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Die Erfindung betrifft einen Gurtaufroller eines Sicherheitsgurtsystems, insbesondere einen Gurtaufroller, in den ein Gurtstraffer integriert oder an den ein Gurtstraffer anschließbar ist.
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Beim Straffvorgang treibt der Gurtstraffer eine Gurtspule über ein Antriebselement des Gurtaufrollers so an, dass Gurtband eingezogen wird. Nachfolgend findet üblicherweise eine Vorverlagerung des Insassen statt, woraufhin eine Kraftbegrenzung des Sicherheitsgurtsystems einsetzt. Um während der Kraftbegrenzung ein vorbestimmtes, gewünschtes Kraftniveau zu erreichen und zu halten, muss die Gurtspule auf ihrer sogenannten „Straffseite” allerdings wieder weitgehend störfrei rotierbar sein.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Gurtaufroller zu schaffen, bei dem die Gurtspule während des Straffvorgangs so beaufschlagt wird, dass sie Gurtband einzieht und während des darauffolgenden Kraftbegrenzungsvorgangs durch den Gurtstraffer nicht oder nur unwesentlich in ihrer Rotation behindert wird.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Gurtaufroller eines Sicherheitsgurtsystems, mit einer Gurtspule, einem Antriebselement, das von einem Gurtstraffer beaufschlagt werden kann, um die Gurtspule in einer Straffrichtung anzutreiben, sowie einem Druckraum, in dem das Antriebselement angeordnet ist und in den ein axiales Ende der Gurtspule hineinragt, wobei die Gurtspule in axialer Richtung verschiebbar ist zwischen einer Kopplungsposition, in der sie mit dem Antriebselement verbunden ist, und einer Entkopplungsposition, in der sie vom Antriebselement im Wesentlichen gelöst ist.
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Der vom pyrotechnischen Gurtstraffer erzeugte Gasdruck kann dabei in vorteilhafter Weise zunächst zum Straffen des Gurtbands und nach Beendigung des Straffvorgangs außerdem noch zum Verstellen der Gurtspule in axialer Richtung verwendet werden. Durch die Axialverschiebung der Gurtspule relativ zum Antriebselement wird mit geringem Aufwand eine Kopplung zwischen der Gurtspule und dem Antriebselement während des Straffvorgangs sowie eine weitgehende Entkopplung der Gurtspule vom Antriebselement während des nachfolgenden Kraftbegrenzungsvorgangs erreicht.
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Vorzugsweise ist das Antriebselement am axialen Ende der Gurtspule angeordnet. In dieser Position ist die Kopplung oder Entkopplung zwischen Gurtspule und Antriebselement besonders einfach möglich. Außerdem lässt sich damit eine klassische Gurtaufrollerkonstruktion verwirklichen, bei der an einem axialen Ende der Gurtspule eine Sperrvorrichtung vorgesehen ist (Sperrseite), und bei der an einem entgegengesetzten axialen Ende der Gurtspule der Gurtstraffer angeordnet ist (Straffseite).
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Bevorzugt bilden die Gurtspule und das Antriebselement in der Kopplungsposition eine Formschlussverbindung aus, sodass die Gurtspule und das Antriebselement in Umfangsrichtung im Wesentlichen drehfest verbunden sind. Eine solche Formschlussverbindung ist einerseits einfach lösbar und bietet andererseits die Möglichkeit, hohe Straffkräfte zuverlässig und mit geringem Aufwand auf die Gurtspule zu übertragen.
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In einer Ausführungsform des Gurtaufrollers weist die Gurtspule an ihrem axialen Ende einen axialen Antriebsfortsatz auf, der sich durch eine Öffnung im Antriebselement erstreckt. Über einen solchen Antriebsfortsatz lässt sich eine Verbindung, insbesondere eine drehfeste Verbindung zum Antriebselement mit geringem Aufwand herstellen und auch wieder lösen.
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Zwischen dem Antriebselement und einem Gurtaufwickelabschnitt der Gurtspule kann in dieser Ausführungsform ein Anschlagring angeordnet sein, wobei sich der axiale Antriebsfortsatz der Gurtspule durch den Anschlagring erstreckt. Der Anschlagring bildet einen axialen Anschlag für das Antriebselement, so dass sich die Gurtspule nach dem Straffvorgang relativ zum Antriebselement axial verschieben lässt. Eine unter Umständen vorhandene Axialverbindung zwischen Gurtspule und Antriebselement wird dabei gelöst.
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Bevorzugt weist der Antriebsfortsatz eine Außenverzahnung und das Antriebselement in seiner Öffnung eine zur Außenverzahnung komplementäre Innenverzahnung auf. Durch diese Verzahnungen lässt sich einerseits eine hochbelastbare und im Wesentlichen drehfeste Verbindung in Umfangsrichtung herstellen sowie andererseits eine axiale Relativbewegung zwischen der Gurtspule und dem Antriebselement realisieren.
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In einer Ausführungsvariante des Gurtaufrollers verjüngen sich der Antriebsfortsatz der Gurtspule und die Öffnung des Antriebselements in axialer Richtung zu einem freien Ende des Antriebsfortsatzes hin. Dadurch wird auf einfache Art und Weise über eine axiale Relativbewegung zwischen Gurtspule und Antriebselement auch deren drehfeste Verbindung in Umfangsrichtung gelöst. Folglich lassen sich die Gurtspule und das Antriebselement nach dem Straffvorgang und einer axialen Relativverschiebung weitgehend unabhängig voneinander um eine Spulenachse verdrehen.
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In einer alternativen Ausführungsvariante des Gurtaufrollers weisen die Außenverzahnung des Antriebsfortsatzes und die Innenverzahnung des Antriebselements jeweils in Umfangsrichtung umlaufende Verzahnungsabschnitte und Nuten auf, wobei sich die Verzahnungsabschnitte und Nuten in axialer Richtung abwechseln. Der Antriebsfortsatz und die Öffnung sind hierbei in axialer Richtung im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet.
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Vorzugsweise greifen bei dieser Ausführungsvariante die Verzahnungsabschnitte der Verzahnungen in der Kopplungsposition ineinander und in der Entkopplungsposition in die Nuten ein. Somit ist auch hier sichergestellt, dass die im Wesentlichen drehfeste Verbindung zwischen dem Antriebselement und der Gurtspule mittels einer einfachen axialen Relativverschiebung hergestellt und gelöst werden kann.
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Die Gurtspule ist bevorzugt zwischen der Kopplungsposition und der Entkopplungsposition um einen vorbestimmten Verschiebeweg relativ zum Antriebselement bewegbar, wobei dieser Verschiebeweg im Wesentlichen einer axialen Abmessung der Verzahnungsabschnitte und der Nuten entspricht. Infolge dieser Übereinstimmung lässt sich bei axial sehr kompakter Bauweise des Gurtaufrollers in der Kopplungsposition eine äußerst belastbare, drehfeste Verbindung sowie in der Entkopplungsposition eine weitgehend unabhängige Verdrehung zwischen Gurtspule und Antriebselement realisieren.
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Vorzugsweise bilden die Gurtspule und das Antriebselement in der Kopplungsposition eine lösbare Presspassung oder Klemmverbindung aus, sodass die Gurtspule und das Antriebselement axial aneinander fixiert sind. Mittels dieser einfachen Presspassung oder Klemmverbindung wird sichergestellt, dass sich die Gurtspule vor dem Straffvorgang in der Kopplungsposition befindet und sich nicht ungewollt in die Entkopplungsposition bewegt, beispielsweise durch Vibrationen im Fahrbetrieb oder andere äußere Einwirkungen auf den Gurtaufroller.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst der Gurtaufroller einen Gurtstraffer, welcher eine pyrotechnische Antriebseinheit sowie eine mittels dieser Antriebseinheit bewegbare Kraftübertragungseinheit aufweist, wobei die Kraftübertragungseinheit an das Antriebselement angrenzt.
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In dieser Ausführungsform kann der Gurtstraffer zusätzlich ein mit der pyrotechnischen Antriebseinheit in Strömungsverbindung stehendes Strafferrohr aufweisen, in dem ein Schubelement der Kraftübertragungseinheit zumindest teilweise aufgenommen und verschieblich geführt ist. Die Kraftübertragungseinheit setzt sich in diesem Fall beispielsweise aus wenigstens einem, an das Getriebeelement angrenzenden Schubelement sowie einem an die pyrotechnische Antriebseinheit angrenzenden Dichtelement zusammen.
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Besonders bevorzugt mündet das Strafferrohr des Gurtstraffers in den Druckraum des Gurtaufrollers. Nach einer Aktivierung der pyrotechnischen Antriebseinheit bildet sich im Strafferrohr zwischen der pyrotechnischen Antriebseinheit und der Kraftübertragungseinheit ein Gasdruck aus, der die Kraftübertragungseinheit aus dem Strafferrohr in den Druckraum schiebt und dabei das Antriebselement sowie die mit dem Antriebselement gekoppelte Gurtspule in Straffrichtung antreibt. Nachdem sich die gesamte Kraftübertragungseinheit am Ende des Straffvorgangs im Druckraum befindet, strömt auch das durch die pyrotechnische Antriebseinheit freigesetzte Gas in den Druckraum ein und beaufschlagt das in den Druckraum ragende axiale Ende der Gurtspule sowie das im Druckraum angeordnete Antriebselement in axialer Richtung. Während sich das Antriebselement an einem Anschlag abstützt, reicht die aus dem Gasdruck resultierende Axialkraft auf die Gurtspule aus, um die Gurtspule relativ zum Antriebselement aus ihrer Kopplungsposition in ihre Entkopplungsposition zu verschieben. Eine unter Umständen zur axialen Lagesicherung vorgesehene Presspassung oder Klemmverbindung zwischen Gurtspule und Antriebselement wird dabei gelöst. Somit wird der von der pyrotechnischen Antriebseinheit generierte Gasdruck am Ende des Straffvorgangs genutzt, um das Antriebselement und die Gurtspule so zu entkoppeln, dass der Gurtstraffer eine Rotation der Gurtspule bei der nachfolgenden Kraftbegrenzung nicht oder nur unwesentlich behindert.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. In diesen zeigen:
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1 eine perspektivische Explosionsansicht eines erfindungsgemäßen Gurtaufrollers;
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2 eine Schnittansicht des Gurtaufrollers gemäß 1;
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3 eine Detailansicht einer Gurtspule des erfindungsgemäßen Gurtaufrollers gemäß einer Ausführungsform;
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4 eine Detailansicht einer Gurtspule des erfindungsgemäßen Gurtaufrollers gemäß einer alternativen Ausführungsform;
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5 ein Schnittdetail der Gurtspule gemäß 4;
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6 ein schematisches Schnittdetail des erfindungsgemäßen Gurtaufrollers mit einer Gurtspule gemäß den 4 und 5 in einer Kopplungsposition; und
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7 ein schematisches Schnittdetail des erfindungsgemäßen Gurtaufrollers mit einer Gurtspule gemäß den 4 und 5 in einer Entkopplungsposition.
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Die 1 zeigt die wesentlichen Bauteile eines Gurtaufrollers 10 mit einem pyrotechnisch angetriebenen Gurtstraffer 12. In 2 ist der Gurtaufroller 10 im zusammengebauten Zustand dargestellt, wobei einige Bauteile nur schematisch angedeutet sind.
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Der Gurtaufroller 10 eines Sicherheitsgurtsystems für Fahrzeuge umfasst eine Gurtspule 14, ein Antriebselement 16, das vom Gurtstraffer 12 beaufschlagt werden kann, um die Gurtspule 14 in einer Straffrichtung anzutreiben, sowie einen Druckraum 18, in dem das Antriebselement 16 angeordnet ist und in den ein axiales Ende 20 der Gurtspule 14 hineinragt.
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Gemäß 2 wird der Druckraum 18 durch ein Straffergehäuse 21 und einen Aufrolleahmen 22 begrenzt.
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Die Gurtspule 14, auf die Gurtband aufgerollt bzw. von der Gurtband abgezogen werden kann, ist im Aufrollerrahmen 22 drehbar gelagert.
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Angrenzend an den Aufrollerrahmen 22 ist das Antriebselement 16 am axialen Ende 20 der Gurtspule 14 angeordnet und genau wie die Gurtspule 14 bezüglich einer Spulenachse A drehbar gelagert.
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In axialer Richtung ist die Gurtspule 14 relativ zum Antriebselement 16 zwischen einer Kopplungsposition, in der sie mit dem Antriebselement 16 verbunden ist, und einer Entkopplungsposition, in der sie vom Antriebselement 16 im Wesentlichen gelöst ist, verschiebbar (vgl. auch 6 und 7).
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Der Gurtstraffer 12 des Gurtaufrollers 10 weist eine pyrotechnische Antriebseinheit 24 sowie eine mittels der pyrotechnischen Antriebseinheit 24 bewegbare Kraftübertragungseinheit 26 auf, wobei die Kraftübertragungseinheit 26 an das Antriebselement 16 angrenzt.
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Die pyrotechnische Antriebseinheit 24 steht mit einem Strafferrohr 28 des Gurtstraffers 12 in Strömungsverbindung und ist gemäß 1 sogar zumindest teilweise im Strafferrohr 28 aufgenommen, so dass ein Ende des Strafferrohrs 28 durch die pyrotechnische Antriebseinheit 24 dicht verschlossen ist.
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Auch die Kraftübertragungseinheit 26 ist im Strafferrohr 28 zumindest teilweise aufgenommen und verschieblich geführt.
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Die in den 1 und 2 lediglich schematisch angedeutete Kraftübertragungseinheit 26 umfasst in der Regel ein Dichtelement und wenigstens ein an das Antriebselement 16 angrenzendes Schubelement. Alternativ kann aber auch wenigstens ein Kraftübertragungselement eingesetzt werden, welches sowohl eine Gleitdichtung mit dem Strafferrohr 28 ausbildet als auch Schubkräfte auf das Antriebselement 16 überträgt. Das Dichtelement ist beispielsweise eine Kugel, insbesondere eine Gummikugel. Als Schubelement kommt bevorzugt entweder ebenfalls eine Kugel oder aber ein flexibler Kunststoffkörper zum Einsatz.
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Das Strafferrohr 28 mündet gemäß 2 in den Druckraum 18.
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Bei Aktivierung der pyrotechnischen Antriebseinheit 24 entsteht im Strafferrohr 28 zwischen der pyrotechnischen Antriebseinheit 24 und der Kraftübertragungseinheit 26, genauer dem Dichtelement der Kraftübertragungseinheit 26 ein Gasdruck, der die Kraftübertragungseinheit 26 durch das Strafferrohr 28 in den Druckraum 18 schiebt. Dabei wird das Antriebselement 16, welches im vorliegenden Fall als Ritzel ausgebildet ist, von der Kraftübertragungseinheit 26 in Straffrichtung beaufschlagt.
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Die Gurtspule 14 befindet sich bei Aktivierung der pyrotechnischen Antriebseinheit 24 in der Kopplungsposition und bildet mit dem Antriebselement 16 eine Formschlussverbindung aus, sodass die Gurtspule 14 und das Antriebselement 16 in Umfangsrichtung im Wesentlichen drehfest verbunden sind. Folglich wird bei einer Beaufschlagung des Antriebselements 16 in Straffrichtung auch die Gurtspule 14 in Straffrichtung verdreht und Gurtband zur Gurtstraffung eingezogen.
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Um sicherzustellen, dass sich die Gurtspule 14 bei Aktivierung der pyrotechnischen Antriebseinheit 24 und während des Straffvorgangs in der Kopplungsposition befindet, bilden die Gurtspule 14 und das Antriebselement 16 in axialer Richtung eine lösbare Presspassung oder Klemmverbindung aus, sodass sie in der Kopplungsposition axial aneinander fixiert sind.
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Die in den 3 bis 5 im Detail dargestellte Gurtspule 14 weist an ihrem axialen Ende 20 einen axialen Antriebsfortsatz 30 auf, der sich gemäß den 1 und 2 durch eine Öffnung 32 im Antriebselement 16 erstreckt.
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In den 1 und 2 ist außerdem gut zu erkennen, dass zwischen dem Antriebselement 16 und einem Gurtaufwickelabschnitt 34 der Gurtspule 14 ein Anschlagring 36 angeordnet ist, wobei sich der axiale Antriebsfortsatz 30 der Gurtspule 14 durch den Anschlagring 36 erstreckt.
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Gemäß 2 liegt der Anschlagring 36 mit einer axialen Stirnseite am Aufrollerrahmen 22 und mit einer entgegengesetzten Stirnseite am Antriebselement 16 an. Somit verhindert der Anschlagring 36 in 2 eine axiale Bewegung des Antriebselements 16 in Richtung zu einer Sperrseite 38 des Gurtaufrollers 10. Mit anderen Worten bildet der Anschlagring 36 für das Antriebselement 16 einen axialen Anschlag.
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Der Antriebsfortsatz 30 der Gurtspule 14 weist eine Außenverzahnung 40 auf, die in den 3 und 4 gut zu sehen ist. Eine zur Außenverzahnung 40 komplementäre Innenverzahnung 42 in der Öffnung 32 des Antriebselements 16 ist in 1 angedeutet.
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Die 3 zeigt eine Ausführungsform des Gurtaufrollers 10, bei der sich der Antriebsfortsatz 30 und die Öffnung 32 in axialer Richtung zu einem freien Ende 44 des Antriebsfortsatzes 30 hin verjüngen. Aufgrund der in axialer Richtung konischen Verzahnungen 40, 42 genügt eine vergleichsweise geringe axiale Relativbewegung, um die Verzahnungen 40, 42 (radial) außer Eingriff zu bringen. Die axiale Relativbewegung ist dabei umso geringer, je größer ein Konuswinkel a und/oder je geringer eine radiale Verzahnungstiefe gewählt wird. Besonders bevorzugt beträgt die notwendige axiale Relativbewegung zwischen der Kopplungsposition, in der die Verzahnungen 40, 42 in Eingriff sind, und der Entkopplungsposition, in der die Verzahnungen 40, 42 außer Eingriff sind, weniger als die Hälfte, besonders bevorzugt weniger als ein Viertel einer axialen Abmessung xgesamt der Außenverzahnung 40 am Antriebsfortsatz 30.
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Die 4 bis 7 zeigen eine alternative Ausführungsform des Gurtaufrollers 10, bei der die Außenverzahnung 40 und die Innenverzahnung 42 jeweils in Umfangsrichtung umlaufende Verzahnungsabschnitte 46 und Nuten 48 aufweisen, wobei sich die Verzahnungsabschnitte 46 und die Nuten 48 in axialer Richtung abwechseln. Bei dieser Ausführungsform kann auf eine axiale Konizität der Verzahnungen 40, 42 verzichtet und eine herstellungstechnisch einfachere, in axialer Richtung zylindrische Verzahnungsgeometrie gewählt werden (vgl. 4 und 5).
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Die Verzahnungsabschnitte 46 der Verzahnungen 40, 42 greifen in der Kopplungsposition der Gurtspule 14 gemäß 6 ineinander und in der Entkopplungsposition der Gurtspule 14 gemäß 7 in die Nuten 48 ein.
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In der Ausführungsform des Gurtaufrollers 10 gemäß den 4 bis 7 ist die Gurtspule 14 zwischen der Kopplungsposition und der Entkopplungsposition um einen vorbestimmten Verschiebeweg x < xgesamt relativ zum Antriebselement 16 bewegbar, wobei dieser Verschiebeweg x im Wesentlichen einer axialen Abmessung x1 der Verzahnungsabschnitte 46 und der Nuten 48 entspricht.
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Befindet sich das Antriebselement 16 am durch den Anschlagring 36 gebildeten axialen Anschlag (vgl. 2), so ist der Verschiebeweg x festgelegt als Axialbewegung der Gurtspule 14 zwischen der Kopplungsposition (vgl. 6), in der die Gurtspule 14 durch eine Presspassung oder Klemmverbindung am Antriebselement 16 fixiert ist, und der Entkopplungsposition (vgl. 7), die z. B. auf der Sperrseite 38 des Gurtaufrollers 10 durch einen im Aufrollerrahmen 22 ausgebildeten Anschlag für die Gurtspule 14 definiert ist.
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Entsprechen die axialen Abmessungen x1 der Verzahnungsabschnitte 46 und der Nuten 48 im Wesentlichen einander und darüber hinaus auch im Wesentlichen dem Verschiebeweg x der Gurtspule 14, so ergibt sich in axialer Richtung ein besonders kompakter Gurtaufroller 10, welcher in der Kopplungsposition der Gurtspule 14 gemäß 6 aufgrund der idealen Überdeckung der Verzahnungsabschnitte 46 große Straffkräfte in Umfangsrichtung übertragen kann, und welcher in der Entkopplungsposition der Gurtspule 14 gemäß 7 eine durch den Gurtstraffer 12 weitgehend unbehinderte Rotation der Gurtspule 14 während der Gurtkraftbegrenzung ermöglicht.
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Der Verschiebeweg x und die axialen Abmessungen x1 der Verzahnungsabschnitte 46 und Nuten 48 können gewisse fertigungsbedingte Maßtoleranzen aufweisen, ohne die Funktionsweise des Gurtaufrollers 10 nennenswert zu beeinträchtigen. Derartige Toleranzen führen lediglich zu einer etwas geringeren Überdeckung der Verzahnungsabschnitte 46 in der Kopplungsposition und/oder zu einer gewissen „Restüberdeckung” der Verzahnungen 40, 42 in der Entkopplungsposition, wobei diese Restüberdeckung der Verzahnungen 40, 42 bei den während der Gurtkraftbegrenzung auftretenden Kräften einfach abgeschert wird, ohne nennenswerten Einfluss auf das Kraftniveau der Gurtkraftbegrenzung zu nehmen.
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Nach Abschluss des Straffvorgangs befindet sich die Kraftübertragungseinheit 26 komplett im Druckraum 18 und das von der pyrotechnischen Antriebseinheit 24 generierte Druckgas strömt in den Druckraum 18 ein (siehe 2, Pfeil 50). Der im Druckraum 18 entstehende Gasdruck kann dabei bis in die Größenordnung von etwa 800 bar ansteigen und beaufschlagt die Gurtspule 14 sowie das Antriebselement 16 axial in Richtung zur Sperrseite 38 des Gurtaufrollers 10 (siehe 2, Pfeil 52). Das Antriebselement 16 wird durch den Anschlagring 36 und den Aufrollerrahmen 22 an einer axialen Bewegung gehindert. Die aus dem Gasdruck resultierende Axialkraft auf die Gurtspule 14 reicht allerdings aus, um die eventuell vorhandene Presspassung oder Klemmverbindung zwischen der Gurtspule 14 und dem Antriebselement 16 zu lösen und die Gurtspule 14 relativ zum Antriebselement 16 von der Kopplungsposition in die Entkopplungsposition axial zu verschieben. Die Entkopplungsposition der Gurtspule 14 ist dabei z. B. durch einen axialen Anschlag am Aufrollerrahmen 22 definiert.
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Der zuvor beschriebene Gurtaufroller 10 ermöglicht somit auf einfache Art und Weise eine Gurtstraffung, bei der die Gurtspule 14 durch das Antriebselement 16 in Straffrichtung angetrieben wird, und nachfolgend eine Gurtkraftbegrenzung, bei der eine Rotation der Gurtspule 14 nicht oder zumindest nicht nennenswert durch das Antriebselement 16 oder den Gurtstraffer 12 behindert wird.
