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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 wird von einer offenen Stirnseite in dieses Gehäuse
eingelegt, wobei die Baulänge der Gurtspule in Achsrichtung
dazu geringer ist als der Abstand der beiden Seitenwände. Die
Lagerung der Gurtspule erfolgt durch eine durchgesteckte Achse,
die zusätzlich die Funktion eines Torsionsstabes aufweisen
kann.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen
Gurtaufroller für Sicherheitsgurte von Kraftfahrzeugen
dahingehend zu verbessern, dass eine vereinfachte Montage der Gurtspule und
deren verbesserte Lagerung möglich sind.
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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 der Gehäuserahmen des Gurtaufrollers als offener,
U-förmiger Rahmen ausgebildet ist, an dessen offener Stirnseite
eine Verstärkungsplatte aus Kunststoff befestigt ist, kann
die Montage der Gurtspule von der offenen Stirnseite des U-förmigen
Gehäuserahmens erfolgen. Die nach der Montage der Gurtspule
angesetzte Verstärkungsplatte erhöht die Festigkeit
eines derartigen Gehäuserahmens in dem Maße, wie
er für die Anforderungen eines Gurtaufrollers für
Kraftfahrzeuge erforderlich ist. Bei der Montage der Gurtspule kann
der U-förmige Gehäuserahmen im elastischen Bereich aufgeweitet
werden, so dass auch eine Gurtspule montiert werden kann, deren
Breite größer als der Abstand der beiden gegenüberliegenden
Gehäuseschenkel ist.
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Die
Montage der Gurtspule wird noch einmal deutlich vereinfacht, wenn
der Gehäuserahmen auf seiner der Befestigungsstelle gegenüberliegenden Seite
des mittleren Schenkels eine geringere Biegesteifigkeit aufweist.
In diesem unteren Bereichs des mittleren Schenkels kann dann bei
der Montage die größte Öffnungsweite
erreicht werden, ohne den elastischen Verformungsbereich des Gehäuserahmens
zu verlassen. Von diesem Bereich der größtmöglichen
Aufweitung erfolgt dann die Montage der Gurtspule.
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Eine
besonders hohe Steifigkeit des Gehäuserahmes wird erzielt,
wenn die Verstärkungsplatte bogenförmig gewölbt
ausgebildet ist. Eine derartige dreidimensionale Ausbildung der
Verstärkungsplatte erhöht die Steifigkeit gegenüber
einer flachen Ausbildung erheblich. Durch die bogenförmige
Ausbildung kann darüber hinaus eine Anpassung an die durch die
Gurtspule vorgegebene zylindrische Geometrie erreicht werden, so
dass zusätzlich zu der erhöhten Steifigkeit das
Bauvolumen reduziert wird.
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Die
Montage der Gurtspule wird erheblich vereinfacht, wenn der mittlere
Schenkel des Gehäuserahmens auf seiner der Befestigungsstelle
gegenüberliegenden Seite einen zur Befestigungsstelle hin gekrümmten,
bogenförmigen Verlauf hat. Durch diese Formgebung wird
das Aufbiegen des Gehäuserahmens erleichtert, ohne dass
die Gesamtfestigkeit des Gehäuserahmens wesentlich reduziert
ist.
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Gewicht
und Volumen des Gehäuserahmens werden vorteilhaft verringert,
wenn der mittlere Schenkel ausgehend von der Befestigungsstelle
in seiner Dicke reduziert wird.
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An
den Gehäuserahmen des erfindungsgemäßen
Gurtaufrollers können in besonders vorteilhafter Weise
zusätzliche Arretierungs- oder Befestigungselemente einstückig
angeformt werden. Diese können als Montagehilfe im Sinne
einer Vorfixierung dienen. Weiterhin können diese sowohl
bei der Montage als auch im Betrieb als Verdrehsicherung dienen.
Ebenso können damit zusätzliche Befestigungsstellen
an der Fahrzeugkarosserie bzw. am Einbauort gebildet werden, die
die singuläre Verschraubung ergänzen und für
eine verbesserte Lastverteilung sorgen und das Schwingungsverhalten
verbessern.
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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 eine
Ansicht der Rückseite des mittleren Gehäuseschenkels,
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6 einen
Längsschnitt durch den Gehäuserahmen,
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7 eine
perspektivische Ansicht einer zweiten Variante des Gehäuserahmens.
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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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An
der Außenseite des seitlichen Schenkels 13 ist
im Bereich des Durchbruches 36 ein Aufnahmeraum 40 ausgebildet,
der zur Aufnahme der Sperrklinke 37 dient. Die Wandung
des Aufnahmeraums 40 ist so ausgebildet, dass sie eine
Abstützfläche 41 für die Sperrklinke 37 bildet.
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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 D und nimmt in Richtung unteres Ende 48 kontinuierlich ab.
Ausgehend von einem Bereich gleicher Dicke D 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 D 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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Durch
die Reduzierung der Dicke des mittleren Schenkels lässt
sich der U-förmige Gehäuserahmen im Bereich des
unteren Endes 48 stärker elastisch aufweiten als
im Bereich des oberen Endes 45, der für die Aufnahme
der Befestigungskräfte verstärkt ausgebildet ist.
Von dem bei der Montage stärker aufgeweiteten unteren Ende
des Gehäuserahmens wird die Gurtspule 14 eingeführt,
so dass der Kranz 32 der Gurtspule und der Rand 35 des
Sperrrades 23 in den kreisförmigen Vertiefungen 30 und 33 aufgenommen
wird. Nach Einsetzen der Gurtspule und Entfernen des Montagewerkzeuges
nehmen die seitlichen Schenkel 12 und 13 wieder
ihre Ausgangslage ein, in der die Gurtspule in axialer Richtung
fixiert ist.
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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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Der
mittlere Schenkel 11 kann an seinem unteren Ende 48,
wie in 5 dargestellt, eine die beiden seitlichen Schenkel
verbindende gerade Kante 66 aufweisen. Es ist jedoch auch
möglich, diese Kante 66 bogenförmig auszubilden,
so wie in 1 dargestellt, wobei der Bogen
sich in Richtung Befestigungsstelle erstreckt. Durch diesen bogenförmigen Verlauf
kann einerseits das Gewicht des Gehäuserahmens reduziert
werden, andererseits wird der Widerstand gegen Aufbiegen bei der
Montage der Gurtspule noch einmal reduziert.
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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
in 7 dargestellte Variante des Gehäuserahmens
unterscheidet sich von der zuvor beschriebenen durch zusätzliche
Befestigungselemente, mit den der Gurtaufroller an der Fahrzeugkarosserie
befestigt werden kann. Auf der der Befestigungsstelle gegenüberliegenden
Seite weisen die seitlichen Schenkel 12 und 13 jeweils
einen Vorsprung 70, 71 auf, der sich in einer
Ebene mit dem mittleren Schenkel befindet. Diese Vorsprünge
ragen über in diesem Ausführungsbeispiel über
das untere Ende des mittleren Schenkels hinaus. An diesen Vorsprüngen
sind Rastelemente 72, 73 ausgebildet, die einstückig
mit dem Gehäuserahmen ausgebildet sind. Diese Rastelemente
greifen in nicht dargestellte Aufnahmeöffnungen der Fahrzeugkarosserie
bzw. am Einbauort ein und dienen sowohl als zusätzliche
Verdrehsicherung als auch als zusätzliche Lastaufnahmeelemente,
durch die die an der oberen Befestigungsstelle auftretenden Lasten
reduziert werden können. Zusätzlich kann mit diesen
zusätzlichen Befestigungselementen das Schwingungsverhalten
des eingebauten Gurtaufrollers in der Fahrzeugumgebung verbessert
werden. Die Anordnung der Rastelement 72, 73 ist
hier nur beispielhaft. Diese können auch an anderer Stelle
der der Fahrzeugkarosserie zugewandten Seite der seitlichen Schenkel
oder des mittleren Schenkels ausgebildet sein. Die hier dargestellte
Anordnung hat den Vorteil, dass sich zusammen mit der Verschraubung
im Bereich des Durchtritts 46 ein dreipunktartige Auflage
bzw. Befestigung ergibt, die besonders stabil ist und im Hinblick
auf ihre schwingungstechnischen Eigenschaften vorteilhaft ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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