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Trägheitsabhängiger Sensor
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Die Erfindung betrifft einen trägheitsabhängigen Sensor mit einem
kardanisch aufgehängten ersten Trägheitskörper, mit einem schwenkbar gelagerten
Auslösearm zur Auslösung und/oder Sperrung von Sicherheitsorganen, z.B. Sperrklinke
in einem Gurtaufroller, Aufblasen eines Luftkissens, Ausfahren einer Kopfstütze,
und mit einem zweiten Trägheitskörper mit höchstens gl eicligroßem Massenträgheitsmoment
wie der erste Trägheitskörper, auf welchem der zweite Trägheitskörper beweglich
gelagert ist, welcher dicht neben einer gekrümmten Fläche des Auslösearmes angeordnet
ist.
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Die vorliegende Erfindung wird in Verbindung mit einem automatischen
Gurtaufroller beschrieben, der in Fahrzeugen zum sichernden Halten von Insassen
mittels eines Gurtbandes verwendet wird. Hierbei handelt es sich jedoch nur um ein
spezielles Anwendungsgebiet, wobei ausdrücklich bemerkt wird, daß die Erfindung
hierauf nicht beschränkt ist.
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Es sind verschiedene Gurtband-Aufwickelvorrichtungen, die auch als
sogenannte Retraktoren oder Automaten bezeichnet
werden können,
mit Verriegelungen bekannt, bei welchen eine als Klinke, Pendel oder Kugel ausgebildete
Trägheitsmasse verwendet wird. Diese trägheitsabhängigen Sensoren bieten dem Benutzer
des Gurtbandsystems zwar den Komfort, daß er sich auch im angeschnallten Zustand
bei normaler Stellung des Fahrzeuges auf einer horizontalen Straße sowie auch während
der Fahrt auf einer ebenen Fahrbahn sich ohne weiteres unter Verlängerung und Herausziehen
des Gurtbandes von der Wickelrolle nach vorn und zur Seite bewegen kann, während
im Unfallmoment eine Sperrung des Ratschenrades und damit der Aufwickelrolle erfolgt,
so daß das durch eine Aufrolifeder am Oberkörper des angeschnallten Insassen angelegte
Gurtband nicht weiter herausgezogen werden kann und der Insasse sicher vom Gurt
im Sitz gehalten wird.
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Das Verriegeln des Gurtaufrollers erfolgt gewöhnlich bei 0,3 g, welches
die Beschleunigungsschwelle darstellt, bei welcher der Trägheitskörper, z.B. die
Kugel, auf einem konischen Teil einer Muldenfläche hochrollt oder ein Pendel kippt.
In allen diesen Fällen wird die kinetische Energie dieses Trägheitskörpers dazu
verwendet, um den Auslösearm bzw. den Kipphebel in Sperreingriff mit dem Ratschenrad
zu bringen.
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Damit man das mit einem Sensor der vorbeschriebenen Art versehene
Sicherheitsgerät nicht immer genau in derjenigen Position
einbauen
muß, in welcher die vorstehend beschriebenen Wirkungen erreicht werden können, d.h.
damit man das Gehäuse des Gurtaufrollers nicht in jedem Fahrzeug entsprechend genau
einjustieren muß, da anderenfalls die Aufwickelrolle des Gurtautomaten stets blockiert
wäre, ist bereits ein Aufbau vorgeschlagen worden, mit dessen Hilfe sich der Sensor
in weitem Bereich unabhängig von der Neigung des Gehäuses des Trägheitskörpers stets
in Ruhelage (Außer-Sperreingriff) befindet, so daß nur bei Überschreiten bestimmter
Beschleunigungen die gewünschte Auslösung oder Sperrung erfolgt. Nach dem älteren
Vorschlag erfolgt dies durch eine kardanische Aufhängung des ersten Trägheitskörpers,
wobei ein zweiter Trägheitskörper mit höchstens gleichgroßem Massenträgheitsmoment
wie der erste Trägheitskörper auf letzterem beweglich gelagert ist und der Auslösearm
eine dicht neben dem zweiten Trägheitskörper angeordnete gekrümmte Fläche aufweist.
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Mit diesem älteren Vorschlag sind zwar erhebliche Vorteile verbunden,
die bei den bekannten Sensoren bislang nicht erreicht werden konnten. Es lassen
sich aber noch weitere Verbesserungen anbringen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Ansprechgenauigkeit
des trägheitsabhängigen Sensors der eingangs genannten Art zu verbessern.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der zweite
Trägheitskörper an seinem unteren Ende außen mit einer scharfen Kante versehen ist,
die passend in eine scharfe Nut oben im ersten Trägheitskörper beweglich eingepaßt
ist, und daß als kardanische Aufhängung des ersten Trägheitskörpers ein Rahmen vorgesehen
ist. Bei der Beschreibung dieser Erfindung wird davon ausgegangen, daß der zweite
Trägheitskörper mit seinem unteren Ende auf dem ersten Trägheitskörper aufliegt.
Es macht hierbei keinen Unterschied, ob bei komplizierteren, erfindungsgemäß nicht
dargestellten Ausgestaltungen der zweite Trägheitskörper hülsenartig über seine
Stützkante außen verlängert ist. Wenn hier von dem unteren Ende außen" gesprochen
wird, so ist hierbei stets die Stützkante gemeint, die zweifellos am unteren Ende
des zweiten Trägheitskörpers vorgesehen sein muß und zweckmäßig auch außerhalb seines
Zentrums, also gewissermaßen tIaußenh vorzusehen ist, um dem zweiten Trägheitskörper
eine stabilere Lage zu geben. Bei dem Begriff scharfe Kante kann auch daran gedacht
werden, daß dieses sich statt aus einer mehr oder weniger kreisrunden Stützlinie
aus Stützpunkten zusammensetzt, die z.B. dadurch zustandekommen, daß die scharfe
Kante eine gewisse Wellung aufweist. Bei mikroskopischer Betrachtung dieser scharfen
Kante wird ohnehin infolge der Herstellungstoleranzen lediglich von einer punktweisen
Abstützung längs der scharfen Kante" gesprochen werden können. nie Absicht des Erfinders
ist das Einlegen der scharfen Kante in eine passend dazu ausgeführte scharfe Nut
oben im
ersten Trägheitskörper, welcher den zweiten abstützt.
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Dadurch ist es erfindungsgemäß nämlich möglich, daß sich der obere
Trägheitskörper wie in einer "reibungslosen Nutn im unteren, dem ersten Trägheitskörper,
verkippen kann.
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Hierbei wird zweckmäßig in dem unteren ersten Trägheitskörper mehr
oder weniger "außen" eine in ihrem Grund etwa linienförmige scharfe Nut vorgesehen;
wenngleich auch an die Ausführungsform gedacht werden kann, daß diese scharfe Nut
längs derjenigen Schnittlinie automatisch dann entsteht, wenn schräg angestellte
Außenwandungen, welche z.B. kreisförmig den oberen, zweiten Trägheitskörper umfassen,
eine durch den unteren, ersten Trägheitskörper gelegte horizontale Ebene schneiden.
Mit anderen Worten braucht in dem unteren, ersten Trägheitskörper nicht in jedem
Falle eine z.B. kegelförmige Erhebung vorgesehen sein, und auch dann wird die scharfe
Nut vorhanden sein, in welche die scharfe Kante des oberen zweiten Trägheitskörpers
einsetzbar ist.
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Durch diese erfindungsgemäßen Maßnahmen erhöht man die technische
Perfektion eines solchen Sensors und damit eines von der Beschleunigung abhängigen
Gurtaufrollautomaten. Es kann jetzt kein Gleiten mehr zwischen den zwei Trägheitskörpern
auftreten, weil durch die scharfen Linien (Kante und Nut) größere Genauigkeiten
gegeben sind. Damit sperrt ein mit dem neuen Sensor ausgerüsteter Gurtaufroller
mit größerer Genauigkeit.
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Vorteilhaft ist es erfindungsgemäß ferner, wenn der beweglich in einem
gehäusefesten äußeren Rahmen gelagerte innere Rahmen als kardanische Aufhängung
des ersten Trägheitskörpers an mindestens zwei gegenüberliegenden Seiten einen hochstehenden
Rand aufweist. Die Kontur eines solchen Randes kann ein nach oben herausstehendes
Dreieck, Rechteck, eine abgerundete Rampe, Halbkreis, Elipse und dergleichen sein.
Man erreicht durch diesen hochgezogenen Randteil, daß der obere Trägheitskörper
nicht mehr herausfallen kann oder seine Ausrichtung verliert. Besonders zweckmäßig
ist hierbei diejenige Anordnung, bei welcher der innere Rahmen an zwei diametral
gegenüberliegenden Seiten in dem jeweiligen hochgezogenen Rand eine U-förmige Nut
zur Aufnahme von kardanischen Stiften des ersten Trägheitskörpers aufweist. Vorzugsweise
ist der erste untere Trägheitskörper eine Art Pendel, welches um zwei feste Drehpunkte
schwenken kann. Wenn man die vorstehend beschriebene U-förmige Nut in dem hochgezogenen
Randteil vorsieht, dann kann man Drehstifte, welche den unteren Trägheitskörper
haltern, hier einfach einhängen.
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Wenn diese U-Nut tief genug ist, ist ein Aushängen des unteren, ersten
Trägheitskörpers aus dem inneren Rahmen im normalen Betrieb unmöglich.
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Zweckmäßig ist es erfindungsgemäß ferner, wenn eine gedachte, durch
die Nut oben im ersten Trägheitskörper gelegte Ebene zur Horizontalebene geneigt
ist. Man hat nämlich festgestellt,
daß bei genauer vertikaler Ausrichtung
eines oberen, als Pendel ausgebildeten Trägheitskörpers, der unten auf einer genau
horizontal liegenden Nut im ersten Trägheitskörper steht, eine kleine Differenz
beim Sperren auftritt, d.h. ein solcher Sensor ein klein wenig unterschiedlich anspricht
in Abhängigkeit davon, ob sich das zweite obere Pendel zur Aufhängung des Auslösearmes
hin oder von dieser fort schwenkt. Sorgt man nun für eine geringfügige Neigung des
oberen Pendels aus der Vertikalen heraus; bzw. ordnet man die durch die Nut oben
im ersten Trägheitskörper gelegt gedachte Ebene unter einer kleinen Neigung zur
Horizontalebene an, dann ist dieser Unterschxd kompensiert.
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In vorteilhafter weiterer Ausbildung der Erfindung weist die die Nut
bildende äußere Wandung oben am ersten Trägheitskörper mehrere Öffnungen im Bereich
dieser Nut auf. Damit kann verhindert werden, daß im Laufe der Zeit Staub sich in
die scharfe Nut hineinsetzt und sich dort so ansammelt, daß der Betrieb nach entsprechenden
Außenbedingungen nicht mehr so zuverlässig ist wie gewünscht. Durch die Öffnungen
im Bereich der Nut oben im ersten Trägheitskörper wird der Staub praktisch herausgedrängt.
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Noch besser kann man das Staubproblem dadurch meisten9 daß erfindungsgemäß
die Nut oben im ersten Trägheitskörper wellenförmig ausgebildet ist, d.h. mehr oder
weniger schwach nach oben oder unten sich in der Höhe verändert, und die tiefsten
Stellen
jeweils neben den Öffnungen im Bereich der genannten Nut angeordnet sind. Dann kann
selbst bei besonders rauhen Betriebsbedingungen auch sich in der Nut ansammelnder
Staub die zuverlässige Funktion des Sensors gemäß der Erfindung nicht mehr behindern.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden
Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen.
Es zeigen: Figur 1 den erfindungsgemäßen trägheitsabhängigen Sensor in einer ersten
Ausführungsform mit hängendem Pendel als ersten Trägheitskörper und stehend darauf
abgestütztem Pendel als zweiten Trägheitskörper sowie Sperrklinke mit kalottenförmig
gekrümmter Fläche, in Ruhestellung; Figur 2 in teilweise geschnittener Ansicht eine
ähnliche Darstellung wie bei Figur 1, wobei die kardanische Aufhängung mit dem inneren
Rahmen genauer gezeigt ist; Figur 3 eine ähnliche Ansicht wie Figur 2, bei welcher
jedoch die scharfe Nut im unteren Pendel um einen Winkel aus der Horizontalen herausgekippt
ist, und
Figur 4 in schematischer Darstellung lediglich die zwei
als Pendel ausgebildeten Trägheitskörper bei einer anderen Ausführungsform, bei
welcher insbesondere die scharfe Nut im ersten, unteren Pendel wellenförmig ausgebildet
ist.
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Auf einer Seite einer nicht dargestellten Wickelrolle ist ein abgebrochen
lediglich in Figur 1 gezeigte Ratschenrad 5 befestigt, welches im Falle einer plötzlichen
Beschleunigung des Fahrzeuges, in dem der Sensor gemäß der Erfindung eingebaut ist,
mit einem Auslösearm oder einem Sperrhebel 17 in Eingriff treten kann. Dieser Sperrhebel
17 wird von den Pendeln 9 und 15, d.h. dem unteren und dem oberen Trägheitskörper,
betätigt.
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Gemäß Figur 1 ist das Pendel 9, welches den ersten Trägheitskörper
darstellt, in einem als Ring ausgebildeten inneren Rahmen 10 mittels zweier diametral
angeordneter Stifte 11 abgehängt, wobei der innere, . als Ring ausgebildete Rahmen
10 über zwei kurze Zapfen 13 beweglich in einem gegebenenfalls auch als Teilring
ausgebildeten äußeren, gehäusefesten Rahmen 12 angeordnet ist. Weil die Stifte 11
und Zapfen 13 gewöhnlich etwa senkrecht zueinander ausgerichtet sind, wodurch sich
ja die kardanische Aufhängung ergibt, kann sich das Pendel 9 selbst in einem gewissen
Bereich ausrichten.
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Das untere erste Pendel 9 trägt die beschriebenen, kardanischen Stifte
11 an einem in der Mitte oben angeordneten, mindestens teilweise kegelförmigen Teil,
das außen durch die scharfe Nut 37 begrenzt ist. Außerdem begrenzt diese scharfe
Nut 37 unten auch eine äußere Wandung 41, die sich gemäß Darstellung der Fig. 1
nach oben etwa geradlinig - wie der Rand eines Blumentopfes - erstreckt.
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Das obere Pendel 15, dessen Oberseite dicht neben der kalottenförmigen
Fläche 18 am Sperrhebel 17 angeordnet ist, weist an seinem unteren Ende und bei
dieser Ausführungsform eindeutig außen eine scharfe Kante 38 auf, die mit minimaler
Reibung so gut in die scharfe Nut 37 eingepaßt ist, daß ein seitliches Verschieben
nicht möglich ist, wohl aber ein Kippen des Pendels 15 gegenüber dem ersten Pendel
9.
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In Figur 2 ist die gleiche Anordnung in etwas anderer Ausführungsform
gezeigt. Der beweglich in dem gehäusefesten äusseren Rahmen 12 gelagerte innere
Rahmen 10 ist nämlich im Bereich der Stifte 11 zur Mitte hin hochgezogen bzw. weist
einen hochgezogenen Rand 40 auf. Es versteht sich, daß dieser vorzugsweise auf gegenüberliegenden
Seiten hochgezogene Rand 40 jeweils im Bereich der Stifte 11 angeordnet ist. Außerdem
ist etwa in der vertikalen Symmetrieebene durch die Stifte 11 eine U-förmige Nut
39 im Rand 40 angeordnet, welche die kardanischen Stifte 11 des ersten Pendels 9
aufnimmt. Somit kann das erste
Pendel 9 bei normalem Betrieb nicht
aus dem inneren Rahmen 10 herausfallen, und außerdem ist gewährleistet, daß auch
das obere zweite Pendel 15 infolge des hochgezogenen Randes 40 nicht aus dem ersten
Pendel 9 bzw. dem durch die Außenwandung 41 gebildeten Tasche herausfallen kann.
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In Figur 3 ist ebenfalls wieder die Ruhelage des Sensors gemäß der
Erfindung bei einer anderen modifizierten Ausführungsform dargestellt, bei welcher
eim durch die scharfe Nut 37 gedacht gelegte Ebene zur Horizontalebene etwas geneigt
angeordnet ist. Betrachtet man die Senkrechte zu der gedachten Ebene und die Vertikale,
dann erkennt man in der zeichnerischen Darstellung den Winkel , , um welchen diese
beiden Geraden auseinanderklaffen. Mit diesen Maßnahmen ist erreicht, daß unabhängig
davon, ob das obere Pendel 15 beim Stoß gegen die Aufhängung des Sperrhebels 17
oder von diesem fort bewegt wird, die Sensoranordnung immer gleichermaßen anspricht.
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Zur Lösung der möglicherweise durch sich ansammelnden Staub in der
scharfen Nut 37 bedingten Probleme dient die in Fig. 4 gezeigte Öffnung 43 in der
Seitenwandung 41, die jeweils vorzugsweise an der tiefsten Stelle 42 der wellenförmig
angeordneten Nut 37 vorgesehen ist.
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