DE102021200706A1

DE102021200706A1 - Sicherheitsgurtaufroller

Info

Publication number: DE102021200706A1
Application number: DE102021200706.6A
Authority: DE
Inventors: Eric Dreher; Tobias Finke; Andreas Lucht
Original assignee: Autoliv Development AB
Current assignee: Autoliv Development AB
Priority date: 2021-01-27
Filing date: 2021-01-27
Publication date: 2022-07-28
Anticipated expiration: 2041-01-28
Also published as: DE102021200706B4

Abstract

Sicherheitsgurtaufroller (1) mit einer Komfortfunktion umfassend:
- eine an einem Gehäuse (2) drehbar gelagerte Gurtwelle (3), auf der ein Gurtband aufwickelbar ist, und
- eine Rückzugsfeder (4), die über ein erstes Rückzugsfederende (4a) drehfest mit dem Gehäuse (2) verbunden ist und über ein zweites Rückzugsfederende (4b) drehfest mit der Gurtwelle (3) verbunden ist, wobei der Sicherheitsgurtaufroller (1) zusätzlich eine Steuerfeder (5) umfasst, die über ein erstes Steuerfederende (5a) drehfest mit einem Steuerelement (6) verbunden ist und über ein zweites Steuerfederende (5b) drehfest mit der Gurtwelle (3) verbunden ist, wobei
- das Steuerelement (6) dazu eingerichtet ist, das durch die Steuerfeder (5) auf die Gurtwelle (3) wirkende Drehmoment zu verstellen, wobei
- die Steuerfeder (5) in wenigstens einen Zustand bringbar ist, in der das durch die Steuerfeder (5) auf die Gurtwelle (3) wirkende Drehmoment dem durch die Rückzugsfeder (4) auf die Gurtwelle (3) wirkenden Drehmoment entgegenwirkt

Description

Die vorliegende Anmeldung betrifft einen Sicherheitsgurtaufroller mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1. Ferner betrifft die Anmeldung ein Verfahren zur Gurtstraffung in einem Kraftfahrzeug.
Aus dem Stand der Technik sind bereits Gurtaufroller bekannt, bei denen die auf den Insassen wirkende Kraft eines Gurtbandes verringert werden kann, also eine sogenannte Komfortfunktion verwirklicht wird. Hierzu sind Lösungen bekannt, die eine Einstellung des durch eine Aufwickelfeder auf die Gurtwelle wirkenden Drehmoments erlauben.
So offenbart beispielsweise die DE 41 12 620 A 1 eine Aufwickelvorrichtung für Sicherheitsgurte in Fahrzeugen, bei der das äußere Ende der Aufwickelfeder an einem drehbar gelagerten Federgehäuse befestigt ist, an welchem ein Elektromotor angreift. Durch ein Verdrehen des Federgehäuses und damit auch des äußeren Endes der Aufwickelfeder kann die Einzugskraft des Gurtbandes in einem gewünschten Maße verringert werden.
Aus der DE 199 27 731 C 2 ist ein Gurtaufroller mit einer Triebfeder bekannt, bei der die Kraft der Triebfeder ebenfalls verstellbar ist.
Gurtaufroller mit verstellbarer Aufwickelfeder sind ferner aus der DE 27 42 676 und aus der DE 296 05 200 U1 bekannt.
Bei einer solchen Umsetzung der Komfortfunktion sind die Einstellmöglichkeiten jedoch durch die Auslegung bzw. Dimensionierung der Aufwickelfeder beschränkt.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Anmeldung, einen Sicherheitsgurtaufroller mit Komfortfunktion bereitzustellen, der eine verbesserte Einstellung der Einzugskraft ermöglicht, sowie ein korrespondierendes Verfahren zur Gurtstraffung in einem Kraftfahrzeug.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind den Unteransprüchen, den Figuren und der dazugehörigen Beschreibung zu entnehmen.
Entsprechend wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass der Sicherheitsgurtaufroller zusätzlich eine Steuerfeder umfasst, die über ein erstes Steuerfederende drehfest mit einem Steuerelement verbunden ist und über ein zweites Steuerfederende drehfest mit der Gurtwelle verbunden ist, wobei das Steuerelement dazu eingerichtet ist, das durch die Steuerfeder auf die Gurtwelle wirkende Drehmoment zu verstellen, wobei die Steuerfeder in wenigstens einen Zustand bringbar ist, in der das durch die Steuerfeder auf die Gurtwelle wirkende Drehmoment dem durch die Rückzugsfeder auf die Gurtwelle wirkenden Drehmoment entgegenwirkt.
Die Einstellbarkeit des durch die Steuerfeder auf die Gurtwelle wirkenden Drehmoments erlaubt grundsätzlich eine Verstellung des insgesamt durch die Steuerfeder und die Rückzugsfeder auf die Gurtwelle wirkenden Gesamtfedermoments. Durch die parallelwirkende Anordnung der Steuer- und der Rückzugsfeder in Bezug auf die Gurtwelle addieren sich deren auf die Gurtwelle wirkenden Drehmomente zu dem Gesamtfedermoment. Je nach Wirkrichtung des Drehmoments der Steuerfeder auf die Gurtwelle kann dann das Gesamtfedermoment größer oder kleiner sein als das auf die Gurtwelle wirkende Drehmoment der Rückzugsfeder. Auf diese Weise kann eine flexible Einstellung des Gesamtfedermoments ohne eine Verstellung der Rückzugsfeder erreicht werden.
Das zweite Steuerfederende kann beispielsweise auch mittelbar über ein oder mehrere Verbindungsmittel drehfest mit der Gurtwelle verbunden sein. Wenn die Gurtwelle beispielsweise mehrteilig aufgebaut ist, kann das Steuerfedernde mit einem beliebigen Teil der Gurtwelle drehfest verbunden sein.
Die Rückzugsfeder ist vorzugsweise dazu eingerichtet, ein auf der Gurtrolle aufgewickeltes Gurtband vollständig einzuziehen, also von einer beliebigen Auszugsposition in eine Parkstellung zu verbringen. Die Verstellung des Gesamtfedermoments erfolgt allein durch eine Verstellung der Vorspannung der Steuerfeder.
Wenn nachfolgend von einem Drehmoment, beispielsweise der Rückzugsfeder oder der Steuerfeder, gesprochen wird, ist damit das durch die jeweilige Feder auf die Gurtwelle ausgeübte Drehmoment gemeint.
Es wird vorgeschlagen, dass es sich bei der Steuerfeder um eine Spiralfeder handelt, und das Einstellen der Zustände der Steuerfeder durch ein Ein- oder Ausdrehen des ersten Steuerfederendes in Bezug auf die Gurtwelle erfolgt. Durch das Verstellen des ersten Steuerfederendes in Bezug auf die Gurtwelle kann das durch die Steuerfeder auf die Gurtwelle wirkende Drehmoment auf einfache Weise eingestellt werden. Als Ausgangsposition für die Verdrehung der Steuerfeder wird die Position der Steuerfeder zu Grunde gelegt, die die Steuerfeder einnimmt, wenn diese nicht vorgespannt ist. So kann in jeder Verdrehposition der Gurtwelle, also von einer Parkposition bis in eine Position der maximalen Vorverlagerung, eine Einstellung der Vorspannung der Steuerfeder durch eine Verdrehung des ersten Steuerfederendes aus der Ausgangsposition vorgenommen werden.
Ferner ist das erste, äußere Steuerfederende gut zugänglich, so dass durch das Ein- oder Ausdrehen des ersten Steuerfederendes eine einfache Möglichkeit zur Verstellung der Steuerfeder geschaffen wird.
Entscheidend für die Einstellung der Steuerfeder ist die Verdrehung des ersten Steuerfederendes in Bezug zu der sogenannten Ausgangsposition. Die Ausgangsposition definiert die Position des ersten Steuerfederendes, in der die Steuerfeder nicht vorgespannt ist. Da das zweite Steuerfederende drehfest mit der Gurtwelle verbunden ist, variiert die Ausgangsposition je nach Verdrehposition der Gurtwelle, also in Abhängigkeit der Auszugslänge des auf der Gurtwelle aufgewickelten Gurtbandes.
Das durch die Steuerfeder auf die Gurtwelle wirkende Drehmoment ändert sich in Abhängigkeit der Verdrehung des ersten Steuerfederendes in Bezug zu der Ausgangsposition.
Die Steuerfeder kann während der Auszugs- bzw. Einzugsbewegung des Gurtbandes beispielsweise mitdrehen, so dass die Steuerfeder gegenüber der Gurtwelle während der Ein- bzw. Auszugsbewegung in der Ausgangsposition verbleibt, also die Steuerfeder während des Ein- bzw. Ausziehens kein Drehmoment auf die Gurtwelle bewirkt. Sobald die Gurtwelle in einer Auszugsposition angelangt ist, kann beispielsweise die Einstellung eines weiteren Drehmoments durch die Steuerfeder ausgehend von der Ausgangsposition erfolgen.
Selbstverständlich ist es grundsätzlich auch möglich, dass während der Ein- und/oder Auszugsbewegung die Steuerfeder ein Drehmoment an der Gurtwelle bewirkt. In diesem Fall bleibt das erste Steuerfederende während der Ein- bzw. Auszugsbewegung um einen bestimmten Winkel gegenüber der Ausgangsposition verdreht; dieser Winkel kann beispielsweise in Abhängigkeit der Auszugslänge des Gurtbandes variieren.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn radial innerhalb des Steuerelements die Steuerfeder angeordnet ist und radial außenliegend ein Maschinenelement zum Antreiben des Steuerelements vorgesehen ist. Vorzugsweise fällt die Rotationsachse des Steuerelements mit der Rotationsachse der Gurtwelle zusammen. Bei dem Maschinenelement handelt es sich beispielsweise um eine Außenverzahnung, weiter beispielsweise um eine Außenverzahnung, die dazu eingerichtet ist, mit einer Schneckenwelle zusammenzuwirken. Das über das Maschinenelement in Rotation versetzte Steuerelement kann auf diese Weise das damit verbundene erste Steuerfederende mitnehmen, so dass die Vorspannung der Steuerfeder verstellt werden kann.
Vorzugsweise ist das Steuerelement durch ein Hohlrad gebildet, in dessen Hohlraum die Steuerfeder angeordnet ist. Durch die Anordnung des Steuerelements kann ein besonders platzsparender Aufbau verwirklicht werden. Weiter vorzugsweise ist dann an der radial außenliegenden Seite des Hohlrades die Außenverzahnung vorgesehen.
Vorzugsweise ist die Steuerfeder derart ausgelegt, dass sie ausgehend von einem entspannten Zustand in beide Drehrichtungen vorspannbar ist. Eine solche Auslegung der Steuerfeder erlaubt es, je nach Rotationsrichtung des Steuerelements, die Steuerfeder derart zu verstellen, dass sie in beide Drehrichtungen ein Drehmoment auf die Gurtwelle bewirken kann. Selbstverständlich ist die Steuerfeder dann auch in einen nicht vorgespannten Zustand verstellbar, in dem die Steuerfeder kein Drehmoment an der Gurtwelle bewirkt.
Vorzugsweise ist die Steuerfeder in wenigstens einen Kompensationszustand bringbar, in der die durch die Steuerfeder und die Rückzugsfeder auf die Gurtwelle wirkenden Drehmomente betragsmäßig weniger als 5 % voneinander abweichen, und das Drehmoment der Steuerfeder dem Drehmoment der Rückzugsfeder entgegenwirkt. In einer vorteilhaften Ausführungsform kann in diesem Kompensationszustand das Drehmoment der Steuerfeder das Drehmoment der Rückzugsfeder vollständig kompensieren; die beiden entgegengesetzt wirkenden Drehmomente sind dann betragsmäßig identisch. Ein solcher Zustand ist besonders in einem selbstfahrenden Betriebszustand des Fahrzeugs (High Autonomous Driving) vorteilhaft, weil die Gurtkräfte auf den Insassen in diesem Betriebszustand möglichst gering sein sollen. Dementsprechend wird dieser Betriebszustand vorzugsweise bei einer Verdrehung der Gurtspule, die sich in der Anschnallposition ergibt, eingestellt. Es kann somit für einen Gurtauszug, der dem Trageberich für den Insassen entspricht, komfortabel eingestellt werden. Bei einer darüberhinausgehenden Bewegung des Insassen nach vorne steigt die Federkraft gemäß der Gradienten der Federkennlinien der wirkenden Federn weiter an.
Es wird weiter vorgeschlagen, dass die Steuerfeder in wenigstens einen Geringkraftzustand bringbar ist, in der das durch die Steuerfeder auf die Gurtwelle wirkende Drehmoment betragsmäßig geringer ist als das durch die Rückzugsfeder auf die Gurtwelle wirkende Drehmoment, und das Drehmoment der Steuerfeder dem Drehmoment der Rückzugsfeder entgegenwirkt. Auf diese Weise kann das Gesamtfedermoment an der Gurtwelle beliebig reduziert werden. Vorzugsweise sind zwei oder mehrere solcher Zustände einstellbar, so dass beliebige reduzierte Kräfte, die durch das Gurtband auf den Insassen wirken, eingestellt werden können. Das Gesamtfedermoment kann beispielsweise so eingestellt werden, dass nur eine Einzugskraft von zwischen 0,5 Newton und 2 Newton, weiter beispielsweise von 1 Newton, an dem Gurtband anliegt. Ein solcher Geringkraftzustand kann beispielsweise eingestellt werden, um die Funktion einer Anschnallerleichterung umzusetzen. Dieser Zustand kann beispielsweise in einer Anschnallposition oder auch während einer Verdrehbewegung der Gurtspule, die sich bei einer Bewegung des Gurtbandes aus der Parkposition in die Anschnallposition ergibt, eingestellt werden. Da sich das durch die Rückzugsfeder auf die Gurtwelle wirkende Drehmoment während des Auszugsvorgangs verändert, kann auch die Vorspannung der Steuerfeder in Abhängigkeit der Auszugslänge des Gurtbandes nachgesteuert werden.
Es wird weiter vorgeschlagen, dass die Steuerfeder in wenigstens einen Aufrollzustand bringbar ist, in der die Steuerfeder kein Drehmoment auf die Gurtwelle ausübt. In diesem Zustand entspricht das Drehmoment der Rückzugsfeder dem Gesamtfedermoment. Die an dem Gurtband anliegende Einzugskraft kann dann beispielsweise zwischen 5 und 15 Newton, weiter beispielsweise 10 Newton, betragen.
Es wird weiter vorgeschlagen, dass die Steuerfeder in wenigstens einen Hochkraftzustand bringbar ist, in der das durch die Steuerfeder auf die Gurtwelle wirkende Drehmoment in die gleiche Drehrichtung wirkt wie das durch die Rückzugsfeder auf die Gurtwelle wirkende Drehmoment. Durch die Gleichwirkung der Drehmomente der Steuer- und Rückzugsfeder wird ein Gesamtfedermoment erreicht, das größer ist als das Drehmoment der Rückzugsfeder allein. Die an dem Gurtband anliegende Einzugskraft kann im Hochkraftzustand beispielsweise zwischen 20 und 40 Newton, weiter beispielsweise 30 Newton, betragen. Der Hochkraftzustand kann beispielsweise auch dann eingestellt werden, wenn sich die Gurtzunge in der Parkposition befindet, also das Gurtband weitestmöglich auf der Gurtwelle aufgewickelt ist. In diesem Zustand bewirkt die hohe Zugkraft ein sicheres Anliegen der Gurtzunge in der Parkposition, so dass ungewünschte Störgeräusche, beispielsweise Klappergeräusche, während der Fahrt zuverlässig verhindert werden können.
Für eine Einstellung des Hochkraftzustandes wird das zweite Steuerfederende ausgehend von einer nicht vorgespannten Verdrehung der Steuerfeder beispielsweise um -4 oder -3,5 Umdrehungen verdreht. Eine negative Verdrehung der Steuerfeder kennzeichnet im Rahmen dieser Anmeldung eine Verdrehung des ersten Steuerfederendes, in eine Verdrehrichtung, mit der ein mit der Rückzugsfeder gleichwirkendes Drehmoment erzeugt wird. Der Hochkraftzustand kann beispielsweise auch genutzt werden um unerwünschte Gurtlosen zu beseitigen, also zur Umsetzung der sogenannten Belt Slack Reduction (BSR) Funktion.
Da die Hochkraftfunktion durch eine Wirkverbindung des Elektromototors mit der Gurtwelle über die Steuerfeder erfolgt, kommt es bei einer Unterbrechung, beispielsweise durch ein Eingreifen des Insassen, nicht zu einem sogenannten Gurtruck, wodurch das Komfortempfinden für den Insassen gesteigert wird.
Vorzugsweise wird zur Einstellung der Steuerfeder ein Referenzdrehmoment herangezogen, das einem durch die Rückzugsfeder auf die Gurtwelle wirkenden Drehmoment entspricht, wenn sich das auf der Gurtwelle aufgewickelte Gurtband zwischen einer Anschnallposition und einer Position einer maximalen Vorverlagerung befindet. Ein solches Referenzdrehmoment hat sich als vorteilhaft erwiesen, weil durch den Insassen das Gurtband und damit auch die Gurtwelle während der Fahrt häufig zwischen genau diesen Zustandspunkten bewegt wird. Vorzugsweise entspricht das Referenzdrehmoment dem arithmetischen Mittel der Drehmomente die in der Anschnallposition und der maximalen Vorverlagerungsposition durch die Rückzugsfeder auf die Gurtwelle wirken. Durch das Heranziehen des Referenzdrehmomentes kann die Verdrehung des ersten Steuerfederendes gegenüber der Ausgangsposition besonders vorteilhaft eingestellt werden.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn ein Drehwinkelsensor zum Erfassen eines Verdrehwinkels der Gurtspule vorgesehen ist, wobei das Steuerelement in Abhängigkeit von dem Verdrehwinkel der Gurtwelle steuer- und/oder regelbar ist. Vorzugsweise erfolgt die Steuerung bzw. Regelung des Steuerelements mittels einer Datenverarbeitungseinrichtung. Durch die Erfassung des Verdrehwinkels der Gurtspule kann beispielsweise anhand einer Federkennlinie der Rückzugsfeder, das auf die Gurtwelle wirkende Drehmoment der Rückzugsfeder in der Anschnallposition ermittelt werden. Vorzugsweise ist hierzu die entsprechende Federkennlinie der Rückzugsfeder auf einem Datenspeicher gespeichert. Ferner können auf dem Datenspeicher auch Werte für ein Drehmoment der Rückzugsfeder in einer Position der maximalen Vorverlagerung gespeichert sein, oder diese anhand einer Federkennlinie ermittelt werden. Aus diesen Werten kann dann beispielsweise ein Mittelwert gebildet werden, der für die Einstellung der Vorspannung der Steuerfeder berücksichtigt wird.
Vorzugsweise ist auf dem Datenspeicher auch die Federkennlinie der Steuerfeder gespeichert, so dass basierend auf dem Referenzdrehmoment ermittelt werden kann, um wie viele Umdrehung das erste Steuerfederende ausgehend von dem nicht vorgespannten Ausgangszustand verdreht werden muss, damit sich das gewünschte Gesamtfedermoment einstellt.
Es versteht sich von selbst, dass die Federkennlinien auf dem Datenspeicher vorzugsweise in tabellarischer Form gespeichert sind.
Vorzugsweise kann auf dem Datenspeicher auch einem Verdrehwinkel der Gurtwelle eine korrespondierende Verstellposition des Steuerelements bzw. des ersten Steuerfederendes zugeordnet sein.
Es ist vorzugsweise ein Elektromotor vorgesehen, der mit dem Steuerelement in Wirkverbindung steht. Der Elektromotor bietet eine einfache Möglichkeit zur Verstellung des Steuerelementes. Vorzugsweise wird der Elektromotor von der Datenverarbeitungseinrichtung, die weiter vorzugsweise eine Steuer- bzw. Regeleinrichtung umfasst, gesteuert bzw. geregelt.
Der Elektromotor kann durch die Daten des Drehwinkelsensors vorzugsweise so gesteuert bzw. geregelt werden, dass die Steuerfeder ohne die Wirkung eines Drehmomentes der Steuerfeder frei mitdrehen kann, bis die Gurtwelle eine Verdrehposition erreicht, in der ein Drehmoment der Steuerfeder gewünscht ist.
Es wird weiter vorgeschlagen, dass der Elektromotor dazu eingerichtet ist, das Drehmoment für eine reversible Gurtvorstraffung an der Gurtwelle zu erzeugen. Durch eine solche Auslegung kann der Elektromotor auch für die reversible Gurtvorstraffung genutzt werden. Das Drehmoment einer typischen Rückzugsfeder erhöht sich bei einer Auszugsbewegung des Gurtbandes und verringert sich bei einer Einzugsbewegung. Während der reversiblen Gurtstraffung wird die Gurtwelle in Einzugsrichtung gedreht, so dass sich dabei automatisch das durch die Rückzugsfeder auf die Gurtwelle wirkende Drehmoment reduziert.
Vorzugsweise ist eine Kupplung vorgesehen, die dazu eingerichtet ist, in einer geschlossenen Schaltstellung das Drehmoment des Steuerelements auf die Gurtwelle zu übertragen. Vorzugsweise handelt es sich um eine Kupplung, die dazu eingerichtet ist, erst bei schneller Verstellung des Steuerelementes durch den Elektromotor relativ zu der Gurtwelle zu schließen, also das Drehmoment von dem Steuerelement auf die Gurtwelle zu übertragen. Dies kann beispielsweise durch eine reibungsgesteuerte oder trägheitsgesteuerte Kupplung realisiert werden. Somit kann für die Funktion der reversiblen Gurtstraffung das Drehmoment von dem Steuerelement ohne Mitwirkung der Steuerfeder auf die Gurtwelle übertragen werden. Bei Aktivierung der reversiblen Gurtstraffung muss der Elektromotor somit nicht erst gegen die Kraft bzw. das Drehmoment einer Feder arbeiten, sondern es kann bei geschlossener Kupplung eine direkte Drehmomentübertragung von dem Elektromotor auf die Gurtwelle unter einer Überbrückung der Steuerfeder erfolgen. Gleichzeitig wird durch die Kupplung bei einer nicht hergestellten Drehverbindung die Möglichkeit geschaffen, bei langsamer Verdrehung des Steuerelements relativ zu der Gurtwelle das erste Steuerfederende zu verstellen. Die Zwischenschaltung sowohl der Steuerfeder als auch der Kupplung zwischen das Steuerelement und der Gurtwelle ermöglicht daher die Verwirklichung zweier Funktionalitäten mittels des Steuerelements, nämlich die reversible Gurtstraffung und die Einstellung des Gesamtfedermoments an der Gurtspule.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Gurtwelle zweiteilig ausgeführt ist, wobei auf einem ersten Teil das Gurtband aufwickelbar ist und ein zweiter Teil durch einen fahrzeugfest in einem Rahmen blockierbaren Profilkopf gebildet ist, wobei die Steuerfeder über das zweite Steuerfederende drehfest mit dem Profilkopf verbunden ist. Durch diese Ausführungsform kann ein besonders platzsparender Aufbau realisiert werden, weil der ohnehin vorhandene Profilkopf zur Beaufschlagung der Gurtwelle mit dem Drehmoment der Steuerfeder genutzt wird. Der Profilkopf ist Träger einer Blockierklinke, die Teil einer fahrzeugfesten Blockiereinrichtung ist und über eine gurtbandsensitive und/oder fahrzeugsensitive Sensoreinrichtung ansteuerbar ist.
Es wird weiter vorgeschlagen, dass die Kupplung und das zweite Steuerfederende in parallelen Wirkebenen drehfest mit dem Profilkopf verbunden sind. Folglich kann das Drehmoment des Steuerelements mittels der geschlossenen Kupplung unmittelbar auf den Profilkopf übertragen werden und bei geöffneter Kupplung die Steuerfeder derart verstellt werden, dass die Steuerfeder mit dem entsprechend eingestellten Drehmoment auf den Profilkopf wirkt. Der Profilkopf kann damit als kompaktes Bauteil zur Drehmomentaufnahme genutzt werden. Über den Profilkopf kann damit sowohl das Drehmoment für eine reversible Gurtstraffung als auch für die Einstellung des Gesamtfedermoments in den ersten Teil der Gurtwelle eingeleitet werden.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Rückzugsfeder mit dem ersten Teil der Gurtwelle, auf dem das Gurtband aufwickelbar ist, drehfest verbunden ist. Die Rückzugsfeder und die Steuerfeder sind dann an gegenüberliegenden Stirnseiten des aufgewickelten Gurtbandes angeordnet. Das Steuerelement, die Kupplung sowie die Steuerfeder sind vorzugsweise auf der sogenannten Systemseite des Sicherheitsgurtaufrollers angeordnet, auf der der Profilkopf fahrzeugfest in Auszugsrichtung des Gurtbandes blockierbar ist.
Es wird weiter vorgeschlagen, dass das Steuerelement als Hohlrad ausgebildet ist und sowohl die Kupplung als auch die Steuerfeder in parallel zueinander angeordneten Ebenen in einem radial inneren Hohlraum des Hohlrades angeordnet sind. Durch die Anordnung sowohl der Kupplung als auch der Steuerfeder in dem Hohlraum kann der erforderliche Bauraum noch weiter reduziert werden. Im Vergleich zu konventionellen Strafferantriebsrädern muss lediglich die axiale Erstreckung des Strafferantriebsrades minimal vergrößert werden. Das Steuerelement in Form eines Hohlrades bietet dann für die Kupplung und die Steuerfeder nach radial außen eine Lagerung. Des Weiteren kann sich die Steuerfeder in einer Axialrichtung an der Kupplung abstützen, so dass durch den vorgeschlagenen Aufbau bei geringem Bauraum eine hohe Verstellgenauigkeit erreicht werden kann.
Die eingangs genannte Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch ein Verfahren zur Gurtstraffung in einem Kraftfahrzeug, wobei ein Sicherheitsgurtaufroller nach einem der Ansprüche 1 bis 14 verwendet wird, und die Verstellung der Steuerfeder in Abhängigkeit des durch die Rückzugsfeder auf die Gurtwelle wirkenden Drehmomentes erfolgt. Durch die Gurtstraffung in Abhängigkeit der wirkenden Kraft der Rückzugsfeder kann der Sicherheitsgurtaufroller gemäß dieser Anmeldung bedarfsabhängig gesteuert bzw. geregelt werden. Die Anmeldung hat erkannt, dass es vorteilhaft ist, eine unverstellbare Rückzugsfeder zur Aufbringung eines Basisdrehmoments auf die Gurtwelle zu verwenden und die bedarfsgerechte Verstellung des Gesamtfedermoments über eine entsprechende Zuschaltung des Drehmoments einer Steuerfeder zu realisieren.
Zu dem Offenbarungsgehalt dieser Anmeldung soll auch explizit ein Fahrzeug mit einem entsprechenden Sicherheitsgurtaufroller und einem auf der Gurtwelle aufwickelbaren Gurtband zählen.
Die Anmeldung wird im Folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Dabei zeigt

1 eine erste Explosionsdarstellung eines Sicherheitsgurtaufrollers;
2 eine Rückzugsfeder sowie deren Federkennlinie;
3 eine Steuerfeder sowie deren Federkennlinie;
4 eine schematische Darstellung eines Sicherheitsgurtaufrollers ;
5 einen Kompensationszustand anhand zweier Federkennlinien;
6 einen Geringkraftzustand anhand zweier Federkennlinien;
7 einen Aufrollzustand anhand zweier Federkennlinien;
8 einen ersten Hochkraftzustand anhand zweier Federkennlinien;
9 einen zweiten Hochkraftzustand anhand zweier Federkennlinien;
10 ein zweite Explosionsdarstellung eines Sicherheitsgurtaufrollers;
11 eine dritte Explosionsdarstellung eines Sicherheitsgurtaufrollers;
12 eine vierte Explosionsdarstellung eines Sicherheitsgurtaufrollers;
13 eine fünfte Explosionsdarstellung eines Sicherheitsgurtaufrollers;
14 eine sechste Explosionsdarstellung eines Sicherheitsgurtaufrollers; und
15 ein Verfahren zur Gurtstraffung.

1 zeigt einen Sicherheitsgurtaufroller 1 gemäß dieser Anmeldung in einer Explosionsdarstellung umfassend eine zweiteilige Gurtwelle 3, die in einem Gehäuse 2 drehbar gelagert ist, so dass darauf ein Gurtband 23, siehe 4, auf- und abwickelbar ist. Auf einen ersten Teil 3a der Gurtwelle 3 ist das Gurtband 23 aufwickelbar. Der zweite Teil der Gurtwelle 3 ist durch einen Profilkopf 3b gebildet, der fahrzeugfest in einem Rahmen 26 des Sicherheitsgurtaufrollers 1 in Auszugsrichtung des Gurtbandes 23 blockierbar ist.
Ferner umfasst der Sicherheitsgurtaufroller 1 eine Rückzugsfeder 4, deren erstes, äußeres Rückzugsfederende 4a (siehe 2) drehfest mit dem Gehäuse 2 verbunden ist und deren zweites, inneres Rückzugsfederende 4b (siehe 2) drehfest mit der Gurtwelle 3 verbunden ist. Auf diese Weise bewirkt die Rückzugsfeder 4 ein Drehmoment auf die Gurtwelle 3. Bei der Rückzugsfeder 4 handelt es sich um eine Spiralfeder. Die Rückzugsfeder 4 ist mit dem ersten Teil 3a der Gurtwelle 3 drehfest verbunden. Dementsprechend ist die Rückzugsfeder 4 auf der dem Profilkopf 3b gegenüberliegenden Seite des Sicherheitsgurtaufrollers 1 angeordnet.
Weiterhin umfasst der Sicherheitsgurtaufroller 1 eine Steuerfeder 5, deren erstes, äußeres Steuerfedernde 5a drehfest mit einem Steuerelement 6 in Form eines Hohlrades verbunden ist. Das Steuerelement 6 ist ebenfalls drehbar gegenüber dem Gehäuse 2 gelagert, wobei in diesem Ausführungsbeispiel eine Rotationsachse des Steuerelements 6 mit einer Rotationsachse 12 der Gurtwelle 3 zusammenfällt. Das zweite, innere Steuerfederende 5b ist drehfest mit der Gurtwelle 3 über eine Aufnahme 17 des Profilkopfes 3b verbunden.
Die Rückzugsfeder 4 und die Steuerfeder 5 sind also parallelwirkend mit der Gurtwelle 3 verbunden, so dass die Rückzugsfeder 4 und die Steuerfeder 5 an der Gurtwelle 3 ein Gesamtfedermoment auf die Gurtwelle 3 auswirken.
Das Steuerelement 6 ist durch einen Elektromotor 14 verstellbar, so dass das erste Steuerfederende 5a verdrehbar ist. Je nach Drehrichtung des Steuerelements 6 wird die Steuerfeder 5 derart vorgespannt, dass sie an der Gurtwelle 3 ein Drehmoment bewirkt, das dem Drehmoment der Rückzugsfeder 4 entgegenwirkt oder gleichgerichtet ist. Selbstverständlich kann das erste Steuerfederende 5a durch das Steuerelement 6 auch in eine nicht verdrehte Ausgangsposition 22, siehe beispielsweise 7, gebracht werden, so dass die Steuerfeder 5 kein Drehmoment auf die Gurtwelle 3 ausübt. Das Steuerelement 6 ist hier als ein außenverzahntes Hohlrad ausgebildet in dessen radial innerem Hohlraum 31 die Steuerfeder 5 zur Verwirklichung einer kompakten Bauweise angeordnet ist.
Der Elektromotor 14 steht über ein Getriebe 18 mit dem Steuerelement 6 in Wirkverbindung, wobei an dem Steuerelement 6 ein Maschinenelement 13 in Form einer Außenverzahnung eines Schneckenrades angebracht ist, in dessen Verzahnung eine Schneckenwelle 19 eingreift. Die Schneckenwelle 19 ihrerseits weist ebenfalls ein Schneckenrad auf, in welches eine von dem Elektromotor 14 angetriebene Schneckenwelle eingreift.
Die drehbare Lagerung des Steuerelementes 6 kann beispielsweise durch eine innenseitige Lagerkontur 30 (siehe 10) des Gehäuses 2 ermöglicht werden, in der das Steuerelement 6 drehbar gelagert ist. Das Steuerelement 6 kann radial außen neben dem Bereich mit der Außenverzahnung eine nicht verzahnte Außenfläche 32 aufweisen, die durch ihre glatte Fläche eine reibarme Lagerung des Steuerelementes 6 gegenüber der Lagerkontur 30 bei einer Verdrehbewegung ermöglicht.
Ferner ist das Steuerelement 6 auch über eine Kupplung 15 mit der Gurtwelle 3 drehfest verbindbar. Die Kupplung 15 ist derart eingerichtet, dass sie bei einer großen Drehbeschleunigung des Steuerelements 6 relativ zu der Gurtwelle 3 in einen geschlossenen Schaltzustand schaltet, in dem die Gurtwelle 3 über die Kupplung 15 drehfest mit dem Steuerelement 6 verbunden ist. Die Kupplung 15 kann so durch eine schnelle Beschleunigung des Elektromotors 14 geschlossen werden, wodurch ein Drehmoment des Elektromotors 14 ohne die Mitwirkung der Steuerfeder 5 auf die Gurtwelle 3 übertragen werden kann. Dieser Schaltzustand kann zur reversible Gurtstraffung genutzt werden.
Wird das Steuerelement 6 durch den Elektromotor 14 dagegen nur langsam relativ zur Gurtspule 3 rotiert, dann ist die Kupplung 15 in einer geöffneten Schaltstellung, in der das Steuerelement 6 nur über die Steuerfeder 5 mit der Gurtwelle 3 in Wirkverbindung steht. Über den Elektromotor 14 kann in diesem Zustand durch eine relativ langsame Verstellbewegung des Steuerelements 6 die Vorspannung der Steuerfeder 5 und damit das durch die Steuerfeder 5 auf die Gurtwelle 3 bewirkte Drehmoment eingestellt werden.
Über den Profilkopf 3b als Bestandteil der Gurtwelle 3 kann die Gurtwelle 3 in einer Unfallsituation derart blockiert werden, dass eine Rotation der Gurtwelle 3 in Auszugsrichtung des Gurtbandes 23 nur noch unter einer plastischen Verformung eines Torsionsstabes 16 möglich ist. Zum Blockieren der Gurtwelle 3 wird mittels eines nicht dargestellten Steuerrades eine ebenfalls nicht gezeigte Blockierklinke des Profilkopfes 16 ausgefahren, so dass sie mit einer Kontur 25 des gehäusefesten Rahmens 26 in Eingriff gelangt und die Gurtwelle 3 gegen eine weitere Drehbewegung in Gurtauszugsrichtung blockiert. Der Profilkopf 3b weist die Aufnahmen 17 auf, über die eine drehfeste Verbindung mit dem zweiten Steuerfederende 5b besteht. Der Profilkopf 3b weist innen ein Polygonprofil 28 (siehe 10, 12 und 13) auf und ist darüber drehfest mit einem zweiten Ende des Torsionsstabes 16 verbunden. Der Torsionsstab 16 ist mit seinem ersten Ende mit dem ersten Teil 3a der Gurtwelle 3 und mit dem zweiten Ende mit dem durch den Profilkopf 3b gebildeten zweiten Teil der Gurtwelle 3 drehfest verbunden. Eine Außenkontur 27 des Profilkopfes 3b greift in eine ebenfalls polygonförmige Aufnahme 29 der Kupplung 15 ein, so dass der Profilkopf 3b drehfest mit der Kupplung 15 verbunden ist.
2, links zeigt die Rückzugsfeder 4 in einem Zustand, der sich bei aufgerolltem Gurtband 23 einstellt. In 2, rechts ist die dazugehörige Federkennlinie dargestellt, bei der das Drehmoment in Ncm über die Anzahl an Umdrehungen des zweiten Rückzugsfederendes 4b aufgetragen ist. Mit zunehmender Abwicklung des Gurtbandes 23 von der Gurtwelle 3 verdichtet sich die Spirale zum Zentrum hin, was eine Zunahme des Drehmoments zur Folge hat.
3, links zeigt die Steuerfeder 5 im entspannten Zustand sowie deren Federkennlinie auf der rechten Seite. Es ist zu erkennen, dass das Drehmoment sich zu der Verdrehung an dem zweiten Steuerfederende 5b linear verhält. Des Weiteren ist die Steuerfeder 5 derart ausgeführt, dass das erste Steuerfederende 5a in beide Drehrichtungen verdreht werden kann und daraus ein entsprechendes Drehmoment resultiert.
In 4 ist eine schematische Darstellung des Sicherheitsgurtaufrollers 1 dargestellt. Deutlich zu erkennen ist, dass sowohl das zweite Steuerfederende 5b als auch das zweite Rückzugsfederende 4b drehfest mit der Gurtwelle 3 verbunden sind, wobei das zweite Steuerfedernde 5b hier über den Profilkopf 3b und den Torsionsstab 16 mit dem ersten Teil 3a der Gurtwelle 3 verbunden ist. Auf der Gurtwelle 3 ist das Gurtband 23 aufgewickelt. Das erste Rückzugsfederende 4a ist drehfest mit dem Gehäuse 2 verbunden, also nicht verstellbar. Dagegen ist das erste Steuerfederende 5a über das Stellelement 6 verstellbar. Die Rückzugsfeder 4 wirkt in Richtung eines Pfeils 20, wobei das erste Steuerfederende 5a derart verdreht ist, dass die Steuerfeder 5 an der Gurtwelle 3 ein Drehmoment in Richtung eines Pfeils 21 bewirkt. Dementsprechend wirkt das Drehmoment der Steuerfeder 5 entgegen dem Drehmoment der Rückzugsfeder 4.
Ferner ist in 4 ein Drehwinkelsensor 10 sowie eine Datenverarbeitungseinrichtung 11 als Bestandteil des Sicherheitsgurtaufrollers 1 dargestellt. Über den Drehwinkelsensor 10 kann beispielsweise die Verdrehposition der Gurtwelle 3 detektiert werden. Über eine Steuer- und/oder Regelungseinrichtung als Bestandteil der Datenverarbeitungseinrichtung 11 wird der Elektromotor 14 angesteuert, so dass der gewünschte Zustand der Steuerfeder 5 eingestellt werden kann oder eine reversible Gurtstraffung ausgelöst werden kann.
In den 5 bis 9 werden exemplarisch verschiedene Zustände des Sicherheitsgurtaufrollers 1 gezeigt, wobei auf der jeweils linken Seite der Figur die Federkennlinie der Rückzugsfeder 4 dargestellt ist und auf der rechten Seite die Federkennlinie der Steuerfeder 5.
In den 5 bis 9 ist auf der Abszisse der Diagramme der Rückzugsfeder 4 jeweils die Anzahl der Umdrehungen an dem innenliegenden zweiten Rückzugsfederende 4b aufgetragen. Analog dazu ist auf der Abszisse des Diagramms der Steuerfeder 5 die Anzahl an Umdrehungen des außenliegenden ersten Steuerfederndes 5a aufgetragen. Die aufgetragenen Umdrehungen sind immer bezogen auf einen nicht vorgespannten Zustand der Rückzugsfeder 4 und der Steuerfeder 5; bei der Steuerfeder 5 entspricht das der Ausgangsposition 22.
Auf der Ordinate der jeweiligen Diagramme in den 5 bis 9 ist das an dem inneren zweiten Steuer- bzw- Rückzugsfederende 5b, 4b wirkende Drehmoment in der Einheit Ncm aufgetragen.
5 zeigt anhand der Federkennlinien den Zustand der Rückzugsfeder 4 und der Steuerfeder 5 in einem Kompensationszustand. In diesem Ausführungsbeispiel wird der Kompensationszustand in einer Anschnallposition 8 eingestellt, in der die Gurtwelle 3 so weit verdreht ist, dass genügend Gurtband 23 zum Angurten des Insassen freigegeben wird. In dieser Anschnallposition 8, die durch den Drehwinkelsensor 10 bestimmbar ist, ist die Gurtwelle 3 um 15 volle Umdrehungen verdreht, so dass durch die Aufrollfeder 4 ein Drehmoment von wenigstens 16 Ncm wirkt.
Die Federkennlinie der Rückzugsfeder 4 weist eine Hysterese auf, wobei das Drehmoment während der Auszugsbewegung der oberen Kurve folgt und bei der Einzugsbewegung der unteren Kurve mit einem geringeren Rückzugsdrehmoment folgt.
Ferner kann anhand der Anschnallposition 8 auch die Verdrehung der Gurtspule bei einer maximalen Vorverlagerung 9, hier etwa 19 Umdrehungen, ermittelt werden, was einem Drehmoment von 19 Ncm entspricht.
Da es sich bei der Federkennlinie der Rückzugsfeder 4 um eine Hysterese handelt, sind hier einer bestimmten Verdrehung der Rückzugsfeder 4 der Wert für die Einzugsbewegung und der Wert für die Auszugsbewegung zugeordnet. Zur Festlegung eines Referenzdrehmomentes kann aus der Hysteresekurve für eine bestimmte Verdrehung der Gurtwelle 3 der Wert bei der Einzugsbewegung, der Wert bei der Auszugsbewegung oder ein beliebiger Wert dazwischen zu Grunde gelegt werden. Es wird hier beispielsweise in der Anschnallposition 8 der geringerer Drehmomentwert, also der Wert bei der Einzugsbewegung, verwendet und in der Position der maximalen Vorverlagerung 9 der größere Drehmomentwert, also der Wert bei der Auszugsbewegung, da damit ein Intervall für ein Mindestdrehmoment und ein Maximaldrehmoment definiert wird, das durch die Rückzugsfeder 4 auf die Gurtwelle 3 wirkt, wenn das Gurtband 23 zwischen einer Anschnallposition 8 und einer maximalen Vorverlagerung bewegt wird.
Die Bestimmung dieses Drehmomentbereichs erfolgt beispielsweise in der Datenverarbeitungseinrichtung 11. Es kann beispielsweise aus dem Minimal- und dem Maximalwert der Drehmomente in der Anschnallposition 8 und der Position der maximalen Vorverlagerung 9 das arithmetische Mittel gebildet werden, so dass sich ein Referenzdrehmoment 24 von 17,5 Ncm ergibt, das als Basis für die Einstellung der Steuerfeder 5 herangezogen wird.
Die relevanten Drehmomentwerte können aber beispielsweise auch experimentell bestimmt werden, so dass der Sicherheitsgurtaufroller auch betrieben werden kann, wenn keine Informationen über die tatsächliche Auszugslänge vorliegen. Es werden dann zum Einstellen der verschiedenen Zustände vordefinierte Werte für die Verdrehung des ersten Steuerfederendes aus der Ausgangsposition verwendet. Diese Werte sind vorzugsweise auf der Datenverarbeitungseinrichtung 11 gespeichert.
Zur Einstellung der Steuerfeder 5 für den Kompensationszustand wird nun beispielsweise in der Datenverarbeitungseinrichtung 11 anhand der Federkennlinie der Steuerfeder 5 die Steuerfeder 5 derart eingestellt, dass sie mit dem Referenzdrehmoment 24 der Rückzugsfeder 4 betragsmäßig übereinstimmt, allerdings eine entgegengesetzte Wirkrichtung aufweist; dies ist in einem Stellpunkt 7 der Fall. Durch die Datenverarbeitungseinrichtung 11 kann ermittelt werden, dass das erste Steuerfederende 5a hierfür um 4 Umdrehungen gegenüber der Ausgangsposition 22 verdreht werden muss. Durch den so erreichten Kompensationszustand wirkt an dem Gurtband 23 nur eine äußerst geringe bis gar keine Rückzugskraft, was insbesondere bei einem selbstfahrenden Betriebszustand für den Insassen sehr angenehm ist.
Grundsätzlich kann die Berechnung der Verdrehung des ersten Steuerfederendes 5a für jeden Zustand in Abhängigkeit der Verdrehung der Gurtwelle 3 einmalig erfolgen, so dass auf einem Datenspeicher der Datenverarbeitungseinrichtung 11 für den jeweiligen Betriebszustand jeder Verdrehposition der Gurtwelle 3 eben eine entsprechende Verdrehung des ersten Steuerfederendes 5a und/oder des Steuerelements 6 gespeichert ist.
6 zeigt anhand der Federkennlinien den Zustand der Rückzugsfeder 4 und der Steuerfeder 5 in einem Geringkraftzustand. In diesem Ausführungsbeispiel wird der Geringkraftzustand in einer Anschnallposition 8 eingestellt, in der die Gurtwelle 3 so weit verdreht ist, dass genügend Gurtband 23 zum Angurten des Insassen freigegeben wird. Wie der Federkennlinie der Steuerfeder 6 (rechts) zu entnehmen ist, wird der Stellpunkt 7 so gewählt, dass das der Rückzugsfeder 4 entgegenwirkende Drehmoment der Steuerfeder 5 betragsmäßig geringer ist als das Referenzdrehmoment 24 der Rückzugsfeder 4. Das erste Steuerfederende 5a ist in diesem Zustand um drei Umdrehungen gegenüber der Ausgangsposition 22 verdreht. Somit wird das Gesamtfedermoment um das Drehmoment der Steuerfeder 5 reduziert. Die Rückzugskraft des Gurtbandes 23 kann so äußerst gering, beispielsweise in einem Bereich von 0,5 bis 2 Newton, weiter beispielsweise von 1 Newton eingestellt werden. Dieser Zustand kann zur Erleichterung des Anschnallvorgangs eingestellt werden.
7 zeigt anhand der Federkennlinien den Zustand der Rückzugsfeder 4 und der Steuerfeder 5 in einem Aufrollzustand. In diesem Ausführungsbeispiel wird der Aufrollzustand in einer Anschnallposition 8 eingestellt, in der die Gurtwelle 3 so weit verdreht ist, dass genügend Gurtband 23 zum Angurten des Insassen freigegeben wird. Wie der Federkennlinie der Steuerfeder 5 (rechts) zu entnehmen ist, entspricht der Stellpunkt 7 der Ausgangsposition 22, so dass die Steuerfeder 5 kein Drehmoment auf die Gurtwelle 3 bewirkt. In diesem Zustand wirkt eine Rückzugskraft von etwa 5 bis 15 Newton auf das Gurtband 23, beispielsweise 10 Newton.
8 zeigt anhand der Federkennlinien den Zustand der Rückzugsfeder 4 und der Steuerfeder 5 in einem ersten Hochkraftzustand. In diesem Ausführungsbeispiel wird der erste Hochkraftzustand in einer Anschnallposition 8 eingestellt, in der die Gurtwelle 3 so weit verdreht ist, dass genügend Gurtband 23 zum Angurten des Insassen freigegeben wird. Wie der Federkennlinie der Steuerfeder 5 (rechts) zu entnehmen ist, wird der Stellpunkt 7 derart gewählt, dass die Steuerfeder 5 ein negatives Drehmoment auf die Gurtwelle 3 bewirkt. Hierzu wird das erste Steuerfederende 5a relativ zu der Ausgangsposition 22 um -4 Umdrehungen verstellt. Die Drehmomente der Steuerfeder 5 und der Rückzugsfeder 4 sind dann gleichwirkend, so dass die Gesamtfederkraft größer ist als die der Rückzugsfeder 4. In diesem Zustand wirkt eine Rückzugskraft von etwa 30 Newton auf das Gurtband. Diese hohe Rückzugskraft kann für die Gurtparkfunktion genutzt werden. Ferner kann auch nach Erreichen der Parkstellung die Einstellung der Steuerfeder von -4 Umdrehungen relativ zu der Ausgangsposition 22 beibehalten werden, um ein Klappern, beispielsweise einer Gurtzunge, in der Parkposition zu verhindern.
9 zeigt einen zweiten Hochkraftzustand, wobei aufgrund der Ähnlichkeiten auf die Erläuterungen zu 8 verwiesen wird. Lediglich der Stellpunkt 7 ist mit -3,5 Umdrehungen so gewählt, dass das Gesamtfedermoment geringer ausfällt als bei dem in 8 gezeigten Zustand. Es wirkt damit auf das Gurtband 23 eine Rückzugsraft von etwa 25 Newton. Dieser zweite Gurtzustand kann beispielsweise genutzt werden, um Gurtlosen zu beseitigen.
Die 10 bis 13 zeigen den Sicherheitsgurtaufroller 1 aus 1 in unterschiedlichen Perspektiven und Darstellungen. Aufgrund der Ähnlichkeiten wird auf die Beschreibung zu 1 verwiesen.
Aus der in 10 dargestellten Perspektive ist die innenseitige Lagerkontur 30 des Gehäuses 2 zu erkennen, über die das Steuerelement 6 in Radialrichtung gelagert ist.
11 zeigt den Profilkopf 3b in einem Einbauzustand, in dem eine nicht dargestellte Sperrklinke durch das Ausfahren nach radial außen in die Kontur 25 des Rahmens 26 ein fahrzeugfestes Blockieren des Profilkopfes 3b und damit auch des dem Profilkopf 3b zugewandten zweiten Endes des Torsionsstabes 16 in Auszugsrichtung des Sicherheitsgurtes bewirken kann.
12 zeigt die Teile 15a und 15b der Kupplung 15, die im eingebauten Zustand radial ineinander gelagert sind und in der geöffneten Schaltstellung 15 gegeneinander verdrehbar sind. In der geschlossenen Schaltstellung sind die beiden Teile 15a und 15b miteinander drehfest verbunden.
In der Darstellung aus 13 ist deutlich der Hohlraum 31 zu erkennen, in dem die Kupplung 15 drehfest im Inneren des Steuerelements 6 gelagert ist.
Die in 14 dargestellte Ausführungsform des Sicherheitsgurtaufrollers 1 weist ein zweiteiliges Steuerelement 6 mit den Teilen 6a und 6b auf, die jeweils über eine eigene Außenverzahnung durch den Elektromotor 14 antreibbar sind. Hierfür sind ausgehend von dem Elektromotor 14 auch zwei separate Getriebe 18a und 18b vorgesehen, die in 14 nur teilweise dargestellt sind. Mittels des Teils 6a kann das Drehmoment des Elektromotors 14 über die Kupplung 15 auf die Gurtwelle 3 übertragen werden. Über das Teil 6b kann die Einstellung der Steuerfeder 5 realisiert werden. Vorzugsweise sind die Teile 6a und 6b um die Rotationsachse 12 gegeneinander verdrehbar, so dass durch die zweiteilige Ausführung des Stellelements 6 und durch den separaten Antrieb der Teile 6a und 6b über entsprechende Getriebe 18a und 18b jeder Teil 6a und 6b mit einer optimalen Übersetzung angetrieben werden kann. Die Untersetzung der Getriebe 18a und 18b ist beispielsweise derart gewählt, dass der die Kupplung 15 antreibende Teil 6a des Steuerelements 6 im Vergleich zu dem die Steuerfeder 5 antreibenden Teil 6b des Steuerelements 6 bei gleicher Drehzahl des Elektromotors 14 schneller dreht. Das bedeutet, dass die Kupplung 15 im Bedarfsfall durch eine hohe Beschleunigung des Teils 6a des Steuerelements 6 nahezu verzögerungsfrei geschlossen werden kann. Bei geöffneter Kupplung 15 können über den zweiten Teil 6b des Steuerelements 6 kleine und damit sehr genaue Verstellbewegungen des zweiten Steuerfederendes 5b erreicht werden. Zur Verwirklichung unterschiedlicher Drehzahlen kann das Getriebe 18 neben der Schneckenwelle 19 eine zusätzliche Schneckenwelle aufweisen, wobei das Getriebe 18 eine zusätzliche Kupplung aufweisen kann, welche in Abhängigkeit von ihrem Schaltzustand einen wahlweisen Antrieb der beiden Teile 6a und 6b des Steuerelementes 6 ermöglicht.
15 stellt schematisch ein Verfahren zur Gurtstraffung mittels des Sicherheitsgurtaufrollers 1 dar. In einem ersten Verfahrensschritt a) wird zunächst das Referenzdrehmoment 24 der Rückzugsfeder 4 bei einer entsprechenden Verdrehposition der Gurtwelle 3 ermittelt, beispielsweise in der Anschnallposition 8. In einem zweiten Verfahrensschritt b) wird dann mittels der Federkennlinie der Steuerfeder 5 der Stellpunkt 7 der Steuerfeder 5 ermittelt; also die Anzahl der erforderlichen Umdrehungen des ersten Steuerfederendes 5a, um den gewünschten Zustand der Steuerfeder 5 einzustellen. Sobald dieser Wert ermittelt ist, erfolgt in einem weiteren Verfahrensschritt c) die Verstellung des Steuerelements 6 mittels des Elektromotors 14, so dass das erste Steuerfederende 5a um die gewünschte Umdrehungszahl gegenüber der Ausgangsposition 22 verdreht ist. Die Verstellung der Steuerfeder 5 kann somit in Abhängigkeit des durch die Rückzugsfeder 4 auf die Gurtwelle 3 wirkenden Drehmoments erfolgen.
Vorzugsweise ist die Steuerfeder 5 durch eine Spiralfeder gebildet, deren erstes Steuerfederende um +/- 4 Umdrehungen verdreht werden kann, so dass entweder ein Drehmoment auf die Gurtwelle 3 wirkt, dass dem Drehmoment der Rückzugsfeder 4 entgegenwirkt oder eben die gleiche Wirkrichtung hat.
Alternativ kann die Steuerfeder 5 auch nach Art der Rückzugsfeder 4, auch Retraktorfeder genannt, ausgeführt sein, die über wenigstens 10, vorzugsweise wenigstens 15, insbesondere wenigstens 20 Umdrehungen hinweg ein der Rückzugsfeder 4 entgegenwirkendes Drehmoment auf die Gurtwelle 3 aufbringen kann. Eine solche Steuerfeder 5 ist derart in dem Sicherheitsgurtaufroller 1 angeordnet, dass ihr Drehmoment über die gesamte Auszugsbewegung des Gurtbandes 23 dem Drehmoment der Rückzugsfeder 4 entgegenwirkt. Eine solche Steuerfeder 5 kann selbstverständlich ebenfalls durch die Verdrehung des zweiten Steuerfederendes 5b verstellt werden; durch diese Verstellung wird dann der Grad des der Rückzugsfeder 4 entgegenwirkenden Drehmomentes bestimmt.
Eine Steuerfeder 5 nach Art einer Rückzugsfeder 4 bietet den Vorteil, dass diese bei einer Auszugsbewegung nicht überdreht, wenn eine Nachsteuerung durch den Elektromotor 14 unterbleibt. Es kann somit beispielsweise das zweite Steuerfederende 5b so eingestellt werden, dass in der Anschnallposition 8 ein Kompensationszustand eingestellt ist; während der Aus- bzw. Einzugsbewegung des Gurtbandes 23 ist dann kein oder nur ein geringfügiges Mitdrehen des zweiten Steuerfederendes 5b mittels des durch den Elektromotor 14 angetriebenen Steuerelements 6 erforderlich. Wird eine Steuerfeder 5 nach Art der Rückzugsfeder 4 verwendet, dann kann aufgrund ihrer permanenten Wirkung entgegen der Rückzugsfeder 4 kein Hochkraftzustand eingestellt werden, in dem die Drehmomente der Steuerfeder 5 und der Rückzugsfeder 4 in die gleiche Drehrichtung wirken. Die Federkennlinien der Steuerfeder 5 und der Rückzugsfeder 4 können beispielsweise identisch sein, oder alternativ auch voneinander abweichen. Wenn die Steuerfeder 5 eine mit der Rückzugsfeder 4 identische Federkennlinie aufweist, dann sind diese in einer unterschiedlichen Ausgangsposition in dem Sicherheitsgurtaufroller 1 verbaut, da sich sonst die auf die Gurtwelle 3 wirkenden Drehmomente aufheben würden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 4112620 A [0003]
DE 19927731 C [0004]
DE 2742676 [0005]
DE 29605200 U1 [0005]

Claims

Sicherheitsgurtaufroller (1) mit einer Komfortfunktion umfassend: - eine an einem Gehäuse (2) drehbar gelagerte Gurtwelle (3), auf der ein Gurtband (23) aufwickelbar ist, und - eine Rückzugsfeder (4), die über ein erstes Rückzugsfederende (4a) drehfest mit dem Gehäuse (2) verbunden ist und über ein zweites Rückzugsfederende (4b) drehfest mit der Gurtwelle (3) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Sicherheitsgurtaufroller (1) zusätzlich - eine Steuerfeder (5) umfasst, die über ein erstes Steuerfederende (5a) drehfest mit einem Steuerelement (6) verbunden ist und über ein zweites Steuerfederende (5b) drehfest mit der Gurtwelle (3) verbunden ist, wobei - das Steuerelement (6) dazu eingerichtet ist, das durch die Steuerfeder (5) auf die Gurtwelle (3) wirkende Drehmoment zu verstellen, wobei - die Steuerfeder (5) in wenigstens einen Zustand bringbar ist, in der das durch die Steuerfeder (5) auf die Gurtwelle (3) wirkende Drehmoment dem durch die Rückzugsfeder (4) auf die Gurtwelle (3) wirkenden Drehmoment entgegenwirkt.
Sicherheitsgurtaufroller (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass - es sich bei der Steuerfeder (5) um eine Spiralfeder handelt, und - das Einstellen der Zustände der Steuerfeder (5) durch ein Ein- oder Ausdrehen des ersten Steuerfederendes (5a) in Bezug auf die Gurtwelle (3) erfolgt.
Sicherheitsgurtaufroller (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass - radial innerhalb des Steuerelements (6) die Steuerfeder (5) angeordnet ist und radial außenliegend ein Maschinenelement (13) zum Antreiben des Steuerelements (6) vorgesehen ist.
Sicherheitsgurtaufroller (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass - das Steuerelement (6) durch ein Hohlrad gebildet ist, in dessen Hohlraum (31) die Steuerfeder (5) angeordnet ist.
Sicherheitsgurtaufroller (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass - die Steuerfeder (5) derart ausgelegt ist, dass sie ausgehend von einem entspannten Zustand in beide Drehrichtungen vorspannbar ist.
Sicherheitsgurtaufroller (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass - die Steuerfeder (5) in wenigstens einen Kompensationszustand bringbar ist, in der die durch die Steuerfeder (5) und die Rückzugsfeder (4) auf die Gurtwelle (3) wirkenden Drehmomente betragsmäßig weniger als 5 % voneinander abweichen, und das Drehmoment der Steuerfeder dem Drehmoment der Rückzugsfeder entgegenwirkt.
Sicherheitsgurtaufroller (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass - die Steuerfeder (5) in wenigstens einen Geringkraftzustand bringbar ist, in der das durch die Steuerfeder (5) auf die Gurtwelle (3) wirkende Drehmoment betragsmäßig geringer ist als das durch die Rückzugsfeder (4) auf die Gurtwelle (3) wirkende Drehmoment, und das Drehmoment der Steuerfeder (5) dem Drehmoment der Rückzugsfeder (4) entgegenwirkt.
Sicherheitsgurtaufroller (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass - die Steuerfeder (5) in wenigstens einen Aufrollzustand bringbar ist, in der die Steuerfeder (5) kein Drehmoment auf die Gurtwelle (3) ausübt.
Sicherheitsgurtaufroller (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass - die Steuerfeder (3) in wenigstens einen Hochkraftzustand bringbar ist, in der das durch die Steuerfeder (5) auf die Gurtwelle (3) wirkende Drehmoment in die gleiche Drehrichtung wirkt wie das durch die Rückzugsfeder (4) auf die Gurtwelle (3) wirkende Drehmoment.
Sicherheitsgurtaufroller (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass - ein Drehwinkelsensor (10) zum Erfassen eines Verdrehwinkels der Gurtspule (3) vorgesehen ist, wobei - das Steuerelement (6) in Abhängigkeit von dem Verdrehwinkel der Gurtwelle (3) steuer- und/oder regelbar ist.
Sicherheitsgurtaufroller (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass - ein Elektromotor (14) vorgesehen ist, der mit dem Steuerelement (6) in Wirkverbindung steht.
Sicherheitsgurtaufroller (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass - eine Kupplung (15) vorgesehen ist, die dazu eingerichtet ist, in einer geschlossenen Schaltstellung das Drehmoment des Steuerelements (6) auf die Gurtwelle (3) zu übertragen.
Sicherheitsgurtaufroller (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass - die Gurtwelle (3) zweiteilig ausgeführt ist, wobei auf einem ersten Teil (3a) das Gurtband (23) aufwickelbar ist und ein zweiter Teil durch einen fahrzeugfest blockierbaren Profilkopf (3b) gebildet ist, wobei - die Steuerfeder (5) über das zweite Steuerfederende (5b) drehfest mit dem Profilkopf (3b) verbunden ist.
Sicherheitsgurtaufroller (1) nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass - das Steuerelement (6) als Hohlrad ausgebildet ist und sowohl die Kupplung (15) als auch die Steuerfeder (5) in parallel zueinander angeordneten Ebenen in einem radial inneren Hohlraum (31) des Hohlrades angeordnet sind.
Verfahren zur Gurtstraffung in einem Kraftfahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass - ein Sicherheitsgurtaufroller (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14 verwendet wird, und - die Verstellung der Steuerfeder (5) in Abhängigkeit des durch die Rückzugsfeder (4) auf die Gurtwelle (3) wirkenden Drehmomentes erfolgt.