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Die
Erfindung betrifft einen Gurtaufroller, der mit einem reversiblen
Gurtstrafferantrieb ausgestattet ist.
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Ein
reversibler Gurtstrafferantrieb wird beim Kraftfahrzeug dazu verwendet,
in einer definierten Gefahrensituation die Gurtspule so anzutreiben,
daß der
Sicherheitsgurt aufgewickelt wird. Auf diese Weise kann zum einen
die sogenannte Gurtlose bereits vor einem Unfall beseitigt werden.
Zum anderen kann der Fahrzeuginsasse, wenn er sich in einer beispielsweise
vorgebeugten Position befindet, in eine aufrechte Position zurückgezogen
werden, die bei der drohenden Gefahrensituation vorteilhafter ist.
Sobald die Gefahrensituation vorbei ist, gibt der Gurtstrafferantrieb
die Gurtspule wieder frei, so daß der Gurtaufroller zu seiner
herkömmlichen
Funktionsweise zurückkehrt.
Kommt es jedoch nach dem Aktivieren des Gurtstrafferantriebs zu
einem Unfall, zieht der Fahrzeuginsasse Sicherheitsgurt von der
Gurtspule ab. Dies liegt zum einen daran, daß die Gurtspule um einen bestimmten
Betrag in der Abwickelrichtung des Sicherheitsgurtes gedreht werden
muß, bis
der Blockiermechanismus anspricht. Die Rückdrehung der Gurtspule kann
aber auch auf das Vorhandensein eines Kraftbegrenzers zurückzuführen sein,
der eine kontrollierte Rückdrehung
der Gurtspule ermöglicht, wenn
besonders hohe Kräfte
im Sicherheitsgurt wirken. In jedem Fall besteht die Gefahr, daß der reversible
Gurtstraffer zum Zeitpunkt der Rückdrehung
der Gurtspule aktiviert ist. In diesem Fall würde er von der Gurtspule, eventuell
gegen das anliegende Motordrehmoment, zurückgedreht. Um zuverlässig zu vermeiden,
daß der
Gurtstrafferantrieb dadurch beschädigt wird, muß er für derart
hohe Belastungen ausgelegt werden, was sich in Preis, Gewicht und Bauraum
niederschlägt.
Andernfalls wird riskiert, daß der
Gurtstrafferantrieb beschädigt
wird. Falls der Unfall zu einem Totalschaden des Fahrzeugs führt, ist dies
nicht weiter tragisch. Falls es sich jedoch um einen leichten Unfall
handelt, bei dem das Fahrzeug an sich noch fahrtüchtig ist, müßte der
beschädigte Gurtstrafferantrieb,
eventuell mit dem gesamten Gurtaufroller, ausgetauscht werden, was
sich in hohen Reparaturkosten niederschlägt. Des weiteren muß vermieden
werden, daß sich
das Blockier/Bremsmoment des Antriebes während des Kraftbegrenzers auf
das Kraftniveau aufsattelt.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, einen Gurtaufroller zu
schaffen, bei dem eine Beschädigung
des Gurtstrafferantriebs durch eine Rückdrehung der Gurtspule verhindert
ist und das Kraftbegrenzungsniveau nicht unwesentlich beeinflußt wird,
sollte das Getriebe aktiv sein.
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Zu
diesem Zweck ist erfindungsgemäß ein Gurtaufroller
mit einer Gurtspule für
einen Sicherheitsgurt vorgesehen, einem reversiblen Gurtstrafferantrieb,
der die Gurtspule in einer Richtung zum Aufwickeln des Sicherheitsgurtes
antreiben kann, und einem Drehmomentbegrenzer, der zwischen dem Gurtstrafferantrieb
und der Gurtspule wirksam ist. Die Erfindung beruht auf dem Grundgedanken,
den Gurtstraffer automatisch abzukoppeln, wenn ein Drehmoment in
einer Höhe
wirkt, die zu einer Beschädigung bzw.
Erhöhung
des Kraftbegrenzungsniveaus führen kann.
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Vorzugsweise
ist vorgesehen, daß der
Drehmomentbegrenzer in ein Zahnrad integriert ist, das Teil eines
Getriebes zwischen dem Gurtstrafferantrieb und der Gurtspule ist.
Auf diese Weise ergibt sich ein sehr kompakter Aufbau.
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Vorzugsweise
ist dabei vorgesehen, daß der Drehmomentbegrenzer
ein Antriebsteil und ein Antriebsteil aufweist, daß die beiden
Teile jeweils eine Ver zahnung aufweisen, die ineinander eingreifen, und
daß über die
Verzahnung ein Drehmoment bis zu einer bestimmten Größe übertragen
werden kann. Der Drehmomentbegrenzer wirkt also nach Art einer Rutschkupplung,
wenn zwischen der Antriebsseite und der Antriebsseite ein unzulässig hohes
Drehmoment wirkt. Durch verschiedene Ausgestaltungen der beiden
Verzahnungen kann das jeweils übertragbare Grenzdrehmoment
ohne großen
Aufwand an die jeweiligen Anforderungen angepaßt werden.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand verschiedener Ausführungsformen
beschrieben, die in den beigefügten
Zeichnungen dargestellt sind. In diesen zeigen:
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1 in
einem Schnitt einen Drehmomentbegrenzer für einen erfindungsgemäßen Gurtaufroller;
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2 einen
Schnitt entlang der Ebene II-II von 1;
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3 den
Drehmomentbegrenzer von 1 während des Vorgangs der Drehmomentbegrenzung;
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4 einen
Schnitt durch einen Drehmomentbegrenzer gemäß einer zweiten Ausführungsform;
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5 einen
Schnitt entlang der Ebene V-V von 4;
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6 in
einer Ansicht entsprechend derjenigen von 5 den Drehmomentbegrenzer
von 4 während
des Vorgangs der Drehmomentbegrenzung;
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7 in
einer Schnittansicht eine weitere Ausführungsform eines Drehmomentbegrenzers;
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8 einen
Schnitt entlang der Ebene VIII von 7;
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9 in
einer Ansicht entsprechend derjenigen von 8 den Drehmomentbegrenzer
von 7 während
des Vorgangs der Drehmomentbegrenzung;
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10 in
einem Querschnitt einen Drehmomentbegrenzer gemäß einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung;
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11 in
einer schematischen Ansicht einen erfindungsgemäßen Gurtaufroller;
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12 in
einer Seitenansicht eine weitere Ausführungsform eines Drehmomentbegrenzers;
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13 einen
Schnitt entlang der Ebene XIII-XIII von 12;
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14 einen
Schnitt durch den Drehmomentbegrenzer von 12 in
einem ersten Montageschritt;
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15 in
vergrößertem Maßstab einen
Ausschnitt von 14;
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16 den
Drehmomentbegrenzer von 14 in
einem zweiten Montageschritt;
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17 einen
vergrößerten Ausschnitt
von 16;
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18 den
Drehmomentbegrenzer von 12 in
einem Betriebszustand;
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19 einen
Ausschnitt von 18;
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20 eine
Weiterbildung des Drehmomentbegrenzers in einem ersten Montageschritt;
und
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21 den
Drehmomentbegrenzer von 20 in
einem zweiten Montageschritt.
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In 11 ist
ein Gurtaufroller 10 gezeigt, der einen Rahmen 12 und
eine drehbar im Rahmen gelagerte Gurtspule 14 aufweist.
Auf der Gurtspule 14 ist ein schematisch angedeuteter Sicherheitsgurt 16 aufgenommen.
Die Gurtspule 14 ist über
ein Getriebe 18 mit einem reversiblen Gurtstrafferantrieb 20 verbunden,
der hier durch einen Elektromotor gebildet ist. Durch Ansteuern
des Elektromotors kann der Gurtstrafferantrieb 20 die Gurtspule 14 in
zwei Richtungen antreiben, nämlich
in einer ersten Richtung zum Aufwickeln des Sicherheitsgurtes 16 und
in einer zweiten Richtung zum Abwickeln des Sicherheitsgurtes.
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Das
Getriebe 18 weist ein Stufenzahnrad 22 auf, ist
also gebildet durch ein großes
Zahnrad 24 und ein kleineres Zahnrad 26. Da der
Kraftfluß üblicherweise
vom Gurtstrafferantrieb 20 hin zur Gurtspule 14 verläuft, wird
nachfolgend das große Zahnrad 24 als
Antriebsteil und das kleine Zahnrad 26 als Abtriebsteil
bezeichnet. Diese Begriffe sind aber nur zum Zwecke der besseren
Unterscheidbarkeit gewählt;
das Drehmoment kann auch in umgekehrter Richtung wirken, und zwar
wenn vom Sicherheitsgurt 16 ein hohes Drehmoment auf die
Gurtspule 14 ausgeübt
wird.
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Der
Gurtaufroller 10 ist mit einem in 11 nur
schematisch dargestellten Drehmomentbegrenzer 30 versehen,
der das maximal zwischen dem Antriebsteil 24 und dem Abtriebsteil 26 übertragbare Drehmoment
(und natürlich
auch das in umgekehrter Richtung maximal vom Antriebsteil 26 hin
zum Antriebsteil 24 übertragbare
Drehmoment) auf einen vorbestimmten Wert begrenzt. Der Drehmomentbegrenzer 30 ist
gemäß der in
den 1 bis 3 dargestellten Ausführungsform
als Rutschkupplung ausgeführt,
die zwischen dem Antriebsteil 24 und dem Abtriebsteil 26 angeordnet
ist.
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Das
Antriebsteil 24 ist mit einer ringförmigen, welligen Verzahnung 32 versehen,
der gegenüber ein
Flansch 33 des Abtriebsteils 26 liegt, der mit
einer zur Verzahnung 32 komplementären Verzahnung 34 versehen
ist.
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Das
Antriebsteil 24 und das Abtriebsteil 26 sind durch
ein Niet 36 miteinander verbunden. In das Innere des Niets
greift ein Lagerstift 38, der zur Lagerung des vom Antriebsteil 24 und
vom Antriebsteil 26 gebildeten Zahnrades 22 am
Rahmen 12 des Gurtaufrollers dient.
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Die
beiden Verzahnungen 32, 34 ermöglichen es, ein Drehmoment
vom Antriebsteil 24 zum Abtriebsteil 26 oder umgekehrt
zu übertragen,
und zwar mittels der aneinander anliegenden Flanken der beiden Verzahnungen.
Dieser Zustand ist in 2 gezeigt. Sobald das wirkende
Drehmoment einen bestimmten Betrag überschreitet, werden die Verzahnungen
von den schrägen
Flanken auseinandergedrückt,
bis schließlich
die Zähne
einer Verzahnung über
die Zähne
der anderen Verzahnung weiterspringen. Dies ist in 3 gezeigt,
in welcher der nach oben ausgelenkte Flansch 33 des Antriebsteils
zu sehen ist. Falls nach dem Durchrutschen der beiden Verzahnungen 32, 34 sich
das anliegende Drehmoment immer noch auf einen Betrag oberhalb des Grenzdrehmomentes
befindet, wiederholt sich der Vorgang des Überspringens eines Zahnes,
bis das anliegende Drehmoment unter das Grenzdrehmoment gesunken
ist und wieder eine Drehmomentübertragung
ohne Relativdrehung zwischen dem Antriebsteil und dem Antriebsteil
möglich
ist.
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In
den 4 bis 6 ist eine zweite Ausführungsform
eines Drehmomentbegrenzers gezeigt. Für die von der vorhergehenden
Ausführungsform bekannten
Bauteile werden dieselben Bezugszeichen verwendet, und es wird insoweit
auf die obigen Erläuterungen
verwiesen.
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Der
wesentlichste Unterschied zwischen der zweiten und der ersten Ausführungsform
besteht darin, daß bei
der zweiten Ausführungsform
eine radiale Verformbarkeit einer der beiden Verzahnungen zur Drehmomentbegrenzung
genutzt wird, während
bei der ersten Ausführungsform
eine axiale Verformbarkeit genutzt wurde. Bei der zweiten Ausführungsform ist
die Verzahnung 32 des Antriebsteils 24 nach Art eines
massiven Ritzels ausgeführt,
weist also nach außen,
während
die Verzahnung 34 des Antriebsteils 26 auf der
Innenseite eines hohlen Rings 40 ausgebildet ist. Aufgrund
seiner geringeren Festigkeit wird der Ring 40, wenn das
Grenzdrehmoment erreicht wird, elastisch nach außen aufgeweitet (siehe 6),
so daß es
zum Durchrutschen der Verzahnungen kommt.
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In
den 7 bis 9 ist eine dritte Ausführungsform
des Drehmomentbegrenzers gezeigt. Auch bei dieser Ausführungsform
wird eine radiale Verform barkeit einer der Verzahnungen zur Drehmomentbegrenzung
genutzt. Die Verzahnung 32 am Antriebsteil 24 ist
nach Art der Innenverzahnung eines Hohlrades ausgeführt, während die
Verzahnung 34 des Antriebsteils 26 vergleichbar
einem Zahnrad ausgeführt
ist, also nach außen
weist. Die Verzahnung besteht hier jedoch nur aus zwei Zähnen 34,
die auf einem Steg 42 ausgebildet sind, der durch eine
in Umfangsrichtung verlaufende Aussparung 44 vom Körper des
Abtriebsteils 26 getrennt ist. Die Aussparung 44 sorgt
für eine
elastische Nachgiebigkeit des Steges 42, so daß die Verzahnung 34 bei
Erreichen des Grenzdrehmomentes elastisch radial nach innen nachgibt
(siehe 9).
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In 10 ist
eine vierte Ausführungsform
eines Drehmomentbegrenzers gezeigt. Der Unterschied zu den vorangegangenen
Ausführungsformen besteht
darin, daß nicht
sowohl das Antriebsteil als auch das Abtriebsteil aus Kunststoff
bestehen, sondern nur das Antriebsteil 24 aus Kunststoff
besteht, während
das Antriebsteil 26 aus Metall besteht. Dies ermöglicht,
auf ein separates Niet zu verzichten, das bei den vorangegangenen
Ausführungsformen
zur Verbindung zwischen Antriebsteil und Antriebsteil erforderlich
war. Statt dessen ist das Abtriebsteil 26 mit einem Lagerfortsatz 50 versehen,
auf dem das Antriebsteil 24 gelagert ist und der an seinem
freien Ende nach außen
umgebördelt
ist, so daß das
Antriebsteil 24 fest am Abtriebsteil 26 gehalten
ist.
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Die
Verzahnung 34 des Antriebsteils 26 ist hier nach
Art einer Stirnverzahnung ausgeführt,
weist also nach außen.
Die Verzahnung 32 des Antriebsteils 24 ist als
Innenverzahnung eines Ringabschnittes 52 ausgeführt. Sobald
das Grenzdrehmoment überschritten
wird, wird der Ringabschnitt 52 elastisch nach außen aufgeweitet,
so daß es
zu einem Durchrutschen der Verzahnungen kommt.
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In
den 12 und 13 ist
ein Drehmomentbegrenzer gezeigt, der in einen Gurtaufroller integriert
werden kann, wie er im deutschen Gebrauchsmuster 201 15 316 gezeigt
ist. Auf diese Druckschrift wird ausdrücklich in vollem Umfang Bezug
genommen. Das Antriebsteil 24 von 12 entspricht
dabei dem Rad 24 aus dem genannten Gebrauchsmuster. Bei
der nachfolgenden Beschreibung werden für Bauteile, die von der vorhergehenden Ausführungsform
bekannt sind, die bereits oben verwendeten Bezugszeichen benutzt,
und es wird insoweit auf die obigen Erläuterungen verwiesen.
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Das
Antriebsteil 24 steht mit einem Elektromotor in Verbindung,
der eine reversible Gurtstraffung ausführen kann. Das Rad 24 ist
durch einen Drehmomentbegrenzer 30 mit einer Kupplungsscheibe 50 verbunden,
in der zwei Klinken 52 gelagert sind. Die Klinken 52 dienen
dazu, das Antriebsteil 24 im Bedarfsfall mit der Gurtspule 14 zu
koppeln. Für Einzelheiten
des Kupplungsmechanismus wird auf das genannte Gebrauchsmuster verwiesen.
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Der
Drehmomentbegrenzer 30 zwischen dem Antriebsteil 24 und
der Kupplungsscheibe 50, die hier das Abtriebsteil 26 bildet,
ist eine Verzahnung 32, 3 vorgesehen. Die Ausgestaltung
der Verzahnungen 32, 34 entspricht derjenigen,
wie sie in 9 gezeigt ist. In 19 ist
gestrichelt der Verlauf des Steges 42 gezeigt, wenn dieser
elastisch radial nach innen nachgibt, um ein Durchrutschen de Verzahnungen 32, 34 zu
ermöglichen.
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Ein
besonderes Merkmal der in den 12 bis 19 gezeigten
Ausführungsform
besteht darin, daß das
Abtriebsteil 26, also die Kupplungsscheibe 50,
in axialer Richtung innerhalb des Antriebsteils 24 gesichert
ist. Zu diesem Zweck weist das Antriebsteil 24 mehrere
Sicherungsstege 54 auf, die am Rand des Antriebsteils 24 radial
nach innen hervorstehen (siehe insbesondere 13), so
daß innerhalb
der Stege ein Raum zur Aufnahme der Kupplungsscheibe 50 gebildet
ist. Die Kupplungsscheibe 50 ist mit mehreren Montageöffnungen 54 an
ihrem Außenumfang
versehen, die hinsichtlich Anordnung und Größe den Stegen 54 entsprechen.
Zur Montage wird die Kupplungsscheibe 50 so relativ zum
Antriebsteil 24 ausgerichtet, daß die Winkelausrichtung der
Stege 54 mit der Winkelausrichtung der Montageöffnungen 56 übereinstimmt.
Dieser Zustand ist in den 14 und 15 gezeigt.
Die Kupplungsscheibe 50 kann dann in axialer Richtung in
das Antriebsteil 24 eingeschoben werden. Anschließend wird
die Kupplungsscheibe 50 relativ zum Antriebsteil 24 verdreht,
so daß die
Stege 54 an der Kupplungsscheibe in Bereichen außerhalb
der Montageöffnungen 56 anliegen und
eine axiale Sicherung bewirken (siehe die 16 und 17).
Diese Konstruktion entspricht einem Bajonettverschluß.
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In
den 20 und 21 ist
eine Weiterbildung gezeigt, die einen unlösbaren Bajonettverschluß verwendet.
Die Stege 54 sind hier mit einer Rastlasche 60 versehen,
während
die Montageöffnungen 56 mit
einer Verengung 62 versehen sind. Wie in 20 zu
sehen ist, ist der Querschnitt der Stege 54 zusammen mit
den Rastlaschen 60 größer als
der freie Querschnitt der Montageöffnungen 56. Bei der
Montage der Kupplungsscheibe 50 wird die Rastlasche 60 elastisch
radial nach außen
verschwenkt, so daß sie
durch die Montageöffnung 56 hindurchtreten
kann. Anschließend
schnappt die Rastlasche 60 elastisch wieder in ihre in 20 gezeigte
Position zurück,
in der sie die Verengung 62 überdeckt (siehe die in 20 mit
dem Bezugszeichen 64 bezeichnete Überdeckungsfläche). Auf
diese Weise ist gewährleistet,
daß in
jeder möglichen Stellung
der Kupplungsscheibe 50 relativ zum Antriebsteil 24 die
beiden Teile in axialer Richtung miteinander verriegelt sind.
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Das
Grenzdrehmoment, ab dem es zu einem Durchrutschen der Verzahnungen
kommt, ist bei allen Ausführungsformen
so eingestellt, daß eine
Beschädigung
des Gurtstrafferantriebs verhindert ist. Dies ist zum einen dann
wichtig, wenn die Gurtspule in der Abwickelrichtung des Sicherheitsgurtes
gedreht wird. Das gezielte Abkoppeln des Gurtstrafferantriebs von
der Gurtspule hat zusätzlich
dann Vorteile, wenn der Gurtaufroller mit einem Kraftbegrenzer versehen
ist, der eine kontrollierte Drehung der Gurtspule in der Abwickelrichtung
des Sicherheitsgurtes zuläßt, wenn
besonders hohe Kräfte
im Sicherheitsgurt wirken. Bei dieser Rückdrehung würde sich das Schleppmoment
und das Trägheitsmoment des
Gurtstrafferantriebs 20 bemerkbar machen, so daß sich unterschiedliche
Kennlinien für
die Abzugskraft des Sicherheitsgurtes ergeben würden. Der Drehmomentbegrenzer
ermöglicht
es, den Einfluß des
Gurtstrafferantriebs auf diese Kennlinien auf ein Mindestmaß zu begrenzen,
indem nämlich
der Gurtstrafferantrieb bei höheren
Drehmomenten abgekoppelt wird.