-
Die
Erfindung betrifft einen Gurtaufroller.
-
Moderne
Gurtaufroller sind neben den üblichen
Gurtband- und/oder fahrzeugsensitiven Sperrfunktionen oft mit Zusatzfunktionen
wie einer Gurtstraffung ausgestattet. Ein Gurtstraffer wird dazu
verwendet, in einer definierten Gefahrensituation eine Gurtspule
so anzutreiben, daß das
Gurtband 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 Gurtstraffer die Gurtspule wieder frei, so daß der Gurtaufroller
zu seiner herkömmlichen
Funktionsweise zurückkehrt.
Kommt es jedoch nach dem Aktivieren des Gurtstraffers zu einem Unfall,
zieht der Fahrzeuginsasse Gurtband 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
Gurtband 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
Gurtstraffer dadurch beschädigt
wird, muß er
für derart
hohe Belastungen ausgelegt werden, was sich in Preis, Gewicht und
Bauraum niederschlägt.
Andernfalls wird riskiert, daß der
Gurtstraffer 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
Gurtstraffer, eventuell mit dem gesamten Gurtaufroller, ausgetauscht
werden, was sich in hohen Reparaturkosten niederschlägt. Des
weiteren muß vermieden werden,
daß der
Gurtstraffer in Straffrichtung und gleichzeitig der Kraftbegrenzer
in Gurtauszugsrichtung wirkt, da dies zu einer negativen Beeinflussung des
Kraftbegrenzersystems führt
und sich die Belastung auf den Fahrzeuginsassen erhöhen würde.
-
Die
Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, einen Gurtaufroller zu
schaffen, bei dem eine Beschädigung
des Gurtstraffers durch eine Rückdrehung
der Gurtspule während
eines Straffvorganges verhindert ist.
-
Zu
diesem Zweck sieht die Erfindung einen Gurtaufroller vor, mit einem
Gurtstraffer, einer Gurtspule und einem Drehmomentbegrenzer, der zwischen
der Gurtspule und dem Gurtstraffer angeordnet ist und ein Abtriebsteil,
ein Antriebsteil und eine Klinke enthält, die eine Zugklinke ist
und zwischen dem Antriebsteil und dem Abtriebsteil wirken kann,
wobei die Klinke in Eingriff mit einer Verzahnung des Abtriebsteils
gelangen kann, wodurch ein Drehmoment zwischen dem Antriebsteil
und dem Abtriebsteil übertragen
wird, und die Klinke zumindest kurzzeitig außer Eingriff mit der Verzahnung
des Abtriebsteils gelangen kann, wodurch eine Drehmomentsbegrenzung
zwischen dem Antriebsteil und dem Abtriebsteil erreicht wird. Das
Antriebsteil ist dabei z.B. mit dem Gurtstraffer und das Abtriebsteil
mit der Gurtspule verbunden. Der Grundgedanke der Erfindung ist
dabei, den Gurtstraffer automatisch abzukoppeln, wenn ein Drehmoment
in einer Höhe
wirkt, die zu einer Beschädigung
des Gurtstraffers führen kann.
Nach Überschreiten
eines bestimmten Grenzdrehmoments wird die Klinke, die eine Kraft
auf Zug übertragen
kann, aus der Verzahnung ausgeworfen, wodurch das Drehmoment nicht
mehr übertragen wird.
-
Vorzugsweise
ist die Klinke verformbar ausgebildet, wodurch sie nach Überschreiten
eines Grenzdrehmomentes aus der Verzahnung ausgeworfen wird, indem
sie von der wirkenden Zugkraft aufgebogen wird.
-
Die
Klinke kann elastisch verformbar ausgebildet sein, wodurch die Klinke
zumindest kurzzeitig außer
Eingriff mit der Verzahnung gelangt. Die Klinke gelangt aufgrund
des weiterdrehenden Gurtstraffers wieder in Eingriff mit der Verzahnung.
Wenn weiterhin ein hohes Drehmoment vorliegt, wiederholt sich der
Vorgang, d.h. die Klinke wird wiederum aus der Verzahnung ausgeworfen.
-
Alternativ
kann die Klinke plastisch verformbar ausgebildet sein. Nachdem die
Klinke aus der Verzahnung ausgeworfen und sie von der wirkenden Zugkraft
aufgebogen wurde, wird die Drehmomentübertragung zwischen dem Gurtstraffer
und der Gurtspule dauerhaft verhindert.
-
Vorzugsweise
ist ein federelastisches Element vorgesehen, das an der Klinke,
insbesondere am Lager der Klinke, angreift. Das federelastische Element
ist beispielsweise eine Schraubenfeder.
-
Vorzugsweise
ist die Klinke starr. Die Klinke wird bei Überschreiten eines Grenzdrehmomentes aus
der Verzahnung gedrückt,
indem das Lager der Klinke entlang einem Verschiebeweg verschoben wird.
-
Vorzugsweise
ist eine Kupplung vorgesehen, wobei das Antriebsteil und das Abtriebsteil
Teil der Kupplung sind, d.h. das Drehmoment wird durch die Kupplung
selbst begrenzt, so daß wenig
Bauteile notwendig sind.
-
Alternativ
ist eine Kupplung vorgesehen, wobei die Kupplung Druckklinken aufweist.
Der Drehmomentbegrenzer und die Kupplung sind separate Bauteile.
-
Weitere
Merkmale und Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die
Erfindung wird nachfolgend anhand verschiedener Ausführungsformen beschrieben,
die in den Zeichnungen dargestellt sind. In den Zeichnungen zeigen:
-
1 eine
Explosionszeichnung des erfindungsgemäßen Gurtaufrollers gemäß einer
ersten Ausführungsform,
-
2 eine
Seitenansicht des Gurtaufrollers,
-
3a bis 3c Seitenansichten
des Gurtaufrollers in einer Ausgangsposition (3a), einer Drehmomentübertragungsposition
(3b) und einer Drehmomentbegrenzungsposition (3c),
-
4a und 4b Seitenansichten
eines Antriebs- und ein Abtriebsteils eines erfindungsgemäßen Gurtaufrollers
gemäß einer
zweiten Ausführungsform
in einer Drehmomentübertragungsposition (4a)
und einer Drehmomentbegrenzungsposition (4b), und
-
5 eine
schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Gurtaufrollers gemäß einer dritten
Ausführungsform
in einer Drehmomentübertragungsposition.
-
1 zeigt
einen Gurtaufroller für
einen Fahrzeugsicherheitsgurt mit einer Gurtspule 10, die eine
Gurtspulenachse 12 aufweist. Es ist ein Zahnring 14 mit
einer Außenverzahnung 16 und
einer Innenverzahnung 18 vorgesehen, die zusammen mit einer
Gurtspulenachsenverzahnung 19 eine drehfeste Verbindung
des Zahnrings 14 mit der Gurtspulenachse 12 ermöglicht.
Diese Gestaltung erlaubt einerseits eine besonders sichere Positionierung
des Zahnrings 14 und andererseits einen einfachen Austausch
des Zahnrings 14 bei Verschleiß der Außenverzahnung 16.
-
Ein
Drehmomentbegrenzer, der ein zwischen der Gurtspule 10 und
einem Gurtstraffer wirkendes Drehmoment begrenzt, enthält ein Antriebsteil,
das in dieser Ausführungsform
als Rad 20 ausgebildet ist, ein Abtriebsteil, das der Zahnring 14 ist,
und eine Klinke 26.
-
Das
Rad 20 umfaßt
Taschen 24, in denen die Klinken 26 eingesetzt
sind. Jede Klinke 26 ist schwenkbar in einer Klinkenachse 28 gelagert
und als Zugklinke ausgebildet, d.h. die Klinken 26 können Zugkräfte übertragen.
Die Klinken 26 sind Blechbiegeteile und können in
Eingriff mit der Außenverzahnung 16 des
Zahnrings 14 gelangen, wodurch ein Drehmoment übertragen
wird.
-
Eine
Kupplungsscheibe 30 ist drehbar in einer Abdeckung 32,
die Durchbrüche 34 aufweist,
eingehängt
und kann die Klinken 26 über Verbindungselemente 36 mitnehmen.
Die Kupplungsscheibe 30 weist über ihren gesamten Außenumfang
hinweg flexible Zahnelemente 38 auf.
-
In 2 ist
eine Seitenansicht des Gurtaufrollers dargestellt. Der Gurtaufroller
hat einen Rahmen 40 mit einem Anschlagelement 42,
das so positioniert ist, daß die
Zahnelemente 38 der Kupplungsscheibe 30 mit dem
Anschlagelement 42 zusammenwirken können. Das Rad 20 ist über einen
Riemen 44 mit einer Motorachse 46 eines (nicht
dargestellten) Elektromotors verbunden, wodurch eine optimale Kraftübertragung
von der Motorachse 46 auf das Rad 20 erfolgen
kann. Genausogut könnte
das Rad 20 direkt mit dem Motor gekoppelt sein (nicht gezeigt). Durch
Ansteuern des Elektromotors kann der Gurtstraffer die Gurtspule 10 in
Straffrichtung S zum Aufwickeln des Gurtbandes antreiben.
-
In
den 3a bis 3c ist
der Gurtaufroller in verschiedenen Betriebspositionen dargestellt,
auf die im folgenden eingegangen wird.
-
In
der Ausgangsposition (3a) werden die Klinken 26 beispielsweise
durch nicht gezeigte Rückstellfedern
so zurückgehalten,
daß sie
außer Eingriff
mit der Außenverzahnung 16 des
Zahnrings 14 sind. In diesem Fall kann sich die Gurtspule 10 frei drehen
und Gurtband von der Gurtspule 10 abgezogen werden.
-
Bei
Aktivierung des Gurtstraffers wird das Rad 20 mit Hilfe
des Riemens 44 bezüglich
der 3a bis 3c gegen
den Uhrzeigersinn gedreht (vgl. Pfeil S). Die über die Verbindungselemente 36 mitgenommene
und sich deshalb anfangs mitdrehende Kupplungsscheibe 30 erreicht
bereits nach Durchlaufen eines kleinen Drehwinkels mit einem der Zahnelemente 38 das
Anschlagelement 42. Die Bewegung der Kupplungsscheibe 30 wird
dadurch gestoppt, woraus bei der weiteren Drehung des Rades 20 eine
Relativbewegung zwischen dem Rad 20 und der Kupplungsscheibe 30 resultiert.
Dies führt
dazu, daß die
Klinken 26 auf die Verbindungselemente 36 der
Kupplungsscheibe 30 auflaufen und von ihnen aus der Ruhestellung
in Richtung der Außenverzahnung 16 des
Zahnrings 14 verschwenkt werden, bis sie in Eingriff mit
der Außenverzahnung 16 gelangen (3b),
wodurch ein Drehmoment zwischen dem Gurtstraffer und der Gurtspule 10 übertragen
wird und die Gurtspule 10 in Straffrichtung S angetrieben wird.
Bei weiterer Drehung des Rades 20 kann das flexibel ausgeführte Zahnelement 38,
das an dem Anschlagelement 42 anliegt, dieses Anschlagelement 42 überwinden,
so daß die
Kupplungsscheibe 30 nun wieder synchron mit dem Rad 20 mitdreht. Die
flexiblen Zahnelemente 38 werden unter dem gehäusefesten
Anschlagelement 42 hindurchgezogen.
-
Wenn
der in der Kupplung wirkende Drehmoment größer als ein konstruktiv vorgegebenes
Grenzdrehmoment, wird der Drehmomentbegrenzer aktiv. Die Überschreitung
des Grenzdrehmoments kann insbesondere darauf zurückzuführen sein,
daß der Gurtstraffer
versucht, den Gurt zu straffen, während gleichzeitig der Fahrzeuginsasse
unter der Wirkung der Fahrzeugverzögerung den Gurtband abzuziehen versucht.
Das Grenzdrehmoment kann eingestellt werden durch geeignete Auswahl
von Material, Breite und Dicke der Klinken 26; diese werden
so dimensioniert, daß sie
sich ab einem bestimmten Drehmoment und damit einer bestimmten,
auf sie wirkenden Zugkraft verformen und außer Eingriff mit der Außenverzahnung 16 des
Zahnrings 14 gelangen (3c); sie
werden also nach Überschreiten
eines bestimmten Grenzdrehmomentes aus der Außenverzahnung 16 „ausgeworfen". Die Verbindungselemente 36 sind dabei
elastisch federnd ausgebildet, um das Auswerfen der Klinken 26 zu
ermöglichen.
-
Die
Klinken 26 können
sich dabei elastisch verformen, so daß sie kurzzeitig außer Eingriff
mit der Außenverzahnung 16 des
Zahnrings 14 gelangen und von dem weiterdrehendem Motor
(Motorachse 46) wieder in die Außenverzahnung 16 eingesteuert werden,
da die Kupplungsscheibe 30 erneut hinter einer Drehung
des Rades 20 zurückbleibt
und die Klinken 26 über
die Verbindungselemente 36 eingesteuert werden. Das Drehmoment
zwischen dem Gurtstraffer und der Gurtspule 10 wird nach
Wiedereingriff der Klinken 26 bis zu einem erneuten Anstieg des
Drehmomentes übertragen.
-
Die
Klinken 26 können
sich genausogut plastisch verformen, so daß trotz des angetriebenen Rades 20 die
Klinken 26 nicht mehr in Eingriff mit dem Zahnring 14 gelangen
können
und dauerhaft kein Drehmoment zwischen dem Gurtstraffer und der Gurtspule 10 übertragen
wird.
-
Das
maximal zwischen einem Antriebsteil – in dieser Ausführungsform
das Rad 20 – und
einem Abtriebsteil – dem
Zahnring 14 – übertragbare
Drehmoment (und natürlich
auch das in umgekehrter Richtung maximal vom Abtriebsteil zum Antriebsteil übertragbare
Drehmoment) kann dabei beispielsweise über das Material, die Breite,
die Dicke der Klinken 26, den Reibverhältnissen, dem Wirkradius oder
dem Wirkwinkel zwischen der Klinken 26 und der Verzahnung
auf einen vorbestimmten Wert begrenzt werden.
-
In
den 4a und 4b ist
der Gurtaufroller schematisch in einer zweiten Ausführungsform gezeigt.
Für die
in der ersten Ausführungsform
bekannten Bauteile werden dieselben Bezugszeichen verwendet, und
es wird insoweit auf obige Erläuterungen
verwiesen.
-
Das
Rad 20 und der Zahnring 14 bilden wiederum das
mit dem Gurtstraffer bzw. der Gurtspule 10 gekoppelte Antriebs-
bzw. Abtriebsteil. Die am Rad 20 angeordnete Klinke 26 kann
in Eingriff mit der Verzahnung des Zahnrings 14 gelangen
und ein Drehmoment zwischen dem Gurtstraffer und der Gurtspule 10 übertragen.
Die Klinke 26 ist in dieser Ausführungsform starr ausgebildet
und hat eine Lagerachse, wobei eine am Rad 20 angebrachte
Führung 48 einen
Verschiebeweg der Lagerachse definiert. Die Klinke 26 kann
entgegen der Kraft eines federelastischen Elements 50,
das an einem Lager der Klinke 26 angreift, entlang der
Führungen 48 in
Richtung eines Mittelpunktes M der Gurtspule 10 bewegt werden.
-
Bezüglich der
Funktionsweise beim Einkuppeln wird auf die erste Ausführungsform
verwiesen. Das Rad 20 wird von dem Motor entgegen dem Uhrzeigersinn
angetrieben (vgl. Pfeil S). Wiederum gelangt ein Zahnelement 38 der
Kupplungsscheibe 30 mit dem Anschlagelement 42 in
Eingriff, so daß das an
der Kupplungsscheibe 30 angebrachte Verbindungselement 36 ein
Einsteuern der Klinke 26 in die Außenverzahnung 16 des
Zahnrings 14 bewirkt, wodurch eine Kupplung zwischen dem
Antriebsteil (dem Rad 20) und dem Abtriebsteil (dem Zahnring 14)
hergestellt ist (4a).
-
Falls
ein Gurtauszug (vgl. Pfeil K) während eines
Straffvorgangs erfolgt und das Grenzdrehmoment überschritten wird, führt die
auf die Klinke 26 wirkende Zugkraft dazu, daß die Lagerachse
der Klinke entgegen der Wirkung der Feder 50 nach innen
gezogen wird. Dadurch „verdreht" sich die Ausrichtung
der Fläche
der Klinke 26, die an der Spitze der Verzahnung angreift,
dermaßen,
daß anstelle
einer die Klinke in die Verzahnung hineinziehenden Kraftkomponente
eine die Klinke nach außen
aus der Verzahnung herausdrückende
Kraftkomponente erzeugt wird. Anders ausgedrückt: die Verlängerung der
Fläche,
an der die Verzahnung angreift, läuft nicht mehr zwischen der
Mittelachse der Verzahnung und der Lagerachse der Klinke hindurch,
sondern auf der von der Lagerachse abgewandten Seite der Mittelachse.
Dadurch wird eine Querkraft erzeugt, welche die Klinke aus der Verzahnung
rutschen läßt. Die Höhe des übertragenen
Drehmomentes richtet sich dabei nach der Federkraft des federelastischen
Elementes 50. Mittels eines Arretiermechanismus 51, der
an dem Rad 20 befestigt ist und als Klammer ausgebildet
ist, wird eine dauerhafte Drehmomentbegrenzung erreicht (4b),
indem die Klinke 26 in der Stellung gehalten wird, in der
sie außer
Eingriff mit der Verzahnung 16 ist und ein erneutes Einsteuern
durch den Arretiermechanismus der Klinke 26 verhindert
ist.
-
Es
könnte
auch kein Arretiermechanismus 51 vorgesehen sein, so daß die Klinke 26 aufgrund der
federelastischen Elementes 50, des Motors und des Verbindungselements 36 erneut
in Eingriff mit der Außenverzahnung 16 gelangen
könnte,
da die Kupplungsscheibe 30 erneut hinter einer Drehung des
Rades 20 zurückbleibt
und die Klinken 26 über die
Verbindungselemente 36 eingesteuert werden. Das Drehmoment
zwischen dem Gurtstraffer und der Gurtspule 10 würde dann
dadurch begrenzt, daß die Klinke
wiederholt aus der Verzahnung gedrückt werden muß und zahnweise
eine Relativdrehung ermöglicht.
-
In 5 ist
eine dritte Ausführungsform
gezeigt, wobei an der Kupplungsscheibe 30 gelagerte Druckklinken 54 vorgesehen
sind, die in Eingriff mit der Außenverzahnung des Zahnrings 14 der Gurtspulenachse 12 gelangen
können,
wodurch eine Kupplung zwischen der Gurtspule 10 und der
Kupplungsscheibe 30 hergestellt wird.
-
Zur
Drehmomentbegrenzung ist ferner eine Zugklinke 26 vorgesehen,
die am Rad 20 gelagert ist, mit einer Verzahnung 52 der
Kupplungsscheibe 30 in Eingriff gelangen kann und das Drehmoment
zwischen dem Rad 20 und der Kupplungsscheibe 30 begrenzen
kann. Das Rad 20 ist dabei als großes Zahnrad und die Kupplungsscheibe 30 als
kleines Zahnrad ausgebildet.
-
Das
in 5 gezeigte Rad 20 ist wiederum direkt
oder indirekt mit dem nicht gezeigten Motor des Gurtstraffers verbunden,
der das Rad 20 im Uhrzeigersinn antreibt (vgl. Pfeil S).
Die an dem Rad 20 gelagerte Zugklinke 26 wird
von einer Feder 56 in Eingriff mit der Verzahnung 52 der
Kupplungsscheibe 30 gehalten. Die Kupplungsscheibe 30 wird
von der eingesteuerten Zugklinke 26 in Straffrichtung mitbewegt. Ein
Verbindungselement 36, das hinter der Drehung der Kupplungsscheibe 30 zurückbleibt,
steuert die Druckklinken 54 in die Außenverzahnung 16 des Zahnrings 14 ein,
so daß die
vom Motor ausgehende Straffbewegung auf die Gurtspule 10 übertragen wird.
-
Falls
es zu einem Gurtbandauszug kommt, d.h. zu einer Verdrehung der Gurtspule 10 entgegen dem
Uhrzeigersinn (vgl. Pfeil K), wird die Kupplungsscheibe 30 über die
Druckklinken 54 mitverdreht. Die Zugklinke 26 überträgt das Drehmoment
jedoch nur begrenzt auf das Rad 20, da sich die Klinke 26 nach Überschreiten
des Grenzmomentes verformt und außer Eingriff mit der Verzahnung 52 der
Kupplungsscheibe 30 gelangt.
-
Die
Klinke 26 kann sich elastisch oder plastisch verformen,
so daß das
Drehmoment kurzzeitig oder dauerhaft begrenzt wird (vgl. erste Ausführungsform).
Wenn die Klinke elastisch ausgebildet ist, gelangt sie aufgrund
der Feder 56 nach der Verformung erneut in Eingriff mit
der Außenverzahnung 16.
-
Anstatt
der verformbaren Klinke 26 könnte eine starre Klinke 26 vorgesehen
sein, deren Lager verschiebbar ist, wie sie in der zweiten Ausführungsform
gezeigt ist.
-
Ferner
könnte
die Kupplungsscheibe 30 gemäß aller Ausführungsformen über eine
Schlingfeder (nicht gezeigt) hinter der Drehung des Rades 20 zurückbleiben,
um die Klinken 25 einzusteuern.