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Die Erfindung betrifft einen reversiblen Gurtstraffer mit einem Elektromotor, einer von dem Elektromotor über ein Antriebsrad in Gurtaufwickelrichtung antreibbaren Gurtwelle und einer die Drehbewegung des Elektromotors auf das Antriebsrad übertragenden Getriebewelle.
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Aus der
WO 2003/099619 A2 ist ein reversibler Gurtstraffer bekannt, bei dem die die Drehbewegung des Elektromotors auf die Gurtwelle übertragende Getriebewelle über ein Kronenradgetriebe mit dem Elektromotor und über ein Schneckenradgetriebe mit dem Antriebsrad gekoppelt ist.
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Weiter ist aus der
DE 10 2004 045 452 A1 ein Gurtaufroller mit einem reversiblen Gurtstraffer und einer das zu übertragende Drehmoment begrenzenden Rutschkupplung bekannt. Die Drehbewegung des Elektromotors wird hier über ein Getriebe übertragen, welches durch zwei ineinandergreifende Zahnräder gebildet ist, wobei die Rutschkupplung zwischen einem der Zahnräder und einem Antriebsteil des Elektromotors angeordnet ist.
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Aus der
DE 10 2008 048 339 A1 ist ferner ein reversibler Gurtstraffer bekannt, bei dem die Getriebewelle über ein Schraubradgetriebe an den Elektromotor und/oder an das mit der Gurtwelle verbindbare Antriebsrad ankoppelbar ist.
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Die Getriebewelle ist dabei Teil eines Getriebes, mittels dem die Drehbewegung des Elektromotors auf das Antriebsrad übertragen wird. Das Getriebe ist über eine erste Getriebestufe an eine Antriebswelle des Elektromotors und über eine zweite Getriebestufe an das Antriebsrad angekoppelt. Die Getriebewelle weist dazu zwei Verzahnungen auf, welche jeweils mit Verzahnungen der Antriebswelle des Elektromotors und des Antriebsrades kämmen.
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Gemäß den gestiegenen Anforderungen seitens der Fahrzeughersteller wird bei neuen reversiblen Gurtstraffern verlangt, dass sie einen sogenannten „low speed crash“, wie z.B. in dem „AZT Crash“ definiert, beschädigungsfrei überstehen. Dadurch können die durch einen bisher erforderlichen Austausch des reversiblen Gurtstraffers nach einem „low speed crash“ entstehenden Kosten vermieden werden.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen reversiblen Gurtstraffer zu schaffen, welcher auch nach einem „low speed crash“ noch weiter verwendet werden kann.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen reversiblen Gurtstraffer mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere bevorzugte Weiterentwicklungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Gemäß dem Grundgedanken der Erfindung wird vorgeschlagen, dass in dem Kraftübertragungsweg des Getriebes zwischen der ersten Getriebestufe und der zweiten Getriebestufe ein das zu übertragende Drehmoment auf 3 bis 6 Nm begrenzendes Deformationsteil vorgesehen ist. Durch die vorgeschlagene Lösung kann das in dem Getriebe übertragene Drehmoment und die dadurch bedingte Belastung der Bauteile des Getriebes begrenzt werden. Die erhöhte Belastung im „low speed crash“ wird durch das Deformationsteil in Form von Verformungsarbeit bewusst vernichtet, wobei das Deformationsteil so ausgelegt ist, dass es nicht zerstört wird und anschließend bei einer wiederholten Aktivierung des Elektromotors die Drehbewegung übertragen kann. Dabei hat sich das maximal übertragbare Drehmoment von 3 bis 6 Nm als vorteilhaft für den Leistungsbereich des reversiblen Gurtstraffers herausgestellt, welches einen Antrieb der Gurtwelle in der Vorstraffphase zum Herausziehen der Gurtlose ermöglicht, ohne dass dabei das Deformationsteil verformt wird. Dadurch kann vermieden werden, dass die Strafflänge des reversiblen Gurtstraffers durch eine Verformung des Deformationsteils verringert wird. Dabei soll sich das Deformationsteil zur Begrenzung des übertragbaren Drehmomentes bevorzugt plastisch verformen, so dass die Energie bewusst durch Verformungsarbeit vernichtet wird und nicht anschließend noch bei nachlassender Belastung durch Elastizitäten wieder in das Getriebe eingeleitet wird.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass das Getriebe eine Getriebewelle mit einer ersten Verzahnung und einer zweiten Verzahnung aufweist, wobei die erste Verzahnung ein Teil der ersten Getriebestufe und die zweite Verzahnung ein Teil der zweiten Getriebestufe ist, und das Deformationsteil durch einen zwischen der ersten Verzahnung und der zweiten Verzahnung angeordneten Deformationsabschnitt der Getriebewelle gebildet ist. Der Vorteil der vorgeschlagenen Lösung ist darin zu sehen, dass das Deformationsteil besonders einfach verwirklicht werden kann, indem ein Abschnitt der Getriebewelle zwischen den Verzahnungen oder die Getriebewelle über die gesamte Länge zwischen den Verzahnungen durch eine entsprechende Bemessung des Durchmessers als Deformationsteil ausgebildet ist. Ferner ist die vorgeschlagene Lösung insofern von Vorteil, da die Getriebewelle während der Verformung bevorzugt um ihre eigene Längsachse tordiert wird, ohne sich quer zu ihrer Längsachse zu verformen. Dadurch wird die Form der Getriebewelle maximal nur geringfügig verändert, so dass sie anschließend bei einer wiederholten Aktivierung des reversiblen Gurtstraffers die Drehbewegung ausführen kann. Die Getriebewelle bildet damit hinsichtlich der Verformung, also der Energievernichtung, und auch für die sich anschließende wiederholte Aktivierung ein optimales Bauteil zur Vernichtung der Energie in dem Getriebe. Außerdem kann die Getriebewelle bei einer entsprechenden Auslegung und einer entsprechenden Werkstoffwahl um einen größeren Drehwinkel verformt werden ohne ihre Gestalt zu verlieren, so dass ein größerer Drehwinkel der Gurtwelle, insbesondere für eine mehrfache Kraftbegrenzung eines „low speed crashs“ in dem Getriebe kraftbegrenzt werden kann.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass die Getriebewelle zwischen der ersten Verzahnung und der zweiten Verzahnung gelagert ist. Durch die vorgeschlagene Lagerung der Getriebewelle kann die Getriebewelle möglichst nahe zu dem Deformationsteil gelagert werden, so dass die Getriebewelle insbesondere während der Verformungsbewegung des Deformationsteils gelagert ist und nicht seitlich ausknickt. Dabei ist die Lagerung bevorzugt zwischen dem Deformationsteil und einer der Verzahnungen der Getriebewelle angeordnet, so dass die Verformungsbewegung des Deformationsteils möglichst nicht auf den jeweils angrenzenden Verzahnungsabschnitt übertragen wird. Selbstverständlich können auch zwei beidseitig des Deformationsteils angeordnete Lagerungen der Getriebewelle vorgesehen sein, so dass beide Verzahnungen geschützt werden.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass die Getriebewelle durch einen Torsionsstab und die erste und die zweite Verzahnung durch drehfest mit dem Torsionsstab verbundene Zahnräder gebildet sind. Durch die vorgeschlagene Lösung kann die Getriebewelle kostengünstiger hergestellt werden. Insbesondere können die Zahnräder mit den Verzahnungen als Einzelteile kostengünstig in Großserie, z.B. als Kunststoffteile, hergestellt werden.
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Besonders gute Werte zur Begrenzung der Belastung der Bauteile des Getriebes bei gleichzeitig geringst möglicher Beeinträchtigung der Straffbewegung haben sich ergeben, wenn das Deformationsteil das zu übertragende Drehmoment auf 3,0 bis 4,0 Nm, vorzugsweise auf 3,3 Nm begrenzt.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass die Drehbewegung des Antriebsrades durch die zweite Getriebestufe in einer Übersetzung von i = 7,0 bis 8,0 auf die Getriebewelle übertragen wird. Grundsätzlich sollte das Getriebe und insbesondere die erste Getriebestufe ab einem zu übertragenden Drehmoment von 40 Nm von der Abtriebsseite aus geschützt werden. Dieses Drehmoment von 40 Nm kann durch die vorgeschlagene Lösung auf ein auf das Getriebe bei einem Antrieb von der Abtriebsseite nach der zweiten Getriebestufe wirkendes Drehmoment von ca. 3,32 Nm reduziert werden, welches durch das Deformationsteil begrenzt wird. Dadurch kann die erste Getriebestufe entsprechend der vorgegebenen Aufgabe ab einem in der Höhe von 40 Nm von der Abtriebsseite wirkenden Drehmoment geschützt werden.
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Insbesondere können der Torsionsstab und die Zahnräder in diesem Fall aus unterschiedlichen Werkstoffen gebildet sein. So kann der Torsionsstab z.B. durch eine dünne Metallstange und die Zahnräder als drehfest mit der Metallstange verbundene Kunststoffteile ausgebildet sein. Dadurch können sowohl die zur Deformation vorgesehene Metallstange als auch die zur Übertragung der Drehbewegung vorgesehenen Zahnräder jeweils individuell für ihre Funktion verbessert ausgelegt und hergestellt werden.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass die erste Getriebestufe in von dem Elektromotor angetriebener Drehrichtung ein größeres Untersetzungsverhältnis als die zweite Getriebestufe aufweist. Zum Antrieb der Gurtwelle werden sehr kleinbauende Elektromotoren mit einer sehr hohen Drehzahl und einer geringen Massenträgheit verwendet. Diese hohe Drehzahl muss zum Antrieb der Gurtwelle untersetzt werden, was gemäß der vorliegenden Erfindung mittels zweier Getriebestufen erfolgt. Durch die vorgeschlagene Aufteilung der Untersetzungen kann das Getriebe und insbesondere die erste Getriebestufe zur Ankopplung des Elektromotors besonders wirksam durch das Deformationsteil geschützt werden, da das Deformationsteil in von der Abtriebsseite getriebener Richtung vor der ersten Getriebestufe mit dem in getriebener Richtung höheren Übersetzungsverhältnis angeordnet ist. Außerdem ist die auf das Deformationsteil einwirkende Drehzahl dadurch geringer als dies bei einer umgekehrten Wahl der Untersetzungsverhältnisse der Fall wäre.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass eine Blockiervorrichtung vorgesehen ist, welche die Gurtwelle bei einer Ansteuerung fahrzeugfest blockiert, und die Blockiereinrichtung derart ausgelegt ist, dass sie die Gurtwelle während der Verformung des Deformationsteils fahrzeugfest blockiert. Durch die Blockiervorrichtung und deren Auslegung wird die Gurtwelle bei einer Rückdrehung der Gurtwelle in Auszugsrichtung bereits während der Verformung des Deformationsteils fahrzeugfest blockiert, so dass höhere von der Abtriebsseite wirkende Kräfte ab der Blockierung der Gurtwelle über die Blockiereinrichtung aufgefangen werden und nicht mehr auf das Deformationsteil und das Getriebe einwirken. Das Getriebe wird dadurch nur in einer Anfangsphase des „low speed crashs“ durch das Deformationsteil und in einer späteren Phase des „low speed crashs“ durch die Blockiereinrichtung geschützt.
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Dabei wird weiter vorgeschlagen, dass die Blockiereinrichtung derart ausgelegt ist, dass sie die Gurtwelle während der Verformung des Deformationselementes innerhalb eines Drehwinkels der Gurtwelle von 0 bis 60 Grad blockiert. Der vorgeschlagene Winkelbereich zur Blockierung der Gurtwelle ist insofern vorteilhaft, da das Deformationsteil dadurch insbesondere in Verbindung mit dem oben vorgeschlagenen Untersetzungsverhältnis der zweiten Getriebestufe bei einer maximalen Verdrehung von 3 bis 4 Umdrehungen bis zum Versagen für 3 bis 4 „low speed crashs“ verwendet werden kann, was sich insbesondere auch hinsichtlich der übrigen während der Aktivierung des reversiblen Gurtstraffers belasteten Bauteile und deren Verschleiß als sinnvolle Grenze herausgestellt hat, bis der reversible Gurtstraffer ausgetauscht werden muss.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte Figur erläutert. Dabei zeigt:
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1: einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen reversiblen Gurtstraffers.
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In der 1 ist ein in seinem Grundaufbau bekannter reversibler Gurtstraffer mit einer Gurtwelle 1, auf der ein Sicherheitsgurt aufwickelbar ist, und einem Elektromotor 2 zu erkennen. Der Elektromotor 2 ist mit seiner Längsachse parallel zu der Drehachse der Gurtwelle 1 ausgerichtet und an einem der Übersicht halber nicht dargestellten Gurtaufrollerrahmen befestigt, in dem die Gurtwelle 1 drehbar gelagert ist. Der reversible Gurtstraffer ist in bekannter Weise mit dem Gurtaufrollerrahmen an der Karosserie eines Kraftfahrzeuges befestigbar und dient zum Herausziehen von noch vorhandener Gurtlose aus dem Sicherheitsgurt in einer Vor-Unfallphase zur früheren Ankopplung des Insassen an die Fahrzeugverzögerung.
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Der Elektromotor 2 ist über ein Getriebe 6 an ein Antriebsrad 10 angekoppelt, welches z.B. über eine Reibungskupplung an die Gurtwelle 1 ankoppelbar ist. Bei einer Aktivierung des Elektromotors 2 zum Herausziehen der Gurtlose wird die Drehbewegung einer Antriebswelle 4 des Elektromotors 2 über das Getriebe 6 auf das Antriebsrad 10 und durch Schließen der Kupplung zwischen dem Antriebsrad 10 und der Gurtwelle 1 auf die Gurtwelle 1 übertragen, wodurch die Gurtwelle 1 in die durch die Pfeilrichtung A gekennzeichnete Aufwickelrichtung angetrieben wird.
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Das Getriebe 6 umfasst eine Getriebewelle 8 mit einer ersten Verzahnung 9 und einer zweiten Verzahnung 11, welche mit einer Verzahnung 15 des Antriebsrades 10 und einer Verzahnung 14 eines drehfest auf der Antriebswelle 4 des Elektromotors 2 angeordneten Zahnrades 13 kämmen.
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Die Paarung der ersten Verzahnung 9 und der Verzahnung 14 des auf der Antriebswelle 4 angeordneten Zahnrades 13 bilden eine erste Getriebestufe 3 zur Übertragung der Drehbewegung von der Antriebswelle 4 auf die Getriebewelle 8. Die Paarung der zweiten Verzahnung 11 der Getriebewelle 8 und der Verzahnung 15 des Antriebsrades 10 bilden eine zweite Getriebestufe 5 zur Übertragung der Drehbewegung der Getriebewelle 8 auf das Antriebsrad 10.
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Das Zahnrad 13 auf der Antriebswelle 4 des Elektromotors 2 ist ein Schneckenrad, während die zweite Verzahnung 11 der Getriebewelle 8 ein Schraubrad ist. Die erste Getriebestufe 3 kann damit als Schneckenradgetriebe und die zweite Getriebestufe 5 als Schraubradgetriebe angesehen werden.
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Die Getriebewelle 8 weist ferner zwischen der ersten Verzahnung 9 und der zweiten Verzahnung 11 ein Deformationsteil 7 in Form eines Torsionsabschnittes auf und ist zwischen der zweiten Verzahnung 11 und dem Deformationsteil 7 in einem Lager 12 gelagert. Das Lager 12 ist in einem nicht dargestellten Getriebegehäuse angeordnet, welches wiederum fest an der Außenseite des Gurtaufrollerrahmens befestigt ist.
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Für den Fall, dass im Anschluss an die Aufwickelbewegung der Gurtwelle 1 in Pfeilrichtung A ein sogenannter „low speed crash“ auftritt, wirkt auf die Gurtwelle 1 und damit auch auf das Antriebsrad 10 über die geschlossene Kupplung aufgrund der Rückhaltung des Insassen eine erhöhte Gurtauszugkraft, wodurch die Gurtwelle 1 und das Antriebsrad 10 in Pfeilrichtung B entgegen der Aufwickelrichtung angetrieben werden. Diese Antriebsbewegung des Antriebsrades 10 wird über die zweite Getriebestufe 5 auf die Getriebewelle 8 übertragen, welche dadurch ebenfalls beginnt sich entgegen der vorausgegangenen Antriebsbewegung zu drehen. Die Getriebewelle 8 wird dadurch von der Abtriebsseite angetrieben. Für den Fall, dass das dabei auf die Getriebewelle 8 ausgeübte Drehmoment die plastische Verformungsgrenze des Deformationsteils 7 übersteigt, beginnt der Torsionsabschnitt sich plastisch zu verformen. Aufgrund der plastischen Verformung des Deformationsteils 7 kann die Getriebewelle 8 ausgehend von der zweiten Verzahnung 11 bis zu dem Deformationsteil 7 drehen, ohne dass die Getriebewelle 8 in dem Abschnitt von dem Deformationsteil 7 bis zu der ersten Verzahnung 9 dieselbe Drehbewegung ausführen muss. Dadurch wird die erste Getriebestufe 3 entlastet und die Energie stattdessen in dem sich plastisch verformenden Deformationsteil 7 durch Verformungsarbeit vernichtet. Da die Getriebewelle 8 in dem Abschnitt zwischen dem Deformationsteil 7 und der zweiten Verzahnung 11 in dem Lager 12 gelagert ist, wird die Getriebewelle 8 in dem sich dabei drehenden Teil zusätzlich gelagert, so dass die beiden Verzahnungen 9 und 11 entlastet werden und die Getriebewelle 8 seitlich nicht ausknicken kann.
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Das Deformationsteil 7 ist in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel zur Übertragung von maximal 3,3 Nm ausgelegt. Dadurch beginnt das Deformationsteil 7 aufgrund der Übersetzung der zweiten Getriebestufe 5 in der von dem Antriebsrad 10 getriebenen Richtung von i = 7,6 ab einem von dem Antriebsrad 10 ausgeübten maximalen Drehmoment von 40 Nm sich plastisch zu verformen. Für den Fall der Antriebsbewegung von der Seite des Elektromotors 2 beträgt das maximal zu übertragende Drehmoment in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel 1,1 Nm, welches aufgrund der plastischen Verformungsgrenze des Deformationsteils 7 von 3,3 Nm ohne eine plastische Verformung des Deformationsteils 7, also verlustfrei, über die Getriebewelle 8 auf das Antriebsrad 10 übertragen wird.
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Ferner ist an der Gurtwelle 1 eine im Stand der Technik bekannte Blockiereinrichtung vorgesehen, welche die Gurtwelle 1 bei einer Ansteuerung fahrzeugfest blockiert. Die Blockiereinrichtung ist erfindungsgemäß so ausgelegt, dass sie die Gurtwelle 1 innerhalb eines Winkels von 0 bis 60, bevorzugt nach einer Verdrehung von 30 Grad, ab dem Beginn der Verformung des Deformationsteils 7 fahrzeugfest blockiert, so dass die Gurtauszugskraft ab diesem Winkel, welche in der Regel größer als 40 Nm ist, über den Gurtaufrollerrahmen in die Fahrzeugstruktur eingeleitet wird und das Getriebe 6 bzw. der Elektromotor 2 entlastet sind.
