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Die Erfindung betrifft einen Umlenkbeschlag für einen Fahrzeugsicherheitsgurt. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Fahrzeuginsassenrückhaltesystem mit einem Umlenkbeschlag.
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In Fahrzeuginsassenrückhaltesystemen kommen typischerweise Dreipunktgurte zur Anwendung. Diese bestehen in der Regel aus einem Gurtaufroller, einem Gurtschloss, einem Umlenkbeschlag und einem Sicherheitsgurt, welcher vom Gurtaufroller über den Umlenkbeschlag zum Gurtschloss geführt ist.
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Der Gurtaufroller dient bei einem Unfall dem Schutz des Insassen. Durch Reduzierung der Gurtlose, beispielsweise mittels eines elektrischen oder pyrotechnischen Gurtstraffers, gewährleistet er eine frühe Anbindung des Fahrzeuginsassen an den Sitz und damit an die Fahrzeugverzögerung. Häufig verfügen Gurtaufroller außerdem über eine Kraftbegrenzung, die im Falle einer hohen Zugkraft am Sicherheitsgurt durch gezielte Gurtausgabe einen kontrollierten Kraftabbau ermöglicht. Bei üblichen Umlenkbeschlägen wird eine feststehende Umlenkfläche verwendet, über die der Sicherheitsgurt rutscht. Daher ergeben sich beim Abziehen des Sicherheitsgurtes vom Gurtaufroller und beim Aufwickeln hohe Reibungsverluste am Umlenkbeschlag.
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Durch die Reibverluste müssen am Gurtaufroller hohe Straffkräfte aufgewendet werden, um eine gewünschte Anbindung des Fahrzeuginsassen, insbesondere eine ausreichend hohe Schulterkraft zu gewährleisten. Dies bedingt den Einsatz von entsprechend ausgelegten schweren und teuren Aktoren und Getrieben.
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Bei unfallbedingten Bremsverzögerungen wirken sich die hohen Reibungsverluste am Umlenkbeschlag dagegen positiv aus, da sie Belastungen am Gurtaufroller reduzieren und entsprechende Kraftbegrenzersysteme auf geringere Kräfte/Momente ausgelegt werden können. Dies ist insbesondere vorteilhaft in Bezug auf Kosten und Gewicht der Komponenten.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein System zu schaffen, welches die oben skizzierten Vorteile der Reibverluste am Umlenkbeschlag im Falle eines Unfalles ausnutzt, ohne dabei den Nachteilen, insbesondere der Notwendigkeit, hohe Straffkräfte zu einer sicheren Fahrzeuginsassenanbindung aufbringen zu müssen, unterlegen zu sein.
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Die Aufgabe wird gelöst durch einen Umlenkbeschlag für einen Fahrzeugsicherheitsgurt, aufweisend ein Halteelement, eine bezüglich des Halteelementes drehbar gelagerte, starre Umlenkrolle und eine der Umlenkrolle zugeordnete Rücklaufsperre, welche die Umlenkrolle in einer ersten Drehrichtung gegen das Halteelement fixiert. So kann, beispielsweise nach Anschnall- oder Abschnallvorgängen oder bei der Gurtstraffung loser Sicherheitsgurt vom Gurtaufroller eingezogen werden, wobei es durch eine Drehung der Umlenkrolle im Umlenkbeschlag nur zu sehr geringen Rollreibverlusten kommt. Im Falle von unfallbedingten Bremsverzögerungen wird die Umlenkrolle jedoch durch die Rücklaufsperre blockiert, wodurch der Sicherheitsgurt sich nur noch unter hohen Gleitreibungsverlusten relativ zur Umlenkrolle bewegen kann. Dadurch wird die Belastung am Gurtaufroller verringert. Durch die verringerte benötigte Zugkraft beim Gurteinzug sowie die geringere Belastung beim Gurtauszug kann der Gurtaufroller kleiner, leichter und kostengünstiger ausgelegt werden, ohne dabei die Sicherheit der Fahrzeuginsassen zu beeinträchtigen.
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In einer Ausführungsform der Erfindung umfasst die Umlenkrolle eine Beschichtung, die einen Reibungskoeffizienten der Umlenkrolle erhöht. Dadurch können im Falle eines Unfalles die Reibungsverluste zwischen dem Sicherheitsgurt und dem Umlenkbeschlag erhöht und die mechanischen Belastungen am Gurtaufroller reduziert werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Rücklaufsperre ein bewegbares Klemmelement auf. Besonders bevorzugt weist die Rücklaufsperre weiterhin ein Federelement auf, welches das Klemmelement in eine Klemmposition beaufschlagt. Diese konstruktiv einfache Ausführung gewährleistet eine niedrige Fehleranfälligkeit und ermöglicht eine kostengünstige Herstellung des Umlenkbeschlages.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung sieht vor, dass das Klemmelement mit einer Außenfläche der Umlenkrolle zusammenwirkt. Bei der Anordnung des Klemmelementes an der Außenfläche, insbesondere Mantelfläche, besitzt das Klemmelement den größtmöglichen Abstand zur Mitte der Umlenkrolle. So kann bei einer vorgegebenen Klemmkraft ein maximales Moment genutzt werden, um die Umlenkrolle gegen das Halteelement zu fixieren.
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Weiterhin kann das Klemmelement mit einer Stirn- und/oder Innenfläche der Umlenkrolle zusammenwirken. Dies ermöglicht eine konstruktiv einfache Unterbringung des Klemmelementes, beispielsweise in einer Aussparung des Halteelementes.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst der Umlenkbeschlag ein Umlenkrollenlager, wobei die Umlenkrolle an mindestens einer Stirnseite eine Aussparung aufweist, in welcher das Umlenkrollenlager angeordnet ist. Dies ermöglicht eine besonders platzsparende Bauweise.
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Vorzugsweise ist die Rücklaufsperre in der Aussparung angeordnet. Auch dies trägt einer platzsparenden Bauweise bei. Ferner kann die starre Umlenkrolle das in der Aussparung angeordneten Umlenkrollenlager sowie die Rücklaufsperre vor äußeren Umwelteinflüssen und Krafteinwirkungen schützen.
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Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Fahrzeuginsassenrückhaltesystem, aufweisend einen erfindungsgemäßen Umlenkbeschlag, einen Gurtaufroller und einen vom Gurtaufroller zum Umlenkbeschlag verlaufenden Sicherheitsgurt, wobei die Rücklaufsperre des Umlenkbeschlages die Umlenkrolle des Umlenkbeschlages in einer Gurtauszugsrichtung des Gurtaufrollers gegen das Halteelement fixiert. Die Vorteile, die zum Umlenkbeschlag diskutiert wurden, gelten selbstverständlich auch für das Fahrzeuginsassenrückhaltesystem.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Gurtaufroller einen Elektromotor auf. Dieser ermöglicht eine automatische Gurtstraffung, wobei eine zum Aufrollen benötigte elektrische Leistung durch die geringen Reibungsverluste im Umlenkbeschlag im Vergleich zu konventionellen Systemen geringer ausfällt.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie aus den beigefügten Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
- - 1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeuginsassenrückhaltesystems;
- - 2 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines Umlenkbeschlages mit einer Umlenkrolle und einer Rücklaufsperre in einem Längsschnitt;
- - 3 eine schematische Darstellung des in 2 gezeigten Umlenkbeschlages in einem Querschnitt;
- - 4 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines Umlenkbeschlages mit einer Umlenkrolle und einer Rücklaufsperre in einem Querschnitt;
- - 5 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform eines Umlenkbeschlages mit einer Umlenkrolle und einer Rücklaufsperre in einem Längsschnitt;
- - 6 eine schematische Darstellung des in 5 gezeigten Umlenkbeschlages in einem Querschnitt;
- - 7 eine schematische Darstellung einer bei einem Unfall auf eine Schulter eines Fahrzeuginsassen wirkenden Kraft;
- - 8 eine schematische Darstellung einer bei einem Unfall auf einen Gurtaufroller wirkenden Kraft, wobei der Gurtaufroller mit einem starren Umlenkbeschlag zusammenwirkt;
- - 9 eine schematische Darstellung einer bei einem Unfall auf einen Gurtaufroller wirkenden Kraft, wobei der Gurtaufroller mit einem Umlenkbeschlag zusammenwirkt, der eine Umlenkrolle und eine Rücklaufsperre aufweist;
- - 10 eine schematische Darstellung der Kräfteverhältnisse an einem starren Umlenkbeschlag;
- - 11 eine schematische Darstellung der Kräfteverhältnisse an einem Umlenkbeschlag, der eine Umlenkrolle und eine Rücklaufsperre aufweist.
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In 1 ist schematisch ein Fahrzeuginsassenrückhaltesystem 10 gezeigt, in welchem ein Dreipunktgurt zur Anwendung kommt. Das Fahrzeuginsassenrückhaltesystem 10 weist einen Umlenkbeschlag 12, einen Gurtaufroller 14 mit einem Elektromotor, ein Gurtschloss 16 und einen vom Gurtaufroller 14 über den Umlenkbeschlag 12 zum Gurtschloss 16 verlaufenden Sicherheitsgurt 18 auf.
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Detaillierte Schnittansichten des im Fahrzeuginsassenrückhaltesystem 10 eingesetzten Umlenkbeschlages 12 sind in den 2 und 3 wiedergegeben.
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Das gezeigte erste Ausführungsbeispiel des Umlenkbeschlages 12 weist ein Halteelement 20 und eine bezüglich des Halteelementes 20 drehbar gelagerte, starre Umlenkrolle 22 sowie eine der Umlenkrolle 22 zugeordnete Rücklaufsperre 24 auf.
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Die Umlenkrolle 22 umfasst an ihren beiden Stirnseiten jeweils eine Aussparung 26, in welcher ein als Kugellager ausgebildetes Umlenkrollenlager 28 angeordnet ist. Diese Anordnung ermöglicht durch effektive Bauraumausnutzung ein schlankes Design des Umlenkbeschlages 12. Gleichzeitig wird das Umlenkrollenlager 28 vor Verunreinigungen geschützt.
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Weiterhin weist die Umlenkrolle 22 auf ihrer gurttragenden Mantelfläche eine Beschichtung 30 auf, welche einen Reibungskoeffizienten zwischen der Umlenkrolle 22 und dem Sicherheitsgurt 18 erhöht. Dies ermöglicht im Falle eines Unfalles eine höhere Energiedissipation am Umlenkbeschlag 12 und geringere Belastung des Gurtaufrollers 14.
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Im Ausführungsbeispiel ist die Rücklaufsperre 24 ein Klemmsystem mit einem zylindrischen Klemmkörper 32. Natürlich sind auch andere Klemmkörperformen möglich.
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Weiterhin weist die in den 2 und 3 gezeigte Rücklaufsperre 24 ein als Spiralfeder ausgebildetes Federelement 34 auf, welches in einer Aussparung 26 des Halteelementes 20 angeordnet ist und das Klemmelement 32 in eine Klemmposition beaufschlagt.
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Im Ausführungsbeispiel ist das Klemmelement 32 schräg angestellt bezüglich der Mantelfläche des entsprechenden Endes der Umlenkrolle 22 angeordnet. Auf seiner Außenseite stützt sich das Klemmelement am Halteelement 20 ab, und an seiner Innenseite liegt das Klemmelement 32 an der Mantelfläche der Umlenkrolle 22 an.
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In einer ersten Drehrichtung, welche einer Gurteinzugsrichtung des Gurtaufrollers 14 entspricht, wird durch den direkten Kontakt mit der Umlenkrolle 22 eine erste Kraft auf das Klemmelement 32 übertragen, welche das Klemmelement 32 gegen das Federelement 34 drückt. Anders ausgedrückt: das Klemmelement 32 wird in Richtung einer größeren Schrägstellung beaufschlagt. Dadurch kann sich die Umlenkrolle 22 frei unter dem Klemmelement 32 hindurchdrehen. Die erste Drehrichtung ist in 3 mit einem Pfeil angegeben.
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In einer zweiten Drehrichtung, welche einer Gurtauszugsrichtung des Gurtaufrollers 14 entspricht, wirkt auf das Klemmelement 32 eine Kraft mit einer der ersten Kraft entgegengesetzten Wirkrichtung. Dadurch wird das Klemmelement 32 zwischen der Umlenkrolle 22 und dem Halteelement 20 verkeilt und die Umlenkrolle 22 gegen das Halteelement 20 drehfest fixiert.
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Bei der Ausführungsform von 4 ist das Klemmelement 32 als Kugel ausgeführt, die nach Art einer Klemmrollenkupplung zwischen der Mantelfläche der Umlenkrolle 22 und einer schräg ausgerichteten Keilfläche angeordnet ist. Die Feder 34 presst die Kugel in den sich verengenden Spalt.
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Selbstverständlich sind auch andere Ausführungsformen von Umlenkbeschlägen und Rücklaufsperren 24 denkbar. Eine dritte Ausführungsform ist in den 5 und 6 gezeigt.
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Die dritte Ausführungsform entspricht in mehreren wesentlichen Merkmalen der ersten Ausführungsform, sodass im Folgenden lediglich auf die Unterschiede eingegangen wird. Gleiche und funktionsgleiche Teile sind mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Wie in der ersten Ausführungsform umfasst der Umlenkbeschlag 12 eine Rücklaufsperre 24 mit einem Klemmelement 32. Ferner weist die Umlenkrolle 22 an ihren beiden Stirnseiten jeweils eine Aussparung 26 auf, in welcher ein Umlenkrollenlager 28 angeordnet ist.
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Im Gegensatz zur ersten Ausführungsform ist der Klemmköper 32 in einer der Aussparungen 26 der Umlenkrolle 22 angeordnet und wirkt mit einer Innenfläche der Umlenkrolle 22 zusammen. Durch diese Anordnung ergibt sich eine in radialer Richtung besonders kompakte Bauform. Die starre Umlenkrolle 22 schützt dabei das Umlenkrollenlager 28 und das Klemmelement 32 vor äußeren Einwirkungen sowie Schmutz.
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Die gezeigten Ausführungsformen sind natürlich nicht erschöpfend. Weitere nicht gezeigte Beispiele können eine Umlenkrollenlagerung 28 durch ein Außenlager und/oder eine in einem Freilauf kombinierte Umlenkrollenlagerung und Rücklaufsperre umfassen. Weiterhin können sowohl Rücklaufsperren 24 als auch Umlenkrollenlager 28 an nur einer oder an beiden Seiten der Umlenkrolle 22 angeordnet sein.
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Zur Veranschaulichung des mit einem solchen Umlenkbeschlag 12 erzielbaren Effektes zeigen die 7, 8 und 9 schematisch möglich Kraftverläufe einer im Schulterbereich des Fahrzeuginsassen wirkenden Kraft (Schulterkraft) sowie einer am Gurtaufroller 14 wirkenden Kraft (Gurtaufrollerkraft) bei einem Unfall. Die Positionen 36, 38, an welchen die Schulterkraft bzw. die Gurtaufrollerkraft wirken, sind in 1 dargestellt.
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7 zeigt eine schematische Darstellung eines zeitlichen Verlaufs einer Schulterkraft bei einem Unfall. Dabei sind auf einer Abszisse 40 die Zeit in Sekunden und auf einer Ordinate 42 die Kraft in Kilonewton aufgetragen. Im Ausführungsbeispiel wirkt in einem ersten Zeitintervall 44 eine durch einen elektrischen oder pyrotechnischen Gurtstraffer erzeugte Gurteinzugskraft auf die Schulter. In einem zweiten Zeitintervall 46 ist die Schulterkraft dadurch geprägt, dass der Fahrzeuginsasse durch eine unfallbedingte Bremsverzögerung gegen den Sicherheitsgurt 18 gedrückt wird.
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Bei einem Umlenkbeschlag 12 mit einer in beide Richtungen drehbar gelagerten Umlenkrolle 22 tritt eine nur geringe, im skizzierten Beispiel vernachlässigbare, Rollreibung im Umlenkrollenlager 28 auf. Da es zu keinen nennenswerten Reibungsverlusten kommt, wirkt auf den Gurtaufroller 14 eine Kraft, welche im Wesentlichen der Schulterkraft entspricht.
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8 zeigt zum Vergleich eine schematische Darstellung eines zeitlichen Verlaufs einer Gurtaufrollerkraft bei Einsatz eines starren Umlenkbeschlages 12, beispielsweise eines konventionellen D-Ringes. Durch die Reibungsverluste im Umlenkbeschlag 12 muss im ersten Zeitintervall 44, während der Gurtstraffung, eine höhere Straffkraft durch den Gurtstraffer aufgebracht werden, um eine gewünschte Schulterkraft zu erzielen. Im zweiten Zeitintervall 46 wirken sich die Reibungsverluste dagegen positiv aus, da eine von der Schulter auf den Sicherheitsgurt 18 übertragene Schulterkraft gemäß der Euler-Eytelwein-Formel abhängig von einem Umschlingungswinkel sowie dem Reibkoeffizienten zwischen dem Sicherheitsgurt 18 und dem Umlenkbeschlag 12 nur reduziert auf den Gurtaufroller 14 übertragen wird.
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9 zeigt eine schematische Darstellung eines zeitlichen Verlaufs einer bei einem Unfall am Gurtaufroller 14 wirkenden Kraft bei Einsatz des in 1 gezeigten Fahrzeuginsassenrückhaltesystems 10 mit einem Umlenkbeschlag 12, der eine Umlenkrolle 22 und eine Rücklaufsperre 24 aufweist. Im ersten Zeitintervall wirkt die Gurtkraft in Gurteinzugsrichtung. Daher ist die Umlenkrolle 22 drehbar. Da es zu keinen großen Reibungsverlusten kommt, kann mit geringer aufzubringender Straffkraft eine gewünschte Schulterkraft eingestellt werden. Im zweiten Zeitintervall wirkt die Schulterkraft auf den Sicherheitsgurt 18 in Gurtauszugsrichtung. Dies hat zur Folge, dass die Umlenkrolle 22 blockiert und die Reibungsverluste im Umlenkbeschlag 12 genutzt werden können, um eine mechanische Belastung des Gurtaufrollers 14 zu reduzieren. Es werden also die Vorteile von starren Umlenkbeschlägen und solchen mit Umlenkrollen 22 kombiniert, ohne die Nachteile beider Einzelsysteme in Kauf nehmen zu müssen.
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Zur weiteren Veranschaulichung zeigen die 10 und 11 schematische Darstellungen der Kräfteverhältnisse bei verschiedenen Ereignissen an einem starren Umlenkbeschlag 12 sowie einem Umlenkbeschlag 12 gemäß einer der in den 2 bis 6 gezeigten Ausführungsformen.
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In den Diagrammen sind auf der Abszisse 40 jeweils die Gurtauszugsgeschwindigkeiten in Meter pro Sekunde aufgetragen. Dabei ist linksseitig die Gurteinzugsrichtung und rechtsseitig die Gurtauszugsrichtung dargestellt. Die Ordinate 42 gibt eine normierte Gurtaufrollerkraft wieder.
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In den Diagrammen sind jeweils die Gurtaufrollerkraft sowie die Schulterkraft bei einer Gurtstraffung 48, 50 (beispielsweise bei einer Pre-Crash Straffung mittels eines elektrischen Gurtstraffers), eine bei einem Anschnallvorgang aufzubringende Kraft 52 und die Gurtaufrollerkraft sowie die Schulterkraft bei einem Unfall dargestellt 54, 56.
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Weiterhin sind in den Diagrammen jeweils Bereiche markiert, in welchen Reibungsverluste am Umlenkbeschlag 12 erwünscht sind (Bezugszeichen 58) sowie solche, in denen die Verluste unerwünscht sind (Bezugszeichen 60).
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Unabhängig davon, ob ein starrer Umlenkbeschlag 12 oder ein solcher mit Umlenkrolle 22 vorliegt, wird bei allen Ereignissen, bei denen es zu einer Gurtbewegung kommt, ein Teil 62 der wirkenden Kraft durch eine Verformung des Sicherheitsgurtes 18 dissipiert.
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Bei einem starren System muss weiterhin bei jedem der dargestellten Ereignisse eine Reibkraft 64 am Umlenkbeschlag 12 überwunden werden. Dies führt dazu, dass bei der Gurtstraffung eine hohe Straffkraft 50, die am Gurtaufroller 14 wirkt, aufgewendet werden muss, um eine gewünschte Schulterkraft 48 einzustellen.
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In dem in 11 gezeigten Diagramm sind die Reibungsverluste am Umlenkbeschlag 12 in Gurteinzugsrichtung deutlich geringer, da sich die Umlenkrolle 22 drehen kann. Daher sind zum Aufbringen einer gewünschten Schulterkraft 48 geringere Straffkräfte 50 nötig. Bei hohen Einzugsgeschwindigkeiten und/oder Gurtbeschleunigungen, wie sie beispielsweise durch pyrotechnische Gurtstraffung erreicht werden, kann es aufgrund der Massenträgheit der Umlenkrolle 22 zu einem Abgleiten des Sicherheitsgurtes 18 über die Umlenkrolle 22 kommen. Ein Bereich 66, in dem dieser Effekt auftreten kann, ist ebenfalls in 11 markiert.
