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Die
Erfindung betrifft einen Gurtaufroller für ein Sicherheitsgurtsystem.
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Solche
Gurtaufroller können
einen Drehmomentbegrenzer haben, der zwischen einem Gurtstrafferantrieb
und einer Gurtspule wirksam ist. Der Gurtstrafferantrieb wird bei
einem Kraftfahrzeug dazu verwendet, in einer definierten Gefahrensituation
die Gurtspule so anzutreiben, daß der Sicherheitsgurt aufgewickelt
wird. Auf diese Weise kann unter anderem die sogenannte Gurtlose
bereits vor einem Unfall beseitigt werden.
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Auch
werden häufig
reversible Gurtstrafferantriebe eingesetzt. Solche Gurtstrafferantriebe
geben die Gurtspule wieder frei, sobald die Gefahrensituation beendet
ist, so daß der
Gurtaufroller zu seiner herkömmlichen
Funktionsweise zurückkehrt.
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Zusätzlich weisen
moderne Gurtaufroller ein Kraftbegrenzungssystem auf, das die maximal
durch den Gurt auf den Körper
des Fahrzeuginsassen ausgeübte
Kraft begrenzt, indem es ab einer definierten im Gurtband wirkenden
Kraft trotz Blockierung der Gurtspule einen gewissen Gurtbandauszug
zuläßt.
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Erfolgt
jedoch nach. dem Aktivieren des Gurtstrafferantriebs eine Vorverlagerung
des Fahrzeuginsassen, so muß bei
einer anschließenden Kraftbegrenzung
nicht nur der vom Kraftbegrenzungssystem bereitgestellte Widerstand überwunden werden,
sondern zusätzlich
der Gurtstrafferantrieb zurückgedreht
werden. Dadurch sattelt sich das Bremsmoment des Gurtstrafferantriebs
während
der Kraftbegrenzung auf das Kraftniveau auf, was vermieden werden
muß.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen kompakten und zuverlässigen Gurtaufroller
mit einem Gurtstrafferantrieb zu schaffen, bei dem eine Abkopplung
des Gurtstrafferantriebs erfolgt.
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Zu
diesem Zweck sieht die Erfindung einen Gurtaufroller für ein Sicherheitsgurtsystem
vor mit einem reversiblen Gurtstrafferantrieb, der die Gurtspule
antreiben kann, und einem Drehmomentbegrenzer, der zwischen dem
Gurtstrafferantrieb und der Gurtspule wirksam ist, wobei der Drehmomentbegrenzer
ein sich im Überlastfall
elastisch verformendes federelastisches Element und wenigstens einen Körper aufweist.
Erfindungsgemäß stützt sich
der wenigstens eine Körper
so an dem federelastischen Element ab, daß bis zu einer Schwelle ein
Moment zwischen der Gurtspule und dem Gurtstrafferantrieb übertragen
wird und eine Drehung der Gurtspule relativ zum Gurtstrafferantrieb
erlaubt wird, sobald das wirkende Moment größer ist als das übertragbare Moment,
indem ab einem bestimmten wirkenden Moment das federelastische Element
von dem wenigstens einen Körper
weggedrückt
wird und sich der wenigstens eine Körper relativ zu einem Rad, über das die
Gurtspule an den Gurtstrafferantrieb gekoppelt werden kann, bewegen
kann. Dadurch wird der Gurtstrafferantrieb automatisch von der Gurtspule
abgekoppelt, weshalb er bei einer anschließender Kraftbegrenzung keinen
Einfluß auf
die zum Abziehen des Gurtbandes nötige Kraft ausübt. Durch
die erfindungsgemäße Ausbildung
des Drehmomentbegrenzers mit dem federelastischen Element und dem wenigstens
einen Körper,
der sich entlang des federelastischen Elementes bewegt, kann das übertragbare
Moment präzise
eingestellt werden.
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Vorzugsweise
ist das federelastische Element eine Bandfeder. Die Bandfeder hat
eine ausreichende Anlagefläche
für den
wenigstens einen Körper
und benötigt
ferner einen geringen Bauraum.
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Insbesondere
ist der Betrag des zwischen der Gurtspule und dem Gurtstrafferantrieb übertragbaren
Momentes über
die Ausbildung des federelastischen Elementes einstellbar, indem
die Breite, die Dicke und/oder das Material des federelastischen Elementes
geändert
wird. Je geringer die Federkraft ist, desto geringer ist das von
der Gurtspule auf den Gurtstrafferantrieb übertragbare Drehmoment.
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Vorzugsweise
sind mehrere Körper
vorgesehen, wobei über
die Anzahl der Körper,
den Abstand der Körper
und/oder die Form der Körper
das zwischen der Gurtspule und dem Gurtstrafferantrieb übertragbare
Moment einstellbar ist.
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Die
Körper
können
Kugeln sein, die sich entlang einer wellenförmigen Kontur bewegen. Der
Betrag des zwischen der Gurtspule und dem Gurtstrafferantrieb übertragbaren
Momentes ist über
die Ausbildung der wellenförmigen
Kontur (Höhe,
Steigung und/oder Wirkdurchmeser) einstellbar. Ferner ist der Einbau
der Körper
einfach, da die Kugeln beim Einbau nicht ausgerichtet werden müssen.
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Insbesondere
ist ein Rad vorgesehen, das auf der den Körpern zugewandten Seite die
wellenförmige
Kontur aufweist. Das Rad ist mit dem Gurtstrafferantrieb gekoppelt,
der es in Gefahrensituationen antreibt und somit auch die Gurtspule
in Aufwickelrichtung antreibt. Im Überlastfall hingegen, wenn ein
bestimmtes Drehmoment überschritten
ist, bewegen sich die Körper
entlang der wellenförmigen
Kontur des Rades, weshalb das Drehmoment nicht mehr übertragen
werden kann. Mit dem Rad ist ein sehr kompakter Aufbau möglich.
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Vorzugsweise
ist eine Feder (zum Beispiel eine Stahlfeder) an der Kupplungsscheibe
vorgesehen. Die Feder drückt
die Kupplungsscheibe gegen ein Bremsrad. Aufgrund der Reibverbindung
zwischen der Kupplungsscheibe und dem Bremsrad wird die Kupplungsscheibe
anfangs drehfest mit dem Bremsrad gehalten, während sich das Rad und das Trägerteil
bewegen, weshalb Kraftübertragungselemente
eingesteuert werden. Sobald die Kraftübertragungselemente eingesteuert
sind, wird die Kupplungsscheibe gegenüber dem Bremsrad verdreht. Das
Reibmoment zwischen der Kupplungsscheibe und dem Bremsrad soll konstant
und unabhängig
von Temperatureinflüssen
und Abnutzung gestaltet werden, was durch den Einsatz einer Stahlfeder
mit einer flachen Federkennlinie erreicht wird. Durch den Einsatz
einer Stahlfeder spielt auch das Setzverhalten von Kunststoffteilen,
also die Zunahme der Verformung im Laufe der Zeit unter Dauerbelastung,
keine Rolle.
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Es
ist z. B. eine Kupplungsklinke schwenkbar in dem Trägerteil
gelagert, die die Verbindung zwischen dem Gurtstrafferantrieb und
der Gurtspule herstellt.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand einer Ausführungsform beschrieben, die
in den Zeichnungen dargestellt ist. In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine
Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Gurtaufrollers mit einem
Kupplungsmechanismus in einer Ausgangsstellung und einem Drehmomentbegrenzer;
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2 eine
Explosionsansicht einiger wesentlicher Bauteile des Kupplungsmechanismus
und des Drehmomentbegrenzers;
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3 eine
Seitenansicht des Kupplungsmechanismus in einer Ausgangsstellung;
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4 eine
Seitenansicht des Kupplungsmechanismus in einer Kopplungsstellung;
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5 eine
Seitenansicht des Gurtaufrollers mit dem Kupplungsmechanismus in
der Kopplungsstellung;
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6 eine
Seitenansicht des Gurtaufrollers mit dem Drehmomentbegrenzer; und
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7 eine
schematische Ansicht des erfindungsgemäßen Gurtaufrollers.
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In
den Figuren ist ein erfindungsgemäßer Gurtaufroller 10 mit
einem Drehmomentbegrenzer gezeigt, der durch ein federelastisches
Element 12, Kugeln 14, einem Träger 16 und
einem Rad 20 gebildet ist. Der Drehmomentbegrenzer begrenzt
das Moment, das zwischen dem Rad 20 und dem Träger 16 übertragen
wird. Das Rad 20 ist dabei über ein in einem Getriebegehäuse 22 (7)
angeordnetes Getriebe 24 mit einem Antriebsritzel 26 eines
Gurtstrafferantriebs 28 (7) verbunden.
Ferner ist in den Figuren ein Kupplungsmechanismus dargestellt, durch
den ein Antriebsmoment von dem Gurtstrafferantrieb 28 (7)
auf eine drehbar in einem Rahmen 30 gelagerte Gurtspule 31 (7) übertragen
werden kann. Der Kupplungsmechanismus besteht aus einem Trägerteil 32,
einer Rückstellfeder 34,
Kupplungsklinken 38, einer Kupplungsscheibe 40 (inklusive
Steuerlaschen 42 und Feder 46) und einem Bremsrad 48.
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Der
Drehmomentbegrenzer, der den Träger 16 und
das Rad 20 bis zu einem gewissen Moment miteinander verbindet,
ist in den 2 und 6 gezeigt.
Es sind vier Kugeln 14 in Aussparungen 50 des Trägers 16 aufgenommen.
Die Kugeln 14 sind durch die Aussparungen 50 zwar
in Umfangsrichtung gehalten, können
sich jedoch begrenzt in radialer Richtung bewegen, da sie sich an
dem federelastischen Element 12 abstützen, das ebenfalls in dem
Träger 16 aufgenommen
ist. Das federelastische Element 12 ist hier in Form von
zwei Blattfedern ausgebildet. Die Kugeln 14 liegen ferner
an einer wellenförmigen Kontur 52 (6)
des Rades 20 an, die sie abfahren können, wenn sie das federelastische
Element 12 radial nach innen drücken, weshalb eine Drehung
der Gurtspule 31 relativ zum Rad 20 möglich ist.
Das von der Gurtspule 31 auf das Getriebe 24 übertragene Drehmoment
kann so begrenzt werden.
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Der
Träger 16 ist
drehfest mit dem Trägerteil 32 verbunden,
in dem zwei Stifte 54 vorgesehen sind. An jedem Stift 54 ist
eine der Kupplungsklinken 38 verschwenkbar angeordnet (2),
die Teil des Kupplungsmechanismus sind. Auf den Kupplungsmechanismus
wird im folgenden eingegangen.
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Axial
neben dem Rad 20 ist die Kupplungsscheibe 40 angeordnet,
die mit Steuerlaschen 56 versehen ist, die derart in das
Trägerteil 32 hineinragen, daß sie mit
den Kupplungsklinken 38 zusammenwirken können und
diese in eine Stellung bewegen können,
in denen sie an einem mit der Gurtspule 31 drehfest verbundenen
Ritzel 58 angreifen. Zwischen der Kupplungsscheibe 40 und
dem Trägerteil 32 ist die
Rückstellfeder 34 vorgesehen,
mittels der die Kupplungsklinken 38 zurückgestellt werden können und
die der Entklapperung der Kupplungsklinken 38 dienen.
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Die
Kupplungsscheibe 40 ist zudem über eine durch die Feder 46 (5)
gebildete Rutschkupplung mit dem auf die Kupplungsscheibe 40 aufgesetzten
Bremsrad 48 gekoppelt, das mittels Zapfen 60 (5)
drehfest mit einem Deckel 62 (7) gehalten
ist. Aufgrund der Rutschkupplung kann die Kupplungsscheibe 40 begrenzt
hinter der Drehung des Trägerteils 32 zurückbleiben.
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Ferner
ist eine Abdeckplatte 64 vorgesehen, die zusammen mit dem
Träger 16 die
Kupplungsklinken 38 hält.
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Nachfolgend
wird die Funktionsweise des Gurtaufrollers beschrieben.
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In
einer als kritisch eingestuften Fahrzeugsituation wird der Gurtstrafferantrieb 28 aktiviert,
der (mit dem restlichen Getriebe 24) ein Aktivierungsrad 66 gegen
den Uhrzeigersinn dreht, wodurch das Rad 20 in einer ersten
Richtung, nämlich
im Uhrzeigersinn, angetrieben wird.
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Die
Drehung des Rades 20 wird auf den Träger 16 und damit auf
das Trägerteil 32 übertragen. Die
Kupplungsscheibe 40 bleibt anfangs hinter der Drehung des
Trägerteils 32 zurück, da zwischen
der Kupplungsscheibe 40 und dem Bremsrad 48, das drehfest
am Deckel 62 gehalten ist, eine Reibverbindung besteht,
die stärker
als die durch die Rückstellfeder 34 ausgeübte Rückstellkraft
ist. Aufgrund der Reibverbindung wird die Kupplungsscheibe 40 zunächst drehfest
mit dem Bremsrad 48 und damit mit dem Deckel 62 gehalten,
während
sich das Rad 20 und das Trägerteil 32 im Uhrzeigersinn
drehen. Dadurch laufen die Kupplungsklinken 38 auf die
Steuerlaschen 56 in der Kupplungsscheibe 40 auf
und werden in eine Außenverzahnung
des Ritzels 58 eingesteuert. Sobald die Kupplungsklinken 38 in
das Ritzel 58 eingreifen, ist das Rad 20 mit der
Gurtspule 31 gekoppelt, so daß der Gurtstrafferantrieb 28 die Gurtspule 31 in
der Aufwickelrichtung des Gurtbands antreiben kann. Mit dem vollständigen Einsteuern
der Kupplungsklinken 38 ist die maximal mögliche Verdrehung
zwischen der Kupplungsscheibe 40 und dem Trägerteil 32 bzw.
dem Rad 20 erreicht, weshalb die Kupplungsscheibe 40 bei
der weiteren Drehung des Rades 20 mitgenommen wird und
sich gegenüber
dem Bremsrad 48 verdreht. Das Gurtband kann so gestrafft
werden.
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Nach
einer erfolgreichen Straffung kann die Verbindung zwischen der Gurtspule 31 und
dem reversiblen Gurtstraffer gelöst
werden, indem die Kupplungsklinken 38 aus der Außenverzahnung
des Ritzels 58 ausschwenken. Die Kupplungsklinken 38 können dabei
entweder aufgrund der durch die Rückstellfeder 34 auf
die Kupplungsscheibe 40 ausgeübten Rückstellkraft oder durch eine
Motorrückdrehung aus
der Außenverzahnung
ausschwenken. Das System ist nun für die nächste Vorstraffung bereit.
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Wenn
nach dem Aktivieren des Gurtstraffers ein Unfall und eine Vorverlagerung
des Fahrzeuginsassen und damit eine Rückdrehung der Gurtspule 31 aufgrund
eines Kraftbegrenzers auftritt und die Kupplungsklinken 38 eingesteuert
sind, wirkt ein Moment, das dem vom Gurtstrafferantrieb 28 eingeleiteten
Moment entgegengesetzt ist. Um zu verhindern, daß das Moment des Gurtstrafferantriebs 28 auf
das Kraftniveau des Kraftbegrenzers aufgesattelt wird, wird das
zwischen der Gurtspule 31 und dem Rad 20 übertragene
Drehmoment begrenzt. Bei einer Drehung der Gurtspule 31 im Überlastfall
werden das Trägerteil 32 und
der Träger 16 gedreht.
Das Moment wird dabei über
die Kugeln 14 auf das Rad 20 übertragen. Die Kugeln 14 können sich
hierbei in Umfangsrichtung nicht bewegen, da sie in den Aussparungen 50 des
Trägers 16 aufgenommen
sind. Übersteigt
das wirkende Moment einen bestimmten Wert, drücken die Kugeln 14 das
federelastische Element 12 weg, wobei sich das federelastische
Element 12 durchbiegt, und die Kugeln 14 bewegen
sich entlang der gewellten Kontur 52 des Rades 20.
Wenn das wirkende Moment abnimmt, werden die Kugeln 14 anschließend wieder
in eine entsprechende Vertiefung der gewellten Kontur 52 gedrückt. Dies
ist reversibel und wiederholbar. Der Wert, ab dem das Drehmoment
nicht mehr übertragen
wird und sich das federelastische Element 12 verbiegt,
kann über
das Material, die Dicke und/oder die Breite des federelastischen
Elementes 12, den Durchmesser der Kugeln 14, den
Abstand der Kugeln 14 zueinander, die Anzahl der Kugeln 14,
die Höhe
und Steigung der Kontur 52 des Rades 20 und den
Wirkdurchmesser der gewellten Kontur 52 des Rades 20 variiert
werden. Auch kann sich die Steigung der Kontur 52 des Rades 20 in
Straffrichtung gesehen von der Steigung der Kontur 52 des
Rades 20 in Gurtbandauszugsrichtung gesehen unterscheiden.
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Die
zwischen der Kupplungsscheibe 40 und dem Bremsrad 48 gebildete
Reibverbindung muß konstant
und unabhängig
von Temperatureinflüssen und
Abnutzung sein. Deshalb wird als Feder 46 eine Feder mit
einer flachen Federkennlinie verwendet. Dies gewährleistet ein konstantes Kraftniveau
selbst bei Abnutzung. Insbesondere wird eine Stahlfeder verwendet.
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Gemäß einer
nicht dargestellten Ausführungsform
könnte
der Drehmomentbegrenzer auch innerhalb eines Stufenzahnrades oder
eines anderen geeigneten Elementes untergebracht sein.