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Die Erfindung betrifft einen Gurtaufroller für einen Sicherheitsgurt eines Kraftfahrzeuges mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
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Gurtaufroller der gattungsgemäßen Art dienen im Allgemeinen dazu einen Sicherheitsgurt aufzuwickeln. Dazu weisen sie eine in einem fahrzeugfest befestigbaren Rahmen drehbar gelagerte Gurtwelle auf, auf der der Sicherheitsgurt aufwickelbar ist, und welche mittels einer sich an dem Rahmen abstützenden Feder in Aufwickelrichtung federbelastet ist.
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Die Federkraft der Feder ist so bemessen, dass der Sicherheitsgurt beim Ablegen zuverlässig in die Parkposition eingezogen wird. Sofern die Reibungskräfte sehr gering sind, kann es passieren, dass der Sicherheitsgurt sehr schnell eingezogen wird, und die Gurtzunge dabei gegen die B-Säule schlägt. Um die dabei entstehenden schlagartigen Bewegungen des Sicherheitsgurtes zu verhindern, ist es aus der
DE 35 36 528 C2 bekannt, an dem Gurtaufroller eine Einlaufbremse vorzusehen, bei der mehrere über Federn an die Gurtwelle angekoppelte Bremselemente vorgesehen sind. Die Federn sind in diesem Fall so geformt, dass die Bremselemente im Wesentlichen nur bei einer Drehbewegung der Gurtwelle in Aufwickelrichtung an einer feststehenden Bremsfläche zur Anlage gelangen und dadurch die Drehbewegung der Gurtwelle abbremsen.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2012 000 760 A1 ist ein weiterer Gurtaufroller bekannt, welche eine Dämpfungseinrichtung aufweist, deren Aktivierung mittels eines einer Koppeleinrichtung gesteuert wird, welche ihrerseits ein mechanisch aufwendiges Planetengetriebe zur Steuerung aufweist.
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Aus der Druckschrift
WO 2013/021787 A1 ist ein weiterer Gurtaufroller bekannt, welcher allerdings keine die Aufwickelbewegung der Gurtwelle abbremsende Bremseinrichtung aufweist.
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Ferner sind aus den Druckschriften
US 8,021,253 B2 und
WO 2013/131166 A1 weitere Einrichtungen aus dem Gebiet der Verbrennungsmotoren bekannt, welche dazu ausgelegt sind, ein Drehmoment bevorzugt in eine Drehrichtung zu übertragen. Eine Verwendung der Einrichtungen in einem Gurtaufroller ist nicht offenbart und für den Fachmann aufgrund des konstruktiven Aufbaus und der Dimensionierung für die Übertragung sehr hoher Drehmomente in Verbrennungsmaschinen auch nicht naheliegend.
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Ferner kann es erforderlich sein, an dem Gurtaufroller eine stärkere Feder vorzusehen, wodurch das Risiko von schlagartigen Bewegungen des Sicherheitsgurtes weiter erhöht wird. Ein solches Beispiel für einen derartigen Gurtaufroller ist der Gurtaufroller in der Sicherheitsgurteinrichtung für den mittleren Sitz auf einer hinteren Sitzreihe in einem Kraftfahrzeug. Da die Sitzlehne bei einer Befestigung des Gurtaufrollers in der Sitzlehne während der Rückhaltung des Insassen im Unfall sehr hoch belastet wird und eine solch hohe Belastung vermieden werden soll, der Gurtaufroller aber außerdem nicht seitlich an der Fahrzeugstruktur befestigt werden kann, wird der Gurtaufroller in diesem Fall an der Dachstruktur befestigt. Ferner soll der Sicherheitsgurt der Sicherheitsgurteinrichtung bei einer Nichtbenutzung vollständig eingezogen werden können, damit er die übrigen Insassen nicht stört. Dazu ist das Ende des Sicherheitsgurtes über eine zweite Gurtzunge in einem zweiten an der Fahrzeugstruktur befestigten Gurtschloss gehalten. Neben dem zweiten Gurtschloss und der zweiten Gurtzunge weist die Sicherheitsgurteinrichtung ferner eine verschieblich auf dem Sicherheitsgurt geführte erste Gurtzunge auf, welche zur Unterteilung des Sicherheitsgurtes in der bewährten 3-Punktgeometrie in einem ersten fahrzeugfesten Gurtschloss verriegelbar ist. Der Sicherheitsgurt kann dann durch Lösen der beiden Gurtzungen vollständig aufgewickelt werden, wobei die beiden Gurtzungen mit eingezogen werden, bis sie die weitere Einzugsbewegung durch Anlage an dem Gurtaufroller oder an einem Einführschlitz der Innenverkleidung blockieren. Der Gurtaufroller muss daher eine erheblich größere Länge des Sicherheitsgurtes und zusätzlich zwei Gurtzungen einziehen. Damit ein solcher Sicherheitsgurt in jedem Fall auch unter ungünstigen Umständen und nach sehr vielen Benutzungszyklen noch sicher aufgewickelt wird, muss die Aufwickelfeder mit einer größeren Federkraft ausgelegt werden als dies bei normalen Gurtaufrollern der Fall ist.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Gurtaufroller mit einer Bremseinrichtung bereitzustellen, bei dem konstruktiv mit einfachen Mitteln sichergestellt werden kann, dass die Bremseinrichtung ausschließlich die Drehbewegung der Gurtwelle in Aufwickelrichtung bremst.
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Zur Lösung der Aufgabe wird ein Gurtaufroller mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Weitere bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, den Figuren und der zugehörigen Beschreibung zu entnehmen.
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Gemäß dem Grundgedanken der Erfindung wird vorgeschlagen, dass
- -die Bremseinrichtung über eine Freilaufkupplung an die Gurtwelle ankoppelbar ist, wobei
- -die Freilaufkupplung einen Federring aufweist, welcher sich zur Übertragung der Drehbewegung der Gurtwelle auf die Bremseinrichtung mit einem ersten Abschnitt gegenüber der Gurtwelle und mit einem zweiten Abschnitt gegenüber der Bremseinrichtung abstützt, und
- -an der Gurtwelle oder an der Bremseinrichtung oder an einem mit einem dieser Teile drehfest verbundenen Teil eine Freilaufkontur vorgesehen ist, welche derart geformt ist, dass der Federring bei einer Drehbewegung der Gurtwelle in Aufwickelrichtung mit dem ersten oder dem zweiten Abschnitt formschlüssig an der Freilaufkontur zur Anlage gelangt, während der Federring bei einer Drehbewegung der Gurtwelle in Abwickelrichtung frei drehen kann.
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Durch die vorgeschlagene Freilaufkupplung mit dem Federring und der Freilaufkontur kann mit konstruktiv sehr einfachen Mitteln sichergestellt werden, dass die Bremseinrichtung ausschließlich bei einer Drehbewegung der Gurtwelle in Aufwickelrichtung angetrieben wird, während die Bremseinrichtung durch die Freilaufkupplung bei einer Drehbewegung der Gurtwelle in Abwickelrichtung praktisch von der Gurtwelle abgekoppelt ist. Die Übertragung der Drehbewegung der Gurtwelle während des Aufwickelvorganges erfolgt allein über den Federring, welcher aufgrund seiner Ringform die Drehbewegung in Umfangsrichtung bevorzugt mit geringeren Einfederwegen allein über Schubkräfte überträgt, während er zur Kopplung der Bremseinrichtung in Richtung der Freilaufkontur einfedert und dadurch der Kontur folgen kann. Die Freilaufkontur kann dabei unmittelbar an der Gurtwelle oder an der Bremseinrichtung oder auch einem bewegungstechnisch mit einem dieser Teile gekoppelten Teil angeordnet sein, wichtig ist nur, dass die Freilaufkontur eine Relativbewegung zu dem Federring ausführt.
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Die Kopplungsbewegung der Freilaufkupplung kann besonders schnell vollzogen werden, wenn der Federring an der Freilaufkontur federelastisch anliegt. Der Federring folgt damit der Freilaufkontur und führt dabei mit dem daran anliegenden Abschnitt eine durch die Kontur vorgegebene Bewegung aus.
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Die Federkraft des Federringes kann dabei besonders gut und schnell zur Ausführung der Kopplungsbewegung ausgenutzt werden, wenn der Federring wenigstens eine schraubenartig ausgebildete Windung aufweist und koaxial zu der Gurtwelle angeordnet ist, und die Freilaufkontur wenigstens eine axial gerichtete Tasche aufweist, in der der Federring bei einer Drehbewegung der Gurtwelle in Aufwickelrichtung mit dem ersten oder zweiten Abschnitt formschlüssig zur Anlage gelangt. Durch die vorgeschlagene Ausbildung und Ausrichtung des Federringes ist die von dem Federring ausgeübte Federkraft zur Anlage an der Freilaufkontur in Axialrichtung, also senkrecht zu der zu übertragenden Drehbewegung der Gurtwelle ausgerichtet. Dabei liegt der Federring aufgrund der schraubenartigen Windungsform bei einer entsprechenden Bemessung dauerhaft federvorgespannt an der Freilaufkontur an und kann gleichzeitig die Drehbewegung in Umfangsrichtung übertragen.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass die Freilaufkontur eine umlaufende Nut aufweist, an deren einer Randseite die Tasche angeordnet ist. Die Nut ist dabei so zu dem ersten Abschnitt des Federringes ausgerichtet, dass dieser bei einer Drehbewegung der Gurtwelle in Abwickelrichtung in die Nut eingreift und dadurch die Drehbewegung nicht behindert. Gleichzeitig bildet die Tasche eine Anlagefläche, an der der erste Abschnitt des Federringes während der Aufwickelbewegung der Gurtwelle nach einer Änderung der Drehrichtung aufgrund der in Axialrichtung ausgeübten Federkraft selbsttätig formschlüssig zur Anlage gelangt, so dass er anschließend die Drehbewegung der Gurtwelle auf die Bremseinrichtung überträgt.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass auf der Gurtwelle ein die Bremseinrichtung antreibendes Antriebsrad vorgesehen ist, welches die Gurtwelle oder ein drehfest mit der Gurtwelle verbundenes Teil mit einem Ringabschnitt umfasst, und der Federring mit dem zweiten Abschnitt formschlüssig mit dem Antriebsrad verbunden ist, und in dem Ringabschnitt des Antriebsrades eine in Bezug zu der Querschnittsfläche des Federringes übergroße Durchgriffsöffnung vorgesehen ist, durch welche der Federring mit dem ersten Abschnitt greift, und die Freilaufkontur an einem radial innen zu dem Ringabschnitt liegenden Abschnitt der Gurtwelle oder eines mit der Gurtwelle drehfest verbundenen Teiles angeordnet ist. Der Federring ist damit mit dem zweiten Abschnitt dauerhaft mit dem Antriebsrad, also mittelbar mit der Bremseinrichtung verbunden, während die Gurtwelle bzw. das drehfest mit der Gurtwelle verbundene Teil mit der Freilaufkontur gegenüber dem feststehenden ersten Abschnitt, der durch die übergroße Öffnung greift, während der Abwickelbewegung drehen kann. Aufgrund der übergroßen Öffnung kann der erste Abschnitt des Federringes dabei die erforderliche Relativbewegung gegenüber der Freilaufkontur ausführen und während der Aufwickelbewegung der Gurtwelle beim Passieren der Tasche in diese hineinrutschen. Ferner kann der Ringabschnitt auch zu einer Führung und/oder zur Formstabilisierung des Federringes genutzt werden.
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Dabei kann die erforderliche Relativbewegung konstruktiv besonders einfach ermöglicht werden, wenn die Durchgriffsöffnung eine mit der längeren Hauptachse in Axialrichtung der Gurtwelle ausgerichtete Langlochöffnung ist. Durch die mit der längeren Hauptachse axial ausgerichtete Langlochöffnung kann der Federring mit dem zweiten Abschnitt in Axialrichtung eine größere Bewegung ausführen als in Umfangsrichtung. Damit kann der Federring die zur Herstellung der formschlüssigen Verbindung erforderliche Axialbewegung besonders gut ausführen, während er gleichzeitig in Umfangsrichtung lagefixiert ist.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass an der Gurtwelle ein drehfest mit der Gurtwelle verbundener Wellenadapter vorgesehen ist, an dem die Freilaufkontur vorgesehen ist. Durch die vorgeschlagene Weiterbildung kann eine herkömmliche Gurtwelle verwendet werden, welche dann durch den Wellenadapter mit der für die Erfindung wesentlichen Freilaufkontur versehen wird. Der Wellenadapter und die Gurtwelle können für die Erfindung praktisch als einstückig angesehen werden, wobei die Gurtwelle durch den Wellenadapter für die erfindungsgemäß vorgesehene Freilaufkupplung und den Anschluss an die Bremseinrichtung funktional angepasst wird.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass an dem Wellenadapter ein Widerlager zur Festlegung eines Endes der Aufwickelfeder vorgesehen ist. Der Wellenadapter dient damit zusätzlich zur Übertragung der Federkraft der Aufwickelfeder auf die Gurtwelle, was außerdem den Vorteil hat, dass das Bauteil, an dem die Freilaufkontur angeordnet ist, unmittelbar angetrieben wird.
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Insbesondere kann der Federring durch einen im Querschnitt kreisförmigen Federdraht gebildet sein. Der Federring kann dadurch als kostengünstiges Großserienteil aus einem runden Draht hergestellt werden, und weist durch den runden Querschnitt ein für die Erfindung günstiges richtungsunabhängiges Verformungsverhalten auf, so dass er besonders kostengünstig und formgenau dreidimensional nach einer vorgegebenen Formgebung gebogen werden kann.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Dabei zeigt:
- 1: einen Ausschnitt einer Gurtwelle mit einer erfindungsgemäßen Freilaufkupplung;
- 2: eine Schnittdarstellung der Gurtwelle mit der Freilaufkupplung aus der 1 in Schnittrichtung A-A;
- 3: eine Seite einer Gurtwelle mit einem Wellenadapter; und
- 4: zwei verschiedene Ausführungsformen des Wellenadapters.
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In den 1 und 2 ist eine Seite einer Gurtwelle 1 mit einem daran drehfest angeordneten Wellenadapter 5 und einem Antriebsrad 2 zu erkennen. Der Wellenadapter 5 ist mit einem Ringabschnitt 3 auf dem Ende der Gurtwelle 1 z.B. durch Verstemmen oder Verprägen drehfest befestigt. Der Wellenadapter 5 kann damit als ein drehfest mit der Gurtwelle 1 verbundenes Teil angesehen werden und weist ferner ein Widerlager 6 in Form von mehreren Zähnen auf, auf dem das innere Ende einer nicht dargestellten Aufwickelfeder festgelegt ist. Zwischen dem Antriebsrad 2 und der Gurtwelle 1 ist ferner eine die Drehbewegung der Gurtwelle 1 auf das Antriebsrad 2 übertragende Freilaufkupplung 16 vorgesehen. Das Antriebsrad 2 ist ein Teil eines Übersetzungsgetriebes, welches die Drehbewegung der Gurtwelle 1 auf eine nicht dargestellte Bremseinrichtung überträgt.
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Die Freilaufkupplung 16 umfasst als wesentliches Bauteil einen Federring 4, welcher mit einem ersten Abschnitt 8 gegenüber der Gurtwelle 1 und mit einem zweiten Abschnitt 7 gegenüber der Bremseinrichtung festlegbar ist und dadurch die Drehbewegung der Gurtwelle 1 auf die Bremseinrichtung überträgt. Der Federring 4 ist durch einen schraubenförmig geformten, im Querschnitt kreisförmigen Federdraht gebildet und greift mit einem zweiten Abschnitt 7 in eine Ausnehmung 10 des Antriebsrades 2, so dass er mit dem zweiten Abschnitt 7 dauerhaft in Umfangsrichtung mit dem Antriebsrad 2 verbunden ist. Da das Antriebsrad 2 des Übersetzungsgetriebes bewegungstechnisch mit der Bremseinrichtung gekoppelt ist, ist der zweite Abschnitt 7 des Federrings 4 damit auch gegenüber der Bremseinrichtung festgelegt. Auf dem Wellenadapter 5 ist ferner eine Freilaufkontur 15 vorgesehen, welche eine umlaufende Nut 9 und eine sich seitlich von der Nut 9 in Richtung der Gurtwelle 1 erstreckende Tasche 11 aufweist. In dem Ringabschnitt 3 des Antriebsrades 2 ist eine in Bezug zu dem Querschnitt des Federringes 4 übergroße Öffnung in Form einer sich mit der längeren Hauptachse in Axialrichtung der Gurtwelle 1 ersteckende Langlochöffnung 14 vorgesehen. Der Federring 4 ist ausgehend von dem zweiten in die Ausnehmung 10 des Antriebsrades 2 eingreifenden Abschnitts 7 in einer schraubenförmigen Windung geformt und umfasst mit der Windung den Ringabschnitt 3 des Antriebsrades 2. Ferner greift der Federring 4 mit einem ersten Abschnitt 8 durch die Langlochöffnung 14 radial nach innen und ragt in die umlaufende Nut 9 der Freilaufkontur 15. Aufgrund der schraubenförmigen Windung des Federrings 4 zwischen den beiden Abschnitten 7 und 8 wird der erste Abschnitt 8 bei einer entsprechenden Bemessung der Windung dabei unter Ausübung einer Federkraft an die seitliche, der Gurtwelle 1 zugewandten Wandung der Nut 9 gedrängt. Dadurch folgt der Federring 4 während der Aufwickel- und Abwickelbewegung der Gurtwelle 1 der Freilaufkontur 15 und führt dabei axial gerichtete Relativbewegungen zu der Gurtwelle 1 aus, welche durch die Ausrichtung der Langlochöffnung 14 bewusst zugelassen werden. Dabei passiert die Tasche 11 den ersten Abschnitt 8 des Federringes 4 während der Drehbewegung der Gurtwelle 1 einmal je Umdrehung.
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Die Tasche 11 weist, wie in den beiden Ausführungsformen der 4 zu erkennen ist, an einer Seite eine Anlaufschräge 12 und an der anderen Seite mit einer Vertiefung in Form einer Kehle 13 auf. Die Anlaufschräge 12 und die Kehle 13 können dabei unterschiedlich weit voneinander entfernt sein, wie in den Ausführungsbeispielen der 4 zu erkennen ist, so dass die Tasche 11 eine unterschiedlich lange Grundfläche aufweist. Die Anlaufschräge 12 ist dabei an der Seite der Tasche 11 angeordnet, welche während der Aufwickelbewegung zuerst an dem ersten Abschnitt 8 des Federringes 4 vorbeigeführt wird. Dadurch tritt der Federring 4 während der Aufwickelbewegung der Gurtwelle 1 über die Anlaufschräge 12 in die Tasche 11 ein und wird anschließend während der weiteren Drehbewegung der Gurtwelle 1 in Aufwickelrichtung in der Kehle 13 festgelegt und in Umfangsrichtung mitgenommen. Während der Abwickelbewegung der Gurtwelle 1 wird die Tasche 11 zuerst mit der Kehle 13 an dem ersten Abschnitt 8 des Federrings 4 vorbeigeführt, so dass dieser an der Seite der Kehle 13 in die Tasche 11 hineinrutscht und während der weiteren Drehbewegung an der Anlaufschräge 12 wieder aus der Tasche 11 herausrutscht.
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Der erste Abschnitt 8 des Federrings 4 wird damit nur bei einer Drehbewegung der Gurtwelle 1 in Aufwickelrichtung mitgenommen. Die Bewegung des ersten Abschnitts 8 wird dann über die Windung auf den zweiten Abschnitt 7 und dadurch auch auf das Antriebsrad 2 und schließlich auf die Bremseinrichtung übertragen. Dadurch wird die Bremseinrichtung ausschließlich bei einer Drehbewegung der Gurtwelle 1 in Abwickelrichtung angetrieben, während die Auszugsbewegung der Gurtwelle 1 nicht gebremst wird, da die Bremseinrichtung in diesem Fall nicht angetrieben wird.
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Der Federring 4 liegt dabei aufgrund seiner Formgebung der schraubenförmigen Windung unter Ausübung einer Federvorspannung an der seitlichen Fläche der Nut 9 bzw. der Tasche 11 an, und kann dabei während der Drehbewegung der Gurtwelle 1 in Axialrichtung einfedern, wobei die Windung axial zusammengedrückt wird. Die Drehbewegung der Gurtwelle 1 wird dagegen zumindest nahezu ohne Federverluste in Umfangsrichtung übertragen. Damit übt der Federring 4 sowohl die Schaltfunktion der Freilaufkupplung 16 als auch die Funktion der Drehmomentübertragung in körperlicher Einheit aus. Dazu ist es wichtig, dass der Federring 4 aufgrund seiner vorgeschlagenen Formgebung mit der schraubenförmigen Windung in Axialrichtung mit einer geringeren Federkraft einfedert, während die Drehbewegung der Gurtwelle 1 möglichst verlustfrei übertragen wird. Dies wird durch die erfindungsgemäße Lösung dadurch verwirklicht, indem der Federring 4 beim Zusammendrücken der Windung im Wesentlichen einer Torsionsbeanspruchung unterliegt, während die Umfangsbewegung durch eine Schubbeanspruchung übertragen wird. Da der Federring 4 gegenüber der Torsionsbeanspruchung ein wesentlich kleineres Widerstandsmoment als gegenüber der Schubbeanspruchung aufweist, kann er in Umfangsrichtung wesentlich größere Kräfte übertragen als in Axialrichtung.
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Das Einlaufen des ersten Abschnittes 8 des Federringes 4 in die Tasche 11 kann durch die Geometrie der Tasche 11 und insbesondere durch eine Vergrößerung des Abstandes zwischen der Anlaufschräge 12 und der Kehle 13 verbessert werden, da hierdurch die Wahrscheinlichkeit verringert werden kann, dass der Federring 4 beim Umlaufen der Gurtwelle 1 die Tasche 11 überfährt, statt darin einzulaufen. Ferner kann die maximale Federvorspannung, mit der der Federring 4 mit dem ersten Abschnitt 8 an der Freilaufkontur 15 anliegt, durch die Bemessung der Länge und die Positionierung der Langlochöffnung 14 verändert werden.
