JABUSCH, Ronald (Am Eiskeller 4, Elmshom, 25336, DE)
| Ansprüche : 1. Kraftbegrenzungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, welche - wenigstens zwei relativ zueinander mit einer frequenzbedingt definierten Bewegung gesteuerte Teile (1,2,3) aufweist, wobei die sich relativ zueinander bewegenden Teile (1,2,3) ineinandergreifende Verzahnungen (12,13) aufweisen und die f equenzbedingt gesteuerte Bewegung dadurch erfolgt, dass wenigstens eines der Teile (1,2,3) gegenüber einem anderen Teil (1,2,3) eine wellenförmige Vorschubbewegung ausführt, bei der die Verzahnungen (12,13) wechselnd in Eingriff und außer Eingriff gelangen, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Einzelmassen (4, 4a, 4b) vorgesehen sind, welche an das die wellenförmige Vorschubbewegung ausführende Teil (1,2,3) angekoppelt oder ankoppelbar sind. 2. Kraftbegrenzungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung (14) vorgesehen ist, mittels der wenigstens eine der Einzelmassen (4,4a,b) während der Vorschubbewegung von dem Teil (1,2,3) abkoppelbar oder an das Teil (1,2,3) ankoppelbar ist. 3. Kraftbegrenzungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (14) zur An- oder Abkopplung der Einzelmassen (4, 4a, 4b) durch eine an dem Teil (1,2,3), gegenüber dem das die wellenförmige Vorschubbewegung ausführende Teil (1,2,3) die Bewegung ausführt, angeordnete Steuerkontur gebildet ist, an der die Einzelmassen (4, 4a, 4b) anliegen. 4. Kraftbegrenzungseinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelmassen (4,4a, 4b) eine Füh- rungsnut (16) aufweisen, in die die Steuerkontur wenigstens abschnittsweise hineinragt. Kraftbegrenzungseinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das die wellenförmige Vorschubbewegung ausführende Teil (1,2,3) eine quer zur Vorschubrichtung gerichtete Verzahnung (10) aufweist, und wenigstens eine der Einzelmassen (4, 4a, 4b) mit einer Verzahnung (11) in die Außenverzahnung eingreift. Kraftbegrenzungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelmassen (4,4a, 4b) eine Nut (8) aufweisen, in der die Verzahnung (11) angeordnet ist . Kraftbegrenzungseinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass angrenzend zu dem die wellenförmige Vorschubbewegung ausführenden Teil (1,2,3) ein Freiraum (15) vorgesehen ist, in dem die Einzelmassen (4,4a, 4b) in der von dem Teil (1,2,3) abgekoppelten Stellung aufnehmbar sind. |
Die Erfindung betrifft eine Kraf begrenzungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
Kraftbegrenzungseinrichtungen sind im Allgemeinen aus verschiedenen Anwendungen in Kraftfahrzeugen bekannt. So sind z.B. Lenkräder bekannt, die im Crashfall durch den aufprallenden Insassen eintauchen, und eine Einrichtung zur Energieabsorption aufweisen, durch die die auf den Insassen einwirkende Kraft begrenzt wird. Ferner sind in der gesamten Fahrzeugstruktur nachgiebige Deformationsglieder vorgesehen, durch die im Crashfall Energie vernichtet wird, so dass die auf die Fahrgastzelle einwirkende Kraft begrenzt wird.
Ferner ist es bekannt, in Sicherheitsgurten Elemente zur
Kraftbegrenzung vorzusehen, durch die die im Crashfall auf den Insassen einwirkende Kraft während der durch die Kraftbegrenzungseinrichtung ermöglichten Vorwärtsverlagerung begrenzt wird. Hierzu haben sich in der Praxis vor allem zweiteilige Gurtwellen mit einem zwischen beiden Teilen der Gurtwelle angeordneten Torsionsstab bewährt. Im Crashfall wird dann ein Teil der Gurtwelle gegenüber dem Fahrzeug blockiert, während der jeweils andere Teil mit dem Sicherheitsgurt verbunden ist und in Gurtauszugsrichtung rotiert . Während der Relativdrehung der beiden Teile zueinander wird der zwischen beiden Teilen angeordnete Torsionsstab energieverzehrend um die eigene Achse plastisch verformt, wodurch die Kraft in dem Sicherheitsgurt während der Vorwärtsverlagerung des Insassen entsprechend begrenzt wird. Das Kraftbegrenzungsniveau wird dabei durch den Torsionsstab bestimmt und kann nicht verändert werden.
Aus der auf die Anmelderin zurückgehenden WO 2006/108451 AI ist ein neuartiges frequenzgesteuertes Kraftbegrenzungssystem bekannt . Das dort beschriebene Kraftbegrenzungssystem ist aus zwei sich zueinander bewegenden Teilen gebildet, deren Bewegung zueinander durch ein mit einer vorgegebenen Frequenz in Schwingung versetztes Massesystem gesteuert wird. Die Vernichtung der Energie erfolgt dadurch, indem die Teile abwechselnd verzögert und beschleunigt werden, wobei die Frequenz nahezu unabhängig von der einwirkenden Kraft ist. Dadurch können mit diesem Kraftbegrenzungssystem unterschiedliche Kraftbegrenzungsniveaus in Abhängigkeit der Masse der bewegten Teile und des im Gefahrenfall auftretenden Impulses verwirklicht werden, wobei die Frequenz und der Weg der Vorwärtsverlagerung annähernd konstant sind.
Aus der WO 2010/037460 A2 ist eine Weiterentwicklung des dort beschriebenen Kraftbegrenzungssystems bekannt, bei dem die kraftbegrenzte Vorwärtsverlagerung des Insassen dadurch ermöglicht wird, indem ein Teil vorgesehen ist, welches mit einer Verzahnung in eine Verzahnung eines anderen Teiles eingreift und eine wellenförmige Vorschubbewegung ausführt, bei der die Verzahnungen wechselnd in Eingriff und außer Eingriff gelangen.
Die Charakteristik der Kraftbegrenzungskurve kann bei einem derartigen System durch die Geometrie der Verzahnung und durch die Masse der bewegten Teile verändert werden. Nach der Herstellung des die Verzahnung aufweisenden Teils kann die Kraft - begrenzungscharakteristik grundsätzlich nicht mehr verändert werden . Aufgabe der Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Kraftbegrenzungseinrichtung derart weiter zu entwickeln, dass die Kraft- begrenzungscharakteristik auch nach der Herstellung der zusammenwirkenden Teile mit möglichst einfachen Mitteln veränderbar sein soll.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Kraftbegrenzungs- einrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Weitere bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, den Figuren und der zugehörigen Beschreibung zu entnehmen .
Gemäß dem Grundgedanken der Erfindung wird vorgeschlagen, dass ein oder mehrere Einzelmassen vorgesehen sind, welche an das die wellenförmige Vorschubbewegung ausführende Teil angekoppelt oder ankoppelbar sind. Durch die Einzelmassen kann die Masse des die Vorschubbewegung ausführenden Teiles nachträglich noch verändert werden, so dass die Kraftbegrenzungscharakteristik nachträglich noch an das individuelle Fahrzeug an- gepasst werden kann. Demnach ist es möglich, die Kraftbegrenzungseinrichtung so auszulegen, dass die Kraftbegrenzungscharakteristik ein gewisses Basisniveau bzw. einen Basisverlauf aufweist, welches die Kraftbegrenzungscharakteristik für eine größtmögliche Anzahl von Kraftfahrzeugen bzw. Kraftfahrzeugtypen sein kann. Sofern dieses Basisniveau bzw. der Basisverlauf nicht passend für den individuellen Kraftfahrzeugtyp, den individuellen Verwendungsort im Fahrzeug oder den individuell zurückzuhaltenden Insassen ist, kann die Kraftbegrenzungscharakteristik mittels der Einzelmassen verändert werden, wobei dabei insbesondere die Anzahl der Einzelmassen und deren Masse als weitere Parameter zur Feinabstimmung der Kraftbegrenzungs- charakteristik zur Verfügung stehen. Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles näher erläutert. In den Figuren sind im Einzelnen zu erkennen:
Fig.l: Erfindungsgemäße Kraftbegrenzungseinrichtung in Explosionsdarstellung;
Fig.2: Kraftbegrenzungseinrichtung aus Fig.l mit an eine außenverzahnte Ringscheibe angekoppelten Einzelmassen.
In der Figur 1 ist eine erfindungsgemäße Kraftbegrenzungseinrichtung für ein Sicherheitsgurtsystem eines Kraftfahrzeuges zu erkennen. Die Kraftbegrenzungseinrichtung kann mit geringfügigen konstruktiven Anpassungen an die Welle eines Gurtauf - rollers, an die Verankerung eines Gurtschlosses oder auch an einen Endbeschlag eines Sicherheitsgurtsystems angekoppelt werden. Unabhängig von dem Ort der Anordnung an dem Sicherheitsgurtsystem ermöglicht die Kraftbegrenzungseinrichtung einen kraftbegrenzten Gurtbandauszug zur Verminderung der auf den Insassen wirkenden Belastungen. Ferner ist eine Verwendung der Kraftbegrenzungseinrichtung auch in der Struktur des Fahrzeugs selbst oder an einem anderen Fahrzeugteil denkbar, wenn eine definierte kraftbegrenzte Verformung ermöglicht werden soll .
In der vorliegenden Ausführungsform ist die Kraftbegrenzungs- einrichtung aus drei Teilen 1,2 und 3 aufgebaut, wobei die Teile l und 2 feststehend ausgebildet sind und auch als Gehäuse der Kraftbegrenzungseinrichtung angesehen werden können. Das Teil 3 ist als Ringscheibe mit zwei seitlichen Verzahnungen 12 ausgebildet, wovon nur die dem Teil 1 zugewandte Verzahnung 12 zu erkennen ist. Ferner ist die Ringscheibe mit ei- ner radial nach innen gerichteten Verzahnung 7 und einer nach außen gerichteten Verzahnung 10 versehen. Zum Antrieb der Kraftbegrenzungseinrichtung ist ein Antriebsrad 5 mit einer_zu der Verzahnung 7 komplementären Verzahnung 6 vorgesehen, welches z. B. drehfest mit einer Gurtwelle verbindbar ist. Die feststehenden Teile 1 und 2 sind ebenfalls mit seitlichen axial gerichteten Verzahnungen 13 versehen, wobei aufgrund der Darstellung nur die Verzahnung 13 an dem Teil 2 zu erkennen ist. Die Verzahnung 13 und die an dem Teil 1 befindliche axial gerichtete nicht zu erkennende Verzahnung sind so geformt, dass sie in die seitliche Verzahnung 12 und die nicht zu erkennende Verzahnung an dem Teil 3 zum Eingriff gelangen, d.h. der Zahnabstand und die Zahntiefe der Verzahnungen 12 und 13 bzw. der nicht zu erkennenden Verzahnungen sind so gewählt, dass eine kontinuierliche wechselnde Eingriffsbewegung der Verzahnungen möglich ist.
Die Teile 1 und 2 sind dabei derart bemessen, dass die Verzahnung 13 des Teiles 2 und die nicht zu erkennende axial gerichtete Verzahnung an dem Teil 1 nach dem Zusammenbau der Kraftbegrenzungseinrichtung einen Abstand zueinander aufweisen, der eine seitliche Bewegung des dazwischen befindlichen Teiles 3 ermöglicht. Aufgrund des durch die Konstruktion bewusst eingestellten Spiels in Axialrichtung befindet sich das Teil 3 dabei immer mit der Verzahnung 12 des Teiles 2 oder mit der nicht zu erkennenden Verzahnung an dem Teil 1 im Eingriff .
Beim Antrieb des Teiles 3 in Umfangsrichtung durch das Antriebsrad 5 führt das Teil 3 durch den Eingriff in die Verzahnungen 12 und die nicht, zu erkennende Verzahnung die erfindungsgemäße bezweckte wellenförmige Vorschubbewegung aus, während der das Teil 3 abwechselnd verzögert und beschleunigt wird. Die wellenförmige Vorschubbewegung des Teiles 3 ist gebildet durch eine Drehbewegung definiert durch die Drehbewe- gung des Antriebsrads 5 und eine quer zu der Drehrichtung der Drehbewegung gerichteten wellenförmigen Axialbewegung, welche durch den wechselnden Eingriff der axial gerichteten Verzahnungen definiert ist. Der Bewegungsablauf entspricht soweit dem der Kraftbegrenzungseinrichtung aus der WO 2010/037460 A2.
Gemäß der nun vorgeschlagenen Weiterentwicklung ist, wie auch in der Figur 2 zu erkennen ist, an dem Teil 3 zusätzlich radial außen eine quer zu der Vorschubbewegung gerichtete Verzahnung 10 vorgesehen. Ferner sind mehrere Einzelmassen 4, 4a und 4b vorgesehen, welche eine radial dem Teil 3 zugewandte Nut 8 aufweisen, in der ebenfalls eine Verzahnung 11 vorsehen ist, deren Geometrie so gewählt ist, dass ein Eingriff der Verzahnung 11 in die Verzahnung 10 möglich ist.
Bei einer Aktivierung der Kraftbegrenzungseinrichtung werden die Einzelmassen 4, 4a und 4b in Umfangsrichtung über die ineinander greifenden Verzahnungen 10 und 11 und seitlich durch das in die Nut 8 eingreifende Teil 3 mitgenommen, so dass die Einzelmassen 4, 4a und 4b in der an das Teil 3 angekoppelten Stellung ebenfalls die wellenförmige Vorschubbewegung ausführen. Durch die Wahl der Anzahl sowie der Masse der Einzelmassen 4,4a und 4b kann die Kraftbegrenzungscharakteristik individuell verändert werden, ohne dass dazu die Kraftbegrenzungs- einrichtung als solche konstruktiv verändert werden muss . Es ist demnach eine Kraftbegrenzungseinrichtung geschaffen, deren Kraftbegrenzungscharakteristik mit einem sehr geringen konstruktiven Aufwand beliebig verändert werden kann, ohne dass dazu die Grundelemente selbst konstruktiv verändert werden müssen.
Außerdem ist die Kraftbegrenzungseinrichtung mit einer Einrichtung 14 in Form einer rampenförmigen Steuerkontur verse- hen, welche an dem Teil 2 in einem Abschnitt radial außen zu der Verzahnung 13 angeordnet ist. Die Steuerkontur verläuft in Umfangsriehtung und steigt radial nach außen an. Ferner ist die Steuerkontur mit einem axial vorstehenden Absatz 14a versehen, der eine im Wesentlichen konstante Dicke aufweist und in eine seitlich an den Einzelmassen 4, 4a und 4b vorgesehene Nut 9 eingreift. Der Absatz 14a ragt seitlich von der Steuerkontur ab und weist einen spiralförmigen Verlauf mit einem in Pfeilrichtung A zunehmenden Abstand zu der Drehachse des Teils 3 auf .
Bei einer Drehung des Teils 3 in Pfeilrichtung A werden die Einzelmassen 4,4a und 4b dadurch zusätzlich geführt und führen eine gesteuerte Bewegung aus, durch die sie von dem Teil 3 abgekoppelt werden. Wie in der Figur 2 zu erkennen ist, befindet sich bereits eine Einzelmasse 4a in einer Stellung, in der sie nicht mehr mit der Verzahnung 11 in die Verzahnung 10 eingreift, die Einzelmasse 4a ist dadurch nicht mehr an das Teil 3 angekoppelt. Die Einzelmasse 4b hingegen befindet sich noch in einer Stellung, in der die Verzahnungen 11 und 10 ineinander greifen, so dass die Einzelmasse 4b als an das Teil 3 angekoppelt angesehen werden kann. Bei einer weiteren Drehung des Teils 3 gegenüber dem Teil 2 werden die Einzelmassen 4, 4a und 4b der Reihe nach durch eine durch die Steuerkontur bzw. den seitlich abragenden Absatz 14a definierte Bewegung von dem Teil 3 abgekoppelt, so dass die Gesamtmasse des die Vorschubbewegung ausführenden Teils gebildet durch die Summe der Massen des Teils 3 und der angekoppelten Einzelmassen 4,4a und 4b als abnehmend angesehen werden kann. Zur Aufnahme der abgekoppelten Einzelmassen 4,4a und 4b ist an dem Teil 2 ein radial außen zu dem bewegten Teil 3 angeordneter Freiraum 15 vorgesehen. Der Freiraum 15 sollte so bemessen sein, dass er eine Bewegung der Einzelmassen 4·, 4a und 4b radial nach außen um we- nigstens der Tiefe der Verzahnungen 10 und 11 ermöglicht, so dass sich die Verzahnungen 10 und 11 in der entkoppelten Stellung nicht mehr im Eingriff befinden.
Aufgrund der abnehmenden Gesamtmasse ist die Kraftbegrenzungs - Charakteristik der Kraftbegrenzungseinrichtung degressiv, d.h. das Kraftbegrenzungsniveau nimmt bei gleichbleibender Geschwindigkeit des Teils 3 ab. Ein gegenteiliger Effekt kann durch eine Ankoppelung von Einzelmassen 4,4a und 4b während der Drehbewegung und eine dadurch bewirkte Vergrößerung der Gesamtmasse verwirklicht werden.