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Die
Erfindung betrifft einen Gurtaufroller mit einem reversiblen Gurtstraffer
mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
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Gurtaufroller
mit reversiblen Gurtstraffern werden in Kraftfahrzeugen verwendet
und haben die Aufgabe, in einer Vorphase eines Unfalles die Gurtkraft
zu erhöhen und eventuell vorhandene Gurtlose aus dem Sicherheitsgurtsystem
herauszuziehen, damit der Sicherheitsgurt bei einem möglichen
nachfolgenden Unfall möglichst dicht an dem Insassen anliegt
und der Insasse möglichst frühzeitig an die Fahrzeugverzögerung
angekoppelt ist. Für den Fall, dass im Anschluss an die
Vorphase kein Unfall eintritt, wird die Gurtkraft anschließend
wieder gesenkt, und der Gurtaufroller kann seine vorgesehene Funktion
wieder uneingeschränkt wahrnehmen. Als Antriebe für den
reversiblen Gurtstraffer haben sich bevorzugt kleine Elektromotoren
bewährt, deren Drehzahl über ein Getriebe auf
die Gurtwelle des Gurtaufrollers übertragen wird. Damit
der Gurtaufroller während des Normalbetriebes nicht durch
den reversiblen Gurtstraffer gestört wird, muss ferner
ein Kupplungsmechanismus vorgesehen werden, durch den erst bei Aktivierung
des reversiblen Gurtstraffers eine Verbindung zwischen dem Gurtstraffer
und der Gurtwelle des Gurtaufrollers hergestellt wird.
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Unfälle
werden je nach Relativgeschwindigkeit und Typ des Hindernisses in
verschiedene Kategorien eingeteilt. Eine Unfallkategorie ist der
sogenannte „low speed crash” oder auch AZT- Crash
(Allianz-Zentrum-für-Technik-Crashtest) genannt, bei dem
das Fahrzeug mit relativ niedriger Geschwindigkeit auf ein relativ
hartes Hindernis trifft. Bei diesem Test dürfen irreversible
Rückhaltemittel wie Airbags oder irreversible Gurtstraffer
nicht auslösen. Hingegen dürfen oder sollen reversible
Rückhaltemittel wie reversible Gurtstraffer auslösen.
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Nachteilig
bei der Verwendung von reversiblen Gurtstraffern ist, dass sie bei
Aktivierung bei einem Crash mit geringer Geschwindigkeit, wie dem AZT-Crash,
aufgrund der zwischen dem reversiblen Gurtstraffer und der Gurtwelle
geschaffenen Verbindung, während einer anschließenden
Vorwärtsverlagerung des Insassen bis zur Blockierung des
Gurtaufrollers unerwünscht hohe Gurtkräfte von
bis zu 3 kN auf den Insassen ausüben.
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Aus
der
EP 1 504 971 B1 ist
hierzu bereits ein Gurtaufroller mit einem reversiblen Gurtstraffer bekannt,
bei dem der Kupplungsmechanismus zwischen Gurtwelle und reversiblem
Gurtstraffer eine Einrichtung zur Begrenzung des zu übertragenden Drehmomentes
aufweist. Diese Einrichtung ist gebildet durch der Gurtwelle zugeordnete
Zähne und dem Gurtstraffer zugeordnete Zähne,
die sich zur Übertragung des Drehmomentes von dem Gurtstraffer
auf die Gurtwelle im Eingriff befinden und welche außer Eingriff
gebracht werden, wenn das Drehmoment einen eingestellten Wert überschreitet.
Der eingestellte Wert des Drehmomentes, ab wann die Zähne
außer Eingriff gebracht werden, wird durch eine Spiralfeder bestimmt,
welche die Zähne in Eingriffsrichtung vorspannt.
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Nachteilig
bei dieser Lösung ist, dass der das Drehmoment begrenzende
Mechanismus verhältnismäßig viel Bauraum
benötigt und aufgrund der vielen Einzelteile teuer ist.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, einen Gurtaufroller mit einem reversiblen
Gurtstraffer der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die
Einrichtung zur Begrenzung des Drehmomentes zwischen dem reversiblen
Gurtstraffer und der Gurtwelle des Gurtaufrollers mit möglichst
kostengünstigen Mitteln verwirklicht und der dafür
erforderliche Bauraum möglichst klein sein soll.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird durch einen Gurtaufroller mit reversiblem
Gurtstraffer mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen
zu entnehmen.
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Die
Erfindung sieht in ihrem Grundgedanken vor, dass die Einrichtung
zur Begrenzung des Drehmomentes durch ein zwischen der Gurtwelle
und dem reversiblen Gurtstraffer angeordnetes Reibelement gebildet
ist. Durch das vorgeschlagene Reibelement wird die Begrenzung des
Drehmomentes durch ein einziges Teil verwirklicht, welches in einem beliebigen
auch sehr kleinen Bauraum in dem Kraftübertragungsweg zwischen
dem reversiblen Gurtstraffer und der Gurtwelle angeordnet werden
kann. Ferner ist die Verwendung eines Reibelementes insofern von
Vorteil, da dieses während der Drehung der Gurtwelle in
Gurtauszugsrichtung bei eingerücktem Kupplungsmechanismus
nicht beschädigt wird, so dass der Gurtaufroller im Anschluss
seine Funktion ohne Einschränkungen wieder wahrnehmen kann.
Insbesondere kann der reversible Gurtstraffer die Gurtwelle bei
einer späteren Vorunfallphase über das nach wie
vor funktionsfähige Reibelement wiederholt in Aufwickelrichtung
antreiben, wobei durch das funktionsfähige Reibelement
auch die Möglichkeit einer Drehmoment begrenzten Auszugsbewegung
der Gurtwelle im Anschluss an die reversible Vorstraffung gegeben
ist.
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Ein
weiterer Vorteil des Reibelementes ist darin zu sehen, dass das übertragbare
Drehmoment durch die Auslegung des Reibelementes bestimmt ist, so
dass die Veränderung des zu übertragenden Elementes
je nach Kundenwunsch durch den Austausch des Reibelementes erfolgen
kann, ohne dass die angrenzenden Bauteile dazu verändert
werden müssten.
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Ferner
wird vorgeschlagen, dass das Reibelement ringförmig ausgebildet
ist, und in einem ringförmigen Spalt gebildet durch einen
an der Gurtwelle angeordneten Flansch und einer den Flansch umfassenden
und dem Kupplungsmechanismus zugeordneten Kupplungsglocke angeordnet
ist. Durch den ringförmigen Spalt werden die Reibkräfte
gleichmäßig über den Umfang verteilt übertragen,
so dass keine Unwucht in das System eingebracht wird. Das übertragbare
Reibmoment und dadurch die maximalen Gurtkräfte am Insassen
können zusätzlich durch die Bemessung des ringförmigen
Spaltes verändert werden, indem hierdurch der elastische
Verformungsgrad des Reibelementes vergrößert oder
verkleinert wird.
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Ferner
wird vorgeschlagen, dass die Kupplungsglocke in Axialrichtung der
Gurtwelle über das Reibelement auf dem Absatz der Gurtwelle
gehalten ist. Damit entfallen bisher notwendige aufwendige Verbindungsverfahren,
wie z. B. Verstemmen, und jegliche zusätzliche Verbindungselemente.
Das Reibelement wird damit sowohl zur Erzeugung der notwendigen
Radialkräfte für das Reibmoment als auch zur Erzeugung
der in Axialrichtung erforderlichen Haltekräfte für
die Kupplungsglocke genutzt.
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Eine
weitere bevorzugte Weiterbildung der Erfindung ist darin zu sehen,
dass der reversible Gurtstraffer zum Antrieb der Gurtwelle ein Strafferantriebsrad
aufweist, und das Strafferantriebsrad und das Reibelement in einer
Ebene angeordnet sind. Dadurch werden das von dem Strafferantriebsrad ausgeübte
Antriebsmoment und mögliche Radialkräfte auf einem
möglichst direkten Weg der Kraftübertragung ohne
die Erzeugung von Kippmomenten über das Reibelement auf
die Gurtwelle übertragen. Ferner ergibt sich dadurch insbesondere
in Axialrichtung ein sehr kompakter Aufbau, so dass der erfindungsgemäß weiterentwickelte
Gurtaufroller keinen größeren Bauraum als ein
herkömmlicher Gurtaufroller mit einem reversiblen Gurtstraffer
benötigt.
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Damit
das Reibelement das zu übertragende Antriebsmoment auch
während der reversiblen Gurtstraffung sicher überträgt
und der Insasse dennoch nicht durch zu hohe Gurtkräfte
anschließend belastet wird, wird vorgeschlagen, dass das
von dem Reibelement übertragbare Drehmoment derart bemessen ist,
dass die übertragbare Schulterkraft des an dem Insassen
anliegenden Gurtes kleiner als 1200 N, vorzugsweise kleiner als
600 N ist, aber wenigstens 300 N beträgt.
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Die über
das Reibelement übertragbaren Reibkräfte lassen
sich besonders gut einstellen, indem dieses flexible Zähne
zur Übertragung der Reibkräfte aufweist. Das Reibelement
liegt damit nur über Spitzen der Zähne an, und
kann aufgrund der Flexibilität der Zähne bei der
Montage auf die Spaltweite zusammengedrückt werden, wobei
durch das Zusammendrücken eben auch die nötigen
Anpresskräfte zur Erzeugung der Reibkräfte bewirkt
werden.
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Weiter
wird vorgeschlagen, dass die Zähne radial gerichtet sind.
Aufgrund der Ausrichtung der Zähne sind die Anpresskräfte
ebenfalls radial gerichtet, so dass ausschließlich Radialkräfte
in das System eingeleitet werden und keine Axialkräfte
ausgeglichen werden müssen. Selbstverständlich
kann das Reib element aber trotz der rein radial gerichteten Anpresskräfte
in Abzugsrichtung der Kupplungsglocke wirkenden Axialkräften
entgegenwirken und so die Kupplungsglocke auf dem Absatz der Gurtwelle
sichern.
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Eine
besonders kostengünstige und in Großserien herzustellende
Form des Reibelementes kann dadurch verwirklicht werden, indem dieses
aus einem Metallblech gebildet ist, und die Zähne durch aus
dem Metallblech heraus geformte Ausprägungen gebildet sind.
Das vorgeschlagene Metallblech mit den Ausprägungen kann
bei sehr kleinem Bauraum große Reibkräfte übertragen,
wobei die zu übertragenden Reibkräfte selbst durch
die Ausprägungen in ihrer Formgebung und Dimensionierung
bestimmt sind.
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Eine
besonders einfach herzustellende Form des Reibelementes ist dadurch
gegeben, indem das Metallblech zu einem Ring geformt ist, und die
Zähne aus dem Metallring radial nach außen heraus
geformt sind. Durch die ringförmige Ausformung des Metallbleches
kann dieses während des Montageprozesses zunächst
selbstsichernd auf der Gurtwelle angeordnet werden, wobei die nach
außen vorstehenden Zähne dann durch Aufschieben
des zu verbindenden Teiles, wie z. B. einer Kupplungsglocke des
Kupplungsmechanismus, zusammengedrückt werden.
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Weiter
wird vorgeschlagen, dass das Metallblech zwischen den Ausprägungen
und/oder im an die Ausprägungen angrenzenden Randbereich
eine durch unverformte Bereiche gebildete Stützstruktur aufweist.
Durch die vorgeschlagene Stützstruktur wird die Anpresskraft
auf eine größere Fläche gleichmäßig
verteilt übertragen, so dass die auftretende Maximalbelastung
entsprechend verringert wird. Des Weiteren wird eine Stützstruktur
geschaffen, durch welche die elastische Verformung des Metallblechs begrenzt
wird, so dass ausschließlich die Ausprägungen elastisch
verformt werden.
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Die
Flexibilität der Zähne kann bevorzugt dadurch
erzielt werden, indem diese seitlich geöffnete Hohlräume
aufweisen. Durch die seitlich geöffneten Hohlräume
wird zum einen eine bewusste Schwächung der Zähne
geschaffen, so dass die Zähne in der Montage prozesssicher
zusammengedrückt werden können, und zum anderen
wird die Richtung der Verformung vorgegeben.
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Eine
weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch
gegeben, indem das Reibelement aus einem geschlitzten Ring gebildet
ist. Das Reibelement kann damit zur Montage durch Aufweitung des
Spaltes in seinem Durchmesser vergrößert werden,
wobei das Reibelement anschließend durch Zusammenziehen
des Spaltes insbesondere bei dem abschließenden Zusammenbau
wieder auf einen kleineren Innendurchmesser zusammengedrückt werden
kann.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles
näher erläutert. In den Figuren sind im Einzelnen
zu erkennen:
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1:
Gurtaufroller mit Strafferantriebsrad und Kupplungsmechanismus im
Querschnitt;
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2:
Kupplungsglocke mit Reibelement;
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3:
Reibelement;
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4:
Gurtwelle mit Kupplungsglocke und Reibelement in Sicht von der Seite
der Kupplungsglocke;
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5:
Gurtwelle mit Reibelement;
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In 1 ist
ein Gurtaufroller mit einer Gurtwelle 1 und einem Strafferantriebsrad 2 im
Querschnitt zu erkennen. Auf der Gurtwelle 1 ist ein nicht dargestellter
Sicherheitsgurt aufwickelbar. An der Blockierseite 11 der
Gurtwelle 1 ist ferner ein nicht dargestellter Profilkopf
angeordnet, über den die Gurtwelle 1 in einem
Gehäuse des Gurtaufrollers fahrzeugfest blockierbar ist.
Die Gurtwelle 1 selbst ist hohl ausgeführt und
besitzt an einer Seite eine Aufnahme 10, in der ein Ende
eines nicht dargestellten Torsionsstabes befestigbar ist. Da diese
Funktionen für die hier vorliegende Erfindung jedoch nicht
verändert wurden und im Stand der Technik als bekannt anzusehen
sind, wird darauf im Weiteren nicht eingegangen und auf deren Darstellung
verzichtet.
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Das
Strafferantriebsrad 2 ist von einem nicht dargestellten
Elektromotor in Gurtaufwickelrichtung antreibbar und über
einen Kupplungsmechanismus 3 mit einer Kupplungsglocke 4 verbindbar.
Zwischen der Kupplungsglocke 4 und einem zylindrischen
Absatz 6 der Gurtwelle 1 ist ein ringförmiger
Spalt vorgesehen, in dem ein Reibelement 5 angeordnet ist. Im
Falle einer Aktivierung des reversiblen Gurtstraffers in einer Vor-Unfallphase
wird das Strafferantriebsrad 2 in Drehung versetzt, der
Kupplungsmechanismus 3 eingerückt, und dadurch
die Kupplungsglocke 4 über das Strafferantriebsrad 2 in
Gurtaufwickelrichtung angetrieben. Die Drehbewegung der Kupplungsglocke 4 wird
dann reibschlüssig über das Reibelement 5 auf
den Absatz 6 bzw. die Gurtwelle 1 übertragen.
Wird nun die Gurtwelle 1 nach erfolgter reversibler Vorstraffung
in Gurtauszugsrichtung belastet, so besteht aufgrund des vorgesehenen
Reibungselementes 5 die Möglichkeit, dass die
Gurtwelle 1 gegen die noch anstehende Straffkraft in Gurtauszugsrichtung
dreht. Dabei ist es wichtig, dass durch die Auslegung des Reibelementes 5 dieses eben
die Straffkraft während der reversiblen Vorstraffung übertragen
kann, diese kann je nach Auslegung zwischen 100 und 300 N betragen,
während die im Anschluss an die reversible Vorstraffung
durch den Insassen ausgeübte Kraft wesentlich größer
ist und von dem Reibelement 5 nicht mehr übertragen
werden kann. Die Kraftschwelle, ab wann eine Relativdrehung zwischen
Strafferantriebsrad 2 und Gurtwelle 1 zugelassen
werden sollte, kann je nachdem, welche auf den Insassen wirkende
Gurtkraft akzeptabel ist, durch Auslegung des Reibelementes 5 unterschiedlich
gewählt werden. Aus Versuchen hat sich herausgestellt,
dass das maximal übertragbare Reibmoment derart bemessen
sein sollte, dass die maximal auf den Insassen wirkende Schultergurtkraft 1200
N nicht überschreitet, vorzugsweise 600 N beträgt,
aber wenigstens 300 N betragen sollte.
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In 2 ist
die Kupplungsglocke 4 mit dem darin befindlichen Reibelement 5 zu
erkennen. Die Kupplungsglocke 4 weist radial innen einen
Flansch 9 auf, an dessen innerem Durchmesser 7 das
Reibelement 5 anliegt. In 3 ist das
Reibelement 5 als Einzelteil dargestellt. Das Reibelement 5 ist
mit radial nach außen vorstehenden Zähnen 12 versehen,
welche aus dem ringförmigen Reibelement 5 nach
außen heraus geprägt sind. Die Zähne 12 sind
dabei unter plastischer Verformung des Materials aus diesem heraus
geprägt, wobei zwischen den Zähnen 12 Bereiche
vorgesehen sind, die nicht verformt sind und Stützstege 15 bilden,
an denen sich die Zähne 12 bei radial einwärts
gerichteter Belastung abstützen. Die Zähne 12 weisen
seitlich geöffnete Hohlräume 16 auf,
siehe hierzu auch 5, durch die ein Federweg geschaffen
wird, um den die Zähne 12 radial einwärts
elastisch zusammengedrückt werden. Ferner sind die Zähne 12 an
ihren seitlichen Rändern durch nicht verformte seitliche
Begrenzungsränder 13 und 14 begrenzt.
Insgesamt bil den die seitlichen Begrenzungsränder 13 und 14 mit
den Stützstegen 15 eine Art Leiterstruktur, welche
zur Radialinnenseite hin eine gleichförmige Ringfläche
bilden, die einerseits eine Anlagefläche auf dem Absatz 6 darstellt und
andererseits als Stützstruktur für die Zähne 12 dient.
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In 4 ist
die Gurtwelle 1 mit der darauf angeordneten Kupplungsglocke 4 zu
erkennen. Die Kupplungsglocke 4 ist radial innen mit einem
Flansch 9 versehen, und derart auf dem Absatz 6 der
Gurtwelle 1 angeordnet, dass sich ein ringförmiger
Spalt zwischen dem Flansch 9 und dem Absatz 6 bildet.
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In 5 ist
das Reibelement 5 zu erkennen, wie es vor der Montage der
Kupplungsglocke 4 auf dem Absatz 6 gehalten ist.
Das Reibelement 5 weist einen Spalt 8 auf, der
für die Montage auf dem Absatz 6 aufgeweitet wurde.
In der dargestellten Stellung hält sich das Reibelement 5 durch
die Aufweitung selbstsichernd unter Ausübung einer Federspannung
auf dem Absatz 6, wobei die oben beschriebene ringförmige
Stützstruktur als Anlagefläche dient. Durch die
Montage der Kupplungsglocke 4 auf dem Absatz 6 ist,
wie in 4 zu erkennen ist, das Reibelement 5 unter
Verringerung der Weite des Spaltes 8 zusammengedrückt
worden, wobei die Zähne 12 unter Ausnutzung der
Hohlräume 16 radial einwärts elastisch
verformt wurden. Durch das Zusammendrücken der Zähne 12 liegen
diese mit einer erhöhten Vorspannung an dem inneren Durchmesser 7 an
und erhöhen dadurch die bei einer Relativdrehung der Gurtwelle 1 gegenüber
der Kupplungsglocke 4 zu überwindenden Reibkräfte.
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Die
dabei zu überwindenden Reibkräfte werden durch
die durch die elastische Verformung des Reibelementes 5 erzeugten
Federkräfte bestimmt. Diese Federkräfte sind zum
einen durch das Reibelement 5 selbst bestimmt, nämlich
durch dessen Formge bung, das Elastizitätsmodul und durch
die Materialstärke. Ferner sind die Federkräfte
durch die Bemessung des ringförmigen Spaltes veränderbar,
da durch die Maße des Spaltes der elastische Verformungsgrad
des Reibelementes 5 verändert werden kann. Zusätzlich
ist die Kupplungsglocke 4 über das Reibelement 5 in
Axialrichtung der Gurtwelle 1 auf dem Absatz 6 gehalten,
so dass eine bisher aufwendige und teure gesonderte Verbindung entfallen kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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