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Die Erfindung betrifft einen Gurtaufroller mit einer in einem Rahmen drehbar gelagerten Gurtspule, einer am Rahmen drehfest blockierbaren Scheibe und einer Kraftbegrenzungseinrichtung mit einem Schneidkörper, der in eine Koppelposition einsteuerbar ist, in der der Schneidkörper die Gurtspule so an die Scheibe koppelt, dass der Schneidkörper bei einer Relativdrehung zwischen Scheibe und Gurtspule Material zerspant.
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Ein derartiger Gurtaufroller ist aus der
DE 103 43 534 A1 bekannt. Bei diesem Gurtaufroller erfolgt zusätzlich zu einer ersten Kraftbegrenzung mittels eines Torsionsstabs gleichzeitig eine zweite Kraftbegrenzung durch spanende Materialbearbeitung, die insbesondere über die Parameter Schnittbreite und -tiefe abschnittsweise einen progressiven, degressiven oder konstanten Kraftniveauverlauf erlaubt. Allerdings ist das Kraftniveau und dessen Verlauf für alle Insassen gleich.
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Aus der gattungsgemäßen
DE 196 48 472 C1 ist ein Gurtaufroller mit einer in einem Rahmen drehbar gelagerten Gurtspule, einer am Rahmen drehfest blockierbaren Scheibe und einer Kraftbegrenzungseinrichtung mit einem Schneidkörper bekannt, bei dem der Schneidkörper in eine Koppelposition einsteuerbar ist, in der dieser die Gurtspule so an die blockierbare Scheibe koppelt, dass der Schneidkörper bei einer Relativdrehung zwischen Scheibe und Gurtspule Material zerspant.
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Die Erfindung schafft einen Gurtaufroller, der eine flexiblere Einstellung des Kraftniveaus ermöglicht.
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Gemäß der Erfindung ist bei einem Gurtaufroller der eingangs genannten Art vorgesehen, dass die Kraftbegrenzungseinrichtung einen Einsteuermechanismus aufweist, dass der Schneidkörper ein Trägheitskörper ist oder an ein Steuerelement in Form eines Trägheitskörpers gekoppelt ist, der bei Überschreiten einer bestimmten Drehbeschleunigung oder Drehgeschwindigkeit und anschließender Blockierung der Gurtspule aufgrund seiner Trägheit oder der auf ihn wirkenden Zentrifugalkraft FZ den Schneidkörper in Abhängigkeit von unfallbezogenen Daten in die Koppelposition einsteuert. Als unfallbezogene Daten kommen insbesondere Körperdaten des Fahrzeuginsassen, Sitzpositionsdaten oder Daten, die repräsentativ für die Schwere des Unfalls sind, in Betracht. Diese Daten können z.B. durch Sensoren oder auf sonstige Weise, wie z.B. durch die Bestimmung der Länge des abgezogenen Gurtbands oder die Drehbeschleunigung oder - geschwindigkeit der Gurtspule vor einer Blockierung ermittelt werden. Mit dem erfindungsgemäßen Gurtaufroller ist somit eine Kraftbegrenzung möglich, die besser an die jeweiligen Umstände angepasst werden kann. Insbesondere können das Gewicht und/oder die Größe des Insassen in ausreichendem Maße für eine optimierte Einstellung der Kraftbegrenzung berücksichtigt werden.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Gurtaufrollers sieht vor, dass der Einsteuermechanismus wenigstens eine an der Gurtspule oder an der Scheibe gebildete schiefe Ebene aufweist, auf der der Schneidkörper in die Koppelposition gleiten kann.
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Gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung ist der Schneidkörper ein Trägheitskörper, der bei Überschreiten einer bestimmten Drehbeschleunigung oder Drehgeschwindigkeit und anschließender Blockierung der Gurtspule aufgrund seiner Trägheit oder der auf ihn wirkenden Zentrifugalkraft in die Koppelposition bewegt wird. Dadurch kann erreicht werden, dass die zusätzliche Kraftbegrenzung durch Materialzerspanung nur für Insassen mit einem großen Körpergewicht erfolgt. Bei einer abrupten Verzögerung des Fahrzeugs erfolgt kurz vor dem Blockieren der Gurtspule im Falle eines schweren Insassen ein schnellerer Gurtbandabzug als im Falle eines leichten Insassen, der eine „langsamere“ Vorverlagerung zeigt. Nur im ersten Fall sind die Trägheitskräfte auf den Schneidkörper groß genug für eine Einsteuerung in die Koppelposition.
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Es ist zweckmäßig, einen Sicherungsmechanismus vorzusehen, der den Schneidkörper in einer Ausgangsposition hält. Dadurch ist gewährleistet, dass der Schneidkörper unter normalen Umständen nicht unabsichtlich in die Koppelposition eingesteuert wird.
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Der Sicherungsmechanismus kann eine Vorspannfeder und/oder eine mechanische Sperre aufweisen.
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In vorteilhafter Weise ist der Einsteuermechanismus an einen Schaltmechanismus des Gurtaufrollers gekoppelt, mit dem bei Drehung der Gurtspule Schaltfunktionen durchgeführt werden können. Ein solcher Schaltmechanismus ist an sich bekannt und basiert auf einem Planetengetriebe oder einer über ein Untersetzungsgetriebe an die Gurtspule gekoppelten Steuerscheibe. Der Schaltmechanismus wird insbesondere für eine sogenannte Kindersicherungsfunktion eingesetzt, die üblicherweise nach einem vollständigen Abziehen des Gurtbands aktiviert wird. Sie sorgt dafür, dass das vollständig abgezogene Gurtband zwar wieder auf die Gurtspule aufgewickelt, jedoch nicht mehr von dieser abgezogen werden kann, um so eine zuverlässige Befestigung eines Kindersitzes an einem Fahrzeugsitz mittels eines Sicherheitsgurts zu ermöglichen. Der zugrundeliegende Mechanismus, der einen von der Länge des abgezogenen Gurtbands abhängigen Schaltvorgang vorsieht, kann für die Erfindung genutzt werden. So kann nach Abzug einer bestimmten Gurtbandlänge ein Schaltvorgang ausgeführt werden, der zu einer Einsteuerung des Schneidkörpers in die Koppelposition führt. Da die abgezogene Gurtbandlänge für die Größe eines Insassen repräsentativ ist, erfolgt somit automatisch eine größenabhängige Einstellung des Kraftbegrenzungsniveaus.
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Eine Kopplung des Einsteuermechanismus an den Schaltmechanismus kann dadurch erfolgen, dass der Einsteuermechanismus ein mit dem Schneidkörper verbundenes Einsteuerelement aufweist, das durch den Schaltmechanismus bewegbar ist.
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Ebenfalls erfindungsgemäß ist bei einem Gurtaufroller der eingangs genannten Art vorgesehen, dass die Kraftbegrenzungseinrichtung einen Einsteuermechanismus aufweist, und dass der Einsteuermechanismus ein an den Schneidkörper gekoppeltes Steuerelement ist, das in Abhängigkeit der Drehbeschleunigung/-geschwindigkeit der Gurtspule bzw. der Gurtbandauszugslänge bewegt wird
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den beigefügten Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
- - 1 eine schematische Schnittansicht eines Gurtaufrollers mit Kraftbegrenzungseinrichtung;
- - 2 eine schematische Schnittansicht eines Einsteuermechanismus der Kraftbegrenzungseinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform;
- - 3, 4 zwei Varianten des Einsteuermechanismus aus 2;
- - 5 eine schematische Schnittansicht eines Einsteuermechanismus der Kraftbegrenzungseinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform;
- - 6 eine Variante des Einsteuermechanismus aus 5;
- - 7a eine schematische stirnseitige Ansicht eines Einsteuermechanismus der Kraftbegrenzungseinrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform;
- - 7b eine Schnittansicht entlang der Linie B-B in 7a; und
- - 8 ein Kraftdiagramm der erfindungsgemäßen Kraftbegrenzungseinrichtung.
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Der in 1 schematisch gezeigte Gurtaufroller hat einen Rahmen 10 und eine im Rahmen 10 drehbar gelagerte Gurtspule 12. An einen Flansch 14 der Gurtspule 12 ist eine Scheibe 16 angesetzt, die sich durch einen Blockiermechanismus 18 drehfest am Rahmen 10 abstützen lässt. Die Scheibe 16 ist z.B. durch Scherstifte bis zu einem gewissen Drehmoment drehfest mit dem Flansch 14 der Gurtspule 12 verbunden. Im hohlen Innenraum der Gurtspule 12 ist ein Torsionsstab 20 angeordnet, der an einem axialen Ende drehfest mit der Scheibe 16 und am entgegengesetzten Ende drehfest mit der Gurtspule 12 gekoppelt ist. Ein Schneidkörper 22 stützt sich auf der Scheibe 16 ab. Der Schneidkörper 22 kann durch einen Einsteuermechanismus in axialer Richtung (bezogen auf die Drehachse der Gurtspule 12 und der Scheibe 16) aus einer Ausgangsposition in eine Koppelposition angehoben werden, in der er axial über die dem Flansch 14 zugewandte Stirnfläche der Scheibe 16 hinausragt.
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In 2 ist eine erste Ausführungsform des Gurtaufrollers gezeigt, bei der der Schneidkörper 22 u.a. auf zwei in einer Vertiefung der Stirnseite der Scheibe 16 gebildeten schiefen Ebenen 24 aufliegt. Der Schneidkörper 22, der in 2 in einer Ausgangsposition dargestellt ist, wird durch einen Sicherungsmechanismus in axialer Richtung gehalten. Der Sicherungsmechanismus umfasst hier eine mechanische Sperre in Form eines an den Schneidkörper 22 angeformten Fortsatzes 26, der in eine zugehörige Aufnahme 28 auf der Scheibe 16 eingreift. Zusätzlich ist der Schneidkörper 22 durch einen in den Schneidkörper 22 geschraubten Bolzen 30 (oder eine Schraube) gesichert, der in einem Langloch 32 die Scheibe 16 durchdringt. Eine zwischen der Scheibe 16 und dem Kopf 34 des Bolzen 30 angeordnete Feder 36 spannt den Schneidkörper 22 zur Scheibe 16 hin vor. Im Regelfall reicht eine der beiden Maßnahmen aus, um den Schneidkörper 22 unter normalen Umständen in der Ausgangsposition zu halten.
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In einem fahrzeugsensitiv oder gurtbandsensitiv ausgelösten Sperrfall wird die Scheibe 16 durch den Blockiermechanismus 18 am Rahmen 10 des Gurtaufrollers drehfest blockiert. Damit ist auch die Gurtspule 12 über den Torsionsstab 20 drehfest mit dem Rahmen 10 gekoppelt, so dass eine weitere Drehung der Gurtspule 12 in Gurtbandabzugsrichtung A verhindert wird. Bei Überschreitung einer vorbestimmten Gurtlast verwindet sich jedoch der Torsionsstab 20 und gestattet eine gurtkraftbegrenzende Drehung der Gurtspule 12 relativ zur Scheibe 16.
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Zusätzlich zu der bekannten Gurtkraftbegrenzung durch den Torsionsstab 20 kann eine zusätzliche Kraftbegrenzung durch eine Einsteuerung des Schneidkörpers 22 in die Koppelposition erfolgen. Ob eine solche Einsteuerung stattfindet oder nicht, hängt von der Drehbeschleunigung bzw. der Drehgeschwindigkeit der Gurtspule 12 vor deren Blockierung ab. Durch den vor der Blockierung der Gurtspule 12 stattfindenden Gurtbandabzug wird eine Drehung der Gurtspule 12 hervorgerufen, die durch die Vorverlagerung des Insassen bei einer abrupten Verzögerung des Fahrzeugs verursacht wird, wobei die Größe der Drehbeschleunigung bzw. der Drehgeschwindigkeit insbesondere vom Gewicht des Insassen abhängt.
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Die schiefen Ebenen 24 und der Schneidkörper 22 sind so aufeinander abgestimmt, dass bei Überschreiten einer bestimmten Drehgeschwindigkeit der Gurtspule 12 in Gurtbandabzugsrichtung und anschließendem Blockieren der Gurtspule 12 der Schneidkörper 22 aufgrund seiner Massenträgheit die Haftreibung und die Vorspannkraft der Feder 36 überwindet und auf den schiefen Ebenen 24 in die Koppelposition gleitet. Bei dieser Bewegung des Schneidkörpers 22 gelangt der Fortsatz 26 außer Eingriff mit der Aufnahme 28, und der Bolzen 30 wird im Langloch 32 verschoben, bis der Schneidkörper 22 auf den erhöhten Auflageflächen 38 zu liegen kommt. Eine Schneide 40 des Schneidkörpers 22 ragt in dieser erhöhten Position in eine Ausnehmung 42 im Flansch 14 der Gurtspule 12. Bei einer Drehung der Gurtspule 12 in Gurtbandabzugsrichtung relativ zur Scheibe 16 unter Tordierung des Torsionsstabs 20 kommt die Schneide 40 des Schneidkörpers 22 in Eingriff mit dem Material des Flansches 14, wobei ein Absatz 44 der Ausnehmung 42 den Schneidkörper 22 gegen einen Anschlag 46 der Scheibe 16 preßt. Der Bolzen 30 ist so dimensioniert, dass er bei dieser Schubbewegung abgeschert wird. Der abgescherte Teil des Bolzen 30 wird in einen freien Raum geschoben, in dem zuvor ein Teil des Schneidkörpers 22 aufgenommen war. Eine weitere Relativdrehung zwischen der Gurtspule 12 und der Scheibe 16 ist jetzt nur noch möglich, indem die Schneide 40 des Schneidkörpers 22 einen Span aus dem Flansch 14 herausschneidet.
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Es findet somit eine Energiewandlung durch Materialzerspanung statt, die parallel zur Energiewandlung durch die Tordierung des Torsionsstabs 20 erfolgt. Der Verlauf des Kraftniveaus der zusätzlichen Begrenzung in Abhängigkeit vom Drehwinkel der Gurtspule 12 ist im Wesentlichen durch die Schnittbreite und -tiefe bestimmt.
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In den 3 und 4 sind zwei Varianten des Einsteuermechanismus gezeigt, bei denen der Schneidkörper 22 durch eine zwischen dem Flansch 14 der Gurtspule 12 und dem Schneidkörper 22 bzw. durch eine zwischen dem Anschlag 46 der Scheibe 16 und dem Schneidkörper 22 angeordnete Trägheitsfeder 48 bzw. 50 gehalten wird.
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Während bei der in den 2 bis 4 gezeigten ersten Ausführungsform der Einsteuermechanismus im Wesentlichen alleine durch die schiefen Ebenen 24 gebildet ist, erfolgt bei der in den 5 und 6 gezeigten, ähnlich aufgebauten zweiten Ausführungsform die Einsteuerung des Schneidkörpers 22 mit Hilfe eines (nur symbolisch dargestellten) Schaltelements 52. Das Schaltelement 52 ist Teil eines an sich bekannten Schaltmechanismus, mit dem bei Drehung der Gurtspule 12 Schaltfunktionen durchgeführt werden können. Der Schaltmechanismus ist so ausgelegt, dass das Schaltelement 52 nach Abzug einer bestimmten Gurtbandlänge von der Gurtspule 12 eine Schaltbewegung ausführt. Dabei greift das Schaltelement 52 so am Bolzen 30 an, dass dieser den Schneidkörper 22 in die Koppelposition anhebt. Der Bolzen 30 dient bei dieser Ausführungsform also als Einsteuerelement, wird aber ebenso wie bei der ersten Ausführungsform durch die Schubbewegung des Flansches 14 der Gurtspule 12 abgeschert.
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Im Gegensatz zur ersten Ausführungsform erfolgt bei dieser Ausführungsform eine Einsteuerung des Schneidkörpers 22 nicht in Abhängigkeit der Drehbeschleunigung bzw. Drehgeschwindigkeit der Gurtspule 12 vor deren Blockierung, sondern in Abhängigkeit von der Länge des abgezogenen bzw. des auf der Gurtspule 12 verbliebenen Gurtbands, die im Wesentlichen von der Größe des Insassen abhängt.
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6 zeigt eine Variante der zweiten Ausführungsform. Hier ist die Vorspannfeder 36 zwischen der Scheibe 16 und dem Schneidkörper 22 angeordnet, so dass der Schneidkörper 22 in die Koppelposition vorgespannt ist, durch das Schaltelement 52 aber in der Ausgangsposition gehalten wird. Durch eine Betätigung des Schaltelements 52 wird der Schneidkörper 22 aus der Ausgangsposition in die in der 6 gezeigte Koppelposition eingesteuert.
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In den 7a und 7b ist eine dritte Ausführungsform dargestellt, deren Einsteuermechanismus ähnlich wie der der ersten Ausführungsform aufgebaut ist. Die Einsteuerung des Schneidkörpers 22 in die Koppelposition erfolgt hier in Abhängigkeit der auf den Schneidkörper 22 wirkenden Zentrifugalkraft Fz. Während des Gurtbandauszugs zeigt sich nämlich ein signifikanter Unterschied in der Gurtbandabzugsgeschwindigkeit und damit in der Drehgeschwindigkeit der Gurtspule 12 bzw. der Scheibe 16, je nach physischer Konstitution des Fahrzeuginsassen. Die mechanische Umsetzung des Einsteuermechanismus dieser Ausführungsform geht von der Erkenntnis aus, dass diese Geschwindigkeit erst differieren kann, wenn ein Widerstand am Gurtband ansteht, da erst dann die spezifische kinetische Energie des Insassen mit einwirkt. (E = 1/2mvz).
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Demzufolge ist vorgesehen, dass zunächst eine Kraftbegrenzung auf einem Basisniveau nur mittels des Torsionsstabs 20 erfolgt. (Dieses Niveau könnte zum Beispiel als vorgegebenes Idealniveau für einen sogenannten 5%-Insassen ausgelegt sein.) Überschreitet die Drehgeschwindigkeit der Gurtspule 12 jedoch einen bestimmten Grenzwert, wird aufgrund der höheren Zentrifugalkraft Fz der Schneidkörper 22 zugeschaltet, so dass das Niveau der Kraftbegrenzung angehoben wird. (Dieses Niveau kann als vorgegebenes Idealniveau für 50%- oder 95%-Insassen ausgelegt sein.) Bleibt dagegen die Drehgeschwindigkeit der Gurtspule 12 unter dem vorgegebenen Grenzwert, bleibt der Schaltvorgang aus, und die Kraftbegrenzung erfolgt auf dem niedrigeren Niveau.
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8 zeigt die verschiedenen Kraftbegrenzungsniveaus in einem Diagramm, in dem die Kraftbegrenzung in Abhängigkeit des Gurtbandauszugs dargestellt ist.
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Bei allen Ausführungsformen kann die Einsteuerung des Schneidkörpers 22 in die Koppelposition auch mit Hilfe eines an den Schneidkörper 22 gekoppelten Steuerelements erfolgen, das in Abhängigkeit der Drehbeschleunigung/-geschwindigkeit der Gurtspule bzw. der Gurtbandabzugslänge bewegt wird.
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Die Vorspannfedern 36, 48, 50 der verschiedenen Ausführungsformen/- varianten können so ausgelegt werden, dass sie nicht nur zur Sicherung des Schneidkörpers bzw. eines Steuerelements, sondern auch zur Einstellung der Trägheit, d.h. der erforderlichen Drehbeschleunigung der Gurtspule für eine Einsteuerung des Schneidkörpers in die Koppelstellung, und damit des Einsteuerungszeitpunkts dienen. Die Vorspannfedern können insbesondere durch die bei Gurtaufrollern üblichen Trägheitsfedern gebildet sein.
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Es ist auch möglich, Merkmale verschiedener Ausführungsformen miteinander zu kombinieren. Außerdem kann der Schneidkörper 22 alternativ auch an der Gurtspule 12 angeordnet sein und Material an der Scheibe 16 zerspanen.
