängereinrichtung, beispielsweise in Form eines Kolbens vorgesehen sein, die über ein Ritzel-Zahnstangengetriebe von der Gurtspule angetrieben wird. Ferner kann eine translatorische Verdrängereinrichtung zur Anwendung kommen, welche als entlang der Gurtspulenachse beweglicher Kolben, gegenüber welchem die Gurtspule drehbar ist, ausgebildet ist. Der translatorische Antrieb kann über ein Gewinde oder über einen Schneideingriff von der Gurtspule bewirkt werden. Durch den konstanten Strömungsquerschnitt des Strömungskanals wird ein zeitlicher Gurtkraftverlauf erreicht, wie er von einem als Torsionsstab ausgebildeten Lastbegrenzer erzeugt wird.

Anhand der Figuren wird die Erfindung noch näher erläutert. Es zeigt:
1 verschiedene Betriebszustände eines ersten Ausführungsbeispiels;
2 in schnittbildlicher Darstellung ein zweites Ausführungsbeispiel;
3 einen Schneikolben, der beim Ausführungsbeispiel der 2 verwendet wird;
4 in schematischer Darstellung ein drittes Ausführungsbeispiel in teilweise Längsschnitt;
5 einen Querschnitt durch das Ausführungsbeispiel der 3;
6 in graphischer Darstellung einen Bereich für Strömungsquerschnitte des Strömungskanals bei translatorischer Verdrängereinrichtung für verschiedene kinematische Viskositäten des Lastbegrenzermediums;
7 in graphischer Darstellung einen Bereich für Strömungsquerschnitte des Strömungskanals bei rotatorischer Verdrängereinrichtung für verschiedene kinematische Viskositäten des Lastbegrenzermediums; und
8 den zeitlichen Verlauf von Gurtauszugskräften für einen Torsionsstab und für ein Ausführungsbeispiel der Erfindung bei konstanter Energie.
Die in den 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispiele für einen Gurtaufroller besitzen eine Gurtspule 1 für einen Sicherheitsgurt 8, welcher auf die Gurtspule 1 aufgewickelt werden kann und von der Gurtspule 1 abgezogen werden kann. Ferner besitzen die Ausführungsbeispiele einen Lastbegrenzer, der bei den verschiedenen Ausführungsbeispielen unterschiedliche Ausführungsformen aufweist.
Bei dem in 1 dargestellten Gurtaufroller beinhaltet der Lastbegrenzer in einem Arbeitsraum 2 eines Zylinders 14 ein fließfähiges Lastbegrenzermedium 7. Ferner besitzt der Lastbegrenzer im Arbeitsraum 2 eine Verdrängereinrichtung in Form eines linear beweglichen Kolbens 3. In einer Überströmeinrichtung am oberen Ende des Arbeitsraumes 2 befindet sich ein Strömungskanal 6. Der Strömungskanal 6 mündet in einen Sammelraum 9, welcher von einem gegen die Kraft einer Feder 16 beweglichen Kolben 17 begrenzt wird.
Der Kolben 3 hat noch die Funktion eines Strafferantriebs, wie er beispielsweise aus der deutschen Gebrauchsmusterschrift DE 93 08 273 U bekannt ist. Bei der in der 1 dargestellten Betriebsstellung (A) befindet sich der Kolben am Ende des Strafferhubes, bei welchem der Sicherheitsgurt 8 auf die Gurtspule 1 zum Straffen aufgewickelt wurde. Die Kolbenbewegung wird über eine Zahnstange 10 auf ein in Antriebsverbindung mit der Gurtspule 1 stehendes Ritzel 11 übertragen.
Die Wirkungsweise des in 1 dargestellten Ausführungsbeispiels bei der Kraftbegrenzung ist folgende. Wenn auf den Sicherheitsgurt 8 in dieser Betriebsstellung (A) ein Zug beispielsweise durch den Körper des vorverlagerten, angegurteten Fahrzeuginsassen oberhalb einer Kraftschwelle ausgeübt wird, dreht sich die Gurtspule 1 entgegengesetzt zur Straff errichtung. Diese Drehbewegung überträgt sich über das Ritzel 11 und die Zahnstange 10 auf den Kolben 3. Wenn die vom vorverlagerten Körper des Fahrzeuginsassen auf den Sicherheitsgurt 8 ausgeübte Kraft die bestimmte Schwelle übersteigt, wird der Kolben 3 aus der Betriebsstellung (A) entgegengesetzt zur Strafferrichtung (in 1 von unten nach oben) bewegt. Dabei wird das Lastbegrenzermedium 7 aus dem Arbeitsraum 2 durch den Strömungskanal 6 transportiert und Energie verbraucht. Dadurch wird eine Begrenzung bzw. Verringerung der vom Sicherheitsgurt 8 auf den angegurteten Fahrzeuginsassen ausgeübten Rückhaltekraft bewirkt. Das durch den Strömungskanal 6 strömende Lastbegrenzermedium 7 wird in den Sammelraum 9 geleitet. Der Kolben 17 wird dabei gegen die Kraft der Feder 16, zur Vergrößerung des Volumens des Sammelraumes 9 bewegt (in 1 von oben nach unten). In Abhängigkeit von der bei der Vorverlagerung des Fahrzeuginsassen auf den linear beweglichen Kolben 3 übertragenen Energie, wird der Kolben entgegen der Strafferrichtung in eine bestimmte Endstellung bewegt und ein entsprechendes Volumen an Lastbegrenzermedium 7 aus dem Arbeitsraum 2 durch den Strömungskanal 6 in den Sammelraum 9 bewegt. Beispielsweise kann der Kolben 3 eine in der 1 dargestellte Betriebsstellung (B) am Ende der Kolbenbewegung einnehmen.
Die in der 1 dargestellte Betriebsstellung (C) bildet einen Endanschlag, bis zu welchem der Kolben 3 bei der Lastbegrenzung bewegt werden kann. Die Feder 16 ist in diesem Betriebszustand vollständig (auf Block) komprimiert und der Kolben 17, welcher den Sammelraum 9 begrenzt, befindet sich in seiner Endstellung.
Bei dem in der 2 dargestellten Ausführungsbeispiel beinhaltet der Lastbegrenzer einen Schneidkolben 4, welcher in einem den Arbeitsraum 2 darstellenden Hohlraum der Gurtspule 1 in axialer Richtung bewegt wird. Hierzu greift der Schneidkolben 4 mit Schneiden 18, welche in das Material der Gurtspule 1 einschneidbar sind, in die innenliegende Umfangsfläche der Trommel der Gurtspule 1 ein. Der Schneidkolben 4 besitzt hierzu wenigstens eine schräg gestellte Schneide 18 an seinem Umfang. Es können jedoch über den Umfang verteilt mehrere z. B. drei Schneiden 18 (3) vorgesehen sein. Ein derartiger Kolben ist als Antriebskolben, beispielsweise aus der DE 43 42 666 C2 oder der EP 0 778 182 A2 für einen Strafferantrieb zum Straffen des Sicherheitsgurtes bekannt. Bei Beginn der Lastbegrenzung befindet sich der Schneidkolben 4 in einer Ausgangsposition, welche beispielsweise die in 2 mit ausgezogenen Linien dargestellte Betriebsstellung (am rechten Spulenende) ist. Hierbei liegt der Schneidkolben 4 an einer den Gurtspulenholraum flüssigkeitsdicht abschließenden Endscheibe 19 an. Auch an der anderen Stirnseite ist das Innere der Gurtspule durch eine weitere Endscheibe 19 flüssigkeitsdicht abgeschlossen. Der Schneidkolben 4 besitzt einen oder mehrere, z. B. drei Strömungskanäle 6. Im Innern der Gurtspule 1 befindet sich im Arbeitsraum 2 das Lastbegrenzermedium 7, welches eine viskose Flüssigkeit, beispielsweise Silikonöl sein kann. An der Außenseite der beiden Endscheiben 19 befinden sich Zahnscheiben 13, in deren am Umfang vorgesehene Verzahnung 20 eine Blockiereinrichtung 12, beispielsweise Blockierklinken eingreifen können. Im normalen Gurtaufrollerbetrieb sind die Endscheiben 19 und die Zahnscheiben 13 drehfest miteinander verbunden.
In der Gurtwellenachse erstreckt sich ein Führungsstab 21. Der Schneidkolben 4 ist in axialer Richtung am Führungsstab 21 verschiebbar gelagert. Der Führungsstab 21 besitzt einen von der Kreisform abweichenden, z. B. quadratischen Querschnitt, so dass der Drehkolben 4 drehfest auf ihm gelagert ist. Die beiden Zahnscheiben 13 sind ebenfalls drehfest mit dem Führungsstab 21 verbunden. Die beiden Endscheiben 19 sind drehbar am Führungsstab 21 gelagert.
Wenn durch Vorverlagerung des Körpers des angegurteten Fahrzeuginsassen bei durch eine Blockiereinrichtung 12 blockierten Zahnscheiben 13 eine bestimmte Kraftschwelle überschritten wird, löst sich die drehfeste Verbindung zwischen der Gurtspule 1 und den Zahnscheiben 13, insbesondere im Bereich der Endscheiben 19. Hierbei können beispielsweise nicht näher dargestellte Scherstifte abgeschert werden. Bei Drehung der Gurtspule 1 greift der Drehkolben 4 mit seinen gegenüber der axialen Richtung schräg gestellten Scheiden 18 in die Trommelinnenfläche der Gurtspule 1 ein und wird in axialer Richtung aus seiner Ausgangsstellung (rechte Anfangsposition in 2) nach links entlang dem Führungsstab 21 bewegt. Dabei wird Lastbegrenzermedium 7 durch den wenigstens einen Strömungskanal 6 im Drehkolben 4 aus dem auf der einen Seite (linken Seite) des Drehkolbens 4 befindlichen Arbeitsraum 2 in den auf der anderen Seite (rechten Seite) des Drehkolbens 4 befindlichen Teil des Arbeitsraumes 2 bewegt. Dabei wird zur Begrenzung der zwischen dem Körper des Fahrzeuginsassen und dem Sicherheitsgurt 8 wirkenden Kraft Energie verbraucht. In Abhängigkeit von der bei der Vorverlagerung des Fahrzeuginsassen zur Auswirkung kommenden Energie bewegt sich der Schneidkolben 4 bis in eine axiale Endstellung, die beispielsweise die strichpunktierte Stellung in der 2 sein kann. Der Schneidkolben 4 kann bis in eine endgültige strichliert dargestellte Endstellung am linken Ende der Gurtspule 1 bewegt werden. Die dort befindliche Endscheibe 19 bildet einen Endanschlag. Damit das Material des Schneidkolbens 4 an den Schneiden 18 in das Material der Gurtspule 1 bei der Axialbewegung des Drehschneidkolbens 4 sich eingraben kann, ist das Material des Schneidkolbens 4 härter ausgebildet als das Material der Gurtspule 1 zumindest im Bereich der Innenumfangsfläche der Trommel der Gurtspule 1. Durch den Eingriff der zur axial Richtung der Gurtspule 1 schräg gestellten Schneide 18 wird die Drehbewegung der Gurtspule 1 in eine lineare Axialbewegung des Schneidkolbens 4 wegen der drehfesten Führung entlang des Führungsstabes 21 umgewandelt. Die Axialverschiebung kann jedoch auch durch ein Gewinde, welches zwischen der Gurtspule 1 und der als Kolben, insbesondere Drehkolben ausgebildeten Verdrängereinrichtung wirkt, erreicht werden.
Bei dem in den 4 und 5 dargestellten Ausführungsbeispiel wird zur Kraftbegrenzung ein Rotor 5, beispielsweise mit einem oder mehreren Drehflügeln, die einen oder mehrere Strömungskanäle 6 aufweisen, in einem Lastbegrenzermedium 7 bewegt.
Der Arbeitsraum 2 mit dem Lastbegrenzermedium 7 und der als Rotor 5 ausgebildeten Verdrängereinrichtung befindet sich in einem Gehäuse 22, welches drehfest mit der Blockierverzahnung 20 verbunden ist. Im Normalbetrieb des Gurtaufrollers dreht sich das Gehäuse 22 mit der Gurtspule 1 mit. Wenn bei der Vorverlagerung des angegurteten Fahrzeuginsassen eine Kraftschwelle überschritten wird, löst sich die drehfeste Verbindung zwischen dem Gehäuse 22 und der Trommel der Gurtspule 1, auf welcher der Sicherheitsgurt 8 aufgewickelt ist. Der Rotor 5 bleibt drehfest mit der Gurtspule 1 verbunden. Bei der Kraftbegrenzung dreht sich der Rotor 5 zusammen, mit der Gurtspule 1, wobei Lastbegrenzermedium 7 durch den wenigstens einen Strömungskanal 6 von der einen Seite des Rotors aus dem Arbeitsraum 2 in den auf der anderen Seite des Rotors liegenden Teil des Arbeitsraumes 2 transportiert wird. Hierbei wird Energie verbraucht und die zwischen dem Sicherheitsgurt und dem Körper des angegurteten Fahrzeugin sassen wirkende Kraft wird begrenzt. Je nachdem wie hoch die bei der Vorverlagerung des Fahrzeuginsassen zur Auswirkung kommende Energie ist, wird der Rotor 5 bis in eine Endposition gegebenenfalls bis zu einem Endanschlag an der gehäusefesten und radial sich erstreckenden Wand 15 bewegt.
Die Querschnittsfläche des wenigstens einen Strömungskanals 6 in den Ausführungsbeispielen der 1 bis 5 ist in Abhängigkeit von der Viskosität des Lastbegrenzermediums 7 und in Abhängigkeit von der Art der Verdrängereinrichtung innerhalb bestimmter Grenzen bemessen. Der Bereich, innerhalb welchem die Querschnittfläche gewählt werden kann, ist bei einer linear beweglichen Verdrängereinrichtung, wie beispielsweise einem linear beweglichen Kolben 3 des Ausführungsbeispiels der 1 und einem linear beweglichen Kolben 4 des Ausführungsbeispiels der 2 in einem Bereich wählbar, der durch die beiden Kurven KL1 und KL2 der 6 begrenzt ist. Auf der Abszisse sind die Werte der Viskositäten des Lastbegrenzermediums 7 angegeben und auf der Ordinate der graphischen Darstellung die Flächeninhalte der Querschnitte des Strömungskanals bzw. der Strömungskanäle 6. Die bei linear bzw. translatorisch antreibbaren Verdrängereinrichtung wählbaren Querschnittsflächen befinden sich in dem schraffierten Bereich zwischen den beiden Begrenzungskurven KL1 und KL2.
In der 7 ist der Bereich für die Querschnittsfläche des Strömungskanals bzw. der Strömungskanäle 6 bei einer als Rotor, beispielsweise Rotor 5 im Ausführungsbeispiel der 4 und 5 ausgebildeten Verdrängereinrichtung dargestellt. Der Bereich für die in Abhängigkeit von der Viskosität des Lastbegrenzermediums 7 wählbaren Querschnittsfläche wird von den beiden Begrenzungskurven KR1 und KR2 begrenzt. Wie in der 6 sind auf der Abszisse die kinematischen Viskositäten des Lastbegrenzermediums und auf der Ordinate die Flächen der Strömungsquerschnitte des Strömungskanals 6 aufgetragen.
Wie aus 8 zu ersehen ist, ergibt sich bei einer konstanten Energie, welche am Sicherheitsgurt 8 zur Auswirkung kommt, bei einer Bemessung der Querschnittsfläche des Strömungskanals 6 gemäß den 6 und 7 eine Kraftwirkung ähnlich der eines in der Gurtspulenachse angeordneten Torsionsstabes. In der 8 ist auf der Ordinate die am Gurtband wirkende Kraft und auf der Abszisse die Abzugslänge des Sicherheitsgurtes 8 von der Gurtspule 1 bei der Vorverlagerung des angegurteten Fahrzeuginsassen angegeben. Die ausgezogenen Linie bedeutet die Kraftbegrenzerlinie eines Torsionsstabes und die strichpunktierte Linie entspricht der Kraftbegrenzerkennlinie der Ausführungsbeispiele, wenn die Flächen der Strömungsquerschnitte innerhalb der in den 6 und 7 angegebenen Bereiche gewählt werden. Wenn mehrere Strömungskanäle vorgesehen sind, wird die Summe ihrer Strömungsquerschnitte so gewählt, dass sie in den schraffierten Bereichen der 6 und 7 liegen. Diese Bereiche decken die bei unterschiedlichen Unfallschweren auftretenden Energien, welche durch die Vorverlagerung der jeweiligen Fahrzeuginsassen sich ergeben können, ab.

1: Gurtspule
2: Arbeitsraum
3: Linearkolben
4: Drehschneidkolben
5: Drehflügelrotor
6: Strömungskanal
7: Lastbegrenzermedium
8: Sicherheitsgurt
9: Sammelraum
10: Zahnstange
11: Ritzel
12: Blockiereinrichtung (Blockierklinke)
13: Zahnscheibe
14: Zylinder
15: Wand
16: Feder
17: Kolben
18: Schneide
19: Endscheibe
20: Blockierverzahnung
21: Führungsstab
22: Gehäuse

Claims

Gurtaufroller für einen Fahrzeugsicherheitsgurt mit – einer Gurtspule (1) für den Sicherheitsgurt (8), – einem in einem Arbeitsraum (2) angeordneten fließfähigen Lastbegrenzermedium (7), – einer von der Gurtspule (1) antreibbaren Verdrängereinrichtung (3; 4; 5), und – wenigstens einem Strömungskanal (6) durch welchen das Lastbegrenzermedium (7) mittels der Verdrängereinrichtung (3; 4; 5) transportiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass – bei unterschiedlichen Unfallschweren auftretenden Vorverlagerungen des angegurteten Fahrzeuginsassen zu seiner Kraftbegrenzung Bereiche (KL1, KL2 (6); KR1, KR2 (7)) zur Auslegung einer translatorischen Verdrängereinrichtung (3; 4) oder einer rotatorischen Verdrängereinrichtung (5) vorgesehen sind, – wobei in den Bereichen (KL1, KL2 (6); KR1, KR2 (7)) entweder ein konstanter Strömungsquerschnitt mit wenigstens einem Strömungskanal (6) und einer dazugehörigen kinematischen Viskosität des Lastbegrenzermediums (7) vorgegeben werden oder eine fest vorgebbare kinematische Viskosität des Lastbegrenzermediums (7) den dazugehörigen Strömungsquerschnitt bestimmt, und – am Sicherheitsgurt (8) ein zeitlicher Gurtkraftverlauf, der dem Gurtkraftverlauf eines als Torsionsstab ausgebildeten Kraftbegrenzers angenähert ist, gebildet ist.
Gurtaufroller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die translatorische Verdrängereinrichtung (3) über ein Ritzel-Zahnstangengetriebe (10, 11) von der Gurtspule (2) angetrieben ist.
Gurtaufroller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die translatorische Verdrängereinrichtung als entlang der Gurtspulenachse beweglicher Kolben (4) ausgebildet ist, der über einen Schneideingriff (18) von der Gurtspule angetrieben ist.
Gurtspule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die rotatorische Verdrängereinrichtung als Drehflügelrotor (5) ausgebildet ist, der drehfest mit der Gurtspule verbunden ist.