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Die Erfindung betrifft einen Sperrmechanismus für einen Gurtaufroller, mit einem Trägheitselement, das in einem Lager drehbar zwischen einer Ausgangsstellung und einer Sperrstellung gelagert ist.
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Ein Gurtaufroller wird verwendet, um einen Fahrzeuginsassen mittels eines Sicherheitsgurts zu schützen. Der Sicherheitsgurt ist dabei auf einer Gurtspule aufgewickelt, von der er abgezogen werden kann. Im Bedarfsfall, beispielsweise bei sehr hoher Fahrzeugverzögerung, wird die Gurtspule drehfest in der Abwickelrichtung des Sicherheitsgurts blockiert, sodass kein weiterer Sicherheitsgurt ausgezogen werden kann. Ein mit dem Sicherheitsgurt angeschnallter Fahrzeuginsasse nimmt somit an der Fahrzeugverzögerung teil. Zur Blockierung der Gurtspule kann die Gurtspule eine Verzahnung aufweisen, die die Drehung der Gurtspule im Normalbetrieb nicht behindert. Im Bedarfsfall wird die Gurtspule in eine Blockierstellung überführt, in der die Verzahnung der Gurtspule in eine oder mehrere Ausnehmungen am Rahmen des Gurtaufrollers eingreift. In der Blockierstellung wird die Gurtspule dadurch drehfest gegen eine Drehung in der Abwickelrichtung des Sicherheitsgurts gehalten.
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Zur Überführung der Gurtspule aus der Ruhestellung in die Blockierstellung wird der Sperrmechanismus verwendet. Der Sperrmechanismus weist dabei zumeist ein Trägheitselement auf, welches im Normalbetrieb der Drehbewegung der Gurtspule folgen kann. Das Trägheitselement ist dabei in Drehrichtung mittels einer Feder in einer Ausgangsstellung vorgespannt und an einer Lagerstelle drehbar gelagert, sodass im Bedarfsfall, durch einen schneller Gurtbandauszug aufgrund der Insassenvorverlagerung bei hohen Fahrzeugverzögerungen, das Trägheitselement aufgrund seiner Trägheit um die Lagerstelle in eine Sperrstellung ausgelenkt wird. Das Trägheitselement weist eine Klinke auf, die beispielsweise in die Verzahnung des Gurtaufrollerrahmens im Bedarfsfall durch den oben beschriebenen Prozess eingesteuert wird. Um die Schwenkbewegung des Trägheitselements zu realisieren, ist das Trägheitselement typischerweise auf einer zylindrischen Lagerstelle der Spule angeordnet.
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Der Nachteil bei dieser Lagerung des Trägheitselements ist, dass die Kontaktstelle zwischen Lagerstelle und Trägheitselement je nach Drehposition der Gurtspule wandert, da Toleranzen zwischen Trägheitselement und Lagerstelle vorgesehen sind. Dieses Wandern der Kontaktstelle ist auf die Schwerkraft zurückzuführen, da die Gurtspule, und damit verbunden die Kontaktstelle zwischen Lagerstelle und Trägheitselement, vertikal angeordnet ist. Je nach Drehstellung wandert somit die Kontaktstelle in Abhängigkeit der Lage des Trägheitselements zur gesamten Gurtspule. In einer „6-Uhr”-Stellung befindet sich das Trägheitselement beispielsweise im unteren Bereich der Gurtspule, und die Kontaktstelle des Trägheitselements an der Lagerstelle ist an einer der Gurtspulenmittelachse zugewandten Seite. Bei Verdrehung der Gurtspule im Normalbetrieb um 180° befindet sich das Trägheitselement in einer „12-Uhr”-Stellung, d. h. im oberen Bereich der Gurtspule. Die Kontaktstelle zwischen Trägheitselement und Lagerstelle liegt dann auf einer der Gurtspulenmittelachse abgewandten Seite, da das Trägheitselement schwerkraftbedingt auf der Lagerstelle „aufliegt”. Aufgrund dieser Wanderung der Kontaktstelle entsteht ein Einfluss der Lage des Trägheitselements bezüglich der Gurtspule auf die Einsteuerung der Gurtspule. Des Weiteren tritt aufgrund der Wanderung der Kontaktstelle Reibung auf, wodurch sich die Bauteile abnutzen.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht dementsprechend darin, einen Sperrmechanismus der eingangs genannten Art dahin gehend weiterzubilden, dass ein Sperrmechanismus geschaffen wird, der eine von der Masse des Trägheitselements unabhängige Einsteuerung der Gurtspule gewährleistet.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Sperrmechanismus für einen Gurtaufroller mit einem Trägheitselement vorgesehen, das in einem Lager drehbar zwischen einer Ausgangsstellung und einer Sperrstellung gelagert ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, ein Spitzenlager zu verwenden, womit eine punktförmige Kontaktstelle des Trägheitselements und der Lagerstelle geschaffen ist. Diese punktförmige Lagerung gewährleistet eine von der Masse des Trägheitselements unabhängige Einsteuerung der Gurtspule. Da aufgrund des Spitzenlagers eine stets zentrische Ausrichtung des Trägheitselements in Bezug auf die Gurtspule garantiert ist, wandert die Kontaktstelle des Lagers und des Trägheitselements nicht, wodurch der Effekt der Trägheitsmasse auf die Einsteuerung der Gurtspule behoben ist. Als weiterer Vorteil ergibt sich, dass die Ausgestaltung des Lagers als punktförmiges Lager besonders reibungsarm ist. Dadurch ergeben sich Vorteile hinsichtlich der Beständigkeit der Bauteile.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist weiterhin ein Federelement vorgesehen, welches das Trägheitselement gegen eine Abstützfläche beaufschlagt. Durch die Beaufschlagung des Trägheitselements mit dem Federelement ist das Trägheitselement axial spielfrei gelagert, was zu einer höheren Stabilität und einem besseren Geräuschverhalten führt, da keine axiale Relativbewegung zwischen Trägheitselement und Lagerstelle auftreten kann.
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Vorzugsweise ist darüber hinaus eine Kupplungsscheibe vorgesehen, an der das Federelement angeordnet ist. Die Kupplungsscheibe dient bei der Funktion des Sperrmechanismus des Gurtaufrollers als Steuerelement für die Blockierung des Gurtaufrollers.
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Insbesondere kann das Federelement einstückig mit der Kupplungsscheibe ausgeführt sein. Das bedeutet, das Federelement ist Teil der Kupplungsscheibe, wodurch sich die Stabilität erhöht und der Zusammenbau des Gurtaufrollers bei der Herstellung vereinfacht wird, da keine zusätzlichen Befestigungsmittel für das Federelement bereitgestellt werden müssen. Zudem treten durch die einstückige Ausführung des Federelements mit der Kupplungsscheibe keine Toleranzen auf, die einen Einfluss auf die Einsteuerungsgenauigkeit haben.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist zwischen dem Trägheitselement und dem Federelement eine punktförmige Andruckfläche vorgesehen. Durch die punktförmige Andruckfläche wird ähnlich wie bei der Spitzenlagerung des Trägheitselements an der Lagerstelle ein reibungsarmes Lager erreicht, wodurch die Langlebigkeit der Elemente gewährleistet ist. Des Weiteren wird die zentrische Lagerung des Trägheitselements, die durch die Spitzenlagerung bereits vorhanden ist, durch die punktförmige Andruckfläche zwischen dem Trägheitselement und dem Federelement verstärkt.
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Vorzugsweise liegt die Lagerstelle im Massenschwerpunkt des Trägheitselements. Dies bietet den Vorteil, dass das Risiko einer Verkippung des Trägheitselements minimiert wird.
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Insbesondere kann das Spitzenlager einen Lagerstift aufweisen. Das bedeutet, dass die Lagerung des Trägheitselements im Massenschwerpunkt garantiert werden kann, da das Trägheitselement auf dem in das Trägheitselement ragenden Lagerstift aufliegt.
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In einer Ausführungsform weist das Spitzenlager eine konvexe Abstützfläche auf, die mit einer konkaven Lagerfläche am Trägheitselement zusammenwirkt. Durch die derart ausgestalteten Kontaktflächen, konvexe Abstützfläche und konkave Lagerfläche, ist das Spitzenlager mit punktförmiger Kontaktstelle geschaffen. Der Unterschied zu einer zylindrischen Lagerstelle ist in der konvexen Abstützfläche der Lagerstelle gegeben, wodurch in Zusammenwirkung mit der konkaven Lagerfläche am Trägheitselement die reibungsarme Lagerung geschaffen ist.
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In einer weiteren Ausführungsform weist das Spitzenlager eine konkave Abstützfläche auf, die mit einer konvexen Lagerfläche am Trägheitselement zusammenwirkt. In dieser Ausführungsform sind die Spitzenlagerverhältnisse gegenüber der zuvor beschriebenen Ausführungsform entgegengesetzt. Die Vorteile gegenüber der zylindrischen Lagerstelle bleiben bestehen.
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Darüber hinaus ist ein Gurtaufroller mit einer Gurtspule und einem erfindungsgemäßen Sperrmechanismus der genannten Art vorgesehen, wobei an der Gurtspule ein Lagerstift angeordnet ist, an dem eine Abstützfläche vorgesehen ist, mit der eine Lagerfläche am Trägheitselement zusammenwirkt. Somit ist also ein Gurtaufroller geschaffen, der die Vorteile des erfindungsgemäßen Sperrmechanismus mit einem Spitzenlager aufweist, wobei die Lagerung des Trägheitselements an einem der Gurtspule zugeordneten Lagerstift geschaffen ist, wodurch die Lagerung des Trägheitselements in seinem Massenschwerpunkt gewährleistet ist. Zudem ist durch diese Ausführung eine genaue Zuordnung der Gurtspule und des Trägheitselements geschaffen, wodurch unnötige Toleranzen, die das Einsteuerungsverhalten beeinflussen, vermieden werden können.
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Vorzugsweise ist eine Kupplungsscheibe vorgesehen, die mit einer Öffnung versehen ist, durch die sich der Lagerstift erstreckt. Dies bietet den bereits zuvor genannten Vorteil, dass der Sperrmechanismus über eine Kupplungsscheibe verfügt. Durch die Öffnung der Kupplungsscheibe, die von der Gurtspule mitgenommen wird, ist gewährleistet, dass das Trägheitselement an dem Lagerstift gelagert werden kann, der an der Gurtspule angeordnet ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Kupplungsscheibe mit einem Halteelement versehen, welches das Trägheitselement an der Kupplungsscheibe fixiert. Das Halteelement fixiert das Trägheitselement axial, sodass kein Spiel entsteht und sich somit das Geräuschverhalten aufgrund der nicht vorhandenen Relativbewegung verbessert.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den nachfolgenden Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Sperrmechanismus,
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2 eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Sperrmechanismus entlang der Linie II-II aus der 1, und
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3 eine Perspektivansicht des erfindungsgemäßen Sperrmechanismus für einen Gurtaufroller.
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Die 1 zeigt einen Gurtaufroller 10 mit einem erfindungsgemäßen Sperrmechanismus 12. Der Gurtaufroller 10 weist einen Rahmen 14 auf, der einen Verzahnungsbereich 16 hat. Darüber hinaus weist der Gurtaufroller 10 eine Gurtspule 18 auf, deren radialer Rand eine Verzahnung 20 hat. Die Verzahnung 20 der Gurtspule 18 wirkt im Bedarfsfall mit dem Verzahnungsbereich 16 des Rahmens 14 zusammen, um die Drehbewegung der Gurtspule 18 zu blockieren. Zudem weist der Gurtaufroller 10 eine Kupplungsscheibe 22 auf, die von der Gurtspule 18 mitgenommen wird.
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Der Sperrmechanismus 12 weist ein Trägheitselement 24 auf, das über eine Feder 26 drehbar vorgespannt mit der Kupplungsscheibe 22 gekoppelt ist. Das Trägheitselement 24 ist zudem an einem Lager 28 gelagert. Zur Stabilisierung der Lagerung des Trägheitselements 24 in dem Lager 28 ist ein federndes Halteelement 30, auch Federelement genannt, vorgesehen. Das Trägheitselement 24 weist zudem eine Sperrklinke 32 auf.
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Das Lager 28 des erfindungsgemäßen Sperrmechanismus 12, an dem das Trägheitselement 24 drehbar gelagert ist, ist in einer Schnittansicht, entlang der Linie II-II der 1, in der 2 detailliert gezeigt. Das Lager 28 ist als Spitzenlager ausgebildet und besteht in der hier gezeigten Ausführungsform aus einer konkaven Abstützfläche 34 und einer konvexen Lagerfläche 36 am Trägheitselement 24. Das Spitzenlager 28 ist dabei derart ausgebildet, dass sich ein punktförmiger Kontakt zwischen Abstützfläche 34 und Lagerfläche 36 bildet.
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In der bevorzugten Ausführungsform, die hier gezeigt ist, ist das Federelement 30 einstückig mit der Kupplungsscheibe 22 ausgeführt. Des Weiteren weist das Spitzenlager 28 einen Lagerstift 38 auf, dessen zum Trägheitselement 24 gewandte Seite der Abstützfläche 34 entspricht. Dadurch ist gewährleistet, dass das Trägheitselement 24 in seinem Massenschwerpunkt axial gelagert ist. Der Lagerstift 38 ist als Teil der Gurtspule 18 ausgeführt, wodurch Toleranzen hinsichtlich des Aufbaus, die einen Einfluss auf das Einsteuerungsverhalten haben, vermieden werden. Um den Sperrmechanismus 12 bei einer den Lagerstift 38 aufweisenden Gurtspule 18 zu realisieren, weist die vorhandene Kupplungsscheibe 22 eine Öffnung 40 auf, durch die sich der Lagerstift 38 erstreckt.
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Das Federelement 30 beaufschlagt das Trägheitselement 24 gegen die Abstützfläche 34 des Spitzenlagers 28, sodass kein axiales Spiel zwischen dem Trägheitselement 24 und der Abstützfläche 34 auftritt. Demnach kommt dem Federelement 30 eine stabilisierende bzw. haltende Wirkung zu, weshalb dieses auch als Halteelement bezeichnet werden kann. In der gezeigten Ausführungsform ist das Federelement 30 einstückig mit der Kupplungsscheibe 22 ausgeführt. Dadurch werden wiederum mögliche Toleranzen vermieden, die einen negativen Einfluss auf die Einsteuerung der Gurtspule 18 haben.
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Eine Andruckfläche 42 zwischen Federelement 30 und Trägheitselement 24 ist ebenfalls punktförmig ausgebildet, wodurch ähnlich zu dem Spitzenlager 28 eine Art Spitzenlager zwischen dem Trägheitselement 24 und Federelement 30 gebildet wird, wie dies in der 2 zu sehen ist.
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Zudem ist in der 2 eine Kappe 44 des Gurtaufrollers 10 gezeigt, die einen Verzahnungsbereich 46 aufweist, der mit der Sperrklinke 32 des Trägheitselements 24 im Bedarfsfall zusammenwirkt.
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Alternative Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Sperrmechanismus 12 können ein Spitzenlager 28 aufweisen, das eine konvexe Abstützfläche 34 und eine konkave Lagerfläche 36 hat. Derartige Ausführungsformen sind in den Figuren nicht gezeigt, jedoch aufgrund der Figuren leicht nachvollziehbar.
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Anhand der 3 wird das Prinzip des erfindungsgemäßen Sperrmechanismus 12 erläutert.
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Das Trägheitselement 24 ist axial durch das Federelement 30 gehalten und über das Spitzenlager 28 reibungsarm und zentrisch gelagert.
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Im Bedarfsfall, beispielsweise bei einem starken Auszug des Gurtbandes, wird das Trägheitselement 24 aufgrund seiner Masse entgegen der Federkraft der Feder 26 um das Spitzenlager 28 ausgelenkt, wodurch die Sperrklinke 32 in den Verzahnungsbereich 46 der Kappe 44 des Gurtaufrollers 10 eingreift, die in der 2 gezeigt ist. Das Trägheitselement 24 ist somit drehfest mit der Kappe 44 verbunden. Die Gurtspule 18 wird bei einer weiteren Kraftwirkung in Abzugsrichtung mit der Verzahnung 20 in den Verzahnungsbereich 16 des hier nicht gezeigten Rahmens 14 eingesteuert und liegt drehfest an. Dadurch ist der Abzug des Sicherheitsgurtes von dem Gurtaufroller 10 begrenzt. Der Sperrmechanismus 12 hat somit den Gurtaufroller 10 gesperrt.
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Durch die Ausgestaltung des Lagers 28 des Trägheitselements 24 als Spitzenlager gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine zuverlässige Einsteuerung der Gurtspule 18 unabhängig von der Position und Masse des Trägheitselements 24 gewährleistet.
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Eine Sperrung des Gurtaufrollers 10 kann auch bei starker Verzögerung des Fahrzeugs erfolgen. Ein hier nicht gezeigter fahrzeugsensitiver Sensor registriert eine starke Verzögerung. Dadurch greift eine Sperrklinke, die nicht derjenigen des Trägheitselements 24 entspricht und hier nicht gezeigt ist, in die Verzahnung 20 der Gurtspule 18 ein. Bleibt die Verzögerung bestehen, wird die Gurtspule 18, wie bei dem oben beschriebenen Vorgehen, in den Verzahnungsbereich 16 des Rahmens 18 eingesteuert und der Gurtaufroller 10 ist gesperrt.
