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Die Erfindung betrifft eine Bremseinrichtung für einen Elektromotor eines reversiblen Gurtstraffers mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
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Grundsätzlich werden in reversiblen Gurtstraffern Elektromotoren mit einer sehr hohen Drehzahl und einer möglichst geringen Trägheit verwendet. Die hohe Drehzahl des Elektromotors wird über ein Getriebe z.B. auf eine Gurtwelle übertragen, welche daraufhin in Aufwickelrichtung angetrieben wird. Damit der Elektromotor die hohe Drehzahl in möglichst kurzer Zeit erreicht und auch in kurzer Zeit wieder angehalten werden kann, ist es wichtig, dass er eine geringe Trägheit aufweist, wodurch sich außerdem ein geringeres Gewicht ergibt. Dabei werden Elektromotoren mit einer Drehzahl von z.B. 15.000 U/min verwendet, welche in einer Beschleunigungszeit von z.B. 50 ms erreicht werden soll. Nach dem Erreichen der aufzubringenden Straffkraft wird der Elektromotor zum Halten der Straffkraft für eine bestimmte Zeit mit der Drehzahl von 15.000 U/min betrieben, wobei in dem Kraftübertragungsweg zwischen dem Elektromotor und der Gurtwelle z.B. eine reibschlüssige Verbindung vorgesehen ist, welche eine Relativbewegung in dem Kraftübertragungsweg zwischen der Gurtwelle und dem Elektromotor ermöglicht. Für den Fall, dass die Unfallsituation während dieser Zeit von einer entsprechenden Sensoreinrichtung als nicht beendet sensiert wird, werden weitere sich anschließende Maßnahmen zur Rückhaltung des Insassen vorgenommen. Eine dieser Maßnahmen ist z.B. die Aktivierung eines irreversiblen Gurtstraffers mit einer höheren Straffleistung oder die Aktivierung einer Kraftbegrenzungseinrichtung. In modernen Sicherheitsgurtsystemen sind bevorzugt sowohl ein irreversibler Gurtstraffer als auch eine Kraftbegrenzungseinrichtung vorgesehen, wobei die Kraftbegrenzungseinrichtung erst nach der Aktivierung des irreversiblen Gurtstraffers aktiviert wird. Da der zu dem Zeitpunkt der Aktivierung des irreversiblen Gurtstraffers oder der Kraftbegrenzungseinrichtung noch drehende Elektromotor stören würde, muss der Elektromotor vor der Aktivierung des irreversiblen Gurtstraffers bzw. der Kraftbegrenzungseinrichtung so schnell wie möglich angehalten werden, wobei eine Bremszeit von z.B. 10 ms realisiert werden soll.
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Aus den Druckschriften
DE 10 2005 016 825 A1 und
DE 10 2004 022 134 A1 ist jeweils ein elektrischer Gurtaufroller bekannt, welcher eine Reibungskupplung mit einer Schlingfeder aufweist. Die Schlingfeder ihrerseits weist zwei vorstehende Schenkel auf, wobei die Bewegung einer der Schenkel zum Schließen und Öffnen der Kupplung mittels eines Aktuators bzw. eines bistabilen Hubmagneten steuerbar ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Bremseinrichtung zu schaffen, mit der der Elektromotor eines reversiblen Gurtstraffers in einer möglichst kurzen Zeitspanne angehalten werden kann, welche zudem möglichst funktionssicher und einfach aufgebaut sein soll.
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Zur Lösung der Aufgabe wird eine Bremseinrichtung für einen Elektromotor eines reversiblen Gurtstraffers mit einem Gehäuse, einer in dem Gehäuse angeordneten Schraubenfeder mit einer Mehrzahl von aneinander anliegenden Windungen mit einer Durchgriffsöffnung vorgeschlagen, wobei die Schraubenfeder mit einem ersten Ende an dem Gehäuse und mit einem zweiten Ende unter Vergrößerung der Öffnungsweite der Durchgriffsöffnung federvorgespannt durch ein lösbares Blockierteil festgelegt ist, wobei der Elektromotor mit der Welle durch Bildung eines Spaltes zu den Windungen der Schraubenfeder gegenüber dem Gehäuse frei drehen kann, und der Elektromotor mit der Welle durch Lösen des Blockierteils und des zweiten Endes und einer dadurch ermöglichten schlagartigen Verkleinerung der Öffnungsweite der Durchgriffsöffnung klemmartig an den Windungen der Schraubenfeder zur Anlage gelangt, und dadurch reibschlüssig abbremsbar und mit dem Gehäuse reibschlüssig koppelbar ist.
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Die vorgeschlagene Bremseinrichtung weist den Vorteil auf, dass durch die Schraubenfeder ein Element vorgesehen ist, welches in Funktionseinheit sowohl das Klemmelement selbst als auch das Stellelement zur Auslösung der Klemmbewegung bildet. Dabei wird die Schraubenfeder durch das an dem Blockierteil festgelegte zweite Ende in eine Bereitschaftsstellung federvorgespannt, in welcher der Elektromotor gegenüber der Schraubenfeder also gegenüber der Bremseinrichtung frei drehen kann. Durch Lösen des Blockierteils führt das zweite Ende der Schraubenfeder aufgrund der Federvorspannung selbsttätig eine Bewegung aus, während der sich die Windungen zur Ausübung der Klemmkraft zusammenziehen oder aufweiten, so dass der Elektromotor mit der Welle in der Durchgriffsöffnung oder an der Außenseite der Windungen schlagartig festgelegt wird. Da die Bewegung aufgrund der Federvorspannung nach dem Lösen selbsttätig ausgelöst wird, kann dadurch ein Abbremsen des Elektromotors in einer sehr kurzen Bremszeit ohne zusätzliche Teile verwirklicht werden.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass das erste und das zweite Ende der Schraubenfeder radial von den Windungen vorstehen, und das Blockierteil in Umfangsrichtung zwischen dem ersten und dem zweiten Ende angeordnet ist. Durch die vorgeschlagene Lösung kann ein konstruktiv sehr einfacher Aufbau der Bremseinrichtung mit der Schraubenfeder verwirklicht werden. Ein weiterer Vorteil der vorgeschlagenen Lösung ist darin zu sehen, dass die Enden in Umfangsrichtung gegeneinander vorgespannt werden, so dass die Klemmbewegung der Enden der Schraubenfeder zu einer größtmöglichen Verringerung der Öffnungsweite der Durchgriffsöffnung der Schraubenfeder und zu einer größtmöglichen Klemmkraft führt.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass auf der Welle an dem in die Durchgriffsöffnung greifenden Abschnitt ein drehfest mit der Welle verbundenes zylindrisches Aufsatzteil mit einem Außendurchmesser vorgesehen ist, welcher geringfügig kleiner als der Innendurchmesser der Durchgriffsöffnung vor dem Lösen des Blockierteils ist. Durch das Aufsatzteil kann der Außendurchmesser, auf dem die Schraubenfeder nach dem Lösen des Blockierteils klemmartig zur Anlage gelangt, gegenüber der Welle des Elektromotors vergrößert werden, so dass das auf die Welle wirkende Bremsmoment und die wirksame Klemmfläche vergrößert werden. Ferner kann eine größere Schraubenfeder mit einem größeren Innendurchmesser verwendet werden, welche neben einer größeren Klemmkraft herstellbedingt auch eine höhere Formgenauigkeit in Bezug zu einem vorgegebenen Innendurchmesser aufweist.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass das Gehäuse ringförmig ausgebildet und konzentrisch zu der Welle des Elektromotors angeordnet ist. Durch die vorgeschlagene Ausbildung des Gehäuses kann eine sehr kompakte Bauform der Bremseinrichtung mit einer bestmöglichen Formunterstützung der Schraubenfeder in der federvorgespannten Lage zu der Außenseite hin oder an der Innenseite der Durchgriffsöffnung verwirklicht werden.
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In diesem Fall ergibt sich ein besonders einfacher Aufbau der Bremseinrichtung, wenn das Blockierteil durch einen parallel zu der Welle des Elektromotors ausgerichteten Zapfen gebildet ist, welcher in Richtung seiner Längsachse lösbar ist. Da die Schraubenfeder ebenfalls konzentrisch zu der Welle angeordnet ist, erfolgt die Lösebewegung dadurch in etwa senkrecht zu der Ebene der Windungen der Schraubenfeder und zu dem radial abragenden zweiten Ende, so dass aufgrund der Ausrichtung und der Löserichtung des Zapfens die Lösebewegung zu einer schnellstmöglichen Freigabe des zweiten Endes und der zueinander bewegbaren Teile führt.
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Dazu wird weiter vorgeschlagen, dass das Blockierteil eine abgeflachte Stirnseite aufweist, welche in etwa senkrecht zu der Drehachse der Welle des Elektromotors ausgerichtet ist. Damit wird die Blockierung der zueinander festgelegten Teile unmittelbar und schnellstmöglich während der Lösebewegung aufgehoben, was insbesondere hinsichtlich der erforderlichen kurzen Bremszeit von besonderer Bedeutung ist.
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Weiterhin wird vorgeschlagen, dass das Gehäuse drehbar ausgebildet und Teil einer weiteren Funktionsbaugruppe des Gurtaufrollers ist. Die Bremseinrichtung dient in diesem Fall gleichzeitig als Schnellspannkupplung zur Ankopplung des Elektromotors an eine weitere Funktionsbaugruppe, so dass der Elektromotor in einer weiteren Verwendung als Antrieb in der weiteren Funktionsbaugruppe genutzt werden kann.
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Insbesondere kann die Funktionsbaugruppe eine Kraftbegrenzungseinrichtung sein. Der Elektromotor kann in diesem Fall zur Steuerung der Kraftbegrenzungseinrichtung oder auch selbst im Generatorbetrieb als Teil der Kraftbegrenzungseinrichtung genutzt werden. Die Bremseinrichtung ist in dieser Verwendung besonders sinnvoll, da die Drehrichtung der Gurtwelle von dem Straffvorgang zu dem kraftbegrenzten Gurtbandauszug während der Kraftbegrenzungsphase umgedreht wird, d.h. der Elektromotor muss in einer Übergangsphase bis zum Stillstand abgebremst werden, was mit der vorgeschlagenen Bremseinrichtung besonders schnell und mit einfachen Mitteln realisiert werden kann.
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Dabei wird vorgeschlagen, dass die Kraftbegrenzungseinrichtung ein strangförmiges Reibelement umfasst, welches um einen relativ zu diesem feststehenden Absatz gewickelt ist, und dass das Gehäuse bewegungstechnisch mit einem Ende des Reibelementes verbunden ist. Durch die vorgeschlagene Ausbildung der Kraftbegrenzungseinrichtung kann eine Kraftbegrenzungseinrichtung mit einem besonders einfach steuerbaren Kraftbegrenzungsniveau bereitgestellt werden, indem ein Ende des Reibelementes mit einem Sicherheitsgurtsystem oder einer Gurtwelle des Sicherheitsgurtsystems verbunden ist, und die Steuerung des Kraftbegrenzungsniveaus durch die Steuerung der Zugkraft an dem zweiten Ende des Reibelementes erfolgt, welches mit dem Gehäuse bewegungstechnisch verbunden ist.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Dabei zeigt:
- 1: eine Bremseinrichtung in zwei verschiedenen Schrägansichten, und
- 2: die Bremseinrichtung in Schnittdarstellung, und
- 3: die Bremseinrichtung während der Aktivierung eines reversiblen Gurtstraffers, und
- 4: die Bremseinrichtung nach dem Lösen des Blockierteils, und
- 5: die Bremseinrichtung während des Lösens des vorgespannten Endes der Schraubenfeder, und
- 6: die Bremseinrichtung nach dem Festklemmen der Welle des Elektromotors, und
- 7: die Bremseinrichtung während der Aktivierung einer mit dem Gehäuse verbundenen Kraftbegrenzungseinrichtung.
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In der 1 ist eine erfindungsgemäß ausgebildete Bremseinrichtung mit einem Gehäuse 3 und einem das Gehäuse 3 radial außenseitig umfassenden Steuerring 4 zu erkennen. Das Gehäuse 3 ist ringförmig ausgebildet und mit einer Ausnehmung 11 versehen, in der ein in der 2 zu erkennendes erstes Ende 5.1 einer Schraubenfeder 5 festgelegt ist. Die Schraubenfeder 5 weist ein zweites Ende 5.2 auf, welches in eine Ausnehmung 12 des Steuerringes 4 eingreift. Ferner weist der Steuerring 4 eine zweite Ausnehmung 13 auf, in die ein das Gehäuse 3 durchgreifendes Blockierteil 2 eingreift, welches den Steuerring 4 gegenüber dem Gehäuse 3 in Umfangsrichtung festlegt. An dem Blockierteil 2 ist ein Aktuator 1 vorgesehen, welcher z.B. durch einen pyrotechnischen Treibsatz oder durch ein elektromechanisches Stellelement, wie z.B. einen Piezostack, gebildet sein kann.
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Die Ausnehmung 12 des Steuerringes 4 und das darin festgelegte zweite Ende 5.2 sind durch die Festlegung über das Blockierteil 2 so zu dem Gehäuse 3 ausgerichtet, dass das zweite Ende 5.2 der Schraubenfeder 5 gleichzeitig an der von dem ersten Ende 5.1 abgewandten Seite an einem Vorsprung 14 des Gehäuses 3 anliegt.
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Die Schraubenfeder 5 weist eine Mehrzahl von ringförmigen aneinander anliegenden Windungen mit den radial nach außen abragenden Enden 5.1 und 5.2 und einer in etwa senkrechten Ausrichtung zu einer aus einem Elektromotor herausgeführten Welle 9 auf. Die Windungen weisen einen identischen Innendurchmesser auf und bilden eine Durchgriffsöffnung 10. Das zweite Ende 5.2 der Schraubenfeder 5 ist durch die Festlegung gegenüber dem Steuerring 4 und die Festlegung des Steuerringes 4 durch das lösbare Blockierteil 2 gegenüber dem Gehäuse 3 mittelbar durch das Blockierteil 2 in einer zu dem ersten Ende 5.1 federvorgespannten Stellung festgelegt, so dass die Durchgriffsöffnung 10 zumindest geringfügig auf einen größeren Innendurchmesser aufgeweitet ist. Der Innendurchmesser des Gehäuses 3 ist dabei so bemessen, dass die aufgeweitete Schraubenfeder 5 mit den Radialaußenseiten der Windungen an dessen Innenwandung zur Anlage gelangt oder zumindest durch dieses in der Aufweitung nicht beschränkt wird.
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Ferner ist eine Welle 9 eines nicht dargestellten Elektromotors zu erkennen, auf der ein zylindrisches Aufsatzteil 6 vorgesehen ist. Der Außendurchmesser des Aufsatzteils 6 ist derart bemessen, dass die Welle 9 mit dem Aufsatzteil 6 in die aufgeweitete Durchgriffsöffnung 10 einführbar ist.
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Nach dem Zusammenbau der Komponenten sind die Wellen 8 und 9, wie in der 3 zu erkennen ist, identisch mit einer gemeinsamen Drehachse ausgerichtet, so dass der Steuerring 4, das Gehäuse 3, die Schraubenfeder 5 und das zylindrische Aufsatzteil 6 konzentrisch zueinander und zu den Wellen 8 und 9 angeordnet sind. Durch die Aufweitung der Durchgriffsöffnung 10 ist ein Spalt zwischen dem Aufsatzteil 6 und den Windungen der Schraubenfeder 5 vorhanden, so dass das Aufsatzteil 6 mit der Welle 9 gegenüber dem Gehäuse 3 frei drehen kann. Der nicht dargestellte Elektromotor, aus dem die Welle 9 herausgeführt ist, kann in dieser aufgeweiteten Stellung der Schraubenfeder 5 eine Gurtwelle eines Gurtaufrollers in der Vorstraffphase in Aufwickelrichtung antreiben, ohne dass die Drehbewegung durch die Bremseinrichtung gestört wird. Das Aufsatzteil 6 und die Welle 9 drehen dabei mit einer Drehzahl in der Größenordnung von z.B. 15.000 U/min.
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Die Vorstraffphase des Gurtaufrollers wird beendet, wenn eine Sensoreinrichtung vorbestimmte Kenngrößen ermittelt, welche auf eine nicht zu vermeidende Kollision des Fahrzeuges schließen lassen. In diesem Fall werden eine irreversible Gurtstraffvorrichtung und anschließend eine Kraftbegrenzungseinrichtung aktiviert, wodurch die Rückhaltung des Insassen bei gleichzeitiger Reduzierung der Insassenbelastung verbessert wird. Vor der Aktivierung dieser Einrichtungen oder in der Überlappung mit der Aktivierung der irreversiblen Straffvorrichtung wird die vorgeschlagene Bremseinrichtung aktiviert, indem der Aktuator 1 das Blockierteil 2 durch eine Abzugsbewegung entlang seiner Längsachse L in Pfeilrichtung A löst. Die Richtung der Lösebewegung ist dabei bevorzugt in etwa senkrecht zu den Windungen der Schraubenfeder 5. Durch das Lösen des Blockierteils 2 wird die Verbindung zwischen dem Steuerring 4 und dem Gehäuse 3 aufgehoben, so dass beide Teile anschließend frei zueinander drehen können.
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Nach dem Lösen des Blockierteils 2 bewegt sich das zweite Ende 5.2 mit dem Steuerring 4 aufgrund der Federvorspannung der Schraubenfeder 5 selbsttätig und schlagartig im Uhrzeigersinn gegenüber dem feststehenden Gehäuse 3, wie in der 5 zu erkennen ist, bis die in der 6 dargestellte Stellung erreicht ist. Die Durchgriffsöffnung 10 der Schraubenfeder 5 wird dabei so weit verengt, dass die Windungen der Schraubenfeder 5 klemmartig auf dem Aufsatzteil 6 zur Anlage gelangen. Dadurch sind die Welle 9 mit dem Aufsatzteil 6 und die Welle 8 mit dem Gehäuse 3 und dem Steuerring 4 über die Schraubenfeder 5 in der Darstellung im Uhrzeigersinn reibschlüssig miteinander gekoppelt.
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Zwischen dem Steuerring 4 und dem Gehäuse 3 ist ferner ein zweites Blockierteil 7 vorgesehen, welches während oder vor einer Drehrichtungsumkehr des Aufsatzteils 6 betätigt wird, und den Steuerring 4 gegenüber dem Gehäuse 3 nach dem Verdrehen des Steuerringes 4 gegenüber dem Gehäuse 3 in die in der 6 gezeigte Stellung wieder festlegt. Dadurch wird das Gehäuse 3 bei einer Drehrichtung der Welle 9 und des Aufsatzteils 6 entgegen dem Uhrzeigersinn über die festklemmende Schraubenfeder 5, den Steuerring 4 und das zweite Blockierteil 7 mitgenommen, wie in der 7 zu erkennen ist. In dieser Drehrichtung kann der Elektromotor z.B. zur Steuerung einer Auslassbewegung eines reibschlüssig auf einem feststehenden Ansatz aufgewickelten Reibelementes dienen, wie es z.B. in geschwindigkeitsgeregelten Kraftbegrenzungseinrichtungen verwendet wird.
