DE102010051422A1

DE102010051422A1 - Gurtstraffer für Gurtaufroller mit Kraftbegrenzungsvorrichtung und Verfahren zum Straffen eines Sicherheitsgurts und anschließender Kraftbegrenzung

Info

Publication number: DE102010051422A1
Application number: DE102010051422A
Authority: DE
Inventors: Bernd Gentner; Thomas Moedinger; Andreas Pregitzer
Original assignee: TRW Automotive GmbH
Current assignee: ZF Automotive Germany GmbH
Priority date: 2010-11-17
Filing date: 2010-11-17
Publication date: 2012-05-24
Also published as: DE112011103791A5; DE112011103791B4; US9908505B2; JP2013542879A; WO2012065654A1; JP5770853B2; US20130327873A1; CN103237690B; BR112013012317A2; CN103237690A

Abstract

Ein Gurtstraffer für einen Gurtaufroller mit einer Kraftbegrenzungsvorrichtung umfasst ein drehbar gelagertes und an eine Gurtspule gekoppeltes Ritzel (14), eine Antriebseinheit und ein durch die Antriebseinheit bewegtes Kraftübertragungselement (20). Das Kraftübertragungselement (20) kommt mit dem Ritzel (14) in Eingriff, um das Ritzel in einer Straffrichtung A zu drehen. Das Kraftübertragungselement (20) ist so ausgelegt, dass ein Teil (20b) des Kraftübertragungselements (20) in der Drehstellung, die das Ritzel (14) nach dem Drehen durch das Kraftübertragungselement (20) einnimmt, in Eingriff mit dem Ritzel (14) steht. Ein Verfahren zum Straffen eines Sicherheitsgurts mittels eines Gurtstraffers und anschließender Kraftbegrenzung mittels einer Kraftbegrenzungsvorrichtung umfasst folgende Schritte: – Bewegen eines Kraftübertragungselements (20) durch eine Antriebseinheit in einer ersten Richtung, sodass das Kraftübertragungselement (20) in Eingriff mit einem an eine Gurtspule (12) gekoppelten Ritzel (14) kommt; – Drehen des Ritzels (14) durch das bewegte Kraftübertragungselement (20) in einer Straffrichtung A; und – Sicherstellen, dass nach Beendigung des Drehens des Ritzels (14) ein Teil (20b) des Kraftübertragungselements (20) in Eingriff mit dem Ritzel (14) steht.

Description

Die Erfindung betrifft einen Gurtstraffer für einen Gurtaufroller mit einer Kraftbegrenzungsvorrichtung. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Straffen eines Sicherheitsgurts und anschließender Kraftbegrenzung.
Ein Gurtstraffer soll bei einem Unfall den Sicherheitsgurt straffen, damit der Fahrzeuginsasse möglichst schnell an der Gesamtverzögerung des Fahrzeuges teilnimmt. Durch das Straffen des Sicherheitsgurts werden insbesondere die Einflüsse des Filmspuleffekts (locker auf die Gurtspule aufgerolltes Gurtband) und der Gurtlose (nicht eng am Fahrzeuginsassen anliegendes Gurtband) vermindert, die sich negativ auf die Rückhaltung des Fahrzeuginsassen auswirken.
Eine Kraftbegrenzungsvorrichtung sorgt dafür, dass die nach dem Straffen auf den Fahrzeuginsassen wirkende Kraft des Sicherheitsgurts während der Fahrzeugverzögerung nicht zu stark anwächst. Zur Entlastung des Fahrzeuginsassen wird nach einer Sperrung der Gurtspule dennoch eine Drehung der Gurtspule in Gurtbandabzugsrichtung (entgegen der Straffrichtung) gestattet, die allerdings durch eine Energieumwandlung, d. h. durch Verrichtung von Arbeit (z. B. Verwinden eines Torsionsstabs), gebremst ist.
Bei den meisten bekannten Gurtaufrollern mit einer Kraftbegrenzungsvorrichtung ist zum Sperren der Gurtspule vor der Kraftbegrenzung ein Einsteuern einer Blockierklinke notwendig. Das Einsteuern erfolgt jedoch in der Regel nicht zeitgleich mit dem Ende des Straffvorgangs, sondern mit einer zeitlichen Verzögerung. Diese Verzögerung bewirkt ein unerwünschtes Abfallen der Gurtbandkraft, bevor die Kraftbegrenzung einsetzt.
Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem Gurtaufroller mit Gurtstraffer und Kraftbegrenzungsvorrichtung den Übergang zwischen der Straffung des Sicherheitsgurts und der anschließenden Kraftbegrenzung zu optimieren.
Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Gurtstraffer mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs B. Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Gurtstraffers und des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den zugehörigen Unteransprüchen angegeben.
Der erfindungsgemäße Gurtstraffer für einen Gurtaufroller mit einer Kraftbegrenzungsvorrichtung umfasst ein drehbar gelagertes und an eine Gurtspule gekoppeltes Ritzel, eine Antriebseinheit und ein durch die Antriebseinheit bewegtes Kraftübertragungselement. Das Kraftübertragungselement kommt mit dem Ritzel in Eingriff, um das Ritzel in einer Straffrichtung A zu drehen. Das Kraftübertragungselement ist so ausgelegt, dass ein Teil des Kraftübertragungselements in der Drehstellung, die das Ritzel nach dem Drehen durch das Kraftübertragungselement einnimmt, in Eingriff mit dem Ritzel steht.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass der zwischen Beendigung des Straffvorgangs und Einsetzen der Kraftbegrenzung stattfindende Kraftabfall vermieden werden kann, wenn in dieser Zeitspanne Arbeit von oder an einem Bauteil verrichtet wird, das im Kraftfluss zwischen dem Gurtband und der Gurtspule angeordnet ist. Diese Arbeitsleistung kompensiert den Kraftabfall vollständig oder zumindest teilweise. Es kann auch eine bewusste Überkompensation vorgesehen sein, um die Kraftbegrenzung gezielt auf einem erhöhten Kraftniveau einzuleiten.
Technisch umgesetzt wird dieses Konzept gemäß der Erfindung dadurch, dass das nach dem Straffvorgang noch in Eingriff mit dem Ritzel stehende Teil des Kraftübertragungselements vom Ritzel entgegen seiner Antriebsrichtung zurückbewegt wird. Beim Zurückbewegen wird die zur Kompensation des kraftabfalls notwendige Arbeit geleistet, insbesondere indem das Kraftübertragungselement durch Reibung erwärmt und/oder elastisch oder plastisch deformiert wird.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Kraftübertragungselement wenigstens eine Sollbruchstelle auf. Die Sollbruchstelle ermöglicht ein Trennen des Kraftübertragungselements in mehrere Teile, sodass nach dem Straffvorgang wenigstens ein abgetrennter Teil in Eingriff mit dem Ritzel verbleibt und zur Verrichtung von Arbeit zur Verfügung steht.
Vorzugsweise ist die Sollbruchstelle so ausgelegt, dass das Kraftübertragungselement durch eine von der Antriebseinheit oder dem Ritzel auf das Kraftübertragungselement ausgeübte Kraft an der Sollbruchstelle auseinander bricht.
Alternativ kann die Sollbruchstelle aber auch so ausgelegt sein, dass das Kraftübertragungselement bereits bei der Montage des Gurtstraffers auseinander bricht. Das Kraftübertragungselement ist dann zwar schon vor dem Straffvorgang getrennt; dadurch, dass die Bruchteile hintereinander angeordnet sind, kann dennoch der gewünschte Effekt erzielt werden.
Die Sollbruchstelle ist bevorzugt durch eine Ausnehmung, insbesondere durch eine Kerbe, oder durch eine Materialschwächung gebildet.
Das Kraftübertragungselement kann aber auch aus wenigstens zwei an einer Füge- bzw. Verbindungsstelle zusammengefügten oder zusammengesetzten Teilen bestehen. In diesem Fall bildet die Füge- bzw. Verbindungsstelle die Sollbruchstelle.
Damit eine für die Kompensation des Kraftabfalls ausreichende Arbeitsleistung vollbracht wird, ist eine Gestaltung vorteilhaft, bei der das nach dem Straffvorgang in Eingriff mit dem Ritzel stehende Teil des Kraftübertragungselements so ausgelegt ist, dass es einen Reibschluss und/oder einen Formschluss mit einem Strafferrohr und/oder einem Straffergehäuse und/oder dem Ritzel und/oder mit einem anderen Bauteil des Gurtstraffers eingeht. Das Zurückbewegen des Teils kann dann nur unter Überwindung des Reib- und/oder Formschlusses vollführt werden.
Die Erfindung schafft auch ein Verfahren zum Straffen eines Sicherheitsgurts mittels eines Gurtstraffers und anschließender Kraftbegrenzung mittels einer Kraftbegrenzungsvorrichtung. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst folgende Schritte:

– Bewegen eines Kraftübertragungselements durch eine Antriebseinheit in einer ersten Richtung, sodass das Kraftübertragungselement in Eingriff mit einem an eine Gurtspule gekoppelten Ritzel kommt;
– Drehen des Ritzels durch das bewegte Kraftübertragungselement in einer Straffrichtung A; und
– Sicherstellen, dass nach Beendigung des Drehens des Ritzels ein Teil des Kraftübertragungselements in Eingriff mit dem Ritzel steht.

Vorzugsweise bricht das Kraftübertragungselement im Verlaufe seiner Bewegung auseinander. Alternativ kann aber auch ein forciertes Auseinanderbrechen bereits bei der Montage des Gurtstraffers vorgesehen sein.
In der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Ritzel nach dem Drehen in Straffrichtung A durch eine von einem Fahrzeuginsassen ausgeübte Gurtbandkraft in einer Gurtbandaufzugsrichtung B gedreht, wobei das Ritzel das in Eingriff mit dem Ritzel stehende Teil des Kraftübertragungselements in eine der ersten Richtung entgegen gesetzten zweiten Richtung bewegt.
In diesem Fall ergibt sich eine einfache technische Umsetzung des Erfindungsgedankens dadurch, dass während des Bewegens des Teils des Kraftübertragungselements in der zweiten Richtung Arbeit an dem Teil verrichtet wird.
Um eine ausreichende Arbeitsleistung sicherzustellen, sollte das Teil einen Reibschluss und/oder einen Formschluss mit einem Strafferrohr und/oder einem Straffergehäuse und/oder dem Ritzel und/oder mit einem anderen Bauteil des Gurtstraffers eingehen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den beigefügten Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
1 eine Explosionsdarstellung eines Gurtaufrollers mit einem erfindungsgemäßen Gurtstraffer;
2 eine Schnittansicht des zusammengebauten Gurtaufrollers;
3 einen schematischen Teilschnitt des Gurtstraffers vor einem Straffvorgang;
4a das Kraftübertragungselement des Gurtstraffers gemäß einer ersten Ausführungsform;
4b das Kraftübertragungselement des Gurtstraffers gemäß einer zweiten Ausführungsform; und
5 einen schematischen Teilschnitt des Gurtstraffers nach einem Straffvorgang.
In 1 sind die wesentlichen Bauteile eines Gurtaufrollers mit einem pyrotechnisch angetriebenen Gurtstraffer dargestellt. In 2 ist der Gurtaufroller im zusammengebauten Zustand gezeigt.
In einem Aufrollerrahmen 10 ist eine Gurtspule 12 drehbar gelagert, auf die Gurtband aufgerollt bzw. von der Gurtband abgezogen werden kann. Am Rahmen 10 ist ein an die Gurtspule 12 gekoppeltes Ritzel 14 drehbar gelagert.
Der Gurtstraffer des Gurtaufrollers weist eine pyrotechnische Antriebseinheit mit einem Zünder 16 sowie ein in einem Strafferrohr 18 verschiebbar angeordnetes Kraftübertragungselement 20 auf. Die Komponenten des Gurtstraffers sind zumindest zum Teil in einem Straffergehäuse 22 untergebracht, das am Aufrollerrahmen 10 befestigt ist.
Auf das Ritzel 14 sind noch eine Anlaufscheibe 24, eine darin angeordnete Spiralfeder 26 sowie eine Abdeckung 28 aufgesetzt. Diese Komponenten bilden die in ihrer Wirkung an sich bekannte Federseite des Gurtaufrollers, die für die Funktion des Gurtstraffers jedoch nicht von Bedeutung ist.
3 zeigt den Gurtstraffer in vereinfachter Form vor einem Straffvorgang. Im Rückhaltefall wird die pyrotechnische Antriebseinheit aktiviert und erzeugt ein Gas, welches das (hier ohne Kontur dargestellte) Kraftübertragungselement 20 im Strafferrohr 18 mit Druck beaufschlagt. Dadurch wird das Kraftübertragungselement 20 in einer ersten Bewegungsrichtung weg vom Zünder 16 bewegt, kommt in Eingriff mit dem Ritzel 14 und versetzt das Ritzel 14 in eine Drehung in Straffrichtung A.
Die 4a und 4b zeigen zwei verschiedene Ausführungsformen des Kraftübertragungselements 20 (ebenfalls ohne Kontur), allerdings mit einer bzw. mehreren durch Kerben gebildeten Sollbruchstellen 30. Die Sollbruchstellen 30 können auch durch anders geartete Ausnehmungen oder Materialschwächungen gebildet sein. Das Kraftübertragungselement 20 kann auch aus mehreren Teilen so zusammengefügt oder – gesetzt sein, dass die Füge – bzw. Verbindungsstellen die Sollbruchstellen 30 bilden.
Im Verlauf eines Straffvorgangs bricht das Kraftübertragungselement 20 an wenigstens einer Sollbruchstelle 30 auseinander. Das Auseinanderbrechen kann bereits durch die Druckbeaufschlagung des Kraftübertragungselements 20 oder erst durch den Kontakt des Kraftübertragungselements 20, insbesondere der Sollbruchstelle(n), mit dem Ritzel 14 verursacht werden. Während wenigstens ein vorderer Teil 20a des Kraftübertragungselements 20 so weit fortbewegt wird, dass er außer Eingriff mit dem Ritzel 14 gelangt, verbleibt wenigstens ein hinterer Teil 20b des Kraftübertragungselements 20 auch nach Beendigung des Straffvorgangs in Eingriff mit dem Ritzel 14.
Sobald der Straffvorgang beendet ist, überwiegt die vom Fahrzeuginsassen aufgrund der Fahrzeugverzögerung auf das Gurtband in Gurtbandabzugsrichtung B ausgeübte Kraft, d. h. es findet ein Lastwechsel statt. Damit sich das an die Gurtspule 12 gekoppelte Ritzel 14 in Gurtbandabzugsrichtung B bewegen kann, muss es das wenigstens eine hintere Teil 20b des Kraftübertragungselements 20, das noch in Eingriff mit dem Ritzel 14 steht, in einer der ersten Bewegungsrichtung entgegengesetzten zweiten Bewegungsrichtung, d. h. in Richtung des Zünders 16, zurückbewegen.
Bei dieser Bewegung des Kraftübertragungselements 20 zurück in das Strafferrohr 18 bzw. in das Straffergehäuse 22 muss Arbeit aufgewendet werden, da das Kraftübertragungselement 20 einen Reibschluss und/oder einen Formschluss mit dem Strafferrohr 18 und/oder dem Straffergehäuse 22 und/oder dem Ritzel 14 und/oder mit einem anderen Bauteil, insbesondere einer der Führung an der Federseite des Gurtstraffers, hat. Die verrichtete Arbeit kompensiert den Kraftabfall vor der Kraftbegrenzung vollständig oder zumindest teilweise. Die Arbeitsleitung kann auch als definierte Krafterhöhung bei der Kraftbegrenzung genutzt werden.
5 zeigt den Gurtstraffer in einem Zustand nach der Zurückbewegung des Kraftübertragungselements 20, in dem der hintere Teil 20b des Kraftübertragungselements 20 wieder vollständig außer Eingriff mit dem Ritzel 14 ist.
Bei einer alternativen Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Kraftübertragungselement 20 bereits bei dessen Montage auseinander bricht bzw. geteilt wird. Wesentlich für die Funktion der Kraftabfallkompensation ist, dass nach dem Straffvorgang wenigstens ein abgetrenntes bzw. separates Teil des Kraftübertragungselements 20 in Eingriff mit dem Ritzel bleibt.
Durch die jeweilige Anordnung und Gestaltung der Sollbruchstelle(n) 30 am Kraftübertragungselement 20 kann der Verlauf der Gurtbandkraft vor und zu Beginn der Kraftbegrenzung eingestellt werden.

Claims

Gurtstraffer für einen Gurtaufroller mit einer Kraftbegrenzungsvorrichtung, mit einem drehbar gelagerten und an eine Gurtspule (12) gekoppelten Ritzel (14), einer Antriebseinheit, und einem durch die Antriebseinheit bewegten Kraftübertragungselement (20), das mit dem Ritzel (14) in Eingriff kommt, um das Ritzel (14) in einer Straffrichtung A zu drehen, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftübertragungselement (20) so ausgelegt ist, dass ein Teil (20b) des Kraftübertragungselements (20) in der Drehstellung, die das Ritzel (14) nach dem Drehen durch das Kraftübertragungselement (20) einnimmt, in Eingriff mit dem Ritzel (14) steht.
Gurtstraffer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftübertragungselement (20) wenigstens eine Sollbruchstelle (30) aufweist.
Gurtstraffer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollbruchstelle (30) so ausgelegt ist, dass das Kraftübertragungselement (20) durch eine von der Antriebseinheit oder dem Ritzel (14) auf das Kraftübertragungselement (20) ausgeübte Kraft an der Sollbruchstelle (30) auseinander bricht.
Gurtstraffer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollbruchstelle (30) so ausgelegt ist, dass das Kraftübertragungselement (20) bei der Montage des Gurtstraffers auseinander bricht.
Gurtstraffer nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollbruchstelle (30) durch eine Ausnehmung, insbesondere durch eine Kerbe, oder durch eine Materialschwächung gebildet ist.
Gurtstraffer nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftübertragungselement (20) aus wenigstens zwei an einer Füge- bzw. Verbindungsstelle zusammengefügten oder zusammengesetzten Teilen besteht, wobei die Füge- bzw. Verbindungsstelle die Sollbruchstelle (30) bildet.
Gurtstraffer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Teil (20b) so ausgelegt ist, dass es einen Reibschluss und/oder einen Formschluss mit einem Strafferrohr (18) und/oder einem Straffergehäuse (22) und/oder dem Ritzel (14) und/oder mit einem anderen Bauteil des Gurtstraffers eingeht.
Verfahren zum Straffen eines Sicherheitsgurts mittels eines Gurtstraffers und anschließender Kraftbegrenzung mittels einer Kraftbegrenzungsvorrichtung, mit folgenden Schritten: – Bewegen eines Kraftübertragungselements (20) durch eine Antriebseinheit in einer ersten Richtung, sodass das Kraftübertragungselement (20) in Eingriff mit einem an eine Gurtspule (12) gekoppelten Ritzel (14) kommt; – Drehen des Ritzels (14) durch das bewegte Kraftübertragungselement (20) in einer Straffrichtung A; und – Sicherstellen, dass nach Beendigung des Drehens des Ritzels (14) ein Teil (20b) des Kraftübertragungselements (20) in Eingriff mit dem Ritzel (14) steht.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftübertragungselement (20) im Verlaufe seiner Bewegung auseinander bricht.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Ritzel (14) nach dem Drehen in Straffrichtung A durch eine von einem Fahrzeuginsassen ausgeübte Gurtbandkraft in einer Gurtbandaufzugsrichtung B gedreht wird, wobei das Ritzel (14) das in Eingriff mit dem Ritzel (14) stehende Teil (20b) des Kraftübertragungselements (20) in eine der ersten Richtung entgegen gesetzten zweiten Richtung bewegt.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass während des Bewegens des Teils (20b) des Kraftübertragungselements (20) in der zweiten Richtung Arbeit an dem Teil (20b) verrichtet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Teil (20b) einen Reibschluss und/oder einen Formschluss mit einem Strafferrohr (18) und/oder einem Straffergehäuse (22) und/oder dem Ritzel (14) und/oder mit einem anderen Bauteil des Gurtstraffers eingeht.