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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Sicherheitsgurtaufroller mit
einer Lastbegrenzungsfähigkeit.
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Lastbegrenzende
Sicherheitsgurtaufroller werden verwendet, um die Wirkung von während eines
Aufpralls erzeugten Kräften
auf einen Fahrzeuginsassen zu verringern. Sie werden dafür ausgelegt,
etwas von den anfänglichen
Aufpralllkräften zu
absorbieren, um die dem Fahrzeuginsassen durch eine Wechselwirkung
mit der Sicherheitsrückhaltevorrichtung
selbst, zum Beispiel durch einen plötzlichen Zusammenprall des
Fahrzeuginsassen mit dem Sicherheitsgurtband, zugefügte Verletzung
auf ein Minimum zu verringern. Bei einem schweren Aufprall kann
die Wirkung dessen, daß der
Vorwärtsimpuls des
Fahrzeuginsassen durch ein verhältnismäßig schmales
Gurtband angehalten wird, Verletzungen verursachen. Die anfänglichen
Kräfte
eines Aufpralls auf den Fahrzeuginsassen sind durch lastbegrenzende
Sicherheitsgurtaufroller und insbesondere solche, die im Sicherheitsgurtaufroller
Torsionsstäbe
einschließen,
verringert worden. Torsionsstäbe
werden in den Kraftübertragungsweg
geschaltet und verdrehen sich unter den Kräften eines Aufpralls und ermöglichen
folglich ein begrenztes Ausgeben von Sicherheitsgurtband und leiten
etwas von der anfänglichen
Energie des Aufprallimpulses ab. Sie zerbrechen jedoch nicht, und
wenn die anfängliche
Spitze des Aufprallimpulses vorbei ist, dann hält der Torsionsstab fest, und
der Sicherheitsgurtaufroller sperrt gegen ein Gurtbandausgeben auf
die normale Weise, was den Fahrzeuginsassen gegen einen Zusammenstoß mit Innenteilen
des Fahrzeugs zurückhält.
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Das
ideale Belastungsprofil eines lastbegrenzenden Sicherheitsgurtaufrollers
ist ein anfänglicher
steiler Anstieg in der Verdrehungskraft mit einem sanften Übergang
zu einer allgemein flachen, d. h. gleichbleibenden Kraftlinie. In
der Praxis neigt das Belastungsprofil dazu, zu langsam anzusteigen
und unerwünschte
Drehmomentspitzen und -tiefpunkte zu zeigen, wobei die Kräfte über einen
unerwünscht langen
Zeitraum ansteigen, anstatt schnell ein Plateau zu erreichen. Dies
ist auf die Verbindung von elastischer und plastischer Verformung
zurückzuführen, die
ein Torsionsstab zeigt.
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Eine
Anordnung zum Verbessern des Belastungsprofils ist es, Abscherbolzen
zwischen der Spule des Sicherheitsgurtaufrollers und dem Torsionsstab
einzuführen.
Dies erhöht
auf Grund der zusätzlichen,
zum Abscheren der Bolzen notwendigen, Kraft die Steigung des Anfangsteils
der Kraftkurve. Die Kraft hängt
von der Steifigkeit der Bolzen ab.
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Abscherbolzen
sind jedoch zusätzliche
Bauteile und erhöhen
Herstellungszeiten und -kosten. Sie müssen in engen Toleranzen gefertigt
werden, um die gewünschte
Leistung zu erzeugen.
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WO
96/32303 A1 zeigt in
1 Abscherbolzen.
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US 5 820 058 zeigt in
10 bis
12 einen
Sicherheitsgurtaufroller nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, der
Abscherbolzen umfaßt,
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EP-A-0
297 537 zeigt einen Sicherheitsgurtaufroller mit einer
Sperrklinke, die einen starken Verriegelungszahn und schwache Abscherzähne hat.
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Nach
dem angefügten
Anspruch 1 wird ein Sicherheitsgurtaufroller bereitgestellt, der
die durch den bekannten technischen Stand ungelöst gebliebenen Probleme überwindet.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Zum
besseren Verständnis
der vorliegenden Erfindung und um zu zeigen, wie dieselbe umgesetzt werden
kann, wird nun Bezug genommen auf die beigefügten Zeichnungen, in denen:
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1 eine perspektivische Ansicht
einer Spule für
einen Sicherheitsgurtaufroller nach der vorliegenden Erfindung ist,
gesehen schräg
von der einen Seite und von unten,
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2 eine Draufsicht der Spule
von 1 von der gleichen
Seite ist,
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3 eine perspektivische Ansicht
der Spule von 1 und 2 ist, gesehen schräg von der anderen
Seite und von unten,
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4 eine Draufsicht der Spule
von 1, 2 und 3 von
der Seite von 3 ist,
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5 eine Querschnittsansicht
der Spule von 1 bis 4, längs der Linie A–A in 2, ist,
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6 eine vergrößerte Ansicht
eines Teils von 4 ist
und
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7 eine graphische Darstellung
ist, welche die Beziehung der Verdrehungskraft zur Umdrehungszahl
des Torsionsstabs zeigt.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die
Abbildungen zeigen eine Spule 1 von allgemein bekanntem
Aufbau, die einen zylindrischen Körper 2 umfaßt, auf
den ein Sicherheitsgurtband (nicht gezeigt) aufgewickelt wird, und
die zwei gegenüberliegende
Stirnflächen 3 und 4 hat.
Die Spule wird zum Drehen um ihre Längsachse 5 (5) angeordnet, um in Abhängigkeit
von der Drehrichtung Gurtband auszugeben und aufzuwickeln. Angrenzend
an eine erste Stirnfläche 3 befindet
sich ein umlaufend gezähntes
Sperr-Rad 9. Angrenzend an die zweite Stirnfläche 4 der
Spule befindet sich ein umlaufend gezähntes Rad 10, das
an der zweiten Stirnfläche 4 der
Spule 1 befestigt oder integriert mit derselben geformt
wird.
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Ein
Torsionsstab 11 erstreckt sich längs der Achse der Spule 1.
Das eine Ende des Torsionsstabs wird mit dem Sperr-Rad 9 an
der ersten Stirnfläche 3 der
Spule 1 verbunden.
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Eine
Verriegelungsstange 6 erstreckt sich über die Länge der Spule und wird schwenkbar
um eine Achse 16 angebracht. Sie hat eine erste Sperrklinke 7 und
eine zweite Abscher-Sperrklinke 8, befestigt an entgegengesetzten
Enden. Die Sperrklinken 7, 8 bewegen sich mit
der Verriegelungsstange 6. Bei dem gezeigten Beispiel hat
die Sperrklinke 7 drei Zähne 15 und wird so
angeordnet, daß sie
mit den umlaufenden Zähnen
des Sperr-Rads 9 zusammenwirkt. Bei dem illustrierten Beispiel
hat die Abscher-Sperrklinke 8 einen
einzigen Zahn 12, durch einen schmalen, verhältnsmäßig schwachen
Verbindungsabschnitt 13, der durch einen Ausschnitt 14 in der
Abscher-Sperrklinke 8 definiert wird, verbunden mit dem
Hauptkörper
der Abscher-Sperrklinke 8. Dieser Ausschnitt 14 macht
die Abscher-Sperrklinke 8 schwächer als
die Sperrklinke 7, weil der Zahn 12 an der Abscher-Sperrklinke 8 dafür angeordnet
wird, unter einer vorher festgelegten Kraft abzuscheren. Die Abscher-Sperrklinke 8 wird
vorzugsweise druckgegossen, weil dieses Fertigungsverfahren ermöglicht, daß das Belastungsniveau,
bei dem der Zahn abbricht, genauer festgelegt wird. An der Sperr-Radseite
der Verriegelungsstange kann es einen oder mehr als einen Verriegelungszahn
an der Sperrklinke 7 geben, und dieser) müssen/muß stark
genug sein, um unter den Aufpralllkräften nicht abzuscheren. Die
Abscher-Sperrklinke 8 kann auf Grund ihres Materials oder
ihres Aufbaus inhärent
schwächer
sein. Sie kann so konstruiert werden, daß sie verhältnismäßig dünn ist, oder kann durch eine
Kerbe geschwächt werden.
Die Konstruktion muß so
sein, daß das Bruchbelastungsniveau
wiederholbar und vorhersagbar ist. Wahlweise wird an der Abscher-Sperrklinke 8 mehr
als ein abscherbarer Zahn 12 angeordnet, und die Zähne können gleichzeitig
oder in einer versetzten Anordnung abscheren, um so die absorbierten Kräfte genauer
zu definieren.
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Am
Anfang eines Aufpralls schwenkt die Verriegelungsstange, um die
Verriegelungszähne
in Eingriff mit dem Zahnrad bzw. mit dem Sperr-Rad zu bringen und
folglich die Spule gegen eine Drehung und gegen ein Ausgeben von
Gurtband zu verriegeln. Folglich wird der Fahrzeuginsasse zum frühestmöglichen
Zeitpunkt bei dem Aufprall sicher gegen eine Vorwärtsbewegung
zurückgehalten.
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Der
Aufbau der Abscher-Sperrklinke 8 wird detaillierter in 6 gezeigt. Gleiche Teile
werden durch gleiche Referenzzahlen bezeichnet. An entgegengesetzten
Enden der Schwenkachse 16 der Verriegelungsstange 6 befinden
sich Stifte 17, die in ein entsprechendes Loch oder einen
Einschnitt an den Seiten eines Aufrollerrahmens (nicht gezeigt),
in dem die Spule angebracht wird, passen. An der Sperrklinke 7 wird
außerdem
ein Führungsstift 18 angeordnet, der
als ein Nockenstößel wirkt
und in eine Führungsnockenaussparung
an der Seite des Aufrollerrahmens (nicht gezeigt) paßt. Wenn
der Aufprallimpuls fortschreitet und die Kräfte zunehmen, nimmt die Kraft
auf die Sperrklinken der Verriegelungsstange zu. Bei einem vorher
Festgelegten Kraftniveau schert die schwächere Sperrklinke an der Zahnrad-
(Spulen-) Seite der Verriegelungsstange ab und ermöglicht,
daß sich
das Zahnrad und folglich die Spule unter der Kraft des Vorwärtsimpulses
des Fahrzeuginsassen drehen. Die Drehung der Spule ermöglicht ein
begrenztes zusätzliches
Ausgeben von Sicherheitsgurtband und folglich eine begrenzte zusätzliche,
gesteuerte Vorwärtsbewegung
des Fahrzeuginsassen und verringert folglich die vom Sicherheitsgurt
auf den Fahrzeuginsassen übertragenen
Kräfte. Die
Drehung des Zahnrads ermöglicht
eine Drehung des einen Endes des Torsionsstabs, während das
andere Ende des Torsionsstabs durch die andere, verriegelnde, Sperrklinke
im Eingriff mit dem Sperr-Rad festgehalten wird. Der Torsionsstab
verdreht sich unter der Kraft des Aufprallimpulses und absorbiert
etwas von der Energie des Aufpralls, bis die Kraft des Aufpralls
auf ein Niveau, niedriger als das zum Verdrehen des Stabs erforderliche,
abgeleitet ist. In diesem Stadium wird die Spule verriegelt, und
es findet kein weiteres Gurtbandausgeben statt.
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Wenn
ein Sensor einen Aufprall erfaßt,
entweder durch einen Gurtband- oder einen Fahrzeugsensor (gut bekannt
auf dem Gebiet, aber nicht gezeigt), bewegt sich der Nockenstößel l8 und
bewirkt, daß die
Verriegelungsstange 6 schwenkt und sowohl die Sperrklinke 7 als
auch die Abscher-Sperrklinke 8 in
einen Eingriff mit den Zähnen
am Sperr-Rad 9 bzw. am Zahnrad 10 bewegt. Dies
verriegelt die Spule 1 gegen eine Drehung und verhindert
ein Ausgeben von Sicherheitsgurtband, wodurch der Fahrzeuginsasse
gesichert wird. Wenn die Aufpralllkraft jedoch ein vorher festgelegtes
Niveau erreicht, ist die Kraft ausreichend, um den Zahn 12 von der
Sperrklinke 8 abzuscheren. Dies gibt das Zahnrad 10 für eine weitere
Drehung frei und gibt folglich die Spule 1 für eine Drehung
und ein weiteres Gurtbandausgeben frei. Wenn sich die Spule 1 dreht,
verdreht sich der Torsionsstab 11, weil er an seinem anderen
Ende durch die Verriegelungszähne
15 im Eingriff mit dem Sperr-Rad 9 festgehalten wird. Wenn
die maximale Umdrehungszahl des Torsionsstabs 11 erreicht
worden ist, oder wenn die Aufprallkräfte unter das zum Verdrehen
des Torsionsstabs 11 benötigte Niveau abgeleitet sind,
dann wird die Drehung der Spule 1 angehalten und ein weiteres
Gurtbandausgeben verhindert.
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In 7 wird durch den Graphen
T ein typischer Kraft-Zeit-Graph für bekannte Torsionsstab-Aufroller gezeigt.
Der neue, unter Verwendung der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung
erzeugte, Graph wird durch den Graphen S gezeigt. Während des
ersten Teils des Aufprallimpulses A verformt sich der Stab 11 elastisch,
und wenn die Verformung zunimmt, nimmt die Kraft proportional zu.
Am Abschnitt B erreicht das Material des Torsionsstabs seine Fließgrenze,
und folglich senkt sich die Kurve plötzlich. Am Abschnitt C befindet
sich der Torsionsstab in einer Phase der sowohl plastischen als
auch elastischen Verformung. Das Verhältnis zwischen dem Bereich
der plastischen im Vergleich zum Bereich der elastischen Verformung
verändert
sich entsprechend der Umdrehungszahl des Stabs 11. Bei
der maximalen Umdrehungszahl ist die gesamte Verformung plastisch,
wie es im Abschnitt D gezeigt wird. Am Punkt E ist die Verformung
zu groß,
und der Stab 11 zerbricht.
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Beim
Graphen S (der vorliegenden Erfindung) ist der Anfangsteil der Kurve
viel steiler und erreicht ein höheres
Niveau, wie es beim Punkt F gezeigt wird. Dies ergibt schneller
eine höhere
Rückhaltekraft,
was wünschenswert
ist. Außerdem
wird unter Verwendung eines Sicherheitsgurtaufrollers nach der vorliegenden
Erfindung die Kraft über
die Bereiche von vermischter plastische und elastischer Verformung
allgemein gesteigert.
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Die
Erfindung hat den Vorzug, bei einem lastbegrenzenden Gurtaufroller
am Beginn eines Aufprallimpulses eine doppelseitige Verriegelung
der Spule zur Wirkung zu bringen und folglich ein stärkeres anfängliches
Verriegeln der Spule und eine steilere Kraftsteigung am Anfang des
Aufprallimpulses zu sichern.