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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Überrollschutzsystem
für Kraftfahrzeuge,
mit mindestens einem sensorgesteuert mittels eines Energiespeichers aus
einer Grundstellung in eine Stützstellung
aufstellbaren, säulenförmigen zylindrischen Überrollkörper, der
in einem becherförmigen
fahrzeugfesten Trägerkörper geführt aufgenommen
ist, und der einen gegenüber
dem Säulenquerschnitt
großflächigeren
Abstützkopf
aufweist.
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Derartige Überrollschutzsysteme
dienen zum Schutz der Insassen in Kraftfahrzeugen ohne schützendes
Dach, typischerweise in Cabriolets oder Roadstem bei einem Überschlag,
da das Fahrzeug über
den aufgestellten Überrollkörper abrollen
wird, der den Insassen einen Überlebensraum
bietet.
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Es
ist dabei bekannt, einen die gesamte Fahrzeugbreite überspannenden,
fest installierten Überrollbügel vorzusehen.
Bei dieser Lösung
wird der erhöhte
Luftwiderstand und das Auftreten von Fahrgeräuschen als nachteilig empfunden,
abgesehen von der Beeinträchtigung
des Fahrzeugaussehens.
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Es
ist auch bekannt, jedem Fahrzeugsitz einen höhenunveränderlich fest installierten,
d.h. starren, U-förmigen Überrollbügel zuzuordnen.
Diese Lösung
wird typischerweise bei Roadstern zur Unterstreichung des sportlichen
Aussehens eingesetzt.
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Weit
verbreitet bei Cabriolets sind konstruktive Lösungen, bei denen der Überrollkörper im
Normalzustand eingefahren ist, und im Gefahrenfall, also bei einem
drohenden Überschlag,
sehr schnell in eine schützende
Position ausgefahren wird, um zu verhindern, dass die Fahrzeuginsassen
durch das sich überschlagende
Fahrzeug erdrückt
werden.
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Diese Überrollschutzsysteme
weisen typischerweise einen in einem fahrzeugfesten Führungskörper geführten U-förmigen Überrollbügel oder
aus einem Profilkörper
gebildeten Überrollkörper, auf, wobei
der Führungskörper in
einem Kassetten-Gehäuse,
das Seitenteile und ein Bodenteil aufweist, befestigt ist. Dieser Überrollbügel bzw. Überrollkörper wird
im Normalzustand gegen die Vorspannkraft mindestens einer Antriebs-Druckfeder
durch eine Haltevorrichtung in einer unteren Ruhelage gehalten, und
ist im Überschlagfall,
sensorgesteuert unter Lösen
der Haltevorrichtung, durch die Federkraft der Antriebs-Druckfeder
in eine obere, schützende
Stellung bringbar, wobei eine dann in verzahnenden Wirkeingriff
tretende Verriegelungseinrichtung, die Wiedereinfahrsperre, ein
Zurückdrücken des Überrollbügels verhindert.
Dabei ist typischerweise jedem Fahrzeugsitz eine Kassette zugeordnet,
insbesondere bei den Fondsitzen. Alternativ können zwei Kassetten auch in
einer Rückwand-Baueinheit
integriert sein.
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Eine
derartige Kassetten-Konstruktion eines Überrollbügelschutzsystems mit einem
U-förmigen Überrollbügel zeigt
beispielsweise die
DE
100 40 642 C1 .
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Neben
den Kassetten-Konstruktionen sind auch Überrollschutzsysteme nach einem
Konstruktionsprinzip bekannt, wie es beispielsweise in der
DE 103 44 446 B3 beschrieben
wird. Dieses Prinzip weist eine zwischen Fond und Gepäckraum angebrachte
Rahmenkonstruktion auf, bestehend einmal aus einem sich über die
Innenbreite des Fahrzeuges erstreckenden, karosseriefest angebrachten
Profil-Querträger,
der Führungsmittel
für zwei
nebeneinander angeordnete U-förmige Überrollbügel aufweist,
sowie bestehend zum anderen aus sich vertikal nach unten erstreckenden
Profil-Trägerelementen
mit einem Bodenteil für
die Aufnahme der üblichen
Komponenten des ausfahrbaren Überrollschutzsystems,
wie z.B. den Auslösemagneten
für das
sensorgesteuerte Auslösen
der Ausfahrbewegung der Überrollbügel sowie
die Antriebs-Druckfedern.
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Sowohl
die Kassetten-Konstruktionen als auch die Querträger-Konstruktionen sind in vielfältigen Ausführungsformen,
angepasst an den jeweiligen Fahrzeugtyp, auf dem Markt eingeführt und
in Betrieb. Eine typische Problemstellung ist dabei der für die Unterbringung
des Überrollschutzsystems
im Fahrzeug benötigte
Bauraum, was wegen der zum Teil beengten Platzverhältnisse
in bestimmten Cabriolet-Fahrzeugen
zu konstruktiven Problemen führen kann.
Ferner ist eine stufenlose Arretierung der Wiedereinfahrsperre wünschenswert.
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Die
DE 195 01 522 A1 zeigt
dabei eine Überrollschutz-Vorrichtung
mit jeweils einer rückwärtig in den
beiden Seitenwandbereichen hinter dem Fahrgastraum eingebauten Zylinder/Kolben-Anordnung, mit
einem an verformungssteifen Fahrzeugteilen karosseriefest abstützenden
bzw. befestigten Zylinder und einem darin begrenzt verschiebbar
angeordneten säulenförmigen Kolben
als Überrollkörper (auch Stützkörper genannt),
der im Gefahrenfall selbsttätig aus
seiner in der Karosse versenkten Ruhestellung in seine Wirk- oder
Stützstellung
ausfährt.
Der obere, freie Endabschnitt des Kolbens, quasi sein Kopf, weist
einen relativ großflächigen Abstützbereich
auf, der festigkeitsmäßig so ausgelegt
ist, daß er
die bei einem Überschlag
zunächst
auf ihn auftreffenden Kräfte
ohne wesentliche Verformung in die Kolben/Zylinder-Anordnung und
die Karosse weiterleiten kann und der geometrisch, d.h. optisch,
an die ihm benachbarte Karosserieform angepasst ist. Der Antrieb
des säulenförmigen Kolben-Überrollkörpers aus
seiner Ruhelage erfolgt durch einen pyrotechnischen Treibsatz, der
zwischen dem hutförmig
ausgebildeten Kolbenboden und dem Zylinderboden angeordnet ist.
Diese bekannte Überrollschutz-Vorrichtung weist
u.a. die Nachteile auf, daß relativ
hohe Explosionskräfte
konstruktiv zu handhaben sind, der Überrollkörper mit einem sehr harten
Anschlag in seine aufgestellte Position fährt, ein sehr lautes Explosionsgeräusch beim
Aufstellen entsteht, sowie die Wiedereinfahrsperre gegen das Eindrücken des
Kolbens beim Überschlag
und das Reversieren des unbeabsichtigt aufgestellten Kolbens konstruktiv
nicht einfach zu lösen
sind.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs bezeichnete Überrollschutzsystem
so auszubilden, daß ein
geräuscharmes
Aufstellen des säulenförmigen Überrollkörpers mit
konstruktiv gut beherrschbaren Kräften und Anschlägen möglich ist und
die Funktionen der Wiedereinfahrsperre mit einer stufenlosen Arretierung
und des Reversierens auf relativ einfache Weise konstruktiv ausgebildet werden
können.
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Die
Lösung
dieser Aufgabe gelingt bei einem Überrollschutzsystem für Kraftfahrzeuge,
mit mindestens einem sensorgesteuert mittels eines Energiespeichers
aus einer Grundstellung in eine Stützstellung aufstellbaren, säulenförmigen,
zylindrischen Überrollkörper, der
in einem becherförmigen,
fahrzeugfesten Trägerkörper geführt aufgenommen
ist, und der einen gegenüber
dem Säulenquerschnitt großflächigeren
Abstützkopf
aufweist, gemäß der Erfindung
dadurch, daß der
säulenförmige, zylindrische Überrollkörper ein
Außengewinde
und der becherförmige
Trägerkörper ein
dazu komplementäres
Innengewinde eines Bewegungs-Gewindes antreibbar durch eine vorgespannte
Antriebs-Schraubenfeder als
Energiespeicher, aufweist, mit einem Selbsthemmung bewirkenden kleinen
Steigungswinkel und Mitteln zum Aufheben der Selbsthemmung beim
Aufstellen des Überrollkörpers.
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Das
erfindungsgemäße Bewegungs-Gewinde
besitzt daher prinzipiell gegenüber
den typischen Bewegungs-Gewinden eine, die Selbsthemmung bedingende
kleine Steigung entsprechend einem Befestigungs-Gewinde, d.h. der Steigungswinkel ist kleiner
als der sogenannte, durch die Reibzahl bedingte Reibungwinkel.
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Diese
Selbsthemmung ist jedoch durch Mittel zur Reduzierung des Reibungwinkels
einseitig in Aufstell-Richtung aufgehoben, damit der Überrollkörper „leichtgängig" und damit schnell
ausgefahren werden kann.
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Beim
Gegendruck durch externe Belastung auf den Überrollkörper wird die Leichtgängigkeit
aufgehoben und es kommt die Selbsthemmung zwischen entsprechenden
Gewindeflanken als Wiedereinfahrsperre fungierend zum Tragen.
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Das
erfindungsgemäß ausgebildete
Bewegungs-Gewinde zwischen dem säulenförmigen Überrollkörper und
dem becherförmigen
Trägerkörper in Verbindung
mit der vorgespannten Schraubenfeder ermöglicht daher ein geräuscharmes,
schnelles Aufstellen des säulenförmigen Überrollkörpers mit
konstruktiv gut beherrschbaren Kräften und nicht zu harten Anschlägen. Zum
anderen kann das Bewegungs-Gewinde auf sehr einfache Weise die Funktionen
der stufenlosen, durch die Selbsthemmung bedingten Wiedereinfahrsperre
sowie des Reversierens übernehmen,
so daß entsprechende,
zusätzliche Komponenten
entbehrlich sind.
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Die
DE 92 00 457 U1 zeigt
ein Kraftfahrzeug-Cabrio mit Überrollschutz,
bestehend aus sitzbezogen angeordneten Überrollbügeln, die jeweils elektromotorisch
mit einer karosseriefesten, zentralen Antriebsspindel und einer
am Überrollbügel abgestützten Spindelmutter
aufstellbar sind. Das Gewinde der Spindel und der Mutter kann ein
Trapezgewinde oder ein Sägezahngewinde
mit möglichst
großer Steigung
sein. Um eine gesonderte Verriegelung des Überrollbügels in der Stützstellung
zu ver meiden, kann das Gewinde auch selbsthemmend ausgebildet sein,
was einen Kompromiss hinsichtlich der Gewindesteigung erfordert.
Die Aufstellgeschwindigkeit ist dadurch beeinträchtigt. Im Fall der Erfindung
ist nur ein Gewinde vorgesehen, nämlich ein Bewegungs-Gewinde
mit einem selbsthemmenden kleinen Steigungswinkel, wobei die Selbsthemmung
beim Aufstellen aufhebbar ist.
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Die
DE 41 08 878 C2 zeigt
einen sitzbezogen angebrachten Überrollbügel mit
einer elektromotorisch antreibbaren, karosseriefest gelagerten Gewindespindel
und einer zugeordneten Spindelmutter für jeden Bügelschenkel. Das Gewinde ist
selbsthemmend ausgebildet, und um trotz des steigungsarmen Gewindes
den Überrollbügel im Crash-Fall
hinreichend schnell ausfahren zu können, muß der Elektroantrieb eine hinreichend
große
Drehzahl haben. Es ist daher ein hochdrehender, aufwändiger Elektromotor
notwendig, der auch nur bedingt den kleinen Steigungswinkel beim
Ausfahren kompensieren kann.
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Ausgestaltungen
und Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen gekennzeichnet und
ergeben sich auch aus der Figurenbeschreibung.
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Anhand
eines in den Zeichnungen in verschiedenen Ansichten und Zuständen dargestellten Ausführungsbeispieles
mit einem Trapez-Bewegungs-Gewinde
wird die Erfindung näher
beschrieben:
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Es
zeigen:
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1 in
einer perspektivischen Schnittdarstellung eine Überrollschutz-Vorrichtung für Kraftfahrzeuge
mit einem säulenförmigen,
hohlzylindrischen Überrollkörper, der
in einem fahrzeugfesten becherförmigen
Trägerkörper mittels
eines Trapezgewindes geführt
aufgenommen und mittels einer vorgespannten Antriebs-Schraubenfeder
aus der dargestellten, niedergehaltenen Grundstellung in eine Stützstellung
ausfahrbar ist,
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2 die Überrollschutz-Vorrichtung
nach 1 im Voll-Längsschnitt
in der Grundstellung,
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3 in
einer perspektivischen Schnitt-Darstellung die Überrollschutz-Vorrichtung nach 1, jedoch
in der ausgefahrenen Stützstellung
des Überrollkörpers,
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4 die Überrollschutz-Vorrichtung
nach 3 im Voll-Längsschnitt
in der Stützstellung,
und
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5 in
zwei Figurenteilen A, B einen Ausschnitt aus dem Trapezgewinde zwischen Überrollkörper und
Trägerkörper, mit
einer speziellen Flankenausbildung zum fördernden Aufstellen des Überrollkörpers im
Figurenteil A und einer Flankenausbildung für den Abstützvorgang unter dem Angriff
einer äußeren Kraft
auf den Überrollkörper.
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Die
Figuren zeigen eine Überrollschutzvorrichtung
für Fahrzeuge,
mit einem säulenförmigen, hohlzylindrischen Überrollkörper 1,
der in einem becherförmigen
Trägerkörper 2,
der mittels eines Sockels oder Fußes 3 fahrzeugfest
angebracht ist, aufstellbar geführt
aufgenommen ist. Der Überrollkörper 1 besitzt
einen gegenüber
dem Säulendurchmesser großflächigen pilzhutförmigen Abstützkopf 4,
der festigkeitsmäßig so ausgelegt
ist, daß er
die beim Überschlag
auftretenden Kräfte
auffangen und in die Schutzvorrichtung bzw. die Fahrzeug-Karosse
ableiten kann. Ferner ist er optisch an die Form der Karosse, auf
deren Oberseite er in der abgesenkten Grundstellung ruht, angepasst.
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Im
Innern des hohlzylindrischen Überrollkörpers 1 ist
eine Federführungssäule 5 angeordnet,
die im Fuß 3 mittig
fahrzeugfest verankert ist und sich axial zentrisch entlang zur
Hohlzylinderachse erstreckt. Er besitzt einen fest daran angebrachten oberen
Führungs-Ringteller 6,
der gleitbar am Innenumfang des hohlzylindrischen Überrollkörpers 1 im letzteren
aufgenommen ist. Im Innern des hohlzylindrischen Überrollkörpers 1 und
des becherförmigen Trägerkörpers 2 ist
eine die Federführungssäule 5 umgreifende
Antriebs-Schraubenfeder 7, die sich am unteren Ende am
Sockel bzw. Fuß 3 und
am oberen Ende an einer Druckscheibe 8 abstützt, welche
eine mittige Bohrung für
einen gleitenden Durchtritt der Federführungssäule besitzt, sowie welche fest
an der Innenwand des hohlzylindrischen Überrollkörpers 1 angebracht
ist, z.B. durch Schweißen.
Diese Antriebs-Schraubenfeder 7 ist hinsichtlich ihrer
Federeigenschaften als Energiespeicher für das sensorgesteuerte sehr
schnelle Aufstellen des Überrollkörpers 1 aus
dem Grundzustand, in welchem sie vorgespannt ist (1 und 2),
in die Stützstellung (3 und 4)
ausgelegt.
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Zum
Niederhalten des säulenförmigen Überrollkörpers 1 gegen
die Vorspannkraft der Antriebs-Schraubenfeder im Grundzustand sowie
zum sensorgesteuerten Auslösen
der Aufstellbewegung des Überrollkörpers 1 in
seine Stützstellung
ist im dargestellten Ausführungsbeispiel
am Kopf der Federführungssäule 5 im
Bereich des Führungs-Ringtellers 6 ein
Aktuator 9 angeordnet, welcher mit einer zentrischen Öffnung 9a zur
lösbaren
Aufnahme eines Haltegliedes 10 in Form eines metallischen
Stiftes, der zentrisch, seitlich elastisch nachgebend, am pilzhutförmigen Abstützkopf 4,
fest angebracht ist, und eine umlaufende Nut 10a aufweist,
versehen ist, und welcher ein Auslöseglied (nicht dargestellt)
aufweist, das im Grundzustand mit der umlaufenden Nut 10a im
niederhaltenden, lösbaren
Wirkeingriff steht.
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Je
nach Anwendungsfall kann der Aktuator 9 durch ein elektromagnetisches
oder durch ein pyrotechnisches Auslöseglied gebildet werden. Dem Fachmann
stehen dabei geeignete konstruktive Lösungen zur jeweiligen Realisierung
der Halte- und Auslösefunktion
zur Verfügung.
Die Zeichnungen zeigen ein besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel mit
einer besonders einfachen, kompakten und dennoch hoch-wirksamen
konstruktiven Lösung.
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Der
säulenförmige, hohlzylindrische Überrollkörper 1 ist
mit dem becherförmigen
Trägerkörper 2 über ein
Trapezgewinde-Trieb, d.h. ein Bewegungsgewinde mit trapezförmiger Gewindezahnung, gekoppelt,
welches zum einen der Aufstellung des Überrollkörpers 1 in seine Stützstellung
und zum anderen als Wiedereinfahrsperre des aufgestellten Überrollkörpers dient.
Dieses Bewegungsgewinde, das in 5 näher dargestellt
ist, wird durch ein Trapez-Außengewinde 1a am Überrollkörper 1 und durch
ein dazu komplementäres
Trapez-Innengewinde 2a im
Inneren des becherförmigen
Trägerkörpers 2 gebildet.
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Zur
Unterstützung
der Aufstellbewegung ist nach einer Ausgestaltung der Erfindung
vorgesehen, daß auf
der nach oben weisenden Zahnflanke des Innengewindes 2a Mittel
zur leichtgängigen
und reibungsreduzierten Verstellung aufgebracht sind.
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Dieses
kann z.B. erreicht werden, indem die obere Flanke des Gewindezahns
jeweils mit einer Teflonschicht, einem metallischen Gleitwerkstoff
oder einer Kombination aus synthetischen und metallischen Werkstoffen,
beschichtet ist.
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Als
Alternative dazu können
die oberen Zahnflanken mit einer umlaufenden Nut 2b versehen werden,
in denen Roll-Kugeln 11 eine rollende Bewegung ermöglichen.
Diese Alternative ist in der 5 dargestellt.
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Das
leichte Gleiten bzw. Rollen ist erforderlich, damit die erforderlichen
kurzen Aufstellzeiten des Überrollkörpers erreicht
werden, die im ms-Bereich
liegen.
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Die
untere Zahnflanke ist konventionell gefertigt ohne besondere Gleiteigenschaften,
stattdessen wird hier ein etwas größeres Flankenspiel „S" konstruktiv vorgesehen
(5A), das typischerweise im Bereich von 0,2-0,5
mm liegt.
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Beim
schnellen Aufstellen wird der Überrollkörper 1 auf
Grund der vorgespannten Antriebs-Schraubenfeder 7 mit seiner
nach oben weisenden Gewindeflanke gegen die Innenverzahnung des
Trägerkörpers 2 gedrückt und
es ergibt sich auf Grund der guten Reib- bzw. Rollverhältnisse ein leichtes schnelles
Aufstellen des Überrollkörpers. Ein Anschlagdämpfer 12 sorgt
für einen „weichen" Anschlag.
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Auf
Grund des eingebauten Flankenspiels liegt die untere Zahnflanke
dabei im Wesentlichen frei und hat keine Berührung mit dem Innengewinde des
Trägerkörpers 2.
Somit ist die untere Flanke reibungsfrei, wie auch die 5A zeigt.
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Im
Abstützfall
wird durch die von außen
angreifende Kraft der Überrollkörper 1 belastet,
dabei kommen die unteren Zahnflanken des Überrollkörpers auf den oberen Zahnflanken
des Muttergewindes des Trägerkörpers 2 zur
Anlage. Auf Grund des kleinen Steigungswinkels und der Oberflächenrauheit
bzw. des größeren Reibungskoeffizienten
stellt sich Selbsthemmung ein. Diese Selbsthemmung nimmt die hohen
Abstützkräfte im Sinne
einer Wiedereinfahrsperre sicher auf.
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Die
Antriebs-Schraubenfeder 7 ist als Dreh- und zugleich axial
wirkende Druckfeder ausgelegt, d.h. die Antriebs-Schraubenfeder
ist bei in der Grundstellung eingefahrenem Überrollkörper 1 drehend vorgespannt,
d.h. bei einer Expansion erfährt
sie neben ihrer axialen Ausdehnung zusätzlich eine Drehbewegung. Nach
Aufhebung der Halterung durch die Trennung zwischen Aktuator 9 und
Halteglied 10 wird daher der Überrollkörper 1 über die
Druckscheibe 8 in Drehbewegung gesetzt und zugleich axial
aufgestellt.
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Die
Auslegung der Antriebs-Schraubenfeder 7 als axial wirkende
Druckfeder bewirkt die Anlage der oberen Zahnflanken mit der Gleit- oder Rollseite am
Gegengewinde und damit ein „reibungsarmes Aufstellen".
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Die
aufgestellte obere Position wird allein auf Grund der Reibungsverhältnisse
im Gewinde zwischen der unteren Flanke des Außengewindes 1a und
der oberen Flanke des Innengewindes 2a gehalten. Dadurch
ist mit großem
Vorteil auf einfache Weise eine stufenlose Arretierung möglich.
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Die
Reversierung erfolgt durch Zurückdrehen
des Überrollkörpers 1 in
seine gespannte Ruhelage. Dazu wird am Abstützkopf 4 eine einfache Handkurbel
mit einem Vierkantzapfen in eine entsprechende Aussparung 4a eingeführt.
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Auch
eine elektromotorische Reversierung ist denkbar, mit einem entsprechend
starken Motor, der die Antriebs-Schraubenfeder spannen kann. Dieser
Motor könnte
auch als Komfortantrieb für
eine kontinuierliche Aufstellung des Überrollkörpers, z.B. um eine daran angebrachte
Kopfstütze
angepasst einzustellen, verwendet werden.
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Diese
motorische Reversierung kann mit technisch geläufigen Mitteln an oder unter
dem Fuß des Überrollkörpers realisiert
werden.
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Bevorzugter
Einbauort des Gesamtsystems ist der Raum zwischen der Rückseite
der Fondsitze und der Trennwand zum Kofferraum und in Querrichtung
vorzugsweise weit außen
im Bereich der Fahrzeugseitenwand, um eine optimale Abstützung zu
erreichen.
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- 1
- Säulenförmiger,
hohlzylindrischer Überrollkörper
- 1a
- Trapez-Außengewinde
- 2
- Becherförmiger Trägerkörper
- 2a
- Trapez-Innengewinde
- 3
- Sockel
oder Fuß
- 4
- Abstützkopf
- 4a
- Aussparung
- 5
- Federführungssäule
- 6
- Führungs-Ringteller
- 7
- Antriebs-Schraubenfeder
- 8
- Druckscheibe
- 9
- Aktuator
- 9a
- Öffnung
- 10
- Halteglied
- 10a
- Nut
- 11
- Rollkugeln
- 12
- Anschlagdämpfer