DE102006021944A1

DE102006021944A1 - Rotationsdämpfer

Info

Publication number: DE102006021944A1
Application number: DE102006021944A
Authority: DE
Inventors: Joachim Biller; Oliver Gross; Bernd Gentner
Original assignee: TRW Automotive GmbH
Current assignee: ZF Automotive Germany GmbH
Priority date: 2006-05-11
Filing date: 2006-05-11
Publication date: 2007-11-15
Also published as: US20110121123A1; US8146852B2; US20070261930A1

Abstract

Ein Rotationsdämpfer, insbesondere zur Dämpfung der Drehbewegung einer Gurtaufrollerwelle eines Fahrzeug-Sicherheitsgurts, hat ein Gehäuse (14), das einen mit einem Dämpfungsmedium gefüllten Arbeitsraum (12) begrenzt, und ein relativ zum Gehäuse (14) drehbares Element. Am Element sind mehrere als Widerstandselemente dienende Stifte (20) vorgesehen, die sich in den Arbeitsraum (12) erstrecken.

Description

Die Erfindung betrifft einen Rotationsdämpfer, insbesondere zur Dämpfung der Drehbewegung einer Gurtaufrollerwelle eines Fahrzeug-Sicherheitsgurts, mit einem Gehäuse, das einen mit einem Dämpfungsmedium gefüllten Arbeitsraum begrenzt, und einem relativ zum Gehäuse drehbaren Element.
Ein solcher Rotationsdämpfer ist z.B. aus der DE 102 31 079 A1 bekannt. Im Inneren des mit einem viskosen Medium gefüllten Arbeitsraums sind mehrere Schaufeln an einer Welle angeordnet, die bei einem Unfall an eine Welle eines Gurtaufrollers angekoppelt wird. So wird eine Drehung der Gurtaufrollerwelle, die im Fall eines Aufpralls durch einen starken Zug auf den Sicherheitsgurt hervorgerufen wird, auf die Schaufeln übertragen und aufgrund der hohen Viskosität der Flüssigkeit gedämpft.
Die Erfindung schafft einen Rotationsdämpfer, der sich durch eine alternative und besonders einfache Ausgestaltung auszeichnet.
Erfindungsgemäß wird dies bei einem Rotationsdämpfer der eingangs genannten Art dadurch erreicht, daß an dem Element mehrere als Widerstandselemente dienende Stifte vorgesehen sind, die sich in den Arbeitsraum erstrecken. Dabei kann wahlweise das Element oder das Gehäuse selbst in einem Rückhaltefall an die Gurtaufrollerwelle angekoppelt werden. Ein derartiger Rotationsdämpfer zeichnet sich durch einen vergleichsweise kleinen Bauraum und ein einfaches Wirkprinzip aus.
Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung erstrecken sich die Stifte in Axialrichtung des Gehäuses, wodurch sich eine besonders einfache Geometrie ergibt.
Vorzugsweise sind die Stifte relativ zum Gehäuse verschiebbar am Element angeordnet. Somit läßt sich durch eine Variation der wirksamen Stiftlänge vor oder während eines Dämpfungsfalls die Dämpfungswirkung des Rotationsdämpfers steuern bzw. regeln.
Eine besonders einfache Ausgestaltung erhält man, wenn das Element eine Scheibe aufweist, an der die Stifte angeordnet sind. Diese kann im Inneren des Arbeitsraumes vorgesehen sein.
Bevorzugt ist ein Antrieb zur axialen Verschiebung der Stifte relativ zum Gehäuse vorgesehen. Dieser wird betätigt, um das Kraftniveau des Rotationsdämpfers bedarfsgerecht einzustellen.
Vorteilhaft weist der Antrieb ein Bewegungsgewinde auf, weshalb eine vergleichsweise geringe Energie zur Betätigung des Antriebs genügt, um die Stifte auch unter Last axial zu verschieben.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung ist das Element eine Welle, und die Stifte erstrecken sich radial zur Welle. Wiederum ergibt sich eine einfache und dennoch effektive Ausgestaltung.
Die Stifte können angeformte Lippen aus einem elastischen Material mit einer dazwischen angeordneten Einbuchtung aufweisen. Bei dieser Ausführung läßt sich durch ein Aufspreizen der Lippen der Drehwiderstand und somit die Dämpfungswirkung erhöhen.
Bevorzugt ist die Welle von einem im Inneren des Arbeitsraumes angeordneten Ring umgeben, der über ein Federelement mit der Welle gekoppelt ist. Der Ring weist dabei vorzugsweise eine höhere Massenträgheit als die Welle auf. Wirkt auf die Welle eine hohe Beschleunigung, so kommt es aufgrund der Trägheit des Rings zu einer relativen Verdrehung der Welle zum Ring; der Ring wirkt also als Beschleunigungssensor. Durch die Kopplung über ein Federelement, bei dem es sich z.B. um eine Schrauben- oder eine Spiralfeder handeln kann, wird eine Rückstellung bei nachlassender Beschleunigung erreicht.
Eine adaptive, insbesondere beschleunigungsabhängige Dämpfungswirkung läßt sich in einfacher Weise dadurch erreichen, daß der Ring Spreizelemente aufweist, die bei einer Relativdrehung zwischen Welle und Ring in die Einbuchtungen der Stifte eindringen können. Durch die Spreizelemente werden die angeformten Lippen aufgespreizt und somit die Dämpfungswirkung des Rotationsdämpfers erhöht.
Zu diesem Zweck weist der Ring bevorzugt Ausnehmungen auf, durch die die Stifte geführt sind.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zweier bevorzugter Ausführungsformen anhand der beigefügten Zeichnung. In dieser zeigt:
1 eine Perspektivansicht eines Rotationsdämpfers gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
2 eine Schnittansicht eines Gurtaufrollers mit einem gegenüber 1 leicht abgewandelten Rotationsdämpfer, der auf ein hohes Kraftniveau eingestellt ist;
3 eine Teilschnittansicht des Rotationsdämpfers aus 2, wobei der Rotationsdämpfer auf ein niedriges Kraftniveau eingestellt ist;
4 eine Perspektivansicht eines Rotationsdämpfers gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, wobei auf die Darstellung des Gehäuses verzichtet wurde; und
5 schematisch die Wirkungsweise der beim Rotationsdämpfer gemäß 4 verwendeten Spreizelemente.
1 zeigt einen Rotationsdämpfer 10, der einen mit einem Dämpfungsmedium gefüllten Arbeitsraum 12 aufweist. Der Arbeitsraum 12 wird durch ein Gehäuse 14 begrenzt, das in der 1 transparent dargestellt ist. Weiterhin umfaßt der Rotationsdämpfer 10 ein relativ zum Gehäuse 14 drehbares Element, hier eine Welle 16, das eine im Inneren des Arbeitsraumes 12 angeordnete Scheibe 18 aufweist, an der mehrere längliche Stifte 20 als Widerstandselemente angeordnet sind. Die Stifte 20 erstrecken sich in Axialrichtung A des Gehäuses 14 und sind längsverschiebbar (also insbesondere relativ zum Gehäuse verschiebbar) an der Scheibe 18 angeordnet.
In einem Rückhaltefall wird die Welle 16 des Rotationsdämpfers 10 an eine Gurtaufrollerwelle für einen Fahrzeugsicherheitsgurt (nicht gezeigt) angekoppelt, um zu verhindern, daß unkontrolliert Gurtband von einer Gurtspule abgezogen werden kann. Dadurch wird die Drehbewegung der Gurtaufrollerwelle auf die Welle 16 übertragen (angedeutet durch den Pfeil P₁), und die Welle 16 wird bei genügend großem Drehmoment ebenfalls in eine Drehbewegung versetzt. Mit der Welle 16 rotieren die Scheibe 18 und die an ihr angeordneten Stifte 20 durch das Dämpfungsmedium, wodurch eine Dämpfungswirkung erzielt wird. Alternativ ist es ebenso möglich, statt der Welle 16 das Gehäuse 14 an die Gurtaufrollerwelle anzukoppeln.
Durch Variation der Stiftlänge, des Wirkdurchmessers, der Stiftgeometrie, des Stiftdurchmessers, der Eigenschaften des Mediums, der Anzahl sowie der Anordnung der Stifte lassen sich unterschiedliche Dämpferkennungen einstellen. Es kann eine Stelleinheit (in 1 nicht gezeigt) vorgesehen sein, die eine Variation der Stiftlänge vor oder auch während eines Rückhaltefalls durch Aufbringen geringer Stellkräfte ermöglicht. Auf diese Weise kann die Dämpfungswirkung des Rotationsdämpfers 10 gesteuert bzw. geregelt werden. Man erhält ein adaptives System, bei dem keinerlei Axialkräfte und nur geringe Lagerreibung auftreten.
In 2 ist ein Gurtaufroller 1 mit einem Rotationsdämpfer 10 dargestellt, der demjenigen aus 1 ähnelt. Im folgenden tragen gleiche oder funktionsgleiche Bauteile gleiche Bezugszeichen, und es wird lediglich auf die Unterschiede zur bisher beschriebenen Ausgestaltung eingegangen.
Der Rotationsdämpfer 10 gemäß 2 weist einen Antrieb 34 zur axialen Verschiebung der Stifte 20 relativ zum Gehäuse 14 auf. Der Antrieb 34 umfaßt einen Motor 36, der ein Ritzel 38 antreibt, welches mit einem Topfzahnrad 40 in Eingriff steht. Über ein Bewegungsgewinde 42 wird das Topfzahnrad 40 bei einer Drehung in Axialrichtung des Gurtaufrollers 1, die der Axialrichtung A des Rotationsdämpfergehäuses 14 entspricht, verschoben. Dadurch wird die am Topfzahnrad 40 anliegende Scheibe 18 gegen die Vorspannung einer Feder 44 in Axialrichtung A bewegt, und die Stifte 20 tauchen in den Arbeitsraum 12 ein.
Bei der gezeigten Ausgestaltung ist die Scheibe 18 außerhalb des Arbeitsraums 12 angeordnet, und die an ihr befestigten Stifte 20 ragen durch eine Halterung 16', die hier das relativ zum Gehäuse 14 drehbare Element bildet, in den Arbeitsraum 12. Die Halterung 16' dient auch der Begrenzung des Arbeitsraums zur Scheibe 18 hin und ist am Aufrollergehäuse 4 fixiert.
In einem Rückhaltefall wird das Gehäuse 14 des Rotationsdämpfers 10 über eine Verzahnung 46 an die Gurtaufrollerwelle 2 angekoppelt, die im Aufrollergehäuse 4 gelagert ist. Bei der Ausgestaltung gemäß 2 dreht sich also das Gehäuse 14 des Rotationsdämpfers, während die Halterung 16' und mit ihr die Stifte 20 relativ zum Aufrollergehäuse 4 nicht drehbar sind. Die Ankopplung des Gehäuses 14 an die Welle 2 erfolgt durch radiale Auslenkung der Gurtaufrollerwelle 2 bei Belastung nach Einsteuerung einer Sperrklinke 6 in eine Sperrverzahnung 8 am Aufrollergehäuse 4. Alternativ ist auch eine Ankopplung des Rotationsdämpfers 10 an das Aufrollergehäuse 4 durch einen Straffantrieb denkbar.
Bei Bedarf wird der Antrieb 34 aktiviert, der die Scheibe 18 in Axialrichtung A bewegt und so eine mechatronisch gesteuerte bzw. geregelte Veränderung des Kraftniveaus erlaubt. In 2 sind die Stifte 20 maximal tief in den Arbeitsraum 12 eingeschoben, wodurch sich ein hohes Kraftniveau ergibt. In 3 ist eine Stellung der Scheibe 18 gezeigt, in der die Stifte 20 nur wenig in den Arbeitsraum 12 eintauchen. Dadurch ergibt sich ein niedriges Kraftniveau des Rotationsdämpfers 10. In sämtlichen Zwischenstellungen des Topfzahnrads 40 und damit der Scheibe 18 sind die Kraftniveaus stufenlos einstellbar. Dadurch läßt sich eine variable Kraftbegrenzungscharakteristik auch in Echtzeitsteuerung erreichen. Zur Axialverschiebung der Scheibe 18 ist eine verhältnismäßig geringe mechatronische Energie nötig, weshalb der Antrieb 34 preisgünstig und kompakt aufgebaut werden kann. Da zudem beim Rotationsdämpfer 10 die Dämpfungswirkung geschwindigkeitsabhängig ist, lassen sich weitere Kraftcharakteristiken ohne weitere Verstellung erreichen.
4 zeigt einen Rotationsdämpfer gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Wiederum wird nur auf die Unterschiede zu den bisher beschriebenen Ausgestaltungen eingegangen.
Beim Rotationsdämpfer 10 gemäß 4 erstrecken sich die als Widerstandselemente dienenden Stifte 20, von denen in der 2 nur einer gezeigt ist, radial zu der das Element bildenden Welle 16.
Die Stifte 20 haben je zwei angeformte Lippen 22, wobei zumindest letztere aus einem elastischen Material bestehen. Zwischen den Lippen 22 ist eine Einbuchtung 24 vorgesehen. Diese ist in Drehrichtung der Welle 16 (siehe Pfeil P₁) orientiert. Die Welle 16 ist von einem im Inneren des Arbeitsraums 12 angeordneten Ring 26 umgeben, der mehrere Ausnehmungen 28 zur Durchführung der Stifte 20 hat und über ein Federelement 30 mit der Welle 16 gekoppelt ist. Bei dem Federelement 30 kann es sich anstelle der gezeigten Schraubenfeder auch um eine Spiralfeder handeln. Mit dem Ring 26 sind mehrere, ebenfalls als Stifte ausgeführte Spreizelemente 32 verbunden, die radial vom Ring 26 abstehen und so angeordnet sind, daß sie bei einer Relativdrehung zwischen der Welle 16 und dem Ring 26 (und damit einer Relativbewegung der Spreizelemente 32 zu den Stiften 20) in die Einbuchtungen 24 der Stifte 20 eindringen können.
Im Rückhaltefall wird die Welle 16 an die Gurtaufrollerwelle angekoppelt und somit das zu dämpfende Drehmoment der Gurtaufrollerwelle auf die Welle 16 übertragen. Die Welle 16, an der die Stifte 20 befestigt sind, hat eine vergleichsweise kleine Masse und damit ein kleines Massenträgheitsmoment. Hingegen weist der Ring 26 eine große Masse und somit ein großes Massenträgheitsmoment auf. Durch das Federelement 30 wird eine auf die Welle 16 wirkende Beschleunigung auf den Ring 26 übertragen, der sich aufgrund seiner höheren Massenträgheit der Beschleunigung stärker widersetzt. Somit erfolgt eine Relativdrehung der Welle 16 zum äußeren Ring 26, wodurch die Spreizelemente 32 in die Einbuchtungen 24 der Stifte 20 eindringen (siehe 5). Dadurch werden die Lippen 22 aufgespreizt, und der Dämpfungswiderstand der Stifte 20 erhöht sich. Bei sich verringender Beschleunigung stellt das Federelement 30 die Spreizelemente 32 bzw. die Stifte 20 wieder in eine Position ohne oder mit wenig zusätzlichem geometrischen Widerstand (siehe 5 oben) zurück.
Durch die beschriebene Ausgestaltung wird eine selbstregelnde, beschleunigungsabhängige Dämpfungswirkung erzielt.

Claims

Rotationsdämpfer, insbesondere zur Dämpfung der Drehbewegung einer Gurtaufrollerwelle (2) eines Fahrzeug-Sicherheitsgurts, mit einem Gehäuse (14), das einen mit einem Dämpfungsmedium gefüllten Arbeitsraum (12) begrenzt, und einem relativ zum Gehäuse (14) drehbaren Element, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Element mehrere als Widerstandselemente dienende Stifte (20) vorgesehen sind, die sich in den Arbeitsraum (12) erstrecken.
Rotationsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stifte (20) sich in Axialrichtung (A) des Gehäuses (14) erstrecken.
Rotationsdämpfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stifte (20) relativ zum Gehäuse (14) verschiebbar am Element angeordnet sind.
Rotationsdämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Element eine Scheibe (18) aufweist, an der die Stifte (20) angeordnet sind.
Rotationsdämpfer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Antrieb (34) zur axialen Verschiebung der Stifte (20) relativ zum Gehäuse (14) vorgesehen ist.
Rotationsdämpfer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb (34) ein Bewegungsgewinde (42) aufweist.
Rotationsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Element eine Welle (16) ist und die Stifte (20) sich radial zur Welle (16) erstrecken.
Rotationsdämpfer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stifte (20) angeformte Lippen (22) aus einem elastischen Material mit einer dazwischen angeordneten Einbuchtung (24) aufweisen.
Rotationsdämpfer nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (16) von einem im Inneren des Arbeitsraumes (12) angeordneten Ring (26) umgeben ist, der über ein Federelement (30) mit der Welle (16) gekoppelt ist.
Rotationsdämpfer nach den Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (26) Spreizelemente (32) aufweist, die bei einer Relativdrehung zwischen Welle (16) und Ring (26) in die Einbuchtungen (24) der Stifte (20) eindringen können.
Rotationsdämpfer nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (26) Ausnehmungen (28) aufweist, durch die die Stifte (20) geführt sind.