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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 / 108 451 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 A1 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 wechselweise 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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Ein Problem eines solchen Gurtaufrollers liegt darin, dass die zueinander bewegbaren Teile der Kraftbegrenzungseinrichtung zunächst unter Wirkung einer Haftreibung aneinander anliegen und bei einer Aktivierung der Kraftbegrenzungseinrichtung zur Ausführung der Relativbewegung die Haftreibung überwinden müssen und anschließend unter Wirkung einer Gleitreibung zueinander bewegt werden. Da die Haftreibung grundsätzlich höher als die Gleitreibung ist, fällt das Kraftbegrenzungsniveau der Gurtauszugskraft dabei sprungartig auf ein niedrigeres Kraftbegrenzungsniveau ab.
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Aus der
WO 2004 / 091 984 A1 ist ferner ein Gurtaufroller bekannt, welcher in seinem Grundaufbau eine zweiteilige Gurtwelle mit einem zwischen den beiden Teilen angeordneten Torsionsstab umfasst. Außerdem sind zwischen den beiden Teilen zwei gegenüberliegende Sollbruchzapfen vorgesehen, welche vor der plastischen Verformung des Torsionsstabes abgeschert werden müssen.
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Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung darin, einen gattungsgemäßen Gurtaufroller bereitzustellen, bei dem der Abfall des Kraftbegrenzungsniveaus zu Beginn der Aktivierung der Kraftbegrenzungseinrichtung zumindest verringert ist.
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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 an dem ersten oder dem zweiten Teil der Gurtwelle wenigstens ein vorstehender Verformungsabschnitt vorgesehen ist, welcher in eine Ausnehmung des jeweils anderen Teils eingreift und die Teile drehfest miteinander verbindet.
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Aufgrund der erfindungsgemäßen Lösung muss bei einer Aktivierung der Kraftbegrenzungseinrichtung zunächst der Verformungsabschnitt energieverzehrend elastisch und/oder plastisch verformt werden, damit die Teile der Gurtwelle zueinander eine Bewegung ausführen können. Dadurch wird durch den vorgesehenen Verformungsabschnitt dem durch die geschwindigkeitsgeregelte Kraftbegrenzungseinrichtung erzeugten Kraftbegrenzungsniveau ein zusätzliches und zwar geschwindigkeitsunabhängiges Kraftbegrenzungsniveau überlagert, durch das der oben beschriebene Kraftbegrenzungsabfall der geschwindigkeitsgeregelten Kraftbegrenzungseinrichtung ausgeglichen werden kann. Insgesamt kann der Kraftbegrenzungsabfall des Kraftbegrenzungsverlaufs dadurch zumindest verringert werden, wobei die durch den Verformungsabschnitt bewirkte Kraftbegrenzung in der Höhe und der Dauer durch die Bemessung und die Anordnung des Verformungsabschnitts sowie durch die Werkstoffwahl verändert werden kann. Das durch den Verformungsabschnitt bewirkte Kraftbegrenzungsniveau wirkt dabei unmittelbar zu Beginn der Aktivierung der Kraftbegrenzungseinrichtung, da die einsetzende Relativbewegung zwischen den Teilen der Gurtwelle automatisch zu einer Verformung des Verformungsabschnittes führt. Der Begriff „drehfeste Verbindung“ soll dabei so verstanden werden, dass erst eine vorgegebene Kraftschwelle überwunden werden muss, damit sich die Teile der Gurtwelle zueinander drehen können. Weiter wird vorgeschlagen, dass der Verformungsabschnitt zentrisch zu der Drehachse des Gurtaufrollers angeordnet ist. Durch die zentrische Anordnung des Verformungsabschnittes können die entstehenden auf die Gurtwelle wirkenden Radialkräfte und die zwischen den Teilen der Gurtwelle wirkenden Drehmomente auf ein Minimum reduziert werden, da die Verformung des Verformungsabschnittes dadurch im Wesentlichen durch Torsion erfolgt.
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Außerdem wird vorgeschlagen, dass der Verformungsabschnitt durch einen zylindrischen Zapfen gebildet ist. Die vorgeschlagene Formgebung des Verformungsabschnittes ist insofern vorteilhaft, da dadurch die Montage des Gurtaufrollers vereinfacht werden kann, da die Teile der Gurtwelle dadurch besonders einfach zusammengefügt werden können.
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Die erfindungsgemäß bezweckte Erhöhung des Kraftbegrenzungsniveaus kann bevorzugt dadurch erzielt werden, indem der Zapfen ein Längen-Dickenverhältnis zwischen 5,0 und 1,5 aufweist. Das vorgeschlagene Längen-Dickenverhältnis hat sich dabei als besonders vorteilhaft bei einer zentrischen Anordnung des Zapfens, also bei einer reinen Torsionsbeanspruchung des Zapfens, erwiesen.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass der Verformungsabschnitt derart bemessen ist, dass er in einer Frühphase der Aktivierung der Kraftbegrenzungseinrichtung abschert. Durch die vorgeschlagene Bemessung des Verformungsabschnittes kann einerseits der Kraftbegrenzungsabfall zu Beginn der Aktivierung der Kraftbegrenzungseinrichtung kompensiert werden und andererseits verhindert werden, dass der Verformungsabschnitt das Kraftbegrenzungsniveau ohne einen Vorteil in einer späteren Phase der Kraftbegrenzung unnötig erhöht.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass die Ausnehmung kleiner als der Verformungsabschnitt bemessen ist, und die Teile der Gurtwelle in Axialrichtung über eine Pressverbindung miteinander verbunden sind. Durch die vorgeschlagene Pressverbindung kann der Verbund der zweiteiligen Gurtwelle zusätzlich stabilisiert werden. Insbesondere kann dadurch verhindert werden, dass die Teile der Gurtwelle durch die bei der Aktivierung der Kraftbegrenzungseinrichtung entstehenden Axialkräfte auseinander getrieben werden.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Dabei zeigt:
- 1: Gurtaufroller mit Kraftbegrenzungseinrichtung in Schnittdarstellung;
- 2: zweiteilige Gurtwelle mit Kraftbegrenzungseinrichtung in Explosionsdarstellung unter einem ersten Blickwinkel;
- 3: Zweiteilige Gurtwelle mit Kraftbegrenzungseinrichtung in Explosionsdarstellung unter einem zweiten Blickwinkel; und
- 4: Zweiteilige Gurtwelle mit Kraftbegrenzungseinrichtung in vergrößerter Schnittdarstellung.
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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 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 Gurtwelle 1, auf der ein nicht dargestelltes Gurtband einer Sicherheitsgurteinrichtung für ein Kraftfahrzeug aufwickelbar ist.
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Die Gurtwelle 1 ist zweiteilig mit einem ersten Teil 1a und einem zweiten Teil 1b ausgebildet, welche über eine geschwindigkeitsgeregelte Kraftbegrenzungseinrichtung 4 miteinander verbunden sind. Das Gurtband ist auf dem ersten Teil 1a der Gurtwelle 1 aufgewickelt und gegen die Federkraft der in der Federkassette 103 angeordneten Wickelfeder ausziehbar. Das zweite Teil 1b der Gurtwelle 1 ist über eine Blockiereinrichtung 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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Die Kraftbegrenzungseinrichtung 4 ist, wie in den 2,3 und 4 zu erkennen 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 19 und 18 versehen sind.
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Das erste Teil 1a der Gurtwelle 1 weist einen axial gerichteten zylindrischen Fortsatz 17 auf, der ebenfalls mit einer Profilierung 10 versehen ist. Das zweite Teil 1b der Gurtwelle 1 weist einen ringzylindrischen Fortsatz 16 mit einer äußeren Profilierung 15 auf, an dem radial innen eine Ausnehmung 20 vorgesehen ist, welche geringfügig größer als der Fortsatz 17 des ersten Teils 1a der Gurtwelle 1 bemessen ist. Die Profilierungen 10 und 19 und 15 und 18 sind paarweise identisch geformt, und können bevorzugt als Vielzahnprofile ausgebildet sein.
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Die Kraftbegrenzungseinrichtung 4 umfasst ein erstes Teil 6 in Form einer ringförmigen Scheibe, welche an ihrem äußeren Rand mit axial gerichteten Ansätzen 21 und an ihrer zentralen Öffnung 25 mit einem ringförmigen Flansch 22 versehen ist. Das Teil 6 ist bevorzugt in einem spanlosen Umformverfahren, wie z.B. Stanzverfahren, hergestellt, bei dem sowohl die Ansätze 21 und der Flansch 22 einschließlich der daran vorgesehenen Profilierung 19 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 23 aufweist. Die radialen Fortsätze 23 sind in der Breite und in den Abständen derart bemessen, dass sie genau zwischen die axial gerichteten Ansätze 21 des Teils 6 passen.
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Weiterhin umfasst die Kraftbegrenzungseinrichtung 4 ein Teil 5 in Form einer Ringscheibe mit zwei axial gerichteten Verzahnungen 11 und 13. Die Verzahnung 11 ist derart geformt, dass sie in Eingriff mit einer gegenüberliegenden, an dem Teil 6 vorgesehenen Verzahnung 12 gelangt. Ferner ist ein Mitnehmer 24 vorgesehen, welcher radial innen die zentrale Öffnung 26 größeren Durchmessers mit der Profilierung 18 bildet, und außen über eine Verzahnung mit dem Teil 5 drehfest verbunden ist.
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Beim Zusammenbau des Gurtaufrollers 100 wird die vormontierte Kraftbegrenzungseinrichtung 4 mit der zentralen Öffnung 25 und der Profilierung 19 auf den Fortsatz 17 und die Profilierung 10 des Teils 1a aufgeschoben, so dass die Teile 6 und 7 durch den Eingriff der Profilierungen 10 und 19 drehfest mit dem Teil 1a der Gurtwelle 1 verbunden sind. Anschließend wird das zweite Teil 1b mit dem Fortsatz 16 in die Öffnung 26 eingeschoben, wodurch das Teil 1b durch den Eingriff der Profilierungen 15 drehfest mit dem Mitnehmer 24 und dem Teil 5 verbunden wird.
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In den 2 und 3 ist die zweiteilige Gurtwelle 1 mit den Teilen 1a und 1b und der dazwischen angeordneten Kraftbegrenzungseinrichtung 4 vor dem Zusammenbau zu erkennen. An dem Teil 1a ist ein Verformungsabschnitt 2 in Form eines zentrisch angeordneten Zapfens vorgesehen, welcher an seiner Radialaußenseite eine Profilierung 9 aufweist. In dem Teil 1b ist eine Aufnahme 8 mit einer zu der Querschnittsform des Zapfens korrespondierenden Querschnittsform und einem etwas kleineren mittleren Durchmesser als der mittlere Außendurchmesser des Zapfens vorgesehen. Der Zapfen ist aufgrund seiner Profilierung 9 drehfest in der Aufnahme 8 festgelegt und aufgrund der etwas kleineren Aufnahme 8 gleichzeitig über eine Pressverbindung in der Aufnahme 8 festgelegt. Die Teile 1a und 1b sind dadurch zusätzlich in Axialrichtung der Gurtwelle 1 zu einem festen Verbund miteinander verbunden.
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Für den Fall, dass das zweite Teil 1b der Gurtwelle 1 bei einer Ansteuerung der Blockiereinrichtung fahrzeugfest blockiert wird, kann der Mitnehmer 24 und das Teil 5 aufgrund der drehfesten Verbindung mit dem Teil 1b demnach auch als in Drehrichtung der Gurtwelle fahrzeugfest blockiert angesehen werden. Übersteigt die Gurtauszugskraft bei blockiertem zweiten Teil 1b einen durch die Kraftbegrenzungseinrichtung 4 und den Verformungsabschnitt 2 vorbestimmten Schwellwert, so kann das erste Teil 1a der Gurtwelle 1 gegenüber dem zweiten Teil 1b in Auszugsrichtung drehen. Dabei drehen die Teile 6 und 7 gegenüber dem Teil 5, wobei das Teil 5 dabei eine 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, 6 und 7 wechselweise abgebremst und beschleunigt werden. Die Teile 6 und 7 führen dabei eine reine Rotationsbewegung aus, die durch die zu der Rotationsbewegung quer gerichtete Schwingbewegung des Teils 5 gesteuert wird. Das Teil 5 ist dazu auf dem Mitnehmer 8 in Umfangsrichtung drehfest und in Richtung der Wellenbewegung, also in diesem Fall in Axialrichtung des Gurtaufrollers 100, verschieblich angeordnet. Gleichzeitig zu dieser Bewegung wird der Verformungsabschnitt 2 durch die Torsionsbeanspruchung plastisch verformt, und zwar unmittelbar mit dem Einsetzen der Relativdrehbewegung der Teile 1a und 1b zueinander.
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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 20 eingreifenden Fortsatz 17, 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 wird.
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Aufgrund der Anordnung des Verformungsabschnitts 2 wirkt dieser parallel zu der Kraftbegrenzungseinrichtung 4, so dass sich die durch die Kraftbegrenzungseinrichtung 4 und den Verformungsabschnitt 2 bewirkten Kraftbegrenzungen zu einem Gesamtkraftbegrenzungsverlauf addieren. Da der Verformungsabschnitt 2 allein zu der Kompensation des Kraftbegrenzungsabfalls der Kraftbegrenzungseinrichtung 4 vorgesehen ist, weist der Verformungsabschnitt ein Längen-Dickenverhältnis von 5,0 bis 1,5 und bevorzugt von 3,5 auf, so dass er bereits in einer Frühphase des Gesamtkraftbegrenzungsverlaufs abschert und anschließend wirkungslos wird. Die Frühphase kann dabei als ab dem Zeitpunkt als beendet angesehen werden, ab dem die Kraftbegrenzungseinrichtung 4 das gemäß ihrer Auslegung zu erzielende Kraftbegrenzungsniveau erreicht. Die Frühphase kann erfahrungsgemäß ab einer halben bis zu einer vollen Umdrehung der Gurtwelle als beendet angesehen werden.
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Der Verformungsabschnitt 2 sollte dabei so bemessen werden, dass die plastische Verformung des Verformungsabschnitts ein Maß an Energie vernichtet, welches zu einem Anstieg des Kraftbegrenzungsniveaus in der Höhe des Abfalls des Kraftbegrenzungsniveaus der Kraftbegrenzungseinrichtung 4 bei dem Übergang von der Haft- zu der Gleitreibung entspricht. In jedem Fall kann der Kraftbegrenzungsabfall aber aufgrund der kurzzeitigen parallel wirkenden plastischen Verformung des Verformungsabschnittes reduziert werden.
