DE102004053305A1

DE102004053305A1 - Gurtaufroller für ein Fahrzeugsicherheitsgurtsystem und Fahrzeugsicherheitsgurtsystem

Info

Publication number: DE102004053305A1
Application number: DE102004053305A
Authority: DE
Inventors: Joachim Biller; Wolf-Dieter Hönl
Original assignee: TRW Automotive GmbH
Current assignee: ZF Automotive Germany GmbH
Priority date: 2004-11-04
Filing date: 2004-11-04
Publication date: 2006-06-01
Also published as: US20060091252A1

Abstract

Ein Gurtaufroller für ein Fahrzeugsicherheitssystem hat einen Rahmen (14), eine im Rahmen (14) drehbar gelagerte Gurtspule (16) und eine Bremsvorrichtung (18). Die Bremsvorrichtung (18) umfaßt wenigstens ein erstes Bremselement (24) und eine relativ zum ersten Bremselement (24) drehbar angeordnete Bremsscheibe (22) und weist eine gegenüber dem Bremselement (24) verdrehbare Stellscheibe (28) auf. Die Bremsvorrichtung (18) ist so ausgelegt, daß eine Verdrehung der Stellscheibe (28) eine Verschiebung des ersten Bremselements (24) bewirkt, so daß das Bremselement (24) in Anlage an die Bremsscheibe (22) kommt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Gurtaufroller für ein Fahrzeugsicherheitsgurtsystem.

Sinn eines Sicherheitsgurtes ist es, bei plötzlichen Fahrzeugverzögerungen eine Vorverlagerung eines Fahrzeuginsassen zu begrenzen. Zu diesem Zweck wird die Gurtspule, auf die das Gurtband des Sicherheitsgurtes aufgewickelt ist, blockiert bzw. gesperrt.

Hierbei lassen sich im wesentlichen zwei Fälle unterscheiden. Zum einen gibt es die normalen Sperrvorgänge, z. B. bei einem scharfen Bremsmanöver. In einem solchen Fall muß die Sperrung der Gurtspule reversibel sein, da derartige Situationen häufig auftreten. Die Kraft, mit der der Fahrzeuginsasse vom Sicherheitsgurt zurückgehalten wird, ist in diesem Fall nicht allzu hoch, so daß keine weiteren Maßnahmen getroffen werden müssen.

Ein anderer Fall liegt vor, wenn das Fahrzeug bei einem Unfall abrupt verzögert wird. Auch jetzt muß die Gurtspule gesperrt werden, damit der Fahrzeuginsasse nicht in Kontakt mit anderen Fahrzeugteilen kommen kann. Die hierbei auftretenden Kräfte können jedoch sehr hoch sein. Deshalb werden Kraftbegrenzer eingesetzt, um die auf den Fahrzeuginsassen wirkenden Kräfte zu reduzieren Diese erlauben einen gewissen Gurtbandabzug und damit eine gewisse Vorlage rung des Fahrzeuginsassen, während sie die Bewegungsenergie des Fahrzeuginsassen abbauen.

Gewöhnlich werden für die Sperrung der Gurtspule und für die Kraftbegrenzung unterschiedliche Bauelemente eingesetzt, im ersteren Fall meistens eine in eine Verzahnung einschwenkbare Sperrklinke und im zweiten Fall z. B. ein Torsionsstab.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Gurtaufroller zur Verfügung zu stellen, der die modernen Sicherheitsanforderungen erfüllt und der mit wenigen Bauteilen auskommt.

Hierzu ist bei einem Gurtaufroller für ein Fahrzeugsicherheitsgurtsystem ein Rahmen vorgesehen, eine im Rahmen drehbar gelagerte Gurtspule und eine Bremsvorrichtung, die wenigstens ein erstes Bremselement und eine relativ zum ersten Bremselement drehbar angeordnete Bremsscheibe umfaßt und eine gegenüber dem Bremselement verdrehbare Stellscheibe aufweist. Die Bremsvorrichtung ist so ausgelegt, daß eine Verdrehung der Stellscheibe eine Verschiebung des ersten Bremselements bewirkt, so daß das Bremselement in Anlage an die Bremsscheibe kommt. Erfindungsgemäß wird die Blockierung der Gurtspule über den Angriff des oder der Bremselemente an der Bremsscheibe erreicht. Eine solche Bremsvorrichtung kann auf einfache Weise mit unterschiedlichen Bremskräften betrieben werden. Daher kann die Bremsvorrichtung und damit der Gurtaufroller auf unterschiedliche Situationen, die eine unterschiedliche Sperrkraft der Gurtspule erfordern, flexibel eingesetzt werden. Neben der Blockierung der Gurtspule kann die Bremsvorrichtung auch die Funktion eines Kraftbegrenzers übernehmen, wenn die Bremskraft so eingestellt ist, daß eine Verdrehung der Bremsscheibe gegenüber den Bremselementen bei Überschreiten einer bestimmten ersten Kraftschwelle zugelassen wird, wobei die Bewegungsenergie des Fahrzeuginsassen dann durch die Reibung zwischen den Bremselementen und der Bremsscheibe abgebaut wird. Der Vorteil einer derartigen Kraftbegrenzungsvorrichtung ist, neben ihrer variabel festlegbaren Kraftschwelle, die Option, den Kraftbegrenzer mehrfach einzusetzen.

Die Bremsscheibe ist bevorzugt drehfest mit der Gurtspule verbunden, so daß sich eine direkte Kraftübertragung von der Bremsvorrichtung auf die Gurtspule ergibt.

Das erste Bremselemente kann in einer axialen Richtung verschiebbar angeordnet sein.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist wenigstens ein zweites Bremselement vorgesehen. Bevorzugt greifen das erste Bremselement und das zweite Bremselement an gegenüberliegenden Seiten der Bremsscheibe an.

Speziell bei dieser Anordnung ist es vorteilhaft, wenn die Bremsscheibe in einer axialen Richtung verschiebbar angeordnet ist, da sich so selbsttätig eine gleichmäßige Bremskraft einstellt.

Die Bremselemente können an einem Bremssattel angeordnet sein, der bevorzugt mit dem Rahmen verbunden ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Stellscheibe wenigstens eine Keilfläche auf. Durch die Anlage der Keilfläche an einem der Bremselemente kann eine Drehung der Stellscheibe aufgrund der Keilform der Anlagefläche das Bremselement in axialer Richtung verschieben.

Bevorzugt weist das erste Bremselement wenigstens eine Keilfläche auf, die zur Keilfläche der Stellscheibe komplementär ist. Mit einer solchen Konstruktion läßt sich eine Selbstverstärkung der Bremswirkung erreichen.

Um die Gleichmäßigkeit der Bremswirkung zu erhöhen, ist vorteilhaft wenigstens eines der Bremselemente, bevorzugt beide Bremselemente, ringförmig ausgebildet.

Die Bremskraft ist einfach einstellbar, wenn eine Antriebseinheit vorgesehen ist, die die Stellscheibe verdreht. Bevorzugt ist die Antriebseinheit ein Elektromotor.

Die Erfindung betrifft auch ein Fahrzeugsicherheitsgurtsystem mit einem Gurtaufroller wie oben beschrieben und mit einer Steuereinheit und wenigstens einem Sensor, wobei die Steuereinheit abhängig von Sensorsignalen die Antriebseinheit zur Verdrehung der Stellscheibe anspricht. Auf diese Weise läßt sich situationsabhängig stets die optimale Bremskraft zur Blockierung der Gurtspule oder die Kraftschwelle für eine Kraftbegrenzung festlegen.

Der Sensor kann z. B. eine Gurtbandabzugskraft messen. Sensoren können auch zur Erfassung gefährlicher Fahrsituationen (Pre-crash-Situationen), der Einschätzung von Unfallsituationen, oder der Messung von Position und Gewicht eines Fahrzeuginsassen vorgesehen sein.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen. In diesen zeigen:
1 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Fahrzeugsicherheitsgurtsystems mit einem im Schnitt dargestellten Gurtaufroller;
2 eine Schnittansicht des Gurtaufrollers in 1, gesehen entlang der Linie II-II in 3;
3 eine schematische Seitenansicht des erfindungsgemäßen Gurtaufrollers; und
4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV aus 3.
Das in 1 gezeigte Fahrzeugsicherheitsgurtsystem 10 umfaßt einen Gurtaufroller 12 mit einer drehbar in einem starren Rahmen 14 gelagerten Gurtspule 16, auf der ein nicht gezeigtes Gurtband eines Sicherheitsgurtes aufgenommen ist. Von der Gurtspule 16 kann das Gurtband abgewickelt oder es kann auf die Gurtspule 16 aufgewickelt werden. Der hierzu vorgesehene Antrieb ist nicht gezeigt und kann auf bekanntem Weg z. B. über eine Aufrollerfeder realisiert sein.
Die Blockierfunktion für die Gurtspule 16 wird von einer Bremsvorrichtung 18 übernommen, die an einer Seite der Gurtspule 16 am Rahmen 14 angeordnet ist.
Eine Achse 20 der Gurtspule 16 ragt durch den Rahmen 14 auf der Seite der Bremsvorrichtung 18 hindurch und trägt eine ringförmige Bremsscheibe 22, die außerhalb des Rahmens 14 angeordnet ist. Diese ist drehfest, aber in axialer Richtung A um einen bestimmten Weg verschiebbar mit der Achse 20 der Gurtspule 16 verbunden. Die Bremsscheibe 22 ist ein von der eigentlichen Gurtspule 16 räumlich getrenntes Bauteil. Ihre Dicke muß nur so groß gewählt sein, wie es für die Stabilität erforderlich ist.
Links und rechts der Bremsscheibe 22 sind ein erstes Bremselement 24 und ein zweites Bremselement 26 angeordnet, die beide ringförmig sind. Beide Bremselemente 24, 26 weisen auf der zur Bremsscheibe 22 gerichteten Seite einen Bremsbelag auf.
Das zweite Bremselement 26 ist drehfest am Rahmen 14 fixiert. Das erste Bremselement 24 ist hingegen um eine gewisse Distanz in axialer Richtung A verschieblich und um einen gewissen Winkelbetrag verdrehbar gelagert.
Eine drehbar gelagerte Stellscheibe 28 ist in axialer Richtung A an das erste Bremselement 24 anschließend angeordnet. Sie weist mehrere in Umfangsrichtung ansteigende Keilflächen 30 auf. Komplementäre Keilflächen 32 sind an der zur Stellscheibe 28 gewandten Seite des ersten Bremselements 24 vorgesehen.
Die Bremsscheibe 22, die beiden Bremselemente 24, 26 und die Stellscheibe 28 sind an ihren Rändern von einem Bremssattel 34 umgriffen.
Die Stellscheibe 28 steht z. B. über ein Getriebe 36 in Verbindung mit einer Antriebseinheit 38, hier einem Elektromotor, der in axialer Richtung A neben der Stellscheibe 28 angeordnet ist. Die Antriebseinheit 38 ist wiederum mit einer Steuereinheit 40 verbunden, die auch noch Signale von verschiedenen Sensoren 42, 44 erhält. Hierbei sind die Sensoren 42 zwischen der Achse 20 der Gurtspule und dem Rahmen 14 angeordnet und messen ständig eine Gurtabzugskraft. Die Sensoren 44 können z. B. eine Fahrzeugbeschleunigung messen. Es können noch beliebige andere Sensoren vorgesehen sein, die hier nicht dargestellt sind.
Im normalen Fahrbetrieb befindet sich die Bremsvorrichtung 18 im in 4 gezeigten Zustand. Die Gurspule 16 kann sich frei drehen, da beide Bremselemente 24, 26 von der Bremsscheibe 22 beabstandet sind. In diesen Zustand sind die Bremselemente 24, 26 und die Bremsscheibe 22 durch nicht gezeigte Federn vorgespannt.
Tritt nun eine Situation auf, in der nach Entscheidung der Steuereinheit 40 die Gurtspule 16 blockiert werden soll, so erhält die Antriebseinheit 38 ein entsprechendes Signal und verdreht daraufhin die Stellscheibe 28 um einen bestimmten Winkel. Über den Kontakt der Keilflächen 30 der Stellscheibe 28 und der Keilflächen 32 des ersten Bremselements 24 wird das erste Bremselement 24 in axialer Richtung A in Richtung zur Bremsscheibe 22 verschoben, bis es in Anlage an dieser ist. Die Bewegung überträgt sich auf die Bremsscheibe 22, und diese wird ebenfalls in axialer Richtung A verschoben, bis sie in Anlage am zweiten Bremselement 26 ist. Jetzt wird von beiden Bremselementen 24, 26 eine Bremskraft auf die Bremsscheibe 22 und damit auf die Gurtspule 16 übertragen, wodurch die Gurtspule 16 gebremst wird.
Die Bremsvorrichtung 18 ist selbstverstärkend ausgelegt. Durch den Kontakt des ersten Bremselements 24 mit der Bremsscheibe 22 wird ersteres in Drehrichtung der Gurtspule 16 (siehe Pfeil) mitgenommen, da sich das erste Bremselement 24 um einen gewissen Winkelbetrag verdrehen kann. Hierdurch verschieben sich die Keilflächen 32, 30 gegeneinander, wodurch, da die Keilfläche 30 von der Antriebseinheit 38 in ihrer Position gehalten wird, sich der axiale Druck in Richtung A verstärkt. Der Winkelbereich, um den sich das erste Bremselement 24 verdrehen kann, entspricht in etwa dem von den Keilflächen 30, 32 eingenommenen.
Die Sensoren 42, die die Gurtabzugskraft messen, bilden zusammen mit der Steuereinheit 40 und der Antriebseinheit 38 einen Regelkreis. Über diesen wird ständig die Stellung der Stellscheibe 28 überwacht und gegebenenfalls korrigiert.
Gemäß den jeweils vorliegenden Umständen und der jeweiligen Situation läßt sich eine Kraftschwelle, bis zu der die Gurtspule 16 vollständig gegen Drehung blockiert ist, einfach und flexibel einstellen. Diese Kraftschwelle kann, z. B. in Abhängigkeit von Sensoren, die Gewicht und Größe eines Fahrzeuginsassen erfassen, auf einen bestimmten Wert voreingestellt sein.
Im normalen Fahrbetrieb ist die Kraftschwelle relativ niedrig gesetzt. Hier bewirkt die Bremsvorrichtung 18 die normale Sperrung oder Blockierung der Gurtspule 16 z. B. bei scharfen Bremsungen. Im normalen Sperrbetrieb kann die Kraftschwelle z. B. zwischen 2 und 4 kN liegen.
Kommt es hingegen zu einer sehr abrupten Fahrzeugverzögerung, z. B. im Rahmen eines Unfalls, wird die Kraftschwelle von der Steuereinheit 40 in Abhängigkeit von den Sensorsignalen bedeutend höher gesetzt. Die Kraftschwelle ist jedoch bevorzugt nur so hoch gewählt, daß bei Überschreiten einer vorbestimmten Gurtbandabzugskraft, die ständig von den Sensoren 42 gemessen wird, eine Verdrehung der Gurtspule 16, also der Bremsscheibe 22 gegenüber den Bremselementen 24, 26 unter Ausgabe von Gurtband möglich ist. Jetzt wirkt die Bremsvorrichtung 18 als Kraftbegrenzer, und die Bewegungsenergie des Fahrzeuginsassen wird in Reibung zwischen der Bremsscheibe 22 und den Bremselementen 24, 26 umgesetzt. Die Kraftschwelle, ab der eine Kraftbegrenzung eintritt, kann wiederum situationsabhängig gewählt sein, in etwa abhängig von der Unfallschwere oder auch von Gewicht und Position des Fahrzeuginsassen. Zum Beispiel kann sie auch nach einem ersten oder Primärunfall, bei dem ein Gassack ausgelöst wurde, höher gesetzt werden, um so bei einem Folgeunfall die Vorverlagerung des Fahrzeuginsassen geringer zu halten, da nun kein Gassack mehr zur Verfügung steht. Die Kraftschwelle kann auch in Abhängigkeit eines Signals eines Pre-crash-Sensors, der eine potentiell gefährliche Situation meldet, präven tiv nach oben gesetzt werden. Kommt es nicht zu einem Unfall, wird die Kraftschwelle wieder auf den normalen Wert herabgesetzt.
Da sowohl die normale Sperrfunktion als auch die Aufgabe des Kraftbegrenzers von der Bremsvorrichtung 18 übernommen werden, hat der Gurtaufroller gemäß der Erfindung nur einen sehr kleinen Bauraum.
Gemäß einer nicht gezeigten Ausführungsform kann auch vorgesehen sein, daß ein Bremselement radial an der Bremsscheibe angreift.
Zusätzlich kann ein herkömmlicher Blockiermechanismus für die Gurtspule 16 vorgesehen sein, z. B. eine Sperrklinke, die in eine Sperrverzahnung einsteuert, um ein Notfallsystem für den Fall eines Stromausfalls bereitzustellen.

Claims

Gurtaufroller für ein Fahrzeugsicherheitssystem, mit einem Rahmen (14), einer im Rahmen (14) drehbar gelagerten Gurtspule (16) und einer Bremsvorrichtung (18), die wenigstens ein erstes Bremselement (24) und eine relativ zum Bremselement (24) drehbar angeordnete Bremsscheibe (22) umfaßt und eine gegenüber dem Bremselement (24) verdrehbare Stellscheibe (28) aufweist, wobei die Bremsvorrichtung (18) so ausgelegt ist, daß eine Verdrehung der Stellscheibe (28) eine Verschiebung des Bremselements (24) bewirkt, so daß das Bremselement (24) in Anlage an die Bremsscheibe (22) kommt.
Gurtaufroller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremsscheibe (22) drehfest mit der Gurtspule (16) verbunden ist.
Gurtaufroller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Bremselement (24) in einer axialen Richtung (A) verschiebbar angeordnet ist.
Gurtaufroller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein zweites Bremselement (26) vorgesehen ist.
Gurtaufroller nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Bremselement (24) und das zweite Bremselement (26) an gegenüberliegenden Seiten der Bremsscheibe (22) angreifen.
Gurtaufroller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremsscheibe (22) in einer axialen Richtung (A) verschiebbar angeordnet ist.
Gurtaufroller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bremselemente (24, 26) an einem Bremssattel (34) angeordnet sind.
Gurtaufroller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellscheibe (28) wenigstens eine Keilfläche (30) aufweist.
Gurtaufroller nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Bremselement (24) wenigstens eine Keilfläche (32) aufweist, die zur Keilfläche (30) der Stellscheibe (28) komplementär ist.
Gurtaufroller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eines der Bremselemente (24, 26) ringförmig ist.
Gurtaufroller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Antriebseinheit (38) vorgesehen ist, die die Stellscheibe (28) verdrehen kann.
Gurtaufroller nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinheit (38) ein Elektromotor ist.
Fahrzeugsicherheitsgurtsystem mit einem Gurtaufroller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Steuereinheit (40) und wenigstens einem Sensor (42, 44), wobei die Steuereinheit (40) abhängig von Sensorsignalen die Antriebseinheit (38) zur Verdrehung der Stellscheibe (28) anspricht.
Fahrzeugsicherheitsgurtsystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (42) eine Gurtbandabzugskraft mißt.