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Die Erfindung betrifft einen Gurtaufroller für einen Sicherheitsgurt in einem Fahrzeug, mit einer Gurtspule, die in einem Rahmen drehbar gelagert ist, und mit einer Kraftbegrenzungseinrichtung, die eine steuerbare Bremseinrichtung aufweist, wobei die Bremseinrichtung einen mit einer magnetorheologischen Flüssigkeit gefüllten Raum mit einem Kanal aufweist, durch den die Flüssigkeit strömen kann, sowie einen Steuermagnet, der im Kanal ein variables Magnetfeld erzeugen und die Viskosität der magnetorheologischen Flüssigkeit im Kanal ändern kann.
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Kraftbegrenzungseinrichtungen ermöglichen bei einem Blockieren des Sicherheitsgurtes einen begrenzten Auszug des Gurtbandes, um die Belastung auf den Fahrzeuginsassen zu reduzieren. Eine solche Kraftbegrenzungseinrichtung weist eine Bremseinrichtung auf, die über das zu bremsende Element den Gurtbandauszug reguliert. Aus dem Stand der Technik sind Bremseinrichtungen mit einem flüssigkeitsgefüllten Raum bekannt, der einen Kanal aufweist, durch den die Flüssigkeit strömen kann. Im oder am flüssigkeitsgefüllten Raum ist ein Verdrängungselement angeordnet, das über ein zu bremsendes Element mit dem Sicherheitsgurt gekoppelt ist, und bei einem Blockieren des Sicherheitsgurtes bzw. einem Auslösen der Kraftbegrenzungseinrichtung so im flüssigkeitsgefüllten Raum bewegt wird, dass die Flüssigkeit durch den Kanal strömt. Durch die Einstellung der Flüssigkeitsmenge, die durch den Kanal strömt, bzw. der Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit im Kanal, kann der Widerstand eingestellt werden, der einer Bewegung des Verdrängungselements entgegenwirkt, und somit das Niveau der Kraftbegrenzung bzw. des Gurtbandauszugs.
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Aus dem Stand der Technik ist bekannt, bei solchen Kraftbegrenzungseinrichtungen eine magnetorheologische Flüssigkeit zu verwenden sowie einen Steuermagneten, der im Kanal ein variables Magnetfeld erzeugen kann. Durch das Magnetfeld des Steuermagneten wird die Viskosität der magnetorheologischen Flüssigkeit geändert, wodurch die Strömungsgeschwindigkeit bzw. der Widerstand der Flüssigkeit im Kanal verändert werden kann.
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Im Stand der Technik sind diese Kraftbegrenzungseinrichtungen innerhalb der Gurtspule angeordnet, wodurch zwar kein zusätzlicher Bauraum erforderlich ist, aber eine Anordnung zusätzlicher Kraftbegrenzungseinrichtungen, beispielsweise eines Torsionsstabes, erschwert wird.
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Aus der gattungsgemäßen
DE 10 2010 024 420 A1 ist Gurtaufroller für einen Sicherheitsgurt bekannt, mit einer Gurtspule, die in einem Rahmen drehbar gelagert ist, und mit einer Kraftbegrenzungseinrichtung, die eine steuerbare Bremseinrichtung aufweist, wobei die Bremseinrichtung innerhalb einer Hülse einen mit einer magnetorheologischen Flüssigkeit gefüllten Raum mit einem Kanal aufweist, durch den die Flüssigkeit strömen kann, sowie einen Steuermagnet, der im Kanal ein variables Magnetfeld erzeugen und die Viskosität der magnetorheologischen Flüssigkeit im Kanal ändern kann.
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Die
DE 10 2012 024 270 A1 beschreibt eine Kraftbegrenzungseinrichtung für einen Sicherheitsgurt eines Fahrzeuges, bei der eine Bremseinrichtung mit einem flüssigkeitsgefüllten Raum, einem Verdrängungselement und einem Abströmkanal vorgesehen ist. Die Flüssigkeit ist dabei eine magnetorheologische Flüssigkeit.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Gurtaufroller der eingangs genannten Art bereitzustellen, der die Anordnung zusätzlicher Kraftbegrenzungseinrichtungen ermöglicht und einen flexibleren Einbau in einem Fahrzeug ermöglicht.
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Die Aufgabe wird gelöst, indem bei einem Gurtaufroller für einen Sicherheitsgurt in einem Fahrzeug, mit einer Gurtspule mit einer Gurtspulenachse, die in einem Rahmen drehbar gelagert ist, und mit einer Kraftbegrenzungseinrichtung, die eine steuerbare Bremseinrichtung aufweist, wobei die Bremseinrichtung innerhalb einer Hülse einen mit einer magnetorheologischen Flüssigkeit gefüllten Raum mit einem Kanal aufweist, durch den die Flüssigkeit strömen kann, sowie einen Steuermagnet, der im Kanal ein variables Magnetfeld erzeugen und die Viskosität der magnetorheologischen Flüssigkeit im Kanal ändern kann, indem die Kraftbegrenzungseinrichtung separat von der Gurtspule so am Rahmen angeordnet ist, dass die Längsachse der Hülse parallel zur Gurtspulenachse verläuft, und dass eine Koppelungsbaugruppe vorgesehen ist, die die Kraftbegrenzungseinrichtung mit der Gurtspule koppelt. Die getrennte Anordnung der Gurtspule sowie der Kraftbegrenzungseinrichtung ermöglicht eine flexiblere Positionierung der Kraftbegrenzungseinrichtung, also der Bremseinrichtung, sodass der Aufbau des Gurtaufrollers an die Einbaubedingungen im Fahrzeug angepasst werden kann. Zudem ist innerhalb der Gurtspule zusätzlicher Bauraum frei, beispielsweise für eine weitere Kraftbegrenzungseinrichtung, wie einen Torsionsstab.
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Vorzugsweise weist die Koppelungsbaugruppe eine Kupplung auf, die erst im Rückhaltefall die Kraftbegrenzungseinrichtung mit der Gurtspule koppelt. Im regulären Fahrzeugbetrieb ist die Kraftbegrenzungseinrichtung nicht mit der Gurtspule gekoppelt, so dass während des regulären Betriebs keine Beanspruchung der Kraftbegrenzungseinrichtung erfolgt. Die baulich getrennte Anordnung der Kraftbegrenzungseinrichtung bzw. die Anordnung der Kraftbegrenzungseinrichtung außerhalb der Gurtspule hat den Vorteil, dass eine solche Kupplung wesentlich einfacher zu realisieren ist.
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Die Koppelung der Gurtspule mit der Kraftbegrenzungseinrichtung kann auf beliebige Weise erfolgen. Vorzugsweise weist die Koppelungsgruppe ein Zahnradgetriebe auf, wobei ein erstes Zahnrad mit der Gurtspule verbunden und konzentrisch zur Gurtspulenachse angeordnet ist und ein zweites Zahnrad mit einem Eingangselement der Bremseinrichtung verbunden ist. Durch das Zahnradgetriebe kann zusätzlich ein Übersetzungsverhältnis zwischen der Drehung der Gurtspule und der Bremseinrichtung eingestellt werden. Die Koppelungsbaugruppe kann beispielsweise ausschließlich Zahnräder aufweisen. Es ist aber auch möglich, dass einzelne Zahnräder mit einer Kette oder einem Riemenantrieb verbunden sind, wodurch auch größere Distanzen zwischen dem ersten und dem zweiten Zahnrad und somit der Gurtspule und der Kraftbegrenzungseinrichtung überbrückt werden können.
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Die Bremseinrichtung weist beispielsweise ein Verdrängungselement auf, das mit dem Eingangselement gekoppelt ist und bei einer Bewegung des Eingangselements die Flüssigkeit aus dem Raum drückt.
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Dieses Verdrängungselement kann beispielsweise ein Blech sein und das zu bremsende Element eine Welle, auf der das Blech aufgewickelt werden kann. Das Blech ist vorzugsweise so angeordnet, dass dieses bei einem Aufrollen auf der Welle das Volumen im flüssigkeitsgefüllten Raum reduziert, sodass die Flüssigkeit durch den Kanal aus dem flüssigkeitsgefüllten Raum gedrängt wird. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass die Drehbewegung der Gurtspule unmittelbar genutzt werden kann, um das Fluid durch den Kanal zu bewegen. Es ist keine Übertragung der Drehbewegung der Gurtspule in eine Linearbewegung erforderlich, wodurch ein einfacherer Aufbau der Koppelungsbaugruppe möglich ist.
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In einer weiteren Ausführungsform ist das Verdrängungselement ein Kolben und das Eingangselement ein Stempel, der am Kolben gehalten ist. In dieser Ausführungsform erfolgt eine Übertragung der Drehbewegung der Gurtspule in eine Linearbewegung des Kolbens bzw. des Stempels, der die magnetorheologische Flüssigkeit aus dem Raum drückt. Durch den Aufbau mit einem Kolben und einem geradlinig verschiebbaren Verdrängungselement, insbesondere einem Stempel, ist eine einfachere Abdichtung des Raumes bzw. des Verdrängungselements gegen den Raum möglich.
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In beiden Ausführungsformen wird die magnetorheologische Flüssigkeit aus dem Raum in einen Auffangbehälter gedrückt, von dem die Flüssigkeit nach Beendigung des Rückhaltefalls zurück in den Raum gefördert wird.
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Alternativ ist es aber auch denkbar, dass der flüssigkeitsgefüllte Raum im Wesentlichen abgeschlossen ist, wobei in einer solchen Ausführungsform die Bremseinrichtung einen Kolben aufweist, der durch die Flüssigkeit bewegt wird, wobei der Kanal zwischen einer Innenwand des flüssigkeitsgefüllten Raums und dem Verdrängungselement gebildet ist. Bei dieser Ausführungsform ist das zusätzliche Vorsehen eines Auffangbehälters nicht erforderlich, da nicht das Volumen des flüssigkeitsgefüllten Raumes geändert wird, sondern die Verzögerung durch das Bewegen eines Verdrängungselementes durch die Flüssigkeit erzielt wird.
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Um in den beiden letztgenannten Ausführungsformen die Drehbewegung des Eingangselements in eine Linearbewegung des Kolbens zu übersetzen, ist beispielsweise vorgesehen, dass der Kolben über ein Gewinde mit dem Eingangselement gekoppelt ist, wobei der Kolben drehfest gehalten ist. Wird das Eingangselement gedreht, wird der Kolben entlang des Gewindes verschoben, wodurch sich der Kolben relativ zum Eingangselement bewegt.
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Der Steuermagnet ist beispielsweise ein Elektromagnet, der durch eine Steuerung ein- und ausgeschaltet werden kann und im Kanal ein variables Magnetfeld erzeugen kann. Die Einstellung des Magnetfeldes und somit die Fließgeschwindigkeit durch den Kanal erfolgt über eine Änderung der Stromstärke, die am Elektromagneten angelegt wird, wodurch eine beliebige Anpassung der Stärke des Magnetfeldes und somit der Bremseigenschaften der Kraftbegrenzungseinrichtung möglich ist.
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Insbesondere kann am oder im Kanal ein Permanentmagnet vorgesehen sein, dessen Magnetfeld in entgegengesetzter oder gleicher Richtung zum Magnetfeld des Steuermagneten verläuft. Der Elektromagnet schwächt also das durch den Permanentmagnet im Kanal erzeugte Magnetfeld ab oder verstärkt dieses. Durch den Permanentmagnet kann beispielsweise im Kanal ein so starkes Magnetfeld erzeugt werden, dass die Viskosität der magnetorheologischen Flüssigkeit im Kanal so hoch ist, dass diese nicht oder nur mit einem sehr hohen Widerstand durch den Kanal strömen kann. Durch den entgegengesetzt gerichteten Elektromagneten wird das resultierende Magnetfeld abgeschwächt, sodass die Viskosität der magnetorheologischen Flüssigkeit soweit herabgesetzt wird, dass diese im Kanal strömen kann. Bei einem Stromausfall ist so die Kraftbegrenzungseinrichtung blockiert bzw. auf ein sehr hohes Niveau eingestellt, sodass ein zu großer Gurtbandauszug bei einem Stromausfall oder einem Versagen des Steuermagneten sicher verhindert ist.
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Alternativ kann der Steuermagnet ein beweglicher Permanentmagnet sein, der relativ zum Kanal verschoben werden kann. Durch den Abstand des Steuermagneten zum Kanal bzw. dessen Position relativ zum Kanal wird das Magnetfeld innerhalb des Kanals variiert. Insbesondere kann der Permanentmagnet in dieser Ausführungsform beschleunigungsabhängig, beispielsweise durch eine starke Verzögerung, bewegt werden.
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Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen. In diesen zeigen:
- 1 eine perspektivische Teilschnittansicht eines erfindungsgemäßen Gurtaufrollers,
- 2 eine Schnittansicht durch die Bremseinrichtung des Gurtaufrollers aus 1 vor einem Kraftbegrenzungsvorgang, und
- 3 eine Schnittansicht durch die Kraftbegrenzungseinrichtung des Gurtaufrollers aus 1 nach einem Kraftbegrenzungsvorgang.
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In 1 ist ein Gurtaufroller 10 für einen Sicherheitsgurt in einem Fahrzeug gezeigt. Der Gurtaufroller 10 hat einen Rahmen 12, in dem eine Gurtspule 14, auf der ein Gurtband aufgewickelt werden kann, drehbar gelagert ist. Am Rahmen 12 ist des Weiteren eine Kraftbegrenzungseinrichtung 16 vorgesehen, die über eine Koppelungsbaugruppe 18 mit der Gurtspule 14 gekoppelt ist. Die Kraftbegrenzungseinrichtung 16 ermöglicht bei einem Blockieren des Sicherheitsgurtes einen begrenzten Auszug des Gurtbandes, indem eine begrenzte Verdrehung der Gurtspule 14 zugelassen wird.
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Die Koppelungsbaugruppe 18 hat ein Zahnradgetriebe 21 mit einem ersten Zahnrad 20, das mit der Gurtspule 14 verbunden und konzentrisch zur Gurtspulenachse 22 angeordnet ist, sowie einem zweiten Zahnrad 24, das in dieser Ausführungsform direkt in das erste Zahnrad 20 eingreift, und mit einem Eingangselement 26 der Kraftbegrenzungseinrichtung 16 verbunden ist.
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Optional ist es auch möglich, dass das Zahnradgetriebe 21 mehrere Zwischenzahnräder aufweist und/oder dass einzelne Zahnräder über einen Riemen oder eine Kette gekoppelt sind.
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Das erste Zahnrad 20 und das zweite Zahnrad 24 haben in dieser Ausführungsform des Weiteren im Wesentlichen die gleiche Anzahl Zähne, sodass sich ein neutrales Übersetzungsverhältnis des Zahnradgetriebes 21 ergibt. Alternativ ist es aber auch möglich, dass die Koppelungsbaugruppe 18 ein anderes Übersetzungsverhältnis bereitstellt.
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Die Kraftbegrenzungseinrichtung 16 weist ein Eingangselement 26 auf, das in der hier gezeigten Ausführungsform eine rohrförmige Hülse 28 aufweist, die einstückig mit dem zweiten Zahnrad 24 verbunden ist. Auf der Innenseite der Hülse 28 ist ein Innengewinde 30 vorgesehen. In der Hülse ist ein Kolben 32 vorgesehen, der mit einem Außengewinde 34 in das Innengewinde 30 der Hülse 28 eingreift. Das dem Zahnrad entgegengesetzte Ende 36 des Kolbens 32 ist um die Längsachse L der Hülse, die parallel zur Gurtspulenachse 22 verläuft, drehfest, aber in Richtung der Längsachse L verschiebbar gelagert.
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Wie in den 2 und 3 zu sehen ist, sind zwischen dem Kolben 32 und der Hülse 28 Kanäle 38 gebildet, die sich in Richtung der Längsachse L erstrecken.
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Innerhalb des Kolbens 32 ist ein Steuermagnet 40, hier ein Elektromagnet, vorgesehen, der mit einer Steuerung 42 verbunden ist, die die Stärke des Magnetfelds des Steuermagneten 40 einstellen kann.
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Innerhalb der Hülse ist ein geschlossener Raum 44 gebildet, der mit einer magnetorheologischen Flüssigkeit gefüllt ist.
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Wird die Gurtspule 14 gedreht, beispielsweise bei einem Gurtbandabzug, wird das zweite Zahnrad 24 über das erste Zahnrad 20 angetrieben. Das Eingangselement 26, also auch die Hülse 28, werden ebenfalls gedreht, sodass das Eingangselement 26 relativ zum in Drehrichtung gehaltenen Kolben 32 bewegt wird. Durch die ineinandergreifenden Gewinde 30, 34 wird der Kolben 32 in Längsrichtung L verschoben, wobei der bezüglich 2 rechten Bereich des Raumes 44 verkleinert wird. Die magnetorheologische Flüssigkeit strömt aufgrund des ansteigenden Druckes im rechten Bereich des Raumes 44 durch die Kanäle 38 in den bezüglich 2 linken Bereich des Raumes 44.
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Wird der Steuermagnet 40 eingeschaltet, wird in den Kanälen 38 ein Magnetfeld erzeugt, durch das die Viskosität der magnetorheologischen Flüssigkeit verändert, beispielsweise erhöht wird. Aufgrund der höheren Viskosität der magnetorheologischen Flüssigkeit strömt die Flüssigkeit langsamer durch die Kanäle 38, wodurch im rechten Bereich des Raumes 44 bei einem weiteren Drehen des Eingangselements 26 ein Überdruck entsteht, durch den die Drehung des Eingangselements 26 und somit über die Koppelungsbaugruppe 18 auch die Drehung der Gurtspule 14 gebremst wird. Durch die Stärke des Magnetfeldes kann also die Viskosität der magnetorheologischen Flüssigkeit und somit die Bremsleistung der Kraftbegrenzungseinrichtung 16 eingestellt werden.
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Die Anordnung der Kraftbegrenzungseinrichtung 16 separat von der Gurtspule hat den Vorteil, dass eine flexiblere Gestaltung des Gurtaufrollers 10 möglich ist, da die Kraftbegrenzungseinrichtung 16 beliebig am Gurtaufroller 10 angeordnet werden kann. Es ist lediglich erforderlich, dass eine Koppelungsbaugruppe 18 vorhanden ist, die die Kraftbegrenzungseinrichtung 16 mit der Gurtspule 14 koppelt.
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In der hier gezeigten Ausführungsform ist die Kraftbegrenzungseinrichtung 16 permanent mit der Gurtspule 14 gekoppelt. Es ist aber auch denkbar, dass eine Kupplung vorgesehen ist, die die Kraftbegrenzungseinrichtung 16 nur im Kraftbegrenzungsfall mit der Gurtspule 14 koppelt, sodass im regulären Fahrzeugbetrieb keine Beanspruchung der Kraftbegrenzungseinrichtung 16 erfolgt.
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In der hier gezeigten Ausführungsform ist der Kolben 32 drehfest gehalten und über ein Gewinde mit dem Eingangselement 26 gekoppelt. Dies ermöglicht eine einfache Übertragung der Drehbewegung der Gurtspule 14 bzw. der Koppelungsbaugruppe 18 in eine Linearbewegung des Kolbens 32, wodurch die magnetorheologische Flüssigkeit im Raum 44 verdrängt werden kann. Alternativ ist es auch denkbar, dass das Gehäuse des Raumes 44, das durch die Hülse 28 gebildet ist, ortsfest behalten ist und der Kolben 32, beispielsweise über einen Stempel, am Eingangselement 26 gehalten ist und mit der Gurtspule 14 gedreht wird.
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In einer alternativen Ausführungsform wird statt eines Kolbens 32, der verschiebbar im Raum 44 angeordnet ist, ein Blech als Verdrängungselement verwendet, das auf einer mit dem Eingangselement 26 verbundenen Welle aufgewickelt werden kann. Durch das Aufwickeln des Bleches wird das Volumen des Raumes 44 reduziert. Die Kanäle 38 verbinden den Raum 44 mit einem zusätzlichen Auffangbehälter, wobei die Flüssigkeit durch die Kanäle 38 aus dem Raum 44 in den Auffangbehälter strömt. Bei dieser Ausführungsform ist keine Übersetzung der Drehbewegung der Gurtspule 14 in eine Linearbewegung erforderlich.
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In den bisher gezeigten Ausführungsformen ist der Steuermagnet 40 ein Elektromagnet, der durch eine Steuerung 42 ein- oder ausgeschaltet werden kann. Optional ist es auch möglich, dass ein Permanentmagnet vorgesehen ist, dessen Magnetfeld in entgegengesetzter oder gleicher Richtung zum Magnetfeld des Steuermagneten 40 verläuft. Der Permanentmagnet kann beispielsweise so angeordnet sein, dass durch diesen ein starkes Magnetfeld in den Kanälen 38 erzeugt wird, sodass die magnetorheologische Flüssigkeit nicht oder nur mit einem sehr großen Widerstand durch die Kanäle 38 strömen kann, also bei ausgeschaltetem Elektromagnet eine Kraftbegrenzung auf einem hohen Kraftbegrenzungsniveau erfolgt. Erst durch das Einschalten des Elektromagneten, dessen Magnetfeld entgegengesetzt zum Magnetfeld des Permanentmagneten ausgerichtet ist, wird das resultierende Magnetfeld in den Kanälen 38 reduziert, sodass die magnetorheologische Flüssigkeit mit einem geringeren Widerstand durch die Kanäle 38 strömen kann. Dieser Aufbau bietet eine sehr hohe Sicherheit, da bei einem Ausfall der Steuerung 42 oder einem Stromausfall ein sehr hohes Kraftbegrenzungsniveau anliegt, also ein Versagen der Kraftbegrenzungseinrichtung verhindert ist.
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Alternativ können die Magnetfelder des Elektromagneten und des Permanentmagneten aber auch gleichgerichtet sein, sodass durch den Permanentmagneten ein geringes Kraftbegrenzungsniveau bereitgestellt ist, das durch Einschalten des Steuermagneten erhöht wird.
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Der Steuermagnet kann auch ein beweglicher Permanentmagnet sein, der, um das Magnetfeld in den Kanälen 38 zu verändern, relativ zu den Kanälen bewegt wird. Die Bewegung kann durch eine entsprechende Steuerung bewirkt werden, es ist aber auch möglich, dass der Permanentmagnet so angeordnet ist, dass dieser durch eine starke Beschleunigung, beispielsweise ein Abbremsen des Fahrzeuges, relativ zum Kanal verschoben werden kann.
