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WO2012059146A1 - Kraftbegrenzungsvorrichtung, gurtaufroller mit kraftfbegrenzungsvorrichtung und verfahren zum umschalten einer kraftbegrenzungsvorrichtung - Google Patents

Kraftbegrenzungsvorrichtung, gurtaufroller mit kraftfbegrenzungsvorrichtung und verfahren zum umschalten einer kraftbegrenzungsvorrichtung Download PDF

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Publication number
WO2012059146A1
WO2012059146A1 PCT/EP2011/004023 EP2011004023W WO2012059146A1 WO 2012059146 A1 WO2012059146 A1 WO 2012059146A1 EP 2011004023 W EP2011004023 W EP 2011004023W WO 2012059146 A1 WO2012059146 A1 WO 2012059146A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
force
limiting device
force limiting
deformation
switching
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2011/004023
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Roehrle
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ZF Automotive Germany GmbH
Original Assignee
TRW Automotive GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by TRW Automotive GmbH filed Critical TRW Automotive GmbH
Priority to DE112011103663T priority Critical patent/DE112011103663A5/de
Priority to US13/881,760 priority patent/US9751494B2/en
Priority to CN201180053308.7A priority patent/CN103228494B/zh
Publication of WO2012059146A1 publication Critical patent/WO2012059146A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R22/00—Safety belts or body harnesses in vehicles
    • B60R22/34—Belt retractors, e.g. reels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R22/00—Safety belts or body harnesses in vehicles
    • B60R22/34—Belt retractors, e.g. reels
    • B60R22/341—Belt retractors, e.g. reels comprising energy-absorbing means
    • B60R22/3413—Belt retractors, e.g. reels comprising energy-absorbing means operating between belt reel and retractor frame
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • B60R22/00—Safety belts or body harnesses in vehicles
    • B60R22/28—Safety belts or body harnesses in vehicles incorporating energy-absorbing devices
    • B60R2022/286—Safety belts or body harnesses in vehicles incorporating energy-absorbing devices using deformation of material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R22/00—Safety belts or body harnesses in vehicles
    • B60R22/28—Safety belts or body harnesses in vehicles incorporating energy-absorbing devices
    • B60R2022/288—Safety belts or body harnesses in vehicles incorporating energy-absorbing devices with means to adjust or regulate the amount of energy to be absorbed

Definitions

  • the invention relates to a force limiting device for a belt retractor and a belt retractor with a force limiting device.
  • the invention further relates to a method for switching a force limiting device for a Gurtroller.
  • Belt retractor with a force limiting device that prevents in a case of restraint excessive growth of force acting on a vehicle occupant by a seat belt force are known in various embodiments. It is generally desirable to adapt the characteristic of the restraining force to the vehicle occupants (height, weight, etc.) and / or to adjust to the current situation. It is customary to initially provide a high level of force in each case. But if a lower retention force is sufficient, for example, in a light vehicle occupant, switching to a lower power level can be provided after a defined time to relieve the vehicle occupant according to its weight.
  • a belt retractor with a force limiting device which offers such functionality is shown for example in DE 10 2008 063 639 A1.
  • the object of the invention is to enable a belt retractor with a force limiting device to switch from a higher level of force to a predetermined lower level of force so that the predetermined lower level of force is achieved and maintained as quickly as possible.
  • the force limiting device according to the invention for a belt retractor is switchable during a force limiting phase by means of a switching device from a higher retaining force level to a lower retaining force level, wherein the second retaining force level is largely determined by a work performance of at least one force limiting element.
  • the switching device is according to the invention set up so that it makes a significant proportion of work when switching, which adds to the work of the force limiting element and thus increases the retention force of the force limiting device temporarily.
  • the invention is based on the recognition that the oscillation occurring when switching to the lower force level can be damped by suitable measures.
  • a first undershoot of the characteristic below the predetermined lower force level (“switching jump") is completely or at least compensated to the extent that the amplitude of any subsequent oscillation is significantly reduced by the additional work of the switching device.
  • switching jump a "significant" working portion of the switching device to understand a share of work, which goes beyond pure movement and friction components of the components involved in switching.
  • the switching device thus fulfills the task of a damping device in addition to its actual task - the switching to the lower force level.
  • a significant advantage of the damping function according to the invention is that it is provided by the concept precisely at the time of switching.
  • the switching means comprises a deformation element, which is preferably plastically deformed during switching.
  • the deformation element In order for the deformation work done to add to the performance of the force limiting element which decisively determines the low force level, the deformation element itself must be located in the force flow of the force limiting device during deformation, or be deformed by a component arranged in the force flow.
  • the size of the working portion to be provided by the switching device can be adjusted selectively by selecting the material, dimensioning or shaping of the deformation element and / or its immediate installation environment.
  • a securing element is preferably provided which can be transferred from a securing position in which it prevents the deformation of the deformation element into a release position in which it allows the deformation element to be deformed.
  • the securing element can be transferred in particular by a drivable actuator from the securing position to the release position.
  • the deformation element is designed so that it releases a transmission element by its deformation.
  • the deformation element itself acts as a switch, which can be referred to as a "damped" switch due to the deformation work to be performed.
  • the transmission element is held before its release by means of at least one blocking element on a vehicle-fixed component, wherein the blocking element is convertible into an unlocking position in which the transmission element is released.
  • the blocking element and the transmission element are arranged and coordinated that a defined movement of the transmission element forces the blocking element in the unlocked position. Accordingly, no further components or measures are necessary to release the transmission element. If during the force limitation, for example, a torque acts on the transmission element, which causes a rotation of the transmission element after a release, only the rotational movement of the transmission element causes the transfer of the blocking element in the unlocked position.
  • the blocking element and / or the deformation element have a ramp-like portion.
  • the deformation element can be integrated in a component of the force-limiting device, in particular in a vehicle-fixed component, but it can also be designed as a separate component.
  • the switching device is set up so that it also co-determines the course of the second force level after switching over a significant period of time. In this way, it is possible to influence the characteristic of the force limiting device in a targeted manner.
  • the invention also provides a belt retractor for a motor vehicle with a force limiting device according to the invention.
  • the object of the invention is also achieved by a method for switching a force limiting device from a higher retention force level to a lower retention force level. The method comprises the following steps:
  • FIG. 1 is a simplified force-time diagram of a force limiting device
  • FIG. 2 shows an actual force-time diagram of a force limiting device according to the prior art
  • FIG. 3 shows a part of a force limiting device according to the invention according to a first embodiment in a perspective view before switching
  • FIG. 4 is a side sectional view of the force limiting device in the state according to FIG. 3;
  • FIG. 5 is a plan view of the force limiting device in the state of Figure 3;
  • FIG. 6 shows the force limiting device of FIG. 3 after switching over
  • FIG. 7 is a side sectional view of the force limiting device in the state according to FIG. 6;
  • FIG. 8 is a plan view of the force limiting device in the state of Figure 6 without safety lever;
  • FIG. 9 is another perspective view of the force limiting device in the state of Figure 6;
  • - Figure 10 is a schematic plan view of essential components of a force limiting device according to the invention according to a second embodiment before switching;
  • FIG. 1 the force limiting device of Figure 10 after switching
  • - Figure 12 is a schematic plan view of essential components of a force limiting device according to the invention according to a third embodiment before switching;
  • FIG. 13 shows a side sectional view of the force limiting device in the state according to FIG. 12;
  • FIG. 14 shows the force limiting device from FIG. 12 after switching over
  • - Figure 15 is a sectional side view of the force limiting device in the state of Figure 14; - Figure 16 is a force-time diagram of a deformation element of a force limiting device according to the invention.
  • FIG. 17 is a force-time diagram of a force limiting device according to the invention with the deformation element.
  • FIG. 1 shows a simplified or idealized time profile of a restraint force acting on a light vehicle occupant in a safety belt system of a motor vehicle in the event that a force limitation takes place. After a defined period of time, a switch is made from a predetermined higher force level F1 to a predetermined lower force level F2 sufficient for the light vehicle occupant.
  • the higher force level F1 can be determined, for example, by the working power of a torsion bar, the lower force level F2, for example, by the working power of a so-called corrugated disk, as described in the aforementioned DE 10 2008 063 639 A1.
  • Type, number and structure of the force limiting devices with the associated force limiting elements are not of crucial importance to the invention. It is essential that the possibility of switching from a higher to a lower level of force is provided.
  • FIG. 2 shows a real profile of the characteristic from FIG. 1.
  • the deviations from the idealized course can be explained as follows.
  • the safety belt system is initially biased by the force F1.
  • certain components of the safety belt system such as the webbing, elastically biased.
  • the force level first falls significantly below the desired lower force level F2.
  • the oscillation, in particular the undesirable "undershooting" below the lower force level F2 continues over a period of time, albeit with decreasing amplitude.
  • FIGS. 3 to 9 show a first exemplary embodiment of a force-limiting device for a belt retractor with which the vibration described above is damped.
  • the basic mode of operation of the force limiting devices with the associated force limiting elements is known from DE 10 2008 063 639 A1, so that it need not be discussed in more detail here.
  • FIGS. 3 to 5 show the force limiting device in a state where a higher level of the restraining force is provided.
  • a transmission element 10 located in the force flow of the force limiting device, here in the form of a ratchet wheel. More specifically, the transmission element 10, on which a high torque is applied, but which is initially held in a rotationally fixed manner on a frame 12 (blocked), must be unlocked so that it can be rotated about its central axis.
  • the transmission element 10 located in the force flow of the force limiting device, here in the form of a ratchet wheel. More specifically, the transmission element 10, on which a high torque is applied, but which is initially held in a rotationally fixed manner on a frame 12 (blocked), must be unlocked so that it can be rotated about its central axis. As can be seen in particular in Figure 5, the transmission element
  • the blocking element 16 is integrated in a frame-fixed component 18 of the force limiting device, which in turn is fixed to the vehicle in the installed state of the force limiting device.
  • the blocking element 16 is integrally formed with a so-called. Corrugated disc, which is fixedly connected to the frame 12.
  • the blocking element 16 is secured by a securing element 20, here in the form of a pivotable safety lever, of which only one projection 22 is shown in FIG.
  • the projection 22 of the securing element 20 is clamped between the blocking element 16 and a support portion 24 of the frame-fixed component 18 (corrugated disk), and does not permit movement of the blocking element 16 out of the recess 14.
  • the transmission element 10 is thus prevented from rotating.
  • the securing element 20 is moved to a release position.
  • the safety lever is pivoted so that its neck 22 no longer obstructs the blocking element 16, as shown in Figures 6 and 7.
  • an actuator 26 may be used with a motor, pyrotechnic or other suitable drive 28, activating the switching triggers.
  • the blocking element 16 can be converted into an unlocked position in which the blocking of the transmission element 10 is canceled. Due to the ramp-like shape of the recess 14 of the transmission element 10 and the blocking element 16 (free end of the bending lever), the blocking element 16 is pushed so far by rotation of the transmission element 10 so far out that the blocking element 16 no longer acts on the transmission element 10. In this case, the blocking element 16 is plastically deformed, which is why it can also be referred to here as a deformation element 16. Due to the plastic deformation, the blocking element 16 remains in the unlocked position. This condition can be seen in FIGS. 8 and 9.
  • FIG. 10 and 11 another embodiment of a switchable force limiting device is shown.
  • a blocking member 16 'in the form of a pivot lever blocks the rotation of a transmission member 10' relative to the blocking member 16 'bearing member 18', which is required for switching to a lower level of force.
  • the blocking element 16 ' is initially secured by a securing element 20' in the form of a rigid, stable support ring, wherein a deformable intermediate ring 30 or intermediate ring section is still arranged between the blocking element 16 'and the securing element 20 ".
  • the intermediate ring (section) 30 serves here as a deformation element and is designed so that the blocking element 16 'pushed outwards by the transmission element 10' deforms the deformation element 30 when the securing is released by the securing element 20 ', as shown in FIG. 11 ,
  • the work to be done here depends on the material and the dimensioning of the intermediate ring (section) s 30.
  • FIGS and 13 Another similar embodiment of a switchable force limiting device is shown in Figures 12 to 15.
  • two blocking elements 16 are provided which block a rotation of a transmission element 10" against which a torque is applied.
  • the blocking elements 16 are secured in turn by a securing element 20" in the form of a support ring which prevents a radial movement of the blocking elements 16 "Between the blocking elements 16" and the securing element 20 "an intermediate ring serving as a deformation element 30 'is arranged (see FIGS and 13).
  • the transmission element 10 can push the blocking elements 16 "outwards, causing deformation work to be carried out on the deformation element 30.
  • the securing element 20 deforms into an ellipse, as can be seen in FIG. 14.
  • FIG. 16 shows, by way of example for all embodiments, only the working portion which is required when switching to the lower force level in order to isolate the deformation element 16; 30; 30 'to deform.
  • Figure 17 which shows the characteristic of a force limiting device according to the invention, it can be seen that the deformation work is performed exactly at the time at which the restraining force would be undershot. The deformation work thus compensates for this undershoot, so that the predetermined lower force level is quickly reached and maintained thereafter.
  • a plurality of blocking elements 16; 16 '; 16 " but also a plurality of deformation elements 16, 30, 30 '.
  • the force-limiting device can also be designed such that over a longer period of time, ie beyond the switching process, Deformation work is done, in particular to obtain a more gentle sloping characteristic. This can be done, for example, by providing a plurality of deformation elements 16; 30; 30 'are reached, which are deformed in time staggered.

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Abstract

Eine Kraftbegrenzungsvorrichtung für einen Gurtaufroller ist während einer Kraftbegrenzungsphase mittels einer Umschalteinrichtung von einem höheren Rückhaltekraftniveau auf ein niedrigeres Rückhaltekraftniveau umschaltbar, wobei das zweite Rückhaltekraftniveau größtenteils durch eine Arbeitsleistung wenigstens eines Kraftbegrenzungselements bestimmt ist. Die Umschalteinrichtung ist so eingerichtet, dass sie beim Umschalten einen signifikanten Arbeitsanteil leistet, der sich zur Arbeitsleistung des Kraftbegrenzungselements addiert und so die Rückhaltekraft der Kraftbegrenzungsvorrichtung temporär erhöht. Auf diese Weise wird ein Unterschwingen der Kennlinie der Kraftbegrenzungsvorrichtung beim Umschalten auf das niedrigere Rückhaltekraftniveau kompensiert.

Description

Kraftbegrenzungsvorrichtung, Gurtaufroller mit
Kraftbegrenzungsvorrichtung und Verfahren zum Umschalten einer
Kraftbegrenzungsvorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Kraftbegrenzungsvorrichtung für einen Gurtaufroller sowie einen Gurtaufroller mit einer Kraftbegrenzungsvorrichtung. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Umschalten einer Kraftbegrenzungsvorrichtung für einen Gurtroller.
Gurtaufroller mit einer Kraftbegrenzungsvorrichtung, die in einem Rückhaltefall ein zu starkes Anwachsen der durch einen Sicherheitsgurt auf einen Fahrzeuginsassen wirkenden Kraft verhindert, sind in verschiedenen Ausführungen bekannt. Es ist allgemein wünschenswert, die Kennlinie der Rückhaltekraft an den Fahrzeuginsassen (Größe, Gewicht, etc.) anzupassen und/oder auf die aktuelle Situation einzustellen. Üblich ist es, zunächst in jedem Fall ein hohes Kraftniveau bereitzustellen. Falls aber eine geringere Rückhaltekraft ausreichend ist, beispielsweise bei einem leichten Fahrzeuginsassen, kann nach einer definierten Zeit ein Umschalten auf ein niedrigeres Kraftniveau vorgesehen sein, um den Fahrzeuginsassen seinem Gewicht entsprechend zu entlasten. Ein Gurtaufroller mit einer Kraftbegrenzungsvorrichtung, die eine solche Funktionalität bietet, ist beispielsweise in der DE 10 2008 063 639 A1 gezeigt.
Beim Umschalten auf das niedrigere Kraftniveau kann durch den abrupten Kraftabfall das elastisch vorgespannte Gurtsystem zur Schwingung angeregt werden, die im Hinblick auf eine optimale Insassenrückhaltung grundsätzlich unerwünscht ist.
BESTÄTIGUNGSKOPIE Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem Gurtaufroller mit einer Kraftbegrenzungsvorrichtung ein Umschalten von einem höheren Kraftniveau auf ein vorbestimmtes niedrigeres Kraftniveau so zu ermöglichen, dass das vorbestimmte niedrigere Kraftniveau möglichst schnell erreicht und beibehalten wird.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Kraftbegrenzungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , durch einen Gurtaufroller mit den Merkmalen des Anspruchs 12 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 13. Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Kraftbegrenzungsvorrichtung, des erfindungsgemäßen Gurtaufrollers sowie des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den zugehörigen Unteransprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße Kraftbegrenzungsvorrichtung für einen Gurtaufroller ist während einer Kraftbegrenzungsphase mittels einer Umschalteinrichtung von einem höheren Rückhaltekraftniveau auf ein niedrigeres Rückhaltekraftniveau umschaltbar, wobei das zweite Rückhaltekraftniveau größtenteils durch eine Arbeitsleistung wenigstens eines Kraftbegrenzungselements bestimmt ist. Die Umschalteinrichtung ist gemäß der Erfindung so eingerichtet, dass sie beim Umschalten einen signifikanten Arbeitsanteil leistet, der sich zur Arbeitsleistung des Kraftbegrenzungselements addiert und so die Rückhaltekraft der Kraftbegrenzungsvorrichtung temporär erhöht.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die beim Umschalten auf das niedrigere Kraftniveau auftretende Schwingung durch geeignete Maßnahmen gedämpft werden kann. Insbesondere ein erstes Unterschwingen der Kennlinie unter das vorbestimmte niedrigere Kraftniveau ("Schaltsprung") wird durch die zusätzliche Arbeitsleistung der Umschalteinrichtung vollständig oder zumindest soweit kompensiert, dass die Amplitude einer etwaigen nachfolgenden Schwingung erheblich reduziert ist. Dementsprechend ist unter einem "signifikanten" Arbeitsanteil der Umschalteinrichtung ein Arbeitsanteil zu verstehen, der über reine Bewegungs- und Reibungsanteile der beteiligten Komponenten beim Umschalten hinausgeht. Die Umschaltvorrichtung erfüllt somit neben ihrer eigentlichen Aufgabe - dem Umschalten auf das niedrigere Kraftniveau - zusätzlich die Aufgabe einer Dämpfungseinrichtung. Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Dämpfungsfunktion ist, dass sie konzeptbedingt genau zum Zeitpunkt des Umschaltens bereitgestellt wird. Eine mechanisch vergleichsweise einfache Umsetzung des Erfindungsgedankens ergibt sich, wenn der zusätzliche Arbeitsanteil durch eine Verformung geleistet wird. Dementsprechend ist bei den bevorzugten Ausführungsformen vorgesehen, dass die Umschalteinrichtung ein Deformationselement aufweist, das beim Umschalten vorzugsweise plastisch verformt wird. Damit sich die geleistete Verformungsarbeit zur Arbeitsleistung des das niedrige Kraftniveau maßgeblich bestimmenden Kraftbegrenzungselements addiert, muss sich das Deformationselement während der Verformung selbst im Kraftfluss der Kraftbegrenzungsvorrichtung befinden, oder von einem im Kraftfluss angeordneten Bauteil verformt werden.
Die Größe des von der Umschalteinrichtung zu leistenden Arbeitsanteils lässt sich durch Wahl des Materials, Dimensionierung bzw. Formgebung des Deformationselements und/oder seiner unmittelbaren Einbauumgebung gezielt einstellen. Damit die Verformung zum gewünschten Zeitpunkt eintreten kann, ist vorzugsweise ein Sicherungselement vorgesehen, das von einer Sicherungsposition, in der es die Verformung des Deformationselements verhindert, in eine Freigabeposition überführbar ist, in der es die Verformung des Deformationselements erlaubt. Das Sicherungselement kann insbesondere durch ein antreibbares Stellglied von der Sicherungsposition in die Freigabeposition überführt werden. So wird bei entsprechender Auslegung der Umschaltvorgang durch die Aktivierung des Stellgliedantriebs ausgelöst.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Deformationselement so ausgelegt, dass es durch seine Verformung ein Übertragungselement freigibt. In diesem Fall fungiert das Deformationselement selbst als Schalter, der aufgrund der zu leistenden Verformungsarbeit als "gedämpfter" Schalter bezeichnet werden kann.
Vorzugsweise ist das Übertragungselement vor seiner Freigabe mittels wenigstens eines Blockierelements an einem fahrzeugfesten Bauteil gehalten, wobei das Blockierelement in eine Entriegelungsstellung überführbar ist, in der das Übertragungselement freigegeben ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Kraftbegrenzungsvorrichtung sind das Blockierelement und das Übertragungselement so angeordnet und aufeinander abgestimmt, dass eine definierte Bewegung des Übertragungselements das Blockierelement in die Entriegelungsstellung zwingt. Dementsprechend sind keine weiteren Bauteile oder Maßnahmen notwendig, um das Übertragungselement freizugeben. Liegt während der Kraftbegrenzung beispielsweise ein Drehmoment am Übertragungselement an, das nach einer Entsicherung eine Drehung des Übertragungselements verursacht, bewirkt alleine die Drehbewegung des Übertragungselements die Überführung des Blockierelements in die Entriegelungsstellung.
Um eine solche Zwangsbewegung hervorzurufen kann insbesondere vorgesehen sein, dass das Blockierelement und/oder das Deformationselement einen rampenartigen Abschnitt aufweisen.
Es ist möglich, das Blockierelement und das Deformationselement wenigstens teilweise durch dasselbe Bauteil zu bilden. Dadurch werden Teileanzahl und Fertigungsschritte vorteilhaft reduziert. Das Deformationselement kann in ein Bauteil der Kraftbegrenzungsvorrichtung, insbesondere in ein fahrzeugfestes Bauteil, integriert sein, es kann aber auch als separates Bauteil ausgeführt sein.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Umschalteinrichtung so eingerichtet ist, dass sie auch nach dem Umschalten über einen signifikanten Zeitraum hinweg den Verlauf des zweiten Kraftniveaus mitbestimmt. Auf diese Weise lässt sich gezielt Einfluss auf die Kennlinie der Kraftbegrenzungsvorrichtung nehmen.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Gurtaufroller für ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Kraftbegrenzungsvorrichtung. Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch ein Verfahren zum Umschalten einer Kraftbegrenzungsvorrichtung von einem höheren Rückhaltekraftniveau auf ein niedrigeres Rückhaltekraftniveau gelöst. Das Verfahren umfasst folgende Schritte:
- Auslösen eines Umschaltvorgangs zum Absenken der Rückhaltekraft vom höheren Rückhaltekraftniveau auf das niedrigere Rückhaltekraftniveau;
- anschließend Bereitstellen einer Arbeitsleistung wenigstens eines Kraftbegrenzungselements der Kraftbegrenzungsvorrichtung, durch die das niedrigere Rückhaltekraftniveau größtenteils bestimmt wird; und - während des Umschaltvorgangs Leisten eines signifikanten zusätzlichen Arbeitsanteils, der sich zur Arbeitsleistung des Kraftbegrenzungselements addiert und so die Rückhaltekraft der Kraftbegrenzungsvorrichtung temporär erhöht.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den beigefügten Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
- Figur 1 ein vereinfachtes Kraft-Zeit-Diagramm einer Kraftbegrenzungsvorrichtung;
- Figur 2 ein tatsächliches Kraft-Zeit-Diagramm einer Kraftbegrenzungsvor- richtung nach dem Stand der Technik;
- Figur 3 einen Teil einer erfindungsgemäßen Kraftbegrenzungsvorrichtung nach einem ersten Ausführungsbeispiel in perspektivischer Ansicht vor einem Umschalten;
- Figur 4 eine seitliche Schnittansicht der Kraftbegrenzungsvorrichtung im Zu- stand gemäß Figur 3;
- Figur 5 eine Draufsicht auf die Kraftbegrenzungsvorrichtung im Zustand gemäß Figur 3;
- Figur 6 die Kraftbegrenzungsvorrichtung aus Figur 3 nach dem Umschalten;
- Figur 7 eine seitliche Schnittansicht der Kraftbegrenzungsvorrichtung im Zu- stand gemäß Figur 6;
- Figur 8 eine Draufsicht auf die Kraftbegrenzungsvorrichtung im Zustand gemäß Figur 6 ohne Sicherungshebel;
- Figur 9 eine weitere perspektivische Ansicht der Kraftbegrenzungsvorrichtung im Zustand gemäß Figur 6; - Figur 10 eine schematische Draufsicht auf wesentliche Bauteile einer erfindungsgemäßen Kraftbegrenzungsvorrichtung nach einem zweiten Ausführungsbeispiel vor einem Umschalten;
- Figur 1 1 die Kraftbegrenzungsvorrichtung aus Figur 10 nach dem Umschalten; - Figur 12 eine schematische Draufsicht auf wesentliche Bauteile einer erfindungsgemäßen Kraftbegrenzungsvorrichtung nach einem dritten Ausführungsbeispiel vor einem Umschalten;
- Figur 13 eine seitliche Schnittansicht der Kraftbegrenzungsvorrichtung im Zu- stand gemäß Figur 12;
- Figur 14 die Kraftbegrenzungsvorrichtung aus Figur 12 nach dem Umschalten;
- Figur 15 eine seitliche Schnittansicht der Kraftbegrenzungsvorrichtung im Zustand gemäß Figur 14; - Figur 16 ein Kraft-Zeit-Diagramm eines Deformationselements einer erfindungsgemäßen Kraftbegrenzungsvorrichtung; und
- Figur 17 ein Kraft-Zeit-Diagramm einer erfindungsgemäßen Kraftbegrenzungsvorrichtung mit dem Deformationselement.
In Figur 1 ist ein vereinfachter bzw. idealisierter zeitlicher Verlauf einer auf einen leichten Fahrzeuginsassen wirkenden Rückhaltekraft in einem Sicherheitsgurtsystem eines Kraftfahrzeugs für den Fall dargestellt, dass eine Kraftbegrenzung stattfindet. Nach einer definierten Zeitspanne wird von einem vorbestimmten höheren Kraftniveau F1 auf ein vorbestimmtes niedrigeres Kraftniveau F2 umgeschaltet, das für den leichten Fahrzeuginsassen ausreichend ist.
Das höhere Kraftniveau F1 kann beispielsweise durch die Arbeitsleistung eines Torsionsstabs, das niedrigere Kraftniveau F2 beispielsweise durch die Arbeitsleistung einer sog. Wellscheibe bestimmt sein, wie in der eingangs genannten DE 10 2008 063 639 A1 beschrieben. Art, Anzahl und Aufbau der Kraftbegrenzungseinrichtungen mit den zugehörigen Kraftbegrenzungselementen sind aber für die Erfindung nicht von entscheidender Bedeutung. Wesentlich ist, dass die Möglichkeit eines Umschaltens von einem höheren auf ein niedrigeres Kraftniveau vorgesehen ist.
Figur 2 zeigt einen realen Verlauf der Kennlinie aus Figur 1 . Die Abweichungen vom idealisierten Verlauf lassen sich wie folgt erklären. Das Sicherheitsgurtsystem ist zunächst durch die Kraft F1 vorbelastet. Hierbei sind bestimmte Bauteile des Sicherheitsgurtsystems, wie etwa das Gurtband, elastisch vorgespannt. Beim Umschalten bewirkt der abrupte Abfall der Rückhaltekraft, dass das elastisch vorgespannte Sicherheitsgurtsystem zur Schwingung angeregt wird. Wie in Figur 2 zu sehen ist, fällt das Kraftniveau zunächst deutlich unter das gewünschte niedrigere Kraftniveau F2. Das Schwingen, insbesondere das unerwünschte "Unterschwingen" unter das niedrigere Kraftniveau F2, setzt sich über einen gewissen Zeitraum - wenn auch mit abnehmender Amplitude - fort.
In den Figuren 3 bis 9 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer Kraftbegrenzungsvorrichtung für einen Gurtaufroller gezeigt, mit der die zuvor beschriebene Schwingung gedämpft wird. Die grundsätzliche Funktionsweise der Kraftbegrenzungseinrichtungen mit den zugehörigen Kraftbegrenzungselementen (z. B. Torsionsstab und Wellscheibe) ist aus der DE 10 2008 063 639 A1 bekannt, sodass hier nicht näher darauf eingegangen werden muss.
Die Figuren 3 bis 5 zeigen die Kraftbegrenzungsvorrichtung in einem Zustand, in dem ein höheres Niveau der Rückhaltekraft bereitgestellt wird. Zum Umschalten auf ein niedrigeres Kraftniveau ist es erforderlich, ein im Kraftfluss der Kraftbegrenzungsvorrichtung befindliches Übertragungselement 10, hier in Form eines Sperrrads, freizugeben. Genauer gesagt muss das Übertragungselement 10, an dem ein hohes Drehmoment anliegt, das zunächst aber drehfest an einem Rahmen 12 gehalten (blockiert) ist, entriegelt werden, sodass es um seine Mittelachse verdreht werden kann. Wie insbesondere in Figur 5 zu erkennen ist, weist das Übertragungselement
10 außenseitig eine Ausnehmung 14 auf, in die vor dem Umschalten ein Blockierelement 16, hier in Form eines Biegehebels, eingreift. Das Blockierelement 16 ist in ein rahmenfestes Bauteil 18 der Kraftbegrenzungsvorrichtung integriert, welches wiederum im eingebauten Zustand der Kraftbegrenzungsvorrichtung fahrzeugfest angebracht ist. Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Blockierelement 16 einstückig mit einer sog. Wellscheibe ausgebildet, die fest mit dem Rahmen 12 verbunden ist.
Das Blockierelement 16 ist durch ein Sicherungselement 20 gesichert, hier in Form eines schwenkbaren Sicherungshebels, von dem in Figur 5 nur ein Ansatz 22 gezeigt ist. Der Ansatz 22 des Sicherungselements 20 ist zwischen dem Blockierelement 16 und einem Stützabschnitt 24 des rahmenfesten Bauteils 18 (Wellscheibe), eingeklemmt und lässt eine Bewegung des Blockierelements 16 aus der Ausnehmung 14 heraus nicht zu. Das Übertragungselement 10 ist somit an einer Drehung gehindert. Zum Umschalten auf das niedrigere Kraftniveau wird das Sicherungselement 20 in eine Freigabeposition bewegt. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Sicherungshebel so verschwenkt, dass dessen Ansatz 22 das Blockierelement 16 nicht mehr behindert, wie in den Figuren 6 und 7 gezeigt. Hierzu kann ein Stellglied 26 mit einem motorischen, pyrotechnischen oder einem anderen geeigneten Antrieb 28 verwendet werden, dessen Aktivierung den Umschaltvorgang auslöst.
Nun kann das Blockierelement 16 in eine Entriegelungsstellung überführt werden, in der die Blockierung des Übertragungselements 10 aufgehoben ist. Aufgrund der rampenartigen Form der Ausnehmung 14 des Übertragungselements 10 und des Blockierelements 16 (freies Ende des Biegehebels) wird das Blockierelement 16 nämlich durch eine Drehung des Übertragungselements 10 so weit nach außen gedrückt, dass das Blockierelement 16 nicht mehr am Übertragungselement 10 angreift. Dabei wird das Blockierelement 16 plastisch verformt, weshalb es hier auch als Deformationselement 16 bezeichnet werden kann. Aufgrund der plastischen Verformung verbleibt das Blockierelernent 16 in der Entriegelungsstellung. Dieser Zustand ist in den Figuren 8 und 9 zu sehen.
Für die Überführung des Blockierelements 16 in die Entriegelungsstellung ist die Umsetzung einer nicht unerheblichen Energiemenge erforderlich. Um das Blockierelement 16 wegzubiegen, muss ein gewisses Maß an Verformungsarbeit geleistet werden, das von verschiedenen Faktoren abhängt, insbesondere von Material, Biegequerschnitt und Biegelänge des Blockierelements 16.
In den Figuren 10 und 11 ist ein anderes Ausführungsbeispiel einer umschaltbaren Kraftbegrenzungsvorrichtung gezeigt. Auch hier blockiert ein Blockierelement 16' in Form eines Schwenkhebeis die Drehung eines Übertragungselements 10' relativ zu dem das Blockierelement 16' tragenden Bauteil 18', welche für ein Umschalten auf ein niedrigeres Kraftniveau erforderlich ist. Gesichert wird das Blockierelement 16' zunächst durch ein Sicherungselement 20' in Form eines starren, stabilen Stützrings, wobei zwischen dem Blockierelement 16' und dem Sicherungselement 20" noch ein verformbarer Zwischenring 30 oder Zwischenringabschnitt angeordnet ist.
Im Zustand gemäß Figur 0, der einer Kraftbegrenzung auf einem höheren Kraftniveau entspricht, wird ein Verschwenken des Blockierelements 16' um seine Schwenkachse nach außen durch das Sicherungselement 20' verhindert. Zum Umschalten auf das niedrigere Kraftniveau wird das Sicherungselement 20" in eine Freigabeposition bewegt, beispielsweise durch eine axiale Verschiebung. Hierfür kann wiederum ein Stellglied mit einem geeigneten Antrieb verwendet werden.
Der Zwischenring(-abschnitt) 30 dient hier als Deformationselement und ist so ausgelegt, dass das vom Übertragungselement 10' nach außen gedrückte Blockierelement 16' das Deformationselement 30 verformt, wenn die Sicherung durch das Sicherungselement 20' aufgehoben ist, wie in Figur 1 1 gezeigt. Die zu leistende Verformungsarbeit hängt hier vom Material und der Dimensionierung des Zwischenring(abschnitt)s 30 ab.
Ein weiteres ähnliches Ausführungsbeispiel einer umschaltbaren Kraftbegrenzungsvorrichtung ist in den Figuren 12 bis 15 dargestellt. Hier sind zwei Blockierelemente 16" vorgesehen, die eine Drehung eines Übertragungselements 10" blockieren, an dem ein Drehmoment anliegt. Gesichert sind die Blockierelemente 16" wiederum durch ein Sicherungselement 20" in Form eines Stützrings, der eine radiale Bewegung der Blockierelemente 16" verhindert. Zwischen den Blockierelementen 16" und dem Sicherungselement 20" ist ein als Deformationselement 30' dienender Zwischenring angeordnet (siehe Figuren 12 und 13).
Wird zum Umschalten der Kraftbegrenzungsvorrichtung auf ein niedrigeres Kraftniveau das Sicherungselement 20" verschoben (siehe Figur 15), kann das Übertragungselement 10" die Blockierelemente 16" nach außen wegdrücken. Dabei wird Verformungsarbeit am Deformationselement 30' geleistet. Im Falle diametral entgegengesetzt angeordneter Blockierelemente 6" verformt sich das Sicherungselement 20" zu einer Ellipse, wie in Figur 14 zu sehen ist.
In Figur 16 ist - beispielhaft für alle Ausführungsformen - isoliert nur der Arbeitsanteil dargestellt, der beim Umschalten auf das niedrigere Kraftniveau erforderlich ist, um das Deformationselement 16; 30; 30' zu verformen. In Figur 17, die die Kennlinie einer erfindungsgemäßen Kraftbegrenzungsvorrichtung zeigt, ist zu erkennen, dass die Verformungsarbeit genau zu der Zeit verrichtet wird, zu der die Rückhaltekraft unterschwingen würde. Die Verformungsarbeit kompensiert bzw. dämpft somit dieses Unterschwingen, sodass das vorbestimmte niedrigere Kraftniveau schnell erreicht und danach beibehalten wird.
Grundsätzlich können bei allen Ausführungsbeispielen mehrere Blockierelemente 16; 16'; 16", aber auch mehrere Deformationselemente 16; 30; 30', vorgesehen sein. Die Kraftbegrenzungsvorrichtung kann auch so ausgelegt sein, dass über einen längeren Zeitraum, also über den Umschaltvorgang hinaus, Verformungsarbeit geleistet wird, insbesondere um eine sanfter abfallende Kennlinie zu erhalten. Dies kann beispielsweise durch Vorsehen mehrerer Deformationselemente 16; 30; 30' erreicht werden, die zeitlich gestaffelt deformiert werden.

Claims

Patentansprüche
1. Kraftbegrenzungsvorrichtung für einen Gurtaufroller, die während einer Kraftbegrenzungsphase mittels einer Umschalteinrichtung von einem höheren Rückhaltekraftniveau auf ein niedrigeres Rückhaltekraftniveau umschaltbar ist, wobei das zweite Rückhaltekraftniveau größtenteils durch eine Arbeitsleistung wenigstens eines Kraftbegrenzungselements bestimmt ist,
dadurch gekennzeichnet, dass die Umschalteinrichtung so eingerichtet ist, dass sie beim Umschalten einen signifikanten Arbeitsanteil leistet, der sich zur Arbeitsleistung des Kraftbegrenzungselements addiert und so die Rückhaltekraft der Kraftbegrenzungsvorrichtung temporär erhöht.
2. Kraftbegrenzungsvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Umschalteinrichtung ein Deformationselement (16; 30; 30") aufweist, das beim Umschalten vorzugsweise plastisch verformt wird.
3. Kraftbegrenzungsvorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein
Sicherungselement (20; 20'; 20"), das von einer Sicherungsposition, in der es die Verformung des Deformationselements (16; 30; 30') verhindert, in eine Freigabeposition überführbar ist, . in der es die Verformung des Deformationselements (16; 30; 30') erlaubt.
4. Kraftbegrenzungsvorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch ein antreibbares Stellglied (26) zum Überführen des Sicherungselements (20; 20'; 20") von der Sicherungsposition in die Freigabeposition.
5. Kraftbegrenzungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Deformationselement (16; 30; 30') so ausgelegt ist, dass es durch seine Verformung ein Übertragungselement (10; 10'; 10") freigibt.
6. Kraftbegrenzungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungselement (10; 10'; 10") vor seiner Freigabe mittels wenigstens eines Blockierelements (16; 16'; 16") an einem fahrzeugfesten Bauteil gehalten ist, wobei das Blockierelement (16; 16'; 16") in eine Entriegelungsstellung überführbar ist, in der das Übertragungselement (10; 10'; 10") freigegeben ist.
7. Kraftbegrenzungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Blockierelement (16; 16'; 16") und das Übertragungselernent (10; 10'; 10") so angeordnet und aufeinander abgestimmt sind, dass eine definierte Bewegung des Übertragungselements (10; 10'; 10") das Blockierelement (16; 16'; 16") in die Entriegelungsstellung zwingt.
8. Kraftbegrenzungsvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Blockierelement (16; 16'; 16") und/oder das
Deformationselement (16; 30; 30') einen rampenartigen Abschnitt aufweisen.
9. Kraftbegrenzungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Blockierelement (16; 16'; 16") und das Deformationselement (16; 30; 30') wenigstens teilweise durch dasselbe Bauteil gebildet sind.
10. Kraftbegrenzungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Deformationselement (16; 30; 30') in ein Bauteil (18) der Kraftbegrenzungsvorrichtung, insbesondere in ein fahrzeugfestes Bauteil, integriert ist.
1 1. Kraftbegrenzungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschalteinrichtung so eingerichtet ist, dass sie auch nach dem Umschalten über einen signifikanten Zeitraum hinweg den Verlauf des zweiten Kraftniveaus mitbestimmt.
12. Gurtaufroller für ein Kraftfahrzeug, gekennzeichnet durch eine Kraftbegrenzungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
13. Verfahren zum Umschalten einer Kraftbegrenzungsvorrichtung für einen Gurtroller von einem höheren Rückhaltekraftniveau auf ein niedrigeres Rückhaltekraftniveau, mit folgenden Schritten:
- Auslösen eines Umschaltvorgangs zum Absenken der Rückhaltekraft vom höheren Rückhaltekraftniveau auf das niedrigere Rückhaltekraftniveau;
anschließend Bereitstellen einer Arbeitsleistung eines Kraftbegrenzungselements der Kraftbegrenzungsvorrichtung, durch die das niedrigere Rückhaltekraftniveau größtenteils bestimmt wird; und
- während des Umschaltvorgangs Leisten eines signifikanten zusätzlichen Arbeitsanteils, der sich zur Arbeitsleistung des Kraftbegrenzungselements addiert und so die Rückhaltekraft der Kraftbegrenzungsvorrichtung temporär erhöht.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der zusätzliche Arbeitsanteil durch eine vorzugsweise plastische Verformung eines Deformierungselements (16; 30; 30') geleistet wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Verformen des Deformationselements (16; 30; 30') ein Übertragungselement (10;
10'; 10") der Kraftbegrenzungsvorrichtung freigegeben wird.
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