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Die vorliegende Erfindung betrifft Vorrichtungen
zur Erfassung der Geschwindigkeitsänderungsrate und
insbesondere solche Vorrichtungen zur Erfassung einer
Fahrzeugverzögerung zur Aktivierung von Insassen-
Sicherheitsrückhalte-Gurtstrammvorrichtungen.
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Bei einem Fahrzeugsicherheitsrückhaltesystem wird
gewöhnlich für den Benutzer des Sitzes ein
Sicherheitsgurt bereitgestellt, der einen Hüftteil aus
Gurtband umfaßt, der von einem Verankerungspunkt quer
über die Hüfte des Insassen zu einer Verschlußzunge und
danach von der Verschlußzunge diagonal über den
Oberkörper des Insassen und über einen D-Ring in
Schulterhöhe zu einem verzögerungssensitiven Aufroller
verläuft. Ein derartiger Aufroller wird als Reaktion auf
eine Gurtband- und/oder Fahrzeugerfassung entsprechend
einer abnormalen Änderungsrate der
Fahrzeuggeschwindigkeit verriegelt. Bei einem modernen
Sicherheitsgurtaufroller handelt es sich um einen
reibungsarmen Mechanismus, der nur eine leichte
Wiederaufrollfeder erfordert. Dies trägt zu optimalem
Komfort des Insassen bei, bedeutet aber, daß das Gurtband
des Sicherheitsgurts möglicherweise nur leicht an dem
Körper des Insassen anliegt. Zur Minimierung einer
Vorwärtsbewegung eines Insassen nach der Verriegelung des
Aufrollers ist es immer üblicher geworden,
fahrzeugsensitive Mittel bereitzustellen, um eine
Strammung des Gurtbands zu Beginn eines Aufprallzustands
zu bewirken. Eine derartige Gurtstrammung kann zum
Beispiel durch Mittel bewirkt werden, die auf den
Aufroller wirken, oder durch Mittel, die zur Kürzung der
Verschlußverankerung wirken.
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Bei Gurtstrammern kann es sich um mechanische
Vorrichtungen handeln, bei denen eine zusammengedrückte
Feder eine Vorspannungskraft ausübt, oder andernfalls
kann ein Gurtstrammer einen Kolben enthalten, der in
einem Zylinder unter der Wirkung von sich entspannendem
Gas beweglich ist.
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In der Regel wird sich entspannendes Gas durch
eine pyrotechnische Vorrichtung erzeugt, die durch eine
mechanische oder elektrische Zündvorrichtung erregt wird.
Mechanische Zündvorrichtungen können mit einem
normalerweise festgehaltenen Zündglied versehen sein, das
zum Auslösen eines Zündelements freigebbar ist, wenn
vorbestimmte Fahrzeugverzögerungszustände erreicht sind.
Als Alternative dazu kann die pyrotechnische Vorrichtung
durch eine elektrische Verbindung von der Hauptbatterie
des Fahrzeugs als Reaktion auf eine elektrische
Erfassungsvorrichtung zum Schließen des Schaltkreises
aktiviert werden.
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Aus der DE 2 113 117 ist eine Erfassungsanordnung
mit einer Trägheitsmasse bekannt, die zum
Niedergedrückthalten eines Mikroschalterstößels
federbelastet ist und den Stößel zur Aktivierung einer
Fahrzeugsicherheitsvorrichtung freigibt, wenn die von
einem Aufprall herrührende Verzögerung einer gegebenen
Größe bewirkt, daß sich die Masse translatorisch von dem
Stößel weg bewegt.
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Des weiteren ist aus der FR 2 188 167 eine
Erfassungsanordnung bekannt, bei der die Trägheitsmasse
eine Kurvenfläche mitführt, die dahingehend wirkt, den
Stößel eines Schalters als Reaktion auf eine vorbestimmte
Geschwindigkeitsänderungsrate niederzudrücken.
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Ziel der vorliegenden Erfindung ist die
Bereitstellung eines verbesserten Erfassungsmittels, das
ein elektrisches Signal liefern kann, wobei eine
vorhersagbare Toleranzeinstellung des
Änderungsratenwertes möglich und die Herstellung
problemlos ist.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine
Vorrichtung zur Erfassung der
Geschwindigkeitsänderungsrate bereitgestellt, die ein
Gehäuse umfaßt, in dem eine träge Masse gegen die Kraft
einer Kalibrierfeder beweglich ist, wobei die Bewegung
der Masse dahingehend wirkt, einen normalerweise
niedergedrückten Stößel eines Mikroschalters freizugeben,
wenn eine vorbestimmte Geschwindigkeitsänderungsrate
beibehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse
in einem Führungskanal in dem Gehäuse beweglich
angeordnet ist und eine Kurvenfläche mitführt, die
normalerweise den Stößel des Mikroschalters
niedergedrückt hält, wobei die Kurvenfläche durch die
Bewegung der Masse gegen die Kalibrierfeder als Reaktion
auf die vorbestimmte Geschwindigkeitsänderungsrate quer
zum Stößel bewegt wird.
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Ein Mikroschalter ist von Vorteil, da im
niedergedrückten Zustand die von dem Betätigungsstößel
oder -hebel ausgeübte Kraft bezüglich der im nicht
niedergedrückten Zustand ausgeübten Kraft im
niedergedrückten Zustand in der Regel relativ gering ist.
Demgemäß kann eine vorhersagbare Toleranz der gesamten
Erfassungsvorrichtung allein durch Auswählen der
Kalibrierfeder leicht ziemlich eng einstellen.
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Zum besseren Verständnis der Erfindung und zu
deren leichterer Ausführung wird sie im folgenden unter
Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beispielhaft
näher beschrieben; es zeigen:
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Figur 1 zwei als Schnitt ausgeführte schematische
Ansichten einer Rate eines in einem Rohr angebrachten
Geschwindigkeitsänderungssensors nach dem Stand der
Technik;
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Figur 2 eine weggeschnittene Teilansicht einer
Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Geschwindigkeitsänderungsratensensors;
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Figur 3 eine andere Ausgestaltung eines
Geschwindigkeitsänderungsratensensors von Figur 2;
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Figur 4 eine Modifikation der Figuren 2 und 3;
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Figur 5 einen Gurtbandaufroller eines
Sicherheitsgurts, der einen Gurtstrammer mit einem
Geschwindigkeitsänderungsratensensor enthält; und
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Figuren 6 und 7 Geschwindigkeitsänderungsraten
sensoren mit integrierter Energiequelle.
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Auf Figur 1 der Zeichnung Bezug nehmend, umfaßt
die Vorrichtung zur Erfassung der
Geschwindigkeitsänderungsrate einen allgemein
zylindrischen Formkörper 1 aus Kunststoff mit einem Kanal
2, der so dimensioniert ist, daß er eine eine Stahlkugel
3 umfassende träge Masse lose aufnehmen kann. Auf einer
Seite der Kugel 3 nimmt das Kunststofformteil einen
elektrischen Mikroschalter 5 auf, der so positioniert
ist, daß die Kugel am Mikroschalterstößel ruhen kann. Auf
der anderen Seite der Kugel 3 befindet sich eine
zusammengedrückte Kalibrierfeder 4 zwischen dem
Kunststofformteil und der Kugel. Die Kalibrierfeder 4 ist
so ausgewählt, daß sie einerseits auf die Kugel eine
ausreichende Kraft ausübt, so daß der Mikroschalterstößel
normalerweise niedergedrückt gehalten wird, und
andererseits durch die Trägheitskraft der Kugel
durchgebogen werden kann, wenn eine vorbestimmte
Verzögerung in einem den Sensor tragenden Körper in
Richtung des Pfeils 7 auftritt.
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Ein Durchbiegen der Feder 4 führt dadurch zum
Schließen eines elektrischen Schaltkreises durch den
Mikroschalter.
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Der Sensor wird durch Einführen des
Mikroschalters 5, der Feder 4 und der trägen Masse 3 in
den Kanal 2 und dann Schieben der Anordnung in ein
äußeres Rohr 6 zur Anordnung darin durch einen
Durchgangsstift 8 montiert.
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Der oben beschriebene Sensor kann in ein Rohr
pyrotechnischer oder anderer Art der
Gurtstrammvorrichtung montiert und so elektrisch
verdrahtet werden, daß das Gurtstrammer-Betätigungsglied
bei Schließen eines elektrischen Schaltkreises durch den
Mikroschalter betätigt wird. Bei einer pyrotechnischen
Vorrichtung erfolgt dies durch elektrische Zündung, aber
bei einer mechanischen Vorrichtung kann ein Elektromagnet
eine Federfreigabeklinke betätigen, um eine Stoßzündung
auszulösen.
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In Figur 2 wird eine weitere Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung gezeigt. Bei dieser
Ausführungsform wird der Mikroschalter 9 durch eine Kurve
10 in niedergedrückter Position gehalten. Die Kurve 10
ist Teil einer trägen Masse 11. Bei dieser
Ausführungsform umgibt die träge Masse 11 den
Mikroschalter 9. Bei einer Beschleunigung über eine
vorbestimmte Höhe bewegt sich die träge Masse 11 im Rohr
12 gegen die Kraft einer Kalibrier-Druckfeder 13.
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Die verschiebbare träge Masse 11 wird zwischen
der Druckfeder 13 und einem Endanschlag 14 axial fest im
Rohr positioniert festgehalten, wobei die Feder selbst
zwischen der Masse 11 und einem weiteren Endanschlag
zusammengedrückt gehalten wird und durch geeignete
zylindrische Vorsprünge 16 bzw. 17 in ihrer Position
angeordnet wird. Die Fläche 10a der Kurve 11 ist U-
förmig, um eine Ausrichtung auf den Stößel 9a des
Mikroschalters aufrechtzuerhalten, wobei letzterer an
einer eine (nicht gezeigte) Öffnung im Rohr 12 bedeckende
Seitenplatte angebracht ist. Nachdem sich die träge Masse
11 über eine vorbestimmte Strecke in Richtung des Pfeils
bewegt hat, gibt sie den normalerweise niedergedrückten
Stößel 9a des Mikroschalters 9 frei. Dadurch wird ein
elektrischer Schaltkreis durch den Mikroschalter
geschlossen und die Gurtstrammvorrichtung wird gezündet.
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Ein Vorteil der Ausführungsform nach Figur 2
besteht darin, daß bei gegebener Gesamthüllfläche eine
viel größere träge Masse als in Figur 1 verwendet werden
kann. Dieses Merkmal gestattet die Verwendung einer
größeren Kalibrierfeder, wodurch die prozentuale Änderung
der Freigabeschwelle aufgrund von Bauteiländerungen
verringert wird.
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Die Kurve 10 ist zwar einstückig mit der trägen
Masse 11 ausgebildet, kann jedoch auch ein daran
befestigtes separates Bauteil sein. In letzterem Fall
kann eine standardmäßige Masse zusammen mit einer aus
einem standardmäßigen Sortiment von alternativen
Kurvenformen ausgewählte Kurve verwendet werden. Die
Masse und die Kurve können auch aus verschiedenen
Materialien hergestellt sein. Eine Masse aus Stahl kann
verwendet werden, um eine große Masse in einem kleinen
Raum bereitzustellen, zusammen mit einer Kurve aus
Kunststoff, um eine reibungsarme Fläche zum Gleiten am
Mikroschalterstößel bereitzustellen.
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Bei bestimmten Anwendungen kann es wünschenswert
sein, daß die gleiche Erfassungsvorrichtung empfindlich
für vorbestimmte und möglicherweise verschiedene
Verzögerungsraten aufgrund von (beispielsweise)
Frontalaufprallen und Beschleunigung aufgrund von
(beispielsweise) Heckaufprallen ist. Natürlich ist der
Einsatz von zwei Erfassungsvorrichtungen, wie die oben
beschriebene, möglich, die nebeneinander angebracht sind;
bei einer Verbesserung oder Modifikation, wie zum
Beispiel in Figur 3 dargestellt, kann die
Erfassungsvorrichtung nach Figur 2 so modifiziert sein,
daß sie die bewegliche träge Masse 21 und die
Kalibrierfeder 23 in einer inneren Kapsel 26 aufnimmt,
die selbst in dem äußeren Rohr 22 in einer
entgegengesetzten Richtung gegen die entgegenwirkende
Kraft einer weiteren Kalibrierfeder 28 verschiebbar ist.
Der Mikroschalter 29 ist nunmehr an einer eine (nicht
gezeigte) Öffnung des äußeren Rohrs 22 bedeckenden
Seitenplatte angebracht und ragt durch ein offenes
Fenster in der Seite der Kapsel 26 vor, um, wie oben, mit
der trägen Masse 21 zusammenzuwirken. Die Endkappen 30
und 31 dienen dazu, die Kapsel 26 in dem äußeren Rohr zu
halten, wobei die Kalibrierfeder 28 unter geeignetem
Druck steht.
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Im Betrieb bestimmt die Kalibrierfeder 23 die
vorbestimmte Verzögerung in einer Richtung, und die Feder
28 bestimmt eine vorbestimmte Verzögerung in der
entgegengesetzten Richtung, bei der der Mikroschalter
aktiviert wird, um seine Kontakte herzustellen und eine
pyrotechnische Vorrichtung zu zünden.
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Bei einer Modifikation der Erfassungsvorrichtung
nach Figur 1, Figur 2 oder Figur 3 kann die träge Masse
so ausgeführt sein, daß sie eine elektrische Batterie
aufnimmt, die mit (nicht gezeigten) Ausgangsleitungen zu
einer über den Mikroschalter zu aktivierenden
pyrotechnischen oder anderen Vorrichtung verbunden werden
kann. Hier bildet die Masse der elektrischen Batterie
einen Teil der trägen Masse.
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Bei einer weiteren Modifikation der Vorrichtung
nach Figur 2 oder Figur 3 kann die Fläche 9a der Kurve
nach Figur 2, die den Mikroschalterstößel in Eingriff
nimmt, eine gewellte oder periodische Form aufweisen, wie
in Figur 4 gezeigt. Während der Bewegung schaltet der
Mikroschalter daher periodisch zwischen Ein- und Aus-
Zuständen. Dadurch kann ein zusätzlicher elektronischer
Schaltkreis die Anzahl oder Rate von Schaltvorgängen
zählen, um eine Diskriminierung zwischen Vorfällen
(Aufpralle und Vorfälle "ohne Brand"), bei denen eine
Betätigung des Gurtstrammers erforderlich ist, und
Vorfällen, wie zum Beispiel ruckartigen Verstellungen des
Fahrzeugsitzes, bei denen keine Betätigung des
Gurtstrammers erforderlich ist, zu bewirken.
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Die vorhergehend beschriebenen
Erfassungsvorrichtungen sind in zylindrischen Rohren untergebracht,
wobei sie jeweils in einem Gehäuse rechteckigen
Querschnitts angeordnet sein können. Bei der Vorrichtung
nach der Figur 2 oder Figur 3 kann dieses mit einer den
Mikroschalter umgebenden allgemein rechteckigen trägen
Masse ausgeführt sein, die in dem rechteckigen Gehäuse
verschiebbar geführt wird.
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Bei den vorhergehend beschriebenen Beispielen der
Erfindung weist der Erfassungsmechanismus eine Form auf,
die zur Verwendung in Verschluß-Gurtstrammern besser
geeignet ist, jedoch kann für an Gurtbandaufrollern
vorgesehene Gurtstrammer das gleiche Konzept verwendet
werden.
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Auf Figur 5 Bezug nehmend, umfaßt ein
Gurtbandaufroller eines Sicherheitsgurtes einen Rahmen 41
zur Befestigung an das Chassis eines Fahrzeugs neben
einem jeweiligen Insassensitz. Der Rahmen weist die Teile
42 und 43 auf, zwischen denen eine Gurtbandrolle 4
drehbar angebracht ist. Die Seite 42 enthält einen
Fahrzeug- und Gurtbanderfassungsmechanismus bekannter
Form, der zur Verriegelung der Rolle gegen Ausziehen des
Gurtbands im Falle des Auftretens einer vorbestimmten
Gurtband- bzw. Fahrzeuggeschwindigkeitsände rungs rate
wirken kann. Die Seite 43 enthält eine (nicht gezeigte)
Wiederaufrollfeder, die auf die Rolle eine leichte
Spannung ausübt, die in der Regel zum Wiederaufrollen
ausgezogenen Gurtbands 45 zurück auf die Rolle ausreicht,
wenn es von dem Benutzer des Sitzes freigeben wird. Des
weiteren enthält die Seite 43 eine pyrotechnische
Gurtstrammvorrichtung, die einen Zylinder 46 umfaßt, der
einen Kolben 47 enthält, welcher, wenn er durch den Druck
eines sich darin nach der Zündung eines (nicht gezeigten)
pyrotechnischen Elements entspannenden Gases getrieben
wird, nach oben verschiebbar ist. Eine derartige
Aufwärtsbewegung des Kolbens wird dann über ein Kabel und
ein Kupplungsmechanismus in eine Drehung der Spule 44 in
Gurtband-Wiederaufrollrichtung umgewandelt. Ein
derartiger Mechanismus ist im allgemeinen wohlbekannt,
jedoch ist gemäß dem vorliegenden Beispiel der Erfindung
der Aufroller des weiteren mit einer unabhängigen
elektromechanischen Erfassungs- und Zündvorrichtung 48
versehen.
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Auf Figur 6 Bezug nehmend, umfaßt die
Erfassungsvorrichtung 48 ein Gehäuse 49, das, falls
erforderlich, einstückig mit der einen oder anderen
Seitenabdeckung des Aufrollers aus Kunststoff geformt
werden kann. Das Gehäuse 49 enthält eine verschiebbare
Masse 50, die so geführt wird, daß sie parallel zur Ebene
der Zeichnung in Richtung des Pfeils verschiebbar ist,
und die normalerweise durch die Kraft einer
Kalibrierfeder 56 gegen einen Anschlag 51 gehalten wird.
Die Masse so ist mit einer inneren Aussparung oder
Öffnung versehen, um einen Mikroschalter 52 zu umfassen,
wobei das Innenprofil 53 von 50 derart ist, daß der
Mikroschalterstößel 54, wie bei zuvor beschriebenen
Ausführungsformen, normalerweise niedergedrückt gehalten
wird, um die Mikroschalterkontakte geöffnet zu halten.
Eine Bewegung von 50 bezüglich des Gehäuses 49 nach links
aufgrund schneller Verzögerung des Gehäuses führt jedoch
dazu, daß der das Profil 53 abtastende Stößel ein Anheben
zum Schließen der Schalterkontakte gestattet. Des
weiteren ist in dem Gehäuse 48 eine Lithium- oder andere
geeignete galvanische Zelle 55 langer Lebensdauer
angebracht, die mit dem Mikroschalter in Reihe geschaltet
ist, um die (nicht gezeigte) pyrotechnische Vorrichtung
des Gurtstrammers (6, 7) über die Leitungen 16 elektrisch
zu zünden, wenn der Schaltkreis durch den Schalter 52 so
geschlossen wird.
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Bei einer alternativen Ausführung, wie sie in
Figur 7 dargestellt ist, ist die galvanische Zelle 55
selbst an der verschiebbaren Erfassungsmasse 50
angebracht, wodurch sie zu deren Trägheitsmoment zur
Erfassung einer vorbestimmten
Geschwindigkeitsänderungsrate beiträgt.
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Im Betrieb funktioniert der Aufroller nach Figur
6 oder 7 normalerweise auf herkömmliche Weise und erfaßt
übermäßige Geschwindigkeitsänderungsraten des
Herausziehens des Gurtbands oder erfaßt vorbestimmte
Änderungsraten der Fahrzeuggeschwindigkeit zur
Verriegelung der Aufrollerrolle. Jedoch reichen derartige
Änderungsraten der Fahrzeuggeschwindigkeit nicht aus,
eine bedeutende Bewegung der Masse 50 der
elektromechanischen Erfassungsvorrichtung 48 zu bewirken.
Bei Auftreten einer höheren Geschwindigkeitsänderungsrate
des Fahrzeugs, die den Beginn einer Aufprallsituation
anzeigt, bewegt sich die Masse 50 gegen die Kraft der
Kalibrierfeder 56 und gestattet ein Anheben des
Mikroschalterstößels 54 und dadurch ein Schließen der
Schalterkontakte zum Schließen des Schaltkreises zur
pyrotechnischen Vorrichtung. Ein Zünden der letzteren
spannt deshalb das Gurtband um den Insassen herum.
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Bei einer Modifikation der Erfassungsvorrichtung
nach Figur 6 oder Figur 7 kann die den Stößel 54 des
Mikroschalters in Eingriff nehmende Kurvenfläche gewellt
sein, wie oben unter Bezugnahme auf Figur 4 beschrieben.