DE102007057661A1

DE102007057661A1 - Selbstsperrender Gurtaufroller

Info

Publication number: DE102007057661A1
Application number: DE102007057661A
Authority: DE
Inventors: Klaus-Peter Singer
Original assignee: Autoliv Development AB
Current assignee: Autoliv Development AB
Priority date: 2007-11-28
Filing date: 2007-11-28
Publication date: 2009-06-10
Anticipated expiration: 2027-11-29
Also published as: DE102007057661B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen selbstsperrenden Gurtaufroller (1) mit folgenden Bauteilen: - einer fahrzeugsensitiv und/oder gurtbandsensitiv ansteuerbaren Blockiervorrichtung, - einer Gurtwelle (2), auf der das Gurtband aufwickelbar ist, - einer im Kraftfluss zwischen der Blockiervorrichtung und der Gurtwelle (2) angeordneten zweistufigen Kraftbegrenzungseinrichtung (3), - wobei die Kraftbegrenzungseinrichtung (3) ein erstes Kraftbegrenzungselement (4) mit einem hohen Kraftbegrenzungsniveau und ein zweites Kraftbegrenzungselement (5) mit einem niedrigen Kraftbegrenzungsniveau umfasst - und das Kraftbegrenzungsniveau von dem hohen Kraftbegrenzungsniveau auf das niedrige Kraftbegrenzungsniveau während der Kraftbegrenzung umsteuerbar ist - und parallel zu dem zweiten Kraftbegrenzungselement mit dem niedrigen Kraftbegrenzungsniveau zwischen der Blockiervorrichtung und der Gurtwelle (2) ein drittes Kraftbegrenzungselement (6) vorgesehen ist, wobei vorgeschlagen wird, dass - das dritte Kraftbegrenzungselement (6) eine degressive Kraftbegrenzungscharakteristik aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft einen selbstsperrenden Gurtaufroller mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruch 1.
Ein gattungsgemäßer Gurtaufroller ist zum Beispiel aus der DE 199 27 427 C2 bekannt. Der Gurtaufroller besitzt ein zweistufiges Kraftbegrenzungssystem, bei dem das Kraftbegrenzungsniveau von einem hohem Kraftbegrenzungsniveau auf ein niedriges Kraftbegrenzungsniveau umsteuerbar ist. Die Kraftbegrenzungseinrichtung umfasst ferner ein Drehmomentenrohr zwischen der Gurtwelle und der als Torsionsstab ausgebildeten Kraftbegrenzungseinrichtung, welches gegenüber der Gurtwelle lösbar blockiert ist. Bei dem Lösen des Drehmomentenrohres wird das Kraftbegrenzungsniveau von dem hohen auf das niedrige Niveau umgesteuert. Damit der Übergang zwischen dem hohen und dem niedrigen Niveau weicht ausgebildet ist, soll zwischen dem Drehmomentenrohr und der Gurtwelle ein zusätzliches verformbares Element angeordnet sein. Über die Ausbildung dieses verformbaren Elementes ist der Schrift kein Hinweis zu entnehmen Aufgabe der Erfindung ist es einen gattungsgemäßen Aufroller mit einer zweistufigen verbesserten Kraftbegrenzungscharakteristik zu schaffen.
Zur Lösung der Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass das dritte Kraftbegrenzungselement eine degressive Kraftbegrenzungscharakteristik aufweist.
Es hat sich erstaunlicherweise gezeigt, dass bei dem gattungsgemäßen Gurtaufroller das Kraftbegrenzungsniveau beim Umsteuern von dem hohen auf das niedrige Kraftbegrenzungsniveau nicht nur auf das niedrige Kraftbegrenzungsniveau abfällt sondern zunächst auf ein erheblich niedrigeres Kraftbegrenzungsniveau abfällt und dann erst auf das vorgesehene niedrige Kraftbegrenzungsniveau ansteigt. Dies ist dadurch begründet, dass das zweite Kraftbegrenzungselement eine gewisse Zeit braucht um sein vorgesehenes Niveau der Energieabsorption zu erreichen. Während dieser Zeit wird der Insasse mit einer erheblich niedrigeren Kraftbegrenzung als vorgesehen im Gurt gehalten und erfährt eine unerwünscht hohe Vorwärtsverlagerung. Gemäß der vorgeschlagenen Erfindung soll das dritte Kraftbegrenzungselement eine degressive Kraftbegrenzungscharakteristik aufweisen, so dass der unerwünschte Abfall der Kraftbegrenzung beim Umsteuern von dem hohen Kraftbegrenzungsniveau auf das niedrige Kraftbegrenzungsniveau kompensiert wird. Degressiv im Sinne der Erfindung ist so zu verstehen, dass das Kraftbegrenzungsniveau des dritten Kraftbegrenzungselementes zunächst mit einem höheren Niveau beginnt und dann während seiner Wirkung abnimmt, wobei die Abnahme kontinuierlich oder auch in Stufen erfolgen kann. Damit wird der Anstieg des Kraftbegrenzungsniveaus von dem zweiten Kraftbegrenzungselement derart ausgeglichen, dass sich bei richtiger Auslegung des dritten Kraftbegrenzungselementes ein wesentlich konstanterer Verlauf der Kraftbegrenzung im Bereich des niedrigen Niveaus ergibt, als dies ohne das dritte Kraftbegrenzungselement der Fall wäre.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird vorgeschlagen, als drittes Kraftbegrenzungselement einen Biegedraht zu verwenden, welcher parallel zu der Drehachse der Gurtwelle angeordnet ist, und mit einem Ende mit der Gurtwelle und mit dem anderen Ende mit einem während der Kraftbegrenzung blockierten Teil kraftschlüssig verbunden ist. Aufgrund seiner Anordnung und Verbindung mit der Gurtwelle bzw. dem blockierten Teil, wird der Biegedraht während der Kraftbegrenzung durch die Drehung der Gurtwelle aus der Axialrichtung in Radialrichtung umgebogen und zwar sofort mit Beginn der Relativdrehung. Die durch den Biegedraht erzeugte Kraftbegrenzung wirkt damit unmittelbar mit Beginn der Relativdrehung ohne Zeitverzögerung.
Ferner wird vorgeschlagen, dass der Biegedraht während der Kraftbegrenzung auf einen Radius aufwickelbar ist, und der Radius während der Kraftbegrenzung abnimmt. Aufgrund der Abnahme des Wickelradius wird durch den verringerten Hebelarm automatisch das Niveau der Kraftbegrenzung gesenkt und somit die gewünschte Degressivität erzeugt. Der reduzierte Radius wird bevorzugt dadurch begrenzt, indem das zweite Kraftbegrenzungselement aus einem Torsionsstab gebildet ist und der Biegedraht auf den Schaft des Torsionsstabes aufwickelbar ist.
Die zweistufige Kraftbegrenzungseinrichtung kann aus einem Torsionsstab bestehen, der zwei durch einen blockierbaren Mittenabschnitt getrennte Torsionsabschnitte mit unterschiedlichem Durchmesser aufweist, wobei der blockierbare Mittenabschnitt mit einem Torsionsrohr mit der Gurtwelle verbindbar ist, und das dritte Kraftbegrenzungselement zwischen Torsionsrohr und Gurtwelle angeordnet ist. Damit ist ein sehr kompakter Aufbau gegeben und sichergestellt, dass das dritte Kraftbegrenzungselement parallel zu dem zweiten Kraftbegrenzungselement zur Wirkung kommt, und auf keinen Fall das durch das erste Kraftbegrenzungselement erzeugte hohe erste Kraftbegrenzungsniveau stören kann.
Es wird weiter vorgeschlagen, dass der Torsionsstab in dem Torsionsrohr angeordnet ist, und das gurtwellenfeste Ende des Torsionsstabes aus dem Torsionsrohr herausragt, und das dritte Kraftbegrenzungselement in einem Freiraum zwischen der dem gurtwellenfesten Ende des Torsionsstabes zugewandten Stirnseite des Torsionsrohres und einem der Stirnseite gegenüberliegenden Abschnitt der Gurtwelle angeordnet ist. Durch die vorgeschlagene Anordnung des dritten Kraftbegrenzungselementes wird dieses nicht nur in der Wirkung parallel zum zweiten Kraftbegrenzungselement, sondern auch geometrisch mit seiner Ausrichtung zwischen der Torsionshülse und der Gurtwelle parallel zu dem zweiten Kraftbegrenzungselement angeordnet. Damit ist sichergestellt, dass dieselbe Relativdrehung zwischen Gurtwelle und blockiertem Teil für die Aktivierung des zweiten und des dritten Kraftbegrenzungselementes verwendet wird.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles näher erläutert. In den Figuren ist im Einzelnen dargestellt:
1: Gurtaufroller mit zweistufiger Kraftbegrenzungseinrichtung vor der Kraftbegrenzung
2: Gurtaufroller mit zweistufiger Kraftbegrenzungseinrichtung nach der Kraftbegrenzung
3: Torsionsrohr mit Torsionsstab und Biegedraht vor der Kraftbegrenzung
4: Torsionsrohr mit Torsionsstab und Biegedraht nach der Kraftbegrenzung
5: Torsionsrohr mit Torsionsstab und Biegedraht vor der Kraftbegrenzung in Sicht auf das herausragende Ende des Torsi onsstabes mit dem Biegedraht
6: Torsionsrohr mit Torsionsstab und Biegedraht nach der Kraftbegrenzung in Sicht auf das herausragende Ende des Torsionsstabes mit dem Biegedraht
7a–7c: Torsionsrohr mit Biegedraht während der Kraftbegrenzung in verschiedenen Winkelstellungen der Gurtwellendrehung
8: Verdrehmoment des Biegedrahtes in verschiedenen Winkelstellungen der Gurtwellendrehung
In 1 ist ein erfindungsgemäßer Gurtaufroller 1 mit einer Gurtwelle 2, auf der der nicht dargestellte Gurt aufgerollt wird, dargestellt. Der Gurtaufroller 1 wird, wie in der DE 199 27 427 C2 beschrieben, über einen Profilkopf, der in der 1 an der linken Seite des Gurtaufrollers 1 angeordnet wäre, hier aber nicht dargestellt ist, in einem ebenfalls nicht dargestellten Gurtaufrollerrahmen fahrzeugsensitiv und/oder gurtbandsensitiv angesteuert blockiert. Die zweistufige Kraftbegrenzungseinrichtung 3 zwischen der Gurtwelle 2 und dem Profilkopf ist aus einem zweistufigen Torsionsstab gebildet, der einen ersten Torsionsabschnitt, der dem ersten Kraftbegrenzungselement 4, und einen zweiten Torsionsabschnitt, der dem zweiten Kraftbegrenzungselement 5 entspricht, aufweist. Das erste Kraftbegrenzungselement 4 ist mit seinem freien Ende 4a mit dem bei ansprechender Sensorik blockierten Profilkopf und mit dem anderen Ende mit dem zweiten Kraftbegrenzungselement 5 verbunden. Das zweite Kraftbegrenzungselement 5 wiederum ist mit seinem freien Ende 5c mit der Gurtwelle 2 verbunden. Im Bereich der Verbindung der beiden Kraftbegrenzungselemente 4 und 5 ist ein blockierbarer Mittenabschnitt 8 vorgesehen, über den die Kraftbegrenzungseinrichtung 3 über ein Torsionsrohr 9 mit der Gurtwelle 2 verbindbar ist. Zu Beginn der Kraftbegrenzung ist das Torsionsrohr 9 über Klinken mit der Gurtwelle 2 verbunden, so dass hier das erste Kraftbegrenzungselement 4 mit dem hohen Kraftbegrenzungsniveau wirkt. In diesem Fall erfolgt der Kraftfluss über folgende Einzelteile: Gurtband-Gurtwelle-Klinken-Torsionsrohr-blockierbarer Mittenabschnitt 8-Kraftbegrenzungselement 4-Profilkopf-Gehäuserahmen-Fahrzeugstruktur. Sobald die Verbindung zwischen dem Torsionsrohr 9 und der Gurtwelle 2 aufgehoben wird, erfolgt der Kraftfluss von der Gurtwelle 2 durch das gurtwellenfeste Ende 5c in das Kraftbegrenzungselement 5, das Kraftbegrenzungselement 4 und den nicht dargestellten blockierten Profilkopf in den Gehäuserahmen. Da das Kraftbegrenzungsniveau des Kraftbegrenzungselementes 4 höher als das Kraftbegrenzungsniveau des Kraftbegrenzungselementes 5 ist, wirkt nun das Kraftbegrenzungselement 5 mit seinem niedrigen Niveau. Der genaue Schaltvorgang ist der DE 199 27 427 zu entnehmen. Beim Umschalten von dem hohen Kraftbegrenzungsniveau auf das niedrige Niveau ist hier zunächst eine elastische Verdrehung des durch den Torsionsabschnitt mit dem kleinen Durchmesser gebildeten Kraftbegrenzungselementes 5 erforderlich, die noch keine Energievernichtung für das vorgesehene niedrige Kraftbegrenzungsniveau bedeutet. Dies bedeutet, dass die auf den Insassen nach dem Umsteuern einwirkenden Gurtkräfte weitaus niedriger sind als gewünscht und der Insasse zu diesem Zeitpunkt eine unerwünscht große Vorwärtsverlagerung erfahren würde. Gleichzeitig mit dem Lösen des Torsionsrohres 9 gegenüber der Gurtwelle 2 ist dieses durch Verbindung mit dem blockierten Mittenabschnitt 8 ebenfalls gegenüber dem Gehäuserahmen blockiert, so dass die Gurtwelle 2 gegenüber dem feststehenden Torsionsrohr 9 in Gurtauszugsrichtung rotiert. Zwischen der dem gurtwellenfesten Ende 5c des Kraftbegrenzungselementes 5 zugewandten Stirnseite des Torsionsrohres 9 und dem gegenüberliegenden Abschnitt der Gurtwelle 2 ist ein Freiraum 11 vorgesehen, in dem ein drittes Kraftbegrenzungselement 6 angeordnet ist. Das dritte Kraftbegrenzungselement 6 ist durch einen Biegedraht gebildet, der mit seinem ersten Ende 6a mit der Torsionshülse 9 kraftschlüssig verbunden ist. Mit seinem anderen Ende 6b ist der Biegedraht 6 in einer im Wesentlichen parallel zu der Achse der Gurtwelle 2 verlaufenden Bohrung in der Gurtwelle 2 angeordnet. Beim Umsteuern des Kraftbegrenzungsniveaus von dem ersten Kraftbegrenzungselement 4 auf das zweite Kraftbegrenzungselement 5, wird der Biegedraht 6 durch die kraftschlüssige Verbindung mit dem blockierten Torsionsrohr 9 aus der sich drehenden Gurtwelle 2 unter plastischer Verformung herausgezogen. Dieses durch das dritte Kraftbegrenzungselement, den Biegedraht 6, erzeugte Kraftbegrenzungsniveau ist erfindungsgemäß degressiv, d. h. es beginnt sofort mit dem Einsetzen der Relativdrehung zwischen dem Torsionsrohr 9 und der Gurtwelle 2 auf einem höheren Niveau und nimmt dann mit zunehmendem Drehwinkel ab. In den 3 bis 6 sind das Torsionsrohr mit dem gurtwellenfesten Ende 5c des Kraftbegrenzungselementes 5 und dem Biegedraht 6 als separate Baugruppe vor und nach der Kraftbegrenzung von der Seite und der Stirnseite zu erkennen. Das Biegeelement 6 ist auf eine Hülse 12 auf einem konstanten Radius aufgewickelt. In diesem Fall kann die Degressivität der Kraftbegrenzung durch entsprechende Auslegung des Biegedrahtes z. B. in Längsrichtung verjüngend, perforiert oder in sonstiger Weise geschwächt erreicht werden. In den 7a bis 7c ist eine besonders einfache Möglichkeit gezeigt die Degressivität zu erreichen. Beginnend mit 7c wird der Biegedraht 6 um den Schaft des als Torsionsstab ausgebildeten zweiten Kraftbegrenzungselementes 5 herumgewickelt, wobei sich der kürzeste Abstand zwischen dem Biegedraht 6 und der Drehachse kontinuierlich verringert und zwar von 7,95 mm auf 6,0 und schließlich 5,0 mm in 7a. Aufgrund des abnehmenden Radius verringert sich das Torsionsmoment von 100% in 7c auf 75% bei einem Drehwinkel von 34,6 Grad und weiter auf 62% bei 74 Grad gemäß 7a. Zum besseren Verständnis ist der Verlauf in 8 nochmals dargestellt. Diese durch den Biegedraht 6 erzeugte Kraftbegrenzung addiert sich nun zu dem durch das Kraftbegrenzungselement 5 erzeugte Kraftbegrenzungsniveau und kompensiert den unerwünschten Abfall in der Kraftbegrenzung bis das Kraftbegrenzungselement 5 seine volle Wirkung entfaltet. Selbstverständlich wird auch mit der erfindungsgemäßen Ausbildung kein im mathematischen Sinne konstanter Verlauf zu erreichen sein, da die letztliche Kurve von vielen Parametern wie lokale Materialverfestigungen, Oberflächeneinflüsse usw das Kraftbegrenzungsniveau mit beeinflussen. Wichtig ist für die Erfindung nur, dass der prinzipiell degressive Kraftbegrenzungsverlauf des dritten Kraftbegrenzungselementes in der Lage ist, den ansteigenden Verlauf durch das zweite Kraftbegrenzungselement, zu einem konstanteren Verlauf auszugleichen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19927427 C2 [0002, 0018]
- DE 19927427 [0018]

Claims

Selbstsperrender Gurtaufroller (1) mit folgenden Bauteilen: – einer fahrzeugsensitiv und/oder gurtbandsensitiv ansteuerbaren Blockiervorrichtung, – einer Gurtwelle (2) auf der das Gurtband aufwickelbar ist, – einer im Kraftfluss zwischen der Blockiervorrichtung und der Gurtwelle (2) angeordneten zweistufigen Kraftbegrenzungseinrichtung (3), – wobei die Kraftbegrenzungseinrichtung (3) ein erstes Kraftbegrenzungselement (4) mit einem hohen Kraftbegrenzungsniveau und ein zweites Kraftbegrenzungselement (5) mit einem niedrigen Kraftbegrenzungsniveau umfasst, – und das Kraftbegrenzungsniveau von dem hohen Kraftbegrenzungsniveau auf das niedrige Kraftbegrenzungsniveau während der Kraftbegrenzung umsteuerbar ist, – und parallel zu dem zweiten Kraftbegrenzungselement mit dem niedrigen Kraftbegrenzungsniveau zwischen der Blockiervorrichtung und der Gurtwelle (2) ein drittes Kraftbegrenzungselement (6) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass – das dritte Kraftbegrenzungselement (6) eine degressive Kraftbegrenzungscharakteristik aufweist.
Selbstsperrender Gurtaufroller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – das dritte Kraftbegrenzungselement (6) aus einem Biegedraht gebildet ist, – und der Biegedraht parallel zu der Drehachse der Gurtwelle (2) angeordnet ist, – und mit einem Ende (6b) kraftschlüssig mit der Gurtwelle (2) und mit dem anderen Ende (6a) mit einem während der Kraftbegrenzung blockierten Teil verbunden ist.
Selbstsperrender Gurtaufroller nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass – das dritte Kraftbegrenzungselement (6) aus einem Biegedraht gebildet ist, – und der Biegedraht während der Wirkung der Kraftbegrenzung durch die Drehung der Gurtwelle (2) auf einen Radius aufwickelbar ist, – und der Radius während der Kraftbegrenzung abnimmt.
Selbstsperrender Gurtaufroller nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, – dass das zweite Kraftbegrenzungselement (5) aus einem Torsionsstab gebildet ist, – und der Biegedraht (6) auf den Schaft des Torsionsstabes (5) aufwickelbar ist.
Selbstsperrender Gurtaufroller nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – die zweistufige Kraftbegrenzungseinrichtung (3) aus einem Torsionsstab mit zwei durch einen blockierbaren Mittenabschnitt (8) getrennten Torsionsabschnitten (4, 5) unterschiedlichen Durchmessers gebildet ist, – der blockierbare Mittenabschnitt (8) über ein Torsionsrohr (9) mit der Gurtwelle verbindbar ist, – und das dritte Kraftbegrenzungselement (6) zwischen dem Torsionsrohr (9) und der Gurtwelle (2) angeordnet ist.
Selbstsperrender Gurtaufroller nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass – der Torsionsstab (3, 4, 5) in dem Torsionsrohr (9) angeordnet ist, und das gurtwellenfeste Ende (5c) des Torsionsstabes (3, 4, 5) aus dem Torsionsrohr (9) herausragt, – und das dritte Kraftbegrenzungselement (6) in einem Freiraum (11) zwischen der dem gurtwellenfesten Ende (5c) des Torsionsstabes (3, 4, 5) zugewandten Stirnseite des Torsionsrohres (9) und einem der Stirnseite gegenüberliegenden Abschnitt der Gurtwelle (2) angeordnet ist.