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Die Erfindung betrifft eine Kupplung für einen Gurtstraffer in einem Fahrzeug, mit einem Eingangselement, einem Abtriebselement, einem Kupplungselement, das an dem Eingangselement zwischen einer Ausgangsstellung und einer eingesteuerten Stellung bewegbar gelagert ist und in der eingesteuerten Stellung das Eingangselement mit dem Abtriebselement koppelt, und einem Steuerelement, das bei einer Bewegung des Eingangselements relativ zum Abtriebselement das Kupplungselement zwischen der Ausgangsstellung und der eingesteuerten Stellung bewegt.
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Reversible Gurtstraffer weisen einen Antrieb auf, der mittels einer Kupplung mit der Aufrollachse einer Gurtspule gekoppelt werden kann. Im regulären Betrieb des Gurtaufrollers ist die Gurtspule von diesem Antrieb entkoppelt, sodass ein ungehindertes Aufrollen bzw. Abrollen des Gurtbandes von der Gurtspule möglich ist. Im Strafffall wird der Antrieb über die Kupplung mit der Gurtspule gekoppelt, sodass das Gurtband auf der Gurtspule aufgewickelt und somit eingezogen werden kann.
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Die
US 2004/0 182 963 A1 zeigt beispielsweise eine Kupplung für einen reversiblen Gurtstraffer bei dem eine Kupplungsklinke im Strafffall auf Druck belastet wird und das Steuerelement in Form einer Rotationsscheibe zudem als Trägheitsmasse ausgebildet ist. Nachteilig ist hierbei, dass die Kupplung, um eine sichere Funktion erreichen zu können, eine hohe Komplexität mit einer Vielzahl an Bauteilen aufweist.
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Weiterhin ist in der
DE 699 14 842 T2 eine Kupplung für einen Gurtstraffer offenbart, die für nicht-reversible Systeme wie beispielsweise einen pyrotechnischen Gurtstraffer vorgesehen ist, der im Falle eines Zusammenstoßes aktiviert wird. Bei dieser ist das Kupplungselement zudem auch als Trägheitsmasse ausgebildet und wird unter anderem durch einen Scherbolzen in einer Ruheposition gehalten, der im Strafffall durch das Kupplungselement abgeschert wird.
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Eine Kupplung für einen solchen Gurtstraffer ist beispielsweise in der
DE 10 2011 119 343 A1 gezeigt. Die Kupplung besteht im Wesentlichen aus einem als Scheibe ausgebildeten Eingangselement, das permanent mit dem Antrieb gekoppelt ist, einem Abtriebselement, das mit der Gurtspule gekoppelt ist, sowie einem Kupplungselement, das das Eingangselement und das Abtriebselement koppeln kann. Des Weiteren ist ein Steuerelement vorgesehen, das bei einer Bewegung des Eingangselements relativ zum Abtriebselement das Kupplungselement in eine eingesteuerte Stellung bewegt, in der das Eingangselement und das Abtriebselement gekoppelt sind, sowie ein Steuerhebel, der das Steuerelement ortsfest fixieren kann.
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Im Strafffall wird das Eingangselement durch den Antrieb bewegt, also gedreht. Der Steuerhebel greift am Steuerelement, beispielsweise einer Steuerscheibe, ein und hält diese ortsfest, sodass das angetriebene Eingangselement mit dem Kupplungselement relativ zum Steuerelement verschoben wird. Dadurch wird das Kupplungselement in die eingesteuerte Stellung bewegt, in der das Eingangselement und das Abtriebselement gekoppelt sind.
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Um das Eingangselement vom Abtriebselement zu entkoppeln, ist es erforderlich, den Antrieb so anzusteuern, dass dieser sich in die entgegengesetzte Richtung dreht und durch die Bewegung des Steuerelements gegen das Eingangselement das Kupplungselement wieder zurück in die Ausgangsstellung bewegt wird.
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Dies erfordert aber einen Antrieb, der das Eingangselement in zwei entgegengesetzte Richtungen drehen kann, sowie eine Steuerung, durch die die Drehrichtung des Antriebs und des Eingangselements gesteuert wird.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kupplung für einen Gurtstraffer in einem Fahrzeug bereitzustellen, der eine einfachere Steuerung ermöglicht.
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Zur Lösung der Aufgabe bei einer Kupplung der eingangs genannten Art führen die Merkmale nach Anspruch 1.
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Die bisher bekannten Kupplungen weisen ein relativ geringes Gewicht auf, sodass für eine Relativbewegung des Eingangselements zum Steuerelement eine zusätzliche Blockiereinrichtung, beispielsweise ein Steuerhebel, erforderlich ist, der das Steuerelement beim Antrieb des Eingangselements zurückhält. Die Blockiereinrichtung bleibt bei der Entkopplung im Eingriff. Um das Eingangselement in eine Position relativ zum Steuerelement zu bewegen, in der eine Entkoppelung des Eingangselements vom Abtriebselement erfolgt, muss zudem das Eingangselement aktiv in eine Gegenrichtung bewegt, beispielsweise gedreht werden.
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Da das Steuerelement erfindungsgemäß aber reibschlüssig mit einer Trägheitsmasse gekoppelt ist, kann es aufgrund der hohen Masse einer schnellen Bewegung des Eingangselements nicht folgen und bleibt hinter diesem zurück. Dadurch erfolgt bei einer schnellen Bewegung des Eingangselements automatisch ein Zurückbleiben des Steuerelements und somit eine Bewegung des Kupplungselements von der Ausgangsstellung in die eingesteuerte Stellung, ohne dass ein zusätzliches Element wie ein Steuerhebel nötig ist.
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Da das Steuerelement nicht durch einen Hebel blockiert wird, kann das Steuerelement nach Beendigung des Straffvorgangs bzw. bei Nachlassen der Beschleunigung des Eingangselements durch den Antrieb, beispielsweise federbeaufschlagt, in die Ursprungsposition relativ zum Eingangselement zurückkehren, wodurch das Kupplungselement zurück in die Ausgangsstellung gelangen kann. Es ist also keine entgegengesetzte Drehung des Eingangselements durch den Antrieb erforderlich. Der Antrieb sowie die Steuerung für den Antrieb können wesentlich einfacher konstruiert werden, da lediglich ein Drehen in eine Drehrichtung erforderlich ist.
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Das Eingangselement und das Steuerelement können beispielsweise scheibenartig oder ringartig ausgebildet sein und um eine gemeinsame Achse drehbar gelagert sein. Dies ermöglicht einen einfachen und kompakten Aufbau der Kupplung und somit des Gurtstraffers.
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Vorzugsweise sind das Eingangselement und das Steuerelement über ein Federelement miteinander gekoppelt, wobei das Federelement in der eingesteuerten Stellung des Kupplungselements vorgespannt ist. Durch dieses Federelement kann das Steuerelement nach Beendigung des Straffvorgangs bzw. dem Nachlassen einer Antriebskraft durch Deaktivieren des Antriebs relativ zum Eingangselement zurück in eine Ursprungsposition bewegt werden, in der das Kupplungselement in die Ausgangsstellung zurückbewegt werden kann. Durch das Federelement ist zudem sichergestellt, dass nur bei einer hohen Beschleunigung, bei der die Trägheitsmasse hinter dem Eingangselement zurückbleibt, eine Aktivierung der Kupplung erfolgt. Bei einer langsamen Bewegung des Antriebs oder einer langsamen Drehung der Gurtspule bewegt sich das Steuerelement aufgrund der Federspannung mit dem Eingangselement mit, sodass keine Aktivierung der Kupplung erfolgt. Durch die Wahl der Federhärte kann das Ansprechverhalten der Kupplung beeinflusst werden. Bei einer harten Feder ist eine sehr hohe Beschleunigung erforderlich, bei einer weichen Feder ist eine geringere Beschleunigung ausreichend.
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Die Trägheitsmasse kann beispielsweise ringförmig ausgebildet sein und das Steuerelement in Umfangsrichtung umschließen. Somit hat die Trägheitsmasse ein möglichst großes Massenträgheitsmoment, wodurch die Trägheitsmasse eine geringe Masse aufweisen kann.
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Das Steuerelement kann auf verschiedene Weisen mit der Trägheitsmasse gekoppelt sein. Vorzugsweise wird das Steuerelement, insbesondere federbeaufschlagt, gegen die Trägheitsmasse gedrückt. Dadurch ist zwischen dem Steuerelement und der Trägheitsmasse eine hohe Reibung vorhanden. Die Reibung ist so gewählt, dass bei einer Beschleunigung des Eingangselements das Steuerelement so mit der Trägheitsmasse gekoppelt ist, dass keine Verschiebung des Steuerelements gegen die Trägheitsmasse erfolgt. Wirkt auf das Steuerelement oder die Trägheitsmasse eine größere Kraft, beispielsweise wenn das Trägheitselement durch einen zusätzlichen Steuerhebel blockiert ist, kann das Steuerelement dennoch gegen die Trägheitsmasse verschoben werden.
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Das Steuerelement ist beispielsweise durch einen unterbrochenen Ring gebildet, der federbeaufschlagt auseinandergedrückt wird und somit innenseitig gegen die Trägheitsmasse gedrückt wird. Das Steuerelement wird dadurch gleichmäßig gegen den gesamten Innenumfang der Trägheitsmasse gedrückt, wodurch eine hohe Reibung zwischen Trägheitsmasse und Steuerelement wirkt.
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Das Kupplungselement kann beispielsweise eine Kupplungsklinke sein, die in der eingesteuerten Stellung in eine Verzahnung am Abtriebselement eingreift. Die Kupplungsklinke kann beispielsweise so ausgebildet sein, dass bei einer an dem Eingangselement anliegenden Kraft kein Lösen der Kupplungsklinke erfolgt, sodass die Kupplungsklinke zusätzlich zum Steuerelement in der eingesteuerten Position gehalten wird.
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Die Kupplungsklinke kann beispielsweise von radial außen gegen die Verzahnung des Abtriebselements in die eingesteuerte Stellung bewegt werden, wobei die Kupplungsklinke vorzugsweise auf Zug belastet wird. Dadurch ist über den Straffvorgang, das heißt bei einem Aufrechterhalten der Straffkraft, eine permanente Kopplung des Eingangselements mit dem Abtriebselement sichergestellt.
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Um auch bei einer langsamen Bewegung des Eingangselements eine Kopplung des Eingangselements mit dem Abtriebselement zu ermöglichen, kann zusätzlich am Steuerelement und/oder an der Trägheitsmasse eine Verzahnung vorgesehen sein, in die ein Steuerhebel eingreifen kann, um die Trägheitsmasse und/oder das Steuerelement ortsfest zu halten, sodass bei einem Antrieb des Eingangselements eine Bewegung relativ zum Steuerelement erfolgt.
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Weitere Vorteile und Merkmale finden sich in der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen. In diesen zeigen:
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1a bis 1d einen Gurtstraffer mit einer erfindungsgemäßen Kupplung während eines Straffvorgangs,
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2 eine Detailansicht der Kupplung aus 1,
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3 eine Ansicht von der Unterseite der Kupplung aus 2 im Bereich des Eingangselements und des Steuerelements,
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4 eine Seitenansicht der Kupplung aus 2, und
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5 die Kupplung aus 2 mit dem Kupplungselement in einer eingesteuerten Stellung im Schnitt.
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In den 1a bis 1d ist ein Gurtstraffer 10 für eine Gurtspule 12 gezeigt. Auf der Gurtspule 12 kann ein Gurtband 14 eines Sicherheitsgurtes eines Kraftfahrzeuges in einer Drehrichtung D aufgewickelt werden. Durch den Gurtstraffer 10 kann bei einem Rückhaltefall eine Straffung des Gurtbandes 14 eingeleitet werden, indem ein Antrieb 16 über eine Kupplung 18 mit der Gurtspule 12 gekoppelt wird, wodurch die Gurtspule 12 in Drehrichtung D beaufschlagt wird.
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Der Antrieb 16 weist einen Antriebsmotor 20 mit einem Motorzahnrad 22 auf, das mit einem Stirnradgetriebe 24 gekoppelt ist. Das Stirnradgetriebe 24 ist mit einem Eingangselement 26 der Kupplung 18 gekoppelt. Das Eingangselement 26 ist durch eine Scheibe (siehe auch 3 und 4) gebildet, die um die Achse 27 der Gurtspule 12 drehbar ist. Am Außenumfang des Eingangselements 26 ist eine Verzahnung vorgesehen, in die das Stirnradgetriebe 24 eingreift.
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Des Weiteren ist an dem Eingangselement 26 ein Kupplungselement 28, in der hier gezeigten Ausführungsform ein Kupplungshebel, vorgesehen, das von einer in 1a gezeigten Ausgangsstellung in eine in 1b gezeigte eingesteuerte Stellung bewegbar ist. Das Kupplungselement 28 ist um einen Drehpunkt 30 auf dem Eingangselement 26 verschwenkbar.
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Wie insbesondere in 2 zu sehen ist, ist das Kupplungselement 28 bogenförmig ausgebildet und erstreckt sich über einen Winkel von ca. 140° in Umfangsrichtung um die Achse 27. Am Kupplungselement 28 sind mehrere, in Umfangsrichtung beabstandete Zähne 29 vorgesehen, die, wie nachfolgend erläutert wird, in eine Verzahnung 32 eines Abtriebselements 34 eingreifen können.
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In der eingesteuerten Stellung ist das Kupplungselement 28 mit der Verzahnung 32 des Abtriebselements 34, das mit der Gurtwelle 35 der Gurtspule 12 gekoppelt und um dessen Achse 27 drehbar ist, in Eingriff. Befindet sich das Kupplungselement 28 in der eingesteuerten Stellung, greift das Kupplungselement 28 in die Verzahnung 32 ein und koppelt das Abtriebselement 34 mit dem Eingangselement 26. Dadurch kann durch den Antrieb 16 das Abtriebselement 34 und somit die Gurtspule 12 in Drehrichtung D bewegt und das Gurtband 14 auf der Gurtspule 12 aufgewickelt werden (1b bis 1d).
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Die Zähne 29 weisen einen Hinterschnitt auf, sodass ein Lösen der Zähne 29 von der Verzahnung 32 nur bei einer entgegengesetzten Drehung des Abtriebselements 34 erfolgen kann. Somit ist das Kupplungselement 28 in eingesteuerter Stellung zuverlässig mit dem Abtriebselement gekoppelt. Ein Lösen des Kupplungselements 28 ist erst möglich, wenn keine Kraft auf das Eingangselement und das Abtriebselement wirkt.
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Um das Kupplungselement 28 von der Ausgangsstellung in die eingesteuerte Stellung zu bewegen, ist ein Steuerelement 36 vorgesehen, das durch einen unterbrochenen Ring gebildet ist, der drehbar zum Eingangselement um die Achse 27 gelagert ist. Das Steuerelement 36 ist über ein Federelement 38 mit dem Eingangselement 26 gekoppelt, wobei in der in 1a gezeigten Ausgangsstellung des Kupplungselements das Federelement 38 im Wesentlichen unbelastet ist.
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Am Steuerelement 36 ist eine Einsteuergeometrie 40 vorgesehen, die bei einer Bewegung des Eingangselements 26, also auch des auf dem Eingangselement gelagerten Kupplungselements 28, relativ zum Steuerelement das Kupplungselement 28 in die eingesteuerte Stellung bewegt (1b). Des Weiteren ist eine Aussteuergeometrie 42 vorgesehen, die das Kupplungselement 28 bei einer entgegengesetzten Drehung des Eingangselements 26 zum Steuerelement 36 das Kupplungselement 28 in die Ausgangsstellung zurück bewegt. Die Aussteuergeometrie 42 weist dazu einen Pin 43 auf, der am Kupplungselement 28 anliegt und dieses bei einer Drehung entgegen der Drehrichtung D von der Verzahnung 32 weg bewegt (2 und 5).
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Wie insbesondere in 2 zu sehen ist, weist die Kupplung des Weiteren eine Trägheitsmasse 44 auf, die durch einen Ring gebildet ist, der das Steuerelement 36 in Umfangsrichtung umschließt. Die Trägheitsmasse 44 ist mit dem Steuerelement 36 gekoppelt. Diese Kopplung ist hergestellt, indem das Steuerelement 36 durch eine an der Unterbrechung des Ringes angeordneten Feder 44 derart auseinander gedrückt wird, dass diese innenseitig gegen die Trägheitsmasse 44 gedrückt wird. Aufgrund der sich ergebenden Reibung sind das Steuerelement 36 und die Trägheitsmasse 44 reibschlüssig miteinander gekoppelt.
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Wird das Eingangselement 26 durch den Antrieb 16 in Drehrichtung D beschleunigt, bleibt die Trägheitsmasse 44 aufgrund der großen Masse hinter der Bewegung des Eingangselements 26 zurück. Das mit der Trägheitsmasse 44 gekoppelte Steuerelement 36 bleibt ebenfalls gemeinsam mit der Trägheitsmasse 44 hinter der Bewegung des Eingangselements 26 zurück, wobei das Federelement 38 gespannt wird (1b).
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Aufgrund der Bewegung des Eingangselements 26 relativ zum Steuerelement 36 gelangt das Kupplungselement 28 mit der Einsteuergeometrie 40 in Anlage. Die Einsteuergeometrie 40 weist eine geneigte Anlagefläche 41 auf, an der das Kupplungselement 28 in Anlage kommt. Es wird von dieser bei einer weiteren Drehung des Steuerelements 36 in Drehrichtung D radial nach innen gedrängt, bis die Zähne 29 in die Verzahnung 32 des Abtriebselements 34 eingreifen. In dieser eingesteuerten Stellung ist das Eingangselement 26 mit dem Abtriebselement 34 gekoppelt. Bei einer weiteren Drehung des Eingangselements 26 wird so das Abtriebselement 34 und somit die Gurtspule 12 in Drehrichtung D bewegt, wodurch das Gurtband 14 gestrafft wird (1c).
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Wie in den 1b und 1c zu sehen ist, ist an dem Eingangselement 26 ein Anschlag für das Kupplungselement 28 vorgesehen, an dem das Kupplungselement 28 in der eingesteuerten Position anliegt, sodass dieses nicht weiter gegen das Abtriebselement 34 gedrängt werden kann. In dieser Position liegt die Einsteuergeometrie 40 so am Kupplungselement 28, also dem Eingangselement 26 an, dass das Steuerelement 36 und die Trägheitsmasse 44 bei einer weiteren Drehung des Eingangselements mit diesem mit gedreht werden. Dies wird zudem durch das vorgespannte Federelement 38 unterstützt, das eine weitere Verschiebung bzw. Verdrehung des Steuerelements 36 gegen das Eingangselement 26 nur gegen eine höhere Kraft zulässt.
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Nach Beendigung des Straffvorgangs wird der Antrieb 16 deaktiviert, sodass keine Kraft auf das Eingangselement 26 und somit die Kupplung 18 ausgeübt wird. Durch das Federelement 38 wird das Steuerelement 36 und somit die Trägheitsmasse 44 in die Ursprungsposition gegenüber dem Eingangselement 26 bewegt, wobei durch die Aussteuergeometrie 44 das Kupplungselement 28 in die Ausgangsstellung zurück bewegt wird.
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Die Entkoppelung des Eingangselements 26 vom Abtriebselement 34 erfolgt also nach Beendigung des Straffvorgangs selbstständig, ohne dass eine zusätzliche Steuerung erforderlich ist. Der Antrieb 16 bzw. die Steuerung für den Antrieb 16 können somit wesentlich einfacher ausgebildet sein, da das Eingangselement 26 nicht in entgegengesetzter Richtung gedreht oder eine Sperrklinke für das Steuerelement 36 entfernt werden muss, um das Steuerelement 36 relativ zum Eingangselement 26 zu bewegen. Dieser Vorgang erfolgt durch das während des Einkuppelvorgangs vorgespannte Federelement 38. Das Abtriebselement 34 wird dabei durch die nicht dargestellte Gurtwickelfeder in Einzugsrichtung D bewegt, so dass sich das Kupplungselement 28 aus dem Hinterschnitt lösen kann. Eine Drehrichtungsumkehr des Antriebes ist nicht erforderlich, somit auch keine Drehrichtungsumkehr bzw. Umpolung des Motors.
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Zudem ist zur Aktivierung der Kupplung 18 und somit des Gurtstraffers 10 außer der Aktivierung des Antriebs 16 keine aktive Steuerung bzw. kein zusätzlicher Steuerhebel erforderlich.
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Wie in den 1a bis 1d zu sehen ist, kann dennoch ein zusätzlicher Steuerhebel 48 vorhanden sein, der in eine Verzahnung 50 auf der Außenseite der Trägheitsmasse 44 eingreifen kann. Eine langsame Drehung des Eingangselements 26 würde aufgrund der Kopplung durch das Federelement 38 nicht ausreichen, um eine relative Bewegung des Kupplungselements und des Eingangselements zu bewirken. Greift der Steuerhebel 48 in die Verzahnung 50 der Trägheitsmasse 44 ein, wird die Trägheitsmasse 44 unabhängig von der Geschwindigkeit oder der Beschleunigung des Eingangselements 26 ortsfest gehalten. Bei eingesteuertem Steuerhebel erfolgt also auch bei einer langsamen Drehung des Eingangselements 26 eine Verdrehung des Eingangselements 26 und somit des Kupplungshebels 28 gegen das Steuerelement 36 und somit eine Koppelung mit dem Abtriebselement 34.
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In der hier gezeigten Ausführungsform sind das Eingangselement 26 und das Steuerelement 36 scheibenartig bzw. ringartig ausgebildet und um eine gemeinsame Achse, die hier die Achse 27 der Gurtspule 12 ist, drehbar gelagert. Dadurch ist die Kupplung sehr kompakt, sodass diese auch bei einem geringen Bauraum verwendet werden kann. Das Eingangselement 26 und das Steuerelement 36 können unabhängig davon beliebig ausgebildet sein, solange sichergestellt ist, dass durch eine Bewegung des Eingangselements 26 relativ zum Steuerelement 36 eine Bewegung des Kupplungselements 28 in die eingesteuerte Stellung erfolgt.
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Die Trägheitsmasse 44 ist in dieser Ausführungsform ebenfalls ringförmig ausgebildet, wodurch diese ein sehr hohes Massenträgheitsmoment aufweist. Davon unabhängig kann die Trägheitsmasse 44 beliebig ausgebildet sein, solange sichergestellt ist, dass die Trägheitsmasse 44 ausreichend groß ist, damit das Steuerelement 36 bei einer Beschleunigung des Eingangselements 26 hinter diesem zurück bleibt. Die Trägheitsmasse 44 kann dabei auf die gewünschte Beschleunigung, bei der eine Aktivierung der Kupplung 12 erfolgen soll, eingestellt werden.
