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Die
Erfindung betrifft einen Gurtaufroller für Sicherheitsgurte
von Kraftfahrzeugen mit einem Gehäuserahmen aus Kunststoff
zur Aufnahme einer Gurtspule.
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Gurtaufroller
für Kraftfahrzeuge bestehen im Wesentlichen aus einer Gurtspule,
zur Aufnahme des Gurtbandes und einem Gehäuserahmen, in
dem diese Gurtspule gelagert ist. Ferner dient der Gehäuserahmen
zur Befestigung des Aufrollers an der Fahrzeugkarosserie oder an
Strukturteilen eines Fahrzeugsitzes. Dieser Gehäuserahmen
ist üblicherweise als Blechbiegeteil ausgebildet und dient
weiterhin zur Aufnahme und Befestigung der Bauteile der Sperreinrichtung,
der Antriebsfeder und weiterer – anwendungsspezifischer – Komponenten.
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Aus
der gattungsgemäßen
EP 1 637 413 B1 ist es bekannt, den Gehäuserahmen
für einen Gurtaufroller als Kunststoffbauteil herzustellen.
Dazu soll dieser Gehäuserahmen als Spritzgussbauteil ausgeführt
werden, wobei als Kunststoffmaterial ein fieberglasverstärkter,
thermoplastischer Werkstoff vorgesehen ist. Dieser Gehäuserahmen
ist als geschlossener Rechteckrahmen ausgeführt, der auf
einer Seite einen offenen Aufnahmeraum für die Antriebsfeder und
auf der gegenüberliegenden Seite einen offenen Aufnahmeraum
für die Komponenten der Sperreinrichtung aufweist. Die
Gurtspule wirkt mit einer Sperrklinke zusammen, die auf einem Lagerzapfen
drehbar gelagert ist. Dieser Lagerzapfen ist als Teil der Gehäusewand
ausgeführt. Darüber hinaus ist in dem Gehäuse
integral eine Stützstruktur ausgebildet, die bogenförmig
den unteren Bereich der Sperrklinke abstützen soll. Unter
Last wird bei einem derartigen Gurtaufroller die Gurtspule durch
die Vorverlagerung des Insassen gegen die Sperrwirkung verdreht. Durch
den Eingriff der Sperrklinke in die Sperrverzahnung und die Drehung
der Gurtspule kommt es zu einer kniehebelartigen Verstärkung
der Belastung der Lagerstelle. Ein Nachgeben der Lagerstelle unter
hoher Last kann mit einer derartigen Struktur nur durch sehr massive
Ausgestaltung sichergestellt werden, die zu einer deutlichen Gewichtserhöhung
führt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen
Gurtaufroller für Sicherheitsgurte von Kraftfahrzeugen
dahingehend zu verbessern, dass eine verbesserte Abstützung
der Sperrklinke ermöglicht wird, durch die ohne massive
Verstärkungen im Bereich der Lagerung eine sichere Lastaufnahme
beim Sperren der Gurtspule möglich ist.
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Darüber
hinaus soll der erfindungsgemäße Gurtaufroller
in der Lage sein, alle aktuellen gesetzlichen Anforderungen hinsichtlich
Haltbarkeit, Festigkeit und Bruchlast zu erfüllen. Dies
gilt insbesondere für die Anforderungen an die statische
Bruchlast bei geradem Gurtbandabzug. Die Erfüllung dieser
Forderungen war unter anderem ein Grund dafür, dass Kunststoffe
für Gehäuserahmen von Gurtaufrollern in der Serienentwicklung
von Kraftfahrzeugen bisher nicht zum Einsatz kamen.
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Dadurch
dass in dem Gehäuserahmen des Gurtaufrollers eine Anlagefläche
für die Sperrklinke ausgebildet ist, durch die der Schwenkweg
der Sperrklinke begrenzt wird, kann eine kniehebelartige Verstärkung
der vom Gehäuserahmen aufzunehmenden Last begrenzt werden.
Die Hebelverhältnisse von Gurtspule bzw. der Sperrverzahnung
und der Sperrklinke werden durch diese Anlagefläche so
begrenzt, dass eine zunehmende Überstreckung verhindert wird,
Eine kniehebelartige Kraftüberhöhung durch den
sich vergrößernden Winkel der beiden Wirkhebelarme
wird vermieden. Durch diese Anlagefläche kommt es darüber
hinaus zu einer verbesserten Lastverteilung der über die
Sperrklinke in den Gehäuserahmen eingebrachten Kräfte.
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Wenn
die Breite der Anlagefläche mindestens der Breite der zugeordneten
Sperrklinkenfläche entspricht, kann die Lastaufnahme noch
einmal verbessert werden. Insbesondere werden dadurch Lastspitzen
vermieden und die Verformung unter Last wird reduziert.
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Eine
kreisbogenförmige Stützfläche, die mit einer
entsprechenden Kontur der Sperrklinke korrespondiert, kann zusätzlich
für eine verbesserte Abstützung dieser Sperrklinke
sorgen. Diese Abstützung wirkt in vorteilhafter Weise einem
Verschieben der Sperrklinke in radialer Richtung entgegen und schützt
die Lagerung der Sperrklinke vor Überlastung.
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Wenn
diese kreisbogenförmige Stützfläche so
ausgebildet ist, dass die Sperrklinke erst bei Überschreiten
einer vorgegebenen Last zur Anlage kommt, wird ein schneller Schwenkvorgang
der Sperrklinke ermöglicht. Die Sperrklinke kann dadurch vor
der Lastaufnahme weitgehend frei von zusätzlicher Reibung
an der Stützfläche verschwenken.
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Die
Lastaufnahme der über die Sperrklinke in den Gehäuserahmen
eingetragenen Kräfte kann noch einmal deutlich verbessert
werden, wenn die Sperrklinke auf ihrer der Stützfläche
zugewandten Seite breiter ausgebildet ist. Diese Seite ist üblicherweise
die der Sperrverzahnung abgewandte Seite und die Seite in der die
Schwenkachse liegt. Eine breitere Stützfläche
sorgt für eine verbesserte Lastverteilung an der Stützfläche.
Eine verbreiterte Sperrklinke im Bereich der Stützfläche
bei ansonsten unveränderter Dicke führt bei deutlich
verbesserter Lastverteilung nur zu einer geringen Massenzunahme
der Sperrklinke insgesamt. Die Massenzunahme liegt darüber
hinaus im Bereich der Schwenkachse, so dass die Massenträgheit
nicht übermäßig erhöht wird.
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Die
Lasteinleitung in die Fahrzeugkarosserie und die Belastung des Gehäuserahmens
werden erheblich verbessert, wenn die Sperrklinke so angeordnet
ist, dass sie sich zwischen der Achse der Gurtspule und der Befestigungsstelle
des Gurtaufrollers befindet. Dadurch ist insbesondere eine sehr
direkte Krafteinleitung möglich. Eine verstärkte
Ausbildung des Gehäuses wird dadurch auf einen relativ geringen
Bereich des Gehäuserahmens beschränkt, so dass
Volumen und Masse des Gehäuserahmens klein bleiben.
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Die
Steifigkeit des Gehäuserahmens und dessen Bruchfestigkeit
werden in vorteilhafter Weise verbessert, wenn an dem Gehäuserahmen
ein verstärkter Bereich ausgebildet ist, der die Stützfläche für
die Sperrklinke und den Befestigungsabschnitt verbindet. Die Krafteinleitung
von der Gurtspule über die Sperrklinke und den Gehäuserahmen
in die Fahrzeugkarosserie wird dadurch verbessert.
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Besonders
geeignete Kunststoffe für den Gehäuserahmen des
Gurtaufrollers sind solche aus den Gruppen der Duroplaste und Thermoplaste,
insbesondere Polypropylen (PP), Polyamid (PA), vor allem PA6 sowie
Polyethylen (PE). Zur Verstärkung dieser Kunststoffe werden
vorteilhafterweise Langglasfasern verwendet.
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Weitere
Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben
sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung.
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Ein
Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der nachfolgenden
Beschreibung und Zeichnung näher erläutert.
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Letztere
zeigt in
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1 eine
perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen
Gurtaufrollers,
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2 einen
Querschnitt durch den erfindungsgemäßen Gurtaufroller,
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3 eine
erste perspektivische Darstellung des Gehäuserahmens,
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4 eine
zweite perspektivische Darstellung des Gehäuserahmens,
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5 einen
Querschnitt durch den erfindungsgemäßen Gurtaufroller
im Bereich der Sperrklinke,
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6 einen
Längsschnitt durch den erfindungsgemäßen
Gurtaufroller im Bereich der Sperrklinke,
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Der
in den 1 bis 6 dargestellte Gurtaufroller
hat einen Gehäuserahmen 10, der U-förmig ausgebildet
ist, und einen als Grundplatte ausgebildeten mittleren Schenkel 11 sowie
zwei seitliche Schenkel 12 und 13. In diesem Gehäuserahmen
ist eine Gurtspule 14 drehbar gelagert. Die beiden Außenseiten 15 und 16 der
seitlichen Schenkel 12 und 13 sind durch Gehäusedeckel 17 und 18 verschlossen.
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Die
Gurtspule besteht in an sich bekannte Weise aus einem Spulenkörper 19 und
zwei kranzartigen Gurtstegen 20 und 21. Im Inneren
des Spulenkörpers 19 ist ein Torsionsstab 22 angeordnet,
der auf einer Seite drehfest mit der Gurtspule verbunden ist. Die
andere Seite des Torsionsstabes 22 ist mit einem seitlich
an der Gurtspule geführten Sperrrad 23 verbunden.
Die Lagerung der Gurtspule in normalen Betrieb erfolgt an der einen
Stirnseite über einen gefederten Lagerstift 24,
der in einer Lageraufnahme des Gehäusedeckels. Zur Durchführung
der Lagerstifte 24 und 25 weisen die beiden seitlichen
Schenkel 12 und 13 jeweils eine Öffnung 26 und 27,
deren Durchmesser wesentlich kleiner als der Durchmesser der Gurtstege 20 und 21 ist.
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Auf
der Außenseite des seitlichen Schenkels 12 ist
ein umlaufender Gehäuserand 28 ausgebildet. Diese
bildet zusammen mit der Wandung 29 des seitlichen Schenkels 12 einen
Aufnahmeraum für eine nicht dargestellte Antriebsfeder,
die über den Lagerstift 24 mit der Gurtspule verbunden
ist. Der durch den Gehäuserand 28 und die Wandung 29 des
seitlichen Schenkels gebildete Aufnahmeraum für die Antriebsfeder
wird durch den Deckel 17 verschlossen, der aus Gewichtsgründen
ebenfalls aus Kunststoff gefertigt ist.
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An
der Innenseite des seitlichen Schenkels 12 ist eine kreisförmige
Vertiefung 30 ausgebildet, deren umlaufender Rand 31 die Öffnung 26 zentrisch umgibt.
Diese Vertiefung 30 dient zur Aufnahme eines flanschartigen,
ringförmigen Kranzes 32 an der Außenseite
der Gurtspule 14.
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Die
gegenüberliegende Innenseite des zweiten seitlichen Schenkels 13 weist
ebenfalls eine kreisförmige Vertiefung 33 mit
einem umlaufenden Seitenrand 34 auf. Diese Vertiefung dient
zur Aufnahme eines flanschartig ausgebildeten ringförmigen Randes 35 des
Sperrrades. Der Seitenrand 34 ist mit einem Durchbruch 36 versehen,
durch den eine auf der Außenseite des Schenkels gelagerte
Sperrklinke 37 in das Innere des Gehäuserahmens
bzw. der kreisförmigen Vertiefung 33 ragt. Auf
der radial gegenüberliegenden Seite ist der Seitenrand 34 der Vertiefung 33 mit
einer Verzahnung 36 versehen.
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Die
in die Vertiefung 33 ragende Sperrklinke 37 wirkt
bei entsprechender Ansteuerung mit einer außenseitigen
Verzahnung 39 der Sperrrades 23 zusammen. Unter
Last wird dann die Gurtspule durch die auftretenden Hebelwirkungen
in die Verzahnung 38 der Gehäusewand verschoben.
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Die
gegenüberliegende Vertiefung 30 kann ebenfalls
mit einer Verzahnung versehen werden, vorzugsweise dann, wenn auf
einen Torsionsstab verzichtet wird. In diesem Fall wird der Rand
der Gurtspule ebenfalls mit einer entsprechenden Gegenverzahnung
versehen.
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An
der Außenseite des seitlichen Schenkels 13 ist
im Bereich des Durchbruches 36 ein Aufnahmeraum 40 ausgebildet,
der zur Aufnahme der Sperrklinke 37 dient.
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Der
seitliche Schenkel 13 weist zusätzlich einen weiteren
Aufnahmeraum 42 auf, der zur Unterbringung des nicht näher
dargestellten mechanischen Sensors dient.
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Der
als Grundplatte ausgebildete mittlere Schenkel 11 hat auf
seiner der Gurtspule 14 zugewandten Seite eine geschlossene
Oberfläche 43 und auf weist auf der gegenüberliegenden
Seite eine offene Wabenstruktur 44 zur Verstärkung
und Versteifung auf. Darüber hinaus ist am oberen Ende 45 des mittleren
Schenkels ein kreisförmiger Durchtritt 46 ausgebildet,
die zur Aufnahme bzw. zur Durchführung der zur Befestigung
dienenden Verschraubung dient. Der Durchtritt 46 ist von
einem massiv ausgeführten Rand 47 umgeben. Die
Dicke des mittleren Schenkels hat im Bereich des oberen Endes bzw. des
ringförmigen Randes 47 ihr größtes
Ausmaß und nimmt in Richtung unteres Ende 48 kontinuierlich
ab. Ausgehend von einem Bereich gleicher Dicke um den Durchtritt 46 und
den massiven Rand 47 herum reduziert sich die Dicke des
mittleren Schenkels in Richtung unteres Ende. Die Kontur des mittleren Schenkels
hat dabei ausgehend von dem Bereich gleicher Dicke einen bogenförmigen,
an die Kontur der Gurtspule angepassten mittleren Bereich 49,
der in einen annähernd linear in seiner Dicke abnehmenden
unteren Bereich 50 übergeht.
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Die
Dicke D des mittleren Schenkels beträgt im Bereich des
kreisförmigen Durchtrittes mindestens 10 mm. Der Abstand
der Mittelachse des kreisförmigen Durchtritts 46 zur
oberen Kante beträgt vorteilhafterweise mindestens 15 mm.
Am unteren Ende des mittleren Schenkels kann dessen Dicke auf 4
mm oder darunter reduziert werden.
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Durch
die relativ große Dicke des mittleren Schenkels im oberen
Bereich ist es auch möglich, den Durchtritt 46 für
die Verschraubung mit einem Gewinde zu versehen, so dass eine Gewindeausbildung
oder die Anbringung einer Gewindemutter an der Fahrzeugkarosserie
entfällt.
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Die
dem mittleren Schenkel 11 gegenüberliegenden Stirnseiten 51 und 52 der
beiden seitlichen Schenkel weisen jeweils zwei Befestigungsstifte 53 und 54 sowie
radial verlaufende Vertiefungen 55 und 56 auf.
Die Befestigungsstifte 53 und 54 korrespondieren
mit Befestigungsöffnungen 57 und 58 einer Verstärkungsplatte 59 durch
die im endmontierten Zustand die offene Stirnseite des U-förmigen
Gehäuserahmens verschlossen wird. Diese Verstärkungsplatte
weist eine Reihe von Vorsprüngen 60, 61 auf, die
mit den Vertiefungen 55 und 56 in den Stirnseiten der
Schenkel korrespondieren. Zur Erhöhung der Steifigkeit
ist die Verstärkungsplatte bogenförmig ausgebildet
und weist die Form einer Mantelfläche auf, die die Gurtspule
radial umgibt. Die Verstärkungsplatte besteht im Wesentlichen
aus einem rechteckigen Rahmen 62, der in Umfangsrichtung der Gurtspule
gewölbt ist. Zur Erzielung einer ausreichenden Steifigkeit
ist der Rahmen 62 mit einem X-förmig ausgebildeten
Verstärkungssteg 63 versteift.
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Zur
Verbesserung der Montage im Fahrzeug und um ein Verdrehen des Gurtaufrollers
um den Verschraubungspunkt unter Last zu vermeiden, sind an der
Rückseite 64 des mittleren Schenkels hakenartige
Vorsprünge 65 ausgebildet, die mit entsprechenden Öffnungen
in der Fahrzeugkarosserie korrespondieren. Diese Vorsprünge
können gleichzeitig als Montagehilfe dienen, mit deren
Hilfe der Gurtaufroller in die Fahrzeugkarosserie eingehängt
wird.
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Diese
Vorsprünge 65 können darüber
hinaus so ausgelegt werden, dass sie lasttragend sind, d. h. dass über
diese Vorsprünge Lasten in die Fahrzeugkarosserie eingeleitet
werden können. Somit kann der Verschraubungspunkt des Gurtaufrollers
noch einmal entlastet werden.
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Um
den Durchtritt 46 und dessen massiven Rand 47 verläuft
die Kante 67 des mittleren Schenkels 11 ausgehend
von den seitlichen Schenkeln bogenförmig nach außen
gewölbt. Die Länge des mittleren Schenkels gemessen
zwischen dessen unterem Ende 48 und dem oberen Ende 45 ist
größer als die entsprechende Länge der
seitlichen Schenkel. Die bogenförmige Kante 67 ist
geschlossen ausgebildet. Von dieser Kante verlaufen bogenförmige Übergänge 68 und 69 in
die seitlichen Schenkel, die die Steifigkeit des Gehäuserahmens
in dessen oberen Bereich erhöhen. Die bogenförmigen Übergänge
haben vorteilhafterweise einen Radius von mindestens 10 mm.
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Der
Rahmen und die Verstärkungsplatte bestehen aus Kunststoff,
der zur Erhöhung der Festigkeit beispielsweise mit Glasfasern
verstärkt ausgeführt wird. Hierbei sind insbesondere
so genannte Langglasfasern bevorzugt.
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Die
Sperrklinke 37 hat einen verzahnten Kopfabschnitt 70,
der mit der Verzahnung 39 des Sperrrades zusammenwirkt.
Der gegenüberliegende Fußabschnitt 71 hat
zwei einstückig angeformte Lagerzapfen 72, 73.
Einer der beiden Lagerzapfen ist in einer Lagerbohrung 74 des
Gehäuserahmens geführt. Der gegenüberliegende
Lagerzapfen ist in einer Lagerbohrung 75 des Gehäusedeckels 18 geführt.
Anstelle der einstückigen Ausbildung ist es auch möglich,
eine durchgehende Lagerachse als separates Bauteil auszuführen.
Die Sperrklinke kann auch mit Lagerbohrungen versehen sein, in die
entsprechende Lagerzapfen am Gehäuse und dem Gehäusedeckel
oder eine durchgesteckte Achse gesteckt werden.
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Der
Fußabschnitt 71 der Sperrklinke ist breiter ausgebildet
als der Kopfabschnitt 70. Die Dicke D des Fußabschnittes
ist in diesem Ausführungsbeispiel etwa doppelt so groß wie
die Dicke d des Kopfabschnittes. Die Dicke d des Kopfabschnittes
ist abhängig von den gewählten Materialien der
Sperrklinke und den aufzunehmenden Maximalkräften und beträgt
in diesem Ausführungsbeispiel 4,4 mm. Abhängig
von der Dicke d des Kopfabschnittes 70 ist die Öffnungsbreite
des Durchtritts 36. Diese Öffnungsbreite ist so
an die Dicke d des Kopfabschnittes angepasst, dass die Sperrklinke
berührungsfrei durch diesen Durchtritt ragt. Die Seitenwände 81, 82 des Durchtritts
dienen zusätzlich dazu, dass bei starken Beschleunigungen
bzw. Kräften in Querrichtung die Sperrklinke geführt
wird. Somit bleibt die Überdeckung der zusammenwirkenden
Verzahnungen in jedem Betriebszustand erhalten.
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Der
Aufnahmeraum 40 für die Sperrklinke hat eine Stützfläche 76,
die dem kreisbogenförmigen Fußabschnitt 71 zugewandt
ist. Die Stützfläche ist im Längsschnitt
durch den Gurtaufroller ebenfalls kreisbogenförmig und
umgibt den Fußabschnitt mit geringem Abstand. Der Abstand
zwischen der Stützfläche 76 und dem Fußabschnitt 71 ist
so gewählt, dass die Stützklinke ohne Kontakt
zur Stützfläche verschwenken kann, sofern keine
Last von der Gurtspule bzw. dem Sperrrad auf die Sperrklinke übertragen
wird. Unter Last können sich die Lagerbohrungen bzw. die Lagerzapfen
elastisch verformen, so dass der Fußabschnitt zur Anlage
an die Stützfläche gelangt und diese die erhöhten
Lagerkräfte aufnehmen kann.
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Die
in Schwenkrichtung der Sperrklinke liegende Wandung des Aufnahmeraums 40 ist
als Anlagefläche 77 ausgebildet. Die Neigung der
Anlagefläche 77 ist so gewählt, dass
die zugewandte Seitenfläche 78 der Sperrklinke
flächig zur Anlage kommt, wenn alle Verzahnungen 79 der
Sperrklinke mit der Verzahnung des Sperrades in Eingriff sind.
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Beim
Verschwenken der Sperrklinke aus ihrer Ruhelage gelangt ein erster
Zahn 80 von vier Zähnen der Verzahnung 79 in
Eingriff mit der Verzahnung des Sperrrades. Durch weiteres Verdrehen
der Gurtspule bzw. des Sperrrades wird die Sperrklinke weiter verschwenkt,
so dass auch die anderen drei Zähne in Eingriff mit der
Verzahnung des Sperrrades gelangen. Durch die über das
Gurtband auf die Gurtspule einwirkenden Abzugskräfte wird
diese dann in Richtung der Verzahnung 38 verschoben, so dass
die Verzahnung des Sperrrades mit dieser in Eingriff kommt. Befinden
sich dann alle Zähne der Sperrklinke in Eingriff gelangt die
Sperrklinke zur Anlage an die Anlagefläche 77.
Ein weiteres Verschwenken und damit ein Verdrehen des Sperrrades werden
dann verhindert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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