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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Gurtsensor für einen
Fahrzeugsicherheits-Rückhalteaufroller.
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Ein
Fahrzeugsicherheitsgurt umfasst herkömmlicherweise einen Sitzgurt
in einer so genannten Dreipunktkonfiguration. Der Sitzgurt umfasst
ein starkes gewebtes Gurtmaterial, das so am Fahrzeug angebracht
ist, dass es horizontal über
den Schoß eines
Fahrzeuginsassen und diagonal über
dessen Oberkörper
verläuft.
Gewöhnlich
ist ein Ende des Gurtes an einem Strukturteil des Bodens des Fahrzeugs,
typischerweise zwischen einem Sitz und einer Seite des Fahrzeugs
befestigt. Der Gurt verläuft
dann über
den Schoß eines
Insassen und wird lösbar
an einem Schloss befestigt, das an einem Strukturteil am anderen
Sitz des Sitzes montiert ist. Danach verläuft der Gurt diagonal über den
Oberkörper
des Insassen und durch die Schlaufe eines Rings, der an einer Seitensäule etwa
in Schulterhöhe
des Insassen angebracht ist. Dann läuft der Gurt vertikal nach
unten, das andere Ende des Gurtes ist an einem Aufroller befestigt,
der mit dem Boden des Fahrzeugs verschraubt ist.
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Das
Gurtband wird auf eine zylindrische Spule des Aufrollers gewickelt,
die federnd vorgespannt ist, um den Gurt um den Aufroller gewickelt
und so sicher um den Körper
des Insassen zu halten. Unter normalen Bedingungen kann sich die
Spule frei drehen und Gurtband ausgeben, um den Komfort des Fahrzeuginsassen
zu gewährleisten,
da sich dieser innerhalb bestimmter Grenzen bewegen kann, z.B. um
das Autoradio zu bedienen oder um an ein Staufach zu gelangen.
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Wenn
es jedoch zu einer Kollision kommt, dann muss die Spule gegen ein
weiteres Ausgeben von Gurtband gesperrt werden, um zu verhindern, dass
sich der Insasse nach vorne bewegt und verletzt wird, wie z.B. durch
eine Kollision mit dem Armaturenbrett oder der vorderen Windschutzscheibe.
Dies wird herkömmlicherweise
dadurch erzielt, dass Sensoren vorgesehen werden, um über vorbestimmte Grenzen
hinaus gehende Beschleunigungen oder Abbremsungen zu erfassen. Ein
so genannter Fahrzeugsensor erfasst eine rasche Beschleunigung oder Abbremsung
des Fahrzeugs und ein so genannter Gurtsensor erfasst ein plötzliches
Ziehen am Gurtband. Beide zeigen Kollisionsbedingungen an.
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Ein
Gurtsensor umfasst eine an der Spule montierte, exzentrisch schwenkende
Trägheitsscheibe,
die mit der Spule unter normalen Bedingungen rotiert, aber von einer
Kalibrationsfeder so vorgespannt wird, dass, wenn sich die Spule
plötzlich
bewegt, was eine Kollision anzeigt, die Trägheitsscheibe der Spule nacheilt
und effektiv relativ zur Spule schwenkt. Die Trägheitsscheibe beinhaltet eine
einstückige
Sperrklinke, die dann in Zähne
an einem am Verriegelungssystem angebrachten Arretierrad (auch „Lockcup" genannt) eingreift.
Sie sperrt die Spule gegen ein weiteres Ausgeben von Gurtband und
sichert somit den Fahrzeuginsassen.
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Die
US 5,682,224 offenbart einen
Gurtsensor gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1 mit einem Arretierrad, das so gestaltet ist, dass
es der Form der Arretierradzähne
im vollen Verriegelungseingriff entspricht.
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Die
integrierte Klinke befindet sich jedoch in einem relativ großen Abstand
vom Schwenkpunkt der Scheibe und somit in einem besonders spitzen Winkel
zum Lastvektor. Es wurde gefunden, dass diese Anordnung die Möglichkeit
erhöht,
dass der Aufroller verklemmt, weil die Klinke und die Klinkenzähne Spitze
an Spitze aufeinander treffen. Ein Verklemmen wird verringert, wenn
eine separate Sperrklinke verwendet wird, aber dies erhöht die Kosten des
Aufrollers.
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Es
ist Ziel der vorliegenden Erfindung, die Verklemmungsneigung auf
rentable Weise zu eliminieren.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine verbesserte Anordnung und Form für die Sperrklinke und
die Zähne
des Arretierrades bereitgestellt.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein Gurtsensor für
einen Fahrzeugsicherheits-Rückhalteaufroller
bereitgestellt, der ein Trägheitselement, eine
Sperrklinke und ein Arretierrad umfasst, wobei das Trägheitselement
exzentrisch schwenkbar an dem Arretierrad montiert ist, wobei die
Sperrklinke einstückig
mit dem Trägheitselement
ausgebildet ist, wobei das Arretierrad einen Satz von radial nach
innen zeigenden Klinkenzähnen
für den
Eingriff mit der Sperrklinke umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass Form
und Profil der Sperrklinke die Form der Klinkenzähne ergänzen, so dass die Winkelposition
des Arretierrades, wenn sich einer der Zähne in einem Spitze-an-Spitze-Sperreingriff
mit der Sperrklinke befindet, dieselbe ist wie die Winkelposition
des Arretierrades, wenn dieser eine Zahn im vollen Sperreingriff mit
der Sperrklinke ist.
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Vorzugsweise
beträgt
der Winkel, der am Rotationsmittelpunkt des Arretierrades durch
die Position der Sperrklinke im vollen Sperreingriff mit einem der
Zähne des
Arretierrades und die Position der Sperrklinke im Spitze-zu-Spitze-Eingriff
mit den Zähnen
des Arretierrades begrenzt wird, etwa 360 Grad dividiert durch die
Gesamtzahl der Zähne
des Arretierrades. Typischerweise führt dies bei einem Aufroller
mit 24 Zähnen
am Arretierrad zu einem Winkel von etwa 15°, z.B. zwischen 14° und 16°.
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Die
Arretierradzähne
haben jeweils eine Vorderkante, eine Hinterkante, eine Spitze zwischen
der Vorder- und der Hinterkante und in einer Ausgestaltung einen
Zwischenabschnitt zwischen der Vorderkante und der Hinterkante des
nachfolgenden Zahns. Die Sperrklinke hat eine Sperrspitze zwischen
einer Eingriffskante und einer Hinterkante. Gemäß einer Ausgestaltung ergänzt der
Ort der Hinterkante der Sperrklinke den Ort der Hinterkanten der
Arretierradzähne.
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In
einer anderen Ausgestaltung sind die Arretierradzähne wie
Haifischzähne
geformt, da sie länger
sind und die Vorderkante zwei Abschnitte mit unterschiedlichen Gradienten
umfasst, einem ersten Abschnitt neben der Spitze und einem zweiten
Abschnitt desselben (komplementären)
Profils zur Vorderkante der Sperrklinke.
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Die
Festigkeit wird verbessert, wenn das Profil der Sperrklinkenspitze
derart ist, dass der Winkel zwischen der Vorder- und der Hinterkante
der Sperrklinke größer als
60 Grad und vorzugsweise größer als
70 Grad oder noch größer ist.
In der Tat wird bei dieser Konfiguration die Zahnlücke ausgefüllt.
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Für ein besseres
Verständnis
der vorliegenden Erfindung und um zu zeigen, wie diese umgesetzt
werden kann, wird nun Bezug auf die Begleitzeichnungen genommen.
Dabei zeigt:
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1A eine
Querschnittsansicht eines Gurtsensors gemäß einer Ausgestaltung des Standes
der Technik, die die Sperrklinke in einer vollen Sperrposition zeigt;
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1B eine
Querschnittsansicht des Gurtsensors von 1A, die
die Sperrklinke in einer anderen Position zeigt;
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2 eine
Querschnittsansicht durch einen Gurtsensor gemäß einer anderen Ausgestaltung
des Standes der Technik;
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3 eine
Querschnittsansicht durch einen Gurtsensor gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden
Erfindung;
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4 eine
Querschnittsansicht durch einen Gurtsensor gemäß einer zweiten Ausgestaltung
der vorliegenden Erfindung;
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5 eine
Querschnittsansicht durch einen Gurtsensor gemäß einer dritten Ausgestaltung
der vorliegenden Erfindung;
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6 eine
Querschnittsansicht durch einen Gurtsensor gemäß einer vierten Ausgestaltung
der vorliegenden Erfindung;
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7 eine
Querschnittsansicht durch einen Gurtsensor gemäß einer fünften Ausgestaltung der vorliegenden
Erfindung.
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Die 1A und 1B zeigen
einen traditionellen Aufbau eines Gurtsensors, der eine Trägheitsscheibe 1 umfasst,
die schwenkbar am Schwenkpunkt 2 einer Aufrollerspule (nicht
dargestellt) montiert ist. Der Schwenkpunkt 2 ist von der Achse
der Spule versetzt, die mit der Achse 3 eines Arretierrads 4 zusammenfällt. Das
Arretierrad 4 hat Zähne 5 mit
einem Sägezahnquerschnitt,
mit einer langen Seite 7 und einer kurzen Seite 8.
Sie sind in einem sich regelmäßig wiederholenden
Muster um den Umfang angeordnet und zeigen vom Arretierrad 4 nach
innen. Die Arretierradzähne 5 sind
so angeordnet, dass sie mit einem Zahn 6 der Trägheitsscheibe 1 in
Eingriff kommen, um die Spule (nicht dargestellt) gegen Rotation
zu sperren, wenn ein Kollisionszustand erfasst wird. Ein Kollisionszustand wird
dann erfasst, wenn eine plötzliche Änderung
der Rotationsgeschwindigkeit der Spule auftritt, gewöhnlich eine
rasche Beschleunigung, z.B. wenn der Fahrzeuginsasse beim Bremsen
des Fahrzeugs eine plötzliche
höhere
Kraft auf den Sitzgurt aufbringt. Die Trägheitsscheibe 1 kann
ihre Geschwindigkeit nicht so schnell ändern wie die Spule und neigt
daher dazu, der Spule (und dem Arretierrad 4) nachzueilen. Dann
besteht ein Phasenunterschied zwischen der Trägheitsscheibe 1 und
dem Arretierrad 4 und die Trägheitsscheibe schwenkt den
Scheibenzahn 6 in den Eingriff mit einem Zahn 5 am
Arretierrad 4 und sperrt so die Spule und sichert den Fahrzeuginsassen.
Dies ist in 1A dargestellt, wo sich die Klinke 6 im
vollen Eingriff mit Zähnen 5 des
Arretierrads 4 befindet. Wenn die Kraft auf den Insassen
und somit auf den Gurt nachlässt,
dann wird der Eingriff zwischen den Zähnen 5 und der Klinke 6 aufgehoben und
die Trägheitsscheibe 1 kehrt
in ihre normale Position relativ zum Arretierrad 4 unter
dem Einfluss einer Vorspann- oder Kalibrierfeder (nicht dargestellt) zurück.
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Ein
Problem entsteht in der in 1B gezeigten
Situation, wenn der Scheibenzahn 6 in die Spitze eines
Zahns 5 am Arretierrad 4 eingreift, weil die Winkelposition
der Spule relativ zu den Verriegelungssystemen inkorrekt ist; die
Teile neigen dann zum Verklemmen und lösen sich nicht einfach, wenn die
zusätzlichen
Kräfte
nachlassen. Es kann auch vorkommen, dass dieser Zustand ein Scheren
der Spitze der Zähne
verursacht und so Leistung und Sicherheit des Aufrollers herabgesetzt
werden. Die Winkelposition der Spule in 1B ist um
einen Winkel von 10,71 Grad falsch, wenn es zu einer Sperrung von
Spitze zu Spitze kommt. 10,71 Grad entspricht zwei Dritteln eines
Zahnabstands. Diese Situation tritt häufig beim Gebrauch eines herkömmlichen
Aufrollers auf; die Klinke gleitet nicht leicht von den Spitzen
der Zähne 5 ab
und der Aufroller verklemmt.
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2 zeigt
einen bekannten Versuch zum Verbessern des Aufrollers. In dieser
Ausgestaltung wurde die Form der Zähne 5 im Vergleich
zur Form in 1 geändert. Die Zähne 5 sind
kleiner als die Zähne
in 1 und die langen Seiten 7 haben
zwei Teile, einen ersten Teil 7A mit einem relativ steileren
Gradienten und einen zweiten Teil 7B mit einem relativ
flachen Gradienten.
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In
diesem Fall ist die Winkelposition der Spule um nur 6,88 Grad zwischen
einem Spitze-zu-Spitze-Eingriff
des Scheibenzahns 6 und einem vollen Eingriff der Sperrklinke 6 inkorrekt,
aber es kommt trotzdem weiter zu einem Verklemmen.
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3 illustriert
ein neues Gurtsensordesign, bei dem die Zähne 5 so gestaltet
sind, dass sie dem Ort des Trägheitsscheibenzahns 6 folgen.
In dieser Ausgestaltung ist die Winkelposition der Spule dieselbe,
unabhängig
davon, wo die Trägheitsscheibe 6 verriegelt,
d.h. ob sie völlig
bei 6 oder in der Spitze-zu-Spitze-Position 6' verriegelt.
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4 zeigt
eine Variante der Erfindung, bei der die Scheibenzahnlücken „ausgefüllt" sind, so dass der
Scheibenzahn die Form eines quadratischen Hammerkopfs bildet. Dadurch
wird die Leistung nicht verschlechtert, aber die Festigkeit verbessert.
Auch hier ist die im vollen Eingriff befindliche Klinke wieder bei 6 und
die Spitze-zu-Spitze-Position bei 6' dargestellt.
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5 zeigt
noch eine weitere Variante der Erfindung, bei der die Spitze des
Scheibenzahns 6 so gestaltet ist, dass sie sich in das
Material des Arretierrads 4 eingräbt, um ein Springen zu verhüten. Die Zähne 5 sind
mit einer Ecke 9 zwischen einem Bogen 10, dessen
Mittelpunkt am Schwenkpunkt 2 der Trägheitsscheibe 1 liegt,
und einem flacheren Abschnitt 11 ausgestaltet, d.h. die
Spitze eines Zahns 5 und der Fuß 9 des benachbarten
befinden sich im gleichen Abstand vom Schwenkpunkt 2.
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In
der Ausgestaltung von 6 ist die Ecke 9 in
einem weniger flachen Winkel ausgebildet und die Fläche 11 hat
dieselbe Form wie eine Fläche 12 des
Zahns 6 der Scheibe 1. Somit erhalten die Zähne 5 des
Arretierrads 4 einen etwas exzentrischen Zickzack-Querschnitt
und haben somit eine höhere
Kompressionsfestigkeit. Die Ausgestaltungen der 3 bis 6 demonstrieren
den Grundsatz des Haltens der Winkelposition der Spule unabhängig von
der Kontaktposition der Spitze des Trägheitsscheibenzahns. In der
Praxis hat dieser Zahnformtyp eine begrenzte Drehmomentkapazität und kann
auch zu einem Springen der Klinke 6 der Trägheitsscheibe 1 führen.
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Die
Ausgestaltung von 7 hat längere Arretierradzähne 5 in
der Form von Haifischzähnen
und auch der Scheibenzahn 6 ist modifiziert. Der Winkel zwischen
der Position der Spitze der Scheibenklinke 6, die korrekt
mit einem Arretierradzahn im Eingriff ist, und der Position der
Scheibenklinke 6, die in die Spitze eines benachbarten
Arretierradzahns eingreift, beträgt
15 Grad, was bedeutet, dass es keine Phasenänderung gibt. Auf diese Weise
wird eine Verklemmungsverhütung
ohne Reduzierung der Drehmomentkapazität erzielt. Der gewählte Wert
von 15 Grad kann um 1 oder 2 Grad auf beiden Seiten abweichen, je
nach der besonderen Konfiguration der Aufrollerkomponenten, um ein
gewisses Biegen von Komponenten zuzulassen. Der Bogen, der durch eine
Linie zwischen einer Volleingriffsposition 6 der Trägheitsscheibenklinke
und der Spitze-zu-Spitze-Position 6 definiert wird, ist
am Schwenkpunk 2 der Trägheitsscheibe
zentriert.