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Die
Erfindung betrifft einen Gurtaufroller mit einem Rahmen, einer Gurtspule,
die drehbar in dem Rahmen gelagert ist, einer Bremsscheibe, die
drehfest mit der Gurtspule verbunden ist, mindestens einem Bremsbelag
und einem Andruckelement.
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Der
Gurtaufroller umfaßt
somit eine Bremse. Diese kann anstelle eines herkömmlicher
Kraftbegrenzers zur Gurtkraftbegrenzung und/oder anstelle eines
herkömmlichen
Klinkensperrmechanismus zur Blockierung der Gurtspule eingesetzt
werden. Eine solche Bremse bietet den Vorteil, daß der Kraftbegrenzungsverlauf über entsprechende
Einflußgrößen einfach
und nahezu beliebig veränderbar
ist. Maßgebende
Größen sind
dabei der Reibwert zwischen Bremsscheibe und Bremsbelag sowie die
Andruckkraft, mit der die Bremsscheibe und der Bremsbelag gegeneinander
beaufschlagt werden.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, einen kompakten Gurtaufroller zu schaffen,
der mittels einer Gurtaufrollerbremse eine hohe und präzise einstellbare Bremskraft
aufbringen kann.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe schafft die Erfindung einen Gurtaufroller der eingangs
genannten Art, wobei das Andruckelement drehbar ist und ein Verstellgewinde
aufweist, das in ein dem Rahmen zugeordnetes Gegengewinde eingreift.
Durch das Verstellgewinde läßt sich
die Position des Andruckelements relativ zum Rahmen genau festlegen.
Dies gilt insbesondere dann, wenn das Verstellgewinde ein Feingewinde
ist. Die Andruckkraft, mit der die Bremsscheibe und der Bremsbelag
gegeneinander beaufschlagt werden, läßt sich somit über das
Andruckelement sehr präzise
einstellen, so daß die
Bremskraft und damit auch die Gurtkraftbegrenzung genau definiert
sind. Bei entsprechender Betätigung
des Andruckelements lassen sich dabei sehr hohe Bremskräfte erreichen.
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In
einer Ausführungsform
ist das Andruckelement ein Topfzahnrad. Das Topfzahnrad kann mit geringem
Aufwand in Drehung versetzt werden, so daß der Abstand zwischen dem
Andruckelement und dem Rahmen über
das Verstellgewinde und das zugeordnete Gegengewinde einfach veränderbar
ist.
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Vorzugsweise
ist in dieser Ausführungsform ein
Elektromotor vorgesehen, der das Topfzahnrad drehen kann. Die Gurtaufrollerbremse
ist somit aktiv ansteuerbar, beispielsweise in Abhängigkeit
von gewünschten
Parametern wie dem Insassengewicht, der Crashschwere oder der Sitzposition
des Insassen. Folglich ist eine ständige Anpassung der Bremskraft
und damit des Verlaufs der Gurtkraftbegrenzung möglich, wobei die Bremskraft
(gegebenenfalls mehrfach) nach oben und nach unten angepaßt, d.h. erhöht und abgesenkt
werden kann. Selbst während der
Crashphase kann die Vorverlagerung des Insassen noch aktiv beeinflußt werden.
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Das
Andruckelement kann mit einem Andruckhebel zusammenwirken, der auf
den Bremsbelag wirkt. Über
entsprechende Hebelverhältnisse
ist somit eine große
axiale Verschiebung des Andruckelements mit geringer Kraft in eine
kleine axiale Verschiebung des Bremsbelags mit hoher Kraft wandelbar,
und umgekehrt.
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Vorzugsweise
ist der Andruckhebel ein einarmiger Hebel, dessen eines Ende sich
an einem Bremsgehäuse
abstützt,
dessen anderes Ende sich am Andruckelement abstützt und der einen Andruckvorsprung
aufweist, der zwischen dem ersten und dem zweiten Ende liegt. In
dieser Ausführungsvariante
wird eine relativ große
Bewegung des Andruckelements mit vergleichsweise geringer Kraft
in eine kleinere Bewegung des Andruckvorsprungs mit höherer Kraft
umgesetzt. Wird der Bremsbelag über den
Andruckvorsprung gegen die Bremsscheibe beaufschlagt, so ist in
diesem Fall mit relativ geringer Motorkraft eine hohe Bremskraft
erreichbar. Infolgedessen kann der Motor relativ klein dimensioniert sein.
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Im
Bremsbelag kann eine Lagerpfanne ausgebildet sein, in die der Andruckhebel,
insbesondere der Andruckvorsprung des Anduckhebels eingreift. Durch
diese Maßnahme
wird eine Selbstverstärkung der
Bremskraft erreicht.
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In
einer weiteren Ausführungsform
ist ein zweiter Bremsbelag vorgesehen, der auf der vom Andruckhebel
entgegengesetzten Seite der Bremsscheibe angeordnet ist. Im Vergleich
zum Einsatz nur eines Bremsbelags verdoppelt sich die Brems- bzw. Reibkraft in
diesem Fall, da sich bei einer Betätigung der Bremse an beiden
Seiten der Bremsscheibe Reibflächen
ausbilden.
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Die
Bremsscheibe ist dabei besonders bevorzugt schwimmend angebracht.
Dies bedeutet, daß die
Bremsscheibe bezüglich
einer Aufrollerachse zwar drehfest mit der Gurtspule, aber axial
verschieblich angeordnet ist. Folglich bewegt sich die Bremsscheibe
bei einer axialen Beaufschlagung durch den ersten Bremsbelag axial
in Richtung zum gegenüberliegenden
zweiten Bremsbelag. Infolgedessen bilden sich zwei Reibflächen aus,
die zu einer verbesserten Bremswirkung führen.
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Über die
Bremsscheibe kann eine Bremskraft aufgebracht werden, die zur Kraftbegrenzung bei
einem Unfall dient. Im Vergleich zu konventionellen Kraftbegrenzern
wie Torsionsstäben
oder C-Federn ist die Kraftbegrenzung über die Bremsscheibe in Abhängigkeit
von beliebigen Parametern individuell anpaßbar.
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Darüber hinaus
kann über
die Bremsscheibe auch eine Bremskraft aufgebracht werden, die zur Blockierung
der Gurtspule vor einem Unfall dient. Somit muß am Gurtaufroller kein Sperrmechanismus mit
Sperrklinke und Sperrverzahnung ausgebildet werden, was zumindest
teilweise den Mehraufwand kompensiert, der durch die aktiv schaltbare
Bremse entsteht.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. In diesen zeigen:
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1 einen
Längsschnitt
durch einen erfindungsgemäßen Gurtaufroller
mit Bremse;
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2 einen
vergrößerten Teilschnitt
des erfindungsgemäßen Gurtaufrollers
aus 1;
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3 eine
perspektivische Explosionsansicht verschiedener Bauteile des erfindungsgemäßen Gurtaufrollers;
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4 eine
perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Gurtaufrollers in zusammengebautem
Zustand;
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5 eine
erste Ausführungsform
der Bremse eines erfindungsgemäßen Gurtaufrollers
in einer Ausgangsstellung;
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6 die
erste Ausführungsform
der Bremse des erfindungsgemäßen Gurtaufrollers
aus 5 in einer Betätigungsstellung;
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7 eine
zweite Ausführungsform
der Bremse eines erfindungsgemäßen Gurtaufrollers
in einer Ausgangsstellung; und
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8 die
zweite Ausführungsform
der Bremse des erfindungsgemäßen Gurtaufrollers
aus 7 in einer Betätigungsstellung.
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Die 1 zeigt
einen Gurtaufroller 8 mit einem Rahmen 10 sowie
einer Gurtspule 12, die drehbar im Rahmen 10 gelagert
ist und folglich um eine Aufrollerachse A rotieren kann. An einer
Stirnseite des Gurtaufrollers 8 bzw. der Gurtspule 12 ist
eine Bremse 14 vorgesehen, die ein Bremsengehäuse 16 umfaßt, welches
fest am Rahmen 10 angebracht ist. Im Bremsengehäuse 16 sind
ein erster Bremsbelag 18, eine Bremsscheibe 20,
ein zweiter Bremsbelag 22 und mehrere Andruckhebel 24 mit
Rückstellfedern 26 untergebracht.
Ferner ist in einer dem Rahmen 10 gegenüberliegenden Stirnwand 28 des
Bremsengehäuses 16 eine
zur Gurtspule 12 koaxiale Hülse 30 mit einem Innengewinde 32 angeformt. Über dieses Innengewinde 32 ist
das Bremsengehäuse 16 mit
einem Andruckelement 34 verbunden, wobei zwischen dem Bremsengehäuse 16 und
dem Andruckelement 34 ein Andruckring 38 vorgesehen
ist. Das Andruckelement 34 weist ein Verstellgewinde 40 auf
(Außengewinde),
welches in das Innengewinde 32 eingreift, wobei das Innengewinde 32 somit
als Gegengewinde dient, das dem Rahmen 10 zugeordnet ist.
Bei einer Verdrehung des Andruckelements 34 relativ zum Bremsengehäuse 16 verändert sich
durch die zusammenwirkenden Gewinde 32, 40 der
axiale Abstand h zwischen dem Andruckelement 34 und dem Bremsengehäuse 16 (vgl. 5 bis 8).
Das Andruckelement 34 schiebt folglich den Andruckring 38 axial
in Richtung zum Bremsengehäuse 16.
Um das Andruckelement 34 aktiv verdrehen zu können, ist
es als Topfzahnrad 36 mit einer Außenverzahnung 42 ausgebildet,
wobei die Außenverzahnung 42 mit
der Verzahnung eines Antriebsritzels 44 kämmt. Das
Antriebsritzel 44 kann von einem Motor 46, vorzugsweise
einem Elektromotor angetrieben werden, der fest mit dem Rahmen 10 bzw.
dem Bremsengehäuse 16 verbunden
ist.
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Die 2 zeigt
einen etwas vergrößerten Halbschnitt
des Gurtaufrollers 8, bei dem das Zusammenwirken der einzelnen
Bauteile besser zu erkennen ist. Es wird deutlich, daß das Andruckelement 34 über den
Andruckring 38 mit einem der Andruckhebel 24 zusammenwirkt,
der wiederum auf den ersten Bremsbelag 18 wirkt. Zur Bewegung
der Andruckhebel 24 sind am Andruckring 38 axial
ausgerichtete, zapfenartige Fortsätze 48 vorgesehen,
die sich durch Öffnungen 50 der
Stirnwand 28 in das Innere des Bremsengehäuses 16 erstrecken,
wobei die Öffnungen 50 um
die Hülse 30 herum
in der Stirnwand 28 angeordnet sind. Die Andruckhebel 24 sind
als sogenannte Exzenterhebel ausgebildet, wobei jeder Andruckhebel 24 ein
einarmiger Hebel ist, dessen eines Ende sich am Bremsengehäuse 16 abstützt (2, Punkt
X), dessen anderes Ende sich über
den Andruckring 38 am Andruckelement 34 abstützt (2, Punkt
Y) und der einen Andruckvorsprung (2, Punkt
Z) aufweist, der zwischen dem ersten und dem zweiten Ende liegt.
In einem Punkt Y liegt der Andruckhebel 24 an einem der
Fortsätze 48 des
Andruckrings 38 und in einem Punkt Z am ersten Bremsbelag 18 der
Bremse 14 an. Der Andruckhebel ist im Bereich des einen
Hebelendes (Punkt X) drehbar im Bremsengehäuse 16 gelagert, wobei
das Bremsengehäuse 16 vorzugsweise
eine Lagerpfanne ausbildet, in die das Hebelende nach Art eines Gelenkkopfes
eingreift.
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In
der 2 ist auch die Rückstellfeder 26 für den dargestellten
Andruckhebel 24 gut zu erkennen. Sie ist im Bremsengehäuse 16 befestigt
und beaufschlagt den Andruckhebel 24 in eine Ausgangsstellung,
wie sie in 2 gezeigt ist. In dieser als Ausgangsstellung
bezeichneten Hebelposition ist die Bremsscheibe 20 frei
drehbar und wird nicht durch die Bremsbeläge 18, 22 an
einer Bewegung gehindert. Die Bremsscheibe 20 ist an einem
axialen Fortsatz 52 der Gurtspule 12 axial verschiebbar,
jedoch über
ein momentenschlüssiges
Profil 54 drehfest gelagert. Eine solche drehfeste, aber
axial verschiebliche Lagerung wird im weiteren auch als schwimmende
Lagerung bezeichnet.
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In 3 sind
der Motor 46 mit seinem Antriebsritzel 44, das
als Topfzahnrad 36 ausgebildete Andruckelement 34 und
der Andruckring 38 sowie die Bremse 14 mit ihren
einzelnen Bauteilen in perspektivischer Explosionsansicht dargestellt.
Auf die Abbildung herkömmlicher
Gurtaufroller-Bauteile wurde dabei verzichtet.
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Die 4 zeigt
eine perspektivische Ansicht des Gurtaufrollers 8, in den
bereits einige der in 3 dargestellten Bauteile eingebaut
sind. Um das Funktionsprinzip besser erkennen zu können, wurden
das Bremsengehäuse 16 und
das Topfzahnrad 36 in 4 weggelassen.
Auch die Rückstellfedern 26 sind
nicht eingezeichnet.
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Anhand
der 5 und 6 wird im folgenden kurz das
Funktionsprinzip des Gurtaufrollers 8, insbesondere der
Bremse 14 des Gurtaufrollers 8 erläutert.
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In 5 ist
hierzu ein Detail des Gurtaufrollers 8 dargestellt, wobei
sich die Andruckhebel 24 und die Bremse 14 in
ihrer Ausgangsstellung befinden (vgl. auch 2). Das
Andruckelement 34 weist dabei einen axialen Abstand h1 zum Bremsengehäuse 16 auf. Die Bremsscheibe 20 ist über einen
Spalt S1 vom ersten Bremsbelag 18 und über einen
Spalt S2 vom zweiten Bremsbelag 22 beabstandet,
so daß sich
die Bremsscheibe 20 frei mit der Gurtspule 12 drehen
kann.
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Die 6 zeigt
denselben Ausschnitt wie 5, wobei sich die Bremse 14 des
Gurtaufrollers 8 jedoch in einer Betätigungsstellung befindet, in
der die Bremsbeläge 18, 22 an
der Bremsscheibe 20 anliegen. Um die Bremse 14 in
ihre Betätigungsstellung zu
bringen wird das Andruckelement 34 durch den Motor 46 relativ
zum Rahmen 10 verdreht. Durch das Zusammenwirken des Innengewindes 32 des
Bremsengehäuses 16 und
des Verstellgewindes 40 des Andruckelements 34 verringert
sich der Abstand zwischen dem Bremsengehäuse 16 und dem Andruckelement 34 auf
h2. Infolgedessen drückt das Andruckelement 34 den
Andruckring 38 in Richtung zum Bremsengehäuse 16,
so daß die
Fortsätze 48 des Andruckrings 38 die
Andruckhebel 24 betätigen.
Da der Andruckring 38 von den in die Stirnwand 28 eingreifenden
Fortsätzen 48 drehfest
am Bremsengehäuse 16 gehalten
wird, verdreht sich das Andruckelement 34 relativ zum Andruckring 38.
Am Andruckelement 34 sind daher Anlageflächen 56 (siehe 2) ausgebildet,
die als Gleitflächen
dienen und am Andruckring 38 anliegen.
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Der
in den 5 und 6 gezeigte Fortsatz 48 greift
am Punkt Y des Andruckhebels 24 an, welcher dann um einen
Punkt X schwenkt. Der Punkt Z am Andruckvorsprung des Andruckhebels 24 führt dabei
eine Bewegung aus, die wenigstens eine Komponente in Richtung zum
Rahmen 10 aufweist. Infolgedessen verschiebt der Andruckhebel 24 über seinen
Berührpunkt
Z den schwimmend gelagerten ersten Bremsbelag 18 und die
schwimmend gelagerte Bremsscheibe 20 in Richtung zum Rahmen 10,
so daß die
Spalte S1 und S2 verschwinden.
Der zweite Bremsbelag 22 ist fest am Rahmen 10 und/oder
am Bremsengehäuse 16 angebracht,
so daß er
in axialer Richtung ein Widerlager bildet. Entsprechend wird die
Bremsscheibe 20 zwischen den Bremsbelägen 18, 22 eingeklemmt,
so daß sich
bei einer Relativdrehung der drehfest mit der Gurtspule 12 verbundenen Bremsscheibe 20 und
den drehfest mit dem Rahmen 10 bzw. dem Bremsengehäuse 16 verbundenen Bremsbelägen 18, 22 eine
Reibkraft ergibt. Diese Reib- bzw.
Bremskraft hängt
dabei von den Reibwerten zwischen der Bremsscheibe 20 und
den Bremsbelägen 18, 22 sowie
von der Größe der Andruckkraft ab,
die über
den Motor 46 eingestellt werden kann.
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Die 7 und 8 zeigen
eine weitere Ausführungsform
der Bremse 14 in ihrer Ausgangsstellung und in ihrer Betätigungsstellung.
In dieser Ausführungsform
ist im ersten Bremsbelag 18 eine Lagerpfanne 58 ausgebildet
ist, in die der Andruckhebel 24, genauer der Andruckvorsprung
des Andruckhebels 24 eingreift. Ferner ist der erste Bremsbelag 18 im
Unterschied zur Ausführungsform
nach 5 und 6 nicht drehfest am Rahmen 10 bzw.
am Bremsengehäuse 16 angebracht,
sondern ist um die Achse A frei drehbar oder weist zumindest ein
gewisses Spiel auf. Die Bremse 14 wird dadurch zu einer Bremse
mit Selbstverstärkung,
weil die rotierende Bremsscheibe 20 den ersten Bremsbelag 18 mitdreht,
sobald ein Reibschluß zwischen
der Bremsscheibe 20 und dem ersten Bremsbelag 18 hergestellt
ist. Da der Andruckhebel 24 über seinen Andruckvorsprung
in die Lagerpfanne 58 des ersten Bremsbelags eingreift,
wird auch der Andruckhebel 24 im Punkt Z in Drehrichtung
der Bremsscheibe 20 beaufschlagt. Die Drehrichtung der
Bremsscheibe 20 ist in 8 durch
eine vertikal nach oben gerichteten Pfeil angedeutet. Da der Punkt
Z jedoch am Andruckvorsprung des Andruckhebels 24 mit dem
Drehpunkt X liegt, kann der Punkt Z die Bewegung in Drehrichtung
der Bremsscheibe 20 nur durchführen, wenn er sich gleichzeitig
in Richtung zum Rahmen 10 bewegt und damit die Andruckkraft
der Bremsbeläge 18, 22 auf
die Bremsscheibe 20 erhöht.
Mit anderen Worten stellt sich über
den Andruckvorsprung des Andruckhebels 24 eine Keilwirkung
ein, die zu einer Selbstverstärkung
der Bremse 14 führt.
Durch die Selbstverstärkung
wird die Insassenenergie im Crashfall genutzt, um die Bremswirkung
des Motors 46 zu verstärken.
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Über den
Motor 46 und die Bremsscheibe 20 kann bei dem
erfindungsgemäßen Gurtaufroller 8 eine
Bremskraft aufgebracht werden, die bei einem Unfall zur Kraftbegrenzung
in einem Gurtband dient. Der Widerstand beim Ausziehen von Gurtband
ist präzise
einstellbar und kann in Abhängigkeit
von beliebigen Parametern aktiv und gegebenenfalls reversibel gesteuert
werden. Herkömmliche
Kraftbegrenzer wie C-Ringe, Torsionsstäbe, etc. sind nicht mehr notwendig.
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Darüber hinaus
kann über
die Bremsscheibe 20 auch eine Bremskraft aufgebracht werden,
die zur Blockierung der Gurtspule 12 vor einem Unfall dient. Somit
kann durch die aktiv ansteuerbare Bremse 14 des Gurtaufrollers 8 auch
ein herkömmlicher
Sperrmechanismus mit Sperrklinke und Sperrverzahnung entfallen.
Daraus ergibt sich der zusätzliche
Vorteil, daß das
für herkömmlichen
Klinkensperrsysteme typische, aber unerwünschte Absinken der Schultergurtkraft
zwischen einer Gurtbandstraffung und der Gurtkraftbegrenzung verhindert
werden kann.