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Die
Erfindung betrifft einen Gurtaufroller für einen Fahrzeug-Sicherheitsgurt.
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Aus
dem Stand der Technik sind Gurtaufroller mit Kraftbegrenzern bekannt,
die eine Drehung der Gurtspule trotz Blockierung derselben ermöglichen,
wenn eine bestimmte Gurtbandauszugskraft im Sicherheitsgurt überschritten
wird. Dadurch werden die vom Sicherheitsgurt auf einen Fahrzeuginsassen
ausgeübten
Kräfte
begrenzt.
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Die
DE 103 43 534 A1 zeigt
einen Gurtaufroller, bei dem zusätzlich
zu einer ersten Kraftbegrenzungsvorrichtung, die einen Torsionsstab
enthält, gleichzeitig
eine zweite Kraftbegrenzungsvorrichtung wirksam sein kann, die eine
spanende Materialbearbeitung verwendet. Insbesondere über die
Parameter Schnittbreite und -tiefe wird abschnittsweise ein progressiver,
degressiver oder konstanter Kraftniveauverlauf erlaubt. Allerdings
ist das Kraftniveau und dessen Verlauf für alle Insassen und für jeden Unfallverlauf
gleich.
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Die
Erfindung schafft einen Gurtaufroller, der eine flexiblere Einstellung
des Kraftniveaus ermöglicht.
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Zu
diesem Zweck sieht die Erfindung einen Gurtaufroller für einen
Fahrzeug-Sicherheitsgurt
vor mit einer Gurtspule, die ein erstes und ein zweites Ende hat
und drehbar in einem Rahmen gelagert ist, einer ersten und einer
zweiten Scheibe, die an dem ersten bzw. zweiten Ende der Gurtspule
angesetzt ist, einem Blockiermechanismus, der wenigstens eine der
Scheiben blockieren kann, und wenigstens einem Kraftbegrenzer, der
eine Kraftbegrenzungsposition einnehmen kann. Die Erfindung beruht
auf dem Grundgedanken, die Gurtbandauszugskraft, also die Kraft,
die zum Gurtbandauszug bei blockierter Gurtspule notwendig ist,
an das Gewicht eines zurückzuhaltenden
Fahrzeuginsassen oder die Schwere eines Unfalles anzupassen. Ein
Ansatz zur Beeinflussung der Gurtbandauszugskraft besteht darin, wenigstens
einen Kraftbegrenzer selektiv zu- oder abzuschalten. Je nach Zuschaltung
des wenigstens einen Kraftbegrenzers ändert sich nämlich die
Kennlinie des Gurtaufrollers. Auch können durch das Blockieren einer
oder beider Scheiben unterschiedliche Kraftbegrenzungsverläufe erzielt
werden.
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Vorzugsweise
ist ein erster Kraftbegrenzer ein Schneidkörper, der in der ersten Scheibe
gelagert ist, und ein zweiter Kraftbegrenzer ein Schneidkörper, der
in der zweiten Scheibe gelagert ist. In bekannter Weise hat der
Gurtaufroller, für
den der Kraftbegrenzer bestimmt ist, eine in einem Rahmen drehbar
gelagerte Gurtspule mit wenigstens einem Flansch und eine am Rahmen
drehfest blockierbare Scheibe. Die Scheibe und der Flansch der Gurtspule sind
durch einen Schneidkörper
gekoppelt. Bei einer Relativdrehung zwischen der Scheibe und dem Flansch
wird durch den Schneidkörper
Material zerspant. Der dabei zu überwindende
Widerstand hängt von
der Schnittbreite und von der Schnitttiefe ab. Durch gezielte Variation
der Parameter Schnittbreite und Schnitttiefe kann der Verlauf des
Kraftniveaus über
den Drehwinkel der Gurtspule nahezu beliebig eingestellt werden.
Insbesondere ist es leicht möglich,
mittels einer über
den Relativdrehwinkel abnehmenden Schnittbreite und/oder Schnittbreite
einen degressiven Verlauf des Kraftbegrenzers zu erzielen.
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Vorzugsweise
ist ein Anschlag vorgesehen, der den Schneidkörper in die Kraftbegrenzungsposition
bewegen kann, in der der Schneidkörper so in Richtung der Gurtspule
vorsteht, daß er
bei einer Relativdrehung zwischen der Gurtspule und der Scheibe
Material der Gurtspule zerspant. Der Schneidkörper wird erst durch eine fortgesetzte
Relativdrehung zwischen der Scheibe und der Gurtspule durch ein Anstoßen des
Schneidkörpers
durch den Anschlag in die Kraftbegrenzungsposition bewegt.
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Vorzugsweise
ist eine Führung
vorgesehen, die wenigstens abschnittsweise mit einer Verzahnung
versehen ist. In der Führung
ist wenigstens ein Kraftbegrenzer axial verschieblich aufgenommen. Der
wenigstens eine Kraftbegrenzer hat eine Verzahnung, die mit der
Verzahnung der Führung
in Eingriff gelangen kann. Der Kraftbegrenzer kann so drehfest mit
der Gurtspule gekoppelt werden. Der wenigstens eine axial verschiebliche
Kraftbegrenzer ist ein Torsionsstab und/oder ein Torsionsrohr.
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Weitere
Merkmale und Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsformen beschrieben, die
in den Zeichnungen dargestellt sind. In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine
schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Gurtaufrollers gemäß einer ersten
Ausführungsform,
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2 mögliche Kennlinien
des Gurtaufrollers von 1,
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3 eine
schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Gurtaufrollers gemäß einer zweiten
Ausführungsform,
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3a eine
vergrößerte Ansicht
eines Torsionsstabes und eines Torsionsrohres von 3,
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4 eine
mögliche
Kennlinie des Gurtaufrollers von 3,
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5 eine
mögliche
Kennlinie des Gurtaufrollers von 3.
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6 eine
schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Gurtaufrollers gemäß einer dritten
Ausführungsform,
und
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7 eine
mögliche
Kennlinie des Gurtaufrollers von 6.
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Der
in 1 gezeigte Gurtaufroller weist einen Rahmen 10 und
eine im Rahmen 10 drehbar gelagerte Gurtspule 12 auf,
von der nicht gezeigtes Gurtband abgezogen werden kann. Die Gurtspule 12 hat
an ihrem (bezüglich 1)
linken Ende 14 einen Flansch 16 und an ihrem (bezüglich 1)
rechten Ende 18 einen Flansch 20.
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Am
linken Flansch 16 ist eine erste Scheibe 22 angesetzt,
die sich durch eine erste Sperrklinke 24, die Teil eines
Blockiermechanismus 26 ist, drehfest am Rahmen 10 abstützen läßt.
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Am
rechten Flansch 20 ist eine zweite Scheibe 28 angesetzt,
die sich durch eine zweite Sperrklinke 30 des Blockiermechanismus 26 drehfest
am Rahmen 10 abstützen
läßt.
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Die
Scheiben 22, 28 können durch nicht gezeigte Scherstifte
bis zu einem gewissen Drehmoment drehfest mit dem Flansch 16 bzw. 20 der Gurtspule 12 verbunden
sein. Sowohl der Flansch 16 und die Scheibe 22 als
auch der Flansch 20 und die Scheibe 28 sind durch
jeweils einen Ring 32 so miteinander verbunden, daß keine
axiale Verschiebung zwischen der Gurtspule 12 und den Scheiben 22 bzw. 28 auftritt.
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Die
Scheibe 22 hat auf ihrer dem Flansch 16 zugewandten
Seite eine Ausnehmung 34, in die ein Schneidkörper 36,
der ein erster Kraftbegrenzer ist, eingesetzt ist. Der Schneidkörper 36 kann
bei einer Drehung der Gurtspule 12 relativ zur Scheibe 22 Material
eines ringförmigen
Wulstes 38 zerspanen, der Teil der Gurtspule 12 ist.
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Die
Scheibe
28 hat ebenfalls auf ihrer dem Flansch
20 zugewandten
Seite eine Ausnehmung
40, in die ein Schneidkörper
42,
der ein zweiter Kraftbegrenzer ist, eingesetzt ist. Der Schneidkörper
42 kann
durch einen kann durch einen (nicht gezeigten) Anschlag, der in
der
DE 103 43 534
A1 ausführlich beschrieben
ist, nach etwa einer Drehung der Gurtspule
12 relativ zur
Scheibe
28 von 360° in
seine Kraftbegrenzungsposition bewegt werden, in der er bei einer
Drehung der Gurtspule
12 relativ zur Scheibe
28 Material
eines ringförmigen
Wulstes
44 zerspant, der Teil der Gurtspule
12 ist.
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Im
hohlen Innenraum der Gurtspule ist ein dritter Kraftbegrenzer in
Form eines Torsionsstabes 46 aufgenommen, der axial entgegen
der Kraft eines federelastischen Elementes 49 verschieblich
ist. An seinem (bezüglich 1)
linken axialen Ende ist der Torsionsstab 46 drehfest mit
der ersten Scheibe 22 gekoppelt. An seinem (bezüglich 1)
rechten Ende hat der Torsionsstab 46 eine Verzahnung 50. Die
Verzahnung 50 kann mit einer Verzahnung 52 in Eingriff
gelangen, die an einem Abschnitt 53 einer Führung 48 vorgesehen
ist. Die Führung 48 ist
Teil der Gurtspule 12, und der Abschnitt 53 hat
einen kleineren Durchmesser als ein Abschnitt 55 der Führung 48.
Wenn die Verzahnung 50 des Torsionsstabes 46 an
der Verzahnung 52 der Führung 48 angreift,
ist der Torsionsstab 46 an seinem rechten axialen Ende drehfest
mit der Gurtspule 12 gekoppelt.
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Im
hohlen Innenraum der Gurtspule 12 ist ein Torsionsrohr 54,
das den Torsionsstab 46 umgibt, axial verschieblich aufgenommen.
Das (bezüglich 1)
linke axiale Ende des Torsionsrohres 54 ist drehfest mit
der ersten Scheibe 22 gekoppelt. An seinem (bezüglich 1)
rechten axialen Ende ist das Torsionsrohr 54 verschieblich
in der Führung 48 aufgenommen.
Das rechte axiale Ende des Torsionsrohres 54 hat eine Verzahnung 56,
die in Eingriff mit einer Verzahnung 58 am Abschnitt 55 der
Führung 48 gelangen
kann. Wenn die Verzahnung 56 des Torsionsrohres 54 an
der Verzahnung 58 der Führung 48 angreift,
ist das Torsionsrohr 54 an seinem rechten axialen Ende
drehfest mit der Gurtspule 12 gekoppelt.
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Im
folgenden wird auf die Funktionsweise des Gurtaufrollers eingegangen.
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Im
fahrzeugsensitiv oder gurtbandsensitiv ausgelösten Sperrfall kann der Blockiermechanismus 26 mit
den Sperrklinken 24, 30 entweder die erste Scheibe 22 oder
die zweite Scheibe 28 oder beide Scheiben 22, 28 gleichzeitig
sperren. Auch können die
Kraftbegrenzer zu unterschiedlichen Zeitpunkten zugeschaltet werden,
was die Kennlinie beeinflußt und
worauf im folgenden eingegangen wird.
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Werden
im fahrzeugsensitiv oder gurtbandsensitiv ausgelösten Sperrfall beide Scheiben
22,
28 durch
den Blockiermechanismus
26 am Rahmen
10 drehfest
blockiert und ist der Torsionsstab
46 so axial verstellt,
daß die
Verzahnung
50 des Torsionsstabes
46 an der Verzahnung
52 der
Führung
48 angreift, wird
der Torsionsstab
46 verdrillt, wenn eine Kraft auf die
Gurtspule
12 wirkt, die größer als das Torsionswiderstandsmoment
des Torsionsstabes
46 ist. Die Verdrillung des Torsionsstabes
46 führt zu einer
Drehung der Gurtspule
12 relativ zu den beiden Scheiben
22,
28.
Bei einer Drehung der Gurtspule
12 relativ zur linken Scheibe
22 zerspant
der Schneidkörper
36 Material
des Wulstes
38. Der rechte Schneidkörper
42 kann durch
den nicht gezeigten Anschlag, der in der
DE 103 43 534 A1 ausführlich beschrieben
ist, nach etwa einer Drehung der Gurtspule
12 relativ zur Scheibe
28 von
360° in
seine Kraftbegrenzungsposition bewegt werden, in der er Material
der Gurtspule
12 zerspant. Der Anschlag ist dabei an der
der Scheibe
28 zugewandten Stirnfläche der Gurtspule
12 angeordnet.
Der Anschlag greift nach einer Drehung der Gurtspule
12 relativ
zur Scheibe
28 von etwa 360° am Schneidkörper
42 an und stößt ihn über eine schiefe
Ebene der Scheibe
28 in seine Kraftbegrenzungsposition.
Bei einer weiteren Drehung der Gurtspule
12 relativ zur
Scheibe
28 wird das Material des Wulstes
44 zerspant.
Der Anschlag bewirkt also ein Zuschalten des Schneidkörpers
42 nach
einer bestimmten Zeit.
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In
dem in 2 gezeigten Diagramm ist die Kraft F über die
Gurtbandabzugslänge
s aufgetragen. Dabei weist die mit 1 bezeichnete Linie
das Basisniveau auf, das erreicht wird, wenn der Torsionsstab 46 drehfest
mit der Gurtspule 12 gekoppelt ist (BN 1). Der Kraftverlauf,
der beim Spanen des Schneidkörpers 36 erreicht
wird, ist mit S1 bezeichnet, während
der Kraftverlauf, der beim Spanen des Schneidkörpers 42 erreicht
wird, mit S2 bezeichnet ist. Der Schneidkörper 42 gelangt erst
nach einer bestimmten Zeit durch den Anschlag in die Kraftbegrenzungsposition,
in der er Material der Gurtspule 12 zerspant.
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Auch
kann anstelle des Torsionsstabes 46 das Torsionsrohr 54 drehfest
mit der Gurtspule 12 gekoppelt werden, indem das Torsionsrohr 54 so
verstellt wird, daß es
an der Verzahnung 58 der Führung 48 angreift.
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Nach
Blockierung der beiden Scheiben 22, 28 und sobald
eine Kraft auf die Gurtspule 12 wirkt, die größer als
das Torsionswiderstandsmoment des Torsionsrohres 54 ist,
wird das Torsionsrohr 54 verdrillt, was zu einer Drehung
der Gurtspule 12 relativ zu den Scheiben 22, 28 und
einem Gurtbandauszug führt.
Wie bereits beschrieben, zerspant der Schneidkörper 36 bei einer
Drehung der Gurtspule 12 relativ zur Scheibe 22 den
Wulst 38. Nach einer bestimmten Drehung der Gurtspule 12 relativ
zur Scheibe 28 wird der Schneidkörper 42 durch den
Anschlag in die Kraftbegrenzungsposition bewegt, und der Wulst 44 bei
einer weiteren Drehung der Gurtspule 12 relativ zur Scheibe 28 durch
den Schneidkörper 42 zerspant.
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Es
ergibt sich dann eine Kennlinie, wie sie in 2 mit 2 bezeichnet
ist. Das Basisniveau (BN 2) ist höher als das Basisniveau der
Kennlinie 1 (BN 1), da das Torsionswiderstandsmoment des
Torsionsrohres 54 größer als
das des Torsionsstabes 46 ist.
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Auch
könnten
sowohl der Torsionsstab 46 als auch das Torsionsrohr 54 axial
so verschoben werden, daß beide,
der Torsionsstab 46 und das Torsionsrohr 54, drehfest
mit der Gurtspule 12 gekoppelt sind.
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Nach
Blockierung der beiden Scheiben 22, 28 und sobald
die Kraft, die auf die Gurtspule 12 wirkt, größer als
das Torsionswiderstandsmoment des Torsionsstabes 46 und
des Torsionsrohres 54 ist, werden der Torsionsstab 46 und
das Torsionsrohr 54 verdrillt, was zu einer Drehung der
Gurtspule 12 relativ zu den Scheiben 22, 28 und
einem Gurtbandauszug führt.
Wie bereits beschrieben, zerspant der Schneidkörper 36 bei einer
Drehung der Gurtspule 12 relativ zur Scheibe 22 den
Wulst 38. Nach einer bestimmten Drehung der Gurtspule 12 relativ
zur Scheibe 28 wird der Schneidkörper 42 durch den
Anschlag in die Kraftbegrenzungsposition bewegt, und der Wulst 44 bei
einer weiteren Drehung der Gurtspule 12 relativ zur Scheibe 28 durch
den Schneidkörper 42 zerspant.
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Es
ergibt sich dann eine Kennlinie, wie sie in 2 mit 3 bezeichnet
ist. Das Basisniveau der Kennlinie (BN 3) entspricht dabei dem Torsionswiderstandsmoment
des Torsionsstabes 46 und des Torsionsrohres 54.
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Alle
drei Kennlinien haben gemeinsam, daß der Schneidkörper 42 (S2)
nach einer bestimmten Gurtbandabzugslänge hinzugeschaltet wird. Ferner sind
die Kennlinien progressiv.
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Wenn
nur eine der beiden Scheiben 22, 28 gesperrt wird,
tritt keine Drehung der Gurtspule 12 relativ zu der nicht
gesperrten Scheibe 22, 28 auf, wodurch ein Einschneiden
des jeweiligen Schneidkörpers 36, 42 verhindert
wird. Dadurch ändert
sich die Kennlinie des Gurtaufrollers.
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Der
Torsionsstab 46 und das Torsionsrohr 54 können beispielsweise
durch einen pyrotechnischen, elektrischen oder magnetischen Aktuator
(nicht gezeigt) axial in der Führung 48 verschoben
werden.
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Die 3 und 3a zeigen
eine zweite Ausführungsform
des Gurtaufrollers, wobei die 4 und 5 mögliche Kennlinien
des Gurtaufrollers zeigen. Für
die aus der ersten Ausführungsform
bekannten Bauteile werden dieselben Bezugszeichen verwendet, und
es wird insoweit auf die obigen Erläuterungen verwiesen.
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Die
Ausführungsform
unterscheidet sich von der in 1 gezeigten
Ausführungsform
darin, daß das
Torsionsrohr 54 immer drehfest an seinem (bezüglich 3)
rechten axialen Ende mit der Gurtspule 12 gekoppelt ist.
Der Torsionsstab 46 ist axial innerhalb der Gurtspule 12 und
des Torsionsrohres 54 verschieblich aufgenommen.
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Im
fahrzeugsensitiv oder gurtbandsensitiv ausgelösten Sperrfall werden die beiden
Scheiben 22, 28 blockiert. Die Verzahnung 50 des
Torsionsstabes 46 greift nicht an der Verzahnung 52 der
Führung 48 an.
Sobald dann eine Kraft auf die Gurtspule 12 wirkt, die
größer als
das Torsionswiderstandsmoment des Torsionsrohres 54 ist,
wird das Torsionsrohr 54 allein verdrillt, was zu einer
Drehung der Gurtspule 12 relativ zu den Scheiben 22, 28 und
einem Gurtbandauszug führt.
Aufgrund der Drehung der Gurtspule 12 relativ zur Scheibe 22 erfolgt
wie bereits beschrieben das Zerspanen des Wulstes 38 durch den
Schneidkörper 36.
Nach einer bestimmten Umdrehung wird der Schneidkörper 42 durch
den Anschlag in die Kraftbegrenzungsposition bewegt. Bei einer Drehung
der Gurtspule 12 relativ zur Scheibe 28 erfolgt
dadurch das Zerspanen des Wulstes 44 durch den Schneidkörper 42.
Es ergibt sich eine Kennlinie, wie sie in 4 gezeigt
ist, mit einem Basisniveau (BN 1), das dem Widerstandsmoment des Torsionsrohres 54 entspricht.
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Sind
jedoch nach Blockierung der beiden Scheiben 22, 28 im
fahrzeugsensitiv oder gurtbandsensitiv ausgelösten Sperrfall das rechte Ende
des Torsionsstabes 46 und das rechte Ende des Torsionsrohres 54 an
die Gurtspule 12 gekoppelt, werden der Torsionsstab 46 und
das Torsionsrohr 54 verdrillt, sobald eine Kraft auf die
Gurtspule 12 wirkt, die größer als das Torsionswiderstandsmoment
des Torsionsstabes 46 und des Torsionsrohres 54 ist.
Es ergibt sich dann ein Basisniveau (BN 2), wie es in 5 gezeigt
ist.
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Alternativ
kann die Kennlinie des Gurtaufrollers geändert werden, indem nur eine
der beiden Scheiben 22, 28 gesperrt wird. Dann
tritt nämlich
keine Drehung der Gurtspule 12 relativ zu der jeweiligen Scheibe 22, 28 auf,
und ein Einschneiden des jeweiligen Schneidkörpers 36, 42 wird
verhindert.
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In 6 ist
der Gurtaufroller in einer dritten Ausführungsform gezeigt, wobei 7 eine
mögliche
Kennlinie dieses Gurtaufrollers zeigt. Für die aus der ersten Ausführungsform
bekannten Bauteile werden dieselben Bezugszeichen verwendet, und
es wird insoweit auf die obigen Erläuterungen verwiesen.
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Die
in 6 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich
von der in 1 gezeigten Ausführungsform
darin, daß kein
Torsionsrohr 54 den Torsionsstab 46 umgibt. In 6 ist
nur der Torsionsstab 46 axial verschieblich in der Gurtspule 12 aufgenommen.
Der Torsionsstab 46 weist wiederum die Verzahnung 50 auf,
die in Eingriff mit der Verzahnung 52 der Führung 48 gelangen
kann.
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Die
Funktionsweise der dritten Ausführungsform
entspricht der der ersten, das heißt wiederum können entweder
beide Scheiben 22, 28 gleichzeitig, die erste
Scheibe 22 allein oder die zweite Scheibe 28 allein
gesperrt werden. Der Torsionsstab 46 kann axial so verstellt
werden, daß er
drehfest mit der Gurtspule 12 gekoppelt ist, so daß der Torsionsstab 46 verdrillt
wird, wenn eine Kraft auf die Gurtspule 12 wirkt, die größer als
das Torsionswiderstandsmoment des Torsionsstabes 46 ist.
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Die
Kraftbegrenzungskennlinie kann einen Abschnitt progressiv ansteigender
Kraft aufweisen, wobei ein Grenzwert M bestimmt werden kann, ab dem
die Gurtkräfte
absinken, oder einen degressiven Abschnitt haben. Eine Kraftbegrenzungskennlinie
mit degressivem Verlauf, bei der also das Kraftniveau mit zunehmender
freigegebener Gurtbandlänge
absinkt, ergibt einen optimierten Insassenschutz in Kombination
mit einer aufblasbaren Rückhalteeinrichtung,
da mit einsetzender Rückhaltewirkung
der aufblasbaren Rückhalteeinrichtung
niedrigere Gurtkräfte
erwünscht
sind, um die Gesamtbelastung durch Gurtband und aufblasbare Rückhalteeinrichtung
zu optimieren.
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Durch
das Zuschalten der Kraftbegrenzer und das Sperren der Scheiben 22, 28 kann
also die Kennlinie eines Gurtaufrollers verändert werden und so an den
Fahrzeuginsassen bzw. die Unfallschwere angepaßt werden.