UNIDAD DE LIMITACIÓN DE FUERZA PARA UN VEHÍCULO AUTOMÓVIL.

Dispositivo de limitación de fuerza para su utilización en un vehículo automóvil,

el cual está instalado para la amortiguación de una fuerza que aparece en una situación de peligro en el vehículo automóvil entre dos piezas que se mueven una con respecto a la otra, caracterizado porque el dispositivo de limitación de fuerza está formado por un sistema de masa (16, 40, 59), el cual en caso de peligro se hace oscilar con una frecuencia predeterminada, que controla el movimiento de por lo menos una pieza (12, 13, 56) que se mueve en relación con la otra pieza con una velocidad definida dependiendo de su frecuencia de oscilación

La presente invención se refiere a un dispositivo de limitación de fuerza para su utilización en un vehículo automóvil, el cual está instalado para la amortiguación de una fuerza que aparece en una situación de peligro en el vehículo automóvil entre dos piezas que se mueven una con respecto a la otra.

Los dispositivos de limitación de fuerza de este tipo se utilizan, en particular, en sistemas de seguridad de vehículos automóviles y posibilitan la amortiguación de una fuerza de extracción del cinturón que aparece, en caso de choque, en el sistema de seguridad del vehículo automóvil, gracias a que el sistema de limitación de fuerza posibilita una salida de cinturón limitada con respecto a un componente que sujeta el cinturón. Los dispositivos de limitación de fuerza de este tipo se utilizan tanto en sistemas de seguridad de vehículos automóviles que funcionan de forma rotativa, en forma de arrolladores de cinturón de seguridad preferentemente autobloqueantes y combinados también con tensores o en forma de dispositivos de tensado puros, por ejemplo en forma de tensores de tope final, aunque también en sistemas de seguridad de vehículos automóviles que trabajan de forma lineal, en los cuales el cinturón está sujeto en la pieza de herraje, la cual es móvil, de forma lineal, por ejemplo, mediante una disposición émbolo-cilindro, ya sea con el propósito de un tensado o para el ajuste de una salida del cinturón regulada.

Sin embargo, es deseable integrar un dispositivo de limitación de fuerza también en otros lugares en un vehículo automóvil, para aprovechar movimientos relativos que se producen en caso de un choque entre dos partes del vehículo automóvil, como por ejemplo un parachoques con respecto al bastidor del vehículo automóvil, para la disipación de energía.

Un dispositivo de limitación de fuerza según el preámbulo previsto en un arrollador de cinturón de seguridad como parte de un sistema de seguridad de vehículo automóvil se conoce, por ejemplo, por el documento EP 1 222 097 B1. En este caso, el dispositivo de limitación de fuerza consta, en primer lugar, de una barra de torsión, uno de cuyos extremos está conectado con el árbol de cinturón y cuyo otro extremo se puede fijar, de forma fija a la carcasa, en caso de peligro, mediante un dispositivo de bloqueo adecuado. Si, en el caso de un accidente, se produce, como consecuencia de una aceleración del vehículo automóvil o de una desaceleración del vehículo automóvil, un desplazamiento previo del ocupante del vehículo automóvil abrochado y con ello una fuerza de extracción del cinturón, que actúa correspondientemente sobre el árbol del cinturón, entonces el árbol del cinturón puede girar, con rotación simultánea de la barra de torsión, una cantidad determinada, de manera que la salida de cinturón tiene lugar mediante un recorrido de giro correspondiente del árbol de cinturón. De este modo, se amortigua la fuerza que retiene a los ocupantes durante su movimiento hacia delante. En el arrollador de cinturón de seguridad conocido está previsto un segundo dispositivo de limitación de fuerza en forma de una masa de inercia que se puede acoplar al árbol de cinturón, cuya acción se superpone a la acción mencionada de la barra de torsión. Dependiendo de la velocidad con la cual la persona con el cinturón abrochado lleva a cabo su movimiento hacia delante, con ello también dependiendo de los datos de ocupante de la persona con el cinturón abrochado, actúa la masa de inercia, que el árbol de cinturón ha hecho girar, con su inercia, de tal manera que con ello actúa una componente adicional, disipadora de energía y, gracias a ello, limitadora de la fuerza.

Con el arrollador de cinturón de seguridad conocido o con su dispositivo de limitación de fuerza está relacionado con el inconveniente de que la acción del dispositivo de limitación de fuerza depende en cada caso del ocupante, en especial de su tamaño, peso y también de la posición en la que está sentado en el vehículo automóvil, así como también de la gravedad del accidente, es decir del impulso transmitido al ocupante en caso de peligro y de las fuerzas de aceleración que aparecen acto seguido. De este modo, resultan, con respecto a la acción del dispositivo de limitación de fuerza, niveles de fuerza diferentes, que sólo se pueden ajustar a los ocupantes con el cinturón abrochado y regular con gran complejidad, para evitar una solicitación demasiado fuerte de los ocupantes por el sistema de cinturón de seguridad durante un accidente.

La invención se plantea, por ello, el problema de estructurar de tal manera un dispositivo de limitación de fuerza del tipo mencionado al principio que su respuesta y su acción aparezcan independientemente de las condiciones marco de un accidente. En especial, en caso de utilización de un dispositivo de limitación de fuerza de este tipo en un sistema de seguridad de vehículo automóvil que protege a un ocupante del vehículo automóvil, debe actuar además la limitación de fuerza independientemente de los datos corporales o referidos al asiento que ocupa el ocupante.

La solución a este problema se deriva del contenido de la reivindicación independiente 1. En las reivindicaciones subordinadas, se indican estructuraciones ventajosas y perfeccionamientos de la invención, los cuales aparecen a continuación de la descripción.

La invención prevé en su idea fundamental que el dispositivo de limitación de fuerza esté formado por un sistema de masa el cual en caso de peligro se hace oscilar con una frecuencia predeterminada, que controla el movimiento de por lo menos una pieza que se mueve en relación con la otra pieza con una velocidad definida dependiendo de su frecuencia de oscilación.

Por consiguiente, la invención se libera de la concepción en la cual se basan los dispositivos de limitación de fuerza conocidos, de llevar a cabo un control del dispositivo de limitación de fuerza dependiendo de las condiciones marco de accidente fijadas, en sistemas de seguridad de vehículos automóviles en especial sin embargo también de la fuerza de extracción del cinturón que parte del ocupante. La invención aprovecha más bien en primer lugar la experiencia de que un accidente, en lo que respecta a los efectos de las fuerzas de aceleración o deceleración que aparecen, duran un tiempo que se puede establecer, por término medio, aproximadamente en 70 ms. Por consiguiente, el sistema de limitación de fuerza puede ser concebido según la invención de tal manera que funcione durante este período de tiempo y defina correspondientemente un movimiento relativo máximo entre sí de las partes correspondientes. A través de la concepción del dispositivo de limitación de fuerza, se pueden fijar velocidades individuales del movimiento relativo, por ejemplo para configuraciones diferentes del vehículo automóvil. Dado que el movimiento relativo posible de las partes entre sí está definido por la velocidad ajustada de su movimiento y el período de tiempo del funcionamiento del dispositivo de limitación de fuerza, el movimiento relativo se lleva a cabo independientemente de la magnitud de las aceleraciones o fuerzas que actúan y está determinado únicamente por el período de tiempo de las fuerzas de aceleración o deceleración, que se pueden ajustar constructivamente de acuerdo con ejemplos de realización de la invención, o que aparecen de hecho durante un accidente. Dicho con otras palabras: el movimiento relativo de partes del vehículo automóvil, que sirve para la limitación de fuerza, se desarrolla según la construcción predeterminada del dispositivo de limitación de fuerza, independientemente de la constitución de la aceleración o deceleración del vehículo automóvil, condicionada en cada caso por la gravedad del accidente.

En la medida en que un dispositivo de limitación de fuerza encuentre aplicación en un sistema de seguridad del automóvil que protege a un ocupante del vehículo automóvil y que presenta una bobina de cinturón con respecto a un marco conectado de manera fija con un vehículo automóvil, aparece en un accidente una desaceleración, desplazada en el tiempo, del vehículo automóvil y de los ocupantes, la cual está condicionada, y por ello es inevitable o sobre la cual no se puede influir, por las elasticidades existentes, por ejemplo en el sistema de cinturón de seguridad y en las estructuras de asiento. Esta desaceleración desplazada en el tiempo tiene como consecuencia una diferencia de velocidad entre el movimiento del vehículo automóvil y el movimiento del ocupante, que se puede determinar, mediante ensayos correspondientes, de manera específica... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo de limitación de fuerza para su utilización en un vehículo automóvil, el cual está instalado para la amortiguación de una fuerza que aparece en una situación de peligro en el vehículo automóvil entre dos piezas que se mueven una con respecto a la otra, caracterizado porque el dispositivo de limitación de fuerza está formado por un sistema de masa (16, 40, 59), el cual en caso de peligro se hace oscilar con una frecuencia predeterminada, que controla el movimiento de por lo menos una pieza (12, 13, 56) que se mueve en relación con la otra pieza con una velocidad definida dependiendo de su frecuencia de oscilación.

2. Dispositivo de limitación de fuerza según la reivindicación 1, caracterizado porque las piezas que se mueven unas respecto a las otras son parte integrante de un sistema de seguridad de vehículo automóvil, el cual comprende un marco (11) fijo al vehículo automóvil y una bobina de cinturón (12) que gira con respecto al marco (11) como soporte de uno de los cinturones que mantiene al ocupante del vehículo automóvil con el cinturón abrochado, controlando en el caso de un choque el sistema de masa (16, 40) que se hace oscilar una salida limitada del cinturón mediante un giro controlado del árbol de cinturón (12) con una velocidad de salida definida por la frecuencia del sistema de masa (16, 40) que se ha hecho oscilar.

3. Dispositivo de limitación de fuerza según la reivindicación 2, caracterizado porque el impulso del sistema de masa (16, 40) para alcanzar su frecuencia de oscilación tiene lugar mediante la extracción de la banda de cinturón que aparece en caso de peligro y la salida de cinturón está determinada dependiendo del período de tiempo de la fuerza de extracción de cinturón que actúa.

4. Dispositivo de limitación de fuerza según la reivindicación 3, caracterizado porque la extracción de la banda de cinturón se puede convertir, mediante componentes (12, 13) que interactúan mecánicamente, en el estímulo de oscilación del sistema de masa.

5. Dispositivo de limitación de fuerza según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el impulso del sistema de masa (16, 40) para alcanzar la frecuencia de oscilación tiene lugar mediante un accionamiento externo que se puede activar en caso de peligro y que actúa a lo largo de un período de tiempo predeterminado.

6. Dispositivo de limitación de fuerza según la reivindicación 5, caracterizado porque el accionamiento externo está formado como sistema de masa de resorte pretensado.

7. Dispositivo de limitación de fuerza según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque está ajustada una frecuencia de oscilación del sistema de masa (16, 40, 59) constante a lo largo del período de tiempo.

8. Dispositivo de limitación de fuerza según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque está ajustada una frecuencia de oscilación del sistema de masa (16, 40, 59) degresiva a lo largo del período de tiempo.

9. Dispositivo de limitación de fuerza según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque está ajustada una frecuencia de oscilación del sistema de masa (16, 40, 59) progresiva a lo largo del período de tiempo.

10. Dispositivo de limitación de fuerza según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque está prevista una desconexión de la oscilación, que actúa al final del período de tiempo, que da lugar a una posición de reposo del sistema de masa (16, 40, 59).

11. Dispositivo de limitación de fuerza según una de las reivindicaciones 2 a 4 para un arrollador de cinturón autobloqueante, con un árbol de cinturón, que sujeta el cinturón, apoyado en una carcasa, caracterizado porque el sistema de masa que reacciona al giro del árbol de cinturón en la dirección de desenrollado, comprende un gran número de masas de péndulo (16) de dos brazos, dispuestas distribuidas a lo largo del perímetro del árbol de cinturón, apoyadas de forma pendular alrededor de un punto de apoyo (17) central fijo a la carcasa, las cuales, en las dos posiciones finales de su movimiento pendular, engarzan con un diente (19) dispuesto en sus dos extremos en el dentado exterior (15) del anillo de dentado (13), que se debe acoplar en caso de peligro con el árbol de cinturón y que gira con el mismo, de tal manera que la oscilación de la masa de péndulo (16) correspondiente es generada, durante el giro del anillo de dentado

(13) con respecto a las masas de péndulo (16), mediante el deslizamiento de los flancos de diente de los dientes (19) formados en las masas de péndulo (16) en los flancos de diente del dentado exterior (15) del anillo de dentado (13).

12. Dispositivo de limitación de fuerza según la reivindicación 11, caracterizado porque están dispuestas, en disposición simétrica, dos masas de péndulo (16) opuestas entre sí.

13. Dispositivo de limitación de fuerza según la reivindicación 11, caracterizado porque están dispuestas, en disposición simétrica, cuatro masas de péndulo (16) opuestas entre sí.

14. Dispositivo de limitación de fuerza según la reivindicación 11, caracterizado porque están dispuestas, en disposición simétrica, seis masas de péndulo (16) opuestas entre sí.

15. Dispositivo de limitación de fuerza según una de las reivindicaciones 11 a 14, caracterizado porque las masas de péndulo (16) están dimensionadas de tal manera que su movimiento se compensa mutuamente.

16. Dispositivo de limitación de fuerza según una de las reivindicaciones 11 a 15, caracterizado porque un resorte anular (20), que rodea las masas de péndulo (16) por su perímetro exterior, está provisto de unos resaltes formados en el mismo, que cargan en cada caso las zonas de las masas de péndulo (16) situadas por encima de los dientes (19) de las masas de péndulo (16).

17. Dispositivo de limitación de fuerza según una de las reivindicaciones 11 a 16, caracterizado porque las masas de péndulo (16), en su disposición, rodean por completo el anillo de dentado (13) y se solapan entre sí por sus extremos exteriores.

18. Dispositivo de limitación de fuerza según una de las reivindicaciones 11 a 17, caracterizado porque la masa de péndulo (16) está conectada por uno de sus extremos con un resorte (25) adicional, que controla la oscilación de la masa de péndulo (16).

19. Dispositivo de limitación de fuerza según la reivindicación 18, caracterizado porque el resorte (25) está sujeto en posición fija por su otro extremo.

20. Dispositivo de limitación de fuerza según la reivindicación 19, caracterizado porque en el resorte (25), entre su suspensión en la masa de péndulo (16) y su sujeción en posición fija, está conectada una masa (32) adicional.

21. Dispositivo de limitación de fuerza según la reivindicación 18, caracterizado porque el resorte (25) está sujeto por su otro extremo a una palanca (27) de dos brazos apoyada de forma que puede girar, cuyo otro brazo (30) puede ser cargado, en caso de giro del anillo de dentado (13), por un talón de conmutación (31) conectado con el anillo de dentado (13).

22. Dispositivo de limitación de fuerza según la reivindicación 18, caracterizado porque el resorte (25) está sujeto con su otro extremo en un brazo (33) dispuesto en la masa de péndulo (16) y en el resorte (25) está sujeta, entre su suspensión en la masa de péndulo (16) y su suspensión en el brazo (33), una masa de inercia (32) adicional.

23. Dispositivo de limitación de fuerza según una de las reivindicaciones 11 a 17, caracterizado porque la masa de péndulo (16) es cargada por un elemento de frenado (34, 35, 36) que frena sus oscilaciones.

24. Dispositivo de limitación de fuerza según la reivindicación 23, caracterizado porque el elemento de frenado está constituido por unas mordazas de frenado (34) que cargan la masa de péndulo (16) lateralmente.

25. Dispositivo de limitación de fuerza según una de las reivindicaciones 11 a 17, caracterizado porque la masa de péndulo (16) está cargada por un elemento de amortiguación (35) que amortigua su oscilación.

26. Dispositivo de limitación de fuerza según la reivindicación 25, caracterizado porque el elemento de amortiguación (35) está constituido por un sistema émbolo-cilindro que funciona hidráulicamente.

27. Dispositivo de limitación de fuerza según una de las reivindicaciones 11 a 17, caracterizado porque la oscilación de la masa de péndulo (16) se puede controlar mediante un dispositivo de control (36) que funciona electromecánicamente.

28. Dispositivo de limitación de fuerza según una de las reivindicaciones 2 a 4, para un arrollador de cinturón autobloqueante con un árbol de cinturón, que sujeta el cinturón, y apoyado en una carcasa, caracterizado porque el sistema de masa que responde al giro del árbol de cinturón (70) en la dirección de desenrollado está dispuesto en el interior del árbol de cinturón (70), formado hueco y que presenta un espacio hueco (72).

29. Dispositivo de limitación de fuerza según la reivindicación 28, caracterizado porque en el árbol de cinturón (70), en su espacio hueco (72), está dispuesta por lo menos una masa de péndulo (16) de dos brazos apoyada de forma pendular en cada caso con un diente (19) dispuesto en sus extremos exteriores, que engarza, en las dos posiciones finales del movimiento pendular de la masa de péndulo (16), en cada caso, en el dentado exterior (15) de un elemento de barra (73), que se extiende axialmente en el espacio hueco (72) del árbol de cinturón (70) y conectado con resistencia al giro con una cabeza perfilada (71) como parte del sistema de bloqueo del lado de enrollado del cinturón, porque la oscilación de la masa de péndulo (16) correspondiente es generada, durante el giro del árbol de cinturón (70) con una masa de péndulo (16) con respecto al elemento de barra (73), mediante el deslizamiento de flancos de diente de los dientes (19) formados en la masa de péndulo (16) en los flancos de diente del dentado exterior (15) del elemento de barra (73).

30. Dispositivo de limitación de fuerza según una de las reivindicaciones 2 a 4, para un arrollador de cinturón autobloqueante con un árbol de cinturón, que sujeta el cinturón, y apoyado en una carcasa, caracterizado porque el sistema de masa está constituido por una masa de péndulo (40) apoyada de manera fija en la carcasa con una espiga de control (44), que engarza en una leva (47) perimetral en caso de peligro y que controla con ello la oscilación de la masa de péndulo (40), y estando formada la leva de tal manera en una rueda de control (45), que debe acoplarse en caso de peligro al árbol de cinturón y que gira con el mismo, que la oscilación de la masa de péndulo (40) es generada, durante el giro de la rueda de control (45) con respecto a la espiga de control (44), mediante los movimientos de la espiga de control (44), soportada por la masa de péndulo (40), en la leva (47).

31. Dispositivo de limitación de fuerza según la reivindicación 30, caracterizado porque la leva (47) presenta un recorrido uniforme con una frecuencia de oscilación constante de la masa de péndulo (40).

32. Dispositivo de limitación de fuerza según la reivindicación 30, caracterizado porque la leva (47) presenta un recorrido cambiante con una frecuencia de oscilación que varía de la masa de péndulo (40).

33. Dispositivo de limitación de fuerza según una de las reivindicaciones 30 a 32, caracterizado porque la leva

(47) presenta en su extremo una escotadura de parada (51) para la espiga de control (44) para la fijación de la masa de péndulo (40).

34. Dispositivo de limitación de fuerza según una de las reivindicaciones 30 a 32, caracterizado porque la masa (42) adicional está acoplada, a través de un engranaje (43), con la masa de péndulo (40).

35. Dispositivo de limitación de fuerza según la reivindicación 1, caracterizado porque las piezas que se mueven unas con respecto a las otras son una pieza (55) conectada de forma fija con el vehículo automóvil y la columna de dirección (56) que se mueve linealmente en caso de choque, como componente que se puede mover de forma lineal del vehículo automóvil.

36. Dispositivo de limitación de fuerza según la reivindicación 1, caracterizado porque las piezas que se mueven unas con respecto a otras son una pieza (55) conectada de forma fija con el vehículo automóvil y una pieza del bastidor del vehículo automóvil que se mueve linealmente en caso de choque, como componente que se puede mover de forma lineal del vehículo automóvil.

37. Dispositivo de limitación de fuerza según la reivindicación 1, caracterizado porque las piezas que se mueven unas con respecto a las otras son una pieza conectada de forma fija con el vehículo automóvil y una pieza de la carrocería que se mueve linealmente en caso de choque, como componente que se puede mover de forma lineal del vehículo automóvil.

38. Dispositivo de limitación de fuerza según la reivindicación 1, caracterizado porque las piezas que se mueven unas con respecto a las otras son piezas de un sistema de seguridad de vehículo automóvil que funcionan linealmente con una pieza de herraje, que se puede mover linealmente con respecto a un componente (55) dispuesto de manera fija en el vehículo automóvil, que sujeta el cinturón, cuyo movimiento posibilita una salida limitada del cinturón.

39. Dispositivo de limitación de fuerza según una de las reivindicaciones 35 a 38, caracterizado porque el componente (55) dispuesto de manera fija en el vehículo automóvil está configurado con forma cilíndrica y el componente que se mueve con respecto al mismo presenta un tubo (56) móvil en el cilindro, estando provisto el cilindro

(55) en su pared interior con un dentado (62) y en el tubo (56) está dispuesta por lo menos una masa de péndulo (59) apoyada en el tubo de forma pendular hasta el tope correspondiente en la pared del cilindro, que engarza, con unos dientes (61) formados opuestos entre sí, en sus dos posiciones finales en cada caso en engarce con el dentado (62) del cilindro (55), de tal manera que la oscilación de la masa de péndulo (59), durante el movimiento longitudinal del tubo (56) con respecto a la pared del cilindro, es generada por el deslizamiento de los flancos de diente de los dientes (61) formados en la masa de péndulo (59) en los dientes de flanco del dentado (62) del cilindro (55), de tal manera que el movimiento del tubo (56) sea controlado con una velocidad de avance definida mediante la frecuencia del movimiento pendular.

40. Dispositivo de limitación de fuerza según la reivindicación 39, caracterizado porque en el tubo (56) está dispuesto una pluralidad de masas de péndulo (59) con movimientos pendulares en cada caso opuestos entre sí.

41. Dispositivo de limitación de fuerza según la reivindicación 39 ó 40, caracterizado porque el tubo (56) está pretensado en su posición de partida en el cilindro (55) mediante un resorte (63).