차량 탑승자를 보호하는 안전벨트 조임 장치 및 방법(DEVICE AND METHOD FOR TIGHTENING A SAFETY BELT SERVING TO PROTECT OCCUPANTS IN A VEHICLE)

(19)대한민국특허청(KR)
(12) 공개특허공보(A)

(51) 。Int. Cl.
B60R 22/34 (2006.01)
B60R 22/343 (2006.01)
B60R 22/36 (2006.01)
(11) 공개번호
(43) 공개일자
10-2007-0062540
2007년06월15일
(21) 출원번호 10-2007-7007750
(22) 출원일자 2007년04월05일
심사청구일자 없음
번역문 제출일자 2007년04월05일
(86) 국제출원번호 PCT/EP2005/010167 (87) 국제공개번호 WO 2006/037464
국제출원일자 2005년09월20일 국제공개일자 2006년04월13일
(30) 우선권주장 10 2004 048 455.4 2004년10월05일 독일(DE)
(71) 출원인 프라운호퍼 게젤샤프트 쭈르 푀르데룽 데어 안겐반텐 포르슝 에. 베.
독일 80686 뮌헨 한자슈트라쎄 27 체
(72) 발명자 베인, 틸로
독일 64294 다르스탈트 카트레인 스트라쎄 3베
피셔, 구이도
독일 56112 란스테인 베이에르첸 6아 임
한셀카, 홀거
독일 64297 다르스탈트 하인리흐-델폰-스트라쎄 204
(74) 대리인 윤석운
전체 청구항 수 : 총 24 항
(54) 차량 탑승자를 보호하는 안전벨트 조임 장치 및 방법
(57) 요약
벨트축 주위에 회전가능하게 장착된 벨트 드럼에 벨트가 권취되고 이러한 벨트 드럼으로부터 상기 벨트가 풀릴 수 있는,
차량내의 탑승자를 보호하는 안전벨트를 위한 벨트 브레이크가 제공된다. 또한 안전벨트를 로킹하는 방법도 제공된다.
본 발명은 상기 벨트축에 길이방향으로 변위가능하게 장착된 적어도 하나의 제동수단과, 제1트러스트 베어링에 능동적으
로 연결되는 수단과, 적어도 하나의 작동기 소자를 포함하며; 상기 적어도 하나의 제동수단은 회전가능하게 고정되는 방식
으로 벨트축에 연결되고, 제1트러스트 베어링과 제2트러스트 베어링 사이에 배치되며; 상기 수단에 의해 제1트러스트 베
어링은 벨트 드럼으로부터 안전벨트의 풀림이나 권취에 의해 벨트축을 따라 강제로 안내되며, 이에 의해 상기 제1트러스
트 베어링은 제1위치로부터 제2위치로 이동되며; 상기 제1위치에서, 안전벨트는 벨트 드럼에 권취되고, 제동 수단과 적어
도 하나의 트러스트 베어링 사이에는 축방향 거리(a1)가 존재하며; 상기 제2위치에서, 안전벨트는 벨트 드럼에 적어도 부
공개특허 10-2007-0062540
- 1 -
분적으로 풀리며, 제동 수단과 적어도 하나의 트러스트 베어링 사이에는 축방향 거리(a2)(a2 < a1)가 존재하며; 제2위치
에서 작동되었을 때, 상기 작동기 소자는 제1트러스트 베어링과 제2트러스트 베어링 사이에서 벨트축에 길이방향으로 작
용하는 제동력을 생성하고, 이러한 제동력은 적어도 하나의 제동수단을 향해 지향되는 것을 특징으로 한다.
대표도
도 1a
특허청구의 범위
청구항 1.
벨트축 주위에 회전가능하게 장착된 벨트 드럼에 벨트가 권취되고 이러한 벨트 드럼으로부터 상기 벨트가 풀릴 수 있는,
차량내의 탑승자를 보호하기 위한 안전벨트를 위한 벨트 브레이크에 있어서,
상기 벨트축에 길이방향으로 변위가능하게 장착된 적어도 하나의 제동수단과,
제1트러스트 베어링에 능동적으로 연결되는 수단과,
적어도 하나의 작동기 소자를 포함하며,
상기 적어도 하나의 제동수단은 회전가능하게 고정되는 방식으로 벨트축에 연결되고, 제1트러스트 베어링과 제2트러스트
베어링 사이에 배치되며; 상기 수단에 의해 제1트러스트 베어링은 벨트 드럼으로부터 안전벨트의 풀림이나 권취에 의해
벨트축을 따라 강제로 안내되며, 이에 의해 상기 제1트러스트 베어링은 제1위치로부터 제2위치로 이동되며; 상기 제1위치
에서, 안전벨트는 벨트 드럼에 권취되고, 제동 수단과 적어도 하나의 트러스트 베어링 사이에는 축방향 거리(a1)가 존재하
며; 상기 제2위치에서, 안전벨트는 벨트 드럼에 적어도 부분적으로 풀리며, 제동 수단과 적어도 하나의 트러스트 베어링
사이에는 축방향 거리(a2)(a2 < a1)가 존재하며; 제2위치에서 작동되었을 때, 상기 작동기 소자는 제1트러스트 베어링과
제2트러스트 베어링 사이에서 벨트축에 길이방향으로 작용하는 제동력을 생성하고, 이러한 제동력은 적어도 하나의 제동
수단을 향해 지향되는 것을 특징으로 하는 벨트 브레이크.
청구항 2.
제1항에 있어서, 상기 작동기 소자는 하기의 물질 종류중 하나에 할당될 수 있는 컨버터 물질을 포함하는 것을 특징으로
하는 벨트 브레이크.
압전 세라믹, 압전 폴리머, 전왜(電歪) 세라믹, 자기레올로지 액체, 폴리 이회토, 형상기억합금, 형상기억 폴리머
청구항 3.
제1항 또는 제2항에 있어서, 작동기 소자는 압전 적층 작동기로서 설계되는 것을 특징으로 하는 벨트 브레이크.
청구항 4.
제1항 내지 제3항중 어느 한 항에 있어서, 작동시 작동기 소자는 거리(a2) 보다 크고 거리(a1) 보다 작은 칫수만큼 길이방
향으로 팽창되는 것을 특징으로 하는 벨트 브레이크.
청구항 5.
공개특허 10-2007-0062540
- 2 -
제1항 내지 제4항중 어느 한 항에 있어서, 제동 수단은 적어도 한쪽에, 양호하기로는 양쪽에 브레이크 라이닝을 갖는 브레
이크 디스크이며, 멀티 디스크 블레이크의 특성으로 설계되는 것을 특징으로 하는 벨트 브레이크.
청구항 6.
제1항 내지 제5항중 어느 한 항에 있어서, 상기 수단은 스핀들을 갖는 미끄럼 너트이며, 상기 스핀들은 축방향으로 벨트축
과 동일면상에 배치되는 스핀들 축을 가지며; 상기 미끄럼 너트는 회전가능하게 고정되지만 축방향으로 변위가능한 방식
으로 연결되며, 나선형 간극에 의해 스핀들과 결합되는 것을 특징으로 하는 벨트 브레이크.
청구항 7.
제1항 내지 제5항중 어느 한 항에 있어서, 상기 수단은 캠판으로서 설계되며; 상기 캠판은 회전가능하게 축방향으로 고정
되는 방식으로 벨트축에 연결되고, 적어도 하나의, 양호하기로는 3개 이상의 롤링 본체에 의해 제1트러스트 베어링에 능
동적으로 축방향으로 연결되는 것을 특징으로 하는 벨트 브레이크.
청구항 8.
제7항에 있어서, 상기 캠판은 제1트러스트 베어링을 향해 축방향으로 대면하는 표면상에 오목하게 설계된 작동 경로 또는
다수의 오목한 작동 경로 세그먼트를 포함하며, 상기 세그먼트는 캠판을 향해 대면하는 제1트러스트 베어링의 표면과 접
촉하는 적어도 하나의 롤링 본체로 안내되는 것을 특징으로 하는 벨트 브레이크.
청구항 9.
제1항 내지 제8항중 어느 한 항에 있어서, 제1트러스트 베어링과 제2트러스트 베어링 사이에는 다수의 제동 수단이 제공
되며, 상기 수단은 제1위치에서 쌍을 이루어 축방향으로 이들 사이에서 접촉하지 않도록 배치되므로, 제2위치에서는 이들
사이에 상당한 접촉이 있는 것을 특징으로 하는 벨트 브레이크.
청구항 10.
제1항 내지 제9항중 어느 한 항에 있어서, 제2트러스트 베어링은 고정된 방식으로 벨트축에 대해 축방향으로 정렬되는 것
을 특징으로 하는 벨트 브레이크.
청구항 11.
제1항 내지 제10항중 어느 한 항에 있어서, 제1 및 제2트러스트 베어링과, 상기 두개의 트러스트 베어링 사이에 배치된 적
어도 하나의 제동 수단과, 상기 수단은 벨트 드럼으로부터 한쪽으로 돌출되는 벨트축의 부분상에 정렬되는 것을 특징으로
하는 벨트 브레이크.
청구항 12.
제1항 내지 제11항중 어느 한 항에 있어서, 제2위치에서 상기 수단은 제1트러스트 베어링으로부터 일정 거리에 놓이며,
상기 제1트러스트 베어링은 제2위치에서 자체억제되는 것을 특징으로 하는 벨트 브레이크.
공개특허 10-2007-0062540
- 3 -
청구항 13.
제12항에 있어서, 작동기 소자는 에너지의 공급에 의해 작동될 수 있으며; 에너지가 공급되지 않거나 약간만 공급되는 경
우 상호로킹 기구는 상기 수단과 제1트러스트 베어링 사이에 능동적인 연결을 형성하며; 상기 수단은 안전벨트가 벨트 드
럼으로부터 풀릴 때, 제2트러스트 베어링의 방향으로 제1트러스트 베어링을 축방향으로 이동시켜 제동 수단상에서 두개
의 트러스트 베어링 사이에 작용하는 제동력을 발생시키는 것을 특징으로 하는 벨트 브레이크.
청구항 14.
제13항에 있어서, 상기 상호로킹 기구는 적어도 하나의 잠긴 코일 및/또는 하나의 전자석을 포함하는 것을 특징으로 하는
벨트 브레이크.
청구항 15.
제1항 내지 제14항중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 작동기 소자가 작동될 수 있도록, 차량에 삽입된 예비충돌 센서
가 제공되는 것을 특징으로 하는 벨트 브레이크.
청구항 16.
벨트축 주위에 회전가능하게 장착된 벨트 드럼에 벨트가 권취되고 이러한 벨트 드럼으로부터 상기 벨트가 풀릴 수 있는,
차량내의 탑승자를 보호하기 위한 안전벨트를 로킹하는 방법에 있어서,
상기 벨트 드럼은 컨버터 물질에 의해 로킹되며; 상기 컨버터 물질은 에너지가 공급되고, 회전가능하게 고정되는 방식으로
벨트 드럼에 연결된 제동 수단과 접촉되는 것을 특징으로 하는 안전벨트 로킹 방법.
청구항 17.
제16항에 있어서, 벨트가 벨트 드럼에 권취되고 안전벨트의 제동되지 않는 권취 및 풀림이 가능한 제1상태는 안전벨트의
적어도 부분적인 풀림에 의해 제2상태로 이동되며, 상기 컨버터 물질은 에너지가 공급된 후 벨트 드럼을 로킹하는 것을 특
징으로 하는 안전벨트 로킹 방법.
청구항 18.
제16항 또는 제17항에 있어서, 하기의 물질 종류중 하나에 할당될 수 있는 컨버터 물질이 사용되하는 것을 특징으로 하는
안전벨트 로킹 방법.
압전 세라믹, 압전 폴리머, 전왜(電歪) 세라믹, 자기레올로지 액체, 폴리 이회토, 자기레올로지 액체, 형상기억합금, 형상기
억 폴리머.
청구항 19.
제16항 내지 제18항중 어느 한 항에 있어서, 컨버터 소자로서 압전 적층 작동기가 사용되는 것을 특징으로 하는 안전벨트
로킹 방법.
청구항 20.
공개특허 10-2007-0062540
- 4 -
제16항 내지 제19항중 어느 한 항에 있어서, 사용된 컨버터 물질은 에너지가 공급된 후 길이방향으로 팽창되는 것을 특징
으로 하는 안전벨트 로킹 방법.
청구항 21.
제16항 내지 제20항중 어느 한 항에 있어서, 컨버터 물질에 공급된 에너지는 특히 예비충돌 센서로부터의 데이터에 기초
하여 제어되는 것을 특징으로 하는 안전벨트 로킹 방법.
청구항 22.
제16항 내지 제21항중 어느 한 항에 있어서, 제2상태에서, 컨버터 물질에 에너지가 공급되지 않거나 약간만 공급되는 경
우, 벨트 드럼은 안전벨트의 계속적인 풀림에 의해 상호로킹 기구에 의해 로킹되는 것을 특징으로 하는 안전벨트 로킹 방
법.
청구항 23.
제22항에 있어서, 상기 벨트 드럼은 벨트 드럼이 1회전 이하로 회전한 후 상기 상호로킹 기구에 의해 로킹되는 것을 특징
으로 하는 안전벨트 로킹 방법.
청구항 24.
제22항 또는 제23항에 있어서, 상기 상호로킹 기구는 적어도 하나의 잠긴 코일 및/또는 하나의 전자석을 포함하는 것을 특
징으로 하는 안전벨트 로킹 방법.
명세서
기술분야
본 발명은 차량 탑승자를 보호하는 안전벨트를 위한 벨트 브레이크에 관한 것으로서, 상기 벨트는 벨트축 주위로 회전가능
하게 장착되는 벨트 드럼으로부터 권취되거나 풀릴 수 있다. 또한, 본 발명은 차량 탑승자를 보호하는 안전벨트를 로킹하
기 위한 방법에 관한 것이다.
배경기술
현존의 안전벨트 시스템은 일반적으로 다수의 기계적인 수동적 작동 시스템을 포함하고 있으며; 이러한 작동 시스템은 사
고시 차량 탑승자가 가장 낮은 허용부하에 노출되도록 보상하며, 필요할 경우 차량 내부와 접촉하지 않으며 또한 충격으로
인해 승객 격벽(passenger compartment)을 관통하는 부품과도 접촉하지 않는다. 안전벨트를 제공하거나 로킹하기 위한
종래의 거의 모든 장치는 수동적으로 작동되는 폐쇄장치(closing device)를 제공하며, 이러한 폐쇄장치는 사고 상태와는
관계없이 급작스럽게 작동될 수 있으며, 차량 탑승자는 특히 탑승자의 체중과 크기에 관계없이 부상으로부터 보호된다. 사
고 좌석 및 승객과는 관계없이 안전벨트의 제공을 보상하는 적용 시스템(adaptive system)은 높은 디자인 비용으로도 달
성될 수 없으며 기껏해야 약간만 달성될 수 있을 뿐이다.
벨트 제동 및 특히 벨트 드럼으로부터의 벨트 풀림을 방지하기 위한 공지의 장치와 함께, 지능형 벨트 조임 시스템도 공지
되어 있으며; 이러한 지능형 벨트 조임 시스템은 완전히 센서에 의해 지지되는 차량 시스템에 일체로 형성되며, 상기 센서
에 의해 기록된 데이터에 기초하여 상황에 따라 작동될 수 있다. 예를 들어, 에어백의 점화 시간 및 벨트 조임 시스템의 작
동은 이러한 데이터에 의해 영향을 받는다. 역방향으로 작동되는 벨트 조임기는 차량 탑승자를 최적의 착석 위치로 강제하
며, 충돌시 차량 탑승자에 작용하는 힘의 모멘트는 생리학적으로 견딜 수 있는 한계값내로 유지된다. 종래기술의 이러한
역방향으로 작동되는 벨트 조임기는 벨트를 설정의 방식으로 조이기 위하여 전기 모터 구동부를 사용한다. 이러한 벨트 조
공개특허 10-2007-0062540
- 5 -
임기는 예를 들어 DE 199 27 731 C2호에 개시되어 있다. 단지 충돌이 일어날 것 같다고 예견되더라도, 이른바 차량내의
예비충돌 센서로부터 유도된 데이터의 적절한 평가에 의해, 벨트 조임기를 작동시키는 적절한 신호가 방출될 수 있다. 이
러한 방식에 의해, 충돌 직전에 차량 탑승자가 전방으로 미끄러지는 거리는 150mm 에서 50mm 로 감소될 수 있으며, 이
것은 안전상 매우 상당한 잠재성을 제공하게 된다. 안전벨트의 반복된 조임은 차량이 여러번 전복되거나 여러번 충돌하는
경우에 유리하다. 그러나, 상술한 바와 같은 특허 명세서에 개시된 벨트 조임 시스템은 그 민감성이 시스템 전체의 안정성
을 특징으로 하는 다수의 부품으로 구성되어 있다. 따라서, 전기모터에 의해 발생된 가속 및 제동 모멘트는 위성기어에 의
해 벨트가 풀리거나 권취되는 벨트축으로 전달된다.
발명의 상세한 설명
본 발명의 목적은 차량내의 탑승자를 보호하는데 사용되며, 또한 벨트축 주위로 회전가능하게 장착된 벨트 드럼으로부터
풀리거나 권취되는 안전벨트를 위한 벨트 브레이크를 설계하므로써, 부품수가 적어져서 작동정지 가능성이 낮아지고, 충
돌 상태에 따라 안전벨트의 풀림 동작이 제어될 수 있고, 차량 탑승자가 보호될 수 있다. 제공된 해결책에 따라 벨트 브레
이크에 의해 제어된 안전벨트의 풀림은 사고에 탑승자 지연을 매칭시키는데 기여하게 된다.
본 발명의 목적은 청구범위 제1항에 의해 달성된다. 청구범위 제16항의 목적은 차량내의 탑승자 보호에 작용하는 안전벨
트를 로킹하는 방법이다. 본 발명의 개념을 전개하는데 유리한 특징은 종속항의 목적을 구성하며, 특히 예시적인 실시예의
설명을 참조하여 서술될 것이다.
본 발명은 충돌시 안전벨트가 풀리거나 권취되는 벨트 드럼의 회전을 감속시키거나 완전히 제동한다는 주요한 개념에 기
초하고 있으며, 마찰 접촉에 의해 벨트 드럼을 제동하는데 필요한 제동력을 인가하는 회전하는 벨트축을 따라 벨트 드럼으
로부터 안전벨트가 풀리는 도중에 안전벨트를 지연시키거나 제동하기 위해 디스크 브레이크 또는 멀티플 디스크 브레이크
와 유사한 원리가 적용된다.
디스크 브레이크 또는 멀티플 디스크 브레이크의 형태를 취하도록 설계된 벨트축을 따라 다수의 제동수단을 제공하므로
써, 마찰쌍(friction pairs)이 생성되며 이러한 마찰쌍 사이에는 벨트축에 작용하는 모멘트가 발생되어, 축방향으로 작용하
는 수직력을 제어가능하게 생성할 수 있다.
짧은 응답시간을 가지며 그 작동기 힘이 제동수단으로 직접 전달될 수 있는 적어도 하나의 작동기 소자는 벨트축을 따라
배치된 제동수단들 사이에 작용하는 제동력을 생성하는데 필요하다. 이것은 벨트축을 따라 배치된 제동수단의 근처에 작
동기 소자가 배치된다고 가정한다. 여기서, 반응 경로가 없거나 또는 단지 짧은 반응 경로만 고려되어야 할 필요가 있는 것
을 보장하기 위해, 마찰쌍 사이의 상호 거리는 가능한한 짧게 선택되어야만 한다. 한편, 안전벨트의 실제적인 사용을 위해
벨트 드럼으로부터 안전벨트의 무저항 풀림이 가능해야 하며; 안전벨트 착용시 차량 탑승자의 무제한적인 이동을 보상하
기 위해, 즉 적어도 하나의 작동기 소자는 작동되지 않을 때, 다시 말하면 충돌과는 상이한 통상적인 경우에 벨트축을 따라
배치된 제공수단상에 그 어떤 제동효과를 발휘하지 않는다.
청구범위 제1항의 전제부에 따른 해결책으로 제공된 벨트 브레이크는 벨트축을 따라 변위될 수 있고 회전가능하게 고정된
방식으로 벨트축에 연결되도록 장착된 적어도 하나의 제동수단이 제공되어 제1트러스트 베어링과 제2트러스트 베어링 사
이에 배치되도록 설계된다. 제1트러스트 베어링에 능동적으로 연결된 수단은 제1트러스트 베어링이 벨트 드럼으로부터의
풀림 및 벨트 드럼에의 권취에 따라 벨트축을 따라 강제로 안내되는 것을 보장하므로써, 제1트러스트 베어링이 제1위치를
벗어나 제2위치로 전달될 수 있게 하며; 상기 제1위치에 있어서, 상기 안전벨트 벨트는 드럼상에 권취되고, 제동수단과 적
어도 하나의 트러스트 베어링 사이에는 축방향 거리(a1)가 있으며; 상기 제2위치에 있어서, 안전벨트는 벨트 드럼으로부
터 적어도 부분적으로 풀려 있으며, 제동수단과 적어도 하나의 트러스트 베어링 사이에는 상기 거리(a1) 보다 짧은 축방향
거리(a2)가 있다. 두개의 트러스트 베어링에 의해 한계가 정해지는 제동수단은 두 위치에서 서로 마찰접촉되지 않으며, 이
것은 두 위치에서 벨트 드럼으로부터의 상당히 자유로운 풀림 및 권취가 가능하다는 것을 의미한다. 또한, 적어도 하나의
작동기 소자가 제공되는데; 이러한 작동기 소자는 제2위치에서 작동시, 제1트러스트 베어링과 제2트러스트 베어링 사이
에서 벨트축을 따라 작용하는 제동력을 발생시키며, 적어도 하나의 제동수단을 향해 지향된다.
본 발명에 따라 적어도 하나의 제동수단과 축방향으로 대향하는 두개의 트러스트 베어링 사이에서 벨트축을 따라 축방향
거리의 감소로 인해, 작동기 소자가 작동시 적어도 하나의 제동수단으로 지향되는 제동력을 유발시키는 미세한 축방향 작
동기 이동을 실행해야만 하는 상황이 발생된다. 제동력의 인가에 필요한 제동 경로는 트러스트 베어링에 의해 최소화될 수
있으며, 이것은 단지 짧은 거리로 이격되어 있으며 이들 사이에는 적어도 하나의 제동수단이 제공되므로써 결정적으로 제
동기구의 응답시간을 감소시킨다.
공개특허 10-2007-0062540
- 6 -
원칙적으로, 전환 운동이나 형태의 변화에 의해 상술한 바와 같은 축방향 제동력을 인가할 수 있는 모든 소자는 작동기 소
자로서 적절하다. 에를 들어, 리프팅 기구에 의해 역전가능하게 인가될 수 있는 방식으로 트러스트 베어링에 축방향으로
작용하는 힘을 발생시킬 수 있는 전기모터 구동부가 이러한 목적을 위해 선택된다. 그러나, 특히 중요한 것은 이른바 에너
지의 인가로 인해 형태의 즉각적인 변화를 받게 되는 이른바 컨버터 물질을 사용하는 것이며, 이러한 변화는 제동력의 축
방향 발생에 특히 유용하다. 그 어떠한 형태의 컨버터 물질도 적절하며, 예를 들어 압전 세라믹, 압전 폴리머, 전왜(電歪)
폴리머, 자기레올로지 액체, 형상기억합금 또는 형상기억 폴리머 등이 사용된다. 상술한 컨버터 물질 분류에 있어서, 고체
상태를 가지며 전기에너지의 공급에 의해 작동되는 이러한 모든 물질은 실질적으로 적합하다. 유체 컨버터 물질도 적합하
지만, 이들은 작동기 소자로서 사용되기 위해 적절한 캡슐로서 수용되어야만 한다.
해결책에 따른 벨트 브레이크의 양호한 예시적인 실시예에서는 압전 세라믹 물질로 구성된 적층 작동기가 사용되며, 이러
한 작동기는 전기 전압이 인가되었을 때 전기 전압에 비례하여 길이 변화를 받게 되며, 외부의 기계적 힘이 존재하는 경우
이러한 변화는 해결책에 따른 의미로서는 제공력을 공급하는데 사용되는 비례적인 압축력을 발생시킨다. 압전 적층 작동
기의 길이 연장으로 인해 발생될 수 있는 힘은 제공된 전기에너지 보다 높지만, 이러한 물질은 오직 매우 짧은 거리만을 확
장시킬 것을 필요로 한다. 벨트 브레이크의 프레임내에서 작동기 소자로서 사용되었을 때는 컨버터 물질이 기초하는 이러
한 특성을 고려할 필요가 있는데, 그 이유는 컨버터 물질이 팽창될 수 있는 길이는 컨버터 물질이 외부의 기계적 힘이 없이
팽창할 수 있을 경우 힘의 손실로 간주되어야만 하기 때문이다. 따라서, 작동기 소자의 길이방향 팽창중에 이들 사이에 배
치된 제동수단과 트러스트 베어링 사이에 즉각적인 힘 효과를 얻기 위해서는 컨버터 소자와 트러스트 베어링 사이의 공차,
조립, 및 기능적 간극을 최소화할 필요가 있다.
안전벨트의 작동자 친화성은 해결책에 따른 벨트 브레이크에 의해 영향을 받기 때문에, 즉 벨트 드럼으로부터의 안전벨트
풀림 및 권취 공정은 방해받은 자유 동작에서 발생되기 때문에, 벨트축에 능동적으로 연결된 트러스트 베어링과 적어도 하
나의 제동 수단 사이에 수십 밀리미터의 자유 간극, 그러나 압전 적층 작동기의 길이방향 팽창에 의해 폐쇄되지 않는 간극
을 허용할 필요가 있다. 이러한 이유로 인해, 해결책에 따른 벨트 브레이크는 단순히 안전벨트를 작동시키면서 작동기의
작동에 의해 제동력을 배타적으로 인가하므로써 안전벨트의 자유 동작에 필요한 중간 간극이 폐쇄될 수 있게 하는, 상이한
형태의 디자인을 제공한다. 하기의 실시예를 참조하여 서술되는 바와 같이 그 어떤 조립 및 기능적 간극은 기계적 수단에
의해 극복될 수 있으며, 이러한 기계적 수단은 미끄럼 너트를 갖는 스핀들이나 캠판의 형태로 설계되며; 안전벨트의 풀림
또는 권취로 표시되는 기능적으로 결정된 벨트축의 회전으로 인해, 회전 운동을 벨트축에 대해 축방향으로 병진 운동으로
변환시킬 수 있다. 벨트축으로의 축방향 병진 운동으로 인해, 트러스트 베어링들 사이의 거리는 트러스트 베어링과 적어도
하나의 제동 수단 사이의 중간 간극을 최소화하도록 감소되므로, 트러스트 베러링에 대한 제동 수단의 최소 이동자유도가
보장되는 한편, 이것은 제동 수단 사이에 제공된 마찰면이 힘없이 서로 접촉하는 것을 보장하며 또한 대응의 트러스트 베
어링과 접촉하는 것을 보장한다. 벨트 드럼으로부터의 권취에 의한 안전벨트의 수동 작동에 의해 단순히 달성될 수 있는
이러한 위치에서, 벨트축을 향해 축방향으로 지향된 압전 작동기의 길이방향 팽창은 대응의 제동수단과 제동 베어링 사이
에 제동력을 발생시킬 수 있다. 제동수단과 트러스트 베어링 사이의 길이방향 팽창으로 인한 마찰 접촉은 벨트축에 작용하
는 제동 모멘트로 나타나며, 그 크기는 궁극적으로 압전 작동기에 인가된 전기 전압을 선택하므로써 설정된다. 따라서, 본
발명의 해결책에 따른 벨트 브레이크는 자유롭게 선택할 수 있는 제동력 변조의 가능성을 제공하며, 특히 상기 제동력은
사건 상황에 따라 반복해서 감소 및 재생될 수 있다.
예비충돌 센서로부터의 데이터는 충돌 에너지가 활동적으로 되기 전이라도 적절한 제동력을 발생하기 위해 압전 작동기를
작동시키는데 사용된다. 또한, 특히 충돌시 제어된 방식으로 안전벨트의 풀림 동작을 실행할 수도 있다. 예를 들어 안전벨
트의 제어된 풀림은 사고 처리과정에 대해 탑승자 지연을 매칭시키는데 기여한다. 차량 탑승자에게는 특히 낮은 충돌 속도
에서 종래의 기계적 제어 대신에 자유 공간이 주어지므로, 상기 지연이 감소되어 심각한 부상에 대해 긍정적인 영향을 갖
게 된다. 높은 충돌 속도인 경우에도, 제어된 벨트힘-시간 곡선은 가속 정점을 감소시키는데 기여하므로, 탑승자 보호를
최적화한다. 초기 상태로부터 예비가압된 상태로의 벨트 브레이크 이송과 마찬가지로, 제1상태는 단순히 안전벨트를 벨트
드럼에 자동으로 권취하므로써 가정될 수 있으며; 상기 초기 상태에서는 안전벨트가 벨트 드럼에 완전히 권취되고 상술한
벨트 브레이크의 부품이 상호 축방향 간극을 가지며, 상기 예비가압된 상태에서는 벨트 브레이크의 부품이 벨트 브레이크
의 벨트축을 따라 축방향으로 자유로운 큰 간격에 놓인다. 따라서, 상술한 바를 특징으로 하는 상태로의 벨트 브레이크의
이송은 안전벨트를 수동으로만 작동시키므로써 발생되므로, 더 이상의 조작은 필요없다. 따라서, 본 발명의 해결책에 따른
제동 시스템은 종래기술의 안전벨트 시스템에서 발견되었던 이외의 조작은 필요없기 때문에 작업자에게 친근하다.
본 발명의 해결책에 따른 벨트 브레이크를 구성하는 부품들의 수가 적고 그 기능적 신뢰성이 매누 높다 하더라도, 본 발명
의 해결책에 따른 벨트 브레이크는 자동으로 작동되는 연동기구를 포함하며, 이러한 연동기구는 예를 들어 작동기 소자의
제어 작동을 위해 에너지 공급이 없거나 거의 없는 경우에 작동기 소자가 작동되지 않는 상황을 제공한다. 이 경우, 제1트
공개특허 10-2007-0062540
- 7 -
러스트 베어일의 축방향 변위를 위한 상술한 수단은 안전벨트가 벨트 드럼으로부터 더 풀렸을 때 이에 연결되므로, 제1트
러스트 베어링은 제2트러스트 베어링의 방향으로 축방향으로 이동되며, 적어도 하나의 제동수단상에서 두개의 트러스트
베어링에 작용하는 제동력이 발생된다.
따라서, 본 발명의 해결책에 따른 벨트 브레이크는 벨트 드럼이 컨버터 물질에 의해 로킹되는 안전벨트를 로킹시키는 새로
운 형태의 방법에 기초하고 있으며, 상기 컨버터 물질은 에너지가 공급되어 회전가능하게 고정되는 방식으로 벨트 드럼에
연결되는 제동 수단과 접촉한다. 이 경우, 안전벨트는 안전벨트의 적어도 부분적인 풀림에 의해 제1상태로부터 제2상태로
전달되며; 상기 제1상태에서는 안전벨트가 벨트 드럼에 권취되어, 안전벨트의 제동되지 않은 권취 및 풀림이 가능해지며;
상기 제2상태에서는 컨버터 물질이 에너지가 공급된 후 벨트 드럼과 즉각적인 로킹을 실행한다.
본 발명의 기타 다른 목적과 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조한 하기의 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이
다.
실시예
도1a 및 도1b는 개략적인 벨트 브레이크를 도시한 도면으로서, 도1a의 경우는 제1위치 즉, 안착 상태를 나타내며; 이 경우
안전벨트(도시않음)는 벨트 드럼(1)에 거의 완전하게 권취된다. 벨트 드럼(1)은 벨트 드럼(1)으로부터 한쪽방향으로만 돌
출되는 벨트축(2)을 포함하며, 이를 따라 벨트 브레이크(1)를 포함하는 일련이 부품들이 배치된다. 벨트축(2)에 대해 고정
된 방향 위치에서 반드시 회전가능하게 고정되는 방식으로만 배치되지는 않는 트러스트 베어링(3)은 벨트 드럼(1)에 매우
인접하게 제공된다. 상기 트러스트 베어링(3)은 디스크 형태로 설계되며, 적어도 두개의(양호하기로는 다수의) 작동기 소
자(4)를 포함하며; 상기 작동기 소자는 벨트 드럼(1)과 대면하는 디스크측에서 디스크를 따라 균일하게 배치되며, 상기 소
자는 압전 적층 작동기로서 양호하게 각각 설계된다. 회전가능하게 고정되는 방식으로 또한 축방향으로 변위가능한 방식
으로 벨트축(2)에 연결되는 브레이크 디스크(5)는 벨트축(2)을 따라 연결된다. 브레이크 디스크(5)로서 설계된 제동 수단
은 서로 대면하며 삽입되도록 환형으로 설계된 브레이크 라이닝(51)을 가지므로, 이들은 축방향으로 서로 중첩될 수 있다.
마지막으로, 벨트축(2)에 삽입되어 축방향으로 변위될 수 있는 또 다른 트러스트 베어링(6)이 제공된다.
벨트축(2)과 연관된 고정된 축방향 공간에 있어서, 고정된 트러스트 베어링(47)에 삽입되는 스핀들(8)은 수형 나선을 가지
며, 이에 의해 미끄럼 너트(9)는 상기 스핀들(8)에 자유롭게 연결된다. 미끄럼 너트(9)는 탈착가능하게 및 회전가능하게 고
정가능한 방식으로 그러나 축방향으로 변위가능한 방식으로 벨트축(2)에 연결되므로; 상기 미끄럼 너트(9)는 스핀들의 수
형 나선의 설정 피치로 인해 벨트축(2)이 회전할 때, 벨트축(2)을 향해 축방향으로 변위될 수 있다. 상세히 도시않은 안전
벨트가 벨트 드럼(2)에 적어도 부분적으로 권취되었다고 가정한 도1a에 도시된 상태에 있어서, 미끄럼 너트(9)는 스핀들
(8)에서 축방향으로 완전히 후퇴한 위치에 있다. 도1a에 개략적으로 도시된 상태로부터는 미끄럼 너트(9)가 트러스트 베
어링(6)에 능동적으로 연결되어 이를 대향의 트러스트 베어링으로부터 멀지 않은 곳에 유지하고 있다는 것을 유추할 수 없
다. 트러스트 베어링(3, 6) 사이에 배치된 브레이크 디스크(5)는 수십 밀리미터의 영역에 상호 거리를 가지고 있으므로, 벨
트축(2) 주위로 작동되는 벨트 드럼의 무저항을 보상한다.
안전벨트를 벨트 드럼(1)으로부터 풀어 작동시키므로써, 미끄럼 너트(9)의 축방향 변위는 축방향으로 고정된 트러스트 베
어링(3)의 방향으로 트러스트 베어링(6)의 축방향으로 지향된 이동을 실행하므로써, 브레이크 디스크(5) 사이의 상호 거
리를 감소시킨다. 도1b는 브레이크 디스크(5)가 주로 힘이 없이 상호 축방향 접촉된 이른바 예비가압된 상태를 도시하고
있다. 가압된 상태에서 미끄럼 너트(9)와 트러스트 베어링(6) 사이에 존재하는 능동적 연결이 이루어져서, 벨트 드럼(1)으
로부터 안전벨트의 지속적인 풀림은 필요없으므로, 미끄럼 너트(9)의 계속적인 축방향 이동을 초래하며, 예를 들어 수납함
으로부터 물체를 제거하기 위하여 차량 탑승자의 제어된 전방 굴곡은 벨트 브레이크의 로킹 방지를 보상한다.
트러스트 베어링(3, 6)이 벨트축(2)에 대해 고정된 축방향 위치에 있는 것으로 가정되고 또한 이들 사이에 포위된 브레이
크 디스크(5)가 중간 간극없이 로킹된 도1b에 도시된 예비가압된 상태에 있어서, 중간의 축방향으로 지향된 제동력은 제
어된 방식으로 작동될 수 있는 작동기(4)의 길이방향 팽창으로 인해 브레이크 디스크(5)상에 작용할 수 있게 되며, 상기 디
스크는 브레이크 디스크(5)의 벨트축(2)으로의 회전가능하고 고정된 연결로 인해 벨트 드럼(1)에 작용하는 제동 모멘트를
생성한다. 이 경우, 벨트 드럼(1)으로부터 안전벨트의 계속적인 풀림은 불가능하다. 도1b를 참조하면, 브레이크 디스크(5)
에 작용하는 제동력은 충돌에 따라 작동기 소자(4)의 제어된 길이방향 팽창에 의해 적절히 변조될 수 있음을 쉽게 인식할
수 있을 것이다. 특히, 필요에 따라 제동력을 증가시키고 이를 다시 감소시킬 수도 있다.
만일 작동기 소자(4)가 정지로 인해 작동될 수 없다면, 미끄럼 너트(9)와 트러스트 베어링(6) 사이에 능동적 연결을 형성할
필요가 있으므로, 트러스트 베어링(6)은 안전벨트의 계속적인 풀림으로 인해 트러스트 베어링(3)에 대해 지속적으로 이동
하며, 이것은 브레이크 디스크(5)의 지속적인 클램핑으로 나타나서, 제동 모멘트가 증가될 수 있음을 의미한다. 상술한 바
공개특허 10-2007-0062540
- 8 -
와 같이 예비가압된 상태에서 개방되어야 하는 미끄럼 너트(9)와 트러스트 베어링(6) 사이에 요구되는 능동적 연결은 비상
시 적절히 저장되어야만 한다. 종래의 벨트 시스템에서 현재 사용되고 있는 상호로킹 기구와 유사하게, 벨트축(2)과 안내
부(9) 사이의 기계적 상호연결은 이를 위해 매우 적절하다. 원칙적으로, 미끄럼 너트(9)와 벨트축(2) 사이의 연결은 기계적
으로 이루어져야 하며, 작동기와는 별도로 안전작동을 증가시키기 위해 가능한한 적은 갯수의 전자부품들이 사용되어야
한다. 예를 들어 동력이 정지되었을 경우, 상호고정부가 작동될 수 있게 하는 전자석으로 비상 상호로킹이 달성될 수 있다.
도2는 벨트 브레이크를 구성하는데 필요한 모든 부품을 개략적으로 확대도시한 도면이다. 따라서, 벨트 드럼(1)은 벨트 드
럼(1)으로부터 측방향으로 돌출되는 벨트축(2)에 일체형으로 반드시 연결될 필요는 없다. 그 대신, 예를 들어 미끄럼 베어
링(21)의 형태를 취하는 플랜지형 연결부에 의해 벨트 드럼(1)을 회전가능하게 고정되는 방식으로 벨트축(2)에 연결할 수
있다. 이것은 본 발명의 해결책에 따른 벨트 브레이크가 현존의 벨트 드럼에 모듈식으로 적용될 수 있게 한다.
환형의 설비에서 압전 적층 작동기로서 설계된 다수의 작동기 소자(4)에 벨트 드럼(1)과 대면하는 디스크 표면이 제공되는
트러스트 베어링(3)은 축방향으로 고정가능한 방식으로 벨트축(2)에 연결된다. 작동기 소자(4)는 대응의 베어링 표면(41)
을 향해 축방향으로 대면하며, 후방측에서 환형 디스크(42)에 삽입되어 작동기 소자(4)가 비틀린 클램핑 힘에 노출되지 않
는 것을 보장한다. 또한, 고정된 방식으로 환형 디스크(42) 또는 또 다른 환형 소자(51)에 연결되거나 또는 회전가능하게
고정되지만 축방향으로 변위가능한 방식으로 축방향으로 벨트축(2)에 삽입되는 홈 안내부(22)를 따라 삽입되는 브레이크
디스크(5)는 벨트축을 따라 제공된다.
회전가능하게 고정되는 방식으로 벨트축(2)에 연결된 브레이크 디스크(5)와 함께, 또 다른 환형 소자(51)는 주변 엣지에
삽입되는 플러그-핀 핀(52)을 가지며, 상기 핀은 하기에 서술되는 바와 같이 하우징의 대응의 오목부와 결합되고 벨트축
(2)의 회전에 의해 분리된다.
벨트축(2)을 따라 작동기 소자(4)를 갖는 트러스트 베어링(6)도 제공되며, 이러한 트러스트 베어링은 벨트축에 적절히 고
정되며, 트러스트 베어링(3)의 경우와 마찬가지로 축방향으로 대향의 대응 수용 구조체(41)에 배치된다. 결합하게 되는 스
핀들(8)을 갖는 미끄럼 너트(9)도 개략적으로 도시되어 있다. 도면부호 81로 도시된 부품은 하우징 커버를 나타내며, 이러
한 커버는 미끄럼 너트-스핀들 기구를 수용하여 이를 오염으로부터 보호한다.
도3a는 도2에 도시된 각각의 부품이 서로 결합된 상태를 도시하며, 동일한 구성요소에는 동일한 도면부호가 부여되었다.
도3a는 브레이크 디스크(5)의 사이와 트러스트 베어링(3 또는 6)와 환형 디스크(51) 사이에 도시된 중간 간극으로 인해,
안착상태에 있는 벨트 브레이크의 매우 컴팩트한 디자인을 도시하고 있다. 환형 디스크(51) 및 트러스트 베어링(6)의 주변
엣지를 따라 삽입되는 플러그-핀 핀(52)은 도3b에 도시된 바와 같이 하우징(11)의 대응의 오목부(12)의 내부로 돌출된다.
하우징(11)은 고정된 방식으로 트러스트 베어링(3)에 연결되며, 회전가능하게 고정되는 방식으로 플러그인 핀 연결에 의
해 부품(51) 및 트러스트 베어링(6)에 연결된다. 축방향으로 큰 칫수를 갖는 하우징(11)의 내부의 개구의 오목부로 인해,
플러그인 핀(52)은 축방향으로 지향된 이동을 실행할 수 있어, 상술한 바와 같이 벨트 브레이크를 안착상태로부터 예비가
압된 상태로 전달할 수 있다.
도4는 상술한 바와 같이 스핀들을 갖는 미끄럼 너트 대신에, 트러스트 베어링(6)의 길이방향 이동을 개시하기 위한 수단이
이른바 캠판(14)을 제공하는, 벨트 브레이크의 또 다른 예시적인 실시예를 개략적으로 도시하고 있다. 도5에 각각의 부품
으로 도시되어 있는 캠판은 120°의 라디안을 각각 갖는 3개의 세그먼트(S1, S2, S3)로 구성되어 있다. 각각의 세그먼트를
따라, 캠판은 도4에 도시된 바와 같은 피치를 가지며, 이러한 피치를 따라 롤링되거나 미끄러지는 본체(15)가 벨트 브레이
크의 트러스트 베어링(6)에 직간접으로 능동적으로 연결된다. 예를 들어, 롤링되는 본체(15)는 캠판(14)의 내부에서 3개
의 세그먼트내로 작동되는 오목한 프로필 형태(13)를 따라 롤링되지 않는 볼로서 설계된다.
개략적으로 도시된 도4에 있어서, 트러스트 베어링(6)과 캠판(14) 사이에는 미끄럼 소자(15)가 제공되며, 이러한 소자는
회전가능하게 고정되지만 축방향으로 변위가능한 방식으로 벨트축(2)에 기계적으로 일시적으로 연결될 수 있다. 롤링되는
본체로서 설계되는 미끄럼 소자(15)는 캠판(14)에 능동적으로 연결되며, 캠판(14)의 형상을 따라 롤링될 때 롤링되지 않도
록 강제된다.
도1의 예시적인 실시예에서, 브레이크 디스크(5)의 설비는 트러스트 베어링(3, 6) 사이에 배치된다. 그러나, 도4에 도시된
예시적인 실시예에서, 작동기(4)는 트러스트 베어링(3)에 능동적으로만 연결된다. 압전 적층 작동기(4)의 양호한 설비는
외주 방향으로 트러스트 베어링(3)에 고정된 각각의 작동기의 핑거형 기어결합을 제공한다.
공개특허 10-2007-0062540
- 9 -
각각의 세그먼트를 위한 캠판 프로필을 재생하는 도4에 도시된 그래프를 참조하여 벨트 브레이크의 상태에 대해 서술하기
로 한다. 상기 그래프는 X축을 따라 09°내지 120°의 각도로 프로필 세그먼트의 영역을 도시하고 있으며, 캠판의 캠 프로필
의 피치는 X축을 따라 도시되어 있다.
영역1은 예를 들어 고정되었을 때 가정되는 벨트 브레이크의 안착 위치를 나타낸다. 벨트 드럼은 자유롭게 작동된다.
영역2는 유니트가 작동될 때 미끄럼 소자(16)가 축방향으로 이동하는 것을 보장한다. 만일 드럼이 충분히 회전하면, 미끄
럼 소자(16)는 실제 기능영역인 영역3으로 이동한다. 이러한 영역에서, 한정된 예비가압 레벨이 이상적으로 도달되며, 기
계적 간극 및 제조간극이 극복되고, 작동기는 그 제한된 행정에도 불구하고 힘을 인가할 수 있다. 벨트축(2)과 미끄럼 소자
(16) 사이의 기계적 연결은 분리된다. 만일 동력이 중단되었다면, 상기 기계적 연결은 저장된다. 미끄럼 소자(16)는 영역4
로 이동되고, 이것은 시스템의 촉진을 초래한다. 벨트가 계속 풀림에 따라, 축방향 이동 및 제동 효과도 커진다. 차후 세그
먼트는 영역5에서 시작된다. 미끄럼 소자는 세그먼트를 바꿀수 있지만, 급작스러운 개방은 없다.
도면의 간단한 설명
도1a 및 도1b는 제1위치 및 제2위치에서 작동 모터 및 스핀들을 갖는 벨트 드럼을 도시한 도면.
도2는 벨트 브레이크 설비를 개략적으로 도시한 도면.
도3a 및 도3b는 하우징을 갖거나 갖지 않는 벨트 브레이크 설비를 도시한 도면.
도4는 캠판을 갖는 벨트 브레이크를 개략적으로 도시한 도면.
도5는 캠판을 도시한 도면.
도면
도면1a
공개특허 10-2007-0062540
- 10 -
도면1b
공개특허 10-2007-0062540
- 11 -
도면2
공개특허 10-2007-0062540
- 12 -
도면3a
도면3b
공개특허 10-2007-0062540
- 13 -
도면4
공개특허 10-2007-0062540
- 14 -
도면5
공개특허 10-2007-0062540
- 15 -