DE102004011499A1

DE102004011499A1 - Gurtaufroller mit Torsionsstab

Info

Publication number: DE102004011499A1
Application number: DE102004011499A
Authority: DE
Inventors: Franz Wier
Original assignee: TRW Automotive GmbH
Current assignee: ZF Automotive Germany GmbH
Priority date: 2004-03-09
Filing date: 2004-03-09
Publication date: 2005-09-29
Anticipated expiration: 2024-03-10
Also published as: DE102004011499B4

Abstract

Ein Gurtaufroller mit einer Gurtspule (14), einem Blockiermechanismus (18) und einem Torsionsstab (24), der einen ersten Befestigungsabschnitt (40) aufweist, der mit der Gurtspule (14) verbunden ist, und einen zweiten Befestigungsabschnitt (42), der vom Blockiermechanismus gegen eine Drehung in einer Sicherheitsgurt-Abwickelrichtung blockiert werden kann, ist dadurch gekennzeichnet, daß der erste Befestigungsabschnitt (40) des Torsionsstabes (24) drehfest mit einem Zwischenelement verbunden ist, das wiederum drehfest mit der Gurtspule (14) verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Gurtaufroller mit einer Gurtspule, einem Blockiermechanismus und einem Torsionsstab, der einen ersten Befestigungsabschnitt aufweist, der mit der Gurtspule verbunden ist, und einen zweiten Befestigungsabschnitt, der vom Blockiermechanismus gegen einer Drehung in einer Sicherheitsgurt-Abwickelrichtung blockiert werden kann.
Ein Gurtaufroller dient dazu, einem Fahrzeuginsassen eines Kraftfahrzeugs einen Sicherheitsgurt bereitzustellen. Der Sicherheitsgurt kann von einer Gurtspule abgezogen werden, wenn er vom Fahrzeuginsassen angelegt wird, und wird wieder automatisch von der Gurtspule aufgewickelt, wenn er abgelegt wird. In allgemein bekannter Weise ist am Gurtaufroller ein Blockiermechanismus versehen, mittels dem die Gurtspule im Bedarfsfall gegen eine Drehung in der Abwickelrichtung des Sicherheitsgurtes blockiert werden kann. In ebenso bekannter Weise ist bei modernen Gurtaufrollern eine Kraftbegrenzungsvorrichtung vorgesehen, die bei an sich blockierter Gurtspule das Abziehen des Sicherheitsgurtes ermöglicht, wenn im Sicherheitsgurt eine besonders hohe Zugkraft wirkt. Wesentlicher Bestandteil einer solchen Kraftbegrenzungsvorrichtung ist üblicherweise ein Torsionsstab. Ein Befestigungsabschnitt des Torsionsstabes ist dabei der Gurtspule zugeordnet, und der andere Befestigungsabschnitt ist dem Blockiermechanismus zugeordnet. Wenn vom Sicherheitsgurt eine sehr hohe Zugkraft auf die Gurtspule ausgeübt wird, kann diese sich relativ zum blockierten Befestigungsabschnitt des Torsionsstabes drehen; der Torsionsbereich des Torsionsstabes wird dabei tordiert und plastisch verformt. Moderne Gurtaufroller sind üblicherweise außerdem mit einem Gurtstrafferantrieb versehen, mittels dem im Bedarfsfall, beispielsweise kurz vor einem Unfall, die Gurtspule in der Aufwickelrichtung des Sicherheitsgurtes gedreht werden kann. Auf diese Weise wird die sogenannte Gurtlose des Sicherheitsgurtes beseitigt.
Nachteilig bei bekannten Gurtaufrollern ist, daß sie in der Richtung der Längsachse der Gurtspule einen großen Bauraum benötigen, um die Gurtspule, den Torsionsstab und den Gurtstrafferantrieb unterzubringen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, den notwendigen Bauraum zu verringern.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß der erste Befestigungsabschnitt des Torsionsstabes drehfest mit einem Zwischenelement verbunden ist, das wiederum drehfest mit der Gurtspule verbunden ist. Dies ermöglicht eine platzsparende Konstruktion, da das Zwischenelement mehrere Funktionen gleichzeitig übernimmt. Zum einen dient es dazu, den Torsionsstab mit der Gurtspule zu verbinden. Zum anderen kann es gleichzeitig dazu dienen, im Bedarfsfall den Gurtstrafferantrieb mit der Gurtspule zu koppeln.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand verschiedener Ausführungsformen beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. In diesen zeigen:
1 einen schematischen Querschnitt durch einen Gurtaufroller mit einem erfindungsgemäßen Torsionsstab;
2 eine vergrößerte, teilgeschnittene Ansicht des Torsionsstabes von 1;
3 einen Schnitt durch einen Rohling für den Torsionsstab von 2; und
4 einen Schnitt durch eine Baugruppe bestehend aus einem Torsionsstab und einem Ritzel.
In 1 ist ein Gurtaufroller 10 gezeigt, der einen Rahmen 12 aufweist, in welchem drehbar um eine Längsachse L eine Gurtspule 14 aufgenommen ist. Auf der Gurtspule 14 kann ein (nicht dargestellter) Sicherheitsgurt aufgewickelt werden.
An dem bezüglich 1 rechten Ende der Gurtspule 14 ist eine Sperrscheibe 16 vorgesehen, mit der ein hier nur schematisch angedeuteter Blockiermechanismus 18 zusammenwirken kann. Der Blockiermechanismus ermöglicht, die Sperrscheibe 16 im Bedarfsfall, beispielsweise bei hoher Fahrzeugverzögerung, drehfest relativ zum Rahmen 12 zu blockieren, um eine Drehung der Gurtspule 14 in der Richtung des Abwickelns des Sicherheitsgurtes zu verhindern.
Die Sperrscheibe 16 ist mit einem Bund 20 drehbar auf einer Innenfläche 22 der Gurtspule 14 gelagert. Innerhalb des Bundes 20 der Sperrscheibe 16 ist drehfest ein axiales Ende eines Torsionsstabes 24 angebracht. Das entgegengesetzte Ende des Torsionsstabes 24 ist drehfest in einem Ritzel 26 aufgenommen. Das Ritzel 26 weist Zähne 28 auf, mittels denen das Ritzel drehfest in eine Aufnahme 29 in der Gurtspule 14 eingesetzt ist. Mit den Zähnen 28 kann auch ein hier schematisch angedeuteter Gurtstrafferantrieb 30 zusammenwirken. Der Gurtstrafferantrieb 30 dient in an sich bekannter Weise dazu, die Gurtspule 14 im Bedarfsfall in der Aufwickelrichtung des Sicherheitsgurtes zu drehen, um beispielsweise vor einem Fahrzeugunfall die sogenannte Gurtlose aus dem Sicherheitsgurtsystem zu beseitigen. Dazu kann ein Kolben verwendet werden, der mit einer Zahnstange versehen ist, die mit dem Ritzel 26 zusammenwirken kann. An dem von der Sperrscheibe 16 abgewandten Ende ist schließlich ein Federherz 32 vorgesehen, an dem eine Aufwickelfeder 34 angreift. Die Aufwickelfeder 34 beaufschlagt die Gurtspule 14 in der Richtung zum Aufwickeln des Sicherheitsgurtes.
Der Torsionsstab 24 (siehe insbesondere 2) weist am ersten Ende einen ersten Befestigungsabschnitt 40, am zweiten Ende einen zweiten Befestigungsabschnitt 42 sowie zwischen den beiden Befestigungsabschnitten einen Torsionsbereich 44 auf. In der dargestellten Ausführungsform ist jeder Befestigungsabschnitt mit einer Verzahnung 46 versehen.
Ein besonderes Merkmal des Torsionsstabes besteht in der Geometrie des Torsionsstabes, insbesondere hinsichtlich des Durchmessers seines Torsionsbereichs 44 und seines ersten Befestigungsabschnittes 40. Der zweite Befestigungsabschnitt 42 ist in herkömmlicher Weise ausgeführt; sein Durchmesser ist deutlich größer als der Durchmesser D des Torsionsbereichs 44 des Torsionsstabes 24. Der erste Befestigungsabschnitt 40 weist dagegen einen Durchmesser auf, der nur geringfügig über dem Durchmesser D des Torsionsbereichs 44 liegt. Insbesondere ist der Durchmesser d des Fußkreises der Verzahnung 46 des ersten Befestigungsabschnittes 40 nur maximal 1,5 mm größer als der Durchmesser D des Torsionsbereichs 44. Vorzugsweise beträgt der Durchmesser d maximal 9,9 mm, und der Durchmesser D beträgt maximal 10 mm. Die Länge des Torsionsbereichs 44 beträgt mindestens 47 mm.
Aufgrund des geringen Durchmessers D des Torsionsbereichs 44 des Torsionsstabes 24 ist der Torsionsstab aus einem Werkstoff mit einer hohen Festigkeit hergestellt; andernfalls könnte bei dem kleinen Durchmesser nicht das notwendige Drehmoment zwischen beispielsweise der Sperrscheibe 16 und dem Ritzel 26 übertragen werden.
Als Werkstoff für den Torsionsstab 24 ist beispielsweise 19 Mn B4 bis 21 Mn B4 oder auch 37 Cr 4 geeignet. In jedem Fall hat der Torsionsstab 24 insbesondere im Bereich des Torsionsbereichs 44 eine Zugfestigkeit von mindestens 450 N/mm². Vorzugsweise liegt die Festigkeit höher als 750 N/mm².
Eine derart hohe Festigkeit (oberhalb von 600 N/mm²) ist insbesondere dann möglich, wenn der Torsionsstab bei einem Kraftbegrenzungsvorgang maximal 2 Umdrehungen zwischen seinen beiden Befestigungsabschnitten aushalten muß.
Der beschriebene Torsionsstab zeichnet sich durch besonders geringe Herstellungskosten aus. Zum einen verringern sich die Herstellungskosten gegenüber den bekannten Torsionsstäben, da weniger Material verwendet werden muß, insbesondere aufgrund des vergleichsweise geringen Durchmessers des Torsionsbereichs 44. Durch das geringere Volumen ergibt sich eine Materialeinsparung und damit einhergehend eine Gewichtseinsparung von etwa 25%. Da der für den Torsionsstab verwendete Werkstoff (beispielsweise ein für die Schraubenherstellung übliches Material) je kg nicht teurer ist als das bisher üblicherweise für Torsionsstäbe verwendete Material, ergibt sich dementsprechend eine Reduzierung der Kosten um 25%.
Zusätzlich läßt sich der in 2 gezeigte Torsionsstab besonders einfach und damit kostengünstig herstellen. Bei einem üblichen Torsionsstab, bei dem die beiden Befestigungsabschnitte so ausgeführt sind wie der zweite Befestigungsabschnitt 42 des Torsionsstabes in 2, ist zur Herstellung eine 5-Stufen-Presse erforderlich, um die Befestigungsabschnitte pressen zu können. Der in 2 gezeigte Torsionsstab kann dagegen auf einer 3-Stufen-Presse hergestellt werden, da der Umformgrad des kleinen Befestigungsabschnittes 40 sehr gering und daher mit einem Hub herstellbar ist. Die Betriebskosten einer 3-Stufen-Presse sind etwa halb so hoch wie die Betriebskosten einer 5-Stufen-Presse, insbesondere da die zugehörigen Verschleißwerkzeuge pro Hub viel günstiger sind. Hinzu kommt, daß der Rohling 24' des Torsionsstabes (siehe 3), also versehen mit nur dem zweiten Befestigungsabschnitt 42, in einer wesentlich preisgünstigeren Maschine (Doppeldrücker) und mit einer sehr hohen Geschwindigkeit hergestellt werden kann, beispielsweise ähnlich einem Niet oder einem Nagel. Schließlich kann der kleine Befestigungsabschnitt 40 unabhängig vom Maschinenpark und der Kalkulation vorzugsweise in einem zweiten Umformprozeß nachträglich angebracht werden. Dies kann in einer Sondermaschine vollautomatisch geschehen, ähnlich wie das Gewinderollen bei einer Schraube. Der Rohling 24' von 3 ist dabei an der Stirnseite, an der später der erste Befestigungsabschnitt 40 vorzusehen ist, mit einer Vertiefung 48 versehen, die in einer Matrize in radialer Richtung auseinandergedrückt wird, um die Verzahnung 46 am ersten Befestigungsabschnitt 42 zu bilden. Dabei bildet sich die Gestalt der Verzahnung 46 im Inneren der Vertiefung 48 ab. Dies erfolgt vollautomatisch in einer Sondermaschine wie beim Gewinderollen einer Schraube. Durch diese günstiger Herstellung ergeben sich weitere Kosteneinsparungen von 25%, so daß die Herstellungskosten des erfindungsgemäßen Torsionsstabes nur etwa 50% der Kosten eines herkömmlichen Torsionsstabes betragen.
Die Übertragung des während eines Kraftbegrenzungsvorganges auftretenden Drehmoments zwischen dem zweiten Befestigungsabschnitt 42 und beispielsweise der Sperrscheibe 16 ist vergleichsweise unproblematisch, da der zweite Befestigungsabschnitt einen sehr großen Durchmesser hat. Kritischer ist dies auf der Seite des ersten Befestigungsabschnittes 40; aufgrund des geringen Fußkreisdurchmessers d der Verzahnung 46 ergibt sich ein hoher Flächendruck.
Um dennoch eine zuverlässige drehfeste Anbringung des ersten Befestigungsabschnittes 40 des Torsionsstabes 24 zu gewährleisten, ist der erste Befestigungsabschnitt 40 in ein Zwischenelement eingesetzt, das ebenfalls eine vergleichsweise hohe Festigkeit hat, vorzugsweise eine höhere Festigkeit als das Material des Torsionsstabes. Dieses Zwischenelement ist als das Ritzel 26 ausgeführt sein, mittels dem der erste Befestigungsabschnitt 40 des Torsionsstabes 24 drehfest mit der Gurtspule 14 verbunden ist. Das Ritzel 26 (siehe 4) und die Verzahnung 46 am ersten Befestigungsabschnitt 40 des Torsionsstabes 24 sind so ausgeführt, daß beide Verzahnungen dieselbe Anzahl von Zähnen haben. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel hat also sowohl die Verzahnung 46 als auch das Ritzel 26 acht Zähne. Dies gewährleistet, daß die Kontur der Verzahnung 46 des Torsionsstabes 24 und die Außenkontur des Ritzels 26 etwa parallel miteinander verlaufen, so daß an jeder Stelle ein umlaufender Materialrand von mindestens 1,2 mm vorhanden ist. Im Hinblick auf die notwendige Festigkeit beträgt der Fußkreisdurchmesser der Verzahnung des Ritzels 26 mindestens 13 mm. Durch die vorteilhafte Anbringung des ersten Befestigungsabschnittes 40 in dem Bereich des Ritzels 26, der auch zur Verbindung des Ritzels 26 mit der Gurtspule 14 verwendet wird, also innerhalb des von der Aufnahme 29 umschlossenen Bereichs, ergibt sich ein besonders schmaler Aufbau des Gurtaufrollers 10 zusammen mit dem Gurtstrafferantrieb 30. Im Stand der Technik wird üblicherweise das Ritzel 26, in axialer Richtung entlang der Achse L betrachtet, im Abstand von der Verbindung zwischen dem Torsionsstab 24 und der Gurtspule 14 angeordnet (also in Reihe angeordnet), was eine um mindestens 3 mm breitere Konstruktion zur Folge hat.

Claims

Gurtaufroller mit einer Gurtspule (14), einem Blockiermechanismus (18) und einem Torsionsstab (24), der einen ersten Befestigungsabschnitt (40) aufweist, der mit der Gurtspule (14) verbunden ist, und einen zweiten Befestigungsabschnitt (42), der vom Blockiermechanismus gegen einer Drehung in einer Sicherheitsgurt-Abwickelrichtung blockiert werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Befestigungsabschnitt (40) des Torsionsstabes (24) drehfest mit einem Zwischenelement verbunden ist, das wiederum drehfest mit der Gurtspule (14) verbunden ist.
Gurtaufroller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenelement ein Ritzel (26) ist, an dem ein Gurtstrafferantrieb (30) angreifen kann.
Gurtaufroller nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne (28) des Ritzels (26) in eine komplementär geformte Aufnahme (29) der Gurtspule (14) eingreifen.
Gurtaufroller nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme und der erste Befestigungsabschnitt, betrachtet entlang der Längsachse (L) der Gurtspule (14) und des Torsionsstabes (24), etwa in demselben Bereich angeordnet sind.
Gurtaufroller nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Befestigungsabschnitt (40) mit einer Verzahnung (46) versehen ist, deren Zähne im Gleichlauf mit den Zähnen des Ritzels (26) angeordnet sind.
Gurtaufroller nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein umlaufender Rand von Material von mindestens 1,2 mm vorhanden ist.
Gurtaufroller nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Fußkreisdurchmesser der Verzahnung des Ritzels (26) mindestens 13 mm beträgt.
Gurtaufroller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Torsionsstab einen Torsionsbereich (44) aufweist, der zwischen den beiden Befestigungsabschnitten (40, 42) angeordnet ist, daß der erste Befestigungsabschnitt (40) eine Verzahnung (46) aufweist und daß die Differenz zwischen dem Fußkreisdurchmesser (d) der Verzahnung des ersten Befestigungsabschnittes (40) und dem Durchmesser (D) des Torsionsbereichs (44) kleiner als 1,5 mm ist.
Gurtaufroller nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Fußkreisdurchmesser (d) der Verzahnung (46) des ersten Befestigungsabschnittes (40) kleiner als 9,9 mm ist.
Gurtaufroller nach einem der Ansprüche 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Torsionsbereichs (44) kleiner als 10 mm ist.
Gurtaufroller nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Torsionsbereich (44) eine Festigkeit größer 500 N/mm² hat.
Gurtaufroller nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Torsionsbereich (44) eine Festigkeit größer 550 N/mm² hat.
Gurtaufroller nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Torsionsbereich (44) eine Festigkeit größer 650 N/mm² hat.
Gurtaufroller nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Torsionsbereich (44) eine Festigkeit größer 750 N/mm² hat.
Gurtaufroller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Torsionsstab (24) aus 19 Mn B4 besteht.
Gurtaufroller nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Torsionsstab (24) aus 37 Cr 4 besteht.
Gurtaufroller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Befestigungsabschnitt (40) stirnseitig eine Vertiefung (48) aufweist, in der sich die Gestalt einer Verzahnung (46) abbildet.
Gurtaufroller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Befestigungsabschnitt (40) gepreßt ist.
Gurtaufroller nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Befestigungsabschnitt (40) in einem Hub gepreßt ist.