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Die
Erfindung betrifft eine Reibungskupplung mit einem Antriebsteil,
einem Abtriebsteil und einem Reibungselement, das ein Reibungsmoment
zwischen dem Antriebsteil und dem Antriebsteil übertragen kann. Die Erfindung
betrifft insbesondere eine solche Reibungskupplung, die bei einem
Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystem
verwendet werden kann.
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Reibungskupplungen
können
bei Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystemen
in verschiedener Weise eingesetzt werden. Beispiele hierfür ist eine Ruhigstelleinrichtung
für Sensoren,
der Antrieb von reversiblen Gurtstraffern, Umschlingungsbremsen, Bewegungsdämpfer bei
verfahrbaren Schloßbringern,
Drehzahlbegrenzer bei Gurtverriegelungssystemen oder ähnlichem.
Allen Reibungskupplungen ist dabei gemeinsam, daß eine definierte Vorspannung
des Reibungselementes, ein definierter Umschlingungswinkel und ein
bestimmter Reibfaktor benötigt
werden. Das von der Reibungskupplung bereitgestellte Reibungsmoment
steigt exponentiell mit steigendem Umschlingungswinkel und steigendem Reibwert
zwischen dem Reibungselement und dem Bauteil an, an welchem das
Reibungselement angreift.
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Aufgrund
des exponentiellen Verlaufs des Reibungsmomentes läßt sich
das von der Reibungskupplung übertragene
Mindest-Reibungsmoment vergleichsweise einfach innerhalb gewünschter
Toleranzen einstellen. Problematischer ist dies bei dem Maximal-Reibungsmoment,
welches von der Reibungskupplung übertragen werden kann. Abweichungen
der Umschlingungskraft des Reibungsmomentes von einem Sollwert nach
oben wirken sich sehr viel stärker
auf das Reibungsmoment aus als Abweichungen nach unten.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Reibungskupplung der eingangs
genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß das von der Reibungskupplung
maximal übertragene
Reibungsmoment begrenzt ist.
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Zu
diesem Zweck ist erfindungsgemäß ein Löseelement
vorgesehen, das nach einem vorbestimmten Drehwinkel der Reibungskupplung
so auf das Reibungselement einwirkt, daß es zu einer Verringerung
des Reibungsmomentes kommt. Die Erfindung beruht auf dem Grundgedanken,
zu Beginn der Drehmomentübertragung
vom Antriebsteil zum Abtriebsteil in jedem Fall das vom Reibungselement
erzeugte Reibungsmoment wirken zu lassen. Selbst wenn dieses Reibungsmoment
sehr viel höher
ist als eigentlich gewünscht,
wirkt sich dies auf den Betrieb der Reibungskupplung eher positiv
aus; es ist so unter allen Umständen
gewährleistet,
daß zunächst ein Drehmoment
vom Antriebsteil zum Abtriebsteil übertragen wird. Erst nachdem
die Reibungskupplung einen vorbestimmten Drehwinkel ausgeführt hat,
wird über
das Löseelement
auf das Reibungselement eingewirkt, um das maximal von der Reibungskupplung übertragbare
Reibungsmoment zu begrenzen. Dies gewährleistet, daß in einer
Betriebsphase der Reibungskupplung, nachdem der vorbestimmte Drehwinkel
durchlaufen und eine der entsprechenden Verdrehung zugeordnete Funktion
ausgeführt
wurde, ein präzise
definiertes Maximal-Reibungsmoment nicht überschritten wird. Dies gewährleistet,
daß in dieser
Betriebsphase, in der es insbesondere zu einem Durchrutschen der
Reibungskupplung kommt, kein unerwünscht hohes Reibungsmoment
wirkt.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung ist das Löseelement
ein Anschlag, an welchem ein Schenkel des Reibungselementes in Anlage
gelangt, nachdem der vorbestimmte Drehwinkel durchlaufen wurde.
Auf diese Weise wird auf das Reibungselement eine öffnende
Kraft ausgeübt,
die zu einer Verringerung der Reibungskraft des Reibungselementes
und damit zu einer Verringerung des zwischen dem Antriebsteil und
dem Antriebsteil übertragenen
Reibungsmoment führt.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand einer bevorzugten Ausführungsform
beschrieben, die in den beigefügten
Zeichnungen dargestellt ist. In diesen zeigen:
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– 1 eine
schematische Explosionszeichnung eines Gurtaufrollers mit einer
Reibungskupplung;
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– 2 einen
Schnitt durch die Bauteile von 1 im montierten
Zustand;
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– 3 eine
Seitenansicht einer beim Gurtaufroller verwendeten Schaltkupplung
in einer Ausgangsposition;
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– 4 eine
Seitenansicht der Schaltkupplung im eingekuppelten Zustand;
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– 5 eine
schematische Seitenansicht einer beim Gurtaufroller von 1 verwendeten
Reibungskupplung in einer ersten Betriebsphase;
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– 6 die
Reibungskupplung in einer zweiten Betriebsphase;
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– 7 eine
alternative Ausgestaltung der Reibungskupplung in der ersten Betriebsphase;
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– 8 die
Reibungskupplung von 7 in einer zweiten Betriebsphase;
und
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– 9 ein
Diagramm des unter verschiedenen Betriebszuständen von der Reibungskupplung übertragenen
Reibungsmomentes.
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In
1 ist
in einer Explosionsansicht ein Gurtaufroller für einen Fahrzeugsicherheitsgurt
gezeigt, der einen Rahmen
5 aufweist, in welchem drehbar
eine Gurtspule
10 gelagert ist. Drehfest mit der Gurtspule
ist ein Gurtspulen-Antriebsteil
12 gekoppelt,
das eine Außenverzahnung
20 aufweist.
Die Außenverzahnung
ist Teil einer Schaltkupplung, mittels der ein Antriebsmoment von
einem Rad
24 auf die Gurtspule übertragen werden kann. Das
Rad
24 ist mit einem (nicht dargestellten) Elektromotor
verbunden (siehe beispielsweise die
DE
201 15 316 ).
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Das
Rad 24 weist ein Einlegeteil 24a auf, in welchem
mehrere Taschen 25 ausgebildet sind, in denen jeweils eine
Klinke 26 angeordnet ist, auf die eine Rückstellfeder 28 wirkt.
Jede Klinke wird zusammen mit ihrer Rückstellfeder in einer der Taschen 25 angeordnet,
und das Einlegeteil 24a wird am Rad 24 angebracht,
beispielsweise verrastet. Die Klinken 26 sind dann in der
jeweiligen Tasche schwenkbar aufgenommen.
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Axial
neben dem Rad 24 ist eine Kupplungsscheibe 34 angeordnet,
die mit Steuerlaschen 36 versehen ist, die durch Aussparungen
im Einlegeteil 24a in das Rad 24 hineinragen,
so daß sie
mit den Klinken 26 zusammenwirken können. Die Kupplungsscheibe 34 bildet
zusammen mit dem Rad 24, dem Einlegeteil 24a,
den Klinken 26 und der Außenverzahnung 20 eine
Schaltkupplung.
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Die
Kupplungsscheibe 34 ist mittels einer Reibungskupplung
am Rahmen 5 abgestützt.
Die Reibungskupplung weist ein Reibungselement auf, das hier als
Reibfeder 52 ausgeführt
ist. Die Reibfeder 52 ist in einer Nut 50 angeordnet,
die auf der vom Rad 24 abgewandten Seite der Kupplungsscheibe 34 ausgebildet
ist. Der Innendurchmesser der Reibfeder 52 ist im Ausgangszustand
kleiner als der Außendurchmesser
der Nut 50, so daß die
Reibfeder 52 mit einer gewissen Vorspannung in der Nut 50 sitzt.
Die Reibfeder 52 ist als Ringfeder ausgebildet, die an
einem Ende einen abgebogenen Schenkel 54 aufweist, der
als Schließschenkel
wirkt und drehfest am Rahmen 5 des Gurtaufrollers abgestützt ist.
Zu diesem Zweck ist ein Abstützelement 55 vorgesehen (siehe 5).
Die Reibfeder 52 weist an ihrem anderen Ende einen abgebogenen
Schenkel 56 auf, der als Öffnungsschenkel wirkt und mit
einem Löseelement 58 (siehe
ebenfalls 5) zusammenwirken kann, das
am Rahmen 5 angebracht ist. Die Reibfeder 52 bildet
zusammen mit der Kupplungsscheibe 34 und dem Abstützelement 55 eine
Reibungskupplung, die ein Durchrutschen der Kupplungsscheibe 34 ermöglicht,
sobald das Reibungsmoment zwischen der Reibfeder und der Nut 50 der Kupplungsscheibe 34 überwunden
ist. Je nach Drehrichtung der Kupplungsscheibe 34 wirkt
entweder die Kupplungsscheibe 34 oder das Abstützelement 55 als
Antriebsteil; das andere der beiden wirkt als Antriebsteil.
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Nachfolgend
wird der Betrieb der Schaltkupplung (siehe 3 und 4)
sowie der Reibungskupplung (siehe 5 und 6)
beschrieben. In der Ausgangsposition der Schaltkupplung (siehe 3)
werden die Klinken 26 durch die Rückstellfedern 28 so
zurückgehalten,
daß sie
nicht in Eingriff mit der Außenverzahnung 20 des
Gurtspulen-Antriebsteils 12 sind. In diesem Fall kann sich
die Gurtspule 10 frei drehen und Gurtband kann von der Gurtspule
abgezogen werden.
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Wird
das Rad 24 vom (nicht dargestellten) Elektromotor in Drehung
versetzt, werden die Klinken mitgenommen. Da die Kupplungsscheibe 34 über die Reibfeder 52 festgehalten
wird, laufen die Klinken 26 auf die Steuerlaschen 36 auf,
wodurch sie in die Außenverzahnung 20 eingesteuert
werden (siehe 4). Nun ist das Rad 24 mit
der Gurtspule 10 gekoppelt, so daß der (nicht dargestellte)
Elektromotor die Gurtspule in der Aufwickelrichtung des Sicherheitsgurtes
antreiben kann, wodurch eine Vorstraffung durchgeführt wird.
Dabei wird die Kupplungsscheibe 34 über die Steuerlaschen 36 mitgenommen (siehe
Pfeil P in 5), was aufgrund der Reibungskupplung
zwischen der Kupplungsscheibe und dem Rahmen 5 des Gurtaufrollers
problemlos möglich
ist.
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Die
Reibungskupplung ist so eingestellt, daß das vom Abstützelement 55 über den
Schließschenkel 54 und
die Reibfeder 52 auf die Kupplungsscheibe 34 ausgeübte Reibungsmoment
in jedem Fall so groß ist,
daß die
Klinken der Schaltkupplung eingesteuert werden können. Zur Erhöhung des
Mindest-Reibungsmomentes der Reibungskupplung kann eine Feder 60 vorgesehen
sein, die zwischen dem Abstützelement 55 und
dem Schließschenkel 54 der
Reibfeder 52 angeordnet ist und den Schließschenkel 54 in
der Richtung des Schließens
der Reibfeder 52 vorspannt.
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Während der
Drehung der Kupplungsscheibe 34 in der Richtung des Pfeils
P ist zwischen zwei unterschiedlichen Fällen zu unterscheiden. In einem ersten
Fall ist das bereitgestellte Reibungsmoment höher als das geforderte Mindest-Reibungsmoment, jedoch
nicht größer als
ein zulässiges
Maximal-Reibungsmoment. In diesem Fall dreht sich die Kupplungsscheibe 34 innerhalb
der Reibfeder 52, die etwa stationär in ihrer in 5 gezeigten
Stellung verbleibt. In einem zweiten Fall ist das von der Reibungskupplung
bereitgestellte Reibungsmoment größer als ein zulässiges Maximal-Reibungsmoment (und
damit natürlich
auch größer als
das geforderte Mindest-Reibungsmoment). In diesem Zustand nimmt
die Kupplungsscheibe 34, wenn sie in der Richtung des Pfeils
P gedreht wird, die Reibfeder 52 entgegen dem Uhrzeigersinn
mit, was von der Feder 60 zugelassen wird. Nach einem vorbestimmten Drehwinkel
stößt der Öffnungsschenkel 56 auf
das Löseelement 58,
wodurch die beiden Schenkel 54, 56 der Reibfeder 52 auseinanderbewegt
werden. Dadurch sinkt die Umschlingungskraft der Reibfeder 52 und
dadurch auch das von der Reibungskupplung bereitgestellte Reibungsmoment.
Auf diese Weise wird zuverlässig
verhindert, daß ein
unerwünscht
hohes Reibungsmoment wirkt.
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In
den 7 und 8 ist eine alternative Ausführungsform
gezeigt. Diese unterscheidet sich von der in den 5 und 6 gezeigten
Reibungskupplung dadurch, daß die
Feder 60 in den Schließschenkel 54 integriert
ist. Der Schließschenkel 54 ist nämlich mit
einem abgebogenen Ende ausgeführt, welches
elastisch federnd ist.
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Anhand
von 9 wird der Verlauf des von der Reibungskupplung übertragenen
Reibungsmomentes M über
einem Drehwinkel α für verschiedene Betriebszustände erläutert. Mit „min" ist das Drehmoment
bezeichnet, welches zum Einsteuern der Klinken erforderlich ist.
Mit „N" ist das Drehmoment
bezeichnet, welches von der Reibungskupplung mindestens bereitgestellt
wird. Mit „H" ist das Drehmoment
bezeichnet, welches von der Reibungskupplung maximal bereitgestellt
wird.
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Zu
Beginn der Drehung des Rades 24 wirkt in der Reibungskupplung
das zum Einsteuern der Klinken 26 erforderliche Moment.
Sobald die Klinken eingesteuert sind (Drehwinkel 1), steigt das
wirkende Drehmoment an, da nun die Kupplungsscheibe 34 mitgenommen
werden muß.
Unter der Annahme, daß die
Reibungskupplung ein vergleichsweise geringes Reibungsmoment bereitstellt,
steigt das wirkende Drehmoment beispielsweise bis auf das Niveau
N an und verbleibt auf diesem Niveau über den weiteren Drehwinkel
(Verlauf 1). Falls dagegen die Reibungskupplung ein hohes Drehmoment
bereitstellt, würde
ab der vollständigen
Einsteuerung der Klinken 26 das wirkende Drehmoment bis
auf das Niveau H ansteigen und dann über den weiteren Drehwinkel
auf diesem Niveau verbleiben. Dies wäre unerwünscht und wird verhindert.
Aufgrund der Feder 60 dreht sich die Reibfeder 52 nämlich mit,
sobald auf sie eine Kraft F0 einwirkt. Dadurch ist der Drehmomentanstieg
begrenzt, und die Reibfeder 52 kann gegen ein ansteigendes
Drehmoment verdreht werden; die Steigung in diesem Bereich (Verlauf
2) ist von der Federsteifigkeit der Feder 60 bestimmt.
Am Punkt 2 der Verdrehung der Reibungskupplung gelangt der Öffnungsschenkel 56 in
Anlage am Löseelement 58, und
bei Punkt 3 ist die Eigenelastizität des Öffnungsschenkels 56 „aufgebraucht", so daß nun die
Reibfeder 52 geöffnet
wird. Somit verbleibt das wirkende Drehmoment über den weiteren Drehwinkel
auf einem Niveau, welches erheblich unter dem Maximal-Reibungsmoment
H liegt (Verlauf 3).
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Durch
die Auslegung der Feder 60 sowie die Positionierung des
Abstützelementes 55 und
des Löseelementes 58 kann
der Verlauf des Reibungsmomentes der Reibungskupplung eingestellt
werden. Es ist auch möglich,
das Abstützelement 55 und/oder das
Löseelement 58 verschiebbar
am Rahmen 5 des Gurtaufrollers anzubringen, so daß beispielsweise
in Abhängigkeit
von externen Parametern unterschiedliche Zustände eingeschaltet werden können. Diese Zustände können beispielsweise
geschaltet werden durch eine Gurtwickelabtastung, eine Steuerung über ein
Getriebe ähnlich
einem Kindersicherungsmechanismus, durch die lineare Verstellung
eines Höhenverstellers,
durch die Bewegung eines Gurtschlosses, durch eine Relativbewegung
in einem Sperrsystem zwischen Kupplungsscheibe und Aufrollerachse
oder eine Bewegung eines Endbeschlages des Sicherheitsgurtes. Die
Verstellung des Abstützelementes
und/oder des Löseelementes
kann auch aktiv über
einen Aktor gesteuert werden, beispielsweise einen Haltemagneten,
einen Hubmagneten, einen Elektromotor oder ähnliches.
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Die
erfindungsgemäße Reibungskupplung wurde
hier als Teil eines reversiblen Gurtstraffers beschrieben. Es ist
jedoch eine Vielzahl von anderen Anwendungsmöglichkeiten denkbar. Beispielsweise kann
die Reibungskupplung zur Sensorruhigstellung mit Begrenzung der
Reibkraft verwendet werden. Auch möglich ist, die Reibungskupplung
als Teil einer Rücklaufbremse
eines Gurtaufrollers zu verwenden, die ein abruptes Abbremsen der
Gurtspule bei schnellem Gurtbandrücklauf (und dadurch ausgelöst ein Blockieren
der Gurtspule) durch gezieltes Abbremsen der Gurtspule verhindert.
Auch möglich
ist, die Reibungskupplung zur Dämpfung
von Schloßbewegungen
zu verwenden. Auch möglich
ist es, die Reibungskupplung für
einen gedämpften
Umlenkbeschlag am Höhenversteller
in Abhängigkeit
vom Auslenkwinkel und der Lage des Höhenverstellers zu verwenden.
Die Reibungskupplung kann auch bei reversiblen Straffvorgängen verwendet
werden, wobei das auf das Gurtband einwirkende Kraftniveau über eine
Schlingfeder gehalten wird und damit ein Einsteuern des Sperrsystems
verhindert wird. Über
eine Bewegung der Gehäuseaufnahme
läßt sich
dabei eine Reduzierung der Gurtbandkraft ohne störenden Löseimpuls realisieren. Die Reibungskupplung
kann auch bei Schloßbringersystemen
zur Begrenzung der Federkraft bei Schwenkbewegungen verwendet werden.
Die Reibungskupplung kann auch in Sperrsystemen verwendet werden,
um die Federkraft zur Klinkensteuerung abhängig von der Drehbewegung zu
variieren und damit Dynamik, Rückstellverhalten, Gurtverriegelung
und Entklapperung günstig
zu beeinflussen. Beispielsweise kann bei der Rückbewegung eine höhere Kraft
auf die Trägheitsscheibe
einwirken, um eine Rücklaufdeblockierung
mittels unterschiedlichen Kraftniveaus zu schalten und damit einen
minimalen Rückdrehwinkel
zu erreichen.