-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung für das Vorspannen
und die Kraftbegrenzung einer Sicherheitsgurtbahn, die mit einem
Aufwickelmechanismus in einem Fahrzeug verbunden ist, der einen
Zylinder aufweist, einen Kolben, der in dem Zylinder verschiebbar
ist, und eine Kolbenstange aufweist, die mit einer Seite des Kolbens
verbunden ist, und sich durch eine Öffnung in einer Endwand des Zylinders
erstreckt, ein Bewegungsübertragungselement,
das zwischen der Kolbenstange und dem Aufwickelmechanismus wirkt,
wobei das Element nach Verschiebung des Kolbens in einer Richtung
eine Drehung des Aufwickelmechanismus in Aufwickelrichtung der Gurtbahn
erzielt, eine pyrotechnische Ladung, die beim Zünden eine Druckerhöhung in
einer Zylinderkammer zwischen dem Kolben und einer Zylinderendwand
zur Verschiebung des Kolbens in die eine Richtung hervorruft, wobei
das Bewegungsübertragungselement
so mit einem Hohlrad einer Planetengetriebegruppe verbunden ist,
dass die Verschiebung des Kolbens in den Zylinder zu einer Drehung
des Hohlrades führt,
und die Planetengetriebegruppe so angeordnet und so mit dem Aufwickelmechanismus
gekuppelt ist, dass das Übersetzungsverhältnis zwischen
dem Hohlrad und dem Aufwickelmechanismus gleich 1:1 nach Drehung
des Hohlrades in Aufwickelrichtung der Bahn beträgt.
-
Gurtstraffer
mit Kraftbegrenzern werden momentan allgemein bei Sicherheitsgurten
in Kraftfahrzeugen eingesetzt, um bei einem Zusammenstoß die Lose
zwischen den Gurtwicklungen auf der Rolle des Aufwickelmechanismus
aufzunehmen, und gleichzeitig den Gurt gegen den Körper des
Insassen vorzuspannen, um so, so weit wie möglich, ein Abtauchen unter
den Gurt oder eine Ruckbewegung mit einer entsprechenden Peitschenhiebbewegung
zu vermeiden. Die Kraftbegrenzungsfunktion, die durch gesteuertes
Abwickeln einer vorbestimmten Länge
des Gurts nach dem Vorspannen erzielt wird, verringert daher die
Kraft zwischen dem Insassen und der Gurtbahn bis zu jenem Punkt,
an welchem der Insasse vollständig
durch den Gurt festgehalten werden muss, um zu verhindern, dass
sein Kopf auf Innenbauteile aufprallt, beispielsweise das Lenkrad
des Fahrzeugs.
-
Bei
einer bislang bekannten Konstruktion wird die Kraftbegrenzung nach
dem Vorspannen, wenn der Gurt infolge der Belastung durch den Insassen
auf den Gurt abgewickelt wird, hervorgerufen durch die Verzögerung des
Fahrzeugs, durch plastische Verformung eines Torsionselements in
dem Aufwickelmechanismus erzielt. Bei Ausführungsformen in der Praxis
wird auf dem gewünschten
Kraftniveau die maximal mögliche
Abwickellänge
des Gurts aus konstruktiven Gründen
auf annähernd
300 mm begrenzt. MADYMO-Simulationen mit einer 95 Prozent der Personen
entsprechenden Testgruppe und einer Zusammenstoßgeschwindigkeit von 35 Meilen pro
Stunden haben ergeben, dass die Gurtabwickellänge in der Größenordnung
von 450 mm liegen sollte, um einen optimalen Effekt zu erzielen.
-
Ein
Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung
der eingangs geschilderten Art zu erreichen, die es ermöglicht,
während
der Kraftbegrenzungsphase ein kontrolliertes Abwickeln der voranstehend
geschilderten, gewünschten
Gurtlänge
von annähernd
450 mm zu erreichen.
-
Dies
wird gemäß der Erfindung
mit Hilfe der Merkmale des Patentanspruchs 1 erzielt.
-
Unter
Verwendung einer Planetengetriebegruppe kann die gewünschte Gurtabwickellänge einfach
dadurch erreicht werden, dass die Übersetzung der Planetengetriebegruppe
an die Hublänge
des Kolbens und die gewünschte
Abwickellänge
des Gurts angepasst wird.
-
Bei
einer Weiterentwicklung der Vorrichtung gemäß der Erfindung weist die Zylinderkammer
einen Auslass auf, der mit einem Überströmventil in Verbindung steht,
das zwischen verschiedenen Öffnungsgraden
eingestellt werden kann, und von einer Steuereinheit in Reaktion
auf Signale von einem Sensor gesteuert wird, der das Gewicht des
Insassen erfasst. Das Ausmaß der Öffnung des
Ventils legt den Widerstand gegen den Rückkehrhub des Kolbens während der
Kraftbegrenzungsphase fest, was bedeutet, dass die Widerstandskraft
des Gurtes gegen den Insassen um so kleiner ist, je größer die
Ventilöffnung
ist. Durch Regeln der Ventilöffnung
in Abhängigkeit
vom Gewicht des Insassen wird die Kraftbegrenzung relativ zum Gewicht
des Insassen geregelt.
-
Bei
einer Weiterentwicklung der Vorrichtung gemäß der Erfindung kann das Überströmventil
auf eine geschlossene Position eingestellt werden. Die Steuereinheit
ist in diesem Fall weiterhin mit einem Positionssensor, einem so
genannten Überrollsensor koordiniert,
der die Position des Fahrzeugs erfasst. Wenn der Sensor anzeigt,
dass sich das Fahrzeug auf dem Wege dahin befindet, auf dem Kopf
nach der Vorspannphase zu Enden, schließt die Steuereinheit das Ventil,
was bedeutet, dass der Insasse sicher gegen den Sitz festgehalten
wird, und kein Abwickeln des Gurtes auftreten kann. Um sicherzustellen,
dass der Kolben an seinem Ort bleibt, wenn das Ventil geschlossen
wurde, ist bei einer bevorzugten Ausführungsform die Zylinderkammer
zwischen der Seite des Körpers
entgegengesetzt zur Kolbenstange und der zweiten Endwand des Zylinders
eingeschränkt, wobei
das Bewegungsübertragungselement
so angeordnet ist, dass es den Aufwickelmechanismus in Aufwickelrichtung
des Gurtes dreht, wenn der Kolben in Richtung des Vorspringens der
Kolbenstange verstellt wird. Dies stellt einen Erweiterungsraum
ohne ein Durchgangsloch für
die Kolbenstange zur Verfügung,
welches anderenfalls ein möglicher
Weg für
ein Leck wäre.
-
Die
Erfindung wird nachstehend mit weiteren Einzelheiten unter Bezugnahme
auf in den beigefügten
Zeichnungen dargestellte Beispiele beschrieben, wobei
-
1a ein
schematischer Längsschnitt durch
eine Ausführungsform
einer Kolben-Zylindervorrichtung mit einem Ventil und einem Bewegungsübertragungselement
gemäß der Erfindung
ist, und 1b vergrößert das Ventil von 1a mit
einer zugehörigen
Vorrichtung zum Steuern des Ventils zeigt,
-
2 ein
schematischer Längsschnitt
durch einen Aufwickelmechanismus mit einer ersten Ausführungsform
einer Planetengetriebegruppe ist,
-
3a eine
Teilvergrößerung der
Planetengetriebegruppe von 2 mit einer
zugehörigen Sperrvorrichtung
in der Vorspannposition ist, und 3b eine
schematische Seitenansicht der Getriebegruppe in 3a ist,
-
4a eine
Teilvergrößerung der
Planetengetriebegruppe in 2 mit zugehöriger Sperrvorrichtung
in der Kraftbegrenzungsposition ist, und 4b eine
schematische Seitenansicht der Getriebegruppe in 4a ist,
-
5 ein
schematischer Längsschnitt
durch eine zweite Ausführungsform
einer Planetengetriebegruppe ist, und
-
6 schematisch
die Gurtbahnverstellung in Abhängigkeit
von der Zeit während
der Vorspann- und der Kraftbegrenzungsstufe ist.
-
In 1a ist
mit eine 1 eine Kolben-Zylindervorrichtung mit einem Zylinder 2 und
einem Kolben 3 bezeichnet, der in dem Zylinder verschoben
werden kann. Der Kolben 3 ist mit einer Kolbenstange 4 verbunden,
die sich durch eine Öffnung 5 in
einer Endwand 6 des Zylinders 2 erstreckt. Die
Endwand weist weiterhin eine Belüftungsöffnung 7 auf.
Die entgegengesetzte Endwand 8 des Zylinders 2 und
der Kolben 3 legen eine Erweiterungskammer 9 fest,
in welcher eine pyrotechnische Ladung 10 mit einem Zünder angeordnet
ist. Die Ladung 10 ist so ausgelegt, dass sie durch eine
auf die Verzögerung
reagierende Vorrichtung zur Explosion gebracht wird, wie dies an sich
bekannt ist, und hier nicht mit weiteren Einzelheiten dargestellt
ist. Die Zylinderwand in dem Bereich der Erweiterungskammer 9 ist
mit einer Öffnung 11 versehen,
die zu einer Ventilvorrichtung 12 führt, durch welche Treibgas
in der Ausdehnungskammer der Umgebung zugeführt werden kann.
-
Die
Ventilvorrichtung 12 (1b) weist
einen Ventilschieber 14 auf, der in einem Gehäuse 13 verschiebbar
ist, und mit einer drehbaren Einstellschraube 15 in einer
Gewindebohrung 16 in dem Gehäuse verbunden ist. Die Einstellschraube 15 kann mit
Hilfe eines Servomotors 17 gedreht werden, der durch eine
elektronische Steuereinheit 18 in Abhängigkeit von Signalen gesteuert
wird, erstens von einem gewichtsempfindlichen Sensor 19,
der in den Gewichtsaufnahmeabschnitt des Fahrzeugsitzes (nicht gezeigt)
eingebaut werden kann, um das Gewicht der in dem Sitz sitzenden
Person zu erfassen, und zweites von einem so genannten Überrollsensor 20,
der erfasst, ob das Fahrzeug dabei ist, Kopfüber liegen zu bleiben.
-
Am
Ende der Kolbenstange 4 befindet sich eine Rolle 21,
und auf jeder Seite des Zylinders 2 befindet sich eine
Rolle 2 bzw. 23, über welche eine geschlossene
Kabelschleife 24 läuft.
Die beiden Teile 24a und 24b der Schleife laufen
in einem einzigen Kabel 25 zusammen, das mit einer Trommel 26 verbunden
ist, die über
eine Planetengetriebegruppe 27 so angeordnet ist, einen
Aufwickelmechanismus (2) anzutreiben, der an sich
bekannt ist, und insgesamt mit 28 bezeichnet ist, wie dies
nachstehend erläutert
wird. Diese Anordnung mit einer drückenden Kolbenstange anstelle
einer ziehenden Kolbenstange macht eine Öffnung in der Endwand 8 der Ausdehnungskammerseite
des Kolbens 3 entbehrlich. Die Anordnung mit einer Kabelschleife 24 um den
Kolben herum stellt sicher, dass eine symmetrische Belastung auf
die Kolbenstange 4 einwirkt.
-
Wenn
der Passagier oder die Passagiere sich gesetzt hat bzw. haben, und
der Fahrer den Zündschlüssel betätigt, werden
die Sensoren 19 und 20 aktiviert, die mit der
Steuereinheit 18 zusammenarbeiten, und stellt die Steuereinheit 18 über den
Servomotor 17 den Ventilschieber 14 auf eine Position, die
so berechnet wird, dass sie die optimale Rückhaltesequenz für den Insassen
zur Verfügung
stellt. Die Beziehung zwischen dem Gewicht des Insassen und der
Größe der Ventilöffnung kann
durch Versuche bestimmt werden, und in der Steuereinheit gespeichert werden.
Im Allgemeinen ist die Ventilöffnung
desto geringer, je höher
das Gewicht ist. Wenn der Überrollsensor
anzeigt, dass das Fahrzeug kopfüber
zur Ruhe kommen wird, schließt
die Steuereinheit 18 das Ventil 12, so dass der
Aufwickelmechanismus 28 in seiner Vorspannposition festgelegt
wird, durch Sperren des Kolbens 3. Das Fehlen einer Kolbenstangenöffnung in
der Ausdehnungskammer 9 stellt sicher, dass Gas nicht austreten
kann, und die Position des Kolbens ändern kann.
-
2 zeigt
die Planetengetriebegruppe 27 und den Aufwickelmechanismus 28.
Letzterer ist von an sich bekannter Art, und weist eine Gurtspule 30 auf,
wobei eine Gurtbahn 31 auf die Spule aufgewickelt ist.
Die Spule weist eine Welle 32 auf, die über einen Rückziehmechanismus 33 (hier
nur schematisch dargestellt), der auf eine Ruckbewegung der Bahn
und eine Verzögerung
des Insassenraums empfindlich ist, mit einer Welle 34 der
Planetengetriebegruppe 27 verbunden ist, die genauer in
den 3a, 3b, 4a und 4b gezeigt
ist. Die Welle 34 ist drehbar in einem Gehäuse 35 angebracht,
das mit dem Gehäuse
fest verbunden ist, oder einstückig
mit diesem ausgebildet ist, in welchem die Spulenwelle 32 angebracht
ist. Das Gehäuse 35 ist
daher fest in dem Fahrzeug angebracht. Die Planetengetriebegruppenwelle 34 trägt ein Sonnenrad 36,
das im Eingriff mit ersten Planetenrädern 38 steht, die
von einem Planetenradträger 27 gehaltert werden.
Die Planetenräder 38 stehen
im Eingriff mit zweiten Planetenrädern 39, die von einem
zweiten Planetenradträger
gehaltert werden. Die zweiten Planetenräder 39 stehen wiederum
im Eingriff mit einen Zahnkranz 40 im Inneren der Trommel 26,
welche so das Hohlrad der Planetengetriebegruppe 27 bildet. Dies
geschieht unter Zuhilfenahme einer ersten Sperrvorrichtung in Form
eines durch eine Feder 41 vorgespannten Stiftes 42 in
der Endwand der Trommel. Der Stift 42 erstreckt sich in
einen Hohlraum 43 in dem Sonnenrad 36, so dass
das Hohlrad 40 und daher auch die Trommel mit dem Sonnenrad 36 verriegelt
werden können
(3a und 3b). Mit
Hilfe einer anderen Sperrvorrichtung in Form eines zweiten Stiftes 45,
der durch eine Schnappfeder 44 beaufschlagt wird, und in
einer Bohrung in dem Planetenradträger 37 angeordnet
ist, wobei der Stift in einen Hohlrad 46 in dem Gehäuse 35 vorsteht,
kann der Planetenradträger 37 mit
dem Gehäuse
verriegelt werden (4a und 4b).
-
Die
Ausgangsposition ist die in den 3a und 3b gezeigte
Position, bei welcher der Stift 42 das Sonnenrad 36 mit
dem Hohlrad 40 verriegelt, was ein Untersetzungsverhältnis von
1:1 zwischen der Welle 34 und der Trommel 36 bedeutet.
Der Stift 42 wird in der Position festgehalten, die durch
einen zylindrischen Körper 47 dargestellt
ist, der in einer bogenförmigen
Nut 48 in der Endwand der Trommel gehaltert wird. Bei einem
Zusammenstoß verriegelt der
Rückziehmechanismus 33 die
Welle 32 der Spule und die Planetengetriebegruppe 34 zum
selben Zeitpunkt wie jenem, an welchem die Ladung 10 in
der Zylinderausdehnungskammer 9 detoniert. Das Kabel 25,
das mit der Trommel verbunden und in gewissem Maß auf diese aufgewickelt ist,
dreht nunmehr die Trommel um einen Winkel, der von der Länge des Hubes
des Kolbens 3 und dem Durchmesser der Trommel 26 abhängt. Die
Gurtbahn 31 ist nunmehr gestrafft, so dass die Lose der
Bahnwicklungen auf der Spule 30 aufgenommen ist, und der
Gurt gegen den Insassen angezogen ist, wobei die Anzugssequenz durch
die Einstellung des Ventils 12 festgelegt wird.
-
Wenn
der Kolben 3 seine Endlage in dem Zylinder 2 erreicht
hat, ist das Vorspannen beendet, und ändern sich die Richtungen der
auf die Gurtbahn einwirkenden Kräfte,
wenn der Insasse den Gurt während
der Verzögerung
belastet. Dies kehrt auch die Drehmomentrichtung in der Planetengetriebegruppe um,
wodurch die Kraftbegrenzungsstufe eingeleitet wird, die in den 4a und 4b gezeigt
ist. Daher beginnt sich die Welle 34 mit dem Sonnenrad 36 in entgegengesetzter
Richtung zur ursprünglichen
Vorspannrichtung zu drehen, und der zylindrische Körper 47,
der durch Reibung gegen das Gehäuse 35 unter
dem Einfluss der Feder 41 gehalten wird, wird in der Nut 48 auf
die in 4b gezeigte Lage verschoben,
was bedeutet, dass die Feder 41 den Stift 42 aus
dem Hohlraum 43 herausbewegen kann, wie in 4a gezeigt
ist. Das Sonnenrad 36 kann sich nun relativ zur Trommel 26 drehen.
Das Drehmoment wird von dem Sonnenrad 36 auf die Planetenräder 38 und 39 und
auf dem Planetenradträger 37 übertragen,
was eine anfängliche
Relativbewegung zwischen dem ersten Planetenrad 38 und
dem Planetenradträger 37 auslöst. Der
Stift 45, der während
der Vorspannstufe mit seinem Ende eingeführt in eine mit Schrägflächen versehene
Ausnehmung 49 in dem ersten Planetenrad 38 infolge
der Kraft der Schnappfeder 44 gehalten wurde, wird nunmehr
zum Planetenradträger 37 hin
gedrückt,
der auf einem Kreis direkt gegenüberliegend
dem Stift mit mehreren gleichmäßig beabstandeten
Vertiefungen 46 versehen ist. Die Schnappfeder 44 lässt das
entgegengesetzte Ende des Stifts in eine dieser Vertiefungen 46 hineinschnappen,
so dass der Planetenradträger 37 mit dem
Gehäuse 35 verriegelt
wird. Daher ist ein Untersetzungsverhältnis zwischen der Welle 34 der
Planetengetriebegruppe und ihrem Hohlrad 40 vorhanden, entsprechend
der Beziehung zwischen der Anzahl an Zähnen des Sonnenrads 36 und
des Hohlrads 40. Ein entsprechendes Verhältnis wird
zwischen dem Rückstellhub
des Kolbens und der Abwickellänge des
Gurtes erzielt. Die Kraft, bei welcher dieser Vorgang stattfindet,
wird durch die Einstellung des Ventils 12 festgelegt, und
ist daher an das Gewicht des Insassen angepasst.
-
Die
Gurtverstellung in Abhängigkeit
von der Zeit bei einer Ausführungsform
der Vorrichtung gemäß der Erfindung
ist in dem Diagramm in 6 dargestellt. Wie man aus dem
Diagramm sieht, wird der Gurt während
der Vorspannphase um 5 cm in etwa 15 ms eingezogen, und dann wird
der Gurt daraufhin abgewickelt, während der Kraftbegrenzungsphase, um
45 cm in ca. 75 ms, was bedeutet, dass der gesamte Gurtverstellvorgang
etwa 90 ms dauert, und dass das Untersetzungsverhältnis in
der Planetengetriebegruppe etwa 9:1 beträgt, wenn der Durchmesser der
Trommel und der mittlere Durchmesser der abgewickelten Wicklungen
von der Spule annähernd gleich
sind.
-
Um
ein hohes Untersetzungsverhältnis
in der Planetengetriebegruppe zu erzielen, ohne dass der Durchmesser
der Trommel groß wird,
so dass Raumprobleme hervorgerufen werden, ist es am geeignetsten,
die Untersetzung in zwei Stufen vorzunehmen. Ein Beispiel für eine derartige
Planetengetriebegruppe ist in 5 gezeigt.
Die Getriebegruppe weist ein Gehäuse 50 auf,
in welchem eine erste Welle 51 drehbar angebracht ist.
Die Welle 51 trägt
einen Planetenradträger 52,
auf welchem ein erstes und ein zweites Planetenrad 53 bzw. 54 angebracht
sind, die fest miteinander verbunden sind. Ein erstes Hohlrad 55,
das auf der Innenseite einer Trommel 55 angeordnet ist,
die mit dem Kabel 25 verbunden ist, ist mit einer zweiten
Welle 57 verbunden, die in dem Gehäuse angebracht ist. Das erste
Hohlrad 55 steht im Eingriff mit dem ersten Planetenrad 53.
Ein zweites Hohlrad 58 steht im Eingriff mit dem zweiten
Planetenrad 54, und ist mit einer Muffe 59 verbunden,
die konzentrisch in dem Gehäuse
zur ersten Welle 51 angebracht ist, die mit der Gurtspulenwelle
infolge eines Rückziehmechanismus
(hier nicht im einzelnen dargestellt) verbindbar ist, der auf eine
Ruckbewegung des Gurtes und eine Verzögerung des Passagierabteils
reagiert. Unter Zuhilfenahme einer Sperrvorrichtung (hier nicht
im einzelnen dargestellt), die als Einwegkupplungen, Sägezahn-Sperrmechanismen
oder Einschnapp-Verriegelungen an sich bekannter Art ausgebildet
sein, kann während
der Vorspannphase die erste Welle 51 in Bezug auf die zweite
Welle 57 verriegelt werden, um ein Untersetzungsverhältnis von
1:1 einzustellen, und kann während der
Kraftbegrenzungsphase das zweite Hohlrad 58 mit dem Gehäuse 50 verriegelt
werden, während
die Wellen 51 und 57 in Bezug aufeinander freigegeben werden,
wodurch ein hohes Untersetzungsverhältnis zwischen den Wellen 51 und 57 zur
Verfügung
gestellt wird.
-
Die
Erfindung ermöglicht
es, eine exakte Anpassung der Einfangphase an das Gewicht des Insassen
zu erreichen, sowohl während
des Vorspannens des Gurtes als auch während der Kraftbegrenzung beim
nachfolgenden Abwickeln des Gurts. Die Möglichkeit, eine erhebliche
Länge des
Gurtes abzuwickeln, ermöglicht
es, die Kraftbegrenzungsphase zu optimieren. Schließlich ermöglicht die
Anordnung eine Überrollfunktion
infolge der Tatsache, dass das Ventil nach der Vorspannphase geschlossen
werden kann, so dass der Insasse sicher in seinem Sitz festgehalten
wird.