DE3928119A1 - Freigabevorrichtung fuer einen mechanischen energiespeicher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Freigabe eines mechanischen Energiespeichers. Eine derartige Vorrichtung wird beispielsweise im Rahmen einer Stramm­ vorrichtung für Sicherheitsgurte, insbesondere in Kraft­ fahrzeugen, benötigt, bei der eine vorgespannte Feder bei Auslösung durch einen Sensor freigegeben werden muß, damit die in der Feder gespeicherte Energie in die Ausführung der Strammbewegung des Sicherheitsgurtes umsetzbar ist. Eine derartige Anordnung ist beispiels­ weise in der EP-A-03 00 469 beschrieben.

Bei derartigen Vorrichtungen besteht allgemein das Problem, daß bei der Verwendung von beweglichen Sicherungs­ gliedern eine erhebliche Reibung zwischen dem zu sichernden beziehungsweise freizugebenden mechanischen Energiespeicher und dem Sicherungsglied überwunden werden muß, weil auf dem Sicherungsglied die volle Kraft des Energie­ speichers lastet.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Freigabe eines mechanischen Energie­ speichers zur Verfügung zu stellen, die eine sichere und schnelle Auslüsung des mechanischen Energiespeichers gewährleistet.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich einschließlich vorteilhafter Ausgestaltungen und Weiterbildungen aus dem Inhalt der Patentansprüche, welche dieser Beschreibung nachgestellt sind.

Die Erfindung beinhaltet den Grundgedanken, daß zur Sicherung des Energiespeichers ein Berstkörper und ein diesen im Auslösefall zerstörender Sensor vorgesehen sind. Hiermit ist der Vorteil verbunden, daß nur eine geringe auf den Berstkörper aufzubringende Kraft ausreicht, um den Berstkörper zu zerstören, wodurch der Energiespeicher, vorzugsweise in Form einer vorgespannten Feder, ohne weitere Verzögerung freigegeben wird. Nach Ausführungs­ beispielen der Erfindung kann der Berstkörper dabei einerseits als eine den Energiespeicher unmittelbar sichernde Berstscheibe oder andererseits als ein zwischen einem gehäusefesten Widerlager und einem Sicherungshebel eingespannter Berstkörper ausgeibldet sein. Hinsichtlich der Zerstörung der Berstscheibe ist es zweckmäßig, an dieser einen Brechstab anzuordnen, woraus sich der Vorteil ergibt, daß schon eine geringe Auslenkung des Brechstabes ausreicht, um die Berstscheibe zu zerstören, da aufgrund der Zuordnung von Berstscheibe und Brechstab auf die Berstscheibe eine Kraft in Richtung ihrer größten Bruchempfindlichkeit einwirkt. Hinsichtlich des zwischen einem Sicherungshebel und einem Widerlager angeordneten Berstkörpers reicht dessen Zersrörung über einen eine Schlagkraft aufbringenden Sensor.

Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist als Energiespeicher eine vorgespannte Feder in einem Gehäuse angeordnet, wobei die Berstscheibe in dem Gehäuse über Nasen gehalten ist und der Brechstab aus dem Gehäuse herausragt. Der Brechstab wird nach der Erfindung im Auslösefall von einem Übertragungsglied beaufschlagt, welches seinerseits von einem Sensor angesteuert wird.

Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dient als Übertragungsglied ein unter der Wirkung einer Schnapp­ feder stehender längsverschieblicher Schlagbolzen, der in seiner Ausgangsstellung unter der Wirkung der Schnappfeder stehend eine kugelförmige Sensormasse gegen ein kegelförmiges Gehäuse drückt. Eine Auslenkung der Kugel in dem kegelförmigen Gehäuse verschiebt den Schlagbolzen über den Totpunkt der Schnappfeder hinaus, so daß die freigesetzte Kraft der Schnappfeder den Schlagbolzen schlagartig auf den Brechstab treffen läßt.

Ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung sieht vor, eine Sensormasse nach der Trennung von einem Magneten beschleunigt in einen am Ende des Brechstabes aufgesetzten Fangtrichter aufschlagen zu lassen und so dem Brechstab die erforderliche Schlagenergie zur Zerstörung der Berstscheibe zu vermitteln; in ihrer Ausgangsstellung ist die Sensormasse an einem Magneten vom Boden des Trichters beabstandet gehalten.

Eine alternative Ausführungsform der Erfindung geht davon aus, daß die vorgespannte Feder durch einen Sicherungs­ hebel in der vorgespannten Lage gehalten wird, wobei sich dieser Sicherungshebel auf einem gegen ein gehäuse­ festes Widerlager eingespannten Berstkörper abstützt, der im Auslösefall von einem Massensensor zerstört wird, so daß eine Freigabe des Sicherungshebels und damit auch eine Freigabe der vorgespannten Feder erfolgt. Dieser Massensensor weist entsprechend einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung eine zylindrische und in einer gehäusefesten Bohrung axial verschieb­ liche Sensormasse auf, die bei ihrer Verlagerung unter der Wirkung einer Beschleunigung mit einer zugeordneten Spitze auf den eingespannten Berstkörper trifft und diesen zerstört. Die Sensormasse ist dabei mittels einer Sensorfeder in ihre Ruhestellung belastet, die radial zur Achse der Sensormasse derart angeordnet ist, daß ihr an der Sensormasse angreifendes Ende unter Durchschreiten eines Totpunktes der axialen Bewegung der Sensormasse folgt und dabei nach Durchschreiten der Totpunktlage die schlagbolzenartige Wirkung der Sensormasse beim Auftreffen auf den Berstkörper ver­ stärkt.

Hiermit ist der Vorteil verbunden, daß die Ansprechschwelle durch eine entsprechende Abstimmung von Sensormasse und Federkraft leicht eingestellt werden kann. Unterhalb der Anspruchschwelle sorgt die Sensorfeder dabei für eine Rückführung der Sensormasse in ihrer Ausgangslage; eine hohe Ansprechempfindlichkeit nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung dann erreicht werden, wenn mehrere, vorzugsweise drei Sensorfedern in einer radialen Ebene zur Sensormasse umlaufend angeordnet sind, weil das System dabei praktisch reibungsfrei gemacht ist.

In der Zeichnung sind drei Ausführungsbeispiele der Erfindung wiedergegeben, welche nachstehend beschrieben sind. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Freigabe­ vorrichtung mit Beaufschlagung durch einen Schlagbolzen,

Fig. 2 ein anderes Ausführungsbeispiel der Freigabe­ vorrichtung,

Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Freigabe­ vorrichtung.

Die erfindungsgemäße Freigabevorrichtung weist einen mechanischen Energiespeicher 10 in Form einer vorge­ spannten Druckfeder auf, die in einem Gehäuse 11 ange­ ordnet ist. Am Ende des Gehäuses 11 ist die Feder 10 gegen Entspannung durch eine aus Keramik bestehende Berstscheibe 12 festgelegt, die sich ihrerseits an einzelnen oder am Gehäuserand umlaufenden Nasen 13 abstützt und gegen diese gedrückt wird.

In die Berstscheibe 12 ist ein ungefähr in deren Mittel­ punkt angreifender, in Axialrichtung der Feder 10 von der Berstscheibe aus dem Gehäuse 11 abstehender Brech­ stab 1 integriert, an dessen Ende bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel quer zu seiner Längsachse ein Schlagbolzen 15 derart angreift, daß der Brechstab 1 bei Belastung durch den Schlagbolzen 15 eine Kraft in Richtung der größen Bruchempfindlichkeit auf die Keramikscheibe 12 ausübt.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel einer Freigabevorrichtung ist der Schlagbolzen 15 von einem Sensor 16 auslösbar, indem in einem kegelförmigen Gehäuse 17 eine als Kugel ausgebildete Sensormasse 18 gelagert ist, gegen die der in seiner Längsrichtung verschiebbare Schlagbolzen 15 mit einem Führungsteller 19 gedrückt ist, wobei an dem Schlagbolzen 15 eine als Schnappfeder wirkende und sich an einem Gehäuseteil 20 abstützende Schnappfeder 21 angreift, welche in der aus Fig. 1 ersichtlichen Bereitschaftsstellung des Sensors den Schlagbolzen 15 gegen die Sensorkugel 18 belastet.

Die Sensormasse 18 lagert mit ihrer Schwerkraft auf dem Führungsteller 19 auf, so daß einerseits die Masse der Kugel 18 bei ihrer Auslenkung die auf den Schlag­ bolzen 15 wirkende Verschiebekraft verstärkt, andererseits die Blattfeder 21 in der den Schlagbolzen 15 gegen die Sensorkugel 18 drückenden Bereitschaftsstellung nur die Gravitationskraft der Sensorkugel 18 zu überwinden hat. Bei einer Beschleunigungseinwirkung quer zur Achse des Schlagbolzens 15 kann mittels einer geeigneten Ausbildung des Kegels 17 auch eine in der Fläche defi­ nierbare Auslösecharakteristik erreicht werden, weil bei eintretenden Querbeschleunigungen der vertikale Anteil der aus der Kugel 18 und dem Kegel 17 resultieren­ den Kraft den Schlagbolzen 15 ebenfalls aus seiner Ruhelage auslenkt.

Ferner kann in Abweichung von dem dargestellten Aus­ führungsbeispiel auch ein Sensor vorgesehen sein, der in einer Ebene rechtwinklig zur Längsachse des Schlag­ bolzens arbeitet und diesen entsprechend auslöst.

Die Schnappfeder 21 ist dabei derart angeordnet, daß sich ein "Schnapp"-Effekt der Feder 21 dergestalt ergibt, daß eine Verschiebung des Schlagbolzens 15 entgegen der Kraft der diesen in seine Bereitschaftsstellung drückenden Feder 21 über deren Totpunkt hinaus zu einem Kippen der Schnappfeder 21 in die andere Belastungs­ richtung führt, so daß die in der Blattfeder 21 gespeicher­ te Energie schlagartig in eine Längsbewegung des Schlag­ bolzens 15 in Richtung auf den Brechstab 14 übertragen wird. Alternativ zur Blattfeder 21 kann auch eine andere Federform vorgesehen sein, welche kippbar ist, zum Beispiel eine Spiralfeder.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine andere Art der Beaufschlagung des Brechstabes 14 verwirklicht. Hier ist der Brechstab 14 in seiner Längsrichtung in Schwerkraftrichtung angeordnet, so daß eine andere Zuordnung der Feder 10 mit Gehäuse 11 zum Sensor die Folge ist. Der Brechstab 14 wird im Auslösefall durch eine frei fallende Sensormasse 22 schlagartig beaufschlagt, so daß es zur Zerstörung der Berstscheibe 12 kommt.

Hierzu ist die kugelförmige Sensormasse 22 in einer dachartig-kegelförmigen Kalotte 23 von einem Magneten 24 gehalten. Zum Auffangen der Sensorkugel 22 weist der Brechstab 14 an seinem oberen freien Ende einen Fangtrichter 25 auf, dessen Wandung bis in die Höhe des Randes der Kalotte 23 reichen, so daß die Sensor­ kugel 22 nach Ablösung von dem Magneten 24 in jedem Fall auf die Wandungen 26 des Trichters 25 auftrifft und den Brechstab 14 schlagartig belastet.

Bei Einwirkung einer entsprechend starken Beschleunigung oder Verzögerung auf die Sensormasse 22 wird die Kraft des Haltemagneten 24 überwunden, so daß die Sensormasse von dem Magneten freikommt und die Trichterwandungen 26 beaufschlagt.

Die Erfindung ist im Hinblick auf die Beaufschlagung des Brechstabes nicht auf die beiden beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, vielmehr sind auch andere Arten der Energiebeaufschlagung des Brechstabes und unterschiedliche Sensoransteuerungen möglich.

Bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die vorgespannte Feder 10 über eine an einer Haltenase 27 angreifende Sicherungsklinke 28 gesichert, die ihrerseits mit einem Sicherungshebel 29 zusammenwirkt. Der an einem die Auslösevorrichtung umschließenden Gehäuse 32 schwenkbar gelagerte Sicherungshebel 29 stützt sich mit seinem freien Ende auf einem Berstkörper 30 ab, der dadurch gegen ein mit dem Gehäuse 32 verbundenes Widerlager 31 eingespannt ist. In dem Gehäuse 32 ist in einer in der Ebene des Berstkörpers 30 verlaufenden Bohrung 33 eine zylindrische Sensormasse 34 axial so beweglich gelagert, daß die Masse 34 bei ihrer Verlagerung mit einer Spitze 35 auf den Berstkörper 30 trifft und diesen zerstört.

Der Berstkörper 30 besteht aus einem spröden Material wie zum Beispiel Keramik, Glas oder einem ähnlichen Werkstoff; der Berstkörper 30 kann dabei massiv oder als Hohlkörper ausgebildet sein und eine Kugelform, eine Zylinderform oder eine Quaderform oder eine vergleich­ bare Form aufweisen.

Die Sensormasse 34 ist durch wenigstens eine Feder 38 in ihre Ruhestellung belastet, wobei die Feder 38 radial zur Achse der Masse 34 in einer kegelförmigen Ausnehmung 36 im Gehäuse 32 angeordnet ist und mit ihrem freien Ende an einer an der Masse 34 eingeformten Ringnut 37 angreift, wobei das freie Ende der Feder 38 in die Belastungsrichtung bis zur Anlage an der Wandung der kegelförmigen Ausnehmung 36 umgebogen ist. Mit dieser Anordnung ist sichergestellt, daß die Feder 38 bei Auslösung des Sensors der Bewegung der Sensormasse 34 folgt und nach Durchgang durch ihre Totpunktlage die Schlagkraft der Sensormasse 34 beim Auftreffen auf den Berstkörper 30 verstärkt.

Die in der Fig. 3 dargestellte Ausführung der Erfindung arbeitet folgendermaßen: In der aus Fig. 3 ersichtlichen Ruhelage ist die Feder 10 über die Sicherungseinrichtung 27, 28, 29 in ihrer gespannten Lage gehalten, wobei der Hebel 29 den Berstkörper 30 gegen das Widerlager 31 einspannt. Die in der Bohrung 33 geführte Sensor­ masse 34 befindet sich dabei in einer von dem Berst­ körper 30 beabstandeten Ruhelage, in welcher sie durch die Feder 38 gehalten ist. Bei auf die Sensormasse einwirkenden Beschleunigungskräften unterhalb der Ansprech­ schwelle erfolgt zwar eine Axialbewegung der Sensormasse, jedoch sorgt die Feder 38 für eine jeweilige Rückführung der Sensormasse in ihre Ruhelage.

Nach Überschreiten der Ansprechschwelle bewegt sich die Sensormasse 34 in Richtung auf den Berstkörper, wobei nun die Kraft der Feder 38 überwunden und die Feder 38 über ihre Totpunktlage hinwegbewegt wird; in der dann erreichten Stellung trifft die Sensormasse 34 mit ihrer Spitze 35 auf den Berstkörper 30 und zer­ stört diesen, wobei die schlagbolzenartige Auftreff­ kraft durch die zusätzlich wirkende Kraft der Feder 38 unterstützt wird. Durch die Zerstörung des Berst­ körpers 30 kommt der Sicherungshebel 29 frei und gibt somit auch das Sicherungsteil 28 frei, so daß die Feder 10 sich nun entspannen und dabei für den Antrieb der Strammvorrichtung sorgen kann.

Die in der vorstehenden Beschreibung, den Patentan­ sprüchen, der Zusammenfassung und der Zeichnung offen­ barten Merkmale des Gegenstandes dieser Unterlagen können einzeln als auch in beliebigen Kombinationen untereinander für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.

Claims (18)

1. Vorrichtung zur Freigabe eines mechanischen Energie­ speichers, dadurch gekennzeichnet, daß zur Sicherung des Energiespeichers (10) ein Berstkörper (12, 30) und ein den Berstkörper (12, 30) im Auslösefall zerstörender Sensor (16, 34) vorgesehen sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Berstkörper als den Energiespeicher (10) sichernde Berstscheibe (12) ausgehildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen mit der Berstscheibe (12) verbundenen, von dieser abstehenden Brechstab (14).

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Brechstab (14) in ungefähr rechtem Winkel von der Berstscheibe (12) absteht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Berstscheibe (12) in ein eine vorgespannte Feder (10) als Energiespeicher umgeben­ des Gehäuse (11) eingesetzt und darin über Nasen (13) gehalten ist und daß der Brechstab (14) aus dem Gehäuse (11) herausragt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Berstscheibe (12) aus einem keramischen Material besteht.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, gekenn­ zeichnet durch ein den Brechstab (14) beaufschlagendes, von einem Sensor (17, 18; 22, 23, 24) gesteuertes Übertragungsglied (15,19; 25, 26).

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungsglied aus einem eine kugelförmige Sensormasse (18) gegen ein kegelförmiges Gehäuse (17) einspannenden Schlagbolzen (15) besteht, wobei an dem Schlagbolzen (15) eine Schnappfeder (21) angreift.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Brechstab (14) mit seiner Längsrichtung in Schwerkraftrichtung angeordnet und an seinem oberen Ende ein Fangtrichter (25) für eine vom Fangtrichterboden (26) beabstandete und im Auslöse­ fall von einem Magneten (24) freikommende Sensormasse (22) aufweist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Berstkörper (30) zwischen einem gehäusefesten Widerlager (31) und einem den Energiespeicher (10) haltenden Sicherungshebel (28, 29) angeordnet und und von einem Massensensor (34) im Auslösefall beaufschlagt ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß in der Ebene des Berstkörpers (30) eine Sensor­ masse (34) in einer Führung (33) beweglich derart gelagert ist, daß die Sensormasse (34) bei ihrer Auslenkung mit ihrer Spitze (35) auf den Berstkörper (30) trifft.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensormasse (34) zylindrisch ausgebildet und in einer Bohrung (33) eines die Auslösevorrichtung aufnehmenden Gehäuses (32) axial beweglich geführt ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensormasse (34) mittels einer Feder (38) in ihre Ruhestellung vorgespannt ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (38) radial zur Achse der Sensormasse (34) angeordnet ist und mit ihrem an der Sensormasse (34) angreifenden Ende der axialen Bewegung der Sensormasse (34) folgt.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß über den Umfang der zylindrischen Sensormasse (34) verteilt mehrere Sensorfedern (38) angeordnet sind.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Berstkörper (30) aus sprödem Material wie Keramik oder Glas besteht.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Berstkörper (30) als Hohlkörper mit Kugelform, Zylinderform oder Quaderform ausgebildet ist.

18. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17 zur Freigabe einer vorgespannten Feder als Teil einer mechanischen Strammvorrichtung für Sicherheitsgurte, insbesondere in Kraftfahrzeugen.