DE19904486C1 - Elektrisch auslösender Federspeicher - Google Patents

Abstract

Es wird ein leichtgängiger und sehr schnell auslösender Federspeicher (10) beschrieben, bei dem zwischen zwei in einem Schacht (32) angeordneten Wälzelementen (21, 22) eine mit einem Anker (27) einer elektrischen Spule (28) verbundene Auslösezunge (30) angeordnet ist. Bei einer Auslösung findet eine äußerst leichtgängige, schlupffreie Bewegung der Wälzkörper (21, 22) im Schacht (32) statt (Fig. 1).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrisch auslösenden Federspeicher gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Solche Federspeicher sind grundsätzlich bereits in verschie­ denen Ausführungsformen bekannt.

Für verschiedene Anwendungsgebiete bringen sie jedoch nicht die gewünschten oder zu fordernden Funktionen.

Die in Kraftfahrzeugen, insbesondere Personenkraftwagen häu­ fig verwendeten Kopfstützen haben den erheblichen Nachteil, daß bei einem Aufprall eines anderen Fahrzeugs auf die Heck­ partie des mit Kopfstützen ausgestatteten Fahrzeugs der Kopf des dortigen Insassen mit großer Heftigkeit auf die norma­ lerweise in einigem Abstand vom Hinterkopf befindliche Kopf­ stütze aufschlägt. Dies führt in vielen Fällen zu einem ge­ fährlichen Schleudertrauma mit erheblichen Spätfolgen.

Hier wäre bei einem etwaigen Auffahrunfall ein schnelles Heranführen der zurückliegenden Kopfstütze an den Kopf des Insassen und damit eine volle Abstützung des Kopfes im Mo­ ment des Auffahrunfalles von großem Vorteil. Es gibt aber auch zahlreiche andere Situationen, in denen eine schnell auslösende Kraft und eine darauf basierende schnelle Bewe­ gung benötigt wird.

Erreicht wird dies zur Zeit noch mit pyrotechnischen Syste­ men, bei denen zwar eine schnelle Reaktionzeit gewährleistet ist, die aber den Nachteil haben, daß sie grundsätzlich nur einmal aktiviert werden können. Es erfordert einen recht großen Aufwand, sie nach einem Anwendungsfall wieder funkti­ onsfähig zu machen.

Aus der DE 41 05 829 C2 ist eine komplex aufgebaute Sicher­ heitseinrichtung bekannt, die sich nach einer zu Prüf­ zwecken vorgenommenen Auslösung einfach zurückstellen lässt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Federspei­ cher gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, der un­ ter Beibehaltung der schnellen Reaktionszeit im Einsatzfall im Anschluß an einen solchen Einsatzfall mit relativ gerin­ gem Aufwand erneut funktionsfähig gemacht werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit Hilfe der Merkmale des Anspruchs 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteran­ sprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungsfiguren beispielhaft erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 den grundsätzlichen Aufbau eines solchen elektrisch auslösenden Federspeichers mit einer Druckfeder,

Fig. 2 eine Variante mit zwei parallelen Druckfedern, die über eine einzige Auslöseinrichtung gesteu­ ert werden in einer ersten Seitenansicht im Schnitt,

Fig. 3 die Variante gemäß Fig. 2 in einer anderen Seitenansicht,

Fig. 4 die Variante gemäß Fig. 2 und 3 im Querschnitt entlang der Linie III-III in Fig. 2,

Fig. 5 eine Detail-Darstellung der Rastnut mit Zylin­ derrollen und Auslösezunge sowie

Fig. 5a eine perspektivische Darstellung der Auslöse- Einrichtung mit Spule, Auslösezunge, Zylinder­ rollen und Aufnahmeschacht.

Fig. 1 zeigt einen elektrisch auslösenden Federspeicher 10, der als zylindrischer Hohlkörper 11 ausgebildet ist und in seinem Inneren einen Bolzen 12 aufweist, der vorzugsweise aus einem Kern 13 aus Hartgummi mit einem an zwei Seiten vorhandenen, den Kern 13 abdeckenden flachen Stahlblech 14 besteht, das in seinem unteren Bereich rechteckig abgewin­ kelte Stützflächen 15 für einen Druckteller 15a einer Druck­ feder 16 aufweist. Im oberen Bereich stehen die beiden seit­ lichen Flächen des Stahlblechs 14 über einen Bogen 17 mit­ einander in Verbindung, so daß der Hartgummi-Kern 13 dort vom Stahlblech 14 voll abgedeckt wird. Im unteren Bereich ragt der Kern 13 um ein hinreichendes Maß aus dem Stahlblech heraus. Der dort herausragende Teil 18 des Kerns 13 dient im Falle einer Auslösung des Federspeichers 10 als Dämpfungs­ glied, wenn der Bolzen 12 auf den unteren Boden 19 des Fe­ derspeichers 10 aufschlägt.

Das Stahlblech 14 weist in seinem oberen Bereich seitlich eine Rastnut 20 auf, in die eine der Zylinderrollen 21 und 22 unter der Kraft einer Andruckfeder 23 gedrückt wird. Durch die in die Rastnut 20 eingreifende Zylinderrolle 21 wird verhindert, daß sich der Bolzen 12 unter der Einwirkung der Druckfeder 16 in Richtung des Pfeils A nach unten be­ wegt.

Die Andruckfeder 23 stützt sich einerseits auf einer Aufla­ gerplatte 24 und zum anderen an der Abdeckplatte 25 eines Elektromagneten 26 ab. Der Elektromagnet weist einen in ihm angeordneten und in Achsrichtung beweglichen Anker 27 auf. Der Elektromagnet 26 weist ferner eine elektrische Spule 28 mit einem nach außen gehenden elektrischen Anschluß 29 auf.

Mit Hilfe der Spule 28 wird im Falle einer Auslösung des Fe­ derspeichers durch einen Stromimpuls der Anker 27 nach oben in Richtung des Pfeils B bewegt. Dadurch wird gleichzeitig auch die zwischen den beiden Zylinderrollen 21, 22 angeord­ nete flache Auslösezunge 30 nach oben gezogen und eine Ab­ rollbewegung der Zylinderrollen 21, 22 auf der Auslösezunge 30 einerseits und an Begrenzungsflächen 31 des Schachtes 32 veranlaßt. Die Zylinderrolle 21 wird dadurch aus der Rastnut 20 herausgeführt oder genauer gesagt herausgerollt und der Bolzen 12 damit derart freigegeben, daß dieser unter der Einwirkung der Druckfeder 16 nach unten in Richtung des Pfeils A bewegt wird. Ein im Inneren des Bolzens 12 angeord­ neter und an der Innenseite der Rastnut 20 des Stahlblechs 14 anliegender Seilnippel 33 und die mit ihm verbundene See­ le 34 des Bowdenzugs 35 folgen dieser Bewegung.

So kann die Bewegung des Bolzens 12 auch auf entfernt lieg­ gende Bauteile übertragen werden.

Selbstverständlich kann bei einer entsprechenden Gestaltung der Unterseite 19 des Bolzens 12 dieser auch direkt und ohne Zwischenschaltung des Bowdenzugs 35 seine Bewegung auf ein anderes Bauelement übertragen, wie dies beispielsweise in Fig. 3 dargestellt ist.

Während der Hohlkörper 11 eine zylindrische Gestalt hat, ist der Schacht 32 im wesentlichen quaderförmig und somit von rechteckigem bzw. quadratischem Querschnitt, damit die Zy­ linderrollen 21, 22 an seiner inneren Begrenzungsfläche 31 abrollen können. Werden anstelle der Zylinderrollen 21, 22 Kugeln verwendet, so ist die Gestalt des Schachtes 32 diesen anderen Wälzkörpern selbstverständlich anzupassen.

Der Winkel alpha, unter dem die Achse der aus Anker 27 und Auslösezunge 30 gebildeten Auslöseeinrichtung gegenüber der Hauptachse des Hohlkörpers 11 und der Druckfeder 16 geneigt ist, ist weitgehend frei wählbar. Es hat sich jedoch ein Winkel von etwa 45° als sehr vorteilhaft erwiesen. Bei An­ wendung einer zweiten Auslöseeinrichtung (eines zweiten Ak­ tivators) zur Erzielung einer gesteigerten Funktionssicher­ heit kann diese zweite Auslöseeinrichtung (dieser zweite Ak­ tivator) einen Winkel von -45° gegenüber der Hauptachse des Hohlkörpers 11 und der Druckfeder 16 und damit einen Versatz von 90° gegenüber der ersten Auslöseeinrichtung (dem ersten Aktivator) aufweisen. Damit ist sichergestellt, daß stoßbe­ dingte mechanische Störimpulse nicht zu Fehlauslösungen füh­ ren können. Eine Stoßkomponente, die in Richtung der einen Auslöseeinrichtung (des einen Aktivators) voll wirksam ist, bleibt dann in Richtung der anderen Auslöseeinrichtung (des anderen Aktivators) ohne Wirkung, denn eine mechanische Stoßkomponente, die nur in Richtung der Achse des ersten Ak­ tivators wirkt, kann nicht ungewollt den um 90° versetzten zweiten Aktivators mitauslösen. Die Aktivierung nur einer Auslöseeinrichtung (eines Aktivators) führt aber noch nicht zur Freigabe des Bolzens 12 und zu dessen Auslenkung durch die Druckfeder 16. Dazu ist die gleichzeitige Betätigung beider Auslöseeinrichtungen (Aktivatoren) erforderlich.

Das zentrale Mittelteil des Bolzens 12 kann statt mit einem Kern 13 aus Hartgummi grundsätzlich auch massiv ausgebildet sein. Aus fertigungstechnischen Gründen, aus Kostengründen und um die Massen möglichst gering zu halten, ist es aber von Vorteil, ein aus Gummi, insbesondere aus Hartgummi, be­ stehendes Innenteil vorzusehen, das von einem Stahlblech 14 bzw. Metallband entsprechender Qualität abgedeckt wird. Ge­ gebenenfalls kann auch ein gehärtetes Stahlband 14 zum Ein­ satz kommen.

Bei Verwendung eines Kerns 13 aus Hartgummi ist es sinnvoll, an der Innenseite der Rastnut 20 einen Seilnippel vorzuse­ hen, der seinerseits mit der Seele 34 des Bowdenzugs 35 di­ rekt verbunden ist. Dadurch wird die Kraftübertragung zwi­ schen der Rastnut 20 und dem Bowdenzug 35 direkter ausgebil­ det.

Bei der Auswahl der Spule 28 des Aktivators sollte darauf geachtet werden, daß bereits ein äußerst kurzer Stromimpuls zur Auslösung ausreicht. So wird eine schnelle Reaktion ge­ währleistet.

Der Boden 19 des Hohlkörpers 11 dient als Anschlag und Weg­ begrenzer.

Fig. 2 zeigt eine Variante des Federspeicher 10 gemäß Fig. 1, bei der zwei Druckfedern 16a und 16b nebeneinander ange­ ordnet sind. Dadurch läßt sich bei gleicher Federkraft eine in einer Richtung zwar etwas breitere, zugleich aber in der anderen Richtung flachere Ausführung erreichen. Im übrigen sind die Elemente weitgehend übereinstimmend.

Anstelle der einen Auslösezunge 30 sind bei dieser Ausfüh­ rungsform jedoch zwei Auslösezungen 30a und 30b vorhanden, die über ein beiden gemeinsames Ankerelement 37 bewegbar sind. Wird ein Stromimpuls auf die Spule 28a gegeben, so werden das Element des Ankers 37 und damit auch die Auslöse­ zungen 30a, 30b nach oben bewegt. Die Zylinderrollen 21, 22 werden damit zwangsläufig nach rechts (schräg nach oben bzw. schräg nach unten) bewegt und damit aus den Rastnuten 20a und 20b herausgeführt. Der Hohlkörper 38, der die Doppel- Anordnung der Druckfedern 16a und 16b umschließt, wird unter deren Federkraft spontan nach unten bewegt. Dies gilt auch für den fest damit verbundenen unteren Teil 19a des Feder­ speichers 10.

Fig. 3 zeigt eine Darstellung des Federspeichers 10 gemäß Fig. 2 in Seitenansicht und läßt die flache Bauweise klar erkennen.

Fig. 4 schließlich zeigt eine Schnittdarstellung der Fig. 2 entlang der dortigen Linie III-III.

Nach einer Auslösung des Federspeichers 10 wird dieser durch Rückführung in die Ausgangslage erneut gespannt und ist dann sofort wieder voll einsatzbereit.

Der Achswinkel alpha ermöglich eine den jeweiligen Bedürf­ nissen entsprechende vorteilhafte Eingriffsgeometrie an der Rastnut 20, 20a, 20b im Eingriffsbereich der Zylinderrollen 21, 22, 21a, 22a, 21a, 21b. Es werden reine Wälzbewegungen der Zylinderrollen auf der Auslösezunge 30 und an den Innen­ wandungen des Schachts 32 ohne Schlupf erreicht.

Der klein dimensionierbare Auslösemechanismus ist äußerst massearm und ermöglicht Auslösezeiten von weniger als 1 ms. Das System erfordert nur geringe Auslösekräfte.

Der Achswinkel ermöglicht ferner einen Ausweichvorgang der Zylinderrollen 21, 22 beim Spannen des Systems derart, dass diese Zylinderrollen oberhalb des Bolzen 12 nach dem Auslö­ sevorgang wieder in die vorgeschobene Stellung gehen. Sie lassen sich problemlos zurücksetzen, wenn der Bolzen 12 mit seinem Kopf auf die Zylinderrollen 21, 22 trifft. Nach Er­ reichen der Endlage des Bolzens 12 haben die Zylinderrollen 21, 22 wieder eine entlastete Position und ihre Bereit­ schaftsstellung erreicht.

Claims (8)

1. Elektrisch auslösender Federspeicher, dadurch gekenn­ zeichnet, daß paarweise angeordnete Wälzelemente (21, 22; 21a, 22a), mit einer zwischen ihnen liegenden Auslösezun­ ge (30, 30a, 30b) als Gesamteinheit in eine Rastnut (20) eines durch eine Druckfeder (16, 16a, 16b) beaufschlagten Bolzens (12, 12a) eingreifen, wobei die Auslösezunge (30, 30a, 30b) über einen Anker (35, 37) einer elektrischen Spule (28, 28a) derart axial bewegbar ist, daß die Wälze­ lemente leichtgängig und schlupffrei aus der Rastnut (20) herausbewegbar sind.

2. Federspeicher gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Druckfedern (16a, 16b) in Parallelanordnung vor­ handen sind.

3. Federspeicher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Wälzelemente Zylinderrollen sind.

4. Federspeicher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Wälzelemente Kugeln sind.

5. Federspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse der elektrischen Spule (28), der Auslösezunge (30) und einer zugehörigen, die Zylinderrollen (21, 22) in der Rastnut (20) haltenden An­ druckfeder (23) unter einem Winkel von 45° zur Hauptachse des Bolzens (12) und der Druckfeder (16) verläuft.

6. Federspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwei aus elektrischer Spule (28), Auslösezunge (30) und Andruckfeder bestehende Aktivatoren vorhanden sind, die einmal um 45° im Uhrzeigersinn und einmal um 45° im Gegenuhrzeigersinn zur Hauptachse des Bolzens (12) und der Druckfeder (16) versetzt, somit zueinander um 90° versetzt angeordnet sind.

7. Federspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch, gekennzeichnet, daß der Bolzen (12) direkt auf ein zu be­ tätigendes Element einwirkt.

8. Federspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Bolzen (12) mit einem Bowdenzug (35) verbunden ist, der die Bewegung des Bolzens (12) auf ein zu betätigendes Element weiterleitet.