DE10141240A1 - Gurtaufroller mit Getriebemotor - Google Patents

Gurtaufroller mit Getriebemotor

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DE10141240A1
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Uwe Class
Michael Lueders
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TRW Occupant Restraint Systems GmbH
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    • B60R2022/468Reels with means to tension the belt in an emergency by forced winding up characterised by clutching means between actuator and belt reel

Abstract

Der Gurtaufroller hat einen Rahmen (10), eine im Rahmen (10) drehbar gelagerte Gurtspule (12) und einen Getriebemotor mit einem elektrischen Antriebsmotor (18), der über ein Untersetzungsgetriebe (20) mit der Gurtspule (12) gekoppelt ist. Das Untersetzungsgetriebe (20) ist ausgangsseitig über eine steuerbare Kupplung (22) selektiv mit der Gurtspule (12) verbindbar.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Gurtaufroller mit einem Rahmen, einer im Rahmen drehbar gelagerten Gurtspule und einem Getriebemotor mit einem elektrischen Antriebsmotor, der über ein Untersetzungsgetriebe mit der Gurtspule koppelbar ist.
  • Gurtaufroller, deren Gurtspule statt durch eine Aufrollfeder durch einen Elektromotor mit Untersetzungsgetriebe mit einem Aufrollmoment beaufschlagt werden, ermöglichen eine Variation des Aufrollmoments innerhalb einer großen Spanne, deren minimaler Wert für optimalen Tragekomfort ausgelegt ist und deren maximaler Wert ausreicht, um eine Vorstraffung in einem bevorstehenden Notfall durchzuführen. Der Elektromotor ist über das Untersetzungsgetriebe permanent mit der Gurtspule gekoppelt. Zur Sperrung der Gurtspule im Notfall ist ein gesonderter Blockiermechanismus vorgesehen, der beispielsweise durch einen Elektromagnet aktiviert wird.
  • Die Erfindung geht einen grundsätzlich anderen Weg und schlägt einen Gurtaufroller vor, bei dem das Untersetzungsgetriebe ausgangsseitig über eine steuerbare Kupplung selektiv mit der Gurtspule verbindbar ist. Nur bei geschlossener Kupplung ist der elektromotorische Antrieb an der Gurtspule aktiv. Bei geöffneter Kupplung ist die Gurtspule unabhängig von dem elektromotorischen Antrieb frei drehbar, insbesondere unter der Wirkung einer Aufrollfeder, die für guten Tragekomfort dimensioniert ist. Wenn ein erhöhtes Aufrollmoment benötigt wird, beispielsweise zum vollständigen Aufwickeln des Gurtbandes bei abgelegtem Gurt oder bei einer Notfall-Vorstraffung, wird die Kupplung geschlossen und der elektromotorische Antrieb aktiviert. Der elektromotorische Antrieb muß bei dieser Ausgestaltung des Gurtaufrollers nur für kurzzeitigen Betrieb dimensioniert werden; überdies wird gegenüber der herkömmlichen Lösung viel elektrische Leistung eingespart.
  • Die Funktion der Kupplung kann einen separaten Blockiermechanismus ersetzen, wenn gemäß der bevorzugten Ausführungsform das Untersetzungsgetriebe von der Ausgangsseite zur Eingangsseite hin selbsttätig sperrt, das heißt selbsthemmend ausgebildet ist. Diese Forderung erfüllt in optimaler Weise ein Taumelscheibengetriebe. Taumelscheibengetriebe haben darüber hinaus den Vorteil, daß mit nur einer Untersetzungsstufe ein hohes Untersetzungsverhältnis von beispielsweise 1 : 100 bei hohem Wirkungsgrad erreicht wird.
  • Die steuerbare Kupplung ist vorzugsweise eine Magnetkupplung. Der Magnet arbeitet gegen eine Federeinrichtung, welche die Kupplung in ihren Schließzustand beaufschlagt. Ohne Ansteuersignal ist die Kupplung daher geschlossen. Wegen der selbsthemmenden Ausführung des Untersetzungsgetriebes ist die Gurtspule des Gurtaufrollers lasttragend blockiert, sofern sie nicht durch den Elektromotor und über das Untersetzungsgetriebe angetrieben wird.
  • In den erfindungsgemäßen Gurtaufroller kann mit wenig Aufwand eine Kraftbegrenzungsfunktion integriert werden. Eine erste Lösungsmöglichkeit besteht darin, daß die ineinandergreifenden Kupplungselemente, insbesondere Kupplungszähne, bei Überschreiten eines bestimmten Drehmomentwertes aufeinander gleiten. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Gurtkraft zu detektieren und als Istwert in einen Regelkreis einzuspeisen, dessen Sollwert dem gewünschten Kraftniveau entspricht. Da das Untersetzungsgetriebe selbsthemmend ist, ist der Regelkreis in der Lage, den Antriebsmotor auch mit geringer Ansteuerleistung entsprechend zu beaufschlagen.
  • Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform und aus den beigefügten Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
  • Fig. 1 eine schematische Schnittansicht des Gurtaufrollers bei geöffneter Kupplung;
  • Fig. 2 eine entsprechende Ansicht bei geschlossener Kupplung; und
  • Fig. 3a bis 3d Diagramme zur Erläuterung der Funktionsweise des Gurtaufrollers.
  • Der Gurtaufroller hat einen allgemein U-förmigen Rahmen 10 und eine darin drehbar gelagerte Gurtspule 12, deren Flansche 14 parallel zu den Seitenschenkeln des Rahmens 10 sind. Eine an dem einen Seitenschenkel des Rahmens 10 außen angesetzte Haube 16 umgibt einen elektrischen Antriebsmotor 18, ein Untersetzungsgetriebe 20 und eine Kupplung 22 und stützt diese am Rahmen 10 ab. Der Antriebsmotor 18 ist über eine Welle 24 mit dem Untersetzungsgetriebe 20 gekoppelt. Dieses ist bei der bevorzugten Ausführungsform als Taumelscheibengetriebe ausgebildet. Das Taumelscheibengetriebe ist beispielsweise gemäß der DE 297 07 039 U1 ausgebildet. Es hat bei nur einstufiger Ausführung ein hohes Untersetzungsverhältnis von 1 : 100 oder mehr und ist auf der Ausgangsseite selbsthemmend, das heißt seine in einer mit der Haube 16 verbundenen Stützwand 25 gelagerte Ausgangswelle 26 kann nur von der Eingangsseite her gedreht werden. Auf der Ausgangswelle 26 ist eine Kupplungsscheibe 28 durch eine Keilverzahnung 27 drehfest, jedoch axial begrenzt verschiebbar angeordnet. Die Kupplungsscheibe 28 hat an ihrem Außenumfang eine ringförmige Stirnverzahnung 30. Diese ringförmige Stirnverzahnung 30 liegt einer entsprechenden ringförmigen Stirnverzahnung 32 an der Gurtspule 12 gegenüber. Die Kupplungsscheibe 28 wird durch Druckfedern 34 in Eingriffsposition an der Gurtspule vorbelastet. Die Druckfedern 34 sind zwischen der Kupplungsscheibe 28 und einer auf der Ausgangswelle 26 befestigten Magnetträgerplatte 38 abgestützt. An der Magnetträgerplatte 38 ist ein ringförmiger steuerbarer Magnet 40 angeordnet, der mit einem gegenüberliegenden magnetisierbaren Ring an der Kupplungsscheibe 28 zusammenwirkt.
  • Bei normaler Benutzung des Gurtaufrollers ist die Kupplung 22 geöffnet, wie in Fig. 1 gezeigt. Der gegen die Druckfedern 34 arbeitende Magnet 40 ist aktiviert, so daß die Kupplungsscheibe 28 mit ihrer Stirnverzahnung 30 aus der gegenüberliegenden Stirnverzahnung 32 der Gurtspule 12 ausgerückt ist. Die Gurtspule 12 wird lediglich durch eine herkömmliche Aufrollerfeder mit einem Aufrollmoment beaufschlagt, das für hohen Tragekomfort ausgelegt sein kann.
  • Bei deaktiviertem Magnet 40 ist die Kupplung 22 geschlossen, indem die Kupplungsscheibe 28 durch die Druckfedern 34 gegen den Flansch 14 der Gurtspule gedrückt wird und die Stirnverzahnungen 30, 32 miteinander in Eingriff kommen. Ohne Ansteuerung des Antriebsmotors 18 ist die Gurtspule 12 so lasttragend am Rahmen 10 blockiert, da das Untersetzungsgetriebe 20 selbsthemmend ist. In diesem Zustand können aber durch Ansteuerung des Elektromotors 18 verschiedene Funktionen realisiert werden. Zu diesen Funktionen gehören:
    • a) Vollständiges Aufwickeln des Gurtbandes bei abgelegtem Gurt durch Unterstützung des relativ schwachen Wickelmoments der Aufrollerfeder;
    • b) Vorstraffung des Gurtbandes mit voller Antriebsleistung des Antriebsmotors 18 bei einem drohenden Notfall;
    • c) Begrenzung der Gurtkraft durch geregelte Drehung der Gurtspule, wozu die Gurtkraft detektiert und als Steuergröße in einen Ansteuerkreis für den Antriebsmotor 18 eingespeist wird.
  • Letztere Funktion ist in Fig. 3 veranschaulicht. Fig. 3a zeigt den Zustand der Kupplung 22, Fig. 3b die Entwicklung der Gurtkraft Fx bei der Kraftbegrenzung, Fig. 3c den Betriebszustand des Antriebsmotors 18 und Fig. 3d das von dem Antriebsmotor 18 aufgebrachte Drehmoment an der Welle 24, jeweils über die Zeit t. Die Gurtkraft Fx kann durch einen zwischen dem Gehäuse des Gurtaufrollers und dem Fahrzeugaufbau angeordneten Kraftsensor detektiert werden. Das Niveau und der Verlauf der Gurtkraft werden durch Parametersignale bestimmt, die vom Fahrzeuginsassen und/oder Crash-Ereignis abgeleitet werden, insbesondere das Gewicht des Insassen und die Fahrzeugverzögerung.

Claims (12)

1. Gurtaufroller mit einem Rahmen, einer im Rahmen drehbar gelagerten Gurtspule und einem Getriebemotor mit einem elektrischen Antriebsmotor, der über ein Untersetzungsgetriebe mit der Gurtspule koppelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Untersetzungsgetriebe ausgangsseitig über eine steuerbare Kupplung selektiv mit der Gurtspule verbindbar ist.
2. Gurtaufroller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Untersetzungsgetriebe von der Ausgangsseite zur Eingangsseite selbsttätig sperrt.
3. Gurtaufroller nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Untersetzungsgetriebe ein Taumelscheibengetriebe ist.
4. Gurtaufroller nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gurtspule über die Kupplung und das am Rahmen abgestützte Untersetzungsgetriebe lasttragend sperrbar ist.
5. Gurtaufroller nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung eine an den Ausgang des Untersetzungsgetriebes angeschlossene Kupplungsscheibe aufweist, die auf ihrer der Gurtspule zugewandten Seite eine Angriffsverzahnung trägt, dass die Gurtspule an ihrem der Kupplungsscheibe zugewandten Flansch eine Gegenverzahnung aufweist und dass die Kupplungsscheibe in Axialrichtung der Gurtspule zwischen einer Eingriffsstellung und einer Lösestellung beweglich ist.
6. Gurtaufroller nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsscheibe durch Federkraft in die Eingriffsstellung belastet ist.
7. Gurtaufroller nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsscheibe durch eine steuerbare Magneteinrichtung in die Lösestellung bewegbar ist.
8. Gurtaufroller nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Angriffsverzahnung und die Gegenverzahnung unter Last kraftbegrenzend aufeinandergleiten, wobei die Kupplungsscheibe axial gegen Federkraft ausweicht.
9. Verfahren zum Betreiben eines Gurtaufrollers nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
a) im normalen Aufrollbetrieb des Gurtaufrollers die Kupplung geöffnet ist und die Gurtspule durch eine Aufrollfeder angetrieben wird;
b) zur Vorstraffung in einem kritischen Fahrzustand die Kupplung geschlossen und der Antriebsmotor aktiviert wird;
c) zur Notfallsperrung die Kupplung geschlossen und der Antriebsmotor deaktiviert ist.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zum Aufwickeln des Gurtbandes bei abgelegtem Gurt das Aufrollmoment der Aufrollfeder bei geschlossener Kupplung durch den Getriebemotor unterstützt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass zur Gurtkraftbegrenzung bei geschlossener Kupplung der Antriebsmotor durch einen Ansteuerkreis angesteuert wird, der das vom Antriebsmotor aufgebrachte Drehmoment im Sinne einer gewünschten Gurtkraftkurve steuert.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ansteuerkreis zusätzlich zu dem durch einen Kraftsensor detektierten Gurtkraftsignal wenigstens ein von einem Fahrzeuginsassen und/oder von einem Crash-Ereignis abhängiges Parametersignal zur Bestimmung des Kraftbegrenzungsniveaus zugeführt wird.
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