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Die Erfindung betrifft eine Sicherheitsgurt-Arretiervorrichtung respektive Blockierungsfunktion mit einer Wickelrolle mit integrierter Federrückstellung zur Gurtstraffung.
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Der Erfindung liegt die Zielsetzung zugrunde, eine schneller auslösende und direkter wirksam werdende Rückhaltung zu ermöglichen, die von Beginn an eine kontinuierlich verlaufende und somit für die Insassen schonende Verzögerung gewährleistet, die infolgedessen auch das besonders verletzungsträchtige zu weite Vorschleudern des Kopfes in den sich noch explosiv öffnenden Airbag verhindert.
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Mit dieser Zielsetzung soll zugleich verbunden werden, eine alternative Blockiermechanik zu schaffen, die außerdem neue Anwendungsmöglichkeiten zu eröffnen vermag, wie insbesondere zur Anhebung der schutzwirksamen Grenzen des Rückhaltesystems, um noch Schutzwirksamkeit zu leisten bei Aufprallgeschwindigkeiten, die über solche bei üblichen Crashtests hinausgehen.
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Die bekannten Sicherheitsgurtsysteme besitzen eine Blockierungsfunktion zur Auslösung der Insassen-Rückhaltung, die eine aus der Fahrzeugbeschleunigung resultierende Trägheitskraft nutzt, für die mit dem Gurtaufroller integrierte Blockiermechanik zu aktivieren.
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Außerdem besitzt die herkömmliche Blockiermechanik integrierte mechanische Beschleunigungssensoren, die eine Rückhaltung auch bei geringeren Beschleunigungen wie solche bei Bremsvorgängen ermöglichen und zwar dieserart, dass erst ab einer Verzögerung von 0,3 g bis 0,45 g eine Gurtblockierung eintritt, um somit eine gegebenenfalls erwünschte Bewegungsfreiheit für die Insassen zu erhalten.
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Ebenso tritt eine Gurtblockierung selbsttätig ausgelöst auf infolge ausreichender Gurtzugbeschleunigung beim raschen Anlegen des Sicherheitsgurts, was beispielsweise während der Fahrt durch unstetes sowie unerwartetes Blockieren irritieren kann.
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Eine ausreichende Gurtstraffung, die ein problematisches Vorbewegen von Oberkörper und insbesondere dem Kopf in den sich noch explosiv entfaltenden Airbag verhindern soll, jedoch auch ein so genanntes Durchtauchen im unteren Gurtabschnitt möglichst ausschliessen soll, geschieht passiv und permanent über die Wickelrolle mit integrierter Federrückstellung.
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Eine zusätzliche aktive Gurtstraffung erfolgt im Crashfall mittels einem Gurtstraffer/-stopper, – der zugleich als Gurtstopper wirksam wird –, im unteren Gurtabschnitt vom Gurtschloss her ausgehend, mittels einer speziellen Mechanik mit pyrotechnischem Antrieb, welcher den Gurt um einen erforderlichen relativ geringen Betrag im Moment des Crashs anstrafft.
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Die Zündung des Pyro-Treibsatzes wird ausgelöst wie auch für den Airbag über elektronische Sensoren, die prozessorgestützt sein können und abhängig vom Anstieg der Beschleunigung somit rechtzeitiger auslösen können.
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Eine Gurtkraftbegrenzung reagiert im Zusammenspiel mit den Beschleunigungskräften auf den Körper, indem über die bei Crash auftretende normale Gurtlängung hinaus nach Überschreiten einer zulässigen Gurtkraft mittels integrierter Dehnelemente eine zusätzliche Gurtlängung eintritt, und sich somit der vergrößerte Beschleunigungsweg mindernd auf die Körperbelastung auswirkt.
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Aus dem Stand der Technik ist grundlegend für die eiegeführten Systeme die Blockiermechanik nach
DE 23 47 036 A1 bekannt.
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Des Weiteren ist hierzu die
DE 33 42 478 C2 bekannt, die eine wechselseitige Umschaltung über den entsprechenden Gurtauszug beschreibt zwischen automatischer und gefahrenabhängiger Rückhaltung, um eine zusätzliche Funktion zu erhalten für die Fixierung von Gepäckstücken wie auch einem Kindersitz auf dem Fahrzeugsitz.
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Diese grundlegende Blockiermechanik nach
DE 23 47 036 A1 besitzt auf der Wickelrollenwelle ein freibewegliches Zwischenrad, das an beiden Seiten eine spezielle Verzahnung trägt. Dieses Zwischenrad befindet sich im Ruhezustand durch Federandruck im Eingriff mit einem entsprechend verzahnten Rad, das über die Wickelrollenwelle mitdrehende Verbindung zur Wickelrolle hat.
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Die Verzahnung des Zwischenrades ist in einer schräggerichteten speziellen Form ausgeführt, so dass bei entsprechender Winkelbeschleunigung und resultierender Massenträgheit des Zwischenrades dieses eine Relativdrehung einnimmt mit der Folge, dass ein axiales Abgleiten im Verzahnungseingriff und ein Schub dieses Zwischenrades mit seiner auf der anderen Flankenseite liegenden speziellen Verzahnung in eine entsprechende gehäusefeste Verzahnung erfolgt, womit die Blockierung der Wickelrolle eintritt.
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Die Relativdrehung kann ebenso mittels der integrierten mechanischen Sensoren eingeleitet werden, indem dieses Zwischenrad von der ausgelösten Sensormechanik abgebremst oder festgehalten wird.
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Dabei liegt jedoch in diesem Moment noch kein wirksamer Blockierungseingriff vor, sondern zunächst eine Vorstufe als Einsteuerung zur Blockierung, vergleichbar einem so genannten mechanischen „Standby”.
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Eine solche Einsteuerung bedarf für einen wirksamen Blockierungseingriff herbeizuführen jedoch erst noch einer Drehung der Wickelrolle, wie sie bei einem Crash infolge der entsprechenden Gurtbeschleunigung durch den Insassen-Oberkörper eintritt.
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Dem gleichen Zweck soll ein unabhängig ausgelöstes elektromechanisches Stellglied dienen, das mittels vergleichbarer Einwirkung am Zwischenrad eine Relativdrehung und somit eine Einsteuerung herbeiführen kann.
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Nachteilig für eine möglichst direkte, frühzeitige und kontinuierlich verlaufende Gurtblockierung sowie Rückhaltung zeigt sich in der Praxis jedoch offensichtlich Folgendes:
Die ab einer hohen Aufprallgeschwindigkeit am Zwischenrad wirksam werdende stoßartige Winkelbeschleunigung hat durch die resultierende Massenträgheit eine durchaus hohe Kraftkomponente zur Folge, die auf den momentanen Verzahnungseingriff abfällt, die bei der vorliegenden Haftreibung eine entsprechend hohe Reibkraft erzeugt und der Gleitrichtung entgegensteht, so dass zuerst noch eine Mitnahme des Zwischenrades eintreten kann ohne eine Relativdrehung herbeizuführen.
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Dieser Vorgang kann im kurzzeitigen Anfangsmoment zumindest über mehrere Zähne/Zahnlücken hinweg auftreten, zumal anfangs der erheblich höhere Haftreibungsbeiwert vorliegt, bevor anschließend die geringere Gleitreibung einsetzt.
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Die Umfangsgradzahl je Zahn plus Zahnlücke beträgt hierbei angenähert an die in der Praxis vorliegenden Dimensionen bereits ca. 10°. Die insgesamt erkennbare Vorbewegung lässt bei grenzwertig hohen Aufprallgeschwindigkeiten jedoch weitaus größere derartige Reibungsmitnahmen mit den negativen Auswirkungen vermuten.
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Eine frühzeitige und direktere Auslösung soll daher auch über die Wirkung des Gurtstoppers in Verbindung mit dem Gurtstraffer erreicht werden können. Eine direktere und kontinuierlich wirksam werdende Rückhaltung wird sich somit ebenso auf eine Anhebung der schutzwirksamen Grenzen der Rückhaltesysteme auswirken können.
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Ein diesen Nachteil möglichst kompensierendes, mehr frühzeitiges Anstraffen des Gurtes bei eintretendem Crash, welches auch vom Gurtaufroller in Aufrolldrehrichtung ohne zu blockieren ausgehen könnte, mittels einer ebenso auf pyrotechnischem Wege beruhenden Betätigung, wird bei hohen Aufprallbeschleunigungen jedoch nicht immer die gewünschte Wirkung zeigen.
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Ein Hauptgrund hierfür könnte darin liegen, dass der straffenden Gurtzugkraft erzeugt vom Drehmoment eines solchen Gurtaufrollers auf der einen Seite, die mit dem Geschwindigkeitsquadrat enorm ansteigende Gurtkraft aus der Insassen-Beschleunigung auf der anderen Seite gegenübersteht; bei den zusätzlich sich noch auswirkenden kürzeren Zeitspannen zur Ausführung dieser Funktionen.
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Das in dem Zusammenhang sich auswirkende ungleiche Kräfteverhältnis kann bei kleineren, leichteren und wenig Masse entgegenbringenden Fahrzeugen mit unzureichenden Knautschzonen zu einer zusätzlichen Einschränkung der Schutzwirksamkeit führen.
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Eine mittels Drehmoment an der Wickelrolle erzeugte Gurtstraffung birgt außerdem den erheblichen Nachteil, dass infolge dieser Art von Gurtstraffung, die in erster Linie somit nur im oberen Gurtabschnitt wirksam wird, wieder ein sehr verletzungsträchtiges Durchtauchen im unteren Gurtbereich insbesondere bei hohen Crash-Beschleunigungen eintreten kann.
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Nachteilig wirkt sich weiterhin auch das bei entsprechender Gurtzugbeschleunigung selbsttätig einsetzende Gurtblockieren im Falle eines Seitenaufpralls aus. Infolge stark eingedrückter Seitentür mit resultierender Verschiebung der Sitzposition wird der angelegte Sicherheitsgurt eine ruckartige Gurtzugbeschleunigung erfahren, und wie es häufig vorkommt, können somit erhebliche Verletzungen durch Einquetschungen im jetzt unnachgiebigen Sicherheitsgurt eintreten.
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Die vorliegenden Sicherheitsgurtsysteme werden in der Praxis nicht alle in sie gestellten Erwartungen optimal erfüllen können, die sich bei den unterschiedlichen Aufprallkonstellationen ergeben. Nach einem erfolgten Crash ist es zumeist mit großen Schwierigkeiten verbunden nachzuprüfen sowie zu verifizieren, inwieweit die Schutzfunktionen gegriffen haben und das Verletzungsausmaß somit verringern konnten.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, das Sicherheitsgurtsystem bei den auftretenden Gefahrensituationen schneller sowie direkter und umfassender wirksam werdend auszulösen.
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Des Weiteren wird die Aufgabe der Erfindung damit verbunden, eine alternative Blockiermechanik zu schaffen, die außerdem weitere effektive Anwendungsmöglichkeiten eröffnet.
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Diese Aufgabenstellung wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Die Lösung wird mit Bezug auf die Zeichnungen im Folgenden beschrieben:
An die Stelle einer bisherigen Wickelspule mit Federrückstellung zur Gurtstraffung tritt nun eine entsprechend wirksame Wickelrolle 1, mit feststehender an der Karosseriesäule befestigten Achse 2.
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Die bisherige Sperrfunktion und der Gurtstopper (Gurtstraffer) können davon unberührt und in ihrer Lage sowie in den Funktionen auch nachgeschaltet erhalten bleiben.
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Mit dieser Achse 2 formschlüssig verbunden werden zur Momentübertragung die Formringaufnahme 5, die den Ringmagneten 8 aufnimmt, sowie der Innenring 9.
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Die Formringaufnahme 5 besitzt eine entsprechende Anzahl eingearbeiteter Längsführungen zur Aufnahme der Sperrsegmente 3. Diese führen den elektromagnetisch betätigten Hub des Ringmagneten 8 von nur wenigen Millimeter aus.
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Die Wickelrolle 1 trägt an der inneren Flanke eine Verzahnung 4, deren Funktionen und Auslegung nachfolgend noch beschrieben werden. Entsprechende Verzahnungen erhalten für einen Eingriff die Sperrsegmente 3.
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Die Verzahnung 4 und diese der Sperrsegmente 3 sind für ein systematisches Zusammenwirken so ausgelegt, dass in jeder möglichen Drehstellung der Wickelrolle 1 zumindest sofort eines – in der Grenzstellung (2a–e) zwei – der Sperrsegmente 3 bei Impulsbetätigung des Ringmagneten 8 zum Eingriff kommt und die Wickelrolle 1 eine Arretierung erfährt.
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Von der Wickelrolle 1 wird sodann das Rückhaltemoment sowohl aus einer abrupt einsetzenden Bremsbeschleunigung aufgenommen als auch dieses, aus einer anschließenden viel höheren Crash-Beschleunigung. Die Übertragung der Momentkräfte wird somit mittels des Verzahnungseingriffs formschlüssig und daher zuverlässig gewährleistet.
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Der Ringmagnet 8 vermag für das sichere und sehr schnelle Eingreifen der Sperrsegmente 3 eine um ein Vielfaches höhere Einschaltkraft für diese kurze Impulsdauer zu erzeugen, als dies zum Vergleich für die anschließende Haltekraft erforderlich wird. Alle Sperrsegmente 3 besitzen eine Rückstell-Druckfeder 7, um nach Deaktivierung wieder den freien Lauf der Wickelrolle 1 herbeizuführen.
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Die Sperrsegmente 3, die in einer Einschaltstellung nicht zum Eingriff kommen und eine Überdeckungsstellung (2a–e) an der Verzahnung 4 einnehmen, werden durch die Magnetkraft in dieser Stellung zur Druckanlage gebracht.
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Der überdeckungsfreie Eingriff eines – oder in Grenzstellung zweier – Sperrsegmente 3 wird ermöglicht, indem die entsprechende Anzahl dieser Segmente über den Umfang derart verteilt angeordnet ist, dass in der dargestellten Grenzstellung der beiden eingreifenden Sperrsegmente 3 (2a–e) symmetrisch von dem einen sowie von dem anderen Segment ausgehend in beiden Drehrichtungen die weiteren Segmente um ein „Restspiel” -s- versetzt zueinander angeordnet sind.
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Dieses Spiel -s- ist für die entsprechende Funktion in beiden ablaufenden Richtungen mithin von entscheidender Bedeutung, wie aus der fortlaufenden Darstellung der gesamten Abwicklung aller hier im Beispiel vorliegenden Sperrsegmente 3 von 1 bis 14 ersichtlich und nachvollziehbar wird. (2a–e)
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Dieses erforderliche „Restspiel” bedingt eine entsprechende restliche Drehung der Wickelrolle 1, wenn nur ein Segment 3 und nicht wie im Grenzfall ein Paar zum Eingriff kommt, deren Auswirkung jedoch nicht mehr als nur etwa ein Grad Restdrehung betragen muss; wie im vorliegenden Beispiel mit max. 0,7° angegeben. In Grenzstellung greifen sofort beide benachbarten Sperrsegmente 3 als Paar ein, und es bleibt dabei kein Restspiel sowie keine Restdrehung an der Wickelrolle 1.
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Jegliche Weiterdrehung in die eine oder andere Richtung lässt entweder das eine entsprechende benachbarte Segment mit größerem Spielraum für einen Eingriff frei werden, oder eben entsprechend das andere benachbarte Segment bei der anderen Drehrichtung, wie dies aus der dargestellten Abwicklung ersichtlich und nachvollziehbar wird.
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Die sogenannte Grenzstellung zweier stets nebeneinander liegender Sperrsegmente 3 als Segmentepaar bewegt bzw. dreht sich somit fortlaufend bei der entsprechenden Drehung der Wickelrolle 1, wobei einer 360°-Sequenz der Umfangsweg einer Teilung -T- an der Verzahnung 4 der Wickelrolle 1 entspricht.
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Anzumerken ist insbesondere, dass zwar immer sofort zumindest ein Segment 3 in beliebiger Drehstellung für den Eingriff überdeckungsfrei bereitsteht, jedoch anschließend das zweite benachbarte, mehr oder weniger in Überdeckung stehende Segment 3 infolge einer nur äußerst geringfügig erforderlichen Gurtbewegung durch den Oberkörper ebenfalls in den Eingriff gebracht wird.
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Dies kann in der Wirkung noch eine Unterstützung erfahren, indem entsprechende Einführungsschrägen wie dargestellt an den Zahnflanken angearbeitet werden.
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Die Auslegung lässt sich durch variierte Wahl des Restspiels -s-, der Segmentpaar-Anzahl, im vorliegenden Beispiel a = 7, etc. in den Dimensionen unter Berücksichtigung der Tragfähigkeit verändern sowie anpassen.
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Dieser Aufbau ermöglicht eine variierte Auslegung, indem die Anzahl der Sperrsegmente 3 sowie die Anzahl der an diesen vorgesehenen Zahneingriffe den Erfordernissen entsprechend angepasst werden kann.
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Vorteile der Erfindung und Erläuterung:
Im dargestellten Beispiel wurde für eine sehr geringe jedoch in der Praxis unbedeutende Restdrehung von nur ca. 0,7° (vor anschließender Grenzstellung mit stets 0°), ein Restspiel s = 0,40 mm bei a = 7 Sperrsegmentpaaren (Sperrsegment 1 und 2 als Segmentepaar im Eingriff) entsprechend 14 Sperrsegmenten mit dementsprechender Teilung T = 2,80 mm gewählt. (T = a·s)
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Für eine praktische Anwendung ist ein entsprechend angepasstes Restspiel auch vorteilhaft durch variierte Auslegungen wählbar, beispielsweise mit einem Restspiel s = 0,80 mm bei a = 5 Sperrsegmentpaaren und 10 Sperrsegmenten sowie daraus sich ergebender Teilung T = 4,00 mm, sowie wiederum mit zs = 3 Zahneingriffe/Segment. (Dz = 78,98 mm)
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Die mit den Zeichnungen vorliegende systematische Abwicklung der Verzahnungsverhältnisse ermöglicht ein Auszählen aller Teilungen -T-, wie in diesem dargestellten Beispiel ermittelbar mit der Gesamtanzahl A = 86, womit der Außenumfang (A·T) und daraus der Durchmesser der Verzahnung, im Beispiel mit Dz = 76,68 mm, bestimmbar wird sowie alle weiteren für eine Fertigung relevanten Abmessungen damit vorliegen.
