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Die
Erfindung betrifft einen selbstsperrenden Gurtaufroller mit einer
gurtbandsensitiv und/oder fahrzeugsensitiv ansteuerbaren Blockiereinrichtung für die Gurtwelle
und mit einer an die Gurtwelle ankoppelbaren reversibel arbeitenden
Straffeinrichtung, die über
eine im Strafffall angesteuerte Kupplung mit der Gurtwelle kuppelbar
ist, wobei die Kupplung aus einem zwischen seiner entkuppelten Stellung
und seiner Kupplungslage axial verschiebbaren federnd ausgebildeten
Kupplungselement besteht.
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Ein
derartiger, gattungsgemäßer Gurtaufroller
ist in der
DE 195
03 023 A1 beschrieben, ferner ist ein entsprechender Gurtaufroller
in einer zweiten, nicht gattungsgemäßen Ausführungsform aus der
DE 100 59 227 C1 bekannt.
Soweit es im Anschluss an die Durchführung der Gurtstraffung mit
einer Drehung der Gurtwelle in Gurtaufwickelrichtung bei entsprechender
Belastung des Gurtbandes durch den angeschnallten Insassen zu einer
eine Kraftbegrenzung ermöglichenden
Rückdrehung
der Gurtwelle in Gurtabwickelrichtung kommt, soll bei gattungsgemäßen Gurtaufrollern
ein schnelles und vollständiges Trennen
der Kupplung möglich
sein, damit das Abtriebsrad die Rückdrehung der Gurtwelle nicht
behindert. Darüber
hinaus soll im Hinblick auf einen auftretenden leichten Unfall,
einen sogenannten Low-Speed-Crash, die Trennung der Kupplung reversibel
eingerichtet sein, so dass alle Funktionen des Gurtaufrollers auch
im Anschluss an den Crash aufrechterhalten bleiben. Schließlich besteht
eine Anforderung darin, dass die Kupplung ohne das Auftreten eines
Unfalls durch Rückdrehung
der gestrafften Welle oder des Abtriebsrades aus ihrer Kupplungsstellung
in die entkuppelte Stellung überführbar ist.
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Der
Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine bei einem selbstsperrenden
Gurtaufroller mit den gattungsgemäßen Merkmalen vorgesehene Kupplung
so auszulegen, dass die vorstehenden Anforderungen bei einem einfachen
Aufbau der Kupplung zu verwirklichen sind.
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Die
Lösung
dieser Aufgabe ergibt sich aus dem Anspruch 1; vorteilhafte Ausgestaltungen
und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die
Erfindung sieht in ihrem Grundgedanken vor, daß das durch die Drehung des
Abtriebsrades in seine Kupplungslage verschiebbare Kupplungselement
aus einem bistabilen, eine erste Funktionsstellung und eine zweite
Funktionsstellung aufweisenden Federelement besteht, welches in
seiner Kupplungslage in der ersten Funktionsstellung formschlüssig in
Eingriff mit einer mit der Gurtwelle verbundenen Mitnehmerscheibe
und in der zweiten Funktionsstellung außer Eingriff mit der Mitnehmerscheibe
steht.
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Mit
der Erfindung ist der Vorteil verbunden, dass die Ausbildung der
Kupplung als bistabiles, somit also zwei stabile Funktionsstellungen
einnehmbares Federelement die Möglichkeit
bietet, über
diese beiden Funktionsstellungen des Federelementes einerseits die
kraftübertragende
Kupplungsstellung und andererseits das Trennen des Kupplungsverbundes
zu realisieren, wobei diese Vorgänge
bei einem bistabil ausgelegten Federelement reversibel sind. Die
Kupplungsstellung selbst ist in einer aus der
DE 195 03 023 A1 bekannten
Weise dadurch zu realisieren, dass das Federelement mittels eines
geeigneten Übertragungsmechanismus
bei Auslösung
des Straffvorganges durch die beginnende Drehung des Abtriebsrades
axial von der entkuppelten Stellung in die Kupplungsstellung verschoben
wird, in welcher dann die beiden Funktionsstellungen des bistabilen Federelements
wirksam werden können.
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Nach
einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist vorgesehen, dass das Federelement einen äußeren Umfangskranz
mit darin angeordneten Ausnehmungen zum Eingriff von an der Mitnehmerscheibe
angebrachten, davon axial abstehenden Mitnehmernocken aufweist und
die Mitnehmernocken an ihren beiden in die Drehrichtungen der Gurtwelle
weisenden Seiten jeweils eine bei Relativdrehung von Mitnehmerscheibe
und Federelement zueinander auf das Federelement einwirkende Führungsfläche aufweisen.
Hiermit ist der Vorteil verbunden, dass über die axial abstehenden Mitnehmernocken
einerseits die formschlüssige
Verbindung zwischen dem Federelement als Kupplungselement und der
Gurtwelle über
die an der Mitnehmerscheibe angebrachten Mitnehmernocken ermöglicht ist,
soweit die von dem Abtriebsrad bewirkte Drehung des Federelementes
in die Drehung der Mitnehmerscheibe mit Gurtwelle umgesetzt wird.
Gleichzeitig sorgen die Mitnehmernocken bei einer eintretenden Relativdrehung zwischen
der Mitnehmerscheibe und dem Federelement dafür, dass über die schrägen Führungsflächen der
Mitnehmernocken das Federelement in unterschiedliche Funktionsstellungen
gebracht wird.
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Nach
einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist vorgesehen, dass die zweite Funktionsstellung
des Federelements durch Ausknicken des äußeren Umfangskranzes aus der
in Eingriff mit den Mitnehmernocken der Mitnehmerscheibe stehenden ersten
Funktionsstellung herbeiführbar
ist.
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Soweit
im Hinblick auf die Reversibilität
des Kupplungsvorganges sowohl beim Einkuppeln wie auch beim Trennen
der Kupplung bzw. der Rückführung des
Federelementes in die entkuppelte Stellung eine Rückführung des
Federelementes aus der zweiten abgeknickten Funktionsstellung in
die erste Funktionsstellung erforderlich ist, ist nach einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung vorgesehen, dass an dem Abtriebsrad ein Anschlag zur Beaufschlagung des
Federelementes angeordnet ist, der den abgeknickten äußeren Umfangskranz
des Federelementes aus der ausgeknickten Stellung in seine erste Funktionsstellung
zurückführt. In
dieser ersten Funktionsstellung kommt es dann zum Eingriff der Ausnehmungen
des äußeren Umfangskranzes
mit den Vorsprüngen
der Mitnehmerscheibe, die dann wie bereits beschrieben für die axiale
Rückverschiebung des
Federelementes in die entkuppelte Stellung sorgen.
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Nach
einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist vorgesehen, dass die in Gurtaufwickeldrehrichtung
der Gurtwelle weisende Führungsfläche dazu
eingerichtet ist, bei Relativdrehung des Federelementes zur feststehenden
Gurtwelle das Federelement axial in seine entkuppelte Stellung zurückzuschieben.
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Weiterhin
kann vorgesehen sein, dass die in Gurtabwickeldrehrichtung der Gurtwelle
weisende Führungsfläche dazu
eingerichtet ist, bei Relativdrehung der Mitnehmerscheibe gegenüber dem
feststehenden Federelement den äußeren Umfangskranz des
Federelementes in die ausgeknickte zweite Funktionsstellung zu drängen.
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Soweit
das Federelement als Kupplungselement von dem Abtriebsrad zur Ausführung des
Straffvorganges in Drehung zu versetzen ist, ist nach einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung vorgesehen, dass das topfförmig ausgebildete Federelement
einen gegenüber
dem äußeren Umfangskranz
axial zum Abtriebsrad versetzt angeordneten inneren Umfangskranz
mit darin angeordneten Ausnehmungen zum Eingriff von an dem Antriebsrad
angebrachten, axial davon abstehenden Mitnehmern aufweist.
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Zur
Bewirkung der axialen Verschiebung des Federelementes aus der entkuppelten
Stellung in seine Kupplungsstellung ist nach einem Ausführungsbeispiel
vorgesehen, dass am Kupplungsgehäuse
ein Reibelement reibschlüssig
gelagert ist, welches mit einem in einen am Federelement ausgebildeten,
sich sowohl in Axial- als auch in Umfangsrichtung erstreckenden
Führungsschlitz
eingreifenden Zapfen versehen ist. Aufgrund dieser bajonettartigen
Verbindung zwischen dem Reibelement und dem Federelement ist gewährleistet,
dass zu Beginn der Drehbewegung des Abtriebsrades sich das von dem
Abtriebsrad mitgenommene Federelement gegenüber dem aufgrund der reibschlüssigen Verbindung
mit dem Kupplungsgehäuse
zunächst
stehenbleibenden Reibelement abwälzt
und sich dabei aufgrund der Ausrichtung des Führungsschlitzes mit dem darin
laufenden Zapfen axial verschiebt. Ist das Ende des Verschiebewegs
erreicht, wird auch das Reibelement von dem Federelement mitgenommen und
wälzt sich
aufgrund seiner reibschlüssigen
Lagerung an dem Kupplungsgehäuse
ab.
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Nach
Ausführungsbeispielen
der Erfindung kann die Mitnehmerscheibe mit den daran angeordneten
Vorsprüngen
eine mit der Welle verbundenes Bauteil oder aber alternativ auch
ein einstückiger
Bestandteil der Gurtwelle sein.
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In
der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung wiedergegeben, welches nachstehend beschrieben ist. Es
zeigen:
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1a–c Gurtwelle,
Federelement und Gehäuse
in jeweils isometrischen Darstellungen,
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2 die
aus Gurtwelle, Federelement und Reibelement bestehende Baugruppe
in einer Einzeldarstellung entsprechend 1,
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3 das
Reibelement in einer Einzeldarstellung,
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4 das
Gehäuse
gemäß 1 bei darin montiertem Federelement,
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5 die
aus Gurtwelle, Federelement, Reibelement und Gehäuse bestehende Baugruppe im Schnitt,
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6a–c das Federelement
in seinen verschiedenen Funktionsstellungen gegenüber der
Mitnehmerscheibe in jeweils einer schematisierten Darstellung.
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Wie
sich aus 1 ergibt, ist an einer Stirnseite
der Gurtwelle 10 eine Mitnehmerscheibe 11 mit axial
davon abstehenden Mitnehmernocken 12 angebracht, wobei
die Mitnehmerscheibe 11 als gesondertes Bauteil ausgebildet
und mit der Gurtwelle 10 verbunden oder aber auch einstückig mit
der Gurtwelle 10 ausgebildet sein kann. Die axialen Mitnehmernocken 12 sind
dreieckförmig
ausgebildet, so dass auf beiden jeweils in die Drehrichtungen der Gurtwelle 10 weisenden
Seiten schräge
Führungsflächen 30, 31 angeordnet
sind, von denen die Führungsfläche 30 auf
der in Gurtaufwickeldrehrichtung weisenden Seite der Mitnehmernocken 12 gelegen ist,
während
die Führungsfläche 31 auf
der in Gurtabwickeldrehrichtung der Gurtwelle 10 liegenden
Seite angeordnet ist.
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Dieses
Federelement 14 ist in 1b dargestellt,
und besteht aus einem äußeren Umfangskranz 15 mit
darin angeordneten Ausnehmungen 16, die bei an der Gurtwelle 10 mit
Mitnehmerscheibe 11 montiertem Federelement 14 (2) über die
Mitnehmernocken 12 greifen, so dass in der Kupplungsstellung
gemäß 2 eine
drehfeste Verbindung zwischen dem Federelement 14 und der
Gurtwelle 10 besteht. Das topfförmig ausgebildete Federelement 14 weist
ferner einen gegenüber
dem äußeren Umfangskranz 15 axial
versetzt angeordneten inneren Umfangskranz 17 mit darin
angeordneten Ausnehmungen 18 auf, die in einer noch zu
beschreibenden Weise zum Eingriff von an dem zugeordneten Antriebsrad 21 angebrachten,
axial davon abstehenden Mitnehmern 23 vorgesehen sind,
so dass über
diese Verbindung eine drehfeste Verbindung zwischen dem Abtriebsrad 21 und
dem Federelement 14 als Kupplungselement gegeben ist.
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Wie
sich dazu aus 1c ergibt, weist das dort dargestellte
Gehäuse 19 einen
Antriebsteil 20a mit einem daran angeschlossenen, nicht
dargestellten Elektromotor sowie einen Kupplungsteil 20b auf, in
welchem ein mit einer Außenverzahnung 22 versehenes
Abtriebsrad 21 gelagert ist. Über die Außenverzahnung 22 erfolgt
die Übertragung
der Drehbewegung der Motorwelle eines Elektromotors mittels einer
tangential an dem Abtriebsrad 21 anliegenden Schnecke.
An dem Abtriebsrad 21 sind bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel über den
Umfang verteilt drei Mitnehmer 23 angeordnet, die axial
in Richtung des Federelementes 14 beziehungsweise der Gurtwelle 10 vorstehen
und bei zusammenmontierter Baugruppe (4) in die
Ausnehmungen 18 des inneren Umfangskranzes 17 des
Federelementes 14 eingreifen und somit eine drehfeste Verbindung
zwischen dem Abtriebsrad 21 und dem Federelement 14 als
Kupplungselement herstellen.
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Um
zunächst
das Federelement 14 zwischen einer entkuppelten Stellung
und einer Kupplungsstellung hin- und herbewegen zu können, ist
ein aus 3 ersichtliches wie auch in
der 2 in seiner Anordnung erkennbares hülsenförmiges Reibelement 24 vorgesehen,
welches reibschlüssig
in dem Gehäuse 19 gelagert
ist. Das Reibelement 24 greift mit zwei einander gegenüberliegend
angeordneten Zapfen 25 in an dem Federelement 14 ausgebildete Führungsschlitze 26 ein,
die sich sowohl in Axial- als auch in Umfangsrichtung des Federelementes 14 erstrecken.
Diese bajonettartige Verbindung zwischen Federscheibe 14 und
Reibelement 24 führt
dazu, dass bei beginnender Drehung des Abtriebsrades 21 mit
dem davon mitgenommenen Federelement 14 es zu einer Relativdrehung
des Federelementes 14 gegenüber dem aufgrund der Reibverbindung
zunächst stehenbleibenden
Reibelement 24 kommt. Soweit dabei die Zapfen 25 in
den Führungsschlitzen 26 des Federelementes 14 ablaufen,
kommt es zu einer axialen Verschiebung des Federelementes 14 aus
der entkuppelten Stellung in seine Kupplungsstellung, in welcher
die an der Mitnehmerscheibe 11 ausgebildeten Mitnehmernocken 12 in
die Ausnehmungen 16 des äußeren Umfangskranzes 15 des
Federelementes 14 eingreifen, so dass in dieser Stellung
eine drehfeste Verbindung zwischen dem Abtriebsrad 21 und
der Gurtwelle 10 hergestellt ist.
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In
dieser eingekuppelten Stellung kommt dann die Bistabilität des Federelementes 14 zum
Tragen, die dadurch gegeben ist, dass in einer ersten stabilen Funktionsstellung
das Federelement 14 mit seinen Ausnehmungen 16 in
Eingriff mit den Mitnehmernocken 12 der Mitnehmerscheibe 11 steht.
Der zweite stabile Funktionszustand des bistabilen Federelementes 14 dadurch
gegeben, dass der äußere Umfangskranz 15 bei
entsprechendem axialen Druck aus seiner Ausgangsstellung gemäß 1b abknickbar
ist, und in dieser abgeknickten zweiten Funktionsstellung geraten
die Mitnehmernocken 12 der Mitnehmerscheibe 11 trotz
weiterhin in der Kupplungsstellung befindlichem Federelement 14 außer Eingriff
mit dem Federelement 14, so dass die Kupplungsverbindung
trotz der Kupplungs-stellung des Federelementes 14 aufgehoben
ist.
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Um
das Federelement 14 bei abgeknicktem und damit in der zweiten
Funktionsstellung befindlichem äußeren Umfangskranz 15 wieder
in den ersten Funktionszustand mit Eingriff der Mitnehmernocken 12 in
die Ausnehmungen 16 des Umfangskranzes 15 zurückzuführen, ist
an dem Antriebsrad zusätzlich
ein Anschlag 27 ausgebildet, der bei entsprechender Relativdrehung
von Federelement 14 und Abtriebsrad 21 gegen den äußeren Umfangskranz 15 drückt und
diesen in seine erste Funktionsstellung zurückschnappen lässt.
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Die
Funktion des Gurtaufrollers in den verschiedenen Kupplungszuständen wird
nachstehend unter Bezugnahme auf die 6a bis 6c nochmals
beschrieben. In der in 6a dargestellten Ausgangsstellung
der Kupplung ist das Federelement 14 in seiner entkuppelten
Stellung dargestellt, in welcher der äußere Umfangskranz 15 von
den Mitnehmernocken 12 der Mitnehmerscheibe 11 frei
ist. Aufgrund des schematisch angedeuteten Eingriffs der Mitnehmer 23 in
die Ausnehmungen 18 des Federelementes 14 ist
eine drehfeste Verbindung des Abtriebsrades 21 mit dem
Federelement 14 gegeben.
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Wird
das Abtriebsrad 21 in Drehung versetzt, so kommt es aufgrund
der Anordnung des Reibelementes 24 zu einer Axialverschiebung
des Federelementes 14 in die in 6b dargestellte
Kupplungsstellung, in welcher nun die Mitnehmernocken 12 der Mitnehmerscheibe 11 in
Eingriff mit dem Federelement 14 stehen, so dass die Gurtwelle 10 beim
Straffen in Gurtaufwickelrichtung gedreht wird. Kommt es im Anschluss
an die Straffbewegung nicht zu einem Unfall beziehungsweise Crash,
so dreht sich das Abtriebsrad 21 wieder in seine Ausgangsstellung
zurück,
und hierbei führen
die in Gurtaufwickelrichtung weisenden Rückführflächen 30 der Mitnehmernocken 12 das
Federelement axial in die entkuppelte Stellung gemäß 1 zurück.
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Kommt
es ausgehend von der Stellung des Federelementes 14 gemäß 6b anschließend zu einem
Crash, in welchem sich die Gurtwelle 10 unter der Wirkung
der auf sie einwirkenden Last nun in Gurtabwickelrichtung gegenüber dem
feststehenden Abtriebsrad 2 dreht, so drücken die
in Gurtabwickeldrehrichtung weisenden schrägen Führungsflächen 31 der Mitnehmernocken 12 auf
den äußeren Umfangskranz 15 und
drängen
diesen axial weg. Wie in 6c dargestellt,
knickt aufgrund der bistabilen Ausbildung des Federelementes 14 der äußere Umfangskranz 15 nach
Erreichen eines bestimmten definierten Verformungsgrades analog
einem Knackfrosch von der Mitnehmerscheibe 11 weg, so dass die
Mitnehmernocken 12 außer
Eingriff mit den Ausnehmungen 16 des Federelementes 14 geraten.
Die Kupplungsverbindung ist somit aufgehoben, so dass im Crashfall
das Abtriebsrad 21 eine Drehbewegung der Gurtwelle 10 in
Gurtabwickelrichtung beispielsweise während eines Kraftbegrenzungs-vorganges nicht
mehr stört.
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Handelt
es sich bei dem vorstehend beschriebenen Unfall, dass heißt Crash
nur um einen leichten Unfall, einen sogenannten Low-Speed-Crash,
so soll der Kupplungszustand im Anschluss an den Crashablauf wieder
herstellbar sein, so dass die Funktionen des Gurtaufrollers wieder
zur Verfügung
stehen.
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In
diesem Fall erfolgt durch Rückdrehung des
Abtriebsrades 21 eine Einwirkung des an ihm ausgebildeten
Anschlages 27 auf den ausgeknickten äußeren Umfangskranz 15 des
Federelementes 14, so dass dieser äußere Umfangskranz 15 durch
die Einwirkung des Anschlages 27 wieder in seine erste Funktionsstellung
gemäß 6b zurückschnappt, wobei
bei weiterer Rückdrehung
des Abtriebsrades 21 das Federelement 14 aus der
in 6b dargestellten Kupplungsstellung in die in 6a dargestellte
entkuppelte Stellung zurück
verschoben wird, die die Ausgangslage für die Funktion der vorstehend beschriebenen
Kupplung bildet.