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Die Erfindung betrifft einen Gurtaufroller mit einer Kraftbegrenzungseinrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
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Aus der
WO 96/32303 ist z.B. ein Gurtaufroller mit einer zweiteiligen Gurtwelle und einer Kraftbegrenzungseinrichtung, gebildet durch einen zwischen den Teilen der Gurtwelle angeordneten Torsionsstab, bekannt. Auf einem der Teile der Gurtwelle, dem Gurtwellenkörper, ist ein Sicherheitsgurt aufwickelbar, während der andere Teil der Gurtwelle, auch Profilkopf genannt, bei einer fahrzeugsensitiven oder gurtbandsensitiven Ansteuerung einer Blockiereinrichtung fahrzeugfest blockiert wird. Für den Fall, dass die Gurtauszugskraft bei einem blockierten zweiten Teil der Gurtwelle eine vorbestimmte Gurtauszugskraft übersteigt, kann der Gurtwellenkörper durch eine plastische Verformung des Torsionsstabes um seine Längsachse in Gurtauszugsrichtung rotieren. Die dabei zu überwindende vorbestimmte Gurtauszugskraft wird durch die plastische Verformungsgrenze des Torsionsstabes bestimmt.
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Ferner ist es bekannt eine zweite Kraftbegrenzungseinrichtung vorzusehen, welche parallel oder in Reihe zu dem Torsionsstab wirkt, wodurch die Kraftbegrenzungscharakteristik unabhängig von dem Torsionsstab verändert wird, so dass z.B. degressive oder progressive Kraftbegrenzungscharakteristiken verwirklicht werden können. Ferner kann durch die zweite Kraftbegrenzungseinrichtung ein kurzzeitiger Abfall oder Anstieg der Gurtauszugskraft in einer Anfangsphase der Aktivierung der ersten Kraftbegrenzungseinrichtung soweit kompensiert werden, dass die Kraftbegrenzungscharakteristik des Gurtaufrollers insgesamt gleichmäßiger und möglichst unmittelbar mit dem beginnenden Gurtauszug entsprechend eines vorgegebenen Kraftbegrenzungsniveaus verläuft. Die zweite Kraftbegrenzungseinrichtung kann durch verschiedene sich plastisch oder elastisch verformende Abschnitte, wie z.B. Abscherstifte oder eine Torsionshülse, verwirklicht sein, welche die beiden Teile der Gurtwelle parallel zu dem Torsionsstab verbinden. Die Gurtbandauszugslänge, während der die zweite Kraftbegrenzungseinrichtung wirkt, ist durch die konstruktive Ausbildung des sich plastisch oder elastisch verformenden Abschnittes begrenzt.
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Aus der
DE 201 10 423 U1 ist ferner ein Gurtaufroller bekannt, bei dem die zweite Kraftbegrenzungseinrichtung durch ein Metallband gebildet ist, welches während des kraftbegrenzten Gurtbandauszuges durch eine Schikane gezogen wird. Der Vorteil dieser Lösung ist darin zu sehen, dass die Gurtauszugslänge, während der die zweite Kraftbegrenzungseinrichtung wirkt, durch die Verwendung eines entsprechend langen Metallbandes erheblich verlängert werden kann, wobei die vernichtete Energie und das dadurch bewirkte Kraftbegrenzungsniveau während des Durchziehens des Metallbandes durch die Schikane nahezu gleichbleibend ist. Die Schikane selbst ist durch ein Einlegeteil verwirklicht, welches an einem der Teile der Gurtwelle eingehängt ist, während das Metallband an dem jeweils anderen Teil der Gurtwelle zugfest gehalten ist.
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In der
DE 10 2011 087 413 A1 wird ferner ein Gurtaufroller mit einer ersten und einer zweiten Kraftbegrenzung beschrieben, welche parallelwirkend angeordnet sind. Die Gurtwelle ist zweiteilig ausgebildet, und das erste und das zweite Teil der Gurtwelle überlappen sich axial in einem Abschnitt zwischen den Schenkeln des Rahmens des Gurtaufrollers unter Bildung eines Ringraumes, in dem die zweite Kraftbegrenzungseinrichtung angeordnet ist. Die zweite Kraftbegrenzungseinrichtung ist durch ein Bandelement gebildet, welches mit einem ersten Abschnitt an der radial äußeren Wandung des Ringraumes und mit einem zweiten Abschnitt an der radial inneren Wandung des Ringraumes anliegt und zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt in einer Umlenkstelle umgelenkt ist, wobei das Bandelement bei einer Relativbewegung zwischen dem ersten und dem zweiten Teil der Gurtwelle durch ein Umlaufen der Umlenkstelle energieverzehrend von der äußeren Wandung auf die innere Wandung oder umgekehrt ab- oder aufwickelbar ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen kostengünstigen, konstruktiv einfach aufgebauten Gurtaufroller zu schaffen, bei dem die Kraftbegrenzungscharakteristik der Kraftbegrenzungseinrichtung mit einfachen Mitteln an einen vorgegebenen Kraftbegrenzungsverlauf angepasst werden kann.
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Zur Lösung der Aufgabe wird ein Gurtaufroller mit den Merkmalen von Anspruch 1 vorgeschlagen. Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Gemäß dem Grundgedanken der Erfindung wird zur Weiterentwicklung des Standes der Technik vorgeschlagen, dass das Bandelement wenigstens zwei Teilabschnitte aufweist, welche unterschiedliche Festigkeiten aufweisen. Dabei wird eine Kraftbegrenzungseinrichtung verwendet, welche in ihrem Grundprinzip der zweiten Kraftbegrenzungseinrichtung der
DE 10 2011 087 413 A1 entspricht, jedoch soweit weiterentwickelt wird, dass durch die unterschiedlichen Festigkeiten der Teilabschnitte allein mit dem Bandelement verschiedene Kraftbegrenzungsverläufe verwirklicht werden können.
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Durch die vorgeschlagene Lösung können damit unterschiedliche Kraftbegrenzungsverläufe allein mit einer einzigen Kraftbegrenzungseinrichtung verwirklicht werden, wodurch die Kosten gesenkt und der konstruktive Aufbau erheblich vereinfacht werden können. Dabei basiert die erfindungsgemäße Lösung auf der Erkenntnis, dass die beim Verformen des Bandelementes in der umlaufenden Umlenkstelle vernichtete Energie durch die unterschiedlichen Festigkeiten erhöht oder verringert und dadurch das Kraftbegrenzungsniveau entsprechend gesenkt oder erhöht werden kann. Dabei können durch die Wahl der Anordnung der Teilabschnitte mit den unterschiedlichen Festigkeiten sowohl progressive, degressive als auch stufenförmig zwischen zwei oder mehreren Kraftbegrenzungsniveaus ansteigende und wieder fallende Kraftbegrenzungsverläufe verwirklicht werden. Das Kraftbegrenzungsniveau kann dabei durch die gezielte Bemessung der Festigkeit ausgelegt werden, während die Gurtbandauszugslängen, während der die unterschiedlichen Kraftbegrenzungsniveaus wirken, durch die Längen der Teilabschnitte ausgelegt werden können. Der Vorteil der Lösung ist insbesondere darin zu sehen, dass der Kraftbegrenzungsverlauf allein von dem Bandelement abhängt, so dass der Kraftbegrenzungsverlauf durch den Austausch des Bandelementes gegen ein Bandelement mit einer anderen Anordnung und Bemessung der Teilabschnitte bzw. mit anderen Festigkeiten in den Teilabschnitten sehr einfach an einen vorgegebenen Kraftbegrenzungsverlauf angepasst werden kann, ohne dass dazu die anderen Bauteile des Gurtaufrollers verändert oder ausgetauscht werden müssen.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass die unterschiedlichen Festigkeiten der Teilabschnitte durch eine örtliche Wärmebehandlung des Bandelementes in einem oder mehreren Teilabschnitten verwirklicht sind. Durch die vorgeschlagene Lösung kann die unterschiedliche Festigkeit ohne eine Veränderung der Geometrie des Bandelementes unter Verwendung eines einzigen Werkstoffs verwirklicht werden. Dadurch müssen insbesondere die beiden Teile der Gurtwelle weder im Bereich der axialen Überlappung noch in den Bereichen zum Anschluss des Bandelementes konstruktiv verändert werden, so dass Gurtaufroller mit unterschiedlichen Kraftbegrenzungsverläufen unter Verwendung derselben Gurtwellenteile verwirklicht werden können. Die Gurtaufroller sind damit in ihren Außenabmaßen identisch, so dass die optimale Rückhaltecharakteristik für ein Fahrzeug sehr einfach durch Versuche mit Gurtaufrollern mit Bandelementen mit einer unterschiedlichen Festigkeitsverteilung ermittelt oder eingestellt werden kann.
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Dabei wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen, dass die örtliche Wärmebehandlung ein Glühen oder Tempern des Bandelementes in einem ersten Teilabschnitt ist. Durch das Spannungsarmglühen oder Tempern des Bandelementes kann die Festigkeit des Teilabschnitts gezielt gesenkt werden, indem Spannungen in dem Bandelement gezielt in dem Teilabschnitt gelöst werden.
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Ferner kann die örtliche Wärmebehandlung auch ein Aufkohlen, Härten oder Vergüten des Bandelementes in einem zweiten Teilabschnitt sein. Durch die vorgeschlagene Lösung kann die Festigkeit des Teilabschnittes durch das Einbringen von zusätzlichen Gefügespannungen erhöht werden, ohne dass dabei die Geometrie des Bandelementes verändert werden muss.
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Ferner kann die unterschiedliche Festigkeit auch durch eine unterschiedliche Anzahl von miteinander verbundenen Lagen verwirklicht sein. Durch die vorgeschlagene Lösung kann die unterschiedliche Festigkeit mit sehr einfachen Mitteln unter Verwendung von Bandmaterial erreicht werden, in dem das Bandmaterial in z.B. einem ersten Teilabschnitt einlagig und in einem zweiten Abschnitt doppellagig ausgebildet ist. Durch die unterschiedliche Anzahl der Lagen steigen die Querschnittsfläche und der dadurch bedingte Verformungswiderstand in dem Übergang von dem ersten zu dem zweiten Teilabschnitt sprungartig an. Je nachdem, ob der doppellagige Teilabschnitt vor oder hinter dem einlagigen Teilabschnitt angeordnet ist, kann dadurch ein sprungartig degressiver oder progressiver Kraftbegrenzungsverlauf realisiert werden.
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Dabei kann eine besonders einfache und für die Verformung ausreichende Verbindung dadurch verwirklicht werden, indem die Lagen durch eine Punktschweißverbindung miteinander verbunden sind.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Dabei zeigt:
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1: einen Gurtaufroller in verschiedenen Ansichten;
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2: eine Explosionsdarstellung einer zweiteiligen Gurtwelle mit einer Kraftbegrenzungseinrichtung;
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3: eine vormontierte Baugruppe der zweiteiligen Gurtwelle;
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4: eine Schnittdarstellung des Gurtaufrollers durch die Längsachse der Gurtwelle;
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5: eine Schnittdarstellung des Gurtaufrollers einer durch die Kraftbegrenzungseinrichtung verlaufenden Ebene senkrecht durch die Längsachse der Gurtwelle; und
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6: verschiedene mit einem erfindungsgemäßen Gurtaufroller realisierbare Kraftbegrenzungsverläufe.
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In der 1 ist ein Gurtaufroller mit einer zweiteiligen, in den Schenkeln 4 und 5 eines Rahmens 2 drehbar gelagerten Gurtwelle 1 zu erkennen. An dem Schenkel 5 ist eine pyrotechnische Straffeinrichtung 3 vorgesehen, welche die Gurtwelle 1 in einer Frühphase des Unfalls vor dem Beginn der Vorverlagerung des Insassen schlagartig in Aufwickelrichtung antreibt und eventuell in dem Sicherheitsgurt vorhandene Gurtlose herauszieht. An der dem Schenkel 4 zugewandten Seite der Gurtwelle 1 ist ferner eine ringförmige, konzentrisch zu der Gurtwelle 1 angeordnete Kraftbegrenzungseinrichtung 6 vorgesehen.
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In der 2 ist die zweiteilige Gurtwelle 1 in Explosionsdarstellung und in der 3 als Baugruppe mit einem ersten Teil 9 und einem zweiten Teil 10 zu erkennen. Das erste Teil 9 ist in diesem Fall ein Gurtwellenkörper, auf dem ein Sicherheitsgurt aufwickelbar ist, und das zweite Teil 10 ist ein Profilkopf, welcher Träger einer Blockiereinrichtung in Form einer Blockierklinke ist. Bei einem Überschreiten von vorbestimmten Beschleunigungswerten des Fahrzeuges oder des Gurtbandauszuges wird die Blockiereinrichtung angesteuert, d.h. die Blockierklinke steuert in eine Verzahnung an dem Schenkel 4 ein und blockiert das zweite Teil 10 fahrzeugfest entgegen der Gurtauszugsrichtung. Gleichzeitig sind die beiden Teile 9 und 10 der Gurtwelle 1 über die Kraftbegrenzungseinrichtung 6 oder einen Transferstab 7 miteinander verbunden, so dass sie im Normalgebrauch, also vor der Aktivierung der Kraftbegrenzungseinrichtung 6, als ein drehfester Verbund anzusehen sind.
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Die Straffvorrichtung 3 treibt über eine Antriebseinrichtung, wie z.B. eine Kette aus Massekörpern, ein Antriebsrad 8 an, welches drehfest mit einem Adapterteil 11 verbunden ist. Das Adapterteil 11 weist seinerseits einen Anschluss 12 für ein Federherz einer Wickelfeder und eine Ausnehmung auf, in der ein erstes Ende des Transferstabes 7 drehfest gehalten ist. Der Transferstab 7 ist mit einem zweiten Ende mit dem zweiten Teil 10 der Gurtwelle 1 verbunden. Ferner kann der Transferstab 7 zusätzlich oder alternativ mit dem zweiten Ende auch mit dem ersten Teil 9 der Gurtwelle 1 verbunden sein, so dass die Gurtwelle 1 bzw. das erste Teil 9 der Gurtwelle 1 bei einer Aktivierung der Straffvorrichtung 3 direkt angetrieben wird. Sofern der Transferstab 7 mit dem zweiten Ende nur mit dem zweiten Teil 10 der Gurtwelle 1 verbunden ist, kann die Straffvorrichtung 3 in vorteilhafterweise bei einer nachfolgenden Aktivierung der Kraftbegrenzungseinrichtung 6 durch die Festlegung über das blockierte zweite Teil 10 der Gurtwelle 1 gleichfalls blockiert und aus dem Kraftfluss abgekoppelt werden, so dass eine Erhöhung der Rückhaltekraft über das durch die Kraftbegrenzungseinrichtung 6 definierte Kraftbegrenzungsniveau hinaus (Kraftbegrenzungsspitze) während der Anfangsphase der Kraftbegrenzung vermieden werden kann.
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In der 5 ist eine Schnittdarstellung des Gurtaufrollers durch die Kraftbegrenzungseinrichtung 6 zu erkennen. Das zweite Ende des Transferstabes 7 ist mit zwei nach außen vorstehenden Vorsprüngen formschlüssig mit dem ersten Teil 9 der Gurtwelle 1 verbunden. Das erste und das zweite Teil 9 und 10 der Gurtwelle 1 weisen jeweils Radialflansche 13 und 14 auf, wie in der 4 zu erkennen ist. Die Radialflansche 13 und 14 weisen jeweils an ihren radial äußeren Abschnitten einen axial gerichteten Ringfortsatz auf, mit denen sich die Radialflansche 13 und 14 axial, unter Bildung einen Ringraumes 15, überlappen. Der Ringraum 15 ist radial innen durch das erste Teil 9 der Gurtwelle 1 begrenzt und zur Aufnahme der Kraftbegrenzungseinrichtung 6 vorgesehen. Die Kraftbegrenzungseinrichtung 6 ist durch ein aufgewickeltes Bandelement gebildet, welches mittig mit einem Abschnitt 20 durch einen Schlitz 21 geführt ist, der sich durch das zweite Ende des Transferstabes 7 und das erste Teil 9 der Gurtwelle 1 erstreckt. Dadurch ist das Bandelement mit dem Abschnitt 20 mittig mit dem zweiten Ende des Transferstabes 7 und dem ersten Teil 9 der Gurtwelle 1 verbunden. Ausgehend von dem mittigen Abschnitt 20 verläuft das Bandelement durch zwei diametral angeordnete Umlenkstellen 24 und 25 und ist im weiteren Verlauf spiralförmig aufgewickelt. Das Bandelement liegt ferner mit seinen radial äußeren Enden 18 und 19 in Umfangsrichtung an radial von einer äußeren Wandung 22 nach innen vorstehenden Absätzen 16 und 17 an, so dass das Bandelement das zweite Teil 10 der Gurtwelle 1 bei einer Drehung des ersten Teils 9 der Gurtwelle 1 entgegen dem Uhrzeigersinn in der Darstellung der 5 über die Absätze 16 und 17 mitnimmt.
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Zur Aktivierung der Kraftbegrenzungseinrichtung 6 wird zuerst das zweite Teil 10 der Gurtwelle 1 in bekannter Weise fahrzeugfest blockiert. Anschließend reißt die Verbindung des zweiten Endes des Transferstabes 7 zu dem ersten oder zweiten Teil 9 oder 10 der Gurtwelle 1 durch die ansteigende Gurtauszugskraft ab, sofern dieser mit beiden Teilen 9 und 10 verbunden ist, so dass das erste Teil 9 der Gurtwelle 1 anschließend unter Aktivierung der Kraftbegrenzungseinrichtung 6 gegenüber dem zweiten Teil 10 der Gurtwelle 1 drehen kann. Übersteigt die Gurtauszugskraft eine durch die Kraftbegrenzungseinrichtung 6 definierte Kraftschwelle, so beginnt das erste Teil 9 der Gurtwelle 1 unter Aktivierung der Kraftbegrenzungseinrichtung 6 gegenüber dem zweiten Teil 10 zu drehen. Dabei dreht das erste Teil 9 der Gurtwelle in der Darstellung der 5 entgegen dem Uhrzeigersinn. Da das Bandelement mit den Enden 18 und 19 an den Absätzen 16 und 17 anliegt, kann das Bandelement diese Bewegung nicht mit ausführen. Das Bandelement wird dadurch von der radial äußeren Wandung 22 des Ringraumes 15 auf die radial innere Wandung 23 abgewickelt, wobei die Umlenkstellen 24 und 25 umlaufen. Das Bandelement wird dabei mit den durch die Umlenkstellen laufenden Abschnitten energieverzehrend verformt.
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Erfindungsgemäß weist das Bandelement mehrere Teilabschnitte 26, 27 und/oder 28 auf, wie in der 6 zu erkennen ist. Die Teilabschnitte 26, 27 und 28 weisen jeweils eine unterschiedliche Festigkeit auf, so dass sie beim Durchlaufen der Umlenkstellen 24 und 25 unterschiedlich viel Energie verzehren. In der Darstellung ist jeweils eine Seite des Bandelementes dargestellt, wobei aufgrund der symmetrischen Ausbildung des Bandelementes eine zweite Seite spiegelsymmetrisch hinzugedacht wird.
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In der linken Darstellung der 6 ist zuerst ein Teilabschnitt 26 mit einer hohen Festigkeit vorgesehen, der eine der Umlenkstellen 24 oder 25 durchläuft und dabei ein hohes Kraftbegrenzungsniveau erzeugt. Während der weiteren kraftbegrenzten Gurtauszugsbewegung durchläuft ein zweiter Teilabschnitt 27 mit einer geringeren Festigkeit eine der Umlenkstellen 24 oder 25 und erzeugt dadurch ein geringeres Kraftbegrenzungsniveau. Dadurch entsteht ein degressiver, stufenförmiger Verlauf des Kraftbegrenzungsniveaus mit einer hohen Rückhaltekraft des Insassen in einer Anfangsphase und einer niedrigeren Rückhaltekraft in einer Endphase.
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In der mittleren Darstellung ist eine Ausführungsform der Erfindung zu erkennen, bei der das Bandelement drei Teilabschnitte 26, 27 und 28 aufweist, welche jeweils eine unterschiedliche Festigkeit aufweisen, wobei der erste Teilabschnitt 26 eine mittlere Festigkeit aufweist und dadurch ein mittleres Kraftbegrenzungsniveau erzeugt, der zweite Teilabschnitt 27 eine niedrigere Festigkeit aufweist und dadurch ein niedrigeres Kraftbegrenzungsniveau erzeugt, während schließlich der dritte Teilabschnitt 28 eine hohe Festigkeit aufweist und dadurch ein hohes Kraftbegrenzungsniveau erzeugt. Dadurch kann ein stufenförmiger Verlauf der Rückhaltekraft mit einer anfänglich mittleren Rückhaltekraft, einer sich anschließenden niedrigen Rückhaltekraft und schließlich einer hohen Rückhaltekraft verwirklicht werden.
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In der rechten Darstellung weist der erste Teilabschnitt 26 eine geringe Festigkeit und der zweite Teilabschnitt 27 eine höhere Festigkeit auf, so dass das Kraftbegrenzungsniveau sprungartig von einem niedrigeren Kraftbegrenzungsniveau auf ein höheres Kraftbegrenzungsniveau ansteigt.
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Die Gurtbandauszugslänge, während der das jeweilige Kraftbegrenzungsniveau wirkt, kann dabei durch die Länge des Teilabschnittes 26, 27 oder 28 definiert werden, während das jeweils wirkende Kraftbegrenzungsniveau durch die Festigkeit des jeweiligen Teilabschnittes 26, 27 oder 28 bestimmt werden kann.
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Der Vorteil der vorgeschlagenen Lösung ist darin zu sehen, dass mit einem geometrisch identischen Bandelement verschiedene stufenförmige Verläufe der Rückhaltekraft realisiert werden können. Dabei ist nur eine einzige Kraftbegrenzungseinrichtung 6 erforderlich, wodurch die Kosten des Gurtaufrollers gesenkt und der konstruktive Aufbau des Gurtaufrollers erheblich vereinfacht werden können. Da nur eine einzige Kraftbegrenzungseinrichtung 6 vorgesehen ist, können die beiden Teile 9 und 10 der Gurtwelle 1 ferner wesentlich einfacher ausgeführt werden, da an diesen jeweils nur ein Anschluss für eine Kraftbegrenzungseinrichtung 6 vorgesehen werden muss.
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Die progressive Kraftbegrenzungscharakteristik der rechten Darstellung der 6 kann auch dadurch erreicht werden, indem das Bandelement aus einer ersten Lage 29 gebildet ist, und in dem zweiten Teilabschnitt 27 eine zweite Lage 30 vorgesehen ist, welche z.B. mittels einer Punktschweißverbindung mit der ersten Lage 29 verbunden ist. Dadurch sind die Querschnittsfläche des Bandelementes und der dadurch bedingte Verformungswiderstand in dem zweiten Teilabschnitt 27 größer als in dem ersten Teilabschnitt 29, so dass die Festigkeit des zweiten Telabschnittes 27 insgesamt größer als in dem ersten Teilabschnitt 29 ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 96/32303 [0002]
- DE 20110423 U1 [0004]
- DE 102011087413 A1 [0005, 0008]
