DE102016122088A1

DE102016122088A1 - Gurtspule

Info

Publication number: DE102016122088A1
Application number: DE102016122088.4A
Authority: DE
Inventors: Steffen Wanner; Wolfgang Holbein; Lukas Bopp
Original assignee: TRW Automotive GmbH
Current assignee: ZF Automotive Germany GmbH
Priority date: 2016-11-17
Filing date: 2016-11-17
Publication date: 2018-05-17
Also published as: CN110177719A; CN110177719B; WO2018091405A1

Abstract

Eine Gurtspule (12) hat einen eine Längsachse (L) aufweisenden Spulenkörper zur Aufnahme von Gurtband und einem konzentrisch zur Längsachse (L) angeordneten, drehfest am Spulenkörper fixierten Bauteil, das eine Mitnahmeverzahnung (22) aufweist, wobei am Bauteil und am Spulenkörper jeweils wenigstens ein Klemmelement (34, 38) angeordnet ist. Die Klemmelemente (34, 38) sind als zueinander komplementäre, in Umfangsrichtung (U) verlaufende Keilflächen (36, 40) ausgebildet, wobei das Bauteil mit dem Spulenkörper mittels einer durch Verdrehen des Bauteils relativ zum Spulenkörper schließbaren Klemmverbindung zwischen den Keilflächen (36, 40) verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Gurtspule für einen Gurtaufroller eines Sicherheitsgurtes, insbesondere in einem Sicherheitsgurtsystem eines Fahrzeugs.
Die Gurtspule kann im Bedarfsfall mit einem Gurtstraffer gekoppelt werden, der die Gurtspule in einer Aufrollrichtung in Rotation versetzt, sodass Gurtband auf der Gurtspule aufgewickelt wird. Hierzu weist die Gurtspule meist eine oder mehrere Mitnahmeverzahnungen auf, die konzentrisch zur Längsachse der Gurtspule angeordnet sind und über die eine Antriebskraft vom Gurtstraffer zur Gurtspule übertragen wird.
Derartige Mitnahmeverzahnungen werden aus fertigungstechnischen Gründen oft nicht einstückig mit der Gurtspule, sondern an separaten Bauteilen ausgebildet, da sie z.B. aus einem hochfesten Material bestehen und oft auch eine komplexe Geometrie aufweisen. Um das Bauteil, das die Mitnahmeverzahnung trägt, an einem Spulenkörper der Gurtspule zu befestigen, werden diese bisher auf eine Achse des Spulenkörpers aufgepresst und gegebenenfalls zusätzlich verstemmt.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Fertigung einer Gurtspule zu vereinfachen und damit kostengünstiger zu gestalten.
Diese Aufgabe wird durch eine Gurtspule mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Erfindungsgemäß hat die Gurtspule einen eine Längsachse aufweisenden Spulenkörper zur Aufnahme von Gurtband und ein konzentrisch zur Längsachse angeordnetes, drehfest am Spulenkörper fixiertes Bauteil, das eine Mitnahmeverzahnung aufweist. Am Bauteil und am Spulenkörper ist jeweils wenigstens ein Klemmelement angeordnet, wobei die Klemmelemente als zueinander komplementäre, in Umfangsrichtung verlaufende Keilflächen ausgebildet sind. Das Bauteil ist mit dem Spulenkörper mittels einer durch Verdrehen des Bauteils relativ zum Spulenkörper schließbaren Klemmverbindung zwischen den Keilflächen verbunden.
Die Klemmverbindung der erfindungsgemäßen Gurtspule stellt dabei jedoch weder einen Bajonettverschluss noch ein Gewinde dar. Die Klemmelemente benötigen im Gegensatz zu derartigen Verbindungen keine axialen Klemmflächen, und die Klemmwirkung erfolgt nur durch einen Flächenkontakt zwischen den Keilflächen in Umfangsrichtung. In Axialrichtung, also entlang der Längsachse, ist die wesentliche Haltekraft zwischen Bauteil und Spulenkörper die durch Reibungskräfte erzeugte Klemmkraft der Klemmverbindung.
Zum Montieren der Mitnahmeverzahnung an der Gurtspule ist es lediglich notwendig, das Bauteil auf den Spulenkörper aufzustecken und anschließend die beiden Komponenten in Schließrichtung der Klemmverbindung gegeneinander zu verdrehen, wobei die Klemmverbindung zugezogen wird. Die Klemmverbindung bildet dabei vorzugsweise die ausschließliche Verbindung zwischen dem Bauteil und dem Spulenkörper, sodass im Normalfall auf eine weitere Fixierung des Bauteils am Spulenkörper beispielsweise durch Verstemmen oder Verkleben verzichtet werden kann. Nach dem Schließen der Klemmverbindung ist das Bauteil bezüglich der Längsachse sowohl bezüglich der Rotationsrichtung als auch bezüglich der Axialrichtung entlang der Längsachse fest fixiert.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass das Bauteil wieder vom Spulenkörper gelöst werden kann, indem Spulenkörper und Bauteil in Gegenrichtung zur Schließrichtung relativ zueinander verdreht werden. Auf diese Weise ist ein getrenntes Recycling der unterschiedlichen Materialien des Bauteils und des Spulenkörpers oder auch ein Austausch der Mitnahmeverzahnung, beispielsweise im Rahmen einer Wartung, problemlos möglich.
Das Bauteil trägt bevorzugt eine Mitnahmeverzahnung für einen reversiblen Gurtstraffer, über die Antriebsenergie vom Gurtstraffer auf die Gurtspule übertragen wird. Die Mitnahmeverzahnung könnte natürlich auch z.B. zur Kopplung mit einem pyrotechnischen Gurtstraffer oder einer anderen Komponente des Gurtaufrollers vorgesehen sein.
Die Kraftübertragung vom Gurtstraffer zur Gurtspule erfolgt normalerweise nur in der Aufrollrichtung, in der Gurtband auf den Spulenkörper aufgewickelt wird. Die Keilflächen sind daher vorteilhaft so angeordnet, dass die Schließrichtung der Klemmverbindung mit dieser Drehrichtung zusammenfällt. Das führt dazu, dass sich die Klemmverbindung bei Aktivierung des Gurtstraffers weiter zuzieht. Auf diese Weise können auch sehr hohe, bei einem Straffprozess wirkende Kräfte ohne Probleme über die Klemmverbindung aufgenommen werden.
Die beiden Keilflächen zusammenwirkender Klemmelemente am Bauteil und am Spulenkörper sind zueinander komplementär ausgebildet, was bedeutet, dass die Steigung der Keilflächen in Radialrichtung entlang der Umfangsrichtung betrachtet für beide in Kontakt kommenden Keilflächen den gleichen Betrag aufweist. Bei geschlossener Klemmverbindung liegen die Klemmelemente vorteilhaft flächig über große Abschnitte des Umfangs aneinander an, um eine hohe Klemmkraft durch Reibungskräfte zu erzeugen.
Bevorzugt beschreibt jede Keilfläche entlang der Umfangsrichtung eine Spirale bezüglich der Längsachse. Die Spirale kann insbesondere eine logarithmische Spirale sein. Über die Steigung der Spirale lässt sich auf einfache Weise die erzielte Klemmkraft einstellen. Eine Keilfläche erstreckt sich dabei in Umfangsrichtung maximal knapp unter 360°. Sind mehrere Klemmelemente am Bauteil bzw. am Spulenkörper vorgesehen, erstrecken sich allen Keilflächen zusammen am Bauteil bzw. am Spulenkörper über maximal knapp unter 360°. Verschiedene Keilflächen überlappen dabei in axialer Richtung betrachtet nicht, sodass die Spirale keine axiale Komponente aufweist, also nicht die Form eines Gewindes hat.
Die Keilflächen erstrecken sich insbesondere mit unveränderter Geometrie bezüglich der Umfangsrichtung in Axialrichtung, d.h. entlang der Längsachse, über einen Klemmbereich, in dem die Keilflächen des Spulenkörpers und des Bauteils flächig in Anlage sind, um eine ausreichende Klemmkraft zu erzeugen. Der Klemmbereich ist beispielsweise etwa 2 bis 25 mm lang.
Die Erfindung bietet somit auch die Möglichkeit eines Ausgleichs von axialen Toleranzen zwischen dem Spulenkörper und dem Bauteil. Hierzu werden das Bauteil und der Spulenkörper ineinandergesteckt und im Rahmen des Klemmbereichs axial so weit gegeneinander verschoben, bis ihre gewünschte Relativposition erreicht ist, bevor die Klemmverbindung geschlossen wird.
Vorzugsweise weist das Bauteil oder der Spulenkörper eine Ausnehmung mit einer inneren Umfangswand auf, an der wenigstens ein Klemmelement angeordnet ist und der Spulenkörper oder das Bauteil weist eine äußere Umfangswand auf, an der wenigstens ein komplementäres Klemmelement angeordnet ist.
Die Klemmelemente und damit auch die Keilflächen sind vorzugsweise einstückig jeweils mit dem Spulenkörper und dem Bauteil an der jeweiligen (inneren bzw. äußeren) Umfangswand ausgebildet. Jede der Keilflächen der Klemmverbindung bildet dabei vorteilhaft eine radiale Innenfläche oder eine radiale Außenfläche, abhängig davon, ob die Keilfläche am Spulenkörper oder am Bauteil angeordnet ist. Diese radialen Flächen liegen flächig aneinander an, was die Klemmkraft erzeugt.
Vorzugsweise nehmen die Keilflächen aller Klemmelemente am Bauteil bzw. am Spulenkörper jeweils ein Großteil der Umfangsfläche der jeweiligen Komponente ein.
Der Klemmbereich, in dem die Keilflächen flächig aneinander liegen, umfasst jeweils zumindest einen axialen Abschnitt der Umfangswände.
Im Klemmbereich bilden die Umfangsflächen am Bauteil und am Spulenkörper, an denen die Keilflächen liegen, vorzugsweise Zylinderflächen mit einem unveränderten Querschnitt entlang der Axialrichtung über den gesamten Klemmbereich.
Eine kreisförmige Umhüllende entlang der Umfangsrichtung in einem Querschnitt senkrecht zur Längsachse der jeweiligen Umfangswand liegt insbesondere konzentrisch zur Längsachse.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist am Bauteil und am Spulenkörper jeweils nur ein einziges Klemmelement mit einer einzigen Keilfläche vorgesehen. Es können aber auch mehrere, insbesondere zwei oder drei, Klemmelemente mit jeweils einer einzigen Keilfläche am Bauteil sowie am Spulenkörper vorgesehen sein, die in Umfangsrichtung um die Längsachse herum verteilt angeordnet sind. Bei der Verwendung eines einzigen Klemmelements läuft dessen Keilfläche bevorzugt um fast 360° in Umfangsrichtung um. Bei der Verwendung von zwei Klemmelementen läuft vorzugsweise jede der Keilflächen um fast 180° in Umfangsrichtung um und bei der Verwendung von drei Klemmelementen läuft dementsprechend vorzugsweise jede der Keilflächen um fast 120° um, sodass die gesamte Umfangslänge für die Keilflächen ausgenutzt werden kann. Es ist auch denkbar, mehr als drei Klemmelemente vorzusehen. Generell lässt sich mit einer Erhöhung der Anzahl der Keilflächen eine ausgewogenere Zentrierung und Verteilung der Momente bewirken, während die Verwendung einer geringeren Anzahl von Keilflächen ermöglicht, jeder einzelnen Keilfläche einen flacheren Steigungswinkel zu verleihen und damit eine bessere Klemmwirkung zu erzielen. Die exakte Ausbildung der Klemmverbindung bezüglich der Länge der Keilflächen in Umfangsrichtung und der über den Umfang verteilten Anzahl von Klemmelementen und Keilflächen liegt im Ermessen des Fachmanns.
Da im Normalfall die Mitnahmeverzahnung aus einem härteren Material als der Spulenkörper gefertigt ist, ist es oft vorteilhaft, das gesamte Bauteil aus diesem Material herzustellen, sodass das Bauteil aus einem härteren Material als der Spulenkörper besteht. Dabei kann es günstig sein, das gesamte Bauteil einstückig inklusive der Mitnahmeverzahnung herzustellen. Aufgrund der Unterschiede in der Materialhärte kann es vorkommen, dass sich die Keilfläche am Bauteil teilweise in die Keilfläche am Spulenkörper eingräbt, wodurch der Formschluss verbessert wird. Die Haupthaltekraft der Fixierung des Bauteils am Spulenkörper wird aber auch in diesem Fall nach wie vor über die Reibungskraft der flächig aneinander liegenden Keilflächen und nicht durch eine Bildung von axialen Stufen erreicht.
In einer zweiten Funktion neben der Befestigung einer Mitnahmeverzahnung am Spulenkörper kann das Bauteil dazu genutzt werden, einen Lagerstift, der ein endseitiges Lager der Gurtspule für die Rotation der Gurtspule um ihre Längsachse bildet, an der Gurtspule zu fixieren.
Eine erste Möglichkeit besteht darin, am Spulenkörper konzentrisch mit der Längsachse einen Lagerstift vorzusehen, wobei das Schließen der Klemmverbindung eine Fixierung des Lagerstifts am Spulenkörper verstärkt. Der Lagerstift wird in diesem Fall direkt am Spulenkörper montiert.
Beispielsweise kann der Lagerstift zunächst in eine Aufnahmeöffnung am Spulenkörper eingesteckt werden. Beim Festziehen der Klemmverbindung zwischen dem Bauteil und dem Spulenkörper wirkt dann eine Kraft auf den Rand dieser Aufnahmeöffnung, die den Rand der Aufnahmeöffnung um den Lagerstift zusammendrückt und so die Fixierungskraft auf den Lagerstift erhöht. In diesem Fall ist es auch vorteilhaft, wenn das Bauteil aus einem härteren Material als der Spulenkörper besteht, um eine ausreichende Verformung des Rands der Öffnung im Spulenkörper sicherzustellen. Auf eine zusätzliche Klebeverbindung, beispielsweise durch vorher auf den Lagerstift aufgebrachte mikroverkapselte Klebstoffe kann normalerweise verzichtet werden.
Der Lagerstift kann gegebenenfalls zunächst in die Aufnahmeöffnung eingepresst werden, wobei eine relativ niedrige Presskraft verwendet werden kann, die es gestattet, die Einschubtiefe des Lagerstifts gezielt festzulegen, beispielsweise um axiale Toleranzen auszugleichen. Bei dieser Positionierung des Lagerstifts wird dieser im Wesentlichen nicht verformt. Erst durch das Festziehen der Klemmverbindung, indem die Keilflächen des Spulenkörpers und des Bauteils gegeneinander verdreht werden, wird das Material des Spulenkörpers in Radialrichtung um den Lagerstift herum zusammengedrückt, wodurch die Fixierkraft auf den Lagerstift gegenüber dem Zustand direkt nach dem Einpressen deutlich erhöht wird. Da die Klemmverbindung rein durch radiale Kräfte geschlossen wird, wirken keine axialen Kräfte auf den Lagerstift entlang der Längsachse, sodass dieser in Axialrichtung nicht mehr verschoben wird.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, den Lagerstift am Bauteil vorzusehen, wo er konzentrisch mit der Längsachse angeordnet ist und dann den Lagerstift über die Klemmverbindung des Bauteils am Spulenkörper am Spulenkörper zu fixieren. Vorzugsweise ist der Lagerstift in diesem Fall einstückig mit dem Bauteil ausgebildet. Durch das Festziehen der Klemmverbindung wird gleichzeitig auch der Lagerstift montiert und dabei automatisch aufgrund der zentrierend wirkenden Klemmverbindung korrekt auf die Längsachse zentriert.
Die exakte axiale Positionierung des Lagerstifts lässt sich durch Justieren der axialen Position des Bauteils bezüglich des Spulenkörpers vor dem Festziehen der Klemmverbindung erreichen, indem die Keilflächen im Klemmbereich axial leicht gegeneinander verschoben werden, bis die gewünschte axiale Position des Lagerstifts erreicht ist. Erst dann wird durch eine reine Drehbewegung die Klemmverbindung festgezogen und somit das Bauteil und auch gleichzeitig der Lagerstift am Spulenkörper fixiert. Insbesondere in diesem Fall bildet das Bauteil eines der Längsenden der fertigen Gurtspule.
Die Umfangsrichtung und die Radialrichtung, soweit sie in dieser Anmeldung verwendet werden, beziehen sich stets auf die Längsachse des Spulenkörpers und damit auch der kompletten Gurtspule.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:

1 eine schematische perspektivische Darstellung eines Gurtaufrollers mit einer erfindungsgemäßen Gurtspule;
2 und 3 verschiedene Ausführungen erfindungsgemäßer Gurtspulen;
4 eine schematische Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Gurtspule im Bereich einer Kupplung, die einen Gurtstraffer mit einer Mitnahmeverzahnung der Gurtspule verbinden kann;
5 einen vergrößerten Ausschnitt aus 4;
6 und 7 zwei verschiedene Varianten der in der erfindungsgemäßen Gurtspule eingesetzten Klemmverbindung mit zwei bzw. einer Keilfläche; und
8 bis 11 verschiedene Ansichten eines Bauteils zur Verbindung mit dem Spulenkörper bei einer erfindungsgemäßen Gurtspule.

1 zeigt einen Gurtaufroller 10, der eine Gurtspule 12 aufweist, die von einem in den Gurtaufroller 10 integrierten reversiblen Gurtstraffer 14 sowie von einem pyrotechnischen Gurtstraffer 16 zum Einziehen von Gurtband in Rotation in Aufrollrichtung R versetzt werden kann. Das Gurtband wird in einem mittleren Abschnitt 17 eines Spulenkörpers 18 der Gurtspule 12 aufgewickelt (siehe auch 2 bis 4).
Die Gurtstraffer 14, 16 liefern ein Drehmoment, das über an der Gurtspule 12 drehfest fixierte Mitnahmeverzahnungen 20, 22 auf die Gurtspule 12 übertragen wird, sodass diese in Rotation versetzt wird. In diesem Beispiel ist die Mitnahmeverzahnung 20 dem pyrotechnischen Gurtstraffer 16 zugeordnet, während die Mitnahmeverzahnung 22 mit dem reversiblen Gurtstraffer 14 gekoppelt werden kann.
Die Kopplung des reversiblen Gurtstraffers 14 mit der Gurtspule 12 erfolgt über eine Kupplung 24 (näher dargestellt in 4). Generell folgt die Kupplung 24 dem bekannten Prinzip, dass bei beginnender Rotation eines Antriebselements 25, das durch den reversiblen Gurtstraffer 14 angetrieben wird, eine Kupplungsklinke 26 der Kupplung 24, die am Antriebselement 25 angeordnet ist, radial nach innen geschwenkt wird, bis sie in die Mitnahmeverzahnung 22 an der Gurtspule 12 eingreift und so eine Kopplung in Aufrollrichtung R bewirkt. Die genaue Ausbildung der Kupplung 24 kann in das Ermessen des Fachmanns gestellt werden, sie ist für die vorliegende Erfindung nicht von Belang.
Die Mitnahmeverzahnung 22 ist an einem Bauteil 28 angeordnet, das über eine Klemmverbindung 30 mit dem Spulenkörper 18 drehfest und in axialer Richtung, also entlang der Längsachse L der Gurtspule 12, unverschieblich verbunden ist.
Die hier beschriebene Klemmverbindung 30 kann bei unterschiedlich ausgebildeten Gurtspulen 12 unter anderem zur Befestigung einer Mitnahmeverzahnung eingesetzt werden. Zwei Beispiele sind in den 2 und 3 gezeigt.
Das Bauteil 28 bildet hier ein Längsende (in den 2 und 3 jeweils das rechte Längsende) der Gurtspule 12.
Die Klemmverbindung 30 zwischen dem Bauteil 28 und dem Spulenkörper 18 ist durch ein oder mehrere Klemmelemente 34 am Bauteil 28 und einem oder mehreren komplementären Klemmelementen 38 am Spulenkörper 18 gebildet, wobei jedes der Klemmelemente 34, 38 jeweils eine einzige Keilfläche 36, 40 aufweist und die Keilfläche 36 jeweils eine zur Keilfläche 40 komplementäre Form hat.
In dem in den 4 und 5 sowie 8 bis 11 gezeigten Beispiel sind jeweils drei Klemmelemente 34, 38 mit jeweils einer einzigen Keilflächen 36, 40 vorgesehen. Die Keilflächen 36, 40 sind jeweils am Bauteil 28 und am Spulenkörper 18 gleichermaßen entlang der Umfangsrichtung U um die Längsachse L verteilt platziert.
Die Zahl der Klemmelemente 34, 38 ist variabel. In den 6 und 7 sind Beispiele gezeigt, bei denen genau zwei bzw. nur ein einziges Klemmelement 34, 38 jeweils am Bauteil 28 und am Spulenkörper 18 vorgesehen ist. Die Anzahl der Klemmelemente 34, 38 ist jedoch stets am Bauteil 28 und am Spulenkörper 18 gleich gewählt und auch die Verteilung der Keilflächen 36, 40 entlang der Umfangsrichtung U stimmt an beiden dieser Komponenten überein.
In diesem Beispiel weist das Bauteil 28 eine zentrale Ausnehmung 42 auf (gut zu erkennen in 8), die eine innere Umfangswand 44 definiert. Die Klemmelemente 34 sind einstückig mit der Umfangswand 44 ausgebildet. Die Keilflächen 36 der Klemmelemente 34 bilden radiale Innenflächen, die den wesentlichen Teil der Umfangswand 44 einnehmen.
Der Spulenkörper 18 weist hier einen Vorsprung in der Nähe des rechten axialen Endes auf, an dem eine äußere Umfangswand ausgebildet ist, die die Klemmelemente 38 trägt (nicht näher dargestellt). Die zu den Keilflächen 36 komplementären Keilflächen 40 bilden radiale Außenflächen, die den Großteil der Umfangswand des Vorsprungs einnehmen.
Natürlich wäre es auch möglich, die Konfiguration umzudrehen und am Spulenkörper 18 eine Ausnehmung vorzusehen, in die ein Vorsprung des Bauteils 28 gesteckt wird. Das Wirkungsprinzip der Klemmverbindung 30 wäre hier identisch verwirklicht.
Jede der Keilflächen 36, 40 endet entlang der Umfangsrichtung U in einer radialen Stufe 46, in der sich die radiale Ausdehnung der jeweiligen Keilfläche 36, 40 sprunghaft ändert. In diesem Beispiel beginnen alle Keilflächen 36, 40 unmittelbar nach einer radialen Stufe 46.
Bei allen Keilflächen 36, 40 ist die Keilform rein entlang der Umfangsrichtung U ausgebildet und nicht entlang der Längsachse L. Entlang des Umfangs U erhöht sich der Betrag der radialen Abmessung d₁, d₂ der jeweiligen Keilfläche 36, 40 bis zu radialen Stufe 46, an der sie ihre maximale Abmessung erreicht.
Jedes der Klemmelemente 34, 38 und jede der Keilflächen 36, 40 erstreckt sich in Axialrichtung, also entlang der Längsachse L, über einen Klemmbereich 48 (siehe auch 8 und 9), der eine Abmessung von etwa 2 bis 25 mm hat.
In diesem Klemmbereich 48 liegen die durch die Keilflächen 36, 40 gebildeten radialen Innenflächen bzw. radialen Außenflächen bei geschlossener Klemmverbindung 30 flächig aneinander an.
Die Umfangswände am Bauteil 28 und am Spulenkörper haben jeweils im Klemmbereich 48 die Form einer Zylinderfläche, das bedeutet, dass sich der Querschnitt der Umfangsflächen entlang der Längsachse L im Klemmbereich 48 nicht verändert.
Die Klemmbereiche 48 am Bauteil 28 und am Spulenkörper 18 sind hier in etwa gleich lang gewählt.
Die Klemmelemente 38 und damit die Keilfläche 40 am Spulenkörper 18 haben eine komplementäre Form zu den Klemmelementen 34 und deren Keilflächen 36 am Bauteil 28. Die Keilflächen 40 haben dieselbe Krümmung und die Dicke d₂ über den Umfang U folgt derselben Steigung wie die Dicke d₁ der Keilflächen 36, jedoch mit umgekehrtem Betrag, da die Keilflächen 40 radial nach außen gerichtet sind, während die Keilflächen 36 radial nach innen weisen.
Alle Keilflächen 36, 40 beschreiben hier logarithmische Spiralen, wobei die Steigung der Spirale, also die Zunahme der Dicke d₁, d₂ über den Umfang U an den jeweiligen Anwendungszweck und die zu erzielende Klemmkraft anpassbar ist.
Für das in den 4 und 5 gezeigte Beispiel bedeutet dies, dass jede der Keilflächen 36, 40 in Umfangsrichtung U einen Winkel von knapp 120° beschreibt, und somit praktisch die gesamte Umfangsfläche der inneren Umfangswand 44 und der äußeren Umfangswand am Spulenkörper 18 an der Klemmverbindung 30 beteiligt ist.
Zum Schließen der Klemmverbindung 30 wird das Bauteil 28 auf das axiale Ende des Spulenkörpers 18 aufgeschoben, wie in 5 dargestellt, wobei die Klemmelemente 34, 38 so positioniert sind, dass sie radiales Spiel zu ihren komplementären Klemmelementen 38, 34 haben.
Jetzt kann eine axiale Position des Bauteils 28 bezüglich des Spulenkörpers 18 eingestellt werden, in dem innerhalb der Klemmbereiche 48 das Bauteil 28 gegenüber dem Spulenkörper 18 entlang der Längsachse L verschoben wird.
Die Klemmbereiche 48 im Bauteil 28 und am Spulenkörper 18 sind lang genug gewählt, sodass eine Justierung zum Ausgleich von Toleranzen im Millimeterbereich möglich ist, wobei grundsätzlich immer genügend Flächenkontakt zwischen den Keilflächen 36, 40 verbleibt, um eine ausreichende Klemmkraft in der Klemmverbindung 30 sicherzustellen.
Ist die gewünschte Position erreicht, werden das Bauteil 28 und der Spulenkörper 18 relativ zueinander entlang der Umfangsrichtung U verdreht, wobei das Bauteil 28 in Rotationsrichtung R um die Längsachse L gedreht wird. Dabei zieht sich die Klemmverbindung 30 zu, während die Keilflächen 36, 40 aneinander gleiten.
Das Bauteil 28 und der Spulenkörper 18 werden dabei in einer Umfangsposition zusammengesetzt, in der die radialen Stufen 46 ausreichend voneinander beabstandet sind, also in einer Position, in der ausreichend radiales Spiel zwischen den Keilflächen 36, 40 besteht, um beim Aufstecken des Bauteils 28 auf den Spulenkörper 18 keine übermäßigen Reibungskräfte zu erzeugen.
Nach dem Schließen der Klemmverbindung 30 ist das Bauteil 28 in Umfangsrichtung U vor allem bezüglich der Rotationsrichtung R drehfest mit dem Spulenkörper 18 verbunden. Außerdem ist das Bauteil 28 in Axialrichtung, also entlang der Längsachse L, durch die Reibungskraft der Klemmverbindung 30 fest mit dem Spulenkörper 18 verbunden.
Es ist möglich, das Bauteil 28 aus einem härteren Material zu fertigen als den Spulenkörper 18. Wenn das Bauteil 28 einstückig gefertigt ist, führt dies dazu, dass die Klemmelemente 34 härter sind als die Klemmelemente 38 am Spulenkörper 18. In diesem Fall kann es sein, dass beim Festziehen der Klemmverbindung 30 eine gewisse Verformung der radialen Außenfläche am Spulenkörper 18 auftritt, wodurch sich der Formschluss zwischen den Keilflächen 36, 40 verstärkt, da sich die Klemmelemente 38 sozusagen ein wenig in die radiale Außenfläche am Spulenkörper 18 eingraben. Hierdurch verstärkt sich der Formschluss zwischen den Keilflächen 36, 40.
Generell gilt, dass bei geschlossener Klemmverbindung 30 die Keilflächen 36, 40 flächig über den größten Bereich des Umfangs U sowie über den größten Bereich der Klemmbereiche 48 flächig aneinander anliegen.
Während im gerade beschriebenen Beispiel drei Klemmelemente 34, 38 am Bauteil 28 und am Spulenkörper 18 vorgesehen sind, sind im Beispiel der 6 lediglich zwei Klemmelemente 34, 38 mit jeweils einer einzigen Keilfläche 36, 40 vorgesehen. Entsprechend erstreckt sich jede der Keilflächen 36, 40 über einen Winkel von fast 180° in Umfangsrichtung U. Die Steigung der Keilflächen 36, 40 entlang der Umfangsrichtung U ist hier geringer gewählt als beim vorherigen Beispiel, während die maximale Abmessung der Dicken d₁, d₂ der beiden Klemmelemente 34, 38 gleich gewählt ist.
7 zeigt ein Beispiel, bei dem jeweils nur ein einziges Klemmelement 34, 38 am Bauteil 28 und am Spulenkörper 18 mit jeweils einer einzigen Keilfläche 36, 40 vorgesehen ist, wobei sich die Keilflächen 36, 40 jeweils über nahezu 360° entlang der Umfangsrichtung U erstreckt. Auch hier sind die maximalen Abmessungen der Dicke d₁, d₂ gleich wie im ersten beschriebenen Beispiel, wodurch die Steigung der Keilflächen 36, 40 entlang der Umfangsrichtung U gegenüber dem Beispiel der 6 weiter verringert ist.
Generell könnten auch mehr als drei Klemmelemente vorgesehen sein. Im Prinzip gilt, dass sich mit steigender Anzahl von Keilflächen die Zentrierung des Bauteils 28 bezüglich der Längsachse L sowie die Verteilung der auftretenden Momente verbessern lässt, während bei einer Reduzierung der Anzahl der Keilflächen eine stärkere Klemmwirkung erzielbar ist.
Genau wie die maximalen Abmessungen der Dicken d₁, d₂ sowie die Steigung der Keilflächen 36, 40 liegt die Wahl der Anzahl der Klemmelemente 34, 38 im Ermessen des Fachmanns.
An dem axialen Ende, an dem das Bauteil 28 liegt, weist die Gurtspule 12 einen Lagerstift 50 auf, der entlang der Längsachse L verläuft und über den das in den Figuren rechtsseitige Ende der Gurtspule 12 für eine Rotation um die Längsachse L gelagert werden kann.
In einer ersten Variante wird der Lagerstift 50 in eine entlang der Längsachse L verlaufende Aufnahmeöffnung 52 im Spulenkörper 18 eingesetzt (angedeutet in 5), beispielsweise durch ein Einpressen mit geringer Kraft, wobei eine axiale Position des Lagerstifts 50 exakt festgelegt wird.
Das Bauteil 28 weist in diesem Fall eine stirnseitige Öffnung auf, durch die der Lagerstift 50 hindurch ragt, wenn das Bauteil 28 auf den Spulenkörper 18 aufgesteckt wird. Dabei wird die axiale Position des Lagerstifts 50 nicht verändert. Nachdem die Mitnahmeverzahnung 22 am Bauteil 28 ebenfalls bezüglich der Längsachse L in ihre gewünschte Position gebracht wurde, wird die Klemmverbindung 30 festgezogen. Insbesondere, wenn das Bauteil 28 aus einem härteren Material besteht als der Spulenkörper 18, wird beim Festziehen der Klemmverbindung 30 auch der Rand der Aufnahmeöffnung 52, in die der Lagerstift 50 eingesetzt ist, verformt, wobei Material radial nach innen gedrückt wird, sodass der Lagerstift 50 fest umschlossen wird. Durch das Festziehen der Klemmverbindung 30 wird also gleichzeitig der Lagerstift 50 vollständig und endgültig an der Gurtspule 12 fixiert.
In einer anderen Variante, die in den 8 bis 11 dargestellt ist, ist der Lagerstift 50 einstückig mit dem Bauteil 28 ausgebildet und bildet dessen rechtsseitiges Ende in 8. In diesem Fall wird beim Schließen der Klemmverbindung 30 gleichzeitig automatisch der Lagerstift 50 an der Gurtspule 12 montiert. Die axiale Position des Lagerstifts 50 wird gleichzeitig mit der Festlegung der exakten axialen Position der Mitnahmeverzahnung 22 durch Verändern der axialen Position des Bauteils 28 bezüglich des Spulenkörpers 18 vor Schließen der Klemmverbindung 30 festgelegt.
Falls die Mitnahmeverzahnung 22 ausgetauscht werden soll oder die Gurtspule 12 zum Recycling in ihre einzelnen Komponenten zerlegt werden soll, lässt sich das Bauteil 28 vom Spulenkörper 18 entfernen, indem die Klemmverbindung 30 entgegen der Aufrollrichtung R gelöst wird. Bei einer Krafteinwirkung in Aufrollrichtung R gleiten die Keilflächen 36, 40 hingegen so aneinander, dass sich durch die zunehmende Steigung der zusammenwirkenden Keilflächen 36, 40 die Klemmverbindung 30 weiter zuzieht und sich somit die Klemmkraft erhöht.

Claims

Gurtspule (12) mit einem eine Längsachse (L) aufweisenden Spulenkörper (18) zur Aufnahme von Gurtband und einem konzentrisch zur Längsachse (L) angeordneten, drehfest am Spulenkörper (18) fixierten Bauteil (28), das eine Mitnahmeverzahnung (22) aufweist, wobei am Bauteil (28) und am Spulenkörper (18) jeweils wenigstens ein Klemmelement (34, 38) angeordnet ist, wobei die Klemmelemente (34, 38) als zueinander komplementäre, in Umfangsrichtung (U) verlaufende Keilflächen (36, 40) ausgebildet sind, wobei das Bauteil (28) mit dem Spulenkörper (18) mittels einer durch Verdrehen des Bauteils (28) relativ zum Spulenkörper (18) schließbaren Klemmverbindung (30) zwischen den Keilflächen (36, 40) verbunden ist.
Gurtspule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Keilfläche (36, 40) entlang der Umfangsrichtung (U) eine Spirale bezüglich der Längsachse (L) beschreibt, insbesondere eine logarithmische Spirale.
Gurtspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Keilflächen (36; 40) mit unveränderter Geometrie bezüglich der Umfangsrichtung (U) entlang der Längsachse (L) über einen Klemmbereich (48) erstrecken, in dem die Keilflächen (36) des Bauteils (28) und die Keilflächen (40) des Spulenkörpers (18) flächig in Anlage sind, wobei der Klemmbereich (48) insbesondere ca. 2 bis 25 mm lang ist.
Gurtspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (28) oder der Spulenkörper (18) eine Ausnehmung (42) mit einer inneren Umfangswand (44) aufweist, an der wenigstens ein Klemmelement (34) angeordnet ist, und der Spulenkörper (18) oder das Bauteil (28) eine äußere Umfangswand aufweist, an der wenigstens ein komplementäres Klemmelement (38) angeordnet ist.
Gurtspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Umfangsrichtung (U) um die Längsachse (L) herum verteilt jeweils mehrere, insbesondere zwei oder drei, Klemmelemente (34, 38) am Bauteil (28) und am Spulenkörper (18) vorgesehen sind.
Gurtspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (28) aus einem härteren Material besteht als der Spulenkörper (18).
Gurtspule nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass konzentrisch mit der Längsachse (L) ein Lagerstift (50) am Spulenkörper (18) vorgesehen ist, und das Schließen der Klemmverbindung (30) eine Fixierung des Lagerstifts (50) am Spulenkörper (18) verstärkt.
Gurtspule nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerstift (50) in eine Aufnahmeöffnung (52) am Spulenkörper (18) eingesteckt ist und beim Festziehen der Klemmverbindung (30) eine Kraft auf den Rand der Aufnahmeöffnung (52) wirkt, die den Rand der Aufnahmeöffnung (52) um den Lagerstift (50) zusammendrückt.
Gurtspule nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass konzentrisch mit der Längsachse (L) ein Lagerstift (50) am Bauteil (28) vorgesehen ist.
Gurtspule nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerstift (50) einstückig mit dem Bauteil (28) ausgebildet ist.