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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Sicherheitsgurtaufroller.
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Allgemein
umfasst ein Sicherheitsgurtaufroller eine Haspel oder Spule mit
einem kreisförmigen Querschnitt.
Das Sicherheitsgurtband ist an der Spule angebracht und um sie gewickelt
und die Spule ist auf einer Spulenachse montiert, so dass sie im
Aufroller zum Aufrollen von Gurtband durch die Wirkung einer Aufrollerfeder
und zum Ausziehen von Gurtband unter dem Einfluss von relativ sanfter
vorwärtsgerichteter
Bewegung eines Fahrzeuginsassen drehbar ist, um zum Beispiel mit
dem Sitzen im Fahrzeug assoziierte normale Bewegungen wie das Greifen nach
vom zum Aktivieren eines Radios oder Fensterhebers oder zum Erreichen
eines Handschuhfachs oder einer Aufnahme in einer Tür zuzulassen.
Bei einer Kollision aktiviert die extremere Bewegungsenergie des
Fahrzeuginsassen einen Kollisionssensor, der die Spule gegen Drehung
sperrt und dadurch die Vorwärtsbewegung
des Fahrzeuginsassen und Verletzung aufgrund des Zusammenprallen
des Fahrzeuginsassen mit dem Innenaufbau des Fahrzeugs verhindert.
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Dieses
plötzliche
Blockieren der Sicherheitsgurtspule bei einer Kollision an sich
kann aber aufgrund des plötzlichen
Aufprallen des Körpers
auf das Gurtband manchmal schon eine Verletzung des Fahrzeuginsassen
verursachen. Dies trifft besonders auf schwere Unfälle zu.
In jüngerer
Zeit wurde dieses Problem erkannt und einige Lösungen wurden vorgeschlagen.
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Bin
bekanntes System ist das Bewirken von Kraftbegrenzung durch Zwischenlegen
eines plastisch oder elastisch verformbaren Elements in den Kraftweg.
Zum Beispiel kann ein Drehstab in die Spule eingebaut werden. Ein
Drehstab ist aus Stahl hergestellt, der sich verdreht, wenn ein
hohes Drehmoment auf ihn ausgeübt
wird, und sich sieben oder acht Mal drehen kann, während er
intakt bleibt. Er ist mit beiden Enden einer geteilten Spule verbunden. Ein
Ende der Spule wird von einem Sperr-Ring gegen Drehung festgehalten,
in den eine tragende Sperrklinke eingreift, wenn ein Kollisionssensor
Gefahr anzeigt. Das andere Ende der Spule wird durch seine Verbindung
mit dem Sperr-Ring über
den Drehstab am Drehen gehindert, aber wenn die Kollisionkräfte ein
vorbestimmtes Niveau überschreiten,
verdreht sich der Drehstab und erlaubt ein begrenztes kontrolliertes
weiteres Ausziehen von Gurtband, allgemein im Verhältnis zur
Bewegungsenergie des Fahrzeuginsassen in dem Augenblick, in dem
ein Kollisionszustand erfasst wird. Dieses Ausziehen verringert die
ansonsten erheblichen Rückhaltekräfte auf
den Fahrzeuginsassen bei hoher Geschwindigkeit, besonders während der
anfänglichen
Augenblicke einer Kollision.
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Drehstäbe sind
aber komplex und kostspielig herzustellen und lassen sich nicht
leicht an verschiedene Bedingungen anpassen, wie z.B. verschiedene Fahrzeugeigenschaften
oder verschieden große
und schwere Fahrzeuginsassen.
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Bin
weiterer Sicherheitsgurtaufroller ist aus
US 6216972 B1 bekannt, das
alle Merkmale des Oberbegriffs von Anspruch 1 offenbart. Dieser
Sicherheitsgurtaufroller hat einen relativ komplizierten Aufbau.
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Es
besteht ein Bedarf an einem weniger kostspieligen und weniger komplexen
Lastbegrenzungssystem.
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Der
vorliegenden Erfindung gemäß ist ein
Sicherheitsgurtaufroller vorgesehen, der Folgendes umfasst: eine
rotationsfähig
im Aufroller montierte Spule zum Aufrollen oder Ausziehen von Sicherheitsgurtband
in Abhängigkeit
von der Drehrichtung der Spule; einen an einem Ende der Spule angebrachten Sperr-Ring;
ein Mittel zum Sperren des Sperr-Rings gegen Drehung, wenn ein Aufprall erfasst
wird; und ein Kraftbegrenzungsmittel, das weiteres Ausziehen des
Sicherheitsgurtbandes zulässt,
nachdem der Sperr-Ring unter dem Einfluss der Vorwärtsbewegung
eines Fahrzeuginsassen blockiert hat, dadurch gekennzeichnet, dass
das Kraftbegrenzungsmittel ein Stück Draht umfasst, das an einem
Ende von entweder der Spule oder dem Sperr-Ring angebracht ist und
in einer von dem genannten einen Ende beabstandeten Entfernung auf
einen Stift aufgewickelt ist, der jeweils umgekehrt an dem Sperr-Ring
bzw. der Spule befestigt ist, so dass der Draht unter dem Einfluss
von Aufprallkräften über einem
vorbestimmten Wert um den Stift gezogen wird.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine isometrische Darstellung eines Teils eines Sicherheitsgurtaufrollers
gemäß dem Stand
der Technik.
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2 ist
eine isometrische Darstellung, teilweise im Schnitt, eines Teils
des Sicherheitsgurtaufrollers von 1, der eine
erste Ausgestaltung eines Lastbegrenzungsmechanismus vor der Lastbegrenzung
beinhaltet.
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3 ist
eine isometrische Darstellung, teilweise im Schnitt, eines Teils
des Sicherheitsgurtaufrollers von 1, der eine
erste Ausgestaltung eines Lastbegrenzungsmechanismus nach der Lastbegrenzung
beinhaltet.
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4 ist
eine Draufsicht, die den Lastbegrenzungsmechanismus von 2 und 3 vor der
Lastbegrenzung detaillierter darstellt.
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5 ist
eine Draufsicht, die den Lastbegrenzungsmechanismus von 2 und 3 nach der
Lastbegrenzung detaillierter darstellt.
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6 ist
eine auseinandergezogene isometrische Darstellung eines Sicherheitsgurtaufrollers
gemäß einer
zweiten Ausgestaltung der Erfindung.
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7 ist
eine isometrische Darstellung, teilweise im Schnitt, eines Teils
des Sicherheitsgurtaufrollers von 6 vor der
Lastbegrenzung.
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8 ist
eine isometrische Darstellung, teilweise im Schnitt, eines Teils
des Sicherheitsgurtaufrollers von 6 nach der
Lastbegrenzung.
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9 ist
eine detailliertere Draufsicht des Lastbegrenzungsmechanismus der 6 bis 8 vor
der Lastbegrenzung.
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10 ist
eine detailliertere Draufsicht des Lastbegrenzungsmechanismus der 6 bis 8 vor
der Lastbegrenzung.
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11 ist
eine isometrische Darstellung, teilweise im Schnitt, eines Teils
des Sicherheitsgurtaufrollers gemäß einer dritten Ausgestaltung
der Erfindung nach der Lastbegrenzung.
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12 ist
eine Draufsicht des Lastbegrenzungsmechanismus von 11 nach
der Lastbegrenzung.
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13 illustriert
eine weitere alternative Wicklungsanordnung.
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14 illustriert
noch eine weitere alternative Wicklungsanordnung.
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15 illustriert
noch eine weitere alternative Wicklungsanordnung vor der Lastbegrenzung.
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16 illustriert
noch eine weitere alternative Wicklungsanordnung während der
Lastbegrenzung.
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17 ist
ein Diagramm der Last im Verhältnis
zur Verschiebung für
die Ausgestaltung der 15 und 16.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die
Lastbegrenzungsanordnung der vorliegenden Erfindung kann in einem
traditionellen Sicherheitsgurtaufroller verwendet werden, der fachkundigen
Personen gut bekannt ist. Ein derartiger Sicherheitsgurtaufroller
wird in 1 allgemein dargestellt und umfasst eine zylindrische
Aufrollerspule 1, die rotationsfähig in einem Rahmen 8 montiert
ist zum Aufrollen oder Ausziehen von Sicherheitsgurtband (nicht
abgebildet).
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Bei
einer Kollision aktiviert ein Sensor einen Sperrmechanismus zum
Bewegen eines Sperrstücks 10,
sodass es mit den Zähnen
eines an einem Ende der Spule 1 befestigten Sperr-Rings 3 in
Eingriff kommt, vorbehaltlich weiterer Bewegung aufgrund von Lastbegrenzungsanordnungen.
Dies verhindert die Drehung der Spule. Das andere Ende der Spule 1 ist
mit einem Aufrollfedermechanismus (nicht abgebildet) verbunden,
der eine Schraubenfeder vom Uhrfedertyp umfasst, die die Spule 1 auf
einen Gurtaufrollzustand vorspannt.
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Eine
Lastbegrenzungsanordnung gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst einen Draht 4, der zwischen dem Sperr-Ring 3 und
der Spule 1 eingesetzt ist, zum Beispiel zwischen dem Sperr-Ring 3 und
einer Spulenspindel 20. Dies kann eine beliebige aus einer
Reihe von verschiedenen Ausgestaltungen haben, wie die in den 2 bis 5 gezeigten
oder die in den 6 bis 10 gezeigten
oder die in 11 und 13 gezeigten
mit den in einer beliebigen der 13 bis 16 gezeigten
Modifikationen.
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2 bis 5 illustrieren
eine erste Ausgestaltung der Erfindung, in der der Draht 4 durch
Hindurchführen
durch ein Loch 21 in der Spulenspindel an der Spulenspindel 20 angebracht
ist und um einen Stift 6, der an der Spulenseite des Sperr-Rings 3 befestigt
ist, gewendelt ist. Die Spindel 20 ist an der Spule 1 befestigt
und die Wendel des Drahts 4 sind so angeordnet, dass sie
spiralförmig
am Stift 6 entlang gewickelt sind. Der Draht ist in 4 in
Draufsicht gezeigt. In den 3 und 5 wird
die Anordnung des Drahts während
der Lastbegrenzung gezeigt, wenn der Draht 4 sich um die
Spindel 20 wickelt.
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Gemäß anderen
Ausgestaltungen der Erfindung gibt es eine Mehrzahl von Stiften
und der Draht kann mit einer einzelnen Windung oder mehreren Windungen
oder einem Gemisch aus einzelnen und mehreren Windungen um jeden
gewickelt werden, um die Lastbegrenzungswirkung auf die erforderlichen
Windungen abzustimmen, um die Lastbegrenzungswirkung auf das gewünschte Niveau
für die
vorgesehene Anwendung abzustimmen.
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6 bis 10 illustrieren
eine zweite Ausgestaltung der Erfindung, die eine Mehrzahl von Stiften 6a, 6b, 6c umfasst,
die alle am Sperr-Ring 3 angebracht sind. Der Draht 4 ist
durch ein gebogenes Ende 30 des Drahts, das in ein Loch 31 in
der Spindel passt, an der Spulenspindel 20 angebracht.
Der Draht ist dann um jeden Stift 6a, 6b und 6c gebogen. Dies
ergibt einen einstufigen Lastbegrenzer. Der Draht 4 ist
um alle Stifte 6a, 6b, 6c herum gezogen und
die Lastbegrenzungslast kann durch Erhöhen der Stiftezahl vergrößert werden. 6 zeigt
die Ausgestaltung dessen in einer auseinandergezogenen Darstellung. 7 zeigt
die Anordnung in zusammengebauter Darstellung vor der Lastbegrenzung,
wobei der Draht 4 gegenüber
der in 6 gezeigten Ausgangskonfiguration unverändert ist. 9 zeigt
diese in Draufsicht. 8 und 10 zeigen
diese Ausgestaltung nach der Lastbegrenzung, wobei der Draht 4 um
den Zapfen 21 der Spulenspindel 20 gewickelt ist.
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11 und 12 illustrieren
eine dritte Ausgestaltung der Erfindung, die drei am Sperr-Ring 3 befestigte
Stifte 6a, 6b und 6c umfasst. In dieser Ausgestaltung
ist der Draht am Spulenspindelzapfen 21 verankert und in
mehrfachen Windungen um zwei der Stifte 6a und 6c und
teilweise um den dritten Stift 6b, der zwischen den ersten
beiden Stiften angeordnet ist, gewickelt. Während der Lastbegrenzung wickelt
sich der Draht beim Drehen der Spule von den mehreren Windungen
um den Stift 6a, 6b und 6c ab und wird
auf den Spulenspindelzapfen 21 aufgewickelt. Diese Anordnung
ergibt einen hohen Grad an Lastbegrenzung. Selbstverständlich kann
der Draht in der Ausgangskonfiguration in jeder beliebigen Zahl von
Windungen um jeden Stift 6a, 6b und 6c gelegt sein
und es sind viele Möglichkeiten
zum Abstimmen der Lastbegrenzungsreaktion auf die jeweiligen erforderlichen
Bedingungen vorgesehen. Die Anordnung kann so sein, dass der Draht 4 anfänglich um
die Stifte 6a, 6b und 6c gelegt ist,
im Lauf der Lastbegrenzung aber vollständig vom ersten Stift 6a und/oder dem
zweiten Stift 6b heruntergezogen werden kann. Dies ergibt
effektiv eine zweistufige Lastbegrenzung, weil die Lastbegrenzung
anfänglich
auf einem hohen Niveau erfolgt, wenn der Draht 4 um jeden
Stift gebogen ist, und auf einem niedrigeren Niveau, wenn der Draht
vom ersten Stift 6a abgewickelt ist. Die Leistung der Lastbegrenzung
kann durch Ändern
der Zahl der um jeden Stift gelegten Wendel, des Wicklungswinkels,
des Drahtdurchmessers und der Anzahl von Drähten abgestimmt werden.
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13 illustriert
eine vierte Ausgestaltung der Erfindung. Der Draht kann so angeordnet
sein, dass er radial oder spiralförmig entlang der Achse des
Stifts oder der Stifte gewickelt ist. Wenn eine axiale Wicklung
verwendet wird, nimmt das zum Wickeln des Drahts erforderliche Drehmoment
bei zunehmendem Winkel des Wendels ab, und diese Charakeristik kann
weiter ausgenutzt werden, um die Lastbegrenzungseigenschaften für die Anwendung passend
abzustimmen. Ein einzelner Stift 6 wird am Sperr-Ring befestigt
gezeigt und der Draht 4 ist in nebeneinander liegenden
Windungen, d.h. spiralförmig, mehrmals
um den Spindelzapfen 21 gewickelt. Alternativ kann der
Draht 4 auf radiale Weise wie eine Uhrfeder auf die Spindel 21 gewendelt
sein, wie in 14 illustriert wird, wobei ein
Führungselement 40 zum
Stützen
der Radialwendel von Draht 4 am Sperr-Ring 3 angebracht
ist.
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In 15 und 16 sind
zwei Stifte 6d und 6e einander diametral entgegengesetzt
auf jeder Seite des Spindelzapfens 21 angeordnet. 15 illustriert
diese Ausgestaltung vor der Lastbegrenzung, wobei der Draht am Spindelzapfen 21 angebracht und
ein paarmal um jeden Stift 6d und 6e gewendelt ist. 16 illustriert
diese Ausgestaltung nach der Lastbegrenzung, wobei der Draht 4 von
einem Stift 6e abgewickelt und auf den Zapfen 21 gewendelt
ist. Dies ergibt ebenfalls effektiv eine zweistufige Lastbegrenzung,
wie unten mit Bezug auf das in 17 gezeigte
Diagramm erläutert
wird.
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17 ist
ein Diagramm der Last im Verhältnis
zur Verschiebung und der Abschnitt A betrifft beide von einem Draht 4 in
Eingriff genommenen Stifte 6d und 6e, während Abschnitt
B nur den einen vom Draht 4 in Eingriff genommenen Stift 6d betrifft.
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Vorzugsweise
ist der Draht in mehreren Windungen um den Stift gewickelt. Der
Draht benötigt Energie,
um sich um den Stift zu verformen (dies ist als Windeneffekt bekannt),
und dies erzeugt die Lastbegrenzungswirkung.
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Das
Ende des Drahts, das verankert ist, kann an einer Spindel angebracht
sein, vorzugsweise im Spulenkörper,
und der Draht wickelt sich auch um die Spindel, die daher als Kabelrolle
wirkt, die den um den Stift gezogenen Draht aufnimmt und zum Lastbegrenzungseffekt
beiträgt.
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Der
Draht kann aus Stahl mit einem ersten geraden Abschnitt oder einer
geringen Krümmung gefolgt
von einem oder mehreren Wendeln und gefolgt von einem zweiten geraden
Abschnitt vorgeformt sein. Der Stift kann dann durch die Wicklungen gesteckt
werden und am ersten geraden Abschnitt kann eine Blockierung oder
ein Anschlag angebracht werden, um zu verhindern, dass sich der
Draht abwickelt.
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Ein
Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass sie relativ kostengünstig ausgeführt werden kann
und der Lastbegrenzungseffekt durch Ändern des Durchmessers des
Drahts, des Materials des Drahts, der Anzahl von Windungen des Drahts
um den Stift, des Stiftdurchmessers oder der Anzahl von Drähten leicht
geändert
werden kann.