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Die
Erfindung betrifft einen Gurtaufroller, der insbesondere zur Verwendung
in einem adaptiven Sicherheitsgurtsystem geeignet ist.
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Klassische
3-(Halte)Punkt-Gurtsysteme für einen Vordersitz besitzen üblicherweise
einen unteren Haltepunkt, der sich unterhalb eines Sitzes im Bereich
der B-Säule eines Kraftfahrzeugs befindet. Ein Gurtband
wird von diesem Haltepunkt über das Becken eines Fahrzeuginsassen
zu einem an einer Mittelkonsole angebrachten Gurtschloss durchgeführt.
Das Gurtband wird weiter über die Brust des Insassen zu
einem Umlenkpunkt auf Höhe des Halses des Insassen an der
B-Säule geführt, worauf es im wesentlichen parallel
an eine Innenseite der B-Säule zu einer Gurtrolle mit einem
Sperrsystem geführt wird, das auf verschiedene Art und
Weise ausgebildet sein kann.
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Precrash-Zusatzsystem,
wie Gurtstraffer, können das Gurtband unmittelbar vor einem
Crash straff ziehen, um den relativen Bremsweg des Insassen zu vergrößern.
Gurtstraffersysteme befinden sich üblicherweise am Gurtschloss
oder an der Gurtrolle. Die technischen Ausführungsformen
lassen sich in zwei Gruppen unterteilen: reversible und irreversible Systeme.
Irreversible Systeme sind nur einmal benutzbar, wobei die am weitesten
verbreitete Form der irreversiblen Systeme pyrotechnisch angetrieben wird.
Bei einer Auslösung des Gurtstraffers wird das Gurtband
angezogen, so dass der Fahrzeuginsasse in eine optimale Sitzposition
gezogen wird und das Gurtband danach straff am Körper anliegt.
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Im
Crashfall wird bei aktuellen Systemen das Sperrsystem durch einen
Mechanismus, entweder mechanisch, beispielsweise durch eine Kliniken-, Fliehkraft-
oder Trägheitsvorrichtung, oder elektronisch durch eine
Steuereinheit, beispielsweise in Reaktion auf ein entsprechendes
Signal eines Beschleunigungssensors eingeschaltet.
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Um
durch das Sicherheitsgurtsystem verursachten Verletzungen vorzubeugen,
ist üblicherweise ferner ein Gurtkraftbegrenzer vorgesehen,
der die von dem Gurtband auf den Fahrzeuginsassen aufgebrachte Krafteinwirkung,
beispielsweise durch eine Verformung eines Torsionsstabs ab einer
vorbestimmten Gurtkraft, begrenzt. Nach Auslösung des Sperrsystems
wird der Kraftfluss in dem Sicherheitsgurtsystem über den
Torsionsstab geleitet, der sich, wie oben erwähnt, ab einer
vorbestimmten Gurtlast verformt und somit die von dem Gurtband auf
den Fahrzeuginsassen aufgebrachte Krafteinwirkung begrenzt. Solche
Torsionsstäbe werden üblicherweise speziell für
ein Fahrzeug konstruiert und gefertigt. Für eine Verformung
des Torsionsstabes lassen sich häufig nur maximal zwei
unterschiedliche Kraftniveaus einstellen. Hierzu wird üblicherweise
auf Durchschnittswerte für Größe und
Gewicht eines Fahrzeuginsassen, die Sitzposition, die Fahr- und Crashsituation
etc. zurückgegriffen.
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Bei
derartigen Sicherheitsgurtsystemen besteht infolgedessen die Gefahr,
dass beispielsweise bei sehr leichtgewichtigen Fahrzeuginsassen
im Crashfall das Gurtkraftniveau für eine ausreichende Verformung
des Torsionsstabs nicht erreicht wird. Dies führt zu einer überhöhten
Krafteinwirkung des Gurtes mit der Folge einer gesteigerten Verletzungsgefahr
des Kopf- und Brustbereichs. Umgekehrt kann beispielsweise bei schwergewichtigen
Fahrzeuginsassen die Abbremswirkung des Gurtsystems ungenügend
sein, so dass das Risiko besteht, dass diese Personen bei einem
Crash auf das Lenkrad aufprallen. Darüber hinaus sind solche
Systeme nicht in der Lage, auf eine Veränderung anderer
Parameter, wie zum Beispiel eine Fehlposition eines Fahrzeuginsassen
oder spezifische Fahr- oder Crashsituationen zu reagieren.
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In
der vorangemeldeten deutschen Patentanmeldung
DE 10 2005 041 101.0 der Anmelderin ist
daher ein adaptives Sicherheits gurtsystem vorgeschlagen, das eine
individuelle Steuerung der im Crashfall von dem Gurtband auf einen
Fahrzeuginsassen aufgebrachten Krafteinwirkung ermöglicht. Dieses
Sicherheitsgurtsystem umfasst eine durch einen Aktuator (Elektromotor)
betätigbare Bremsanordnung zur Abbremsung einer Bewegung
des Gurtbands. Diese Bremsanordnung ist mit einer Anordnung zur
Selbstverstärkung der vom Aktuator erzeugten Betätigungskraft
ausgestattet. Hierzu kann, wie dort beschrieben, eine Keilanordnung
oder eine Kugel-Rampen-Anordnung verwendet werden. Weiterhin ist
der Aktuator mit einer elektronischen Steuereinheit verbunden, die
dazu eingerichtet ist, den Aktuator in Abhängigkeit mindestens
eines insassenspezifischen und/oder situationsspezifischen Parameters
zu steuern. Solche Parameter stellen beispielsweise das Gewicht
eines Insassen, die Sitzposition eines Insassen, die Geschwindigkeit
des Kraftfahrzeugs, einen Crashpuls bei einem Crash oder die Umgebungssituation
charakterisierende Parameter (zum Beispiel Temperatur, Straßenbeschaffenheit, Beschaffenheit
eines Hindernisses) dar. In Abhängigkeit von einem oder
mehreren dieser Parameter ermittelt die elektronische Steuereinheit
beispielsweise eine zeitabhängige Sollkennlinie, gemäß derer
der Vorgang der Abbremsung der Abwickelbewegung des Gurtbandes von
der Gurtrolle gesteuert wird. Bezüglich Einzelheiten eines
solchen von der Anmelderin vorgeschlagenen adaptiven Sicherheitsgurtsystems
sei ausdrücklich auf die genannte Anmeldung verwiesen.
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Weiterhin
ist aus der vorangemeldeten deutschen Patentanmeldung
DE 10 2005 041 098.7 der Anmelderin
ein Gurtaufroller bekannt, der sich für ein oben beschriebenes
adaptives Sicherheitsgurtsystem eignet. Eine besondere Ausführungsform
dieses Gurtaufrollers wird im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen
näher erläutert werden. Ein derartiger Gurtaufroller
weist eine um eine Drehachse drehbar gelagerte Gurtrolle auf, um
die der Gurt gewickelt ist. Mit der Gurtrolle ist ein Drehglied
drehfest gekoppelt. Bei dem Drehglied handelt es sich insbesondere
um eine axial verschiebbare Bremsscheibe, die sich bei einer Drehbewegung
mit der Gurt rolle mitdreht. Um den Gurtbandauszug (im Crash-Fall) abzubremsen,
wird die Drehbewegung des Drehglieds abgebremst, indem ein Bremsbelag
gegen die Bremsscheibe bzw. das Drehglied gedrückt wird.
Zur axialen Verstellung dieses Bremsbelags, der fest auf einem Trägerteil,
wie einer Keilscheibe, montiert ist, dient ein Aktuator, der eine
Betätigungskraft erzeugt. Die vom Aktuator erzeugte Betätigungskraft
wird auf das genannte (aktive) Trägerteil ausgeübt
und auf eine Anordnung zur Selbstverstärkung dieser Betätigungskraft
geleitet. Hierbei laufen in einer besonderen Ausführungsform
der entsprechenden Kraftverstärkungselemente keilförmige
Flächen eines zweiten (passiven) Trägerteils,
das fest mit dem Gehäuse verbunden ist, auf keilförmigen
Flächen des ersten (aktiven) Trägerteils ab, wobei
Wälzkörper zwischen den keilförmigen
Flächen zur Reibungsverminderung eingesetzt sein können.
Hierdurch werden die Trägerteile bzw. die zugehörigen
Keilscheiben auseinandergespreizt und das aktive Trägerteil
mit seinem Bremsbelag axial (d. h. parallel zur Drehachse der Bremsscheibe)
zur Bremsscheibe hingedrückt. Gelangt der Bremsbelag mit
der Bremsscheibe in Eingriff, wird das aktive Trägerteil
auf Grund der Reibkraft von der rotierenden Gurtrolle mitgezogen.
Dieser Effekt bildet eine Selbstverstärkung in der Form aus,
dass durch das Mitziehen des aktiven Trägerteils dieses
weiter zustellen wird und somit der zugehörige Bremsbelag
verstärkt gegen die Bremsscheibe drücken wird.
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Die
in den genannten vorangemeldeten Patentanmeldungen beschriebenen
Gurtaufroller bzw. Sicherheitsgurtsysteme sind nicht bezüglich
einer Rückholung des Gurtes oder einer Gurtstraffung ausgelegt.
Die dort beschriebene Antriebseinheit kann lediglich das aktive
Trägerteil bzw. die aktive Keilscheibe des selbstverstärkenden
Bremsmechanismus verstellen, um eine Drehbewegung der Gurtrolle abzubremsen
und somit ein Abwickeln des Gurtes von der Gurtrolle zu hemmen.
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Aus
dem Stand der Technik sind, wie bereits eingangs beschrieben, eigene
Mechanismen für die Gurtstraffung bekannt.
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Zur
Rückholung des Gurtbandes und auch zum Straffhalten des
Gurtes an den Insassen werden bisher üblicherweise lange
Spiralfedern benutzt. Durch das lange Gurtband und die Forderung
nach einer nahezu konstanten Rückzugskraft des Gurtes über
die gesamte Gurtlänge sind solche aktuellen Spiralfedern
sehr breit und lang. Sie nehmen also in dem sehr begrenzten Bauraum
des Gurtsystems ein großes Volumen ein. Zudem ist eine
genaue Abstimmung notwendig, um die Kraft, mit der das Gurtband straff
gehalten wird, einzustellen.
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Aufgabe
vorliegender Erfindung ist es daher, einen neuartigen Gurtaufroller,
insbesondere für ein adaptives Sicherheitsgurtsystem bereitzustellen,
mit dem es möglich ist, eine Rückholung des Gurtes und/oder
eine Gurtstraffung zusammen mit einer geregelten Abbremsung der
Gurtausgabe zu realisieren.
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Vorteile der Erfindung
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Diese
Aufgabe wird durch einen Gurtaufroller gemäß Anspruch
1 und die Verwendung eines solchen Gurtaufrollers gemäß Anspruch
9 gelöst, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen in den Unteransprüchen
und der nachfolgenden Beschreibung angegeben sind.
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Ein
erfindungsgemäßer Gurtaufroller weist eine um
eine Drehachse drehbar gelagerte Gurtrolle, ein mit der Gurtrolle
drehfest gekoppeltes Drehglied, einen Aktuator zur Erzeugung einer
Betätigungskraft und eine Anordnung zur Selbstverstärkung
der von dem Aktuator erzeugten Betätigungskraft auf, wobei diese
Anordnung ein erstes und ein zweites Trägerteil mit Kraftverstärkungselementen
aufweist, wobei in Folge einer auf das erste Trägerteil
wirkenden Betätigungskraft dieses relativ zum zweiten Trägerteil
in einer ersten Richtung verdrehbar ist, um abhängig vom
Grad dieser Verdrehung auf das Dreh glied eine (i. w. axiale) Bremskraft
auszuüben. Weiterhin sind das erste und das zweite Trägerteil
zusammen drehbar (um dieselbe Achse) gelagert, wobei ein Sperrmechnismus
vorgesehen ist, der eine Drehung des zweiten Trägerteils
in die genannte erste Richtung weitgehend verhindert, so dass in
Folge dessen das zweite Trägerteil bezüglich der
ersten Verdrehrichtung ortsfest angeordnet ist. Weiterhin ist ein
Mitnahmemechanismus vorgesehen, der eine Drehung des ersten und/oder
zweiten Trägerteils in eine zweite Richtung, die der ersten
Richtung im wesentlichen entgegengesetzt ist, mit einer Drehung
des Drehglieds koppelt. Wird folglich eines der beiden Trägerteile
(oder beide) in die genannte zweite Richtung verdreht, so führt
dies zu einer Zwangsmitnahme des Drehglieds, das sich daraufhin
in dieselbe Richtung bewegt.
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Der
erfindungsgemäße Gurtaufroller kombiniert somit
die eingangs geschilderte Funktion einer kontrollierten Abbremsung
bei der Gurtausgabe mit der Funktion einer Gurtrückholung
und/oder Gurtstraffung.
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Zum
Abbremsen der Gurtausgabe ist ein Aktuator zur Erzeugung einer Betätigungskraft
sowie eine Anordnung zur Selbstverstärkung dieser Betätigungskraft
vorhanden, wobei die auf das erste Trägerteil der Selbstverstärkungsanordnung
wirkende Betätigungskraft zu einer Verdrehung des Trägerteils führt,
die mittels der aufeinander abgleitenden Kraftverstärkungselemente
der Trägerteile in eine auf das Drehglied wirkende Bremskraft
umgewandelt wird. Die Bremse wirkt selbstverstärkend, da
aufgrund der Drehung des Drehglieds und der Reibung zwischen Trägerteil
und Drehglied das erste Trägerteil in Drehrichtung mitgenommen
wird, wodurch es weiter zustellt und die Reibung und damit die Bremskraft
verstärkt.
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Eine
mögliche Ausführungsform eines solchen Gurtaufrollers
mit der Funktion des kontrollierten Abbremsens des Gurtauszugs wurde
ausführlich in der Beschreibungseinleitung erläutert.
Ein solcher Gurtaufroller ist nunmehr um die Funktion der Rückholung
des Gurtes bzw. der Gurtstraffung erweitert, indem das zweite, ursprünglich
ortsfeste Trägerteil nunmehr zusammen mit dem ersten Trägerteil
drehbar gelagert ist. Ein Sperrmechanismus verhindert eine Drehung
dieses zweiten Trägerteils in die genannte erste Richtung,
die im folgenden auch als Bremsrichtung bezeichnet werden wird.
Die Bremsrichtung stimmt mit der Richtung des Gurtauszugs überein.
Der Sperrmechanismus arretiert das zweite Trägerteil jedoch
nicht bezüglich einer entgegengesetzten zweiten Richtung,
die im folgenden auch als Aufrollrichtung bezeichnet werden wird.
Da beide Trägerteile um die selbe Achse drehbar gelagert sind,
ist es somit möglich, eines der beiden Trägerteile
(oder beide) mittels eines Aktuators in Aufrollrichtung anzutreiben,
wobei mittels des genannten Mitnahmemechanismus diese Drehbewegung
zu einer zwangsweisen Drehung des Drehglieds führt, so dass
auch das Drehglied in die entgegengesetzte Richtung rotiert, was
wiederum ein Aufrollen des Gurtes auf die Gurtrolle zur Folge hat.
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Der
erfindungsgemäße Gurtaufroller kann die folgenden
zweckmäßigen Ausgestaltungen aufweisen: Zweckmäßigerweise
sind die beiden Trägerteile der Selbstverstärkungsanordnung
drehbar um dieselbe Drehachse gelagert wie die Gurtrolle. Jedes Trägerteil
kann eine Keilscheibe tragen, mit einer solchen Keilscheibe verbunden
oder mit ihr einstückig ausgebildet sein, wobei als Kraftverstärkungselemente
auf dieser Keilscheibe bzw. dem Trägerteil Keile oder Rampen
eines bestimmten Steigungswinkels ausgebildet sind. Die Keile oder
Rampen sind auf den beiden Trägerteilen komplementär
zueinander ausgebildet. Zwischen gegenüberliegenden Keilen
kann zur Verminderung der Reibungskraft ein Wälzkörper
vorhanden sein. Zwischen gegenüberliegenden Rampen befinden
sich üblicherweise Kugeln, die in gegenüberliegenden
Rampen laufen. Derartige selbstverstärkende Anordnungen
sind aus dem Stand der Technik bekannt und sollen daher im Rahmen
vorliegender Anmeldung nicht im Detail erläutert werden.
Hierzu sei auch auf die Ausführungsbeispiele und den dort
zitierten Stand der Technik hingewiesen. Das erste Trägerteil
(im folgenden auch als aktives Trägerteil bezeichnet) wird
mittels der selbstverstärkenden Anord nung in axiale Richtung
auf das Drehglied, üblicherweise eine Bremsscheibe, verschoben,
wobei zur Ausübung einer Bremskraft sinnvollerweise ein
Bremsbelag auf der dem Drehglied zugewandten Seite des ersten Trägerteils
vorhanden ist. Bei dem Aktuator zur Erzeugung einer Betätigungskraft,
die auf das aktive Trägerteil wirkt, handelt es sich in
der Regel um einen Elektromotor, eventuell mit einer Übersetzung
(beispielsweise Zahnradgetriebe). In einem die Drehachse enthaltenden
Querschnitt des Gurtaufrollers sind zweckmäßigerweise Gurtrolle,
Drehglied (Bremsscheibe) sowie das erste und zweite Trägerteil
im wesentlichen parallel zueinander angeordnet.
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Der
genannte Aktuator zur Erzeugung einer Betätigungskraft,
die zu einer Auslenkung des aktiven Trägerteils in Bremsrichtung
führt (im folgenden auch als Aktuator zur Erzeugung einer
Betätigungskraft in Bremsrichtung bezeichnet) kann auch
dafür eingesetzt werden, eines der Trägerteile
in die genannte zweite (entgegengesetzte) Richtung zu drehen. Es
kann hierfür aber auch ein gesonderter Aktuator vorgesehen
sein. Die entsprechende Betätigungskraft zur Drehung in
die genannte zweite Richtung kann auf einen der beiden oder auf
beide Trägerteile wirken. Zur Vereinfachung der Konstruktion ist
es jedoch sinnvoll, den bereits vorhandenen Aktuator zu verwenden,
der auf das aktive Trägerteil dann auch eine Betätigungskraft
in die zweite (Aufroll-)Richtung ausübt. Im allgemeinen
kann es sinnvoll oder notwendig sein, beide Trägerteile
zur Drehung in die Aufrollrichtung miteinander zu koppeln. Es sind
jedoch auch Konstruktionen denkbar, bei denen beim Antreiben eines
der beiden Trägerteile das andere automatisch zwangsmitgeführt
wird.
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Der
genannte Sperrmechanismus, der eine Drehung des zweiten Trägerteils
(im folgenden auch als passives Trägerteil bezeichnet)
in die erste Richtung (Bremsrichtung) verhindern soll, kann mit
Vorteil eine Kerben-Klinken-Anordnung umfassen, durch die das zweite
(passive) Trägerteil mit der ortsfesten Umgebung (Gehäuse)
fest verbunden wird, sobald eine Drehung dieses Trägerteils
in Bremsrichtung einsetzt (oder zumindest nach einem vorbestimmten
Drehweg in Bremsrichtung). Die Kerben-Klinken-Anordnung kann hierzu
eine Klinke aufweisen, die am zweiten Trägerteil angeordnet
ist und bei Drehung des Trägerteils in Bremsrichtung in
eine entsprechend ausgeformte Kerbe im Gehäuse einrastet.
Selbstverständlich kann auch die Klinke am Gehäuse
und die Kerbe am Trägerteil vorgesehen sein. Bei einer
Drehung in die entgegengesetzte Richtung bleibt die Kerben-Klinken-Anordnung
inaktiv. Das Einrasten der Klinke in die Kerbe kann durch eine Federkraft oder
(elektro-)magnetisch vermittelt werden.
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Der
Mitnahmemechanismus kann in einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung
eine Hebel-Anordnung umfassen, durch die zumindest das in die zweite
(Aufroll-)Richtung gedrehte Trägerteil zusammen mit dem
Drehglied (Bremsscheibe) drehfest gekoppelt wird. Hierzu greift
bei Drehung des betreffenden Trägerteils in die zweite
Richtung ein beispielsweise in einem der beiden Trägerteile
drehbar gelagerter Hebel in eine entsprechende Ausnehmung des Drehglieds
(der Bremsscheibe) ein. Die Aktivierung des Mitnahmemechanismus
kann wiederum bei einer Drehung des betreffenden Trägerteils
in die zweite Richtung mittels einer Federkraft oder einer (elektro-)magnetischen
Kraft erfolgen. Der Hebel kann auch umgekehrt am oder im Drehglied
gelagert sein und bei Aktivierung des Mitnahmemechanismus in eine
entsprechende Ausnehmung in einem oder beiden Trägerteilen
eingreifen. Es ist in diesem Zusammenhang zweckmäßig,
wenn beide Trägerteile durch den Mitnahmemechanismus miteinander
(und mit dem Drehglied) gekoppelt werden. Hierzu kann ein Hebel
in oder an der nicht angetriebenen Keilscheibe (dem passiven Trägerteil)
derart drehbar gelagert sein, dass bei einer Bewegung der angetriebenen Keilscheibe
(dem aktiven Trägerteil) beispielsweise durch eine entsprechende
Führungsnut an der angetriebenen Keilscheibe eine Mitnahme
und ein Ausschwenken des Hebels erfolgt, bis das eine Ende des Hebels
in eine entsprechende Ausnehmung im Drehglied (der Bremsscheibe)
eingreift. Der Hebel verbindet dann beide Trägerteile und
das Drehglied und steht im wesentlichen mit seiner Längsachse
parallel zur Drehachse.
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In
einer zweiten bevorzugten Ausgestaltung stellt der Mitnahmemechanismus
seinerseits eine Anordnung zur Selbstverstärkung einer
in die zweite (Aufroll-)Richtung wirkenden Betätigungskraft
dar. Hierzu kann eine weitere selbstverstärkende Anordnung
vorgesehen sein oder die vorhandene Anordnung entsprechend ergänzt
werden, um bei einer Drehung eines der Trägerteile in die
zweite Richtung einen entsprechenden Bremseffekt auf das Drehglied
(die Bremsscheibe) zu erzielen. Hierzu kann es sinnvoll sein, die
jeweiligen Keilwinkel für eine Verdrehung in Bremsrichtung
und eine solche in Aufrollrichtung jeweils unterschiedlich zu gestalten.
Entsprechend weisen das erste und zweite Trägerteil Kraftverstärkungselemente
auf, mittels derer eine auf eines der Trägerteile wirkende
Betätigungskraft einen Reibschluss mit dem Drehglied herstellen
kann. Bei dieser Ausgestaltung wird folglich die Kopplung mit dem
Drehglied nicht über einen Formschluss (wie bei der Hebel-Anordnung),
sondern durch einen Reibschluss (ähnlich wie beim Abbremsen
des Drehglieds) hergestellt. Diese Ausgestaltung des Mitnahmemechanismus
setzt lediglich die Erweiterung einer selbstverstärkenden
Bremsanordnung in beide möglichen Drehrichtungen voraus
und vermeidet den Einsatz weiterer konstruktiver Elemente.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt vorliegender Erfindung, der alternativ oder zusätzlich
zur bisher geschilderten Erfindung eingesetzt werden kann, wird
ein Gurtaufroller vorgeschlagen, der eine um eine Drehachse drehbar
gelagerte Gurtrolle, ein mit der Gurtrolle drehfest gekoppeltes
Drehglied, einen Aktuator zur Erzeugung einer Betätigungskraft
sowie eine Anordnung zur Selbstverstärkung der vom Aktuator
erzeugten Betätigungskraft aufweist, wobei diese Anordnung
wiederum ein erstes und ein zweites Trägerteil mit Kraftverstärkungselementen
aufweist, wobei in Folge einer auf das erste Trägerteil
wirkenden Betätigungskraft dieses Trägerteil relativ
zum zweiten Trägerteil in einer ersten Richtung verdrehbar
ist, um abhängig vom Grad dieser Verdrehung eine Bremskraft
auf das Drehglied auszuüben. Bei dieser Grundkonstruktion
des Gurtaufrollers wird nunmehr vorgeschlagen, beide Trägerteile
mit einem Bremsbelag zu versehen, wobei der Bremsbelag des ersten
Trägerteils benachbart zu einer ersten Seite des Drehglieds
angeordnet ist und das erste Trägerteil sowie das Drehglied
jeweils eine Durchgangsöffnung aufweisen, über
die der Bremsbelag des zweiten Trägerteils, der benachbart
zu einer zweiten, der ersten Seite abgewandten Seite des Drehglieds
angeordnet ist, mit dem zweiten Trägerteil zu verbinden ist.
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Üblicherweise
findet nämlich (bisher) bei der genannten Grundkonstruktion
eines Gurtaufrollers eine Abbremsung des Drehglieds zunächst
durch Eingriff des aktiven Trägerteils bzw. des darauf
befindlichen Reibbelags mit dem Drehglied statt, wobei in den meisten
Fällen das Drehglied schwimmend (d. h. beweglich in Richtung
der Drehachse) gelagert ist, so dass durch axiale Bewegung des Drehglieds
dessen andere Seite mit einem ortsfest angebrachten Reibbelag in
Kontakt treten kann, so dass das Drehglied bzw. die Bremsscheibe
von beiden Seiten abgebremst werden kann. Diese schwimmende Lagerung der
Bremsscheibe benötigt besonderen konstruktiven Aufwand
und entsprechenden Platz. Mit der vorgeschlagenen Lösung
ist eine platzsparende Konstruktion möglich, insbesondere
kann das Drehglied (die Bremsscheibe) in die Gurtrolle integriert
werden.
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Gemäß zweitem
Aspekt der Erfindung ist das aktive Trägerteil mit seinem
Bremsbelag neben dem Drehglied angeordnet. Das passive Trägerteil
befindet sich auf der dem Drehglied abgewandten Seite des aktiven
Trägerteils. Eine auf das aktive Trägerteil wirkende
Betätigungskraft führt zu einem Auseinanderspreizen
der Trägerteile, so dass der Bremsbelag des aktiven Trägerteils
in Richtung Drehglied bewegt wird, um schließlich auf das
Drehglied zu drücken. Der Bremsbelag auf der anderen Seite
des Drehgliedes ist über einen Durchgriff bzw. eine Durchgangsöffnung
mit dem passiven Trägerteil verbunden. Die Durchgangsöffnung
erstreckt sich demgemäß durch das aktive Trägerteil,
dessen Bremsbelag sowie das Drehglied.
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Bei
einem Auseinanderspreizen der Trägerteile kommt somit auch
der Bremsbelag des passiven Trägerteils mit dem Drehglied
in Kontakt und wird an dieses gedrückt. Eine schwimmende
Anordnung ist nicht notwendig, kann jedoch die Wirkungsweise erhöhen.
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Der
genannte zweite Aspekt der Erfindung kann insbesondere mit der geschilderten
Haupterfindung kombiniert werden, wobei bei dieser Konstruktion
der Mitnahmemechanismus immanent vorhanden ist. Wird nämlich
eines der beiden Trägerteile in die zweite (Aufroll-)Richtung
bewegt, kommt es automatisch zu einer zwangsweisen Mitführung
des Drehglieds (und des anderen Trägerteils). Die Mitnahme
kann allein durch die konstruktive Ausgestaltung der ineinander
eingreifenden Bremsbeläge bzw. deren Verbindungen zu den
Trägerteilen bewirkt werden. Es ist jedoch von Vorteil,
wenn zum Zwecke der Mitnahme eine Verdrehung eines Trägerteils
in Aufrollrichtung erfolgt, wodurch (wie bei der Gurtabbremsung)
das Drehglied von den Bremsbelägen eingespannt wird. Der
Sperrmechanismus kann wiederum beispielsweise durch eine Kerben-Klinken-Anordnung
gebildet werden.
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Es
ist sinnvoll, wenn die Bremsbeläge des ersten und zweiten
Trägerteils jeweils keilförmig in Richtung Drehglied
sich verjüngend ausgeführt sind, und wenn das
Drehglied zu den keilförmigen Bremsbelägen korrespondierende
keilförmige Einschnitte an den beiden Seiten des Drehglieds
aufweist. Die keilförmige Ausformung erhöht die
wirkenden Bremskräfte.
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Es
ist insbesondere zweckmäßig, wenn die Form der
Bremsbeläge der beiden Trägerteile und der beiden
Seiten des Drehglieds rotationssymmetrisch ausgebildet sind. Hierdurch
läßt sich ein effektives Abbremsen (Gurtabbremsung)
bzw. Einspannen (Gurtaufrollen) des Drehglieds unmittelbar in der
Umgebung der Drehachse erzielen. Außerdem kann eine kleinbauende
Konstruktion eingesetzt werden, die insbesondere unmittelbar mit
der Gurtrolle verbunden oder in die Gurtrolle integriert wer den
kann, so dass keine eigens ausgebildete Bremsscheibe benötigt
wird.
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Die
erfindungsgemäße Gurtrolle ist insbesondere zur
Verwendung in einem adaptiven Sicherheitsgurtsystem, wie es in der
Beschreibungseinleitung ausführlich geschildert wurde,
geeignet.
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Es
versteht sich, dass die genannten Merkmale der Erfindung nicht nur
in der hier angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen
oder in Alleinstellung eingesetzt werden können, ohne den
Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Um
die Erfindung und deren Vorteile näher zu erläutern,
werden im folgenden Ausführungsbeispiele vorgestellt, die
in den beigefügten Figuren schematisch illustriert sind.
Es zeigt
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1 schematisch
einen Gurtaufroller, wie er als Grundkonstruktion für einen
erfindungsgemäßen Gurtaufroller geeignet ist,
in einer speziellen Ausführungsform,
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2 eine
schematische Detailansicht einer ersten Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Gurtaufrollers,
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3 die
in 2 dargestellte Ausführungsform im Bremsmodus,
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4 die
in 2 dargestellte Ausführungsform im Aufrollmodus,
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5 eine
schematische Detailansicht einer zweiten Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Gurtaufrollers,
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6 die
in 5 dargestellte Ausführungsform im Bremsmodus,
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7 die
in 5 dargestellte Ausführungsform im Aufrollmodus
und
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8 eine
schematische Detailansicht einer dritten Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Gurtaufrollers.
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Zur
Abbremsung der Abwickelbewegung eines Gurtbandes setzt der erfindungsgemäße
Gurtaufroller eine Selbstverstärkungsanordnung ein, wie sie
bereits oben beschrieben wurde. Derartige selbstverstärkende
Bremsen sind an sich aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielsweise
ist in der
DE 101
64 317 C1 eine selbstverstärkende Bremse offenbart,
bei der zwei Trägerteile über eine selbstverstärkende
Kugel-Rampen-Anordnung miteinander verbunden sind. Da der Grundaufbau
eines erfindungsgemäßen Gurtaufrollers von einer
derartigen selbstverstärkenden Bremse Gebrauch machen kann,
seien Aufbau und Funktionsweise hier kurz erläutert. Bezüglich
Einzelheiten sei ausdrücklich auf die genannte Schrift
verwiesen, um nicht deren gesamten Inhalt in vorliegender Anmeldung
wiederzugeben.
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Die
auf einer Kugel-Rampen-Anordnung basierende selbstverstärkende
Bremse besteht im wesentlichen aus einem aktiven Trägerteil
und einem passiven Trägerteil, wobei beide Trägerteile
kreisringförmig ausgestaltet und parallel zueinander angeordnet
sein können. Auf der dem passiven Trägerteil abgewandten
Seite trägt das aktive Trägerteil einen Reibbelag,
um mit einer ebenfalls kreisringförmig ausgestalteten Bremsscheibe
beim Aktivieren der Bremse in Kontakt zu kommen und somit die Bremsscheibe
abzubremsen. Auf der dem passiven Trägerteil zugewandten
Seite weist das aktive Trägerteil rampenförmige
Führungen für Kugeln oder Zylinderrollen (allgemein:
Wälzkörper) auf, die sich zwischen den Trägerteilen
befinden. Entsprechende Laufbahnen sind auf der gegenüberliegenden
Seite des passiven Trägerteils eingelassen. Anstelle eines
Trägerteils kann auch jeweils ein Trägerteil mit
einer sogenannten Keilscheibe zum Einsatz kommen, wobei das eigentliche
Trägerteil dann die Keilscheibe trägt, in die
die entspre chenden Laufbahnen eingelassen sind. Bei dieser sogenannten
Kugel-Rampen-Anordnung ist das aktive Trägerteil relativ
zum passiven Trägerteil (Widerlager) in Winkelrichtung,
also um eine Drehachse herum verdrehbar. Diese Drehachse fällt
insbesondere mit derjenigen des abzubremsenden Bauteils zusammen.
Mittels eines Aktuators ist das aktive Trägerteil in Winkelrichtung
verdrehbar. Eine solche Verdrehung führt dazu, dass die
in der Ausgangsstelle am tiefsten Punkt der Rampe ruhenden Kugeln
sich die Rampe hinaufbewegen, wodurch der Abstand zwischen den beiden
Trägerteilen vergrößert wird. Dies wiederum
hat zur Folge, dass der sich auf der anderen Seite des aktiven Trägerteils
befestigte Reibbelag sich der Bremsscheibe nähert, um schließlich
mit ihr in Kontakt zu kommen und diese abzubremsen. Durch das Inkontaktkommen
des Reibbelags mit der Bremsscheibe wird das aktive Trägerteil
weiter in Rotationsrichtung der Bremsscheibe mitgeführt,
wodurch eine Selbstverstärkung der Bremswirkung begründet
ist.
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Gemäß der
genannten Druckschrift kann einer solchen selbstverstärkenden
Bremse ähnlich wie bei linearen selbstverstärkenden
Keilbremsen ein Keilwinkel α zugeordnet werden. Hierzu
sei nochmals explizit auf diese Druckschrift verwiesen. Abhängig
vom Keilwinkel α und dem Reibkoeffizienten μ (zwischen
Reibbelag und Bremsscheibe) kann der Selbstverstärkungsgrad
der Bremse eingestellt werden.
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Alternativ
zur geschilderten Kugel-Rampen-Anordnung lässt sich auch
eine Keilanordnung einsetzen, die mit Vorteil kreisförmig
ausgestaltet ist. Beispielsweise ist aus der
DE 198 19 564 C2 eine elektromechanische
Bremse für die Abbremsung eines Fahrzeugs mit einem elektrischen
Aktuator bekannt, der eine Betätigungskraft erzeugt, die
auf einen Keil wirkt, der im wesentlichen senkrecht zur Drehachse
verschoben wird. Dieser Keil gleitet an einem Widerlager entlang,
so dass sich eine weitere Verschiebungskomponente in Richtung der
Drehachse ergibt. Hierdurch wird eine Reibkraft gegen das abzubremsende
Bauteil erzeugt, wobei die hervorgerufene Bremskraft selbstverstärkend
ist, da der Keil durch die Dreh bewegung des abzubremsenden Körpers
mitgenommen wird, so dass die Bremskraft hierdurch verstärkt
wird. Bezeichnet F
ein die vom Aktuator auf
den Keil ausgeübte Betätigungskraft und F
b die Bremskraft, so gilt
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1 zeigt
nun einen möglichen Grundaufbau eines erfindungsgemäßen
Gurtaufrollers, wie er in der in der Beschreibungseinleitung bereits
erwähnten deutschen Patentanmeldung
DE 10 2005 041 098.7 (dort in
19) beschrieben ist. Es sei ausdrücklich
erwähnt, dass dieser Grundaufbau nur eine mögliche
Ausführungsform des Grundaufbaus eines erfindungsgemäßen
Gurtaufrollers darstellt und andere Grundkonstruktionen möglich
sind. Eine Vielfalt solcher Grundkonstruktionen ist in der genannten Patentanmeldung
beschrieben.
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1 zeigt
eine Ausführungsform eines Gurtaufrollers 10 mit
einer Gurtrolle 14, auf die ein Gurtband 16 aufgewickelt
ist. Die Gurtrolle 14 ist über eine Welle 12 drehfest
mit einer Bremsscheibe 18 verbunden, die das abzubremsende
Drehglied darstellt. Die Welle 12 ist axial verschiebbar
(schwimmend) gelagert. Ein ortsfester Träger 42 weist
drei Abschnitte 42', 42'', 42''' auf,
wobei der Abschnitt 42''' als zweites Trägerteil
bezeichnet werden soll. Das zweite Trägerteil 42''' ist
mit einem Lagerabschnitt 78 verbunden.
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Ein
Elektromotor 32 ist über eine Motorwelle 30 mit
einem Ritzel oder Zahnrad 28 verbunden, wobei das Zahnrad 28 durch
eine in dem Abschnitt 42'' ausgebildete Öffnung 82 ragt
und mit einer Außenverzahnung 24 zusammenwirkt,
die am Außenumfang eines ersten Trägerteils 20 ausgebildet
ist. Das scheibenförmige erste Trägerteil 20 ist
im wesentlichen parallel zur Bremsscheibe 18 angeordnet
und trägt auf seiner der Bremsscheibe 18 zugewandten Seite
ein erstes Reibelement 22. Ein zweites Reibelement 22' ist
auf einer der Bremsscheibe 18 zugewandten Seite des Abschnitts 42' des
Trägers 42 angebracht.
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Auf
einer von der Bremsscheibe 18 abgewandten Seite des ersten
Trägerteils 20 ist zwischen dem ersten Trägerteil 20 und
dem zweiten Trägerteil 42''' eine Kugel-Rampen-Anordnung 90 vorgesehen. Diese
Anordnung 90 weist zwei Keilscheiben 92, 94 auf,
an denen jeweils relativ zur Bremsscheibe 18 geneigte Keilflächen
oder Rampen 96, 96' bzw. 98, 98' ausgebildet
sind. Wälzkörper 100, 100',
wie Kugeln, sind zur rollenden Abstützung der schrägen
Keilflächen oder Rampen vorgesehen. Es versteht sich, dass
die mit 92 und 94 bezeichneten Keilscheiben in das
erste Trägerteil 20 bzw. zweite Trägerteil 42''' integriert
sein können.
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Um
einen Gurtbandauszug, beispielsweise im Crashfall, kontrolliert
abzubremsen, wird die Drehbewegung der Bremsscheibe 18 abgebremst,
indem das Reibelement 22 gegen die Bremsscheibe 18 gedrückt
wird. Zur axialen Verstellung des Reibelements 22, das
auf dem aktiven ersten Trägerteil 20 fest montiert
ist, dient der Elektromotor 32. Bei einer Betätigung
dieses Elektromotors 32 wird das erste Trägerteil 20 über
das Zahnrad 28 mit seiner Außenverzahnung 26,
die mit der Außenverzahnung 24 des ersten Trägerteils 20 zusammenwirkt,
relativ zu dem zweiten Trägerteil 42''' in eine
Drehbewegung im Urzeigersinn versetzt. Daraufhin laufen die Wälzkörper 100, 100' auf
den keilförmigen Flächen 98, 98' der passiven
Keilscheibe 94, die über das zweite Trägerteil 42''' fest
mit dem Gehäuse verbunden ist, und auf keilförmigen
Flächen 96, 96' der aktiven Keilscheibe 92 ab,
so dass die Keilscheiben 92 und 94 bzw. das erste
und zweite Trägerteil auseinandergespreizt werden und das
aktive erste Trägerteil 20 axial zur Bremsscheibe 18 verschoben
wird. Anschließend wird die Bremsscheibe 18 aufgrund
der schwimmenden Lagerung der Welle 12 gemeinsam mit dem
ersten Trägerteil 20 in Richtung des zweiten Reibelements 22' (nach
links) verschoben, so dass sich die Bremsscheibe 18 nahezu
verzögerungsfrei auch an das zweite Reibelement 22' anlegt.
Gelangt das Reibelement 22 mit der Bremsscheibe 18 in
Eingriff, wird die aktive Keilscheibe 92 und damit das
erste Trägerteil 20 aufgrund der Reibkraft von
der rotierenden Gurtrolle 14 mitgezogen. Durch diesen Mitnahmeeffekt
bildet sich die bereits erläuterte Selbstverstärkung
aus.
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Wie
bereits erläutert, ist der in 1 dargestellte
Aufbau eines Gurtaufrollers insbesondere für ein adaptives
Sicherheitsgurtsystem geeignet, mit dem es möglich ist,
das Gurtband 16 geregelt auszugeben, indem der Gurtauszug
mittels eines Steuergeräts und entsprechender Sensoren
(nicht dargestellt) von dem Elektromotor 32 geregelt abgebremst oder
freigegeben wird. Auf diese Weise können bei einem Fahrzeugcrash
die auf den Brustbereich und den Oberkörper des Insassen
wirkenden Kräfte über die Crashzeit gesteuert/geregelt
werden, insbesondere Kraftspitzen vermieden werden. Eine Gurtstrafffunktion
und/oder eine integrierte Gurtrückholfunktion sieht der
Gurtaufroller 10 gemäß 1 nicht
vor.
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Ausgehend
von dem geschilderten Grundaufbau gemäß 1 sollen
im Folgenden Ausführungsformen des erfindungsgemäßen
Gurtaufrollers erläutert werden, mit dem eine Gurtstraff-
und/oder Gurtrückholfunktion realisierbar ist.
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Erste Ausführungsform
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2 zeigt
eine schematische Detailansicht eines erfindungsgemäßen
Gurtaufrollers gemäß einer ersten Ausführungsform.
Zur Einfachheit der Darstellung ist in 2 sowie
in den folgenden Figuren das Trägerteil mit der jeweiligen
Keilscheibe einstückig dargestellt, womit folglich die
Begriffe "Trägerteil" und "Keilscheibe" gleichgesetzt werden
können. In dieser und den folgenden Figuren ist, soweit
nicht anders angegeben, ein Ausschnitt dargestellt, in dem ausgehend
von einem festen Gehäuse 1, einer Anordnung einer
passiven (zweiten) Keilscheibe 2, einer aktiven (ersten)
Keilscheibe 3 und einer Bremsscheibe 19 dargestellt
ist, wie sie für eine erfindungsgemäße
Gurtrolle vorgesehen sind. Die dargestellten Konstruktionen können
beispielsweise in einem Gurtaufroller gemäß 1 eingesetzt
werden, um den dort dargestellten Gurtaufroller um die Funktionen der
Gurtstraffung und/oder des Gurtbandeinzugs zu ergänzen.
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2 zeigt
eine erste Ausführungsform der Erfindung, das sogenannte
"2-Klinkensystem". Der in 2 nach links
gerichtete Pfeil bezeichnet die Rotationsrichtung des Gurtauszugs,
die mit der der Bremsrichtung übereinstimmt. Der nach rechts
gerichtete Pfeil bezeichnet die Aufrollrichtung. Im Gegensatz zu
dem Gurtaufroller gemäß 1, bei dem das
passive zweite Trägerteil 42''' und die zugehörige passive
Keilscheibe 94 ortsfest gelagert sind (und folglich als
Bestandteil des Gehäuses verstanden werden können),
ist erfindungsgemäß die passive Keilscheibe 2 drehbar
gelagert. Die Keilscheibe 2 ist mittels eines Klinken-Kerben-Sperrmechanismus
bezüglich der Bremsrichtung arretiert. Hierzu enthält
die Keilscheibe 2 mindestens eine Klinke 8, die über
eine (Druck-)Feder aus der Keilscheibe 2 herausgedrückt wird.
In dem Gehäuse 1 sind möglichst mehrere
entsprechende Kerben 11 vorgesehen, in die die Klinke 8 einrasten
kann. Wie aus 2 ersichtlich, wird auf diese
Weise eine Drehbewegung der Keilscheibe 2 nach Einrasten
der Klinke 8 in die Kerbe 11 in eine Drehrichtung
der Bremsrichtung (Gurtauszugsrichtung) verhindert. In die andere
Drehrichtung, die Aufrollrichtung, ist hingegen eine Drehbewegung
der Keilscheibe 2 möglich.
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Wie
bereits anhand von 1 erläutert, ist die
aktive, erste Keilscheibe 3 mit der zweiten Keilscheibe 2 über
Kraftverstärkungselemente verbunden, die hier wieder als
keilförmige gegenüberliegende Flächen 31 bzw. 21 dargestellt
sind. Zur Verminderung der Reibung ist ein Wälzkörper 4 zwischen den
Keilflächen 31 und 21 angeordnet. Der
Mechanismus einer solchen, schematisch dargestellten selbstverstärkenden
Bremsanordnung wurde bereits ausführlich oben erläutert,
so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf das Obige verwiesen
sei.
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Die
erste Keilscheibe 3 weist an ihrer der Bremsscheibe zugewandten
Seite einen Reibbelag 5 auf, der beispielsweise zum Abbremsen
der Bremsscheibe 19 mit dieser in Kontakt gebracht wird.
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In
der in 2 dargestellten Ausführungsform umfasst
der Mitnahmemechanismus eine Hebel-Anordnung, bei der die zweite
Keilscheibe 2 mindestens einen am Umfang verteilten Hebel 6 (oder eine
weitere Klinke 6) aufweist, der über eine dem Hebel
zugeordnete (Druck-)Feder 7 zur zweiten Keilscheibe 2 hin
gedrückt wird. Der Hebel 6 ist um eine Achse senkrecht
zur Drehachse A und senkrecht zur Zeichenebene aus 1 drehbar
gelagert. In der dargestellten Ausführungsform gemäß 2 wird der
Hebel 6 bei Drehung der ersten Keilscheibe 3 in Aufrollrichtung
von der Keilscheibe 3 bzw. einem entsprechenden Vorsprung 13 (oder
Nut) aus einer Grundposition herausbewegt und entgegen die Federkraft
der Feder 7 in Aufrollrichtung gedreht. Um diese Drehung
zu ermöglichen, weist die erste Keilscheibe 3 eine
Aussparung 15 auf, damit der Hebel 6 durch die
erste (aktive) Keilscheibe hindurchbewegt werden kann. Ab einer
bestimmten Winkelverdrehung der ersten Keilscheibe 3 greift
der Hebel 6 in die Bremsscheibe 19 ein, die hierzu
mit einer Öffnung 17 ausgestattet ist.
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Wie
bereits erwähnt, können an mehreren Stellen in
Umfangsrichtung derartige Hebel- und/oder Kerben-Klinken-Anordnungen
vorhanden sein. Da es sich sowohl bei dem Sperrmechanismus als auch
bei dem Mitnahmemechanismus hier um Klinken- bzw. Hebel-Anordnungen
handelt, kann die erste Ausführungsform als "2-Klinkensystem"
bezeichnet werden.
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Anhand
des ersten Ausführungsbeispiels sollen nunmehr die verschiedenen
Funktionen des erfindungsgemäßen Gurtaufrollers
erläutert werden. Die nachstehenden Erläuterungen
können in analoger Weise auf die noch zu schildernden zweite
und dritte Ausführungsform der Erfindung übertragen werden.
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Gesteuert/geregelt abgebremster Gurtbandauszug
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Es
wird nun angenommen, das Gurtband 16 (vgl. 1)
werde zunächst von der Gurtrolle 14 abgerollt
oder ausgezogen, d. h. die Bremsscheibe 19 dreht in Bremsrichtung.
Damit der Gurtauszug gesteuert bzw. geregelt werden kann, kann die
Drehbewegung der Bremsscheibe 19, die mit der Gurtrolle 14 verbunden
ist, in einer Weise abgebremst werden, wie sie anhand von 1 ausführlich
geschildert wurde. Beim Bremsbetrieb, also zur geregelten Ausgabe
des Gurtes, wird durch einen Antrieb, wie den Elektromotor 32 aus 1,
die erste (aktive) Keilscheibe 3 in Bremsrichtung verstellt,
wodurch die zweite (passive) Keilscheibe 2, sofern deren
Klinke(n) 8 noch nicht in der Kerbe bzw. den Kerben 11 des
Gehäuses 1 eingerastet ist bzw. sind, in dieselbe Richtung
mitgedreht wird. Aus der Natur dieses Sperrmechanismus ergibt sich
folglich eine mögliche, aber beschränkte Drehung
der passiven Keilscheibe 2 in Bremsrichtung. Da die Feder 9 die
Klinke 8 stets gegen das Gehäuse 1 drückt,
muss die Klinke 8 bei einer Drehbewegung der passiven Keilscheibe 2 in Bremsrichtung
unweigerlich einrasten. Nach der Einrastung ist eine weitere Drehbewegung
der passiven Keilscheibe 2 blockiert. In diesem Zustand
entspricht der Zustand des erfindungsgemäßen Gurtaufrollers demjenigen
aus 1.
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Die
Wälzkörper 4 können nun auf
den Keilflächen 31, 21 der aktiven und
der passiven Keilscheibe 3 bzw. 2 in Bremsrichtung
abrollen, so dass sich die aktive Keilscheibe 3 relativ
zu der passiven Keilscheibe 2 bzw. zum Gehäuse 1 in
Bremsrichtung verstellt und aufgrund der Keilflächen 31, 21 axial
zur Bremsscheibe 19 hinbewegt wird. Sollte der Hebel 6 in
der Öffnung 17 der Bremsscheibe 19 noch
eingerastet sein (vgl. 4), so wird er aufgrund der
Drehbewegung der Bremsscheibe 19 und aufgrund der Federkraft
der Feder 7 aus dieser Öffnung 17 herausgedrängt.
Es ergibt sich somit ein in 3 dargestellter Zustand.
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3 stellt
das in 2 dargestellte 2-Klinkensystem im Bremsmodus dar.
Die passive Keilscheibe 2 ist am Gehäuse 1 arretiert,
die aktive Keilscheibe 3 kann gegenüber der passiven
Keilscheibe 2 in Bremsrichtung verdreht werden, wodurch
sich der Reibbelag 5 in axialer Richtung der Bremsscheibe 19 nähert,
bis er mit der Bremsscheibe 19 in Eingriff gerät
und diese abbremst. Da die Bremsscheibe 19 ebenfalls in
Bremsrichtung dreht, wird der Reibbelag 5 von dieser Drehbewegung
erfasst, so dass die Bremswirkung verstärkt wird. Um diese
Bremskraft zu reduzieren oder aufzuheben, wird die aktive Keilscheibe 3 in
die zweite Richtung, die Aufrollrichtung, bewegt, so dass der Reibbelag 5 wieder
von der Bremsscheibe 19 wegbewegt wird.
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Gurtbandeinzug und -auszug
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Im
Folgenden soll der Vorgang des von einem Insassen vorgenommenen
(manuellen) Gurtbandauszugs sowie die Gurtrückholfunktion
beschrieben werden. Es wird der Einfachheit halber angenommen, dass
die Rückholfunktion und die statische Rückzugskraft
des Gurtsystems durch den bereits angeschlossenen Aktor, wie dem
Elektromotor 32 aus 1, vorgenommen
wird. Es kann hierzu auch ein eigens vorhandener Aktor eingesetzt
werden. Auch kann das Getriebe (Zahnradgetriebe) 28 zu
diesem Zweck verändert oder überbrückt
werden. Es wird weiterhin vorausgesetzt, dass der Aktor über die
angeschlossene (nicht dargestellte) Informationsverarbeitung (angeschlossenes
Steuergerät) für den Benutzer oder Insassen unmerklich
reagieren kann (also schneller, als es der Benutzer bemerkt).
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In
der Ausgangssituation ist der Gurt eingezogen und die Gurtrolle 14 wird
beispielsweise von dem Elektromotor 32 in Position gehalten.
Greift der Insasse an das Gurtband 16 und will es ausziehen, dann
muss hierzu die Bremswirkung reduziert oder ganz aufgehoben werden,
indem der Motor 32 die Bremswirkung der aktiven Keilscheibe 3 auf
die Bremsscheibe 19 durch Verdrehen der Keilscheibe 3 in
Aufrollrichtung verringert. Bei vollständig aufgehobener
Bremswirkung kann der Insasse das Gurtband 16 nur mit der
konstruktionsimmanenten Reibung als Gegenkraft ausziehen. Die Gurtauszugsrichtung stimmt
hierbei mit der in 2 angegebenen Bremsrichtung überein.
Für einen ungehinderten Gurtauszug muss sichergestellt
werden, dass der Hebel 6 während des Gurtauszugs
nicht in die Bremsscheibe 19, die sich zusammen mit der
Gurtrolle 14 dreht, eingreift.
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Alternativ
könnte für den Gurtauszug eine dem Aufrollen des
Gurtes entsprechende Situation hergestellt werden, indem zusätzlich
der Motor 32 und die aktive Keilscheibe 3 und
synchron hierzu die passive Keilscheibe 2 mit der Auszugsgeschwindigkeit
der Gurtrolle 14 mitdrehen, so dass das Gurtband 14 auch
bei geschlossener Bremse freigegeben wird. Hierzu wäre
folglich der Mitnahmemechanismus aktiviert, wobei jedoch der Sperrmechanismus
freigegeben werden müsste, d. h. die Sperrwirkung der Feder 9,
die auf die Klinke 8 wirkt, müsste aufgehoben
werden. Beispielsweise könnte hierzu die Klinke 8 mittels
eines Elektromagneten aus der Kerbe 11 gehoben werden.
Dann wäre durch die Steifigkeit des gesamten Aufbaus auch
eine bestimmte Gegenkraft einregelbar. Nachteil dieser alternativen
Variante wäre jedoch die Tatsache, dass für den
Gurtbandauszug elektrische Energie benötigt würde.
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Ist
das Gurtband 16 wie benötigt ausgezogen und das
Gurtschloss eingerastet, kann der Motor 32 die Gurtlose
geregelt/gesteuert einholen. Hierzu wird in der dargestellten Ausführungsform
die aktive Keilscheibe 3 in Aufrollrichtung betätigt.
Die Keilbremse wird hierdurch geöffnet. Nach einem gewissen
Umdrehungswinkel stellt sich der in 4 dargestellte
Zustand ein. Der Vorsprung 13 der aktiven Keilscheibe 3 drückt
gegen den Hebel 6 der passiven Keilscheibe 2 und übt
somit eine Gegenkraft gegen die Feder 7 aus, so dass der
Hebel 6 aufgestellt wird. Bei weiterer Drehung der aktiven
Keilscheibe 3 in Aufrollrichtung wird der Hebel 6 folglich
in die Öffnung 17 der Bremsscheibe 19 einhaken,
so dass die Bremsscheibe 19 zusammen mit der aktiven Keilscheibe 3 mitdrehen
wird. Folglich dreht die mit der Bremsscheibe 19 verbundene
Gurtrolle 14 auch in Aufrollrichtung und wickelt den Gurt 16 wieder
auf. Die passive Keilscheibe 2, an der der He bel 6 angeordnet
ist, kann frei in Aufrollrichtung mitdrehen, da die Klinke 8 nur
in Bremsrichtung wirken kann.
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Folgende
vorteilhafte Weiterbildungen sind bei der geregelten/gesteuerten
Einholung des Gurtbandes bei dem erfindungsgemäßen
Gurtaufroller möglich:
Nach Beenden des Anschnallvorgangs
sind haptische Rückwirkungen, wie ein kurzer Kraftanstieg
und eine wieder freigegebene (vorgegebene) Gurtlänge, möglich.
Andere Funktionalitäten und adaptive Mechanismen sind durch
den frei konfigurierbaren mechatronischen Aufbau möglich.
Beispielsweise sind haptische Signale zur Signalisierung einer kritischen Fahrsituation
durch Erhöhen der Gurtkraft ohne Änderung des
Betriebszustandes des Gurtsystems möglich. Insassenspezifische
Parameter, wie Daunenjacke oder Bierbauch, könne durch
Algorithmen, die den Gurtweg und die Gurtkraft untersuchen, erkannt
werden. Das Einziehen des Gurtbandes kann auch stotternd ausgeführt
werden. Steckt ein Insasse das ausgezogene Gurtband nach einer vorbestimmten
Zeitspanne nicht in das Gurtschloss ein, so kann die Gurtkraft zunächst
auf Null verringert und dann wieder langsam erhöht werden,
um dem Insassen zu signalisieren, das Gurtband in das Gurtschloss
zu stecken. Schließlich kann auch ein Taxifahrer erkannt werden,
der in schneller Folge am Gurtband.
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Ausgehend
von dem geschilderten Gurtbandeinzug ist ein nahtloser Übergang
zu einem Crashszenario möglich, da alle Bauteile die für
die Straffung des Gurtes und die nachfolgende Abbremsung der Abwickelbewegung
des Gurtes schon im normalen Betrieb aktiv und überwacht
sind.
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Gurtstraff-Funktion
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Ziel
der Gurtstraff-Funktion im Vergleich zum bloßen Gurtaufrollen
ist, im Fall eines Crashs das Gurtband möglichst fest an
den Insassen zu ziehen, damit der Insasse aufgrund der auf ihn wirkenden
Beschleunigungen möglichst früh von dem Gurtband gehalten
oder aufgefangen wird und nicht aufgrund eines nur lose anliegenden
Gurtbandes ungebremst nach vorne beschleunigt wird. Gleichzeitig
verlängert das Anziehen des Insassen an die Sitzfläche
den während der Crashzeit zur Verfügung stehenden Crashweg,
d. h. die Wegstrecke, die zwischen dem Insassen und möglicherweise
gefährdenden Fahrzeugteilen (Lenkrad und Ähnliches)
vorhanden ist. Diese Schutzfunktion des Gurtes sollte möglichst früh
greifen, am besten noch vor dem eigentlichen Crash mittels sogenannter
"Precrash-Detektion".
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Bei
der Gurtstraffung wird unmittelbar vor oder zu Beginn des Crashs
der Gurt eingezogen. Somit erfolgt der Gurteinzug analog zur oben
geschilderten Gurtbandeinzugs-Funktion. Hierzu sei nochmals auf 4 im
Zusammenhang mit 2 verwiesen. In diesem Ausführungsbeispiel
muss hierzu die aktive Keilscheibe 3 in Aufrollrichtung
gedreht werden. Dabei stößt sie mit der flachen
Seite des Vorsprungs 13 an den Hebel 6, der an
der passiven Keilscheibe 2 geführt ist, und bewegt
ihn in eine Vertiefung oder Öffnung 17 der Bremsscheibe 19.
Somit ist ein Formschluss zwischen der aktiven Keilscheibe 3 und
der Bremsscheibe 19 und somit auch zur Gurtrolle 14 hergestellt.
Dreht sich die aktive Keilscheibe 3 weiter, wird die Bremsscheibe 19 inklusive
der passiven Keilscheibe 2 mitbewegt.
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Um
Verletzungen am Oberkörper des Insassen aufgrund eines
zu straff sitzenden Gurtes zu vermeiden, muss im Crashfall ein Übergang
zwischen Gurtstraffung und Gurtbandauszug (möglichst geregelt
gebremst) stattfinden. Hierzu ist es vorteilhaft, diesen Übergang
von der vom Insassen gegen den Gurt ausgeübten Gegenkraft
abhängig zu machen. Übersteigt diese Gegenkraft,
die beispielsweise an der Bremsscheibe 19 abgenommen werden
kann, einen gewissen vorgegebenen Wert, wird dafür gesorgt,
dass sich die Drehrichtung der Bremsscheibe 19 in Bremsrichtung
umkehrt. Der Wert der hierzu notwendigen Gegenkraft kann von der
Motorsteuerung geregelt werden und ent spricht einem maximalen Gurtkraftniveau,
das an personenbezogene Kenngrößen (insbesondere
Insassengewicht) angepasst werden kann. Das Gurtband wird vorteilhafterweise
nach Überschreiten des Gurtkraftniveaus kontrolliert ausgegeben,
um die Beschleunigung des Insassen zu reduzieren. Hierzu wird bei
dem geschildertem Ausführungsbeispiel gemäß 2 die
aktive Keilscheibe 3 über den Antrieb (Elektromotor 32 aus 1)
in Bremsrichtung verstellt. Es folgt das bereits ausführlich
geschilderte Verfahren zur gesteuerten/geregelten Abbremsung des
Gurtbandauszugs im Crashfall.
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Um
einen verzögerungsfreien Übergang von der Gurtstraff-Funktion
in die gesteuerte/geregelte Gurtbandauszugs-Funktion sicherzustellen,
sollte die Klinke 8 der passiven Keilscheibe 2 bereits
nach wenigen Grad in eine Kerbe 11 auf der Lauffläche
zwischen passiver Keilscheibe 2 und Gehäuse 1 einrasten.
Die Klinke 8 hat die Aufgabe, die durch die Keilbremse
auftretende Reaktionskraft in radialer Richtung abzuleiten. In Normalrichtung
wird die Kraft über die aufliegende Fläche unter
der passiven Keilscheibe 2 abgeleitet. Die von der Feder 9 in
die Kerbe 11 gedrückte Klinke 8 hält
die passive Keilscheibe an. Da sich die aktive Keilscheibe 3 weiter
in Bremsrichtung (nach links) bewegt, wird der Hebel 6,
der noch in die Bremsscheibe 19 eingreift, geöffnet,
also ebenfalls in Bremsrichtung bewegt, und die aktive Keilscheibe 3 läuft
die Keilrampe, die durch die Keilflächen 31, 21 gebildet
wird, hoch. Damit ist die Keilbremse aktiv und der in 3 dargestellte
Zustand hergestellt.
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Zweite Ausführungsform
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Die 5 bis 7 stellen
eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Gurtaufrollers dar. 5 zeigt schematisch die zugrunde
liegende Konstruktion dieser Ausführungsform des "1-Klinkensystems",
während die 6 und 7 das 1-Klinkensystem
im Bremsmodus bzw. im Aufrollmodus darstellen.
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5 veranschaulicht
den Grundaufbau des 1-Klinkensystems. Wie bei dem Aufbau gemäß erster Ausführungsform
(2-Klinkensystem) ist auch hier die zweite Keilscheibe 2 über
eine Kerbe-Klinken-Anordnung in Bremsrichtung arretierbar. Hierzu
ist im Gehäuse 1 mindestens eine Kerbe 11 vorgesehen,
in die mindestens eine Klinke 8, die über eine (Druck-)Feder 9 an
der passiven Keilscheibe gelagert ist, eingreifen kann. Die Sperrwirkung
tritt nur in Bremsrichtung ein, während die Keilscheibe 2 in
der entgegengesetzten Aufrollrichtung drehbar ist.
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Der
Mitnahmemechanismus beruht in dieser zweiten Ausführungsform
auf dem Prinzip der selbstverstärkenden Bremse. Hierzu
wird diese nicht nur für eine Bremsung in Gurtauszugsrichtung
(= Bremsrichtung), sondern auch für eine Bremsung in Aufrollrichtung
ausgelegt. Hierzu werden zweckmäßigerweise die
bereits vorhandenen Keilscheiben 2 und 3 mit Kraftverstärkungselementen
ausgestattet, die schematisch als Keilflächen 23 bzw. 33 mit
dazwischen gelagerten Wälzkörpern 4 dargestellt
sind.
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Wird
nun die aktive Keilscheibe in Bremsrichtung mittels eines Aktuators
(Elektromotor 32 aus 1) verdreht,
so laufen die Keilflächen 31 und 21 aufeinander
ab, wodurch die aktive Keilscheibe 3 axial in Richtung
Bremsscheibe 19 verstellt wird, wodurch der Reibbelag 5 mit
der Bremsscheibe 19 in Eingriff gerät. Wiederum
ist die passive Keilscheibe 2 in Bremsrichtung arretiert.
Dieser Zustand ist schematisch in 6 dargestellt.
Hinsichtlich des beschriebenen Bremsmodus unterscheidet sich die zweite
Ausführungsform nicht von der ersten Ausführungsform,
weshalb auf die Erläuterungen der ersten Ausführungsform
verwiesen sei.
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Für
den Transport- oder Aufrollmodus wird die aktive Keilscheibe 3 in
Aufrollrichtung verdreht, so dass die Keilflächen 23 und 33 aufeinander
ablaufen, wodurch wiederum die aktive Keilscheibe 3 axial
in Richtung Bremsscheibe 19 verschoben wird. Wiederum greift
der Reibbelag 5 an der Bremsscheibe 19 an und
kann somit einen Reibschluss herstellen. Die Bremsscheibe 19 kann
somit eingespannt werden und in Aufrollrichtung gedreht werden,
womit sich die Gurtrolle 14 ebenfalls in Aufrollrichtung
dreht. Der Mitnahmemechanismus wird im zweiten Ausführungsbeispiel
folglich durch Reibschluss, nicht durch Formschluss (wie im ersten
Ausführungsbeispiel) hergestellt. Es ist zweckmäßig,
die Keilscheiben 2 und 3 miteinander zu koppeln,
wozu die Kopplungseinheit 34 vorgesehen ist. Die Kopplungseinheit 34 dient
dazu, die relative Verschiebung der beiden Keilplatten 2, 3 zueinander
zu begrenzen. 7 zeigt sehr schematisch die
Situation im Transport- oder Aufrollmodus, mit dem der Gurtbandeinzug
und die Gurtstraffung mit der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Gurtaufrollers ausgeführt werden. Zur näheren
Erläuterung dieser Funktionen sei auf die erste Ausführungsform
verweisen.
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Dritte Ausführungsform
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8 zeigt
eine dritte Ausführungsform der Erfindung, die dem erwähnten
zweiten Aspekt der Erfindung betrifft. Der in 8 gezeigte
Aufbau kann besonders vorteilhaft mit der zweiten Ausführungsform
der Erfindung (vergleiche 5 bis 7)
eingesetzt werden, um bei dieser Ausführungsform einen
wirkungsvollen Kontakt mit der Bremsscheibe herzustellen.
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In 8 ist
sehr schematisch der Aufbau eines Gurtaufrollers gemäß dritter
Ausführungsform dargestellt. Gleiche Elemente aus den vorhergehenden
Figuren sind mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Im Folgenden
werden nur die Unterschiede zu den vorherigen Ausführungsformen
erläutert, übereinstimmende Merkmale sind aus
der vorherigen Beschreibung bekannt. Eine passive Keilscheibe 2 ist
wiederum über einen Sperrmechanismus (z. B. Kerben-Klinken-Anordnung)
mit dem Gehäuse 1 gegen eine Verdrehung in Bremsrichtung
arretiert. Wiederum ist die aktive Keilscheibe 3 benachbart
zur Bremsscheibe 19 drehbar gelagert. Die aktive Keilscheibe 3 wird über
einen Antrieb 32 (wie Elektromotor) und optional über
eine Übersetzungsstufe 29 (beispielsweise Zahnradgetriebe)
in eine Drehbewegung versetzt. Die Gurtrolle 14 ist drehbar
um die Drehachse A gelagert. Die Lager sind mit 50 bezeichnet.
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In
der speziellen Ausgestaltung gemäß 8 weisen
die aktive und die passive Keilscheibe 3 und 2 jeweils
keilförmige Reib- oder Bremsbeläge 51 bzw. 52 auf,
die sich in Richtung Bremsscheibe 19 verjüngen,
wobei die Bremsscheibe 19 ihrerseits korrespondierende
keilförmige Einschnitte an ihren Seiten aufweist. Weiterhin
sind in dieser speziellen Ausführungsform die Bremsbeläge 51, 52 und
die beiden Seiten der Bremsscheibe 19 in ihrer Geometrie
rotationssymmetrisch bezüglich einer Symmetrieachse ausgebildet,
die hier mit der Drehachse A zusammenfällt. Letzteres erlaubt
eine sehr kompakte Bauweise, so dass die Bremsscheibe 19 in
die Gurtrolle 14 integriert sein kann. Selbstverständlich
kann die Bremsscheibe 19 als Bestandteil der Gurtrolle 14 ausgebildet
sein.
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Im
Folgenden sei angenommen, dass die dritte Ausführungsform
gemäß 8 Bestandteil der zweiten Ausführungsform
gemäß 5 bis 7 ist. Bei
einer Bremsbetätigung des Antriebs 32 wird die aktive
Keilscheibe 3 in Bremsrichtung verdreht, wodurch der aktive
Reibbelag 51 gegen die Bremsscheibe 19 drückt.
Der geschilderte Sperrmechanismus wird ein Verdrehen der passiven
und der aktiven Keilscheibe 2, 3 gegeneinander
verhindern, so dass aufgrund des selbstverstärkenden Keilmechanismus die
beiden Keilscheiben aufeinander abrollen und auseinander gespreizt
werden. Hierdurch wird der aktive Bremsbelag 51 in den
keilförmigen Einschnitt der Bremsscheibe 19 gedrückt.
Weiterhin wird auch der passive Bremsbelag 52 in den gegenüberliegenden
keilförmigen Einschnitt der Bremsscheibe 19 gedrückt,
so dass die Bremsscheibe 19 von beiden Seiten abgebremst
wird. Wie in 8 dargestellt ist der passive
Bremsbelag 52 über geeignete Verbindungsmittel
mit der passiven Keilscheibe 2 verbunden. Hierzu weist
die Bremsscheibe 19 sowie die aktive Keilscheibe 3 jeweils
eine Durchgangsöffnung 53 auf. Die Durchgangsöffnung 53 erstreckt
sich selbstverständlich auch durch den aktiven Bremsbelag 51 der
aktiven Keilscheibe 3.
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Mit
der Anordnung gemäß 8 lässt
sich beispielsweise die Funktion des Bremsmodus gemäß zweitem
Ausführungsbeispiel (vergleiche 5 und 6)
realisieren.
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Um
den ausgezogenen Gurt auf die Gurtrolle wieder aufzuwickeln, oder
um die Gurtstraffer-Funktion zu realisieren, muss der Antrieb 32 die
aktive Keilscheibe 3 in Aufrollrichtung (vergleiche 7)
betätigen. Die Funktionsweise entspricht hier derjenigen gemäß zweitem
Ausführungsbeispiel. Folglich werden aktive und passive
Keilscheibe wieder auseinandergespreizt mit der Folge, dass die
Bremsscheibe 19 auf der einen Seite vom aktiven Reibbelag 51 und auf
der anderen Seite vom passiven Reibbelag 52 kontaktiert
wird, wodurch ein Reibschluss entsteht. Die Bremsscheibe 19 wird
somit durch die Reibbeläge 52 und 51 eingespannt,
jedoch wird sich der gesamte Keilscheibenmechanismus mitdrehen,
da der Sperrmechanismus nicht gegen eine Drehbewegung in Aufrollrichtung
sperrt. Somit wird die Bremsscheibe 19 vom Antrieb 32 in
Aufrollrichtung gedreht und die daran befestigte Gurtrolle 14 wird
mitdrehen und den Gurt in Aufrollrichtung aufwickeln.
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Der
gedachte Fluss der Normalkraft führt zunächst
von der Bremsscheibe 19 nach rechts über die aktive
Keilscheibe 3, über das Keilsystem zu der passiven
Keilscheibe 2 und von dort über die Mittelstange
in 8 nach links in die Gurtrolle 14 hinein zum
passiven Reibbelag 52 und wieder auf die Bremsscheibe 19.
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Durch
den sehr kurzen und in sich geschlossenen Normalkraftfluss ist es
möglich, das gesamte Keilsystem über einen Kraftschluss
zu verklemmen, ohne dabei die Gehäusestruktur benutzen
zu müssen. Die Kopplung zum Gehäuse 1 funktioniert über einen
richtungsabhängig sperrenden Sperrmechanismus. So blockiert
sich der Mechanismus in Strafferrichtung selbst und bildet einen
Kraftschluss zwischen Motor und Gurtrolle. Der Motor kann über
das blockierte Keilsystem direkt die Gurtrolle bewegen. In Bremsrichtung
arretiert hingegen der Sperrme chanismus und hindert die passive
Keilscheibe 2 an einer weiteren Verdrehung. So kann sich
die Gurtrolle 14 mit der Bremsscheibe 19 nur über
einen Reibkontakt weiter bewegen. Dieser Reibkontakt wird durch das
Keilsystem kontrolliert. Somit kontrolliert der Motor 32 in
Bremsrichtung über das Keilsystem die Bewegung der Gurtrolle 14.
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Die
im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel geschilderten
Funktionen der gesteuerten/geregelten Gurtabbremsung, des gesteuerten/geregelten
Gurteinzugs und Gurtauszugs sind für die zweite Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Gurtrolle, insbesondere
auch in Kombination mit der Ausführungsform gemäß 8,
in völlig analoger Weise realisierbar. Um Wiederholungen
zu vermeiden sei auf die Schilderungen der betreffenden Funktionen
im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform verwiesen.
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Über
die bereits geschilderten Vorteile der Erfindung hinaus sei darauf
hingewiesen, dass das erfindungsgemäße Konzept
technisch einfach realisierbar ist, über einen kurzen und
geschlossenen Normalkraftfluss verfügt und in der "1-Klinkensystem-Variante"
mit nur einer Sperrklinke auskommt, wobei aus Symmetrie- und Redundanzgründen
mehrere solcher Sperrklinken entlang des Umfangs angeordnet sein
können. Es kann insbesondere nur ein Antrieb 32 für
sämtliche Funktionen verwendet werden. Das geschilderte
Konzept schaltet prinzipbedingt automatisch zwischen den Funktionen
um.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102005041101 [0007]
- - DE 102005041098 [0008, 0046]
- - DE 102004057095 B3 [0011]
- - DE 19545795 C1 [0011]
- - DE 10164317 C1 [0042]
- - DE 19819564 C2 [0045]