KR101674571B1 - 자동차를 위한 부하 제한 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자동차를 위한 부하 제한 장치에 관한 것으로서, 진동수(frequency)에 따라서 정의된 움직임에 의해 서로에 대하여 제어되는 적어도 2 개의 부분(1,2,10,12,16,20,21,46,22,40)들을 구비한다. 서로에 대하여 움직이는 부분(1,2,10,12,16,20,21,46,22,40)들은 치(3,4,13,15,24,26,27)를 구비하여, 그 치들이 서로 맞물리고 진동수(frequency)에 따라서 제어된 움직임은 부분(1,10,21,22)들중 적어도 하나가 다른 부분(2,12,16,20,40,46)에 대하여 파동의 전진 움직임을 수행하는 방식으로 발생하여, 그에 의해 치(3,4,13,15,24,25,26,27)들이 번갈아서 맞물림 및 맞물림 해제된다.

Description

자동차를 위한 부하 제한 장치{Force limiting device for a motor vehicle}
본 발명은 청구항 제 1 항의 전제부의 기재된 자동차의 부하 제한 메카니즘에 관한 것이다.
부하 제한 메카니즘은 일반적으로 자동차에서 다양한 적용예로 알려져 있다. 따라서, 예를 들어 조향 휘일이 알려져 있는데, 이것은 사고의 경우에 승객에게 충격을 가하게 되고, 에너지 흡수를 위한 메카니즘을 구비하여 승객에 작용하는 에너지가 그것에 의해 제한된다. 더욱이, 탄성적인 변형 요소들이 전체 자동차 구조체에 제공되어, 그 구조체를 통하여 사고의 경우에 에너지가 소실됨으로써 승객의 구획부에 작용하는 에너지가 제한된다.
더욱이, 안전 벨트에 부하 제한 요소들을 제공하는 것이 알려져 있으며, 부하 제한 메카니즘에 의해 이루어질 수 있는 전방 변위 동안에 승객에 영향을 미치는 에너지가 안전 벨트의 부하 제한 요소들에 의해 제한된다. 이를 위해서, 특히 벨트 샤프트의 양쪽 부분들 사이에 배치된 토션 로드(torsion rod)를 가진, 2 개 부분의 벨트 샤프트들이 실제에 있어서 효과적인 것으로 증명되었다. 사고의 경우에, 벨트 샤프트의 일부는 자동차에 대하여 차단되는데 반해, 각각의 다른 부분은 안전 벨트와 연결되어 벨트 추출 방향으로 회전한다. 서로에 대한 양쪽 부분들의 상대 회전 동안에, 양쪽 부분들 사이에 배치된 토션 로드는 자체 축 둘레로 소성 변형되어 에너지를 소실시키고, 그에 의해서 승객의 전방 변위 동안에 안전 벨트의 에너지는 대응되게 제한된다. 따라서 부하 제한 레벨은 토션 로드를 통해 정해지며 변화될 수 없다.
출원인이 제출한 국제 출원 공개 WO 2006/108451 A1 에서, 청구항 제 1 항의 전제부의 특징을 가진 혁신적인 부하 제한 시스템이 공지되는데, 이것은 본 발명에 대하여 가장 관련된 종래 기술을 형성한다. 여기에 설명된 부하 제한 시스템은 서로에 대하여 움직이는 2 개 부분들로부터 형성되며, 서로에 대한 그것의 움직임은 미리 결정된 진동수(frequency)로 진동하는 질량 시스템에 의해 제어된다. 그에 의한 에너지의 소실은 그 부분들을 번갈아서 지연시키고 가속시키는 것에 의해 초래되며, 따라서 진동수(frequency)는 거의 충격력과 독립적이다. 따라서, 위험 상황에서 발생되는 충격 및 변위된 부분들의 질량에 응답하여 부하 제한 시스템으로써 상이한 부하 제한 레벨들이 구현될 수 있으며, 그에 의해 전방 변위의 경로 및 진동수(frequency)는 대략 일정하다.
본 발명의 목적은 가능한 한 단순하고 소형인 디자인으로 서로에 대하여 제어된 운동을 수행하는 2 개의 부분들을 가진 부하 제한 메카니즘을 제공하는 것이다.
상기 목적의 해법은 서로에 대하여 상대적으로 움직이는 2 개 부분들이 상호 잠김 기어들을 구비하고, 서로에 대하여 제어된 운동이 초래됨으로써 다른 부분에 비교되는 적어도 하나의 부분이 파동과 같은 이송 운동을 수행하여 그에 의해 기어들이 번갈아서 맞물리고 맞물림 해제됨으로써 이루어진다.
본 발명의 기본적인 개념은 제어된 운동이 분리된 질량 시스템에 의해 이루어지지 않지만, 부분들 자체가 기어들을 가지고, 부분들중 적어도 하나는 파동과 같은 이송 운동(wavelike feed motion)을 수행하며, 파동과 같은 이송 운동은 기어들이 번갈아서 맞물리고 맞물림 해제되는 것에 의해 제어된다. 따라서 이송 운동의 제어는 부분 자체의 운동을 통해 발생됨으로써, 분리된 질량 시스템이 필요하지 않다. 이제 부하 제한 운동 자체를 수행하는 부분은 에너지를 소비시키는 진동 운동의 수행을 위해서 이용되기 때문에, 또한 그것의 방위에 기인하여 높은 질량을 이미 가질 수 있다는 사실 때문에, 종래 기술에서 필요한 것처럼 추가적인 질량 시스템을 통하여 중량이 불필요하게 증가될 필요 없이 본 발명에 따른 해법에 의해 많은 양의 에너지가 소실될 수 있다. 따라서, 더 큰 부하 제한 레벨이 발생될 수 있거나, 또는 역으로, 본 발명에 따른 부하 제한 메카니즘으로써 미리 정해진 부하 제한의 범위에 대하여 힘 제한 장치가 감소될 수 있다. 더욱이, 기어들의 결합에 기인하여, 서로 근접한 다수의 치들이 이루어질 수 있어서 그에 대응하는 커다란 겹침(overlapping)이 달성되고 그에 대응하는 현저한 부하들이 취해질 수 있다. 더욱이, 힘 제한 메카니즘으로 발생될 수 있는 부하 제한 특성은 국제 출원 공개 WO 2006/108451 A1 에 개시된 것과 동일하여, 그에 관해서는 상기 문헌을 명시적으로 참조하기로 한다.
서로에 대하여 움직이는 2 개의 부분들은 적어도 2 개의 결합된 쌍의 기어들을 구비하고, 결합된 한 쌍의 기어들에 대하여 변위되어 있는 결합된 다른 쌍의 기어들이 있는 것이 더 바람직하다. 그에 의하여, 파동과 같은 이송 운동으로 교번하여 움직이는 부분은 2 개 부분들이 맞물리도록 오프셋되고, 따라서 진동수(frequency)가 증가되고 에너지 소실이 실질적으로 증가된다. 소실된 에너지의 증가에 기인하여, 부하 제한 메카니즘은 부하 제한 레벨의 의도된 범위에 대하여 치수가 더 감소될 수 있다.
바람직스럽게는, 결합된 한 쌍의 기어들 및 결합된 다른 쌍의 기어들이 부분들중 하나의 반대편 측들상에 배치됨으로써, 결합된 기어들의 적어도 2 개는 하나의 부분에서 서로에 대하여 오프셋되게 배치된다. 그에 의해서, 치 측부(tooth flank)의 미끄럼을 통하여 기어들의 한쌍이 맞물림 해제되는 것은, 결합된 기어들의 다른 쌍이 맞물리는 것으로 이르게 되어, 대응하는 배향(orientation)을 가진 시스템은 정체 상태로 있을 수 없다.
결합 기어들 사이에 감쇠 수단을 배치함으로써, 부하 제한의 시작시의 충격에 기인하여 자체를 조절하는 부하 제한 메카니즘에 의해 빠른 출발 속도가 흡수되는 것이 바람직하다.
또한, 벨트 수축기의 벨트 샤프트에 부하 제한 메카니즘을 배치하는 것이 바람직하며, 파동과 같은 이송 운동을 수행하는 부분은 벨트 샤프트와 강제 폐쇄 잠김(force closure-lock)된다.
이러한 경우에, 이송 운동을 수행하는 부분이 바람직스럽게는 축방향 기어를 가진 회전 기어 디스크에 의해 형성되는 것이 바람직스러우며, 축방향 기어를 가진 기어 디스크는 하우징에 고정된 기어에 맞물릴 수 있다. 이송 운동은 기어 디스크의 회전 운동을 통해서 구현됨으로써 길이가 제한되지 않으며, 더욱이, 기어 디스크의 위치에 독립적으로, 항상 동일한 수의 치가, 바람직스럽게는 전체 기어가, 하우징에 고정된 기어와 맞물릴 수 있다.
부하 제한 메카니즘에 의해 발생된 부하 제한이 미리 결정된 베이스 부하를 가지도록 하기 위하여, 하우징에 고정된 기어 및 축방향 기어의 결합의 방향에서 기어 디스크가 스프링 부하를 받는 것이 바람직스럽다.
더욱이, 기어 디스크의 중심에 반경 방향으로 배향되는 치(teeth)에 의해 축방향 기어가 형성되는 것이 바람직스럽다. 중심 위치로부터 기어 디스크의 편위(deflection)가 치에 의해서 방지되기 때문에, 기어 디스크는 축방향 기어에 의해 자동적으로 중심이 맞춰진다.
본 발명의 다른 바람직한 구현예는 이송 운동을 수행하는 부분과 벨트 샤프트 사이에 트랜스미션(transmission)을 제공함으로써 구현된다. 이를 통하여, 안전 벨트 추출 방향에서의 벨트 샤프트의 회전 운동에 독립적으로, 부하 제한 레벨을 결정하는 이송 운동의 진동수(frequency)가 구성될 수 있다. 특히, 미리 정해진 부하 제한 레벨에서의 부하 제한 메카니즘이 더 감소될 수 있도록, 또는 부하 감소 레벨이 증가되도록, 이송 운동의 진동수(frequency)가 증가될 수 있다.
트랜스미션(transmission)의 특히 바람직스러운 형태는 그것이 혹성 기어 유닛이고, 벨트 샤프트가 혹성 기어 휘일과 비회전 연결되고, 기어 디스크가 태양 휘일 및/또는 내측 기어 링에 의해 형성되는 때에 주어지는데, 내측 기어 링은 반경 방향 결합 기어를 구비하여 그 안에 혹성 기어 휘일들이 맞물린다. 혹성 기어 유닛은 대칭적인 구성을 가지고, 높이에 있어서 공간적으로 콤팩트한 방식으로 배치될 수 있기 때문에 적절하며, 매우 높은 트랜스미션 비율 및 감속 기어 비율이 매우 정숙한 작동 및 작은 전체 치수를 가지면서 가능하다. 더욱이, 태양 휘일 및/또는 내측 기어 링의 몇개 지점들에서 혹성 기어를 통한 연결에 의해 벨트 샤프트의 회전 운동이 유도될 수 있어서, 에너지 흐름의 우수한 전체 분포가 있게 되며, 그에 의해서 최대 힘의 감소가 구성 요소들에서 발생된다.
태양 휘일의 파동과 같은 이송 운동에 의해 발생되는 부하 제한 레벨 및, 내측 기어 링의 파동과 같은 이송 운동에 의해 발생된 레벨이 상이한 것이 더욱 바람직스럽다. 2 개의 상이한 부하 제한 레벨들은, 태양 휘일 또는 내측 기어 링이 구동되는지의 여부에 따라서, 동일한 부하 제한 메카니즘을 가지고 구현될 수 있다.
부하 제한의 레벨이 능동적으로 결정되도록 하기 위하여, 태양 휘일 및/또는 내측 기어 링이 해제 가능한 잠금 메카니즘을 구비하는 것이 제안된다. 태양 휘일 또는 내측 기어 링의 잠금을 통하여, 개별의 다른 부분이 구동되는 것이 자동적으로 결정되고, 그와 함께 부하 제한 레벨을 결정한다.
이러한 경우에, 해제 가능한 잠금 메카니즘이 바람직스럽게는 태양 휘일 또는 내측 기어 링에 할당되며, 이것은 파동과 같은 이송 운동에 의해 낮은 부하 제한 레벨을 각각 발생시킨다. 높은 부하 제한 레벨이 부하 제한의 시작시에 기능하는 반면에, 잠금 메카니즘이 해제된 이후에 낮은 부하 제한 레벨이 자동적으로 기능하게 되는데, 이는 높은 부하 제한 레벨을 가진 부분이, 그러한 목적을 위해서 분리된 잠금 메카니즘을 필요로 하지 않으면서, 고정된 베어링으로서 이제 자동적으로 기능하기 때문이다.
또한, 부하 제한 메카니즘이 하우징을 포함할 수 있고, 회전 각도를 제한하는 수단이 하우징과 벨트 샤프트 및/또는 혹성 기어 유닛 사이에 제공됨으로써, 부하 제한 동안의 전방 변위가 제한되며, 그에 의하여 제한 작용은 당연히 돌발적으로 발생할 필요는 없지만, 지연의 증가에 대응되게 발생할 수도 있다.
이러한 경우에, 벨트 샤프트 또는 혹성 기어 유닛에 할당된 기어 및 하우징에 할당된 기어와 맞물리는 복수개의 기어 휘일들중 하나에 의해 수단이 형성되며, 2 개의 기어들에 의해 형성된 채널은 단부를 향해 테이퍼를 형성하는 것이 바람직스럽다. 기어들은 상대적인 회전의 안내를 하게 되는데, 이것은 테이퍼 형성에 기인하여, 상대적인 회전의 브레이크 작용에 대한 매우 우수한 가능성을 더욱 가능하게 한다.
아래에서, 본 발명의 바람직한 구현예들이 첨부된 도면들을 참고하여 상세하게 설명될 것이다.
도 1a 내지 도 1d 는 서로 선형으로 움직이는 2 개의 부분들을 가진 부하 제한 메카니즘을 도시한다.
도 2 는 하우징의 기어와 맞물리고 회전 운동을 수행하는 기어 디스크를 가진 부하 제한 메카니즘을 도시한다.
도 3 은 혹성 기어 유닛을 가진 부하 제한 메카니즘의 분해도를 도시한다.
도 4 는 하우징 덮개 없이 혹성 기어 유닛을 조립된 상태로 가지는 부하 제한 메카니즘을 도시한다.
도 5 는 혹성 기어 유닛을 조립된 상태로 가지는 부하 제한 메카니즘을 단면으로 도시한다.
도 6a 내지 도 6d 는 부하 제한중에 기어 디스크들의 파동과 같은 이송 운동을 도시한다.
도 7 은 스위치 링을 가진 부하 제한 메카니즘을 도시한다.
도 8a 내지 도 8c 는 부하 제한중에 스위치 링이 상이한 위치들에 있는 부하 제한 메카니즘을 도시한다.
도 9 는 내측 기어를 가진 부하 제한 메카니즘의 하우징, 외측 기어를 가진 구동 디스크 및 회전 각도를 제한하는 기어 휘일을 도시한다.
도 10 은 상대적인 속도에 걸친 부하 제한의 과정을 도시한다.
도 11 은 상이한 승객 유형 및 상이한 충격들에 대한 부하 제한의 과정을 도시한다.
도 1a 내지 도 1d에서, 우선적으로, 본 발명의 예시적인 구현예가 도시되어 있으며, 여기에서 2 개 부분(1,2)들이 제공되어 있고, 상기 2 개 부분들은 본 발명에 따른 부하 제한 메카니즘을 형성하고, 자동차의 상이한 적용예들에 제공될 수 있다. 이러한 경우에 부분(1 또는 2)들중 하나는 고정된 방식으로 자동차에 설치되는 반면에, 여기에서는 부분(2)인 개별의 다른 부분(1 또는 2)은 부하 제한 운동을 수행한다. 부분(1)은 예를 들어 조향 휘일이거나, 또는 조향 휘일에 할당된 부분이거나 또는 자동차 구조체에 있는 변형 부재이다. 부하 제한 메카니즘은 에너지가 흡수되어야 하는 자동차의 모든 적용예에 대하여 적절하고, 승객 또는 승객 구획부의 보호를 위한 부하 제한 변형 또는 운동이 가능해야 하는 모든 적용예에 대하여 적절하다.
부분(1)에는 그것의 양측에 기어(3,5)들이 제공되고, 기어(4,6)들이 제공된 부분(2)과 맞물린다. 도 1a 에 도시된 위치에서, 기어(5,6)들이 처음으로 맞물린다. 화살표 방향 "A" 에서 부분(1)에 힘이 가해지면, 도 1b 에서 알 수 있는 바와 같이 기어(5,6)들이 치의 측면(flank)들에서 미끄러지고, 부분(1)은 화살표 "I" 방향에서 가속된다. 치의 측면들에서의 미끄럼을 통하여 기어(5,6)들은 맞물림이 해제되고, 대향하는 기어(3,4)들은 그들이 도 1c 에 도시된 맞물림 위치에 도달될 때까지 맞물림이 강제된다. 이송 운동이 도 1c 에 도시된 위치를 벗어나 더욱 계속되면, 기어(3,4)들의 치 측면은 이제 함께 미끄러지고 부분(1)은 화살표 "II"의 방향으로의 움직임을 완료하여 기어(5,6)들이 최종적으로 다시 맞물리게 된다.
부분(1)은 화살표 "I" 및 "II" 의 방향에서 교번하는 움직임으로부터 형성된 화살표 방향 "A" 에서의 파동과 같은 이송 운동(wavelike feed motion)을 힘의 효과로서 완성시킨다. 부분(1)의 항상 변화하는 가속 및 브레이크 작용에 기인하여, 에너지가 소비되고 소망되는 부하 제한의 상대 운동이 발생된다.
도 2 에서 대안의 예시적인 구현예가 도시되어 있으며, 여기에서 부하 제한 메카니즘은 도시되지 않은 벨트 수축기에 할당된다. 부하 제한 메카니즘은 차단된 벨트 수축기에 의해서 승객의 부하 제한 전방 변위가 승객의 부하를 감소시킬 수 있게 하는데, 이는 이전에 알려진 부하 제한의 벨트 수축기의 경우와 같은 것이다. 부하 제한 메카니즘은 허브(7)를 가지며, 허브는 벨트 수축기의 연결을 위한 정사각형 개구(8)를 중심에 포함한다. 허브(7)에는 외측에 기어(9)가 제공되고, 그 기어는 기어 디스크(10)의 내측 기어(36)에 맞물려서 그것을 블록킹된(blocked) 벨트 수축기(belt retractor)와 함께 구동시킨다. 부하 제한 메카니즘은 이러한 목적을 위하여, 토션 로드(torsion rods)들로부터 이제까지 알려진 바와 같이, 벨트 샤프트의 2 개 부분들 사이에 배치되거나, 또는 프로파일 헤드(profile head)로 지칭되기도 하는 블록킹 부분(blocked part)과 벨트 수축기의 하우징 프레임 사이에 배치된다. 두번째 경우에, 벨트 수축기는 하우징 프레임 안에서 차단되지 않지만, 부하 제한 메카니즘내에서 차단된다.
부하 제한 메카니즘은 2 개의 고정된 하우징 디스크(16,12)들에 의해 형성되는데, 하우징 디스크들 사이에는 조립된 조건하에서 스페이서 링(spacer ring, 11)이 배치된다. 더욱이, 부하를 제한하는 동안에 벨트 샤프트에 의해 구동되는 기어 디스크(10)는 하우징 디스크(16,12) 사이에 배치되며, 하우징 디스크들은 서로 오프셋되어 있는 양쪽 측부상에 배치된 기어(13,14)들을 가진다. 기어(13,14)들은 하우징 디스크(16,12)들에 할당된 기어들과 맞물리며, 여기에서는 오직 기어(15) 만이 하우징 디스크(12)에 도시되어 있다. 기어(13,14)들은 기어 디스크(10)의 중심 지점을 향해 반경 방향으로 향하는 치에 의해 형성되는데, 그 치는 기어 디스크(10)의 원주에 걸쳐 균일하게 분포되고, 따라서 고정된 하우징 디스크(16,12)에 비교하여 기어 디스크(10)들에 대하여 추가적으로 센터링 효과(centering effect)를 야기한다.
기어 디스크(10)의 구동으로써, 기어 디스크는 하우징 디스크(16,12)들에 대한 상대적인 회전 운동을 수행함으로써, 기어 디스크(10) 및 하우징 디스크(16,12)들은 청구항들에 따라서 서로에 대하여 움직이는 부분들을 나타낸다. 기어(13,15) 및 기어(14)와, 도시되지 않은 하우징 디스크(16)의 기어는 번갈아서 맞물리거나 맞물림 해제됨으로써, 기어 디스크(10)는 파동과 같은 이송 운동(wavelike feed motion)을 수행하며, 그러나 이것은 여기에서 회전 운동이 된다. 종래 기술에서 알려진 해법과 비교하여 실질적으로 명백한 차이점은, 분리된 질량 시스템의 개입 없이, 벨트 샤프트에 부착된 부분, 즉, 기어 디스크(10)가 직접적으로 에너지 소실의 진동 운동을 수행하는 것으로 이루어진다. 이것은 분리된 질량 시스템을 위한 비용이 절감되고, 상대적으로 큰 질량을 가진 부분이 진동함으로써 대응하는 커다란 에너지의 양이 소실될 수 있거나 또는 작은 부하 제한 메카니즘으로써 상대적으로 큰 부하 제한 레벨이 달성될 수 있다는 장점을 가진다. 파동과 같은 이송 운동(wavelike feed motion)을 수행하기 위해 가능한 한 큰 부분의 여기(excitation)를 통해, 다수의 치가 제공될 수 있어서 마침내 현저한 감쇠(attenuation)가 가능하고 그와 함께 커다란 부하 제한 레벨이 가능하다.
더욱이, 종래 기술의 해법에 비교하여 기어들의 겹침(overlapping)이 훨씬 커서, 현저하게 큰 부하들을 부담할 수 있고, 부분들은 동일한 부하 제한 레벨에 대하여 더 작게 설계될 수 있다.
도 3 내지 도 5 에서, 본 발명에 따른 부하 제한 메카니즘의 다른 예시적인 구현예는 혹성 기어 유닛(47)을 가진 것으로 도시되어 있다. 여기에 도시되지 않은 벨트 샤프트는 구동 디스크(17)에 걸쳐 연결되고 구동 디스크는 외측 기어(44)를 구비하며 도 9 에 도시된 부하 제한 메카니즘의 하우징(48)의 내측 기어(45)와 기어 채널(gear channel)을 형성하도록 배치된다.
기어 채널에서, 기어 휘일(43a, 43b)들은 구동 디스크(17)의 회전 외측 기어(44) 및 하우징(48)의 고정 내측 기어(45)에 맞물리도록 배치된다. 기어 채널은 단부를 향하여 테이퍼짐으로써, 구동 디스크(17)의 회전 운동은 화살표 "D"의 방향으로 제한되고, 구동 디스크(17)의 정지는 감쇠되게 발생된다.
부하 제한 메카니즘에는 여기에서 혹성 기어 유닛(47)이 제공되는데, 혹성 기어 유닛은 하우징에 고정된 기어 링(20, 40)과 고정 하우징 디스크(46) 사이에 배치된다. 구동 디스크(17)에는 축방향으로 지향된 핀(18)들이 제공되고, 핀들은 혹성 기어 휘일(19)들과 맞물리고 그것을 원주 방향으로 구동시킨다.
혹성 기어 휘일(19)은 태양 휘일(22)의 외측 기어(29) 및 내측 기어 링(21)의 내측 기어(30)와 맞물린다. 태양 휘일(22) 뿐만 아니라 내측 기어 링(21)에는 반대편 축방향으로 향하는 기어(23,24,26,28)들이 제공되는데, 이들은 하우징 디스크(46)의 기어(35,37)들과 고정 기어 링(20,40)들상에 배치된 기어(25,27) 사이에 배치된다. 기어(23,25,28,37)들 사이에, 고무 링(31,32)들이 배치되며, 이들은 함께 부하 제한 작용의 시작시에 상대적으로 빠른 초기 속도 및 부분들의 상대적인 운동에 대한 감쇠 수단으로서 기능한다. 또한, 스프링 링(33,34)들이 제공되어, 내측 기어 링(21) 및 태양 휘일(22)에 스프링의 힘을 가지고 축방향으로 부딪혀서 기어(25,26,27)들을 강제로 맞물리게 한다.
내측 기어 링(21)이 고정되거나 또는 태양 휘일(22)이 고정되는지의 여부에 따라서, 개별의 다른 부분이 여기에서 회전 운동이 되기도 하는 파동과 같은 이송 운동을 수행한다는 점에서만, 부하 제한의 원리가 도 2 에 설명된 예시적인 구현예와 동일하다. 태양 휘일(22) 및 내측 기어 링(21)의 파동과 같은 이송 운동에 의해 발생되는 부하 제한 레벨은 상이할 수 있기 때문에, 내측 기어 링(21)이 구동되는지 또는 태양 휘일(22)이 구동되는지의 여부에 따라서, 결과적으로 부하 제한의 상이한 레벨들이 부하 제한 메카니즘을 가지고 조절될 수도 있다.
부하 제한의 원리는 내측 기어 링(21)의 기어(24,25,23,35)들의 움직임에 기초하여 도 6a 내지 도 6d 에 다시 나타나 있다. 부하를 제한하는 동안 도 2 로부터 기어 디스크(10) 및 태양 휘일(22)의 움직임은 내측 기어 링(21)의 움직임과 동일하며, 이러한 이유 때문에 여기에 도시되지 않는다.
내측 기어 링(21)은 초기에 혹성 기어 휘일(19)에 의해 화살표 "A" 의 방향으로 구동된다. 기어(24,25)들의 치 측부(teeth flank)들이 아래로 미끄러지는 것을 통하여, 축방향에서의 움직임은 화살표 "A" 의 방향에서 원주상의 움직임에 중첩됨으로써 내측 기어 링(21)은 화살표 "B" 의 방향으로 움직이고 기어(24,25)들은 맞물림으로부터 벗어나게 강제되고 기어(23,25)들은 맞물리게 강제된다. 도 6c 에 도시된 역전 위치에 도달되고 이송 운동의 계속 이후에, 내측 기어 링(21)은 화살표 "C" 의 방향으로 반대로 움직인다. 내측 기어 링(21)이 역전 위치로 그리고 그것에서 벗어나는 일정한 브레이크 및 가속에 기인하여, 에너지는 운동학적으로 감소된다. 다음에 에너지는 예를 들어 열, 마찰 손실 에너지등으로 변환된다.
또한, 도 5 에서, 비록 기어 링(40)의 방향에서 스프링 링(34)에 의한 스프링 힘으로써 태양 휘일이 다른 측으로부터 부딪힌다고 할지라도, 기어(28,37)들이 맞물려 있는 위치에서 스위치 링(38)이 태양 휘일(22)을 어떻게 유지하는지 알 수 있다. 이를 통하여, 부하 제한이 시작될 때 태양 휘일(22)이 고정됨으로써 그 어떤 파동과 같은 이송 운동도 수행될 수 없고, 따라서 하우징 디스크(46)에 대향되게 고정된다. 이러한 위치에서, 부하 제한의 레벨은 내측 기어 링(21)의 상기 설명된 움직임에 의해서만 배타적으로 결정되며, 태양 휘일(22)은 고정된 베어링으로서 간주될 수 있다.
도 7 및 도 8a 에서 알 수 있는 바와 같이, 부하 제한이 시작될 때 스위치 링(38)은 운반부(39)에 의해서 유지되어 기어 링으로부터 거리를 두고 기어 링(40) 상에 지지됨으로써, 기어(27,26)들이 맞물릴 수 없다. 스위치 링(38)은 해제 가능한 잠금 메카니즘으로서 기능하여 태양 휘일(22)의 잠김이 마침내 기어(28,27)들의 상호 잠김을 통해 발생된다.
도 8a 내지 도 8c 에 도시된 바와 같이, 스위치 작용이 발생함으로써 구동 디스크(17)에는 포착부(catch, 42)가 제공되며, 포착부는 회전에 의하여 화살표 "S" 의 방향으로 부하를 제한하는 동안에 운반부(39)와 접촉하게 되고, 더 회전하여 운반부를 원주 방향으로 변위시킨다. 원주 방향에서의 변위를 통하여, 운반부(39)는 기어 링(40)에 있는 요부(41) 위로 오고 요부(34)에 있는 스프링 링(34)의 스프링 힘에 의해 밀린다. 명확성을 위해 도 8a 내지 도 8c 에 도시되지 않은 태양 휘일(22)은 스위치 링(38)의 축방향 변위를 통하여 더 이상 축방향으로 지지되지 않으며, 기어(27,37)들 사이에서 자유롭게 움직일 수 있다. 내측 기어 링(21)의 파동과 같은 이송 운동에 의해 발생된 부하의 제한은 태양 휘일(22)의 파동과 같은 이송 운동에 의해 발생된 부하의 제한보다 크기 때문에, 내측 기어 링(21)이 고정된 베어링으로서 기능하는 동안, 태양 휘일(22)은 스위치 링(38)의 위에 설명된 움직임에 의한 스위치 작용 이후에 이송 운동을 수행하기 시작한다. 부하 제한의 레벨은 승객 및 사고의 심각성에 따르기 때문에, 태양 휘일(22)의 파동과 같은 이송 운동에 의해 발생되는 부하 제한의 레벨은 내측 기어 링(21)이 더 이상 고정된 베어링으로서 기능하지 않을 정도로 높을 수 있지만, 진동하는 회전 운동으로 유도되기도 한다. 이러한 경우에, 태양 휘일(22) 및 내측 기어 링(21)의 직렬 연결이 있으며, 내측 기어 링(21)은 동시에 과부하 보안 기능을 가진다.
도 10 에서, 본 발명의 보다 낳은 이해를 위하여, 벨트 추출 속도에 걸쳐 적용된 부하 제한의 변화가 우선 도시된다. 충돌시에 자동차 속도가 직접적으로 제로가 되는 것으로서 이상적으로 가정되는 자동차의 장애물 충격시(TO)에, 승객이 관성 때문에 여전히 전방으로 움직여서 자동차에 단단하게 연결된 벨트 추출기 밖으로 벨트가 당겨지는 것으로부터 벨트 추출 속도가 초래된다. "I" 로 표시된 직선은 현재의 종래 기술에 따른 4000 N 의 비틀림 봉(torsion rod)을 가지고 부하를 제한하는 과정을 나타낸다. 부하 제한의 레벨은 벨트 추출 속도에 독립적이 됨으로써, 그러한 종류의 부하 제한은 승객이나 충돌에 적합화된 것이 아니다. 이에 비교하여, 본 발명에 따른 부하 제한 메카니즘을 가진 부하 제한의 과정은 "II"로 표시되어 있다. 부하의 제한은 벨트 끈 추출 속도의 제곱에 비례하는 것을 알 수 있다. 이것은 높은 벨트 추출 속도에서 진동 시스템의 진동수(frequency)가 더 높으며, 그와 함께 부하 제한 메카니즘을 통하여 소실되는 에너지 및 연결된 부하 제한 레벨도 높다는 것을 구체화한다.
도 11 에서 상이한 사고의 충격 및 승객 유형에 대한 충돌중에 부하 제한의 과정이 도시됨으로써 승객의 제한 기능에 대한 실제의 이용을 보다 잘 이해할 수 있다. 곡선 C1 내지 C4 는, 42 개의 치(teeth)가 교번하여(alternatively) 맞물리고 맞물림에서 벗어나는 도 2 에 따른 본 발명의 부하 제한 메카니즘을 가지면서 35 km/h 의 충돌 속도에서의 부하 제한의 과정을 도시한다. C1 은 HIII 마네킹, 95 % 의 남자에 대한 곡선을 나타내고, C2 는 HIII 마네킹 50 % 의 여자에 대한 곡선을 나타내고, C3 는 HIII 마네킹 5 % 의 여자에 대한 곡선을 나타내고, 마지막으로 C4 는 TNO 10 살의 어린이에 대한 곡선을 나타낸다. 곡선 C1 에 있는 95 % 의 남자가 5 % 의 여자 (곡선 C3) 또는 10 살의 어린이 (곡선 C4) 보다 현저하게 높은 부하 제한에 노출되도록, 부하 제한 메카니즘은 승객들에 대하여 자체를 조절한다. 곡선 A3 에는 50 km/h 의 충돌 속도에서 HIII 마네킹, 5 % 여자에 대한 부하 제한 곡선이 도시되어 있고, 곡선 A2 에는 50 km/h 의 충돌 속도에서 HIII 마네킹, 50 % 남자에 대한 곡선이 도시되어 있다. 다시 한번 명확하게 알 수 있는 바로서, 50 % 의 남자는 5 % 의 여자보다 현저하게 높은 부하 제한에 노출된다. 곡선 A1 은 HIII 마네킹 95 % 남자에 대한 부하 제한 과정을 나타내고, 곡선 A4 는 56 km/h 의 충돌 속도에서 부하 제한 과정을 같은 결과로써 나타낸다. 본 발명에 따른 부하 제한 메카니즘의 부하 제한 레벨은 따라서 승객에 적합화되는 것이다.
곡선 C1 내지 C4 를 곡선 A1 내지 A4 에 비교하면, 충돌 속도도 부하 제한 특성에 현저한 영향을 미친다는 것을 알 수 있으며, 예를 들어, 곡선 A3 및 C3 는 32 km/h 및 50 km/h 의 충돌 속도를 통해서만 상이하다는 점을 알 수 있다. 본 발명에 따른 부하 제한 메카니즘의 부하 제한 레벨은 따라서 충돌에 적합화된다.
더욱이, 50 km/h 의 충돌 속도에서 곡선 B2 에 있는 5 % 여자의 HIII 마네킹의 부하 제한 과정 및 곡선 B1 에 있는 50 % 남자의 HIII 마네킹의 부하 제한 과정에서, 부하 제한 메카니즘은 36 개의 치를 가진다. 곡선 A2 및 B1 은 변화하는 수의 치를 가진 부하 제한 메카니즘을 사용하면서, 동일한 충돌 속도에서 동일한 마네킹에 대한 부하 제한 곡선들을 나타낸다. 36 개 치를 가진 부하 제한 메카니즘의 곡선 B2 은 42 개 치를 가진 부하 제한 메카니즘의 곡선 A2 보다 현저하게 아래에 있다. 따라서 이것은 부하 제한 메카니즘의 감소 및 부하 제한의 레벨이 치(teeth)의 수에 의해 결정적으로 함께 결정되는 점을 설명할 수 있다. 부하 제한 메카니즘이 더 많은 치를 가질수록, 부하 제한 레벨이 더 높아진다.
1.2. 부분 3.5. 기어
5.6. 기어 7. 허브
8. 개구 13.14. 개구

Claims (19)

  1. 서로에 대하여 제어되는 적어도 2 개의 부분들(1,2)을 구비하는 자동차의 부하 제한 장치로서,
    서로에 대하여 움직이는 상기 부분들(1,2)은 결합된 한쌍의 기어들(3,4) 및, 결합된 다른 한쌍의 기어들(5,6)을 구비하고,
    상기 결합된 한쌍의 기어들(3,4)에 대하여 상기 결합된 다른 한쌍의 기어들(5,6)은 오프셋(offset)되고,
    상기 부분들(1,2)의 제어된 움직임은 상기 부분(1)이 상기 다른 부분(2)에 대하여 파동과 같은 이송 운동(wavelike feed motion)을 수행하게 하고, 상기 파동과 같은 이송 운동에 의해 상기 결합된 한쌍의 기어들(3,4) 및 상기 결합된 다른 한쌍의 기어들(5,6)이 번갈아서 맞물림 및 맞물림 해제되는 것을 특징으로 하는, 부하 제한 장치.
  2. 서로에 대하여 제어되는 적어도 2 개의 부분들(10,12,16)을 구비하는 자동차의 부하 제한 장치로서,
    서로에 대하여 움직이는 상기 부분들(10,12,16)은 결합된 한쌍의 기어들(13,15) 및 결합된 다른 한쌍의 기어들(14)을 구비하고,
    상기 결합된 한쌍의 기어들(13,15)에 대하여 상기 결합된 다른 한쌍의 기어들(14)은 오프셋되고,
    상기 부분들(10,12,16)의 제어된 움직임은 상기 부분(10)이 상기 다른 부분(12,16)에 대하여 파동과 같은 이송 운동(wavelike feed motion)을 수행하게 하고, 상기 파동과 같은 이송 운동에 의해 상기 결합된 한쌍의 기어들(13,15) 및 상기 결합된 다른 한쌍의 기어들(14)이 번갈아서 맞물림 및 맞물림 해제되는 것을 특징으로 하는, 부하 제한 장치.
  3. 서로에 대하여 제어되는 적어도 2 개의 부분들(20,21,46,22,40)을 구비하는 자동차의 부하 제한 장치로서,
    서로에 대하여 움직이는 상기 부분들(20,21,46)은 결합된 제 1 쌍의 기어들(24,25) 및 결합된 제 2 쌍의 기어들(23,35)을 구비하고,
    상기 결합된 제 1 쌍의 기어들(24,25)에 대하여 상기 결합된 제 2 쌍의 기어들(23,35)은 서로 오프셋되고,
    서로에 대하여 움직이는 상기 부분들(22,40)은 결합된 제 3 쌍의 기어들(26,27) 및 결합된 제 4 쌍의 기어들(28,37)을 구비하고,
    상기 결합된 제 3 쌍의 기어들(26,27)에 대하여 상기 결합된 제 4 쌍의 기어들(28,37)은 서로 오프셋되고,
    상기 부분들(20,21,46)의 제어된 움직임은 상기 부분(21)이 상기 다른 부분(20,46)에 대하여 파동과 같은 이송 운동(wavelike feed motion)을 수행하게 하고, 상기 파동과 같은 이송 운동에 의해 상기 결합된 제 1 쌍의 기어들(24,25) 및 상기 결합된 제 3 쌍의 기어들(23,35)이 번갈아서 맞물림 및 맞물림 해제되고,
    상기 부분들(22,40)의 제어된 움직임은 상기 부분(22)이 상기 다른 부분(40)에 대하여 파동과 같은 이송 운동(wavelike feed motion)을 수행하게 하고, 상기 파동과 같은 이송 운동에 의해 상기 결합된 제 3 쌍의 기어들(26,27) 및 상기 결합된 제 4 쌍의 기어들(28,37)이 번갈아서 맞물림 및 맞물림 해제되는 것을 특징으로 하는, 부하 제한 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 결합된 한쌍의 기어들(3,4) 및 상기 결합된 다른 쌍의 기어들(5,6)은 대향하는 측에 배치되고, 기어들(3,5)은 상기 부분(1)에서 서로에 대하여 오프셋(offset)되게 배치되는 것을 특징으로 하는, 부하 제한 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 결합된 한쌍의 기어들(13,15) 및 상기 결합된 다른 쌍의 기어들(14)은 대향하는 측에 배치되고, 두개의 기어들(13,14)은 상기 부분(10)에서 서로에 대하여 오프셋(offset)되게 배치되는 것을 특징으로 하는, 부하 제한 장치.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 결합된 제 1 쌍의 기어들(24,25) 및 상기 결합된 제 2 쌍의 기어들(23,35)은 대향하는 측에 배치되고, 2 개의 기어들(23,24)은 상기 부분(21)에서 서로에 대하여 오프셋(offset)되게 배치되고,
    상기 결합된 제 3 쌍의 기어들(26,27) 및 상기 결합된 제 4 쌍의 기어들(28,37)은 대향하는 측에 배치되고, 2 개의 기어들(26,28)은 상기 부분(22)에서 서로에 대하여 오프셋(offset)되게 배치되는 것을 특징으로 하는, 부하 제한 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,
    감쇠 수단이 상기 결합된 기어들 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는, 부하 제한 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 감쇠 수단은 상기 기어들 사이에 배치된 고무 디스크(31,32)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는, 부하 제한 장치.
  9. 제 3 항에 있어서,
    상기 부하 제한 장치는 벨트 수축기의 벨트 샤프트에 배치되고, 상기 파동과 같은 이송 운동(wavelike feed motion)을 수행하는 상기 부분들(21,22)은 상기 벨트 샤프트와 강제 폐쇄 잠김(force closure-locked)되는 것을 특징으로 하는, 부하 제한 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    이송 운동을 수행하는 상기 부분들(21,22)은 축방향 기어(23,24,26,28)를 가진 기어 디스크에 의해 형성되고, 축방향 기어(23,24,26,28)를 가진 기어 디스크는 부하 제한 메카니즘의 하우징에 고정된 기어(25,27,35,37)에 맞물릴 수 있는 것을 특징으로 하는, 부하 제한 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 기어 디스크는 하우징에 고정된 상기 기어(25,27)와 상기 축방향 기어(24,26)의 결합 맞물림(interlocking engagement)의 방향에서 스프링의 부하를 받는 것을 특징으로 하는, 부하 제한 장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 축방향 기어(23,24,26,28)는 상기 기어 디스크의 중심으로 반경 방향으로 향하는 치(teeth)에 의해서 형성되는 것을 특징으로 하는, 부하 제한 장치.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 파동과 같은 이송 운동을 수행하는 상기 부분(21,22)과 벨트 샤프트 사이에 트랜스미션(transmission)이 제공되는 것을 특징으로 하는, 부하 제한 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 기어는 혹성 기어 유닛(47)이고, 벨트 샤프트는 혹성 기어 휘일(19)과 연결되고, 상기 기어 디스크는 태양 휘일(22) 및 내측 기어 링(21)에 의해 형성되고, 태양 휘일 및 내측 기어 링은 상기 혹성 기어 휘일(19)이 맞물리는 반경 방향 기어(29,30)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 부하 제한 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 태양 휘일(22)의 상기 파동과 같은 이송 운동에 의해 발생되는 부하 제한 레벨 및 상기 내측 기어 링(21)의 상기 파동과 같은 이송 운동에 의해 발생되는 부하 제한 레벨은 상이한 것을 특징으로 하는, 부하 제한 장치.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 태양 휘일(22) 및 상기 내측 기어 링(21)은 해제 가능한 잠금 장치(releasable locking mechanism)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 부하 제한 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 해제 가능한 잠금 장치는 상기 파동과 같은 이송 운동 동안에 저부하 제한 레벨(lower load limiting level)을 발생시키는 것을 특징으로 하는, 부하 제한 장치.
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 부하 제한 장치는 하우징(48)을 구비하고, 상기 하우징(48)과 벨트 샤프트 및 상기 혹성 기어 유닛(47) 사이에 회전 각도를 제한하기 위한 수단이 제공되는 것을 특징으로 하는, 부하 제한 장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 수단은, 상기 하우징(48)에 할당된 기어(44,45) 및 벨트 샤프트에 할당된 기어에 맞물린 하나 또는 복수개의 기어 휘일(43a,43b), 상기 혹성 기어 유닛(47)에 할당되거나 벨트 샤프트와 강제 폐쇄 잠김되어 있는 구동 디스크(17)에 할당된 기어에 의해 형성되고, 상기 2 개의 기어(44,45)들에 의해 형성된 채널은 단부를 향하여 테이퍼지는 것을 특징으로 하는, 부하 제한 장치.
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