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Die
vorliegende Erfindung betrifft Sitzgurtaufroller und insbesondere
die Klasse von Aufrollern, die als energieaufnehmende Aufroller
bezeichnet werden.
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Der
klassische Sitzgurtaufrollertyp umfasst einen Rahmen mit einer Spule,
die drehbar an dem Rahmen montiert ist. Die Spule beinhaltet gewöhnlich ein
oder mehrere Arretierräder,
die jeweils eine Mehrzahl von Zähnen
haben, in die eine entsprechende Arretierklaue eingreift, die gewöhnlich rotational
an dem Rahmen montiert ist und von einer ausgerückten Position in eine eingerückte Position
im Arretierungseingriff mit einem Zahn des Arretierrades beweglich
ist. In einem anderen Aufroller sind die Sperrklauen durch Arretierungsformationen
(oder Zähne)
ersetzt, die in dem Rahmen positioniert sind, und die Spule kann
in einen Arretiereingriff mit diesen Arretierungsformationen gedreht
oder verschoben werden. Diese Art von herkömmlichem Sitzgurtaufroller
ist als Rahmenarretieraufroller bekannt. In einem dieser Aufroller
ist, wenn die Spule arretiert ist, ein weiteres Herausziehen des
Sitzgurtes nicht möglich,
und auch eine Vorwärtsbewegung
des Insassen ist im Allgemeinen eingeschränkt. Wie in der Technik bekannt
ist, ist der Sitzgurt typischerweise um die Spule gewickelt. Die
Fachperson wird erkennen, dass nicht jegliche Vorwärtsbewegung
des Insassen gestoppt wird, da der Sitzgurt belastet wird und sich dehnt,
wenn der Insasse den arretierten Aufroller belastet. Die charakteristischen
Elastizitätsmodule
eines typischen gewebten Sitzgurts liegen zwischen 8% und 16%.
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In
einem energieaufnehmenden Aufroller wird die Spule zunächst während der
Anfangsmomente einer Kollision von einer Arretierklaue arretiert, die
durch einen Fahrzeugsensor oder einen Gurtbandsensor aktiviert wird.
Demzufolge wird das Moment mit fortschreitender Kollision auf den
Insassen übertragen,
und der Insasse neigt dazu, sich gegen den Sitzgurt nach vorne zu
bewegen und den jetzt arretierten Aufroller zu belasten (wie dies
bei einem herkömmlichen
Sitzgurtaufroller der Fall wäre).
Mit einem energieaufnehmenden Aufroller wird jedoch zugelassen,
dass sich die Spule und ihre zugehörigen Mechanismen bewegen und
der Sitzgurt kann als Reaktion auf die vom Insassen auf den Sitzgurt aufgebrachte
Last kontrolliert herausgezogen werden. Die Vorwärtsbewegung des Insassen wird
durch eine Gegenkraft oder ein Gegendrehmoment beschränkt, die/das
in dem Aufroller erzeugt wird. Auf diese Weise können das Herausziehen des Sitzgurtes
und die Vorwärtsbewegung
des Insassen gesteuert werden. Energieaufnehmende Sitzgurtaufroller arbeiten
häufig
mit einem verformbaren Element wie z.B. einer zerdrückbaren
Hülse oder
einem Drehstab. In jedem Fall wird die Hülse zerdrückt oder der Drehstab wird über seine
Elastizitätsgrenze
hinaus in seine(n) plastische(n) Bereich oder Betriebszone gedreht,
so dass das gewünschte
(theoretisch konstante) Reaktionsmoment entsteht, das den Kräften, die von
den sich bewegenden Insassen auf den Sitzgurt aufgebracht werden,
und dem auf die Aufrollerspule übertragenen
Drehmoment entgegenwirkt.
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Es
ist Aufgabe eines energieaufnehmenden Aufrollers, eine allgemein
konstante Gegenkraft zu erzeugen, um der Vorwärtsbewegung des Insassen entgegenzuwirken
und um diese konstante Kraft während
der gesamten Zeit erzeugen zu können, während der
der Sitzgurt vom Insassen belastet wird. Dies kann theoretisch dadurch
erzielt werden, dass ein Material verwendet wird, das effektiv keine
elastische Zone hat, und indem die Quetschhülse oder der Drehstab immer
in seiner konstanten plastischen Zone gehalten wird.
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In
Sitzgurtaufrollern mit Drehstab gemäß dem Stand der Technik ist
ein Ende des Drehstabs fest an einem Arretierrad, das andere Ende
fest an der Spule des Aufrollers befestigt. Bei einer Kollision wird
das Arretierrad am Rotieren gehindert, indem eine Arretierklinke
oder -klaue in die Zähne
des Arretierrades eingerückt
wird. Wenn der Sitzgurt vom Insassen belastet wird, dann neigt die
Spule dazu, sich gegen das im Drehstab erzeugte Reaktionsdrehmoment
zu drehen, während
der Drehstab verdreht wird. Das erzeugte Reaktionsmoment hängt von
der Rotations- oder Verdrehmenge des Drehstabs sowie von den physikalischen
Eigenschaften des Drehstabs ab.
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Spezifischer
ausgedrückt,
das von einem Drehstab erzeugte Reaktionsmoment variiert je nach dem,
ob sich der Drehstab in seiner/m elastischen, Übergangs- oder plastischen
Zone oder Bereich befindet. Wie erwähnt, ist der elastische Bereich
in einem idealen Drehstab durch eine steile (vorzugsweise unendlich
steile) Gefälle-
oder Ablenkungskurve gekennzeichnet, und der plastische Bereich
ist durch eine vollkommen konstante Drehmomentablenkungsregion mit
einem abrupten Übergang
von der elastischen Region gekennzeichnet. Somit macht, sobald ein
erstes Ende des Drehstabs arretiert und die Spule belastet wird,
der Drehstab sofort einen Übergang
von seinem elastischen in den plastischen Betriebsbereich, so dass
eine konstante Gegenkraft von dem Aufroller erzeugt wird, wenn der
Sitzgurt herausgezogen wird.
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Die
JP 09066800 , die dem Oberbegriff
von Anspruch 1 entspricht, offenbart einen energieaufnehmenden Sitzgurtaufroller,
bei dem die Welle bis zu einer Streckgrenze vorgespannt ist, die
eine elastische Verformung im Wesentlichen eliminiert. In dem Drehmomentprozess
gemäß diesem
Dokument wird ein Ende der Welle mit einem Bolzen
30 gesperrt
und das andere Ende der Welle geschraubt, bis die Streckgrenze erreicht
ist. Die so belastete Welle wird dann mit einer Stoppkugel
40 in
ihrer Position blockiert, um den Zwischenwellenabschnitt im Zustand des
Erreichens einer gewünschten
Verformungsregion zu halten. Um einen solchen Sitzgurtaufroller
zu vereinfachen, stellt die Erfindung einen Sitzgurtaufroller mit
den Merkmalen von Anspruch 1 bereit.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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In
den Zeichnungen zeigt:
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1 errechnete
Drehmoment-Ablenkungskurven für
einen idealen Drehstab und einen Drehstab mit einem kreisförmigen Querschnitt;
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2 eine
Testdrehmoment-Ablenkungskurve für
einen Drehstab mit einem kreisförmigen
Querschnitt;
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3 das
Spannungs-Dehnungs-Modell bei Be- und Entlastung für einen
Drehstab;
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4a – 4c die Spannungen, die in einem Drehstab
mit kreisförmigem
Querschnitt entstehen, wenn er über
seine Streckgrenze hinaus verdreht wird;
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5a eine
errechnete Drehmoment-Ablenkungskurve für einen vorverdrehten Drehstab
mit kreisförmigem
Querschnitt;
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5b eine
Testdrehmoment-Ablenkungskurve für
einen vorverdrehten Drehstab mit kreisförmigem Querschnitt;
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6a – 6f die Spannungen, die in einem Drehstab
mit kreisförmigem
Querschnitt entstehen, wenn dieser in dem Vorverdrehprozess über seine Streckgrenze
hinaus verdreht und nachfolgend so belastet wird, wie dies bei einem
Sitzgurt in einem Aufroller der Fall ist;
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7 eine
berechnete Drehmoment-Ablenkungskurve eines Drehstabs mit einem
ringförmigen Querschnitt;
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8a – 8c die Spannungen, die in einem Drehstab
mit ringförmigem
Querschnitt entstehen;
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9 einen
Sitzgurtaufroller mit einem Drehstab gemäß der vorliegenden Erfindung;
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10 eine
Querschnittsansicht eines an einem Arretierrad angebrachten ringförmigen Drehstabs.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Es
wird nunmehr kurz auf die Kurve 300 von 1 Bezug
genommen, die schematisch die Eigenschaften eines idealisieren Drehstabs
und insbesondere das Drehmoment zeigt, das in Abhängigkeit
von einer normalisierten Rotation oder Ablenkung erzeugt wird. Man
wird verstehen, dass sich dieser Typ von Drehstab, wenn er in einem
Drehstabaufroller 20 wie dem in 9 gezeigten
enthalten wäre
und der Sitzgurt 36 vom Insassen belastet würde, nach
nur einer minimalen Verdrehmenge, die einem geringen Betrag des
Herausziehens des Sitzgurtes entspricht, verdrehen und ein linear
zunehmendes Drehmoment (siehe 301) erzeugen und dann eine
konstante Gegenkraft ergeben würde,
die der Gurtkraft des Insassen entgegenwirken würde.
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In
Wirklichkeit wird das Drehmoment (oder die Kraft) gegenüber der
Ablenkung (Rotation) eines Drehstabs mit kreisförmigem Querschnitt (ohne Vorverdrehen)
genauer durch Kurve 302 von 1 dargestellt.
Kurve 302 in 1 repräsentiert eine theoretische
Annäherung
der tatsächlichen
Drehmoment-Ablenkungskurve
eines Drehstabs mit kreisförmigem
Querschnitt. Es ist ersichtlich, dass die Übergangszone 312 vom
elastischen in den plastischen Betriebsbereich nicht abrupt ist.
In der Praxis bedeutet dies, dass der Drehstab um eine erheblich
größere Menge
gedreht werden muss, um die gewünschte Gegenkraft
zu erzeugen. Demzufolge muss ein größeres Stück Sitzgurt herausgezogen werden
(oder der Insasse muss sich weiter vor bewegen), um eine Gegenkraft
oder ein Reaktionsdrehmoment zu erzeugen, das sich dem idealen Reaktionsdrehmoment nähert, bei
dem der Drehstab in seinen plastischen Bereich verformt wird.
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2 zeigt
eine Kurve von Drehmoment gegenüber
Ablenkung eines tatsächlichen
(geprüften) Drehstabs
mit kreisförmigem
Querschnitt. Man wird verstehen, dass diese Kurve 310 eine
relativ lange Übergangszone 312 im
Vergleich zu den idealisierten Kurven 300 und 302 zwischen
dem elastischen 314 und plastischen 316 Verhalten
für den
Drehstab zeigt.
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Es
wird nunmehr auf 3 Bezug genommen, die das Spannungs-Dehnungs-Modell
in Bezug auf die Materialeigenschaft eines Drehstabs zeigt. Während der
Belastung nimmt die entwickelte Spannung im Drehstab linear mit
der Dehnung mit einer Neigung gleich dem Schermodul des Materials
des Drehstabs bis zu seiner Scherfestigkeitsgrenze τy zu und
fließt
dann auf dem konstanten Niveau und folgt den Punkten A-B-C auf den Kurven 304 und 305.
Im unbelasteten Zustand nimmt die Spannung vom letzten Lastpunk
wie C (oder C' usw.)
mit demselben Gefälle
ab, d.h. das Gefälle
ist gleich dem Schermodul und folgt den Punkten C-D auf der Kurve 306.
Zwei wichtige Charakteristiken dieses idealisierten Materials sind,
dass:
erstens, die Materialsteifigkeit (Gefälle der Kurve) nach dem Fließen null
ist; zweitens, wenn die Spannungen während der Belastung die Streckgrenze übersteigen,
dann bleibt eine permanente Verformung nach dem Reduzieren der Spannung
auf null, wie durch Punkt D in 3 schematisch
dargestellt ist.
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Es
wird nunmehr auf die 4a-4c Bezug genommen, die die Spannungen illustrieren,
die in einem Drehstab mit kreisförmigem
Querschnitt entstehen, wenn er über
die Streckgrenze hinaus verdreht wird. Für einen Drehstab mit kreisförmigem Querschnitt,
der torsional belastet wird, variiert die Scherspannung, τ, in einem
Querschnitt des Stabes linear entlang des Radius des Querschnitts,
wobei die maximale Spannung nur auf der Außenfläche entsteht, bis die Streckgrenze
erreicht ist. Diese Spannungsverteilung ist in 4a dargestellt.
Es ist zu sehen, dass innerhalb dieser Phase das auf die Welle aufgebrachte
Drehmoment gegenüber
dem Verdrehwinkel der Welle einer linearen Beziehung mit einem steilen Gefälle folgt,
bis das Drehmoment die Verdrehgrenze erreicht (was allgemein in
Region 301 von 1 und in Region 314 von
Kurve 310 von 2 dargestellt ist). Innerhalb
dieser Phase verhält
sich der Drehstab mit maximaler Steifigkeit (steiles Gefälle der
Drehmoment-Ablenkungskurve), weil sich das gesamte Material innerhalb
des Drehstabs elastisch verhält.
An der Verdrehgrenze erreicht die maximale Spannung auf der Außenfläche die
Streckgrenze, und die Außenfläche wird
zur Fließspannungsfläche. Wenn
das aufgebrachte Drehmoment über
die Verdrehgrenze hinaus ansteigt, gemäß der in 3 gezeigten
Materialeigenschaft, dann wird mehr Material tiefer innerhalb der
Fließspannungsfläche bis
auf die Streckgrenze belastet, und die Fließspannungsfläche wandert
in Richtung auf die Mitte wie in 4b gezeigt. Innerhalb
dieser Phase nimmt die Steifigkeit (Gefälle der Drehmoment-Ablenkungskurve)
des Drehstabes allmählich
ab, da sich immer weniger Material innerhalb des Drehstabs elastisch
verhält
(was auch an der Kurve 302 in 1 und der
Kurve 310 in 2 zu sehen ist). Bei einer weiteren
Zunahme des aufgebrachten Drehmoments bis auf ein Niveau, bei dem die
Fließspannungsfläche die
Mitte des kreisförmigen
Querschnitts erreicht, verhält
sich das gesamte Material plastisch, wie in 4c dargestellt
ist. Die Steifigkeit des Drehstabs wird null, und das Drehmoment
erreicht das konstante Niveau (was auch an den Kurven 300 und 302 in 1 zu
sehen ist). Und dieser Vorgang des Wanderns der Fließspannungsfläche von
der Außenfläche zur
Mitte des Drehstabs verursacht die Übergangszone 312 und
erfordert eine zusätzliche
Menge an Rotation, um das Material in seine plastische Zone zu bringen.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Drehstab bereitzustellen,
der die Rotationsmenge reduziert, die notwendig ist, um den Drehstab
in seine plastische Zone zu bringen, so dass, wenn er in einem Sitzgurtaufroller
installiert ist, der Aufroller ein Reaktionsdrehmoment erzeugt,
das sich dem allgemein konstanten Drehmoment nähert, das im Idealfall erzielbar
ist. Es werden zwei Ausgestaltungen dargestellt, von denen eine
ein vorverdrehter Drehstab mit kreisförmigem Querschnitt und der
andere ein Drehstab mit ringförmigem
Querschnitt ist.
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Es
wird nunmehr auf die 5a-5b Bezug
genommen. 5a zeigt die errechnete Drehmoment-Ablenkungskurve
des idealen Drehstabs. 5b ist eine Drehmoment-Ablenkungskurve
auf der Basis von Testdaten für
einen vorverdrehten Drehstab mit kreisförmigem Querschnitt. In der
vorliegenden Erfindung wird der Vorverdrehprozess durchgeführt, bevor
der Drehstab im Sitzgurtaufroller montiert wird. Insbesondere wird
der Drehstab bis auf ein Niveau jenseits seiner Verdrehgrenze in
der Richtung vorverdreht, in der sich der Drehstab beim Herausziehen
des Sitzgurts verdrehen würde.
Danach wird das Drehmoment gelöst.
Auf diesem Drehmomentniveau (und der entsprechenden Spannung) zeigt
der Drehstab etwas permanente Verformung. Wie anhand der Ergebnisse
sowohl der theoretischen Berechnung als auch der Tests ersichtlich
ist, zeigt die resultierende Drehmoment-Ablenkungskurve eine allgemein
lineare elastische Zone mit einem abrupten Übergang in die plastische Zone.
Ferner wird man verstehen, dass das Ausmaß der Übergangszone drastisch verkürzt wurde
und dass somit die Menge an Rotation (des Drehstabs), die notwendig
ist, um den Stab ausreichend nahe an seine plastische Zone heranzubringen,
im Vergleich zur theoretischen Menge und zu den Testdaten des Drehstabs (der
nicht vorverdreht wurde) gemäß den 1 und 2 drastisch
reduziert wurde. Somit würde,
wenn dieser vorverdrehte Drehstab im Aufroller installiert würde, weniger
Herausziehen (weniger Insassenbewegung) benötigt, um das Reaktionsdrehmoment und
die interne Spannung bis in ihre plastische Region zu erhöhen, und
das Reaktionsmoment, das entsteht, wenn das Gurtband kontrolliert
herausgezogen wird, wäre
höher als
bei einem Drehstab, der nicht um einen bestimmten Verdrehbetrag
vorverdreht wurde.
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Es
wird nunmehr auf die 6a-6c Bezug genommen, die die physikalischen
Auswirkungen auf den Drehstab illustrieren, wenn dieser vorverdreht wird.
Wie oben erwähnt,
kommt der Hauptbeitrag zur Erzeugung einer großen Übergangszone in der Drehmoment-Ablenkungskurve
(eines Drehstabs mit kreisförmigem
Querschnitt) von der Tatsache, dass die Fließspannungsfläche sich
bewegt oder wandert, während
der Stab verdreht wird. Das Wandern der Fließspannungsfläche ist
auf eine ungleichförmige Spannungsverteilung
zurückzuführen, die
in 4a dargestellt ist (oben beschrieben).
Wenn jedoch die Spannungen im gesamten Querschnitt, oder in einem
größeren Teil
des Querschnitts, beim Belasten (des Drehstabs) die Streckgrenze
gleichzeitig erreichen könnten,
dann käme
es zu keiner Übergangszone
oder wenigstens zu einer geringeren Übergangszone. Dieser Vorverdrehprozess
bietet ein Mittel zum Ändern
der Spannungsverteilung während
des Herausziehens des Sitzgurtes, so dass die Spannungen im gesamten
oder einem großen
Teil des Querschnitts des Drehstabs die Streckgrenze gleichzeitig erreichen
kann. 6a dupliziert 4b und
zeigt die Spannungsverteilung im Drehstab, wenn dieser über die
Streckgrenze hinaus vorverdreht wird, wo die Fließspannungsfläche bis
zum Radius R/v gewandert ist (ν > 1 ist ein Parameter,
der der Tiefe der Fließspannungsfläche entspricht,
und R ist der Radius des Drehstabs mit kreisförmigem Querschnitt). 6b zeigt die Spannungsfreigabeverteilung
beim Entlasten im Vorverdrehprozess. Die Folge des Vorverdrehprozesses
ist, dass die Spannung innerhalb des Drehstabs nach dem Entlasten
aufgrund der ungleichförmigen
permanenten Verformung im Drehstab nicht verschwindet. Die restliche
Spannungsverteilung (siehe 6c), die
im Drehstab vorhanden ist, ist die Überlagerung von Spannungen,
die in den Vorverdreh- und Entlastungsschritten erzeugt wurden,
wie in den 6a und 6b gezeigt
ist. Eine wichtige Eigenschaft der Restspannungen ist, dass die Verteilung
dieser Spannungen in der Nähe
der Außenfläche des
Drehstabs so ausgelegt ist, dass sie in der Richtung verlaufen,
die der Richtung entgegengesetzt ist, in der der Drehstab beim Herausziehen des
Sitzgurtes verdreht würde.
Wenn der vorverdrehte Drehstab im Aufroller montiert ist und vom
Insassen belastet wird, dann wird der Sitzgurt herausgezogen und
die Gesamtspannung innerhalb des Drehstabs ist die Überlagerung
der Restspannung und der Spannung, die von der Gurtbelastung mit
der in 6d gezeigten Verteilung erzeugt
wird. Aufgrund der Restspannung befindet sich die maximale Spannung
im vorverdrehten Stab nicht mehr auf der Außenfläche, wie in 6e gezeigt
ist, sondern an einer Stelle, die im Vorverdrehprozess R/v erzeugt
wird. Bei einer weiteren Zunahme des beaufschlagten Drehmoments
erreichen die Spannungen im Bereich von der Stelle R/v zur Außenfläche die
Streckgrenze gleichzeitig wie in 6f gezeigt.
Vor dem Erreichen der Streckgrenze folgt das beaufschlagte Drehmoment
gegenüber
dem Verdrehwinkel des Drehstabs der linearen Beziehung, wie durch
Region 501 in 5a und Region 502 in 5b (die
Testdaten zeigt) angegeben ist. Nach dem Fließpunkt verursacht eine weitere
Zunahme des beaufschlagten Drehmoments, dass die Fließspannungsfläche sich weiter
in Richtung auf die Mitte bewegt und diese schließlich erreicht.
Da die Distanz für
die Wanderung der Fließspannungsfläche kürzer ist
als bei einem Drehstab ohne Vorverdrehprozess, erreicht der gesamte
Drehstab das plastische Verhalten früher und die Übergangszone
wird reduziert, wie durch die Kurve 503 in 5a und
Kurve 504 in 5b dargestellt ist. Infolgedessen
kann ein allgemein konstantes Drehmoment mit weniger Winkelablenkung
im vorverdrehten Drehstab erreicht werden als in einem Drehstab,
der nicht vorverdreht ist.
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Im
Hinblick auf das oben Gesagte kann ein vorverdrehter Drehstab 70 mit
einem kreisförmigen Querschnitt
in einen energieaufnehmenden Sitzgurtaufroller eingebaut werden.
Im Anschluss an das oben Gesagte, der Drehstab wird zunächst in
derselben Richtung (im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn)
verdreht oder vorverdreht, in der er verdreht würde, wenn er der Last des Insassen
ausgesetzt würde,
die vom Sitzgurt auf die Spule übertragen
wird. In dieser Ausgestaltung sollte das Vorverdrehniveau ausreichen,
um den Drehstab aus seiner elastischen Zone zu bewegen und insbesondere
auf ein Niveau vorzuverdrehen, das über der Streckgrenze τy liegt,
so dass der Stab in der Übergangs-
oder platischen Zone arbeitet.
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In
einem zweiten energieaufnehmenden Aufroller wird ein Drehstab mit
einem ringförmigen
Querschnitt vorgeschlagen. Wie ersichtlich ist, ist der Vorzug der
Verwendung dieses Typs von Drehstab der, dass die Übergangszone
weitaus geringer ist als die, die mit dem Drehstab mit kreisförmigem Querschnitt erzielt
wird. Wie oben erwähnt,
ist ein wesentlicher Faktor, der zu der erweiterten Übergangszone 312 für den Drehstab
mit kreisförmigem
Querschnitt beiträgt,
einfach die Tatsache, dass die Fließspannungsfläche durch
den gesamten Querschnitt wandern muss, bevor ein vollständig plastisches
Verhalten erzielt wird. Um diese Bedingung zu erzielen, muss der
Drehstab im Wesentlichen verdreht werden; der Grad der Verdrehung
hängt von
dem verwendeten Material ab. Die Verwendung eines Drehstabs mit
ringförmigem
Querschnitt reduziert die Wanderungsdistanz der Fließspannungsfläche und verkürzt somit
die Übergangszone.
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Es
wird nunmehr auf 7 Bezug genommen, die die berechnete
Drehmoment- (vertikale Achse) und Ablenkungs- (horizontale Achse)
Kurve 701 eines idealen Drehstabs mit ringförmigem Querschnitt
zeigt, der, wie nachfolgend gezeigt, die Übergangszone erheblich reduziert.
Wie ersichtlich ist, zeigt die theoretische Drehmoment-Ablenkungskurve 701 eine
allgemein lineare elastische Zone mit einem abrupten Übergang
in die plastische Zone. Als solches wäre, wenn dieser Stab in dem
Aufroller installiert würde,
weniger Herausziehen (weniger Insassenbewegung) nötig, um
das Reaktionsmoment und interne Spannung bis auf ihren plastischen
Bereich zu erhöhen,
und das Reaktionsmoment, das entsteht, wenn das Gurtband kontrolliert
herausgezogen wird, wäre
höher als
das eines Drehstabs, der nicht vorverdreht ist und der einen kreisförmigen Querschnitt
für eine
bestimmte Verdrehmenge hat.
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Die 8a-8c zeigen
die Spannungen, die in einem Drehstab mit hohlem Annulus oder einer
hohlen Bohrung mit einem Radius Ri und einem Außenradius von Ro entstehen.
Man wird verstehen, dass die Wanddicke dieses Drehstabtyps im Vergleich
zu einem kreisförmigen
Drehstab mit demselben Radius wesentlich geringer ist. Wenn der
ringförmige
Drehstab bis auf seine Verdrehgrenze belastet wird, dann wird die
Außenschicht
des Materials zunächst
bis auf die Streckgrenze des Materials gespannt und beginnt dann,
wie in 8a gezeigt, zu fließen (in
derselben Weise wie oben für
den Drehstab mit kreisförmigem Querschnitt
beschrieben wurde). In dieser Phase folgt das Drehmoment, das auf
die Welle aufgebracht wird, gegenüber dem Verdrehwinkel der Welle
einer linearen Beziehung mit einem steilen Gefälle, bis das Drehmoment die
Verdrehgrenze erreicht (was allgemein in Region 703 von 7 zu
sehen ist). Danach wandert diese äußere Fließspannungsfläche in das Material,
bis sie den Innenradius Ri erreicht, während das
beaufschlagte Drehmoment wie in 8b gezeigt
ansteigt. Aufgrund der geringen Wanddicke des ringförmigen Drehstabes
ist nur ein relativ geringer Betrag an zusätzlichem beaufschlagtem Drehmoment
und nachfolgender Ablenkung (Verdrehung) erforderlich, um eine plastische
Zone durch den gesamten Querschnitt zu erzeugen. Diese Art von ringförmigem Aufbau
erzeugt einen raschen Übergang, d.h.
eine kleinere Übergangszone,
in die plastische Betriebszone im Vergleich zu dem Drehstab mit kreisförmigem Querschnitt.
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Es
wird nunmehr auf 9 Bezug genommen, die allgemein
den Aufbau der Hauptkomponenten eines Drehstabs zeigt, der energieaufnehmende Sitzgurtaufroller 20,
der für
die Verwendung mit der vorliegenden Erfindung geeignet ist. Der
Aufroller 20 umfasst einen Rahmen 22 mit einer
ersten und einer zweiten Seite 24a, b und einer Rückseite 24c,
wobei die erste und die zweite Seite jeweils eine erste Öffnung 28a,
b aufweisen. Der Aufroller 20 beinhaltet auch eine hohle
Spule 30, die rotational auf dem Rahmen 22 getragen
wird. Die Spule 30 beinhaltet einen Mittelkörper 32 und
gegenüberliegende
Flansche 34a und 34b an jeweiligen Enden des Mittelkörpers 32.
Der Mittelkörper 32 beinhaltet
Mittel wie z.B. einen Schlitz (nicht dargestellt) mit bekanntem
Aufbau zum Aufnehmen und Befestigen eines Endes eines Sitzgurtstücks (Sitzgurtband) 36.
Der Mittelkörper
ist hohl und weist eine Bohrung 40 auf.
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Ein
Drehstab 70 befindet sich in der Bohrung 40. Der
Drehstab beinhaltet einen Mittelkörper 72. Ein erstes
Ende 74 des Drehstabs 70 verläuft durch die Öffnung 28a in
der Seite 24a. Das Ende 74 kann von einer fakultativen
Buchse 77 gelagert werden, die in der Öffnung 28a steckt.
Das Ende 74 weist Keilverzahnungen 80 (die in
Keilverzahnungen 46 passen), eine Nut 82 und einen
Federdorn 84 auf, der mit einer Rückspulfeder 86 in
Eingriff gebracht werden kann. Das andere Ende der Feder ist relativ
zum Rahmen fest montiert, so dass es sich nicht bewegen kann. Der
Drehstab hat auch ein zweites Ende 76, das an einem Teil
einer Arretierradbaugruppe 200 befestigt ist. Das Ende 76 weist
Keilverzahnungen 75 auf.
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Verzögerungsaufroller
(ELRs) haben eine Reihe verschiedener Arretierradbaugruppen. Die
genaue Art für
die Verwendung in der vorliegenden Erfindung ist nicht besonders
wichtig, mit der Ausnahme, dass in dieser Ausgestaltung ein Arretierrad
mit einem Ende
76 des Drehstabs verbunden werden muss,
wie z.B. ein komplementärer
Satz von Keilverzahnungen
75a. Wie in der Technik bekannt
ist, beinhalten die Arretierradbaugruppen ein Mittel, um zu bewirken,
dass eine Arretierklinke mit Zähnen
am Arretierrad in Eingriff gebracht wird, um das Herausziehen des
Sitzgurtes zu stoppen. Ein solches Mittel beinhaltet typischerweise
die Verwendung eines Fahrzeug- oder Trägheitssensors, um die Fahrzeugverlangsamung
oberhalb eines vorbestimmten Niveaus zu erfassen, sowie einen Gurtbandsensor,
der aktiviert wird, um das Arretieren des Aufrollers einzuleiten,
wenn der Sitzgurt (Gurtband) von der Spule mit einer Geschwindigkeit
abgezogen wird, die über
einem vorbestimmten Niveau liegt. Die Arretierbaugruppen können ein
oder mehrere Plastikfühlerklauen
verwenden, die in ein Plastik- oder Metallklinkenrad eingreifen,
das wiederum einen Arretierbecher mit der Aufrollerwelle verbindet
(im vorliegenden Fall mit dem Drehstab). Wenn der Arretierbecher
mit der Welle (Drehstab) verbunden ist, dann rotiert der Arretierbecher.
Durch die Bewegung des Arretierbechers wird eine lastaufnehmende
Arretierklinke, typischerweise aus Metall, in Eingriff mit einem
lastaufnehmenden Metallarretierrad gebracht, so dass das Herausziehen
des Sitzgurtes, wenn auch nur vorübergehend (wenn energieaufnehmende
Komponenten wie z.B. ein Drahstab verwendet werden), gestoppt wird.
Eine solche Arretierradbaugruppe, die mit der vorliegenden Erfindung
zum Einsatz kommen kann, ist in der
US
5 529 258 oder der
EP
0228729 offenbart.
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Die
Arretierradbaugruppe 200 ist schematisch dargestellt und
weist ein Arretierrad 202 mit einer Keilnutbohrung 204 mit
Keilverzahnungen 75a auf. Die Keilverzahnungen 75 des
Drehstabs 70 werden in die Bohrung 204 eingepresst
und auf eine bekannte Weise permanent daran befestigt. Diese Ausrichtung
verhindert eine relative Rotation des Arretierrades 202 und
des Endes 76 des Drehstabs 70. Wie in 8 ersichtlich
ist, verläuft
ein Teil des Drehstabs 70 durch die Öffnung 28b in der
Rahmenseite 24b. Eine fakultative Buchse 77a kann
in die Öffnung 28b gesteckt
werden, um den Drehstab 70 zu lagern. Die illustrierte
Arretierradbaugruppe beinhaltet ferner eine Arretierklaue 210 mit
einem Arretierzahn oder einer Arretierformation 212 daran
für den
Eingriff in die Zähne 203 am
Arretierrad. Die Arretierklaue 210 wird rotational auf
dem Rahmen wie z.B. auf der Rahmenseite 24b gelagert. Die
Arretierradbaugruppe 200 beinhaltet einen Gurtbandsensor 220,
der so geschaltet ist, dass er die Rotationsgeschwindigkeit der Spule 30 erfasst.
Wie illustriert, ist der Gurtbandsensor mit dem Drehstab 70 gekoppelt,
dessen Geschwindigkeit (vor der Arretierung) der der Spule entspricht.
Die Arretierradbaugruppe weist ferner einen Fahrzeugsensor 222 auf.
Wie oben erwähnt,
variiert die spezifische Implementation des Gurtbandes und der Fahrzeugsensoren,
aber dies ist in der Technik bekannt. Immer wenn entweder der Fahrzeugsensor oder
der Gurtbandsensor aktiviert wird, wird die Arretierklaue 210 über bekannte
Mechanismen in Arretiereingriff mit einem Arretierrad 202 gebracht.
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Der
Drehstab 70 wird durch Einsetzen eines Sperrrings 130 in
einer Nut 82 fixiert, die an einem Ende 74 des
Drehstabs ausgebildet ist. Die Rückspulfeder 86 und
die Sensoren 220 und 222 sind auf bekannte Weise
am Aufroller 20 montiert.
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Der
Betrieb des Aufrollers 20 ist allgemein derselbe wie oben
umrissen. Das Ende des Drehstabs 70 wird gegen eine weitere
Rotation gesperrt, und der Sitzgurt wird belastet, wenn sich der
Insasse bewegt oder versucht, sich nach vorne zu bewegen. Die Last
des Insassen wird auf die Spule 30 übertragen, deren Bewegung das
Reaktionsdrehmoment entgegenwirkt, das entsteht, wenn das andere
Ende 74 gedreht wird. 10 illustriert
einen ringförmigen Drehstab 70', der an einem
Arretierrad 202 angebracht ist.