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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Spule einer Aufrollvorrichtung
für ein
Fahrzeug-Sicherheitsrückhaltesystem.
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Eine
Sicherheitsgurt-Aufrollvorrichtung umfaßt typischerweise eine Spule,
auf die ein Gurtband gewickelt ist, angebracht in einem Rahmen,
zum Drehen um ihre Längsachse,
und federbelastet in einer Richtung zum Aufwickeln des Gurtbandes,
um das Gurtband straff um einen Fahrzeuginsassen zu halten. Moderne
Aufrollvorrichtungen üben
eine sanfte Rückhaltekraft
auf den Insassen aus, ermöglichen aber
etwas Bewegung für
die Bequemlichkeit des Insassen: zum Beispiel, um ihm oder ihr zu
ermöglichen,
sich nach vorn zu lehnen, um Gegenstände aus einem Handschuhfach
herauszuholen oder um ein Radio abzustimmen.
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In
die Aufrollvorrichtung sind Aufprallsensoren eingebaut, um eine
Notsituation zu erfassen. Als Reaktion kommt ein Mechanismus zur
Wirkung, um die Aufrollvorrichtung durch Arretieren gegen eine Drehung
in einer Gurtbandvorschubrichtung zu arretieren und folglich den
Insassen sicher gegen eine Vorwärtsbewegung
zurückzuhalten.
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Der
Mechanismus, der dieses Arretieren bewirkt, umfaßt typischerweise eine tragende
Sperrklinke, die schwenkbar in dem Rahmen angebracht ist, um ein
an der Spule befestigtes Sperrklinkenrad in Eingriff zu nehmen.
Die Sperrklinke wird durch das Zusammenwirken eines Nockenstößels an
der Sperrklinke mit einem Nockenschlitz in einem Steuerelement in
einen Eingriff mit dem Sperrklinkenrad geschwenkt. Wenn ein Notfall
erfasst wird, bewirken die Aufprallsensoren, daß das Steuerelement an die Spule
gekoppelt wird, so daß sich
das Steuerelement dreht. Folglich bewegt sich der Nocken, und der
Nockenstößel gleitet
längs der
Nockenfläche,
wobei er bewirkt, daß die
Sperrklinke in einen Eingriff mit dem Sperrklinkenrad schwenkt und
die Spule arretiert. Dann wird der Fahrzeuginsasse sicher zurückgehalten.
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Der
Nocken ist herkömmlicherweise
eine glatte, sanft gekrümmte
Fläche
längs einer
Seite eines ovalen oder bohnenförmigen
Ausschnitts in dem Steuerelement, so daß die Sperrklinke auf eine
glatte gesteuerte Weise in Eingriff gebracht wird. Die Geometrie
ist so angeordnet, daß der
Eingriff richtig abgestimmt wird, d.h., so, daß die Sperrklinke sauber zwischen
Zähnen
des Sperrklinkenrads eingreift, denn falls sie Zahn auf Zahn in
Eingriff gebracht wird, werden bei den für eine moderne Aufrollvorrichtung typischen
hohen Geschwindigkeiten und hohen Kräften die Zähne nicht richtig arretieren
und wahrscheinlich abscheren.
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In
jüngster
Zeit ist ein Problem bei modernen Aufrollvorrichtungen identifiziert
worden. Immer höhere
Betriebsgeschwindigkeiten werden von Herstellern gefordert, um immer
strengere Sicherheitsanforderungen der Regulierungsbehörden zu
erfüllen.
Moderne Aufrollvorrichtungen werden mit Vorspannern verwendet, die
aktiv eine vorher festgelegte Menge an Gurtband zurück auf die
Spule einziehen, um einen Durchhang im Gurtband aufzunehmen und
den Insassen sicherer zurückzuhalten,
bevor die Aufrollvorrichtung arretiert wird, oder die bewirken,
daß sich das
Schloss des Rückhaltesystems
schnell nach unten bewegt und folglich jeglichen Durchhang aufnimmt.
Moderne Vorspanner verwenden pyrotechnische Zündmechanismen und sind sehr
schnell. Jedoch sind bei hohen Betriebsgeschwindigkeiten die Aufrollvorrichtungsbauteile
einer hohen dynamischen Belastung auf Grund der Masseeigenschaften der
Bauteile und der zum Beschleunigen derselben notwendigen Kräfte ausgesetzt.
Dies führt
zu einer Verformung der Bauteile und bewirkt eine Veränderung
in deren kinematischer Reaktion. Im Ergebnis dessen besteht die
Tendenz, daß die
Sperrklinke später
in Eingriff gebracht wird, wenn sich die Betriebsgeschwindigkeit
steigert. Im Extremfall wird die Sperrklinke phasenverschoben mit
dem Sperrklinkenrad sein und wird sich nicht richtig arretieren
oder wird verursachen, daß Bauteile
abscheren, was folglich die Aufrollvorrichtung zerstört. Dies
ist offensichtlich nicht wünschenswert.
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Um
dieses Problem zu überwinden,
kann die Phasenabstimmung des Sperrklinkeneingriffs so eingestellt
werden, daß sie
im Hochgeschwindigkeitsbetrieb richtig ist. Dann versagt die Aufrollvorrichtung
jedoch beim richtigen Arretieren beim Niedergeschwindigkeitsbetrieb,
was zu übermäßigem Verschleiß an den
Bauteilen bei niedriger Geschwindigkeit und demzufolge zu frühem Ausfall
des Mechanismus' oder
Blockieren der Aufrollvorrichtung führt.
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US-A-5
484 118 an Fujimura zeigt die Merkmale des Oberbegriffs von Anspruch
1 und offenbart eine Aufrollvorrichtung, die Zähne umfaßt, die mit einem ersten und
einem zweiten Sperrklinkenabschnitt in Eingriff zu bringen sind.
Wenn sich das Sperrgetriebe weiter bewegt, bewegt sich eine vorspringende Welle
längs eines
Radiallochs und bewirkt, daß sich eine
Sicherheitssperrklinke bewegt und mit einem Zahn ineinander greift.
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Die
vorliegende Erfindung zielt darauf, eine verbesserte Aufrollvorrichtung
bereitzustellen, die wirksam und zuverlässig über einen breiten Bereich von
Geschwindigkeiten arbeiten kann.
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Nach
der vorliegenden Erfindung wird eine Aufrollvorrichtung für eine Fahrzeug-Sicherheitsrückhaltevorrichtung
nach Anspruch 1 bereitgestellt. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand
der abhängigen
Ansprüche.
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Vorzugsweise
umfaßt
die relative Diskontinuität
einen erhöhten
Abschnitt zwischen einer ersten Rampe, die sich allgemein in einer
ersten Richtung auf der einen Seite der Diskontinuität der Nockenfläche erstreckt,
und einer zweiten Rampe, die sich allgemein in einer anderen Richtung
auf der anderen Seite der Diskontinuität erstreckt.
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Folglich
stellt die Nockenfläche
eine erste Rampe in einer ersten Richtung auf der einen Seite der
Diskontinuität
und eine zweite Rampe in einer anderen Richtung auf der anderen
Seite der Diskontinuität
bereit.
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Nach
einer bevorzugten Ausführungsform
ist die erste Rampe konkav. Die zweite Rampe kann konvex sein.
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Die
Nockenfläche
kann an der unteren oder an der oberen Fläche eines Ausschnitts oder
eines Lochs in dem Steuerelement bereitgestellt werden und kann
eine beliebige einer Vielzahl von spezifischen Formen annehmen.
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Zum
besseren Verständnis
der vorliegenden Erfindung und um zu zeigen, wie dieselbe umgesetzt werden
kann, wird nun als Beispiel Bezug genommen auf die beigefügten Zeichnungen,
in denen:
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1 bis 3 teilweise
aufgeschnittene Seitenansichten einer Aufrollvorrichtung nach der vorliegenden
Erfindung sind, die eine Arretierabfolge bei Niedergeschwindigkeitsbetrieb
zeigen,
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4 bis 6 teilweise
aufgeschnittene Seitenansichten einer Aufrollvorrichtung nach der vorliegenden
Erfindung sind, welche die Arretierabfolge bei Hochgeschwindigkeitsbetrieb
zeigen,
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7 und 8 vergrößerte Ansichten
eines Teils der Aufrollvorrichtung der Erfindung sind, die zwei
alternative Ausführungsformen
zeigen;
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9 bis 13 fünf unterschiedliche
Ausführungsformen
zeigen.
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In 1 bis 6 hat
eine Aufrollvorrichtungsspule eine Achse 1, drehbar in
einem Rahmen 2 angebracht. Ein Sperrklinkenrad ist an der
Spule befestigt und hat Umfangszähne 3 (die
in dem Ausschnitt der Abbildungen sichtbar sind). Ein Steuerelement 4,
das allgemein als Sperrnapf bekannt ist, ist so angebracht, daß es frei
koaxial mit der Spulenachse 1 schwenken kann, wenn es an
die Spule gekoppelt ist. Das Steuerelement 4 hat ein Sensorgehäuse 5,
in dem ein Fahrzeugsensor 6 des bekannten „Kugel-im-Napf"-Aufbaus angebracht
ist. Der Sensor 6 umfaßt
eine Kugel 7, die lose in einem Napf 8 mit einer
konkaven oberen Fläche
angebracht ist. Im Fall eines Notfalls wird das Fahrzeug mit einer
Geschwindigkeit oberhalb eines vorher festgelegten Schwellenwerts
beschleunigen oder verzögern.
Die Trägheit der
Kugel 7 wird bewirken, daß sie in dem Napf 8 im Verhältnis zu
dem Gehäuse 5 verschoben
wird und oben auf den Seiten des Napfs 8 laufen wird. Eine Sensorsperrklinke 9,
die auf der Kugel 7 aufliegt und um einen Drehpunkt 10 in
dem Gehäuse
drehbar gelagert ist, wird folglich nach oben verschoben, um Zähne 11 an
der Spule in Eingriff zu nehmen. Dies koppelt die Spule an das Steuerelement 4.
Das Steuerelement 4 schwenkt folglich (in den Abbildungen
im Uhrzeigersinn) auf Grund der fortgesetzten Kraft auf das Sicherheitsgurtband.
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Eine
Sperrklinke 12 mit mehreren Sperrzähnen wird in dem weggeschnittenen
Abschnitt 20 der Abbildungen gezeigt. Diese hat einen sich
zum Betrachter der Abbildungen hin erstreckenden Stift 13, der
als Nockenstößel wirkt,
um mit einer Nockenfläche 14 an
der Unterkante eines Lochs 15 (siehe 4)
in dem Steuerelement 4 zusammenzuwirken. Das Loch 15 ist
in 1 bis 3 und 5 und 6 durch
den weggeschnittenen Abschnitt 20 ausgedehnt, aber die
Form der unteren Fläche 14 und
die Form des ganzen Lochs sind in 4 deutlich
zu sehen. Alternative Formen des Lochs 15 sind detaillierter
in 7 bis 13 zu sehen. Die Nockenfläche 14 hat
in 1 bis 6 eine Gestalt in der Form einer
Brücke
mit Buckelrücken,
d.h., die Oberfläche
verändert
sich nicht glatt, sondern hat eine relative Diskontinuität in der
Form eines erhöhten
Abschnitts 16. Der Abschnitt der Oberfläche 14 zur Linken
der Spitze des erhöhten
Abschnitts 16 stellt eine Rampe bereit, die allgemein nach
oben zu der Spule hin abgewinkelt und im Profil vorzugsweise allgemein
konkav ist.
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In
Niedergeschwindigkeitsbetrieb bleibt, wie in 1 bis 3 gezeigt,
der als Nockenstößel wirkende
Stift 13 in Kontakt mit der Oberfläche 14, wobei er über den
erhöhten
Abschnitt 16 läuft
und der Oberfläche 14 folgt,
um die Sperrklinke 12 phasenabgestimmt in Eingriff mit
den Sperrklinkenradzähnen zu
bringen.
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Im
einzelnen wird die Aufrollvorrichtung in 1 im Ruhezustand
gezeigt. Die Zähne
der Sperrklinke 12 sind ausgerückt von den Sperrklinkenradzähnen 3,
und die Spule kann sich frei um die Achse 1 drehen. Es
ist jedoch eben durch den Sensor 6 ein Notfall erfasst
worden, und die Sensorkugel 7 hat sich nach rechts bewegt,
wobei sie oben auf der Seite des konkaven Napfs 8 läuft und
die Sperrklinke 9 nach oben anhebt. Die Sperrklinke 9 beginnt,
mit den Spulenzähnen 11 ineinanderzugreifen.
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In 2,
eine kurze Zeit später,
hat die Sensorsperrklinke 9 die Spulenzähne 11 in Eingriff
genommen und koppelt das Steuerelement 4 an die Spule.
Eine weitere Reaktionskraft auf das Gurtband bewirkt daher, daß das Steuerelement 4 im
Uhrzeigersinn schwenkt und sich der Stift 13 an der Sperrklinke 12 über die
Nockenfläche 14 bewegt.
In 2 hat der Stift 13 den erhöhten Abschnitt 16 erreicht,
ist aber noch in Kontakt mit der Oberfläche 14, weil der Betrieb
bei niedriger Geschwindigkeit abläuft. Die Bewegung des Stifts 13 über die
Oberfläche 14 schwenkt
die Sperrklinke 12 gegen den Uhrzeigersinn und bringt den
vordersten Sperrzahn der Sperrklinke 12 in Stoß mit der
Hinterkante eines Zahns 3a an dem Sperrklinkenrad. Die
Spule ist noch nicht vollständig
arretiert.
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In 3 hat
sich das Steuerelement 4 weiter im Uhrzeigersinn gedreht,
und der Stift 13 hat den erhöhten Abschnitt 16 der
Oberfläche 14 passiert,
ist aber noch in Kontakt. In dieser Phase ist der Sperrzahn der
Sperrklinke 12 vollständig
in Eingriff zwischen den Zähnen 3a und 3b an
dem Sperrklinkenrad, und die Spule ist arretiert.
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Bei
Hochgeschwindigkeitsbetrieb verlässt, wie
in 4 bis 6 gezeigt, der Stift 13 die
Oberfläche 14 im
Bereich des erhöhten
Abschnitts 16 und bringt die Sperrklinke 12 etwas
eher als in Niedergeschwindigkeitsbetrieb in Eingriff mit dem Sperrklinkenrad.
Dies dient dazu, die Verformung von Bauteilen unter den mit dem
Hochgeschwindigkeitsbetrieb der Aufrollvorrichtung verbundenen höheren Beanspruchungen
auszugleichen.
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Der
Betrieb bei hoher Geschwindigkeit ist ähnlich dem in Bezug auf 1 bis 3 beschriebenen
bei niedriger Geschwindigkeit, aber der Stift 13 verlässt wegen
der beabsichtigten Impulsbelastung, die zwischen dem Stift 13 und
der Oberfläche 14 erzeugt
wird, die Oberfläche 14 im
Bereich des erhöhten
Abschnitts 16. Daher wird der Stift 13 nicht mehr
zwangsweise durch die Oberfläche 14 angetrieben.
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Der
Stift 13 verlässt
die Oberfläche 14 nur um
ein sehr kleines Ausmaß,
zum Beispiel zwischen einem Bruchteil eines Millimeters und ein
paar Millimetern. Der Zwischenraum mag für das bloße Auge kaum sichtbar sein,
gewährleistet
aber gerade ausreichend Vorteil für die Eingriffsgeschwindigkeit
der Sperrklinke, um eine richtige Phasenabstimmung des Arretiervorgangs
bei hohen Geschwindigkeiten zu sichern. Der erhöhte Abschnitt könnte durch
eine beliebige Diskontinuität
oder plötzliche
Veränderung in
dem Profil oder der Krümmung
ersetzt werden.
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Sobald
die Zähne
an der Sperrklinke 12 beginnen, die Zähne an dem Sperrklinkenrad
in Eingriff zu nehmen, wird die Sperrklinke 12 durch die
Bewegung der Spule selbst weiter geschwenkt, und es ist keine Reaktion
zwischen dem Stift 13 und der Oberfläche 14 notwendig.
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Eine
nach der vorliegenden Erfindung aufgebaute Aufrollvorrichtung vermeidet
allgemein Blockieren und Bruch während
simulierter Lebensdauerprüfung,
ist aber sicher mit pyrotechnischen Hochgeschwindigkeitsvorspannern
zu verwenden.
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7 und 8 sind
vergrößerte Ansichten, die
zwei spezifische Formen für
das Loch 15 und insbesondere für die Nockenfläche 14 und
die Diskontinuität 16 illustrieren.
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9 bis 13 zeigen
fünf unterschiedliche
alternative Formen für
das Loch 15. In 9 ist die Diskontinuität 16 verhältnismäßig flach,
in 10 ist sie abrupter, in 11 ist sie
verhältnismäßig lang,
und in 12 ist sie noch größer. In 13 wird
die Diskontinuität 16 an
der Oberkante des Lochs 15 gezeigt. Einem Fachmann auf
dem Gebiet werden andere Modifikationen offensichtlich sein, und
die genaue Form der Nockenfläche 14 wird
in der Praxis durch die Betriebsleistungsfähigkeit unter Berücksichtigung
der besonderen Parameter der spezifischen Aufrollvorrichtung bestimmt.