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Die
Erfindung betrifft einen Gurtaufroller für ein Sicherheitsgurtsystem,
mit einer in einem Rahmen drehbar gelagerten Gurtspule zur Aufnahme
eines Gurtbands, einer reversiblen Gurtstraffeinheit mit einem Motor,
einer irreversiblen Gurtstraffeinheit und einem Kupplungsmechanismus
mit einer Kupplungsscheibe und einem Bremselement für die Kupplungsscheibe,
wobei die reversible Gurtstraffeinheit über den Kupplungsmechanismus
an die Gurtspule ankoppelbar ist.
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Bei
modernen Gurtaufrollern werden sowohl eine reversible Gurtstraffeinheit
als auch eine irreversible Gurtstraffeinheit dazu eingesetzt, die
Gurtspule beim Vorliegen eines als kritisch eingestuften Fahrzeugzustands
in der Aufwickelrichtung anzutreiben, um eine Gurtlose des Sicherheitsgurts
zu beseitigen und den Fahrzeuginsassen in eine aufrechte Position zu
bringen. Dabei ist die reversible Gurtstraffeinheit als Vorstraffer
ausgebildet, der im Fall, daß die
kritische Fahrzeugsituation nicht zu einem Unfall führt, die
Gurtspule wieder in ihre Ausgangsstellung zurückstellt. Die irreversible
Gurtstraffeinheit hingegen wird nur in tatsächlichen Unfallsituationen
ausgelöst, die
anschließend
einen Austausch des gesamten Gurtaufrollers erforderlich machen.
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Zusätzlich weisen
moderne Gurtaufroller ein Kraftbegrenzungssystem auf, das die maximal
durch den Gurt auf den Körper
des Fahrzeuginsassen ausgeübte
Kraft begrenzt, indem es ab einer definierten im Gurtband wirkenden
Kraft trotz Blockierung der Gurtspule einen gewissen Gurtbandauszug
zuläßt. Wird
nun die irreversible Gurtstraffeinheit ausgelöst, solange die reversible
Gurtstraffeinheit noch mit der Gurtspule gekoppelt ist, so muß bei einer
anschließenden Kraftbegrenzung
nicht nur von der vom Kraftbegrenzungssystem bereitgestellte Widerstand überwunden
werden, sondern zusätzlich
die reversible Gurtstraffeinheit entgegen ihrer Wirkungsrichtung
zurückgedreht
werden. Dadurch treten im Sicherheitsgurt höhere Kräfte auf, als dies gewünscht und
durch Auslegung des Kraftbegrenzungssystems vorgesehen ist.
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Die
Erfindung schafft einen Gurtaufroller, bei dem im Fall einer Kraftbegrenzung
nach einer erfolgten Straffung durch die irreversible Gurtstraffeinheit die
reversible Gurtstraffeinheit zuverlässig von der Gurtspule getrennt
ist.
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Erfindungsgemäß ist dazu
bei einem Gurtaufroller der eingangs genannten Art vorgesehen, daß das Bremselement
bei Aktivierung der irreversiblen Gurtstraffeinheit deaktiviert
wird. Das Bremselement ist wesentlich für die Funktion des Kupplungsmechanismus,
indem es die Kupplungsscheibe zumindest kurzzeitig festhält und so
eine relative Verdrehung der Kupplungsscheibe zu einem vom Motor angetriebenen
Rad bewirkt. Aufgrund der Verdrehung wird eine Kopplung zwischen
Rad und Gurtspule erreicht, beispielsweise indem am Rad angeordnete
Klinken in eine Verzahnung der Gurtspule eingeschwenkt werden. Durch
Deaktivierung des Bremselements wird somit der gesamte Kupplungsmechanismus
zwischen der reversiblen Gurtstraffeinheit und der Gurtspule deaktiviert,
da die Kupplungsscheibe nun nicht länger durch das Bremselement abgebremst
wird und sich somit frei mit dem Rad drehen bzw. relativ zu diesem
ihre unverdrehte Ausgangsstellung einnehmen kann. Dadurch wird die
reversible Gurtstraffeinheit von der Gurtspule getrennt, weshalb
sie bei anschließender
Kraftbegrenzung keinen Einfluß auf
die zum Abziehen des Gurtbandes nötige Kraft ausübt.
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Insbesondere
ist ein Deaktivierungselement vorgesehen, das das Bremselement bei
Aktivierung der irreversiblen Gurtstraffeinheit in eine Passivstellung
bringt, in der es nicht auf die Kupplungsscheibe einwirkt. Eine
solche Ausgestaltung zeichnet sich durch ihre Einfachheit und damit
Kostengünstigkeit aus.
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Gemäß einer
Ausgestaltung ist das Deaktivierungselement ein schwenkbar am Rahmen
angebrachter Hebel, der bei Aktivierung der irreversiblen Gurtstraffeinheit
verschenkt wird.
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Es
kann ein Zahnrad vorgesehen sein, das bei Aktivierung der irreversiblen
Gurtstraffeinheit das Deaktivierungselement verschwenkt. Dadurch
bringt dieses das Bremselement in die Passivstellung und sorgt so
für eine
Entkopplung der reversiblen Gurtstraffeinheit von der Gurtspule.
Insbesondere greift hierzu ein Ende des Deaktivierungselements in
die Verzahnung des Zahnrads ein, während das andere Ende des Deaktivierungselements
bei einer Verschwenkung am Bremselement angreift.
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Bevorzugt
ist ein Aktuator für
das Deaktivierungselement vorgesehen, der bei Aktivierung der irreversiblen
Gurtstraffeinheit betätigt
wird und für
die entsprechende Bewegung des Deaktivierungselements sorgt.
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Insbesondere
umfaßt
der Aktuator einen pyrotechnischen Antrieb, der sich durch seine
kurze Ansprechzeit auszeichnet. Alternativ kann der Aktuator einen
Magneten, etwa einen Hub- oder Drehmagneten, oder einen kleinen
Elektromotor aufweisen.
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Eine
besonders günstige
und zuverlässige Ausgestaltung
ergibt sich dadurch, daß es
sich bei dem pyrotechnischen Antrieb um einen Antrieb der irreversiblen
Straffeinheit handelt. Dieser löst
also die irreversible Straffung des Gurtbandes aus und deaktiviert
gleichzeitig das Bremselement.
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Um
sicherzustellen, daß durch
Prellvorgänge
oder ähnliches
kein Zurückschwenken
des Bremselements auftritt, wird dieses nach Erreichen der Passivstellung
in dieser festgelegt, etwa durch Verklemmen.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung ist das Bremselement schwenkbar am Rahmen angeordnet.
Dabei steht das Bremselement zunächst so
mit der Kupplungsscheibe in Wirkverbindung, daß es diese an einer Drehung
hindert oder zumindest abbremst, um die reversible Gurtstraffeinheit
mit der Gurtspule zu koppeln. Bei Aktivierung der irreversiblen
Gurtstraffeinheit wird das Bremselement derart verschwenkt, daß es nicht
länger
auf die Kupplungsscheibe einwirkt.
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Das
Deaktivierungselement kann einen vorgespannten Federarm aufweisen,
der bei Freigabe das Bremselement verschwenkt. Bei dieser Ausgestaltung
wird das Deaktivierungselement nach Erreichen der Passivstellung
durch Federkraft gehalten.
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Gemäß einer
alternativen Ausgestaltung ist das Bremselement an einem vom Motor
angetriebenen Aktivierungsrad angeordnet und wird wiederum bei Aktivierung
der irreversiblen Gurtstraffeinheit deaktiviert. Da bei dieser Ausgestaltung
das Bremselement die Kupplungsscheibe nur abbremst, wenn die reversible
Gurtstraffeinheit aktiv ist, und nach Abschalten des Motors, also
nach einer erfolgten Vorstraffung, durch Zug am Gurtband außer Eingriff
mit der Kupplungs scheibe gelangt, genügt hier ein Motor, der sich
nur in einer Richtung, nämlich
in Aufwickelrichtung des Gurtbandes, drehen kann. Es ergibt sich
eine besonders kostengünstige
Ausgestaltung.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung mehrerer bevorzugter Ausführungsformen anhand der beigefügten Zeichnung.
In dieser zeigt:
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1 eine
Ansicht eines Gurtaufrollers gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung;
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2 eine
Draufsicht auf die Strafferseite des Gurtaufrollers aus 1;
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3 eine
Draufsicht auf die Strafferseite ähnlich 2, jedoch
ohne Gehäusedeckel;
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4 eine
Perspektivansicht der für
die Funktion relevanten Teile der reversiblen und irreversiblen
Gurtstraffeinheit des Gurtaufrollers aus 1;
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5 eine
Draufsicht auf die für
die Funktion relevanten Teile der reversiblen und der irreversiblen Gurtstraffeinheit
im Zustand vor Aktivierung der irreversiblen Gurtstraffeinheit;
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6 eine
Draufsicht ähnlich 5,
jedoch nach Aktivierung der irreversiblen Gurtstraffeinheit;
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7 eine
Perspektivansicht der für
die Funktion relevanten Teile einer reversiblen und einer irreversiblen
Gurtstraffeinheit, wie sie bei einem Gurtaufroller gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung eingesetzt werden, im Zustand vor Aktivierung der
irreversiblen Gurtstraffeinheit; und
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8 eine
Perspektivansicht ähnlich 7, jedoch
nach Aktivierung der irreversiblen Gurtstraffeinheit.
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Die 1 und 2 zeigen
einen erfindungsgemäßen Gurtaufroller 1 mit
einer in einem Rahmen 2 drehbar gelagerten Gurtspule 4,
die der Aufnahme eines Gurtbandes 6 (siehe 3)
dient. Der Gurtaufroller 1 umfaßt ein in der 1 rechts
angeordnetes Sperrsystem 8 zur Blockierung der Gurtspule 4 sowie
eine reversible Gurtstraffeinheit, die einen Motor 10 aufweist
und gemeinsam mit einer irreversiblen Gurtstraffeinheit in einem
Gehäuse 12 angeordnet
ist. Mit 14 ist ein Gehäuse
für eine
Triebfeder bezeichnet. Die irreversible Gurtstraffeinheit weist
einen in einem Zylinder 15 (2) angeordneten
Kolben 16 auf, der durch ein von einem pyrotechnischen
Antrieb 17 erzeugtes Druckgas entlang dem Zylinder 15 beschleunigt
werden kann.
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3 zeigt
die reversible Gurtstraffeinheit im Detail. Diese umfaßt ein Rad 18 (siehe
auch 4), das über
ein in im Gehäuse 12 angeordnetes
Getriebe 20 mit einem Antriebsritzel 24 des Motors 10 verbunden
ist. Drehfest mit der Gurtspule 4 (bzw. einem mit der Gurtspule 4 gekoppelten
Kraftbegrenzer wie z.B. einem Torsionsstab) ist ein Ritzel 22 verbunden, das
eine Außenverzahnung
aufweist. Die Außenverzahnung
ist Teil eines Kupplungsmechanismus, durch den ein Antriebsmoment
vom Rad 18 auf die Gurtspule 4 übertragen
werden kann.
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Das
Rad 18 ist starr mit einem Trägerteil 26 verbunden,
an dem mehrere Klinken 28 verschwenkbar gelagert sind.
Axial neben dem Rad 18 ist eine Kupplungsscheibe 30 angeordnet,
die mit Steuerlaschen 32 versehen ist, welche derart in
das Trägerteil 26 hineinragen,
daß sie
mit den Klinken 28 zusammenwirken können. Zwischen der Kupplungsscheibe 30 und
dem Trägerteil 26 ist
wenigstens eine Rückstellfeder 34 vorgesehen.
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Die
Kupplungsscheibe 30 ist zudem über eine Rutschkupplung mit
einem auf sie aufgesetzten Bremsrad 36 gekoppelt, das an
seinem Umfang eine Bremsverzahnung 38 aufweist.
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An
einem Aktivierungsrad 40 (siehe insbesondere 4),
das ein Zahnrad des mit dem Motor 10 verbundenen Getriebes 20 ist
und folglich durch den Motor 10 angetrieben wird, ist ein
verschwenkbares Bremselement 42 in Form eines Hebels angeordnet.
Der Hebel ist mit dem Aktivierungsrad 40, das bei der gezeigten
Ausgestaltung mit dem Rad 18 kämmt, ebenfalls über eine
Rutschkupplung verbunden, die durch eine vorgespannte Feder gebildet
wird (4).
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Das
Trägerteil 26,
die Rückstellfeder 34,
die Klinken 28, die Kupplungsscheibe 30 (inklusive
Steuerlaschen 32 und Rutschkupplung), das Bremsrad 36 sowie
das Bremselement 42 bilden zusammen mit der Außenverzahnung
des Ritzels 22 den erwähnten Kupplungsmechanismus.
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Weiterhin
ist ein Deaktivierungselement 44 in Form eines zweiarmigen
Hebels vorgesehen, das schwenkbar am Rahmen 2 bzw. dem
damit verbundenen Gehäuse 12 angebracht
ist (vgl. auch 4 und 5). Das
Deaktivierungselement 44 hat eine abgewinkelte Form und
liegt bei der gezeigten Ausgestaltung (bezüglich der Blickrichtung in 3)
unter dem Aktivierungsrad 40. Ein erstes Ende 46 des Deaktivierungselements 44 liegt
zwischen dem Bremselement 42 und dem Rad 18 bzw.
dem Bremsrad 36. Das zweite Ende 48 des Deaktivierungselements 44 greift
in eine erste Verzahnung 50 eines Stufenzahnrads 52 ein,
das vom Kolben 16 der irreversiblen Gurtstraffeinheit angetrieben
werden kann. Eine zweite Verzahnung 54 des Stufenzahnrads 52 ist
in nicht gezeigter Weise mit der Gurtspule 4 gekoppelt.
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Nachfolgend
wird die Funktionsweise des durch den Motor 10 sowie das
Getriebe 20 gebildeten reversiblen Gurtstraffers, des Kupplungsmechanismus
sowie des irreversiblen Gurtstraffers beschrieben. In einer als
kritisch eingestuften Fahrzeugsituation wird der Motor 10 aktiviert,
der (mit dem restlichen Getriebe 20) das Aktivierungsrad 40 im
Uhrzeigersinn dreht, wodurch das Rad 18 entgegen dem Uhrzeigersinn
angetrieben wird. Durch die Drehung des Aktivierungsrads 40 wird
das Bremselement 42 verschwenkt und steuert in die Bremsverzahnung 38 des
Bremsrads 36 ein. Auf diese Weise wird das Bremsrad 36 angehalten
(5).
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Zwischen
dem Bremsrad 36 und der Kupplungsscheibe 30 besteht
eine Reibverbindung, die stärker
als die durch die Rückstellfeder 34 ausgeübte Rückstellkraft
ist, weshalb die Kupplungsscheibe 30 zunächst ebenfalls
festgehalten wird, während
sich das Rad 18 und damit auch das Trägerteil 26 entgegen
dem Uhrzeigersinn dreht. Dadurch laufen die Klinken 28 auf
die Steuerlaschen 32 auf und werden in die Außenverzahnung
des Ritzels 22 eingesteuert. Sind die Klinken 28 auf
Zahngrund des Ritzels 22 gefahren, ist das Rad 18 mit
der Gurtspule 4 gekoppelt, so daß der Motor 10 die
Gurtspule 4 in der Aufwickelrichtung des Gurtbands 6 antreiben
kann. Mit dem vollständigen
Einsteuern der Klinken 28 ist die maximal mögliche Verdrehung
zwischen der Kupplungsscheibe 30 und dem Trägerteil 26 bzw.
Rad 18 erreicht, weshalb das noch immer festgelegte Bremsrad 36 bei
der weiteren Drehung auf der Kupplungsscheibe 30 durchrutscht,
die sich nun synchron mit dem Rad 18 dreht.
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Kommt
es nach erfolgter Vorstraffung nicht zu einem Unfall, so wird der
Motor 10 abgeschaltet. Jetzt bewirkt die vom Fahrzeuginsassen
auf das Gurtband 6 ausgeübte Zugkraft kurzzeitig eine
Drehung der Gurtspule 4 und damit des Ritzels 22 in Gurtbandabzugsrichtung,
die der Straffrichtung entgegengesetzt ist. Da die Klinken 28 noch
in Eingriff mit der Verzahnung des Ritzels 22 sind, wird
das gesamte Getriebe 20 ein gewisses Stück zurückgedreht. Das Aktivierungsrad 40 dreht
sich hierbei gegen den Uhrzeigersinn und verschwenkt das Bremselement 42 zurück in seine
Ausgangslage, wodurch das Bremsrad 36 und damit die Kupplungsscheibe 30 freigegeben
wird.
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Die
Klinken 28 können
nun (gegebenenfalls nach einer minimalen, durch die Triebfeder bewirkten Drehung
der Gurtspule 4 bzw. des Ritzels 22 in Gurtbandeinzugsrichtung)
aufgrund der durch die Rückstellfeder 34 auf
die Kupplungsscheibe 30 ausgeübten Rückstellkraft aus der Verzahnung
des Ritzels 22 ausschwenken. Somit wird die Verbindung
zwischen der Gurtspule 4 und dem reversiblen Gurtstraffer ohne
aktiv eingeleitete Motorrückdrehung
gelöst. Das
System ist nun für
die nächste
Vorstraffung bereit.
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Wird
jedoch während
oder unmittelbar nach einer Vorstraffung die reversible Gurtstraffeinheit nicht
gelöst,
sondern die irreversible Gurtstraffeinheit aktiviert, so erzeugt
der pyrotechnische Antrieb 17 ein Druckgas, das den Kolben 16 entlang
dem Zylinder 15 beschleunigt. Dabei greift die Verzahnung
des Kolbens 16 in die Verzahnung 50 des Stufenzahnrads 52 ein,
dessen Drehung über
die zweite Verzahnung 54 auf die Gurtspule 4 übertragen
wird. Dadurch wird die Gurtspule 4 ebenfalls in Aufwickelrichtung
des Gurtbands angetrieben, wie auch durch die reversible Gurtstraffeinheit,
jedoch mit einer weitaus höheren
Geschwindigkeit. Aufgrund dieser höheren Geschwindigkeit wird
der Kupplungsmechanismus der reversiblen Gurtstraffeinheit durch
die Gurtspule 4 „überholt". Da das Ritzel 22 fest
mit der Gurtspule 4 bzw. einem der Gurtspule zugeordneten
Kraftbegrenzer gekoppelt ist, werden die Klinken 28 über die Rückflanken
der Verzahnung des Ritzels 22 ausgeschoben. Somit wird
der Kupplungsmechanismus der reversiblen Gurtstraffeinheit zunächst deaktiviert. Ein
etwaiger Hinterschnitt der Verzahnung zur Verbesserung der reversiblen
Straffunktion behindert die Abtrennung der Klinken 28 nicht,
da ja das Ritzel 22 den Kupplungsmechanismus überholt.
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Da
aber nicht gewährleistet
ist, daß der
Motor 10 nach Abschluß der
irreversiblen Straffung nicht nachläuft bzw. daß der Kupplungsmechanismus nicht
wieder am Ritzel 22 angreift, muß dauerhaft für eine Entkopplung
gesorgt werden. Diese dauerhafte Entkopplung der reversiblen Gurtstraffeinheit
wird durch das Deaktivierungselement 44 erreicht, das zur
gleichen Zeit, zu der der Überholvorgang
stattfindet, nämlich
unmittelbar nach Aktivierung der irreversiblen Gurtstraffeinheit,
durch die auf sein zweites Ende 48 einwirkende Verzahnung 50 entgegen
dem Uhrzeigersinn verschwenkt wird. Dadurch schiebt das erste Ende 46 des
Deaktivierungselements 44 das Bremselement 42 in 5 nach
rechts in eine Passivstellung, wodurch die Bremsverzahnung 38 freigegeben
wird (6). Somit ist ein erneutes Einkuppeln der reversiblen
Gurtstraffeinheit verhindert.
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Um
sicherzustellen, daß durch
Prellvorgänge
oder ähnliches
das Bremselement 42 nicht zurückschwenken kann, wird dieses
in der erreichten Passivstellung festgelegt, z.B. verklemmt. Durch
die Deaktivierung des Bremselements 42 ist gewährleistet,
daß bei
der auf den irreversiblen Straffvorgang folgenden Kraftbegrenzung
durch das Sperrsystem 8 keine Einflüsse der reversiblen Gurtstraffeinheit
auftreten.
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Bei
der gezeigten Ausführungsform
bildet der pyrotechnische Antrieb 17 der irreversiblen
Straffeinheit zugleich einen Aktuator für das Deaktivierungselement 44.
Alternativ kann das Deaktivierungselement 44 natürlich auch
durch einen separaten pyrotechnischen Antrieb, einen Hub- oder Drehmagneten
oder einen kleinen Elektromotor angetrieben werden, insbesondere,
wenn die irreversible Gurtstraffeinheit keinen pyrotechnischen Antrieb
hat.
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Die 7 und 8 zeigen
eine alternative Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Gurtaufrollers 1,
wobei im folgenden gleiche oder funktionsgleiche Bauteile gleiche
Bezugszeichen tragen und lediglich auf die Unterschiede zur bereits
beschriebenen Ausführungsform
eingegangen wird. Der Gurtaufroller 1 der 7 und 8 unterscheidet
sich vom bisher beschriebenen dadurch, daß das Bremselement 42,
das als zweiarmiger Hebel ausgebildet ist, schwenkbar am Rahmen 2 bzw.
am Gehäuse 12 angebracht
und bereits in der Ausgangsstellung vor Aktivierung der reversiblen
Gurtstraffeinheit in Eingriff mit der Bremsverzahnung 38 des
Bremsrads 36 ist. Aufgrund dieser Ausgestaltung muß zum Lösen des
Kupplungsmechanismus nach erfolgter Vorstraffung, wenn die irreversible
Gurtstraffeinheit nicht aktiviert wird, der Motor 10 zurückgedreht
werden.
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Das
Deaktivierungselement 44 ist hier durch einen vorgespannten
Federarm gebildet, der über eine
Schlingfeder 56 am Bremselement 42 gelagert ist.
Wird der Federarm bei Drehung des Stufenzahnrads 52 durch
die Verzahnung 50 nach unten gedrückt bzw. von ihr freigegeben,
beaufschlagt er einen ersten Hebelarm 57 des Bremselements 42 und verschwenkt
dieses derart, daß der
zweite Hebelarm 58 aus der Bremsverzahnung 38 ausgesteuert
wird (8).