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Die Erfindung betrifft einen Gurtaufroller mit einer geschwindigkeitsgeregelten Kraftbegrenzungseinrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
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Aus der auf die Anmelderin zurückgehenden
WO 2006/108451 A1 ist z. B. eine geschwindigkeitsgeregelte Kraftbegrenzungseinrichtung für einen Gurtaufroller bekannt, welche mehrere an dem Rahmen des Gurtaufrollers angeordnete, in Schwingung zu versetzende Massen aufweist. Die Massen sind drehbar an dem Aufrollerrahmen gelagert und greifen während des kraftbegrenzten Gurtbandauszugs wechselweise mit zwei Zähnen in einen mit der Gurtwelle verbundenen Verzahnungsring ein. Insgesamt ist der Gurtaufroller aufgrund der an dem Aufrollerrahmen angeordneten schwingenden Massen aufwendig in der Herstellung und teuer. Ferner benötigt der Gurtaufroller aufgrund der schwingenden Massen einen verhältnismäßig großen Bauraum.
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In der ebenfalls auf die Anmelderin zurückgehenden deutschen Patentanmeldung
DE 10 2008 049 931.5 wird eine weiterentwickelte, auf der Grundlage desselben physikalischen Prinzips arbeitende Kraftbegrenzungseinrichtung beschrieben, bei der zwei verzahnte Teile kraftbegrenzt zueinander bewegt werden und eines der Teile dabei eine wellenförmige Vorschubbewegung ausführt, bei der die Verzahnungen wechselnd in Eingriff und außer Eingriff gelangen. Durch das die wellenförmige Vorschubbewegung ausführende Teil werden die schwingenden Massen ersetzt, so dass die dort beschriebene Kraftbegrenzungseinrichtung einen wesentlich kleineren Bauraum benötigt und einen wesentlich einfacheren Aufbau aufweist. In einem Ausführungsbeispiel ist das die wellenförmige Vorschubbewegung ausführende Teil durch eine Verzahnungsscheibe verwirklicht, die kraftschlüssig mit der Gurtwelle verbunden ist.
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Ferner ist aus der
DE 10 2009 010 435 A1 ein Gurtaufroller mit einer geschwindigkeitsgeregelten Kraftbegrenzungseinrichtung bekannt, bei dem die Kraftbegrenzungseinrichtung zur Aktivierung mit einem Teil an dem Rahmen des Gurtaufrollers festgelegt ist und mit einem anderen Teil an die Gurtwelle ankoppelbar ist. Das Teil, mit dem die Kraftbegrenzungseinrichtung an die Gurtwelle ankoppelbar ist, ist als drehbarer Zahnring ausgebildet, in den eine an der Gurtwelle gelagerte Sperrklinke einsteuert. Während der kraftbegrenzten Gurtauszugsbewegung wird das Drehmoment von dem Zahnring über axiale Finger in eine verzahnte Schwingscheibe eingeleitet, welche daraufhin zu einer Rotationsbewegung mit einer überlagerten, quer gerichteten Schwingbewegung angetrieben wird, die dabei wechselweise in Eingriff und außer Eingriff mit an dem Rahmen des Gurtaufrollers vorgesehenen Verzahnungen gelangt. Während dieser Rotationsbewegung wird die Schwingscheibe periodisch beschleunigt und abgebremst, wodurch die der Kraftbegrenzung zugrundeliegende Energievernichtung bewirkt wird.
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Das Kraftbegrenzungsniveau und der Kraftbegrenzungsverlauf bei derartigen Kraftbegrenzungseinrichtungen werden durch die Anzahl der Zähne der Verzahnungen, durch die Masse der Schwingscheibe und durch die Anpresskraft der zueinander bewegbaren Teile bestimmt. Dabei bestimmt vor allem die Anpresskraft das Losbrechmoment, welches zur Aktivierung der Kraftbegrenzungseinrichtung überwunden werden muss. Ferner wird durch die Anpresskraft das Kraftbegrenzungsniveau in der Endphase der Aktivierung der Kraftbegrenzungseinrichtung entscheidend mit beeinflusst. Die Anpresskraft beeinflusst demnach die sogenannte Ansprechgurtkraft, die Anlaufdämpfung, die Auslaufdämpfung und die Auslaufgurtkraft der Kraftbegrenzungseinrichtung.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen gattungsgemäßen Gurtaufroller mit einer geschwindigkeitsgeregelten Kraftbegrenzungseinrichtung bereitzustellen, welcher ein erhöhtes Losbrechmoment bei einer unveränderten sich anschließenden Dämpfungscharakteristik aufweisen soll.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Gurtaufroller mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind den Unteransprüchen, den Figuren und der zugehörigen Beschreibung zu entnehmen.
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Erfindungsgemäß wird zur Lösung der Aufgabe gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen, dass das die Schwingbewegung ausführende Teil quer zu der Richtung der Schwingbewegung reibwerterhöhend verspannt ist. Durch die vorgeschlagene reibwerterhöhende Verspannung kann das Losbrechmoment erhöht werden, so dass das Kraftbegrenzungsniveau zu Beginn der Aktivierung der Kraftbegrenzungseinrichtung unabhängig von der Kraftbegrenzungscharakteristik der Kraftbegrenzungseinrichtung erhöht werden kann. Da die reibwerterhöhende Verspannung quer zu der Schwingbewegung gerichtet ist, wird die Schwingbewegung selbst dabei nicht begrenzt oder eingeschränkt, so dass die Kraftbegrenzungscharakteristik selbst möglichst wenig beeinflusst wird. Ferner wird die Bewegung des Teils zum Ende der Kraftbegrenzung erschwert, so dass das Kraftbegrenzungsniveau in der Auslaufphase, d. h. zum Zeitpunkt des Eintauchens des Insassen in einen Airbag, auch bei geringeren Gurtauszugsgeschwindigkeiten erhöht wird.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass das die Schwingbewegung ausführende Teil durch eine ringförmige Schwingscheibe gebildet ist, und die Schwingscheibe durch an der radial äußeren Randseite der Schwingscheibe anliegende Mittel reibwerterhöhend verspannt ist. Die Schwingscheibe wird dadurch radial nach innen gerichtet verspannt. Insgesamt ergibt sich dadurch ein sehr einfacher konstruktiver Aufbau und es muss lediglich an der radialen Außenseite ein Spalt vorgesehen werden, in dem die reibwerterhöhenden Mittel angeordnet werden können. Ferner kann die Schwingscheibe dadurch konzentrisch verspannt werden, so dass sie gleichmäßig verspannt ist und ihre zentrische Ausrichtung beibehält.
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Konstruktiv kann die Reibwerterhöhung besonders einfach durch ein wellenförmiges Federelement verwirklicht werden, welches sich an dem die Schwingbewegung ausführenden Teil abstützt und in einer weiter bevorzugten Ausführungsform durch einen an der radial äußeren Randfläche des die Schwingbewegung ausführenden Teils anliegenden Federring gebildet ist.
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Der Federring ist bevorzugt nicht geschlossen, so dass er montagefreundlich aufgeweitet werden kann. Ferner weist die vorgeschlagene Ausführungsform den Vorteil auf, dass die reibwerterhöhenden Spannkräfte unabhängig von Toleranzen des Federringes selbst und der Einbausituation sind und allein durch die Wellenform definiert werden.
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Eine besonders kostengünstige Form des Federringes bei gleichzeitig hohen Spannkräften kann dadurch erzielt werden, indem der Federring durch einen wellenförmig geformten Metallstreifen gebildet ist.
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Es hat sich herausgestellt, dass die reibwerterhöhende Spannkraft mit einer ausreichenden Gleichmäßigkeit aufgebracht werden kann, indem sich das wellenförmige Federelement punktuell in Abständen von 3 bis 8 mm an dem Teil abstützt.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass das Federelement derart bemessen ist, dass es sich während der Aktivierung der Kraftbegrenzungseinrichtung plastisch verformt und der Reibwert sinkt.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Dabei zeigt:
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1: einen Gurtaufroller mit einem Gurtstraffer;
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2: eine Gurtwelle mit einer erfindungsgemäßen Kraftbegrenzungseinrichtung;
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3: eine zweiteilige Gurtwelle mit der Kraftbegrenzungseinrichtung in Explosionsdarstellung in einer ersten Ansicht;
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4: eine zweiteilige Gurtwelle mit der Kraftbegrenzungseinrichtung in Explosionsdarstellung in einer zweiten Ansicht;
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5: den Gurtaufroller mit der Kraftbegrenzungseinrichtung in Schnittdarstellung;
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6: die Kraftbegrenzungseinrichtung in Schnittdarstellung;
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7: die Kraftbegrenzungseinrichtung in Sicht auf die Schwingscheibe;
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8: einen vergrößerten Ausschnitt C der Kraftbegrenzungseinrichtung aus der 7.
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In 1 ist ein erfindungsgemäßer Gurtaufroller 100 mit einem Aufrollerrahmen 3, einem seitlich an dem Aufrollerrahmen 3 angeordneten Gurtstraffer 102 und einer auf der gegenüberliegenden Seite des Aufrollerrahmens 3 angeordneten Federkassette 103 zu erkennen. Der Aufrollerrahmen 3 ist, wie auch in der 6 zu erkennen ist, U-förmig mit zwei gegenüberliegenden Schenkeln 3a und 3b ausgebildet und dient sowohl zur Befestigung des Gurtaufrollers 100 an einem Fahrzeug als auch zur Lagerung einer in diesem Fall zweiteiligen Gurtwelle 1.
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In der 2 ist die Gurtwelle 1 als vormontierte Baugruppe zu erkennen, welche zweiteilig mit einem ersten Teil 1a und einem zweiten Teil 1b ausgebildet ist. Das erste und das zweite Teil 1a und 1b der Gurtwelle sind über eine geschwindigkeitsgeregelte Kraftbegrenzungseinrichtung 4 miteinander verbunden. Auf dem ersten Teil 1a der Gurtwelle 1 ist ein Gurtband 101 aufgewickelt, welches gegen die Federkraft der in der Federkassette 103 angeordneten Wickelfeder in Pfeilrichtung A ausziehbar ist. Das zweite Teil 1b der Gurtwelle 1 ist über eine Blockiereinrichtung 19 in Form einer Sperrklinke bei einem Überschreiten einer vorbestimmten Gurtbandauszugsbeschleunigung oder Fahrzeugverzögerung gegenüber dem Aufrollerrahmen 3 und damit auch gegenüber dem Fahrzeug verriegelbar, so dass der Gurtbandauszug nachfolgend nur noch unter Aktivierung der Kraftbegrenzungseinrichtung 4 möglich ist.
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In den 3 und 4 sind die Gurtwelle 1 und die Kraftbegrenzungseinrichtung 4 in Explosionsdarstellung in verschiedenen Ansichten zu erkennen. Die Kraftbegrenzungseinrichtung 4 ist als vormontierte Baugruppe mit einer ersten zentralen ringförmigen Öffnung 25 und einer zu dieser konzentrisch angeordneten zweiten ringförmigen Öffnung 26 mit einem größeren Durchmesser ausgebildet, wobei sowohl die erste als auch die zweite Öffnung 25 und 26 mit einer Profilierung 15 und 18 versehen sind, wie in der 4 zu erkennen ist.
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Das erste Teil 1a der Gurtwelle 1 ist zum Aufwickeln des Gurtbandes 101 vorgesehen und weist einen axial gerichteten zylindrischen Fortsatz 23 auf, der ebenfalls mit einer Profilierung 31 versehen ist. Das zweite Teil 1b der Gurtwelle 1 weist einen ringzylindrischen Fortsatz 17 mit einer äußeren Profilierung 32 auf, an dem radial innen eine Ausnehmung 28 vorgesehen ist, welche geringfügig größer als der Fortsatz 23 an dem ersten Teil 1b der Gurtwelle 1 bemessen ist. Die Profilierungen 31 und 15 und 32 und 18 sind paarweise identisch geformt, und können bevorzugt als Vielzahnprofile ausgebildet sein.
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In den 5 und 6 sind der Gurtaufroller 100 und die Kraftbegrenzungseinrichtung 4 in Schnittdarstellung zu erkennen. Die Kraftbegrenzungseinrichtung 4 selbst umfasst ein erstes Teil 6 in Form einer ringförmigen Scheibe, welche an ihrem äußeren Rand einen topfförmigen Kragen 9a und daran axial vorstehende Ansätze 9 aufweist und an ihrer zentralen Öffnung 25 mit einem ringförmigen Flansch 33 versehen ist. Das Teil 6 ist bevorzugt in einem spanlosen Umformverfahren, wie z. B. Stanzverfahren, hergestellt, bei dem der topfförmige Kragen 9a, die Ansätze 9 und der Flansch 33 einschließlich der daran vorgesehenen Profilierung 15 mit hergestellt werden können. Ferner umfasst die Kraftbegrenzungseinrichtung 4 ein zweites Teil 7, welches ebenfalls als ringförmige Scheibe mit einer zentralen Öffnung ausgebildet ist und an seinem äußeren Rand mehrere regelmäßig und beabstandet angeordnete radiale Fortsätze 10 aufweist. Die radialen Fortsätze 10 sind in der Breite und in den Abständen derart bemessen, dass sie genau zwischen die axial gerichteten Ansätze 9 des Teils 6 passen.
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Weiterhin umfasst die Kraftbegrenzungseinrichtung 4 ein Teil 5 in Form einer ringförmigen Schwingscheibe mit zwei axial gerichteten Verzahnungen 11 und 13 und einer radial nach innen gerichteten Verzahnung 34. Die Verzahnung 11 ist derart geformt, dass sie in Eingriff mit einer gegenüberliegenden, an dem Teil 6 vorgesehenen Verzahnung 12 gelangt, welche in der 6 zu erkennen ist. Ferner ist ein in der 7 zu erkennender Mitnehmer 8 vorgesehen, welcher radial innen die zentrale Öffnung 26 größeren Durchmessers mit der Profilierung 18 bildet, und außen mit einer Verzahnung 35 versehen ist. Als weitere Teile umfasst die Kraftbegrenzungseinrichtung 4 noch eine Feder in Form eines wellenförmigen Federringes 22, welcher zwischen der radialen Außenseite des Teils 5 und der radial inneren Wandung des topfförmigen Kragens 9a verspannt ist und das Teil 5 mit einer radial nach innen gerichteten Federkraft beaufschlagt.
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Die Kraftbegrenzungseinrichtung 4 wird in einem Vormontageschritt als Baugruppe folgendermaßen zusammengesetzt. Zuerst werden das Teil 5, der Federring 22 und der Mitnehmer 8 in dieser Reihenfolge in das Teil 6 eingelegt, wobei der Mitnehmer 8 mit der Verzahnung 35 zu einer drehfesten Verbindung mit dem Teil 5 in die Verzahnung 34 zusammengefügt wird. Anschließend wird das Teil 7 mit den radialen Fortsätzen 10 zu einer drehfesten Verbindung mit dem Teil 6 zwischen die Ansätze 9 eingeschoben und schließlich durch einen Sicherungsring gesichert. Der Federring 22 stützt sich dadurch an seiner Außenseite an der Innenwandung des topfförmigen Kragens 9a und an seiner Innenseite an der radial äußeren Randfläche des Teils 5 ab.
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Bei der Montage des Gurtaufrollers 100 wird die Kraftbegrenzungseinrichtung 4 mit der Öffnung 26 des Mitnehmers 8 auf den Fortsatz 17 des zweiten Teils 1b der Gurtwelle 1 aufgeschoben, wodurch die Profilierungen 18 und 32 in Eingriff gelangen und eine drehfeste Verbindung zwischen dem zweiten Teil 1b der Gurtwelle 1, dem Mitnehmer 8 und dem Teil 5 hergestellt wird. Zur Begrenzung der Aufschiebebewegung der Kraftbegrenzungseinrichtung 4 ist der Fortsatz 17 durch einen Anschlag 30 begrenzt, an der der Mitnehmer 8 und das Teil 7 in der Endstellung mit ihren Stirnseiten zur Anlage gelangen. Die Einheit aus dem zweiten Teil 1b der Gurtwelle 1 und der Kraftbegrenzungseinrichtung 4 wird dann in eine Öffnung des Schenkels 3a des Aufrollerrahmens 3 eingeschoben, wie in der 8 zu erkennen ist. Anschließend wird das zweite Teil 1a der Gurtwelle 1 durch eine zweite in dem Schenkel 3b vorgesehene Öffnung eingeschoben und mit dem Fortsatz 23 in der Öffnung 25 des Teils 6 verpresst, wodurch die ineinandergreifenden Profilierungen 31 und 15 anschließend eine drehfeste Verbindung zwischen dem Teil 6 und dem Teil 1b der Gurtwelle 1 bilden, und die Kraftbegrenzungseinrichtung 4 anschließend zwischen den Schenkeln 3a und 3b des Aufrollerrahmens 3 angeordnet ist.
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Die Ausnehmung 28 in dem zweiten Teil 1b der Gurtwelle 1 ist größer dimensioniert als der Fortsatz 23 an dem ersten Teil 1a, so dass zwischen dem Fortsatz 23 und der Innenwandung der Ausnehmung 28 ein Spalt vorhanden ist, in dem der Flansch 33 des Teils 6 angeordnet ist. Beim Verpressen des ersten Teils 1a der Gurtwelle 1 kann die Innenwandung der Ausnehmung 28 als Gegenlager wirken, so dass die Profilierungen 31 und 15 in jedem Fall formschlüssig in Eingriff gedrängt werden.
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Nach dem Verpressen des ersten Teils 1a der Gurtwelle 1 bilden das erste Teil 1a zusammen mit den Teilen 6 und 7 und das zweite Teil 1b zusammen mit dem Mitnehmer 8 und dem Teil 5 einen drehfesten Verbund. Für den Fall, dass das zweite Teil 1b der Gurtwelle 1 bei einer Ansteuerung der Blockiereinrichtung 19 fahrzeugfest blockiert wird, können der Mitnehmer 8 und das Teil 5 aufgrund der drehfesten Verbindung demnach auch als fahrzeugfest blockiert angesehen werden. Übersteigt die Gurtauszugskraft bei blockiertem zweiten Teil 1b einen durch die Kraftbegrenzungseinrichtung 4 bestimmten Schwellwert, so kann das erste Teil 1a der Gurtwelle 1 in Auszugsrichtung drehen, indem das Teil 6 gegenüber dem Teil 5 dreht, wobei das Teil 5 dabei die Kraft begrenzende, wellenförmige Schwingbewegung ausführt, während der die Verzahnungen 11 und 12 und 13 und 14 paarweise wechselnd in Eingriff und außer Eingriff gelangen. Die Teile 5 und 6 bzw. 7 führen dadurch eine Relativbewegung zueinander aus, während der die Teile 5 und 6 wechselweise abgebremst und beschleunigt werden. Das Teil 6 führt dabei eine reine Rotationsbewegung aus, die durch die zu der Rotationsbewegung quer gerichtete Schwingbewegung des Teils 5 gesteuert wird. Das Teil 5 ist dazu mit der Verzahnung 34 auf der Verzahnung 35 des Mitnehmers 8 geringfügig quer verschieblich angeordnet, so dass es die quer gerichtete Schwingbewegung ausführen kann.
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Die Kraftbegrenzungseinrichtung 4 und insbesondere der Eingriffsbereich der Verzahnungen 11 und 12 und 13 und 14 und das Teil 5 selbst sind im Überlappungsbereich der beiden Teile 1a und 1b, gebildet durch den die Ausnehmung 28 eingreifenden Fortsatz 23, angeordnet, so dass die Kraftbegrenzungseinrichtung 4 und insbesondere die Teile 5, 6 und 7 auch bei den wirkenden Kräften mechanisch ausreichend unterstützt werden und ihre relative Lage zueinander auch während der Aktivierung der Kraftbegrenzungseinrichtung 4 beibehalten. Da die fest miteinander verbundenen Teile 6 und 7 den Hohlraum bilden, in dem das Teil 5 die Schwingbewegung ausführt, und außerdem einen festen Verbund bilden, welcher zur Abstützung des Federringes 22 einerseits und zur Aufnahme der in den Verzahnungen 11 und 12 wirkenden Axialkräfte dient, werden die zwischen den Teilen 1a und 1b der Gurtwelle 1 wirkenden Axial- und Radialkräfte wesentlich reduziert, so dass die Gurtwelle 1 selbst auch bei einer aktivierten Kraftbegrenzungseinrichtung 4 formstabil ist, und die Teile 1a und 1b nicht auseinandergetrieben werden.
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Durch den Federring 22 wird das Teil 5 quer zu der Richtung der Schwingbewegung reibwerterhöhend verspannt. Die Schwingbewegung des Teils 5 wird dadurch in der Amplitude bzw. in dem Schwingweg nicht beschränkt, sondern nur durch die Reibwerterhöhung gedämpft, was insbesondere zu einer Erhöhung des Losbrechmomentes zu Beginn der Aktivierung der Kraftbegrenzungseinrichtung führt. Der Federring 22 ist nicht geschlossen, d. h. an einer Stelle offen, so dass er zur Montage einfach aufgeweitet oder zusammengedrückt werden kann. Ferner ist die von dem Federring 22 auf das Teil 5 ausgeübte Federkraft allein von der Wellenform des Federringes 22 abhängig, da der Federring 22 selbst zum Einbau nicht in sich durch Streckung oder Zusammendrücken der Wellenform aufgeweitet oder zusammengedrückt werden muss.
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Der Federring 22 ist in einem Ringspalt zwischen dem radial äußeren Rand des Teils 5 und der radial inneren Wandung des topfförmigen Kragens 9a angeordnet und stützt sich über Wellenberge in einem Abstand von 3 bis 8 mm in Umfangsrichtung sowohl an dem Teil 5 als auch an dem Kragen 9a ab, wie z. B. in den 7 und 8 zu erkennen ist. Der Federring 22 ist durch einen in Wellenform gebogenen Metallstreifen gebildet. Da sich der Metallstreifen nahezu über den gesamten Umfang erstreckt, wird das Teil 5 gegenüber dem Kragen 9a gleichmäßig mit einer radial nach innen gerichteten Federkraft verspannt. Damit der Metallstreifen während der Schwingbewegung des Teils 5 nicht außer Kontakt zu dem Metallstreifen gelangt, ist der Metallstreifen breiter als die Dicke des Teils 5 und bevorzugt breiter als der Abstand der Umkehrpunkte der Schwingbewegung in Axialrichtung. Der Federring 22 kann in seiner Wellenform, durch die Wahl der Materialstärke und durch die Wahl des Werkstoffs, so bemessen werden, dass er während der Anfangsbewegung plastisch verformt wird, so dass die ausgeübte Federkraft abnimmt und dadurch die Reibkraft ebenfalls sinkt. Durch die abnehmende Reibkraft kann z. B. eine degressive Kraftbegrenzungscharakteristik verwirklicht werden.
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Insgesamt wird durch die reibwerterhöhende Verspannung des Teils 5 über den Federring 22 das Losbrechmoment erhöht, so dass ein kurzzeitiger normalerweise vorhandener Abfall der Gurtauszugskraft zu Beginn der Aktivierung der Kraftbegrenzungseinrichtung 4 kompensiert werden kann, dass das Kraftbegrenzungsniveau gleich zu Beginn der Aktivierung der Kraftbegrenzungseinrichtung 4 erhöht wird und insgesamt gleichmäßiger ist. Da der Federring 22 das Teil 5 radial verspannt, wird dabei der Schwingweg des Teils 5 nicht verändert und insbesondere nicht eingeschränkt, so dass die Dämpfungscharakteristik der Kraftbegrenzungseinrichtung 4 insgesamt nicht verändert wird, sondern nur zu Beginn der Aktivierung der Kraftbegrenzungseinrichtung 4 und in der Auslaufphase erhöht wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2006/108451 A1 [0002]
- DE 102008049931 [0003]
- DE 102009010435 A1 [0004]
