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Die Erfindung betrifft eine Gurtspule für einen Gurtaufroller mit einem Lastbegrenzungskörper.
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Wird ein Fahrzeug bei einem Unfall durch einen Aufprall stark verzögert, sorgt im Normalfall ein Sicherheitsgurtsystem dafür, dass der Fahrzeuginsasse zurückgehalten wird und nicht durch den Kontakt mit Teilen im Fahrzeuginnenraum verletzt wird. Ein heftiger Aufprall, der sich in eine starke Verzögerung des Fahrzeugs und dementsprechend auch des Fahrzeuginsassen umsetzt, kann bei einer vollständigen Blockierung der Gurtspule z. B. durch eine Sperrklinke zu einer sehr hohen Belastung des Fahrzeuginsassen durch den Sicherheitsgurt führen.
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Daher werden in Gurtaufrollern Kraftbegrenzer eingesetzt, die beim Überschreiten eines bestimmten Drehmoments eine Drehung der Gurtspule auch bei blockierter Sperrklinke gestatten, um Gurtband auszugeben, sodass die auf den Fahrzeuginsassen wirkende Kraft verringert werden kann. Bekannt ist zu diesem Zweck der Einsatz von Torsionsstäben in der Achse des Gurtaufrollers, die bei einer Blockierung eine weitere Drehung der Gurtspule erlauben, konstruktionsbedingt allerdings um maximal ein bis zwei Umdrehungen der Spule. Ferner ist es mit einer derartigen Konstruktion kaum möglich, die auf den Fahrzeuginsassen einwirkende Kraft variabel oder gar gemäß einer Kennlinie zu begrenzen.
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Die Erfindung hat zur Aufgabe, eine Gurtspule für einen Gurtaufroller zu schaffen, bei der eine Kraftbegrenzung über einen größeren Gurtweg möglich und/oder besser einstellbar ist.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Gurtspule für einen Gurtaufroller, mit einem Spulenkörper, einem Sperrflansch, der an einem axialen Ende des Spulenkörpers angeordnet ist und eine Welle aufweist, die sich zum anderen axialen Ende des Spulenkörpers erstreckt, und einem Lastbegrenzungskörper, der funktional zwischen der Welle und einer Innenfläche des Spulenkörpers angeordnet ist, wobei der Lastbegrenzungskörper mittels eines Außengewindes mit einem an der Innenfläche angeordneten Innengewinde in Eingriff steht und mit der Welle drehfest aber axial verstellbar verbunden ist.
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Der Erfindung liegt damit der Gedanke zugrunde, die Welle des Sperrflansches mittels des Lastbegrenzungskörpers mit dem Spulenkörper in Wirkverbindung zu bringen, wozu an der Außenseite des Lastbegrenzungskörpers ein Gewinde angeordnet ist, dessen Reibwiderstand bei einem Eingriff mit der Innenfläche des Spulenkörpers eine Charakteristik bzw. Kennlinie der Lastbegrenzung für den Fahrzeuginsassen bestimmt.
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Die Ausbildung der funktionalen Verbindung zwischen der Welle und dem Spulenkörper über den Lastbegrenzungsköper mittels eines an dem Lastbegrenzungskörper angeordneten Außengewindes kann neben der Lastbegrenzung über einen großen Gurtweg auch eine feine Einstellung des trotz der Lastbegrenzung übertragbaren Drehmoments ermöglichen. Insbesondere durch die bezüglich der Drehachse radial weit außen zwischen dem Lastbegrenzungskörper und dem Spulenkörper angeordnete Gewindepaarung steht – bei ansonsten gleicher Geometrie – ein deutlich größerer Reibbereich zur Übertragung eines Drehmomentes zur Verfügung als dies bei einer weiter innen angeordneten Gewindepaarung, beispielsweise direkt an der Welle des Sperrflansches, der Fall wäre, da der Umfang eines Zylinders quadratisch mit seinem Radius wächst. Dadurch kann über eine gezielte Ausgestaltung wenigstens eines später beschriebenen Gewindeparameters vorgegeben werden, welches Rückhaltedrehmoment trotz der Lastbegrenzung wirken soll.
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Die Welle des Sperrflansches ist vorzugsweise mit einer Führungsnut und/oder mit einer eckigen Kontur ausgebildet, sodass der Lastbegrenzungskörper an einer der Kontur der Welle angepassten Ausnehmung auf die Welle aufgeschoben werden kann. Dadurch kann der Lastbegrenzungskörper auf der Welle axial verstellt werden.
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Der Lastbegrenzungskörper kann in Form einer zylindrischen Scheibe und/oder münzförmig ausgebildet sein, wobei die Ausnehmung zur Aufnahme der Welle zentral und das Außengewinde an seiner Mantelfläche angeordnet ist.
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Ein Spulenkörper kann einen im Wesentlichen hohlzylindrischen Bereich aufweisen, an dessen Außenseite der Gurt befestigt ist und aufgerollt bzw. abgerollt werden kann. An der Innenseite des Spulenkörpers ist wenigstens in einem Montagebereich, insbesondere auch in einem Auslösebereich, ein mit dem Außengewinde des Lastbegrenzungskörpers in Eingriff bringbares Innengewinde angeordnet.
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Im Sinne der Erfindung ist ein Haltedrehmoment im Normalfall durch das zwischen dem Außengewinde des Lastbegrenzungskörpers und der Innenseite, insbesondere dem Innengewinde, des Spulenkörpers anliegende Reibmoment bestimmt. Dieses Reibmoment ist abhängig von wenigstens einem Gewindeparameter, insbesondere von wenigstens einem in der Beschreibung dieser Anmeldung genannten Gewindeparameter.
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Gemäß einer Weiterbildung ist in einem an das Innengewinde angrenzenden Axialbereich der Innenfläche des Spulenkörpers ein Zerspanungsbereich angeordnet, welcher ausgebildet ist, um von dem Außengewinde des Lastbegrenzungskörpers bei einer Drehung zwischen der Welle und dem Spulenkörper eingeschnitten zu werden.
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Vorzugsweise weist der Zerspanungsbereich dazu einen kleineren Innendurchmesser auf als der Spulenkörper im Bereich des Innengewindes. Durch eine derartige Ausführung mit einem selbstschneidenden Innengewinde kann eine gewünschte Erhöhung des Haltedrehmoments und/oder Einstellung des trotz der Lastbegrenzung verbleibenden Haltedrehmoments erreicht werden.
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Gemäß einer Weiterbildung weist das Außengewinde und/oder das Innengewinde wenigstens einen entlang seiner Erstreckung variabel ausgebildeten Gewindeparameter auf. Durch eine, insbesondere kombinierte, Variation von Gewindeparametern entlang der axialen und/oder umfänglichen Erstreckung des Gewindes kann für verschiedene Stellungen des Lastbegrenzungskörpers an dem Spulenkörper ein unterschiedliches Haltedrehmoment eingestellt werden. Dies ermöglicht insbesondere die Einstellung einer Lastbegrenzungskennlinie beispielsweise über ein Abrollen des Gurtes.
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Vorzugsweise weist ein variabel ausgebildeter Gewindeparameter in einem Montagebereich der Gewindepaarung einen konstanten Wert auf und in wenigstens einem Auslösebereich jeweils einen anderen konstanten oder veränderlichen Wert. Dadurch kann beispielsweise sichergestellt werden, dass eine Montage des Lastbegrenzungskörpers ohne hohe zu überwindende Reibungsmomente möglich ist, während bei der Lastbegrenzung mittels der Gewindepaarung ein hohes Drehmoment übertragen werden kann.
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Im Sinne der Erfindung kommen als Gewindeparameter beispielsweise in Betracht: eine Steigung, eine Flankenform, eine Flankenbreite, ein Teilkreisdurchmesser und/oder ein Material des Außengewindes und/oder des Innengewindes.
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Gemäß einer Ausführungsform weist das Außengewinde am Lastbegrenzungskörper nur konstante Gewindeparameter auf (gegebenenfalls mit Abweichungen an den Gewindeenden).
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In einer solchen Ausführungsform kann durch eine Reduzierung der Flankenbreite des Innengewindes die Haft- und/oder Gleitreibung zwischen den Gewindepartnern erhöht werden. Entsprechend kann die Reibung auch durch eine steilere Flankenform, einen kleineren Teilkreisdurchmesser und/oder ein härteres Material des Innengewindes erhöht werden.
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Gemäß einer Weiterbildung weist die Gurtspule einen weiteren Lastbegrenzungskörper auf, der von dem ersten Lastbegrenzungskörper beabstandet auf der Welle des Sperrflansches angeordnet ist und mit der Spule eine gegenläufige Gewindepaarung ausbildet, was eine gleichmäßigere Übertragung von Kräften zwischen der Welle des Sperrflansches und der Gurtspule ermöglicht.
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Vorzugsweise sind die beiden Gewindepaarungen „spiegelbildlich” ausgebildet, sodass insbesondere bis auf die gegenläufige Ausbildung die Gewindeparameter und auch deren Variationen einander entsprechend ausgebildet sind.
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Gemäß einer Weiterbildung weist der Gurtaufroller einen Druckraum auf, der radial durch die Welle des Sperrflansches und die Spule begrenzt ist und axial durch den Lastbegrenzungskörper und den Sperrflansch oder den weiteren Lastbegrenzungskörper begrenzt ist.
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Dies ermöglicht die Anordnung eines druckbeaufschlagbaren Mediums in dem Druckraum, welches durch eine axiale Bewegung des Lastbegrenzungskörpers bei einem Auslösen der Lastbegrenzung unter Druck gesetzt wird, sodass es einer Drehung der Spule ein Haltemoment entgegensetzt. Vorzugsweise ist das Innengewinde im Wesentlichen entlang der gesamten axialen Erstreckung des Druckraumes ausgebildet.
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Gemäß einer Ausführungsform ist in dem Druckraum als druckbeaufschlagbares Medium ein pyrotechnisches Material angeordnet, das so ausgebildet ist, dass es mechanisch, chemisch und/oder (piezo-)elektrisch gezündet werden kann. Dadurch können hohe Haltedrehmomente realisiert werden.
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Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist in dem Druckraum ein viskoses und/oder kompressibles Material, insbesondere ein Fluid oder ein poröser Feststoff, angeordnet.
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Vorzugsweise weist eine Begrenzung des Druckraumes wenigstens eine Öffnung auf, die so ausgebildet ist, dass durch die Öffnung hindurch ein Druck abgebaut werden kann, der durch eine axiale Bewegung des Lastbegrenzungskörpers in den Druckraum hinein aufgebaut wird. Dadurch kann insbesondere eine Kennlinie für das Haltedrehmoment eingestellt werden.
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Beispielsweise kann eine derartige Öffnung in einem Lastbegrenzungskörper angeordnet und/oder als Durchgangsbohrung oder Durchgangsnut ausgebildet sein.
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Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche; beispielhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Figuren und den zugehörigen Figurenbeschreibungen – wenigstens teilweise schematisiert – dargestellt, wobei im Einzelnen zeigen:
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1 in einer Schnittansicht eine Gurtspule gemäß einer Ausführungsform der Erfindung mit einem Lastbegrenzungskörper und einem Zerspanungsbereich;
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2 in einer Schnittansicht eine Gurtspule gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung mit zwei Lastbegrenzungskörpern und einem Zerspanungsbereich;
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3 in einer Schnittansicht eine Gurtspule mit einem Lastbegrenzungskörper und einem Druckraum, in welchem ein pyrotechnisches Feststoff-Material angeordnet ist; und
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4 in einer Schnittansicht eine Gurtspule gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung mit einem Lastbegrenzungskörper und einem Druckraum, in welchem ein Fluid angeordnet ist.
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1 zeigt eine Gurtspule 1 für einen Gurtaufroller, mit einem Spulenkörper 2, einem Sperrflansch 4 und einem Lastbegrenzungskörper 6. Der Sperrflansch 4 ist in der Darstellung der 1 am rechten axialen Ende des Spulenkörpers 2 angeordnet und weist eine Welle 8 auf, die sich zum linken axialen Ende des Spulenkörpers 2 erstreckt.
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Der Spulenkörper 2 weist entlang seiner axialen Erstreckung einen Montagebereich 10 und einen Auslösebereich 12 auf, wobei im dargestellten Ausführungsbeispiel die beiden Bereiche 10, 12 unmittelbar benachbart angeordnet sind. Entlang der Axialerstreckung des Montagebereichs 10 weist der Spulenkörper 2 ein Innengewinde 14 mit einem Teilkreisdurchmesser D14 auf. Entlang der axialen Erstreckung des Auslösebereichs 12 weist der Spulenkörper 12 einen Zerpanungsbereich 22 mit einem Innendurchmesser D12 auf, welcher kleiner als der Teilkreisdurchmesser D14 ist.
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Der Lastbegrenzungskörper 6 ist an einer inneren Ausnehmung 16 auf die Welle 8 des Sperrflansches 4 aufgeschoben, sodass er mit der Welle 4 axial verstellbar verbunden ist. Die im Wesentlichen zylindrische Mantelfläche 18 des Lastbegrenzungskörpers 6 ist mit einem Außengewinde 20 versehen, das so ausgebildet ist, dass es mit dem Innengewinde 14 an der Innenfläche 15 des Spulenkörpers 2 in Eingriff steht. Insbesondere weist es einen Teilkreisdurchmesser D20 auf, der zu dem Teilkreisdurchmesser D14 des Innengewindes 14 korrespondiert, vorzugsweise wenigstens im Wesentlichen identisch mit diesem ausgebildet ist.
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Der Zerspanungsbereich 22 des Spulenkörpers 2 ist aus einem weicheren Material ausgebildet als das Außengewinde 20 des Lastbegrenzungskörpers 6. Vorzugsweise ist der Lastbegrenzungskörper 6 aus einem Metallmaterial ausgebildet, während der Zerspanungsbereich 22 aus einem Kunststoffmaterial ausgebildet ist oder das Außengewinde 20 ist aus einem härteren Kunststoff- oder Metallmaterial ausgebildet als der Zerspanungsbereich 22.
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In der Detaildarstellung A-A ist ein Schnitt durch den Lastbegrenzungskörper 6 dargestellt, wobei insbesondere ersichtlich wird, dass die Welle 8 des Sperrflansches 4 einen quadratischen Querschnitt aufweist, wodurch der Lastbegrenzungskörper 6 mit seiner dazu passend gestalteten Ausnehmung 16 drehfest auf der Welle 8 festgelegt ist. Aus der Detaildarstellung ist auch ersichtlich, dass das Außengewinde 20 ebenso wie das Innengewinde 14 eine Flanke 24, einen Gewindegrund 26 und eine Gewindespitze 28 aufweist.
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In einem normalen Betriebszustand – beispielsweise einer Fahrt ohne Beschleunigung – liegt der Lastbegrenzungskörper 6 in Axialrichtung an dem Rand des Montagebereichs 10 am Zerspanungsbereich 22 des Spulenkörpers 2 an. Wenn nun mittels des nicht dargestellten Gurts eine ausreichend starke Kraft auf die Gurtspule 1 aufgebracht wird – beispielsweise beim Bremsen, wird die Gurtspule über einen nicht dargestellten Blockiermechanismus auf der Seite des Sperrflansches 4 blockiert, wodurch eine weitere Drehung des Spulenkörpers 2 zunächst ausgeschlossen ist. Wenn dann aber – beispielsweise im Crash-Fall – die an der Gurtspule anliegende Kraft weiter ansteigt, wird das Blockiermoment des Spulenkörpers 2 gegenüber dem Sperrflansch 4 überwunden, so dass sich der Spulenkörper 2 relativ zum Sperrflansch 4 kontrolliert verdrehen kann, um zum Zwecke der Kraftbegrenzung Gurtband von der Gurtspule abwickeln zu können.
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Die Gurtspule 1 gemäß der dargestellten Ausführungsform der Erfindung stellt sicher, dass die notwendige Spitzenlastbegrenzung über einen langen Gurtweg verteilt erreicht wird. Wenn das an der Gurtspule durch die Gurtkraft aufgebrachte Drehmoment ausreicht, um den Widerstand (gegen Überwindung der Haftreibung und/oder gegen ein Einschneiden des Außengewindes 20 in den Zerspanungsbereich 22) zu überwinden, kann sich der Spulenkörper 2 trotz blockiertem Sperrflansch 4 weiter drehen und so der Gurtkraft in einem vorbestimmten Umfang nachgeben. Dabei schneidet der Lastbegrenzungskörper 6 mit seinem Außengewinde – ausgehend von seiner Position im Eingriff mit dem Innengewinde 14 ein weitergehendes Gewinde in den Zerspanungsbereich 22 ein (in der Darstellung der 1 in Richtung des am Lastbegrenzungskörper 6 eingezeichneten Pfeils nach rechts).
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Welche Gurtkraft und damit Drehmoment initial und auch im weiteren Verlauf der Kraftbegrenzung aufgebracht werden müssen, kann durch eine entsprechende Ausprägung bestimmter Parameter des Außengewindes 20 und/oder des Zerspanungsbereichs 22 fein eingestellt werden.
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Beispielsweise ist das für eine weitere Drehung des Spulenkörpers 2 nach Blockieren des Sperrflansches 4 notwendige Drehmoment umso höher, je härter das Material des Zerspanungsbereichs 22 ist, je kleiner der Innendurchmesser des Zerspanungsbereichs 22 D12 ist und/oder je größer die Steigung oder die Flankenhöhe des Außengewindes 20 ist. Die gewünschte Einstellung bzw. Kombination der Ausprägungen der genannten Parameter ermöglicht eine über eine weitere Drehung der Gurtspule konstante oder variable Einstellung der vom Fahrzeuginsassen maximal auszuhaltenden Gurtkraft. Insbesondere durch die Anordnung des die Drehmöglichkeit definierenden Gewindes möglichst weit von der Drehachse A der Welle 4 entfernt können die genannten Parameter wegen des damit verbundenen, größeren Eingriffsweges feiner eingestellt werden, als dies bei einer anderen Anordnung des Gewindes der Fall wäre.
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Die Gurtspule 1 der 2 unterscheidet sich im Aufbau von der in 1 gezeigten im Wesentlichen durch einen zweiten Lastbegrenzungskörper 30 mit einem Außengewinde 32, das mit einem zu dem Innengewinde 14 der Gurtspule 2 gegenläufig ausgebildeten Innengewinde 34 in Eingriff steht. Im Fall einer Lastbegrenzung wird der Zerspanungsbereich 22 folglich von der linken und von der rechten Seite zerspant, was in vorteilhafter Weise eine gleichmäßigere Verteilung der bei weiteren Drehungen des Spulenkörpers 2 bei der Lastbegrenzung auftretenden Lagerkräfte zur Folge hat.
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Der Lastbegrenzungskörper 30 liegt am linken Rand seines Montagebereichs 36 am Zerspanungsbereich 22 an. Somit liegt der Zerspannungsbereich 22 zwischen dem Lastbegrenzungskörper 6 und den Lastbegrenzungskörper 30.
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Ansonsten gelten die Erläuterungen bezüglich des Lastbegrenzungskörpers 6 entsprechend auch für den Lastbegrenzungskörper 30, wobei das Außengewinde 20 und das Innengewinde 14 eine Gewindepaarung 19 ausbilden und das Außengewinde 32 und das Innengewinde 34 eine dazu gegenläufige Gewindepaarung 35 ausbilden.
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In 3 ist eine Gurtspule mit einer pyrotechnischen Lastbegrenzung gezeigt. In dieser Ausführungsform weist die Gurtspule 2 einen Druckraum 38 auf, der radial durch die Welle 8 des Sperrflansches 4 und den Spulenkörper 2 begrenzt ist und axial durch den Lastbegrenzungskörper 6 und den Sperrflansch 4 begrenzt ist.
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In dem Druckraum 38 ist ein Festkörper 40 aus einem pyrotechnischen Material, beispielsweise mit einem Nitrocellulose-Material, angeordnet.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel kann das pyrotechnische Material in Abhängigkeit von wenigstens einem Fahrparameter (beispielsweise einer Verzögerung oder einer Drehbeschleunigung) mittels des Zünders 42 gezündet werden, welcher durch die Zündsteuerung 44 über die als gestrichelte Linie dargestellte Zündleitung 46 gezündet werden kann.
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In diesem Fall wirkt die durch das Abbrennen des pyrotechnischen Materials 40 entstehende Druckkraft der axialen Bewegung des Lastbegrenzungskörpers 6 in Pfeilrichtung entgegen, und zwar zum einen aufgrund der Druckkraft und zum anderen aufgrund der durch die Druckkraft ansteigenden Reibung im Gewinde 20. Je nach Höhe des entstehenden Drucks kann eine niedrigere oder höhere verbleibende Haltekraft eingestellt werden.
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In einer nicht dargestellten Ausführungsform ist vorgesehen, dass das pyrotechnische Material 40 durch die Bewegung des Lastbegrenzungskörpers 6 in Pfeilrichtung und dem damit verbundenen Druckaufbau oder die damit verbundene Reibkraft gezündet wird.
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Der Spulenkörper 2 ist auf dem Sperrflansch 4 mittels einer Gleitpassung 48 gelagert, die sowohl einen Verschluss des Druckraums 38 als auch eine Relativdrehung zwischen dem Spulenkörper 2 und dem Sperrflansch 4 bei einem über dem Sperrdrehmoment liegenden Drehmoment ermöglicht.
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Im Ausführungsbeispiel der 4 ist in dem Druckraum 38 ein viskoses Fluid 50, vorzugsweise ein hochviskoses Fluid wie Wachs, Vaseline oder Schmierfett angeordnet.
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Es kann auch eine magnetorheologische Flüssigkeit verwendet werden, deren Viskosität durch ein Magnetfeld geeignet eingestellt werden kann.
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Der Lastbegrenzungskörper 6 weist in diesem Beispiel zwei oder vier als Durchgangsbohrungen ausgebildete Öffnungen 52.1, 52.2 auf, durch die das Viskosefluid 50 aus dem Druckraum entweichen kann.
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Die Viskosität des Fluids 50 ist derart ausgebildet, dass bei einer Anordnung des Lastbegrenzungskörpers 6 an der dargestellten Stelle (= Montageposition) kein Fluid 50 aus den Öffnungen 52 entweicht. Wenn allerdings die Lastbegrenzung der Gurtspule 1 ausgelöst wird und der Lastbegrenzungskörper 6 sich in Pfeilrichtung hin zu dem Sperrflansch bewegt, wird der Druck auf das Fluid 50 erhöht.
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In diesem Fall kann durch die Öffnungen 52 – bestimmt durch deren Geometrie und die Viskosität des Fluids 50 – ein kontrollierter Druckabbau stattfinden, dessen Geschwindigkeit das trotz der Lastbegrenzung verbleibende Haltedrehmoment bestimmt.
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In den in den 3 und 4 dargestellten Ausführungsformen verläuft das Innengewinde 14 an der Innenseite 15 des Spulenkörpers 2 jeweils im Wesentlichen entlang des gesamten Druckraumes 38, sodass eine Lastbegrenzung entlang eines verhältnismäßig großen Gurtweges möglich ist.
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Der in 1 dargestellte Schnitt A-A entspricht auch einem Schnitt durch die Lastbegrenzungskörper 6 der 2 bis 4. In den 2 bis 4 sind nicht alle Bezugszeichen aus der 1 wieder dargestellt; soweit die Gestaltung der Ausführungsformen der 2 bis 4 allerdings nicht von derjenigen der Ausführungsform der 1 abweicht, bezeichnen diese auch entsprechende Partien in den 2 bis 4.
