DE102009035047A1

DE102009035047A1 - Selbstsperrender Gurtaufroller

Info

Publication number: DE102009035047A1
Application number: DE102009035047A
Authority: DE
Inventors: Per Axblom
Original assignee: Autoliv Development AB
Current assignee: Autoliv Development AB
Priority date: 2009-07-28
Filing date: 2009-07-28
Publication date: 2011-02-03
Also published as: WO2011012222A2; WO2011012222A3; US8955784B2; JP2013500191A; US20120104137A1; JP5496332B2

Abstract

Die Erfindung betrifft einen selbstsperrenden Gurtaufroller mit folgenden Bauteilen: - einer fahrzeugsensitiv und/oder gurtbandsensitiv ansteuerbaren Blockiervorrichtung (9), - einer Gurtwelle (1), auf der das Gurtband aufwickelbar ist, - einer im Kraftfluss zwischen der Blockiervorrichtung (9) und der Gurtwelle (1) angeordneten zweistufigen Kraftbegrenzungseinrichtung (13) zur Ermöglichung eines kraftbegrenzten Gurtbandauszuges während einer Kraftbegrenzung, - wobei die Kraftbegrenzungseinrichtung (13) ein erstes Kraftbegrenzungselement (3) mit einem hohen Kraftbegrenzungsniveau und ein zweites Kraftbegrenzungselement (2) 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 (2) mit dem niedrigen Kraftbegrenzungsniveau zwischen der Blockiervorrichtung (9) und der Gurtwelle (1) ein drittes Kraftbegrenzungselement (14) vorgesehen ist, wobei - das dritte Kraftbegrenzungselement (14) durch wenigstens zwei aneinander anliegende Strukturelemente (10, 11, 12, 20a, 20b, 21a-21g, 22a-22g) im Kraftfluss zwischen der Blockiervorrichtung (9) und der Gurtwelle (1) gebildet ist, wovon während der Kraftbegrenzung wenigstens eines abgeschert wird.

Description

Die Erfindung betrifft einen selbstsperrenden Gurtaufroller mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 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 weich 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.
Aus der DE 10 2007 057 661 A1 ist ein selbstsperrender Gurtaufroller gleichen Aufbaus bekannt, bei dem das dritte Kraftbegrenzungselement durch einen Biegedraht gebildet ist, der parallel zu der Gurtwelle angeordnet ist. Der Beitrag des dritten Kraftbegrenzungselementes zu der Kraftbegrenzungscharakteristik wird dadurch bewirkt, indem der Biegedraht unter plastischer Verformung aus der parallelen Ausrichtung zur Gurtwelle um die Achse eines Torsionsstabes aufgewickelt wird.
Damit muss in dem Gurtaufroller entsprechender Bauraum sowohl zur Aufnahme des Biegedrahtes vor der Verformung als auch nach der Verformung vorgesehen werden. Außerdem ist das durch das dritte Kraftbegrenzungselement zu verwirklichende Kraftbegrenzungsniveau durch die plastische Verformungsarbeit des Biegedrahtes begrenzt und kann nur durch Vergrößerung des Biegedrahtes selbst erhöht werden. Da Gurtaufroller nach den heutigen Anforderungen der Fahrzeughersteller möglichst klein ausgeführt werden sollen, kann es aus Gründen des Bauraumes problematisch sein, die geforderte Kraftbegrenzungscharakteristik mit dieser Lösung zu erzielen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen selbstsperrenden Gurtaufroller mit einer zweistufigen Kraftbegrenzungseinrichtung mit zwei Kraftbegrenzungselementen mit unterschiedlichen Kraftbegrenzungsniveaus und einem parallel zu dem Kraftbegrenzungselement mit dem niedrigen Kraftbegrenzungsniveau wirkenden dritten Kraftbegrenzungselement zu schaffen, welcher möglichst wenig Bauraum benötigen soll.
Zur Lösung der Aufgabe wird erfindungsgemäß ein selbstsperrender Gurtaufroller mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind den Unteransprüchen, der Beschreibung und den zugehörigen Figuren zu entnehmen.
Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, dass das dritte Kraftbegrenzungselement durch wenigstens zwei aneinander anliegende Strukturelemente im Kraftfluss zwischen der Blockiervorrichtung und der Gurtwelle gebildet ist, wovon während der Kraftbegrenzung wenigstens eines abgeschert wird.
Die Energievernichtung bei der Aktivierung des dritten Kraftbegrenzungselementes wird bei der vorgeschlagenen Lösung durch das Abscheren der Strukturelemente herbeigeführt. Bei dem Abscheren handelt es sich um eine Verformung, die durch Scherkräfte bewirkt wird, welche bei entsprechender Formgebung und Werkstoffwahl der Strukturelemente eine maximale Energievernichtung auf engstem Raum ermöglicht. Da die Verformung der Strukturelemente unter den Scherkräften grundsätzlich neben der plastischen Verformung auch ein Zerstören der Strukturelemente umfasst, kann dadurch mehr Energie verbraucht werden, als dies bei einer Verformung unter Biegekräften möglich wäre. Außerdem werden die Strukturelemente während der Kraftbegrenzung nicht von einem Bauraum in einen anderen Bauraum bewegt, so dass das vorgeschlagene Kraftbegrenzungselement für sich als ortsfest betrachtet werden kann und weniger Bauraum benötigt. Ferner beginnt die durch das dritte Kraftbegrenzungselement bewirkte Kraftbegrenzung durch das aneinander Anliegen der Strukturelemente unmittelbar mit dem Einsetzen der Relativdrehbewegung, so dass auch dadurch kein Bauraum verschenkt wird.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen
1: Selbstsperrender Gurtaufroller mit zweistufiger Kraftbegrenzungseinrichtung und einem erfindungsgemäßen dritten Kraftbegrenzungselement
2: Selbstsperrender Gurtaufroller aus 1 in Schnittrichtung A-A
In 1 ist ein selbstsperrender Gurtaufroller mit einer in zwei Rahmenschenkeln 5 und 6 eines Gurtaufrollerrahmens drehbar gelagerten Gurtwelle 1 zu erkennen. An einer Seite der Gurtwelle 1 ist ein Profilkopf 8 angeordnet, der Träger einer fahrzeugsensitiv und/oder gurtbandsensitiv ansteuerbaren Blockiervorrichtung 9 in Form einer Blockierklinke ist. Die Blockiervorrichtung 9 steuert bei einer Ansteuerung in eine dem Rahmenschenkel 6 zugeordnete gehäusefeste Verzahnung 7 ein und blockiert dadurch die Gurtwelle 1 in Gurtbandauszugsrichtung. Im Kraftfluss zwischen der Blockiervorrichtung 9 und der Gurtwelle 1 ist eine zweistufige Kraftbegrenzungseinrichtung 13 in einem Hohlraum 15 der Gurtwelle 1 angeordnet. Die Kraftbegrenzungseinrichtung 13 ermöglicht bei einem Überschreiten eines definierten Kraftbegrenzungsniveaus einen kraftbegrenzten Gurtbandauszug.
Die zweistufige Kraftbegrenzungseinrichtung 13 umfasst ein erstes und ein zweites Kraftbegrenzungselement 3 und 2, die jeweils als Torsionsstäbe ausgebildet sind. Das erste Kraftbegrenzungselement 3 ist mit einem Ende 3b mit dem Profilkopf 8 und mit einem Ende 3a mit einem Ende 2b des zweiten Kraftbegrenzungselementes 2 drehfest verbunden. Das zweite Kraftbegrenzungselement 2 ist mit dem anderen Ende 2a mit der Gurtwelle 1 drehfest verbunden, so dass die zweistufige Kraftbegrenzungseinrichtung 13 die kraftschlüssige Verbindung zwischen der Gurtwelle 1 und der Blockiervorrichtung 9 bildet.
Ferner ist ein Verbindungselement 4 vorgesehen, welches drehfest mit dem Ende 3a des ersten Kraftbegrenzungselementes 3 und darüber mittelbar auch drehfest mit dem Ende 2b des zweiten Kraftbegrenzungselementes 2 verbunden ist. Das Verbindungselement 4 ist zu Beginn des kraftbegrenzten Gurtbandauszuges über eine lösbare Verbindung 16 mit der Gurtwelle 1 verbunden, so dass der Kraftfluss von der Gurtwelle 1 über das Verbindungselement 4 in das Ende 3a des ersten Kraftbegrenzungselementes 3 geleitet wird. Zu Beginn der Kraftbegrenzung wirkt dadurch das durch das erste Kraftbegrenzungselement 3 definierte hohe Kraftbegrenzungsniveau. Zum Umsteuern von dem hohen auf das niedrige Kraftbegrenzungsniveau wird die Verbindung 16 gelöst, so dass das Verbindungselement 4 gegenüber der Gurtwelle 1 frei drehen kann, und dadurch das durch das zweite Kraftbegrenzungselement 2 definierte Kraftbegrenzungsniveau wirkt, da nun das Ende 2a gegenüber dem Ende 2b verdreht wird. Das Ende 2b kann in diesem Fall aufgrund der Verbindung mit dem ersten Kraftbegrenzungselement 3 mit dem hohen Kraftbegrenzungsniveau als festes Ende angesehen werden.
Um den kurzzeitigen Krafteinbruch beim Umsteuern des Kraftbegrenzungsniveaus auszugleichen, ist ein parallel zu dem zweiten Kraftbegrenzungselement 2 wirkendes drittes Kraftbegrenzungselement 14 vorgesehen. Das dritte Kraftbegrenzungselement 14 ist durch eine Struktur an der Stirnseite des rohrförmigen Verbindungselementes 4 und in einer Ecke des Hohlraumes 15 der Gurtwelle 1 gebildet. Die Struktur weist an dem Verbindungselement 4 und an der Gurtwelle 1 angeordnete aneinander anliegende Strukturelemente 10, 11, 12, 20a, 20b, 21a–21g und 22a–22g auf, wobei die Strukturelemente 10, 11, 12 der Gurtwelle 1 und die Strukturelemente 20a, 20b, 21a–21g und 22a–22g dem Verbindungselement 4 zugeordnet sind. Das Kraftbegrenzungselement 14 ist demnach nicht durch ein einzelnes Element, sondern durch die Gesamtheit der Strukturelemente 10, 11, 12, 20a, 20b, 21a–21g und 22a–22g gebildet, die zeitgleich oder in zeitlicher Abfolge zur Wirkung kommen, wie nachfolgend noch beschrieben wird.
Die Strukturelemente 10, 11, 12, 20a, 20b, 21a–21g und 22a–22g sind an einer radial äußeren Kante des rohrförmigen Verbindungselementes 4 und in einer gegenüberliegenden Ecke des Hohlraumes 15 der Gurtwelle 1 angeordnet, so dass sie jeweils zwei freie Seiten aufweisen und fingerartig ineinandergreifen. Durch die zwei freien Seiten kann die Fläche, mit der die Strukturelemente 10, 11, 12, 20a, 20b, 21a–21g und 22a–22g aneinander anliegen, besonders groß gewählt werden. Außerdem sind die Strukturelemente 10, 11, 12, 20a, 20b, 21a–21g und 22a–22g jeweils an nur zwei Seiten mit dem Verbindungselement 4 oder der Gurtwelle 1 verbunden, was Vorteile hinsichtlich einer einstückigen Herstellung der Strukturelemente an der Gurtwelle 1 und/oder dem Verbindungselement 4, z. B. in einem Druckgussverfahren, bietet.
In 2 ist die Zuordnung der Strukturelemente 10, 11, 12, 20a, 20b, 21a–21g und 22a–22g im Detail zu erkennen. Die Strukturelemente 10, 11 und 12 sind der Gurtwelle 1 zugeordnet und liegen zu Beginn der kraftbegrenzten Gurtbandauszugsbewegung in Pfeilrichtung „K” an den dem Verbindungselement 4 zugeordneten Strukturelementen 20a, 21a und 22a an. Beginnt nun die Gurtwelle 1 in Pfeilrichtung „K” gegenüber dem Verbindungselement 4 zu drehen, so werden zunächst die Strukturelemente 20a, 21a, 22a von den Strukturelementen 10, 11, 12 abgeschert. Die Strukturelemente 10, 11 und 12 der Gurtwelle 1 weisen dazu eine deutlich höhere Festigkeit als die Strukturelemente 20a, 21a, 22a auf, was hier dadurch verwirklicht ist, indem die Strukturelemente 10, 11 und 12 in Umfangsrichtung deutlich breiter sind. Alternativ könnten auch die dem Verbindungselement 4 zugeordneten Strukturelemente 20a, 20b, 21a–21g und 22a–22g fester ausgebildet werden, wichtig ist nur, dass ein klarer Unterschied der Festigkeit der Strukturelemente 10, 11, 12, 20a, 20b, 21a–21g und 22a–22g vorhanden ist, damit bei dem Abscheren nicht beide aneinander anliegenden Strukturelemente 10, 11, 12, 20a, 20b, 21a–21g und 22a–22g verformt oder zerstört werden.
Demnach können die Strukturelemente in abscherende Strukturelemente 10, 11, 12 und abgescherte Strukturelemente 20a, 20b, 21a–21g, 22a–22g unterschieden werden, wobei die abgescherten Strukturelemente 20a, 20b, 21a–21g, 22a–22g eine rippenartige Struktur bilden, durch die die abscherenden Strukturelemente 10, 11 und 12 Energie vernichtend hindurchbewegt werden.
Während der weiteren Drehung der Gurtwelle 1 werden die Strukturelemente 20b, 21b–21g und 22b–22g durch die wirkenden Scherkräfte abgeschert. Die Dicke der Strukturelemente 20a, 20b, 21a–21g, 22a–22g nimmt dabei in Drehrichtung der Gurtwelle 1 ab, so dass auch die beim Abscheren der Strukturelemente 20a, 20b, 21a–21g, 22a–22g vernichtete Energie und das dadurch bewirkte Kraftbegrenzungsniveau abnimmt. Ferner wirken, nachdem das Strukturelement 12 das Strukturelement 20b abgeschert hat, nur noch die Strukturelemente 10 und 11.
Das Kraftbegrenzungsniveau kann bei dieser Art von Kraftbegrenzungselement konstruktiv einfach durch die Anzahl der abgescherten Strukturelemente 20a, 20b, 21a–21g, 22a–22g pro Zeiteinheit und durch die vernichtete Energie beim Abscheren eines Strukturelementes 20a, 20b, 21a–21g, 22a–22g bestimmt werden. In diesem Fall wurde die Kraftbegrenzungscharakteristik degressiv ausgelegt, indem die Anzahl der gleichzeitig abgescherten Strukturelemente 20a, 20b, 21a–21g, 22a–22g und die Dicke der Strukturelemente 20a, 20b, 21a–21g, 22a–22g während der Kraftbegrenzung abnimmt.
Die Kraftbegrenzungscharakteristik kann weiter vergleichmäßigt werden, indem das Abscheren der Strukturelemente 20a, 20b, 21a–21g, 22a–22g überlappend erfolgt, d. h. indem der Beginn des Abscherens eines Strukturelementes 20a, 20b, 21a–21g, 22a–22g zu einem Zeitpunkt erfolgt, an dem ein anderes Strukturelement 20a, 20b, 21a–21g, 22a–22g schon oder noch abgeschert wird. Bei entsprechender Anordnung und Auslegung der Strukturelemente 20a, 20b, 21a–21g, 22a–22g kann die Kraftbegrenzung so ausgelegt werden, dass zu jedem Zeitpunkt wenigstens ein Strukturelement 20a, 20b, 21a–21g, 22a–22g abgeschert wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19927427 C2 [0002]
- DE 102007057661 A1 [0003]

Claims

Selbstsperrender Gurtaufroller mit folgenden Bauteilen: – einer fahrzeugsensitiv und/oder gurtbandsensitiv ansteuerbaren Blockiervorrichtung (9), – einer Gurtwelle (1), auf der das Gurtband aufwickelbar ist, – einer im Kraftfluss zwischen der Blockiervorrichtung (9) und der Gurtwelle (1) angeordneten zweistufigen Kraftbegrenzungseinrichtung (13) zur Ermöglichung eines kraftbegrenzten Gurtbandauszuges während einer Kraftbegrenzung, – wobei die Kraftbegrenzungseinrichtung (13) ein erstes Kraftbegrenzungselement (3) mit einem hohen Kraftbegrenzungsniveau und ein zweites Kraftbegrenzungselement (2) 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 (2) mit dem niedrigen Kraftbegrenzungsniveau zwischen der Blockiervorrichtung (9) und der Gurtwelle (1) ein drittes Kraftbegrenzungselement (14) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass – das dritte Kraftbegrenzungselement (14) durch wenigstens zwei aneinander anliegende Strukturelemente (10, 11, 12, 20a, 20b, 21a–21g, 22a–22g) im Kraftfluss zwischen der Blockiervorrichtung (9) und der Gurtwelle (1) gebildet ist, wovon während der Kraftbegrenzung wenigstens eines abgeschert wird.
Selbstsperrender Gurtaufroller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – wenigstens zwei Strukturelemente (20a, 20b, 21a–21g, 22a–22g) vorgesehen sind, die gleichzeitig abgeschert werden.
Selbstsperrender Gurtaufroller nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – wenigstens zwei Strukturelemente (20a, 20b, 21a–21g, 22a–22g) vorgesehen sind, die nacheinander abgeschert werden.
Selbstsperrender Gurtaufroller nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass – die Anzahl der gleichzeitig abgescherten Strukturelemente (10, 11, 12, 20a, 20b, 21a–21g, 22a–22g) während der kraftbegrenzten Gurtbandauszugsbewegung abnimmt.
Selbstsperrender Gurtaufroller nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – wenigstens zwei Strukturelemente (20a, 20b, 21a–21g, 22a–22g) vorgesehen sind, die zeitlich versetzt abgeschert werden, und – das Abscheren des zeitlich später abgescherten Strukturelementes (20a, 20b, 21a–21g, 22a–22g) in Überlappung oder mit dem Ende des Abscherens des zeitlich früheren Strukturelementes (20a, 20b, 21a–21g, 22a–22g) beginnt.
Selbstsperrender Gurtaufroller nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – mehrere Strukturelemente (20a, 20b, 21a–21g, 22a–22g) vorgesehen sind, die zeitlich nacheinander abgeschert werden, und – die beim Abscheren der Strukturelemente (20a, 20b, 21a–21g, 22a–22g) vernichtete Energie abnehmend ist.
Selbstsperrender Gurtaufroller nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – das erste und das zweite Kraftbegrenzungselement (3, 2) mit jeweils einem Ende (2b, 3a) miteinander verbunden sind, – ein Verbindungselement (4) vorgesehen ist, über das die miteinander verbundenen Enden (2b, 3a) mit der Gurtwelle (1) koppelbar sind, und – die aneinander anliegenden Strukturelemente (10, 11, 12, 20a, 20b, 21a–21g, 22a–22g) des dritten Kraftbegrenzungselementes (14) dem Verbindungselement (4) und der Gurtwelle (1) zugeordnet sind.
Selbstsperrender Gurtaufroller nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – die Strukturelemente (10, 11, 12, 20a, 20b, 21a–21g, 22a–22g) in einer Ecke oder an einer Kante angeordnet sind.
Selbstsperrender Gurtaufroller nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass – das Verbindungselement (4) aus einem in einem Hohlraum (15) der Gurtwelle (1) angeordneten Rohr gebildet ist, und – die aneinander anliegenden Strukturelemente (10, 11, 12, 20a, 20b, 21a–21g, 22a–22g) an einer radial äußeren Kante des Rohres und in einer gegenüberliegenden Ecke in dem Hohlraum (15) der Gurtwelle (1) angeordnet sind.