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Die Erfindung betrifft einen Gurtaufroller für ein Sicherheitsgurtsystem mit einem Gehäuse, einer im Gehäuse um eine Achse drehbar gelagerten Gurtspule und einem Gurtstraffer nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus dem Stand der Technik ist ein in 1 gezeigter Gurtaufroller 10' für ein Sicherheitsgurtsystem in Kraftfahrzeugen bekannt. Der Gurtaufroller umfasst ein Gehäuse 12' und eine im Gehäuse 12' um eine Achse 16' drehbar gelagerte Gurtspule 14'. Die Gurtspule 14' hat eine erste Seite und eine entgegengesetzte Sperrseite, wobei an der Sperrseite ein Sperrbauteil 20' vorgesehen ist, an dem ein Blockiermechanismus 22' wirkt. Im Kraftfluss zwischen Sperrbauteil 20' und der Gurtspule 14' ist ein Torsionsstab 24' zur Kraftbegrenzung vorgesehen, der mit einem ersten Ende 26' fest mit der Gurtspule 14' und mit einem zweiten Ende 28' fest mit dem Sperrbauteil 20' verbunden ist. Auf der ersten Seite der Gurtspule 14' ist ein Gurtstraffer 18' vorgesehen, der bei seiner Aktivierung im Rückhaltefall die Gurtspule 14' über ein Ritzel 30' in Aufrollrichtung dreht und auf diese Weise den Sicherheitsgurt straff zieht. Beim Einkuppeln und Auskuppeln des Gurtstraffers 18' können sprungartige Veränderungen im Kraftverlauf auftreten, wodurch die Bauteile von Gurtaufroller 10' und Gurtstraffer 18' belastet werden.
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Die gattungsbildende
DE 199 09 938 C1 beschreibt einen Gurtaufroller für ein Sicherheitsgurtsystem mit einem Gehäuse, einer im Gehäuse um eine Achse drehbar gelagerten Gurtspule, einem Gurtstraffer und einem Kupplungselement, das zwischen dem Gurtstraffer und der Gurtspule angeordnet ist. Für das Kupplungselement ist eine Leerweg vorgesehen, in dem sich das Kupplungselement von einer Ausgangsstellung in eine zweite Stellung bewegt und durch diese Bewegung Energie auf ein reversibles Energieaufnahmemittel überträgt. Das Kupplungselement ist dabei in der zweiten Stellung mit der Gurtspule gekuppelt, so dass Kraft und Bewegung vom Kupplungselement auf die Gurtspule übertragen werden kann.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Gurtaufroller mit Gurtstraffer zu schaffen, der einen verbesserten Kraftverlauf beim Ein- und Auskuppeln des Gurtstraffers aufweist, wodurch die Belastung für Bauteile und/oder den Fahrzeuginsassen reduziert wird.
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Die Aufgabe wird durch einen erfindungsgemäßen Gurtaufroller für ein Sicherheitsgurtsystem gelöst, der ein Gehäuse, eine im Gehäuse um eine Achse drehbar gelagerte Gurtspule, einen Gurtstraffer, und ein Kupplungselement aufweist. Das Kupplungselement ist zwischen dem Gurtstraffer und der Gurtspule angeordnet und durch den Gurtstraffer in einer Aufrollrichtung bewegbar. Es ist ein Leerweg für das Kupplungselement vorgesehen, in dem sich das Kupplungselement von einer Ausgangsstellung in eine zweite Stellung bewegt und durch diese Bewegung Energie auf ein reversibles Energieaufnahmemittel überträgt. Das Kupplungselement ist in der zweiten Stellung mit der Gurtspule gekuppelt, sodass Kraft und Bewegung vom Kupplungselement auf die Gurtspule übertragen werden können. Auf diese Weise wird zu Beginn des Straffvorgangs ein Anteil der Energie des Gurtstraffers in das reversible Energieaufnahmemittel übertragen, wodurch der Kraftstoß beim Einkuppeln des Gurtstraffers gedämpft wird. Die gespeicherte Energie kann im weiteren Verlauf des Straffvorgangs für verschiedene Funktionen eingesetzt werden.
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Dabei ist das Kupplungselement an der Gurtspule beweglich gelagert, wobei Gurtspule und Kupplungselement mindestens eine Ausnehmung und einen Fortsatz aufweisen, die ineinandergreifen, wobei die Ausnehmung einen ersten und einen zweiten Anschlag für den Fortsatz bildet. Dies ermöglicht eine einfache mechanische Ausführung des Kupplungselements.
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Erfindungsgemäß liegt der mindestens eine Fortsatz in der Ausgangsstellung des Kupplungselements am ersten Anschlag an, wobei keine direkte Kraftübertragung vom Kupplungselement zur Gurtspule in Aufrollrichtung möglich ist. Durch den ersten Anschlag wird die Ausgangsstellung des Kupplungselements definiert.
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Erfindungsgemäß liegt der mindestens eine Fortsatz in der zweiten Stellung des Kupplungselements am zweiten Anschlag anliegen, wobei eine direkte Kraftübertragung vom Kupplungselement zur Gurtspule in Aufrollrichtung möglich ist. Der mindestens eine Fortsatz ermöglicht somit eine einfache mechanische Übertragung von Kraft und Bewegung.
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Der Leerweg des Kupplungselements kann einer Drehbewegung um die Achse relativ zur Gurtspule entsprechen, wobei zwischen der Ausgangsstellung und der zweiten Stellung ein bestimmter Winkel, insbesondere zwischen 10° und 90°, vorgesehen ist. Ein drehbares Kupplungselement lässt sich auf einfache Weise und mit geringem Bauraumbedarf in den Aufbau von Gurtspule und Gurtaufroller integrieren.
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Vorzugsweise beträgt der Winkel zwischen der Ausgangsstellung und der zweiten Stellung 20° bis 30°. Dies ermöglicht es, am Kupplungselement mehrere Fortsätze oder Ausnehmungen vorzusehen, wodurch die mechanische Stabilität und Kraftübertragung des Kupplungselements verbessert wird, während ein ausreichend langer Leerweg eine Übertragung von einer entsprechend großen Energiemenge auf das reversible Energieaufnahmemittel zulässt.
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Es kann ein Sperrbauteil vorgesehen sein, das über das Energieaufnahmemittel mit dem Kupplungselement verbunden ist. Dies ermöglicht eine feste Anbindung des Energieaufnahmemittels an das Gehäuse über das Sperrbauteil.
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Es ist möglich, dass bei der Kraftübertragung vom Kupplungselement auf das Energieaufnahmemittel ein Anteil der Kraft des Gurtstraffers über das Energieaufnahmemittel auf das Sperrbauteil übertragen wird. Dies ermöglicht eine verbesserte Dämpfung des Kraftstoßes beim Einkuppeln des Gurtstraffers.
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Gurtspule und Sperrbauteil sind bei normalem Betrieb des Gurtaufrollers vorzugsweise starr miteinander verbunden. Somit ist im normalen Betrieb ein direkter Kraftfluss zwischen Gurtspule und Sperrbauteil möglich.
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Vorzugsweise ist die starre Verbindung von Gurtspule und Sperrbauteil so vorgesehen, dass sich das Kupplungselement in seiner Ausgangslage befindet und das Energieaufnahmemittel keine Energie speichert. Die starre Verbindung von Gurtspule und Sperrbauteil verhindert ein Verrutschen des Kupplungselements aus seiner Ausgangslage und stellt sicher, dass das Energieaufnahmemittel im normalen Betrieb nicht belastet wird.
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Die starre Verbindung von Gurtspule und Sperrbauteil lässt sich so ausführen, dass sie bei einer hohen Kraftbelastung, insbesondere im Rückhaltefall, lösbar ist. Auf diese Weise wird eine relative Bewegung von Gurtspule und Sperrbauteil, beispielsweise im Rückhaltefall, ermöglicht.
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Der Gurtstraffer kann einen Kupplungsmechanismus aufweisen, der eine Kraftübertragung zwischen Gurtstraffer und Kupplungselement nur in Aufrollrichtung vom Gurtstraffer auf das Kupplungselement ermöglicht. Ein solches Kupplungselement verhindert eine Belastung des Gurtstraffers durch Kräfte, die auf das Sicherheitsgurtsystem wirken.
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Der Kupplungsmechanismus lässt sich so ausbilden, dass eine Entkopplung von Gurtstraffer und Kupplungselement zum Abschluss des Straffvorgangs erfolgt. Auf diese Weise wird der Gurtstraffer nach Abschluss des Straffvorgangs vom Sicherheitsgurtsystem abgekuppelt und somit nicht durch auf den Sicherheitsgurt wirkende Kräfte belastet.
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Es ist möglich, dass ein Teil der im Energieaufnahmemittel gespeicherten Energie für die Entkopplung von Antriebssegment und Kupplungselement verwendet wird. Auf diese Weise kann eine Entkopplung von Gurtstraffer und Gurtaufroller frühzeitig eingeleitet werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird das Sperrbauteil bei aktiviertem Blockiermechanismus in Abrollrichtung gehäusefest gehalten, wobei das Energieaufnahmemittel als Kraftbegrenzungsmittel wirkt. Das Kraftbegrenzungsmittel kann somit zu Beginn des Straffvorgangs vorgespannt werden, wodurch ein Kraftabfall beim Übergang vom Straffvorgang in die Kraftbegrenzung vermindert und somit der Kraftverlauf verbessert wird.
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Vorzugsweise ist das Energieaufnahmemittel ein Torsionsstab. Dies ermöglicht eine einfache Ausführungsform für das Energieaufnahmemittel.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den nachfolgenden Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
- - 1 einen Gurtaufroller nach dem Stand der Technik;
- - 2 einen erfindungsgemäßen Gurtaufroller mit eingezeichnetem Kraftfluss während einer ersten Phase des Straffvorgangs;
- - 3 einen Gurtaufroller gemäß 2 mit eingezeichnetem Kraftfluss während einer zweiten Phase des Straffvorgangs;
- - 4 einen Gurtaufroller gemäß 2 mit eingezeichnetem Kraftfluss während einer dritten Phase des Straffvorgangs; und
- - 5 eine Gurtspule und ein Kupplungselement eines erfindungsgemäßen Gurtaufrollers.
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Die 2 bis 4 zeigen einen erfindungsgemäßen Gurtaufroller 10 mit einem Gehäuse 12 und einer im Gehäuse 12 um eine Achse 16 drehbar gelagerten Gurtspule 14. Ein Gurtband 40 wird auf der Gurtspule 14 aufgerollt. Auf der ersten, rechten Seite der Gurtspule 14 sind ein Gurtstraffer 18 angeordnet. Auf der zweiten, linken Seite der Gurtspule 14 ist ein Sperrbauteil 20 (auch Sperrscheibe genannt) vorgesehen sowie ein Blockiermechanismus 22. Ein Torsionsstab 24 ist mit seinem ersten Ende 26 auf der ersten Seite der Gurtspule 14 in einer zentralen Öffnung 34 (siehe auch 5) eines Kupplungselements 32 befestigt und mit seinem zweiten Ende 28 auf der zweiten Seite der Gurtspule 14 fest mit dem Sperrbauteil 20 verbunden.
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Des Weiteren ist in der zentralen Bohrung 34 des Kupplungselements 32 ein Achselement 36 befestigt. Am Achselement 36 greift ein Rückstellmechanismus 38 an, der die Gurtspule 14 in Aufrollrichtung mit einer Federkraft beaufschlagt und somit ein automatisches Aufrollen des Gurtbands 40 bewirkt. Der Rückstellmechanismus 38 kann anstelle einer Aufwickelfeder auch auf andere Weise ausgeführt sein.
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Der Torsionsstab 24 kann in einem elastischen Bereich verdreht werden, wobei der Torsionsstab 24 eine Energiemenge ET aufnimmt, die er später wieder freigeben kann. Der Torsionsstab 24 funktioniert somit im elastischen Bereich als reversibles Energieaufnahmemittel 24.
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An der Gurtspule 14 sind Verbindungsfortsätze 54 vorgesehen, die in entsprechende Ausnehmungen im Sperrbauteil 20 eingreifen und bei normalem Betrieb des Gurtaufrollers 10 eine starre Verbindung von Gurtspule 14 und Sperrbauteil 20 herstellen. Bei einer hohen Kraftbelastung, insbesondere im Rückhaltefall, wird die starre Verbindung von Gurtspule 14 und Sperrbauteil 20 gelöst, indem die Verbindungsfortsätze 54 der Gurtspule 14 abbrechen oder abgetrennt werden, wodurch eine Bewegung von Gurtspule 14 und Sperrbauteil 20 relativ zueinander ermöglicht wird. Die starre Verbindung von Gurtspule 14 und Sperrbauteil 20 ist so vorgesehen, dass sich das Kupplungselement 32 in seiner Ausgangslage befindet und der Torsionsstab 24 nicht verdreht ist und somit das Energieaufnahmemittel 24 keine Energie speichert. Es ist auch möglich, dass zwischen Gurtspule 14 und Sperrbauteil 20 eine rein kraftschlüssige Verbindung vorgesehen ist.
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Im Folgenden wird der Gurtstraffer 18 am Beispiel eines pyrotechnischen Gurtstraffers beschrieben. Es ist eine Steuereinheit vorgesehen, die eine pyrotechnische Treibladung auslösen und ein Schubmedium 50 beschleunigen kann. Das Schubmedium 50, beispielsweise Stahlkugeln, kann seine Bewegungsenergie an einen Kupplungsmechanismus 52 übertragen. Der Kupplungsmechanismus ermöglicht eine Kraftübertragung auf ein Ritzel 30 des Kupplungselements 32. Der Kupplungsmechanismus 52 ist so ausgelegt, dass er nur eine Kraftübertragung zwischen Gurtstraffer und Kupplungselement in Aufrollrichtung, vom Gurtstraffer auf das Kupplungselement ermöglicht. Der Kupplungsmechanismus 52 ist dazu so ausgelegt, dass er nur bei Aktivierung des Gurtstraffers 18 bzw. Bewegung des Schubmediums 50 mit dem Kupplungselement 32 einkuppelt und sich zum Abschluss des Straffvorgangs wieder auskuppelt. Die Entkopplung des Gurtstraffers 18 geschieht beispielsweise durch eine kurze Rückdrehung des Kupplungselements 32. Im Normalbetrieb ist der Gurtstraffer 18 vom Gurtaufroller 10 entkoppelt. Es ist natürlich auch möglich, andere Ausführungsformen eines Gurtstraffers 18 zu verwenden.
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5 zeigt die Gurtspule 14 mit dem Kupplungselement 32. Am Kupplungselement 32 ist das Ritzel 30 vorgesehen. Das Kupplungselement 32 weist mehrere Fortsätze 42 auf, die sich in radialer und/oder axialer Richtung erstrecken. Die Fortsätze 42 greifen jeweils in Ausnehmungen 44 an der Gurtspule 14 ein. Die Ausnehmungen 44 bilden einen ersten Anschlag 46 und einen zweiten Anschlag 48 für den Fortsatz 42. Das Kupplungselement 32 liegt in einer Ausgangsstellung mit seinen Fortsätzen 42 am ersten Anschlag 46 der Ausnehmungen 44 an. Die Ausnehmungen 44 erstrecken sich über einen größeren Winkelbereich als die Fortsätze 42, sodass das Kupplungselement 32 eine Drehbewegung durchführen kann, durch die das Kupplungselement 32 von seiner Ausgangsstellung in eine zweite Stellung bewegt wird, in der das Kupplungselement 32 mit den Fortsätzen 42 am zweiten Anschlag 48 der Ausnehmungen 44 in der Gurtspule 14 anliegt. Es ist natürlich auch möglich, dass Fortsätze an der Gurtspule 14 vorgesehen sind, die in Ausnehmungen am Kupplungselement 32 eingreifen.
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Die Drehbewegung, die das Kupplungselement 32 um die Achse 16 relativ zur Gurtspule 14 durchführen kann, entspricht einem bestimmten Winkel, insbesondere zwischen 10° und 90°. Auf diese Weise ist es möglich, dass am Kupplungselement 32 mehrere Fortsätze 42 angebracht sein können. In der in 2 gezeigten Ausführungsform sind sechs Fortsätze 42 am Kupplungselement 32 vorgesehen und der Winkel zwischen der Ausgangsstellung und der zweiten Stellung beträgt 20° bis 30°.
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In der Ausgangsstellung des Kupplungselements 32 ist keine direkte Kraftübertragung vom Kupplungselement 32 zur Gurtspule 14 in Aufrollrichtung möglich. Die zweite Stellung des Kupplungselements 32 ermöglicht dagegen eine direkte Kraftübertragung vom Kupplungselement 32 zur Gurtspule 14 in Aufrollrichtung über die am zweiten Anschlag 48 anliegenden Fortsätze 42. Der Weg des Kupplungselements 32 von der Ausgangsstellung in die zweite Stellung stellt somit einen Leerweg für das Kupplungselement 32 dar, bei dem keine Kraft vom Kupplungselement 32 auf die Gurtspule 14 übertragen wird.
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Im Folgenden wird anhand der 2 bis 4 die Funktion des Gurtaufrollers 10 beschrieben. Im normalen Betrieb des Gurtaufrollers 10 kann das Gurtband 40 auf die Gurtspule 14 aufgerollt bzw. von dieser abgezogen werden. Der Rückstellmechanismus 38 beaufschlagt die Gurtspule 14 in Aufrollrichtung mit einer Federkraft und bewirkt ein automatisches Aufrollen des Gurtbands 40. Ein Abrollen des Gurtbands 40 erfolgt durch den Fahrzeuginsassen, beispielsweise durch Vorbewegung des Oberkörpers. Der Blockiermechanismus 22 sperrt eine Bewegung des Sperrbauteils 20 in Abrollrichtung in Abhängigkeit von der Fahrsituation des Kraftfahrzeugs, beispielsweise bei starker Beschleunigung, oder bei schnellem Abrollen des Gurtbands 40. Der Torsionsstab 24 wirkt dabei als Kraftbegrenzungsmittel im Kraftfluss zwischen Sperrbauteil 20 und Gurtspule 14 bei hohen Belastungen, wie sie bei einem Unfall auftreten.
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Der Gurtstraffer 18 kann im Rückhaltefall durch eine Steuereinheit aktiviert werden und das Gurtband 40 in Aufrollrichtung straff ziehen. Der Straffvorgang kann in drei Phasen unterteilt werden.
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Zu Beginn der ersten Phase befindet sich das Kupplungselement 32 in seiner Ausgangsstellung, in der keine direkte Kraftübertragung vom Kupplungselement 32 zur Gurtspule 14 in Aufrollrichtung möglich ist.
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Während der ersten Phase wird das Kupplungselement 32 von der ersten Stellung in die zweite Stellung verdreht. Bei dieser Bewegung überträgt das Kupplungselement 32 Energie auf den Torsionsstab 24, der als reversibles Energieaufnahmemittel 24 wirkt. Der Torsionsstab 24 wird dabei zwischen seinem ersten Ende 26 und seinem zweiten Ende 28 elastisch um den Winkel verdreht, der durch den Leerweg des Kupplungselements 32 zugelassen wird. Der Energie-/Kraftfluss vom Kupplungsmechanismus 52 des Gurtstraffers 18 über das Kupplungselement 32 zum Torsionsstab 24 ist in 2 durch die weißen Pfeile 56 gekennzeichnet.
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Am Ende der ersten Phase des Straffvorgangs liegt das Kupplungselement 32 in seiner zweiten Stellung am zweiten Anschlag 48 an, und eine Energiemenge ET ist im Energieaufnahmemittel 24 gespeichert.
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Es ist möglich, dass ein Anteil der Kraft des Gurtstraffers 18 über das Energieaufnahmemittel 24 an das Sperrbauteil 20 übertragen wird. Über die starre Verbindung von Sperrbauteil 20 und Gurtspule 14 wird diese Kraft an die Gurtspule 14 und das Gurtband 40 weitergeleitet. Dieser sekundäre Kraftverlauf ist in 2 durch die kleinen schwarzen Pfeile 58 dargestellt. Auf diese Weise wird in der ersten Phase des Straffvorgangs nur ein Anteil der Kraft des Gurtstraffers 18 an das Gurtband 40 weitergeleitet, wodurch die mechanische Belastung der Bauteile des Gurtaufrollers 10 geringer ist.
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Der Energie-/Kraftfluss während der zweiten Phase des Straffvorgangs ist durch die Pfeile 60 in 3 dargestellt. Das Kupplungselement 32 liegt mit den Fortsätzen 42 am zweiten Anschlag 48 der Gurtspule 14 an und überträgt die Kraft des Gurtstraffers 18 direkt auf die Gurtspule 14. In dieser Phase wird das Gurtband 40 mit der gesamten Kraft des Gurtstraffers 18 aufgewickelt. Die Energiemenge ET ist während dieser Phase weiterhin im Energieaufnahmemittel 24 gespeichert.
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4 zeigt den Energie-/Kraftfluss in der dritten und abschließenden Phase des Straffvorgangs. In dieser Phase hat der Kraftfluss vom Gurtstraffer 18 über den Kupplungsmechanismus 52 auf das Kupplungselement 32 weitgehend nachgelassen. Zu Beginn der dritten Phase herrscht im Wesentlichen ein Kräftegleichgewicht zwischen den Kräften des Gurtstraffers 18 und der Rückstellkraft des Torsionsstabs 24. Die im Energieaufnahmemittel 24 gespeicherte Energiemenge ET wird nun zumindest teilweise wieder freigegeben, indem sich der elastisch verdrehte Torsionsstab 24 in seine entspannte Position zurückdreht und das Kupplungselement 32 somit von der zweiten Stellung in seine erste Stellung zurückgedreht wird. Diese Rückdrehung dient als Signal, den Kupplungsmechanismus 52 vom Kupplungselement 32 zu entkoppeln. Der entsprechende Energie-/Kraftfluss ist in 4 durch die Pfeile 62 gekennzeichnet. Das durch Kupplungselement 32 und Energieaufnahmemittel 24 erzeugte Signal kann auch zur frühzeitigen Einleitung weiterer Prozesse am Gurtaufroller 10 und Gurtstraffer 18 benutzt werden.
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Ein alternativer, zweiter Energie-/Kraftfluss ist durch die kleinen schwarzen Pfeile 64 gekennzeichnet. Ein Teil der Energiemenge ET wird vom Energieaufnahmemittel 24 an das Sperrbauteil 20 übertragen, wodurch das Sperrbauteil 20 in Aufrollrichtung beaufschlagt wird. Auf diese Weise ist es möglich, eine möglichst frühzeitige Sperrung des Sperrbauteils 20 über den Blockiermechanismus 22 zu erreichen.
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Bei einer starken Kraftbelastung, insbesondere im Rückhaltefall, wird die starre Verbindung von Gurtspule 14 und Sperrbauteil 20 gelöst. Das Sperrbauteil 20 ist über den aktivierten Blockiermechanismus 22 in Abrollrichtung gehäusefest gehalten und wird nun über den Torsionsstab 24 bzw. das Energieaufnahmemittel 24 und das Kupplungselement 32 mit der Gurtspule 14 verbunden. Der Torsionsstab 24 wirkt dabei als Kraftbegrenzungsmittel, indem er sich bei hohen Kraftbelastungen verdrehen kann, sowohl elastisch als auch plastisch, wodurch die Gurtspule 14 gegenüber dem Gehäuse 12 zurückdrehen und das Gurtband 40 ausgerollt werden kann, wodurch die Belastung des Fahrzeuginsassen begrenzt wird. Befindet sich das Kupplungselement 32 in seiner zweiten Stellung, so ist der Torsionsstab 24 vorgespannt, wodurch ein Kraftabfall beim Übergang vom Straffvorgang in die Kraftbegrenzung des Gurtaufrollers 10 verhindert werden kann.
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Es wird also zu Beginn des Straffvorgangs ein Teil der Energie des Gurtstraffers 18 im Energieaufnahmemittel 24 gespeichert, wodurch der Kraftstoß beim Einkuppeln des Gurtstraffers 18 gedämpft wird und die Bauteile des Gurtaufrollers 10 sowie der Fahrzeuginsasse geringer belastet werden. Die gespeicherte Energiemenge ET wird gegen Ende des Straffvorgangs wieder freigesetzt, um eine Entkupplung von Gurtstraffer 18 und Gurtspule 14, eine frühzeitige Sperrung des Sperrbauteils 20 und/oder einen optimierten Kraftverlauf beim Übergang vom Straffvorgang in die Kraftbegrenzung des Gurtaufrollers 10 zu ermöglichen.
