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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gurtaufroller mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
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Gurtaufroller weisen als Grundbauteile einen lasttragenden Rahmen und eine in dem Rahmen drehbar gelagerte Gurtspule auf, auf welcher ein Sicherheitsgurt aufwickelbar ist. Der Rahmen dient neben der Lagerung der Gurtspule außerdem zur Befestigung des Gurtaufrollers an einer Sitzstruktur oder an einer Fahrzeugstruktur und ist dafür aus einem entsprechend dicken Stahlblech hergestellt, welches zu einem U-förmigen Rahmen gebogen ist.
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Fahrzeugsitze mit integrierten Sicherheitsgurteinrichtungen sind z.B. in der Verwendung als Vordersitze in Cabriolets bekannt, bei denen wenigstens die Gurtaufroller der Sicherheitsgurteinrichtungen in den Rückenlehnen der Fahrzeugsitze befestigt sind. Die Gurtaufroller werden in diesem Fall mangels einer lasttragenden B-Säule und aus Gründen des Zuganges zu den hinteren Sitzen bzw. aus Gründen der Entfernung zu der hinteren Fahrzeugstruktur bevorzugt in die Rückenlehnen der Fahrzeugsitze integriert, welche damit auch zur Aufnahme der im Rückhaltefall wirkenden Zugkräfte ausgelegt werden müssen. Die Gurtaufroller selbst weisen alle Grundbauteile eines Standardgurtaufrollers auf und werden nur mit verschiedenen, speziell für den Einbau in die Rückenlehne vorgesehenen Zusatzbaugruppen, wie z.B. einem sich selbst ausrichtenden Trägheitssensor versehen.
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Der Fahrzeugsitz weist in seinem Grundaufbau eine Sitzstruktur aus mehreren lasttragenden Strukturteilen auf, welche zur Befestigung des Fahrzeugsitzes an der Fahrzeugstruktur dienen. Die Sitzstruktur ist zur Verbesserung des Sitzkomforts mit Federn und einer Polsterung versehen und dient außerdem zur Befestigung weiterer Bauteile wie z.B. verschiedener Sitzverstellmechanismen, einschließlich der zugehörigen Elektromotoren und weiterer Bauteile wie Heizeinrichtungen, Sensoren, Displays, Kopfstützen und dergleichen.
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In modernen Fahrzeugen mit autonomen Fahrsystemen wird zunehmend eine vergrößerte Verstellbarkeit der Fahrzeugsitze in verschiedene Ausrichtungen und Stellungen in der Fahrgastzelle gefordert, damit der Fahrzeuginsasse die durch das autonome Fahren gewonnenen Freiheiten z.B. zu einer vertieften Kommunikation mit den weiteren Insassen, zu verlängerten und intensiveren Ruhephasen oder auch zur Arbeit nutzen und den Fahrzeugsitz dazu entsprechend ausrichten kann. Dies hat zur Folge, dass die Sicherheitsgurteinrichtung und insbesondere der Gurtaufroller nicht mehr wie bisher an der Fahrzeugstruktur, sondern stattdessen mit sämtlichen Bestandteilen also Gurtaufroller und Gurtschloss am Fahrzeugsitz befestigt werden muss, wie dies z.B. auch schon bei den Vordersitzen von Cabriolets der Fall ist.
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Ferner werden Gurtaufroller in modernen Sicherheitsgurteinrichtungen mit Elektromotoren versehen, welche die Gurtwelle bei einer Aktivierung zum Beispiel zu einer reversiblen Gurtstraffung in Aufwickelrichtung antreiben. Der Elektromotor ist dabei ebenfalls an dem Rahmen befestigt und seitlich der Gurtwelle mit einer parallel zu der Drehachse der Gurtwelle ausgerichteten Antriebswelle angeordnet. Ferner ist es bekannt, zwischen der Gurtwelle und dem Elektromotor ein Getriebe vorzusehen, durch welches die Drehzahl des Elektromotors in eine vorbestimmte Drehzahl der Gurtwelle übersetzt wird. Durch die Verwendung des Getriebes wird es außerdem ermöglicht, einen möglichst kleinbauenden Elektromotor mit einer hohen Drehzahl zu verwenden und dennoch ein vergleichsweises hohes Drehmoment auf die Gurtwelle auszuüben. Insgesamt ergibt sich dadurch aber trotz der durch das Getriebe ermöglichten Verwendung des kleinbauenden Elektromotors ein Gurtaufroller mit einem vergrößerten Bauraumbedarf. Ein solcher Gurtaufroller ist z.B. aus der Druckschrift
WO 03 / 099 619 A2 bekannt.
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Sofern die Gurtwelle mit unterschiedlichen Drehzahlen und Drehmomenten angetrieben werden soll, müssen weitere Getriebestufen vorgesehen werden, welche den Bauraumbedarf weiter vergrößern. Ein solcher Gurtaufroller ist z.B. aus der Druckschrift
DE 199 27 731 C2 bekannt.
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Ferner ist es bekannt, in den Gurtaufrollern Kraftbegrenzungseinheiten vorzusehen, welche eine kraftbegrenzte Vorverlagerung des Insassen zur Reduzierung der Insassenbelastung ermöglichen, bevor dieser von den Airbags aufgefangen wird. Als Kraftbegrenzungseinheiten haben sich insbesondere Torsionsstäbe aus Stahl bewährt, welche mit einem Ende drehfest mit einem fahrzeugfest blockierbaren Teil und mit dem anderen Ende mit der Gurtwelle verbunden sind. Diese Torsionsstäbe werden, während ihrer Aktivierung plastisch um ihre Längsachse verdrillt und vernichten dadurch bewusst Energie. Dabei wird das Kraftbegrenzungsniveau bzw. die Kraftbegrenzungscharakteristik durch den plastischen Verformungswiderstand des Torsionsstabes bestimmt, welcher wiederum abhängig von dem Werkstoff und dem Durchmesser des Torsionsstabes ist. Der Torsionsstab liefert ein konstantes Kraftbegrenzungsniveau und wird erst bei einem Überschreiten seiner plastischen Verformungsgrenze aktiviert.
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Sofern die Zugkraft im Gurt z.B. bei der Rückhaltung von kleineren Kindern nicht groß genug ist, und der plastische Verformungswiderstand nicht überschritten wird, erfährt der Insasse, also in diesem Fall das Kind auch keine kraftbegrenzte Vorwärtsverlagerung. Der Insasse nutzt in diesem Fall den zur Rückhaltung zur Verfügung stehenden Vorverlagerungsweg in der Fahrgastzelle nicht aus und wird stattdessen mit einer höheren Insassenbelastung zurückgehalten als dies eigentlich unter einer vollständigen Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Vorverlagerungsweges möglich wäre.
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Aus der Patentschrift
DE 10 2005 016 822 B3 ist ferner eine frequenzgesteuerte Kraftbegrenzungseinheit bekannt, welche einen kraftbegrenzten Gurtbandauszug durch ein in Schwingung zu versetzendes Massesystem ermöglicht. Der Vorteil dieser Kraftbegrenzungseinheit ist darin zu sehen, dass der kraftbegrenzte Gurtbandauszug unabhängig von den in dem Gurtband wirkenden Zugkräften aktiviert wird, und dass der zur Reduzierung der Insassenbelastung ausgenutzte Vorverlagerungsweg auch unabhängig von der Schwere des Unfalles ist. Damit wird für den Insassen im Idealfall immer der maximale Vorverlagerungsweg ausgenutzt und die Insassenbelastung maximal reduziert. Die Kraftbegrenzungscharakteristik dieser Kraftbegrenzungseinheit ist durch die Auslegung des in Schwingung zu versetzenden Massesystems definiert.
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Sowohl die Kraftbegrenzungseinheit mit dem Torsionsstab als auch die frequenzgesteuerte Kraftbegrenzungseinheit werden durch die in dem Gurt wirkende Zugkraft aktiviert und weisen eine allein durch ihre Auslegung definierte, unveränderbare Kraftbegrenzungscharakteristik auf.
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In der nachveröffentlichten Druckschrift
DE 10 2020 207 557 B3 wird ferner ein Gurtaufroller mit einer Gurtwarnfunktion mit einem Elektromotor beschrieben, bei dem der Elektromotor dazu eingerichtet ist, die Gurtwelle bei einer Aktivierung gepulst in Abwickelrichtung des Sicherheitsgurtes anzutreiben.
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In der von der Anmelderin eingereichten und nachveröffentlichten Patentanmeldung
DE 10 2020 207 535 A1 wird ferner ein Gurtaufroller beschrieben, bei dem die Kraftbegrenzungseinheit in dem Gurtaufroller einen Elektromotor und eine erste Blockiereinrichtung aufweist, und die erste Blockiereinrichtung dazu eingerichtet ist, durch die Aktivierung des Elektromotors eine Drehbewegung der Gurtwelle in Auszugsrichtung in einer sich wiederholenden Abfolge freizugeben und wieder zu blockieren.
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Der Vorteil der vorgeschlagenen Lösung ist darin zu sehen, dass die Kraftbegrenzungseinheit des Gurtaufrollers einen steuerbaren Elektromotor aufweist, und dass die erste Blockiereinrichtung bewusst dazu eingerichtet ist, ausgelöst durch die Aktivierung des Elektromotors eine kraftbegrenzte Gurtbandauszugsbewegung zu ermöglichen, indem sie die Drehbewegung der Gurtwelle in Auszugsrichtung in einer sich wiederholenden Abfolge freigibt und wieder blockiert. Damit können der Beginn und das Ende der Gurtbandauszugsbewegung unabhängig von den wirkenden Zugkräften in dem Gurt gesteuert werden. Dabei ist die Drehbewegung der Gurtwelle vor der Aktivierung des Elektromotors durch die in der Blockierstellung angeordnete Blockiereinrichtung blockiert und wird erst durch die Aktivierung des Elektromotors ermöglicht. Der Elektromotor kann hier auch als Auslöser der kraftbegrenzten Gurtbandauszugsbewegung angesehen werden. Durch die kurzzeitige Freigabe der ersten Blockiereinrichtung wird das Gurtband unter den von dem Insassen bei der Rückhaltung im Unfall ausgeübten Zugkräften für eine sehr kurze Zeitspanne bis zu der nächsten Blockierung der ersten Blockiereinrichtung ausgezogen, und der Insasse verlagert sich mit einer dadurch reduzierten Insassenbelastung nach vorne, bevor die Vorwärtsverlagerung durch die Blockierung wieder gestoppt wird, und sich der Vorgang wiederholt. Die erste Blockiereinrichtung ist dabei so ausgelegt, dass die Zeitabstände zwischen der Entriegelung und der anschließenden Blockierung zwischen 0,1-2 ms liegen, so dass der Auszug des Gurtbandes schrittweise in sehr kurzen, sich wiederholenden Auszugsbewegungen erfolgt, welche für den Insassen aufgrund der sehr kurzen Zeitspannen aber nicht wahrnehmbar sind.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass die erste Blockiereinrichtung in Abhängigkeit von einer Aktivierung des Elektromotors aus einer die Gurtwelle blockierenden Stellung in eine die Gurtwelle freigebende Stellung bewegbar ist, und die erste Blockiereinrichtung durch die ermöglichte Drehbewegung der Gurtwelle in Auszugsrichtung nach einem vorbestimmten Drehwinkel der Gurtwelle selbsttätig wieder blockiert. Der Elektromotor wird gemäß der vorgeschlagenen Weiterentwicklung dazu genutzt, den Entriegelungsvorgang der ersten Blockiereinrichtung auszulösen und damit die bezweckte Gurtbandauszugsbewegung durch eine dadurch freigegebene Gurtwelle zu ermöglichen. Die nachfolgende Auszugsbewegung kann z.B. durch die von dem Insassen auf das Gurtband ausgeübte Zugkraft bewirkt werden, der Elektromotor muss hier nicht mitwirken. Es ist aber nicht ausgeschlossen, dass der Elektrotor auch zur Beeinflussung der Auszugsbewegung aktiv genutzt wird. Da die erste Blockiereinrichtung weiter dazu eingerichtet ist, nach einem vorbestimmten Drehwinkel der Gurtwelle selbsttätig wieder zu blockieren, wird die Drehbewegung der Gurtwelle in Auszugsrichtung nachfolgend selbsttätig wieder gestoppt, bevor sie in einem sich wiederholenden Vorgang wieder freigegeben und blockiert wird.
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Dabei kann die Auslösung des Entriegelungsvorganges der ersten Blockiereinrichtung besonders einfach und in einer kompakten Bauweise verwirklicht werden, indem ein durch den Elektromotor angetriebener Entriegelungsring vorgesehen ist, welcher eine Steuerkontur aufweist, und die erste Blockiereinrichtung durch wenigstens ein an der Steuerkontur anliegendes Blockierelement gebildet ist. Der Entriegelungsring steuert durch seine durch den Antrieb über den Elektromotor ausgelöste Bewegung aufgrund der Formgebung seiner Steuerkontur die Auslösung und den Verlauf der Bewegung bzw. die Bewegungsmöglichkeit des daran anliegenden Blockierelementes. Dabei ist die Steuerkontur so ausgebildet, dass sie durch ihre Formgebung das Blockierelement über bestimmte Abschnitte während der Bewegung in die Blockierposition drängt und in bestimmten Abschnitten bewusst wieder freigibt, so dass sich das Blockierelement während der Relativbewegung zu dem Entriegelungsring aus der Blockierposition in eine Freigabestellung und umgekehrt bewegen kann bzw. durch die Formgebung der Steuerkontur zu der Bewegung gezwungen wird.
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Das Blockierelement wird während der Aktivierung der Kraftbegrenzungseinheit mit einer sehr hohen Drehzahl von ungefähr 60000 U/min bzw. einer Umfangsgeschwindigkeit von bis zu 100 m/s bewegt. Sofern das Blockierelement dabei zum Anlauf an einem gegenüber diesem feststehenden Teil gelangt, entstehen sehr hohe Impulskräfte, welche zu einer entsprechend hohen Belastung der Blockierelemente und der gegenüber diesen feststehenden Teilen führen können.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunden, einen Gurtaufroller mit einer Kraftbegrenzungseinheit bereitzustellen, welche einen verbesserten, gesteuerten Gurtbandauszug zur Reduzierung der Insassenbelastung ermöglichen soll, wobei gleichzeitig die dabei wirkende Belastung der Kraftbegrenzungseinheit und der darin vorgesehenen Blockierelemente reduziert sein soll.
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Erfindungsgemäß wird zur Lösung der Aufgabe ein Gurtaufroller mit den Merkmalen von Anspruch 1 vorgeschlagen. Weitere bevorzugte Weiterentwicklungen sind den Unteransprüchen, den Figuren und der zugehörigen Beschreibung zu entnehmen.
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Gemäß dem Grundgedanken der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Blockierelement in einem Trägerteil radial verschieblich geführt ist, und das Blockierelement eine gekrümmte Formgebung aufweist, und das Trägerteil wenigstens eine erste Anschlagsfläche aufweist, welche so angeordnet ist, dass das Blockierelement mit der gekrümmten Formgebung in einer ersten Anschlagsstellung daran zur Anlage gelangt, in der radial zwischen dem Blockierelement und einem Blockierring ein erster Spalt vorgesehen ist, wobei die gekrümmte Formgebung des Blockierelementes durch einen mittig in dem Blockierelement vorgesehenen zweifachgekrümmten Krümmungsabschnitt gebildet ist, welcher das Blockierelement in zwei voneinander getrennte gerade Führungsabschnitte unterteilt. Durch die vorgesehene Anschlagflächen wird die Radialbewegung der Blockierelemente soweit begrenzt, dass sie mit ihren Stirnseiten nicht mehr an dem Blockierring zur Anlage gelangen, wodurch die Reibung zwischen den Blockierelementen und dem Blockierring und die Belastung der Blockierelemente selbst verringert wird. Durch den zweifach gekrümmten Krümmungsabschnitt ist das Blockierelement in einer einfachen Formgebung mit zwei auf unterschiedlichen Seiten angeordneten Anschlagsflächen versehen, welche zur Begrenzung der Bewegung sowohl radial nach außen als auch radial nach innen genutzt werden können.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass das Trägerteil wenigstens eine zweite Anschlagsfläche aufweist, welche der ersten Anschlagsfläche gegenüberliegt, an der das Blockierelement mit der gekrümmten Formgebung in einer zweiten Anschlagsstellung zur Anlage gelangt, in der zwischen dem Blockierelement und dem Entriegelungsring und/oder einem gegenüber dem Blockierelement feststehenden Teil ein zweiter Spalt vorgesehen ist. Durch die vorgeschlagene Weiterentwicklung kann zusätzlich auch die Reibung zwischen den Blockierelementen und dem Entriegelungsring und insbesondere zu der daran vorgesehenen Steuerkontur reduziert werden. Die Blockierelemente werden damit in ihren Bewequngen sowohl radial nach innen als auch radial nach außen durch die vorgesehenen Anschlagsflächen begrenzt
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Weiter wird vorgeschlagen, dass die erste und die zweite Anschlagsfläche an einem Hohlraum des Trägerteils radial gegenüberliegend angeordnet sind. Die Bewegung der Blockierelemente wird damit durch radial innere Anschlagsflächen in dem Trägerteil begrenzt, während die Führung der Blockierelemente dann durch entsprechende Führungsabschnitte in den an den Hohlraum angrenzenden Randabschnitten verwirklicht ist.
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Dabei sind die geraden Führungsabschnitte bevorzugt parallel zueinander ausgerichtet, so dass sie beide gleichermaßen zu einer Führung des Blockierelementes in Längsrichtung der Führungsabschnitte genutzt werden können.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass der zweifach gekrümmte Krümmungsabschnitt S-förmig mit zwei entgegengesetzt gekrümmten Teilkrümmungsabschnitten ausgebildet ist. Durch die vorgeschlagene Formgebung des Krümmungsabschnittes erstreckt sich das Blockierelemente mit seinen freien Enden in unterschiedliche Richtungen.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Dabei zeigt
- 1 einen in der DE 10 2020 207 535 A1 beschriebenen Gurtaufroller in zwei Darstellungen mit einem montierten und einem teilweise demontierten Rahmen, und
- 2 einen in der DE 10 2020 207 535 A1 beschriebenen Gurtaufroller mit den einzelnen Baugruppen in einem demontierten Zustand, und
- 3 einen in der DE 10 2020 207 535 A1 beschriebenen Gurtaufroller ohne Rahmen in einer Explosionsdarstellung, und
- 4 eine Baugruppe aus einem Planetengetriebe, einer Kraftbegrenzungseinheit und einem Elektromotor eines erfindungsgemäßen Gurtaufrollers in einer Explosionsdarstellung in einer ersten Perspektive, und
- 5 eine Baugruppe aus einem Planetengetriebe, einer Kraftbegrenzungseinheit und einem Elektromotor eines erfindungsgemäßen Gurtaufrollers in einer Explosionsdarstellung in einer zweiten Perspektive, und
- 6 das Planetengetriebe mit der Kraftbegrenzungseinheit als Baugruppe ohne ein Gehäuse, und
- 7 das Planetengetriebe mit der Kraftbegrenzungseinheit in Explosionsdarstellung in einer ersten Perspektive
- 8 das Planetengetriebe mit der Kraftbegrenzungseinheit in Explosionsdarstellung in einer zweiten Perspektive
- 9 eine vergrößerte Schnittdarstellung des Planetengetriebes mit der Kraftbegrenzungseinheit, und
- 10 die Kraftbegrenzungseinheit in Schnittdarstellung im Ausgangszustand und bei hoher einwirkender Last, und
- 11 die Kraftbegrenzungseinheit in Schnittdarstellung im Ausgangszustand und bei Gurtbandausgabe nach einer reversiblen Gurtstraffung; und
- 12 die Kraftbegrenzungseinheit in Schnittdarstellung bei geringer einwirkender Last während der Gurtbandausgabe, und
- 13 die Kraftbegrenzungseinheit in Schnittdarstellung bei hoher einwirkender Last während der Gurtbandausgabe, und
- 14 das Blockierelement als Einzelteil, und
- 15 das Blockierelement in der radial äußeren Anschlagstellung, und
- 16 das Blockierelement in der radial inneren Anschlagstellung.
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Der erfindungsgemäße Gurtaufroller entspricht in seinem Grundaufbau dem in den
1 bis 3 gezeigten und in der
DE 10 2020 207 535 A1 beschriebenen Gurtaufroller, welcher einen länglichen, im Querschnitt, abgesehen von Rundungen und einigen Schrägen, im Grundaufbau rechteckigen, rohrförmigen Rahmen 1 aus zwei Gehäuseschalen 3 aufweist. Der Rahmen 1 weist einen Schlitz 2 auf, aus dem ein nicht dargestellter Sicherheitsgurt auf einen über den Sicherheitsgurt zurückgehaltenen Insassen in einem Fahrzeug herausgeführt ist. Damit die Baugruppen des Gurtaufrollers besser zu erkennen sind, wurde in der unteren Darstellung der
1 und in der
2 eine der Gehäuseschalen 3 weggelassen. Der Gurtaufroller ist in seiner länglichen Form speziell für eine Anordnung in einem Fahrzeugsitz ausgebildet, wobei der Gurtaufroller durch eine koaxiale Anordnung der nachfolgend noch beschriebenen Baugruppen im Querschnitt eine möglichst kleine Höhe und Breite aufweist, damit er auch in schmalen Hohlräumen des Fahrzeugsitzes angeordnet werden kann. Der Rahmen 1 ist durch mehrere Stege 7 unterteilt und an seinen Enden verschlossen, wobei die Stege 7 einerseits den Rahmen 1 versteifen und andererseits zur Lagerung bzw. Halterung der Baugruppen dienen.
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Der Gurtaufroller weist eine Gurtwelle 5 auf, auf welcher der nicht dargestellte Sicherheitsgurt aufwickelbar ist. Ferner ist an der Außenseite des in der Darstellung rechten Steges 7 eine Federkassette 9 befestigt, welche wie nachfolgend noch näher erläutert wird, mit der in der Darstellung rechten Seite der Gurtwelle 5 verbunden ist. Die Gurtwelle 5 ist ferner an ihrer linken Seite mit einem Getriebe 6 verbunden und darüber an einem weiteren Steg 7 gelagert. Weiter sind in einer koaxialen Anordnung zu der Gurtwelle 5 und dem Getriebe 6 eine Verriegelungseinheit 8 und ein Elektromotor 4 vorgesehen. Die Baugruppe aus der Gurtwelle 5 und dem Getriebe 6 bilden im Normalbetrieb des Gurtaufrollers also während des Anschnallvorganges, des Tragens und des Abschnallvorganges des Sicherheitsgurtes, wenn der Elektromotor 4 nicht aktiviert ist, eine Baugruppe, welche durch die in der 3 zu erkennende Triebfeder 91 der Federkassette 9 in Aufwickelrichtung vorgespannt ist. Ferner ist die Baugruppe aus der Gurtwelle 5 und dem Getriebe 6 über die Verriegelungseinheit 8 in Auszugsrichtung blockierbar, wenn vorbestimmte Grenzwerte der Gurtbandauszugsbeschleunigung und/oder Fahrzeugverzögerung überschritten werden.
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In der 3 ist der Gurtaufroller ohne den Rahmen 1 mit seinen Einzelteilen in Explosionsdarstellung zu erkennen. Die Federkassette 9 umfasst ein Gehäuse 90, in dem die Triebfeder 91 angeordnet und mit ihrem äußeren Ende befestigt ist. Die offene Seite des Gehäuses 90 ist über eine Gehäuseabdeckung 92 verschlossen, so dass die Federkassette 9 als Baugruppe vorgefertigt und über das Gehäuse 90 an der Außenseite des rechten und ersten Steges 7 befestigt werden kann. Die Gurtwelle 5 weist einen zweiteiligen Aufbau mit einem Gurtwellenkörper 50 und einem stirnseitigen Radialflansch 52 auf, welche über einen Torsionsstab 51 miteinander verbunden sind. Der Torsionsstab 51 ist hier mit einem sehr großen Kraftbegrenzungsniveau von z.B. 7 oder 9 kN oder mehr ausgelegt und dient hier nur als Überlastschutz, wird also weder während des Normalgebrauchs noch bei Unfallszenarien aktiviert. Sofern auf den Überlastschutz verzichtet werden soll, kann der Torsionsstab 51 auch entfallen, für durch den Elektromotor 4 ermöglichte Funktionen ist er jedenfalls bedeutungslos. Ferner ragt der Gurtwellenkörper 50 mit einem Fortsatz in die Federkassette 9 und ist darin über ein Federherz mit der Triebfeder 91 verbunden.
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An der linken Seite der Gurtwelle 5 ist das Getriebe 6 angeordnet, welches mit einem Getriebegehäuse 60 über eine Bajonettverbindung mit dem Radialflansch 52 der Gurtwelle 5 drehfest verbunden ist. Die Bajonettverbindung ist hier durch entsprechend geformte Finger 521 an dem Radialflansch 52 und in der 4 zu erkennende, formkorrespondierende Ausnehmungen 603 an dem Getriebegehäuse 60 verwirklicht. Das Getriebe 6 umfasst ein Planetengetriebe 62, eine nachfolgend noch näher erläuterte Kraftbegrenzungseinheit 61 und ein drehfest mit der Antriebswelle 41 des Elektromotors 4 verbundenes Antriebsrad 63.
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Die Baugruppe aus dem Getriebe 6 und der Gurtwelle 5 ist an ihrer linken Seite an einem zweiten Steg 7 gelagert und erstreckt sich durch eine innenverzahnte Öffnung des zweiten Steges 7 hindurch. Weiter ist unter Bildung eines Zwischenraumes ein weiterer dritter Steg 7 vorgesehen, an dem der Elektromotor 4 gehalten ist. In dem Zwischenraum zwischen dem zweiten und dritten Steg 7 ist die Verriegelungseinheit 8 angeordnet. Die Verriegelungseinheit 8 umfasst einen elektrisch ansteuerbaren Aktuator 82, welcher an demselben Steg 7 gehalten ist, an dem auch der Elektromotor 4 befestigt ist. Weiterhin umfasst die Verriegelungseinheit 8 eine drehbar auf einem Fortsatz des Getriebes 6 gelagerte, außenverzahnte Steuerscheibe 80 und eine von einem Gurtbandauszugsbeschleunigungssensor ansteuerbare WS-Blockierklinke 81. Die Steuerscheibe 80 weist eine Steuerkontur auf, in die eine zweite Blockierklinke 6211 mit einem Steuerstift eingreift, welche an einem nachfolgend noch näher erläuterten ersten Planetenträger 621a gelagert ist. Die zweite Blockierklinke 6211 bildet hier die in der Funktion nachfolgend noch näher erläuterte zweite Blockiereinrichtung.
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In dem Fall einer Ansteuerung der Verriegelungseinheit 8 wird der Aktuator 82 bestromt und dadurch ein Hebel des Aktuators 82 ausgelenkt. Der Hebel des Aktuators 82 steuert dadurch in die Verzahnung der Steuerscheibe 80 ein, welche daraufhin gegenüber der Gurtwelle 5 gegenüber einer weiteren Drehbewegung in Auszugsrichtung des Sicherheitsgurtes angehalten wird und die zweite Blockierklinke 6211 zu einer Bewegung zwingt, während der sie in einen die Gurtwelle 5 in Auszugsrichtung blockierenden Eingriff in eine Innenverzahnung 71 des Steges 7 gelangt. Ferner umfasst die Verriegelungseinheit 8 eine WS-Blockierklinke 81, welche bei einem Überschreiten einer vorbestimmten Gurtbandauszugsbeschleunigung in eine Verzahnung einsteuert und dadurch die Steuerscheibe 8 gegen eine weitere Drehbewegung in Gurtbandauszugsrichtung blockiert und dadurch in gleicher Weise die zweite Blockierklinke 6211 zu der Aussteuerbewegung zwingt. An der linken Seite des Gurtaufrollers ist schließlich ein vierter und letzter Steg 7 vorgesehen, welcher den Rahmen 1 an seiner linken Seite verschließt und versteift. Der vierte Steg 7 kann aber zusätzlich auch zu einer weiteren Lagerung des Elektromotors 4 genutzt werden.
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In den 4 und 5 ist das Getriebe 6 jeweils in einer vergrößerten Explosionsdarstellung in unterschiedlichen Perspektiven zu erkennen. Das Planetengetriebe 62 umfasst einen ersten Planetenträger 621a mit mehreren daran drehbar gelagerten ersten Planetenrädern 622a und der daran schwenkbar gelagerten Blockierklinke 6211, welche die zweite Blockiereinrichtung bildet. Weiter umfasst das Planetengetriebe 62 einen zweiten Planetenträger 621b, welcher an einer Seite ein radial innen mit den ersten Planetenrädern 622a des ersten Planetenträgers 621a kämmendes Sonnenrad und an der anderen Seite eine Mehrzahl von drehbar gelagerten zweiten Planetenrädern 622b aufweist. Ferner ist ein innenverzahntes Hohlrad 623 vorgesehen, welches an einer Seite ein Sonnenrad aufweist, welches radial innen mit den zweiten Planetenrädern 622b des zweiten Planetenträgers 621b kämmt. In die Innenverzahnung des Hohlrades 623 greifen ein Satz weiterer dritter Planetenräder 622c ein, welche ihrerseits jeweils auf axial von einem Trägerteil 612 der Kraftbegrenzungseinheit 61 vorstehenden Stiften 618 drehbar gelagert sind.
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Die ersten Planetenräder 622a des ersten Planetenträgers 621a kämmen in einer Innenverzahnung 601 des Gehäuses 60 und stellen darüber eine Verbindung der Gurtwelle 5 zu dem Planetengetriebe 62 her. Weiter umfasst das Planetengetriebe 62 eine drehbar auf einer Antriebswelle 41 des Elektromotors 4 gelagerte Getriebewelle 624, welche an ihrem ersten Ende mit einer ersten Verzahnung 625 radial innen in die Verzahnungen der dritten Planetenräder 622c der in der Darstellung rechten Planetenstufe des Planetengetriebes 62 eingreift. Die Getriebewelle 624 weist ferner eine mittige zweite schräggerichtete Verzahnung 627 auf einem größeren Durchmesser, einen neben der zweiten Verzahnung 627 angeordneten Ringabschnitt 628 mit einer glatten Oberfläche und an dem zweiten Ende eine dritte ebenfalls schräggerichtete Verzahnung 626 auf.
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Die Kraftbegrenzungseinheit 61 umfasst einen dreiteiligen Entriegelungsring 611, welcher aus einem mittleren Ringteil 611a mit zwei diesen einschließenden äußeren Ringteilen 611b und 611c zusammengesetzt ist. Dabei ist an dem mittleren Ringteil 611a an einer Seite ein axial vorstehender Ringflansch vorgesehenen, an dem an einer Seite eine radial nach außen gerichtete Steuerkontur 616 vorgesehen ist, und an der anderen Seite ein vorstehender Ringflansch mit einer radial gerichteten Innenverzahnung 617 vorgesehen ist. Das in der Darstellung linke Ringteil 611b und rechte Ringteil 611c sind jeweils über äußere Ausnehmungen 6111 auf axial gerichtete Stege 605 des Gehäuses 60 aufgeschoben, wobei die Ausnehmungen 6111 so bemessen sind, dass die Ringteile 611b und 611c geringfügige Drehbewegungen gegenüber den Gehäuse 60 ausführen können oder auch drehfest mit dem Gehäuse 60 verbunden sind. Ferner stützt sich die Ringfeder 615 mit einem Ende an einem der Ringteile 611b oder 611c und mit dem anderen Ende an dem mittleren Ringteil 611a ab.
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Weiter umfasst die Kraftbegrenzungseinheit 61 das ringförmige Trägerteil 612 mit axial vorstehenden Stiften 618, auf denen die dritten Planetenräder 622c der in der Darstellung letzten Planetenstufe des Planetengetriebes 62 drehbar gelagert sind. Das Trägerteil 612 ist zweiteilig mit einem Grundkörper 612a und einem Einsatzteil 612b aufgebaut. Die axial vorstehenden Stifte 618 stehen von dem Grundkörper 612a vor, der an seiner rückwärtigen Wandung Ausnehmungen aufweist, in welche das Einsatzteil 612b mit formentsprechenden Vorsprüngen unter Bildung einer drehfesten kompakten Einheit eingreift. In den Vorsprüngen des Einsatzteiles 612b sind radial gerichtete Ausnehmungen 614 vorgesehen, in denen Blockierelemente 613 radial verschieblich geführt sind.
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Die Getriebewelle 624 steht mit dem ersten Ende und der daran angeordneten ersten Verzahnung 625 in Axialrichtung von dem Trägerteil 612 vor und greift mit dieser ersten Verzahnung 625 zwischen die dritten Planetenräder 622c der rechten und dritten Planetenstufe des Planetengetriebes 62. Die zweite Verzahnung 627 ist in dem Durchmesser, der Breite und der Anordnung auf der Getriebewelle 624 so ausgelegt, dass sie in der montierten Stellung der Getriebewelle 624 in einer Öffnung des Trägerteils 612 angeordnet ist. In der Öffnung des Trägerteils 612 sind ferner zwei federbelastete Sperrklinken 629 schwenkbar gelagert, wobei die Sperrklinken 629 durch die Federbelastung in Eingriffsrichtung in die zweite schräggerichtete Verzahnung 627 gedrängt werden.
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Das mittlere Ringteil 611a des Entriegelungsringes 611 weist an der dem Trägerteil 612 zugwandten Seite den Ringflansch mit der darauf angeordneten Steuerkontur 616 auf, welche durch wechselweise angeordnete Rampen 6161 und Vertiefungen 6162 gebildet ist. Die Feder 615 ist als Ringfeder ausgebildet und in der Federkraft wesentlich stärker als die Triebfeder 91 in der Federkassette 9 ausgelegt. Ferner ist die Feder 615 so bemessen, dass sie das mittlere Ringteil 611a im unbelasteten Zustand also in dem montierten Zustand vor der Aktivierung des Elektromotors 4 in einer Stellung fixiert, in welcher die Blockierelemente 613 radial innen von den Rampen 6161 der Steuerkontur 616 des Entriegelungsringes 611 unterstützt werden.
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Ferner ist ein dreiteiliges Blockierteil 66 vorgesehen, welches zwei ringförmige gegenüber dem Gehäuse 60 drehfest festgelegte Rahmenteile 661 und 662 aufweist. Die Rahmenteile 661 und 662 sind formidentisch ausgebildet und mit jeweils vier axial vorstehenden in Winkeln von 90 Grad zueinander angeordneten Fingern ausgebildet, welche an ihren Außenseiten jeweils eine Nut zur Schaffung der drehfesten Verbindung mit dem Gehäuse 60 aufweisen. Die Rahmenteile 661 und 662 sind spiegelsymmetrisch angeordnet, so dass sie mit den Stirnseiten der Finger aneinander anliegen und jeweils vier geschlossene Fenster einschließen, wie in der 6 zu erkennen ist. Ferner weist das Blockierteil 66 als drittes Teil einen Blockierring 663 mit einer radial innen angeordneten Blockierkontur 68 in Form von jeweils vier radial nach innen vorstehenden und in Axialrichtung gerichteten Nocken auf. Der Blockierring 663 ist weiter mit vier radial nach außen gerichteten in Winkeln von 90 Grad zueinander angeordneten Stegen 69 versehen, welche in der zusammengebauten Stellung des dreiteiligen Blockierteils 66 in die zwischen den Rahmenteilen 661 und 662 gebildeten Fenster hineinragen. Weiter sind vier Paare von jeweils zwei parallel zueinander und in Umfangsrichtung ausgerichteten Schraubenfedern 67 vorgesehen, welche in den Fenstern angeordnet sind und sich mit ersten Enden an den Rahmenteilen 661 und 662 und mit zweiten Enden an den Stegen des Blockierringes 663 abstützten. Der Blockierring 663 ist damit über die Schraubenfedern 67 gegenüber den sich an dem Gehäuse 60 abstützenden Rahmenteilen 661 und 662 in Umfangsrichtung federbelastet. In den 7 und 8 sind das Trägerteil 612 und das Blockierteil 66 in Explosionsdarstellung in verschiedenen Perspektiven zu erkennen.
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Das Antriebsrad 63 weist eine zentrale axiale Öffnung mit einer Innenverzahnung 631 auf, in welcher der Elektromotor 4 mit seiner in der 4 dargestellten Antriebswelle 41 über ein verzahntes Ende 42 drehfest verbunden ist. Das Antriebsrad 63 und die Antriebswelle 41 bilden damit einen drehfesten Verbund. An dem Antriebsrad 63 ist ein in Richtung des Entriegelungsringes 611 axial vorstehender Ringflansch 635 vorgesehen, welcher Träger von zwei diametral angeordneten, radial nach innen vorstehenden, verschwenkbar gelagerten ersten Klinken 632 ist. Die ersten Klinken 632 sind durch zwei in dem Ringflansch 635 gehaltene Federbleche federbelastet. Die radial inneren ersten Klinken 632 werden dadurch in die dritte äußere Verzahnung 626 der Getriebewelle 624 gedrängt. Die ersten Klinken 632 und die dritte Verzahnung 626 sind dabei so ausgerichtet, dass eine Drehbewegung des Antriebsrades 63 in Aufwickelrichtung des Sicherheitsgurtes auf die Getriebewelle 624 übertragen wird. Diese Drehbewegung der Getriebewelle 624 wird dann über die erste Verzahnung 625 weiter auf die dritten Planetenräder 622c der in der Darstellung der 9 rechten Planetenstufe übertragen.
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In der 9 ist das Getriebe 6 in einer vergrößerten Schnittdarstellung zu erkennen. Die Antriebswelle 41 des Elektromotors 4 erstreckt sich durch das Getriebe 6 und treibt das Getriebe 6 über das Antriebsrad 63 an. Die Drehbewegung der Antriebswelle 41 wird dann von dem Antriebsrad 63 über die Kraftbegrenzungseinheit 61, das Planetengetriebe 62 und schließlich das Gehäuse 60 auf die Gurtwelle 5 in verschiedenen Funktionen übertragen, welche nachfolgend noch näher erläutert werden.
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Die Antriebswelle 41 erstreckt sich durch den ersten Planetenträger 621a, wobei der erste Planetenträger 621a gegenüber der Antriebswelle 41 frei drehen kann. Ferner ist der erste Planetenträger 621a in Drehrichtung A entgegen dem Uhrzweigersinn in Aufwickelrichtung des Sicherheitsgurtes z.B. über eine Rastverbindung mit dem Gehäuse 60 des Getriebes 6 verbunden. Über diese so geschaffene Drehverbindung des Planentengetriebes 62 mit dem Gehäuse 60 ist das Planetengetriebe 62 gleichzeitig mit der Gurtwelle 5 verbunden. Durch diese Drehverbindung kann die Gurtwelle 5 bei einer Aktivierung des Elektromotors 4 mit einer Antriebsdrehbewegung der Antriebswelle 41 über das Antriebsrad 63, die Getriebewelle 624, das Planetengetriebe 62 und schließlich über das Gehäuse 60 des Getriebes 6 in Aufwickelrichtung zu einem Aufrollen des Sicherheitsgurtes nach dem Abschnallen in die Parkposition aufgewickelt werden. Dazu erfolgt die Übertragung der Antriebsdrehbewegung der Antriebswelle 41 des Elektromotors über das Antriebsrad 63 auf die Getriebewelle 624 über die an dem Antriebsrad 63 gelagerten ersten Klinken 632, welche in die dritte Verzahnung 626 eingreifen. Dabei sind die ersten Klinken 632 und die schräggerichtet dritte Verzahnung 626 so ausgerichtet, dass die Drehbewegung in diese Drehrichtung übertragen wird, in die andere Drehrichtung jedoch nicht.
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Der Elektromotor 4 wirkt in dieser Funktion als Wickelhilfe für den Sicherheitsgurt. Die Kraftbegrenzungseinheit 61 wird dabei zusammen mit dem Planetengetriebe 62 und dem Gehäuse 60 als eine Baugruppe in einem Übersetzungsverhältnis der Drehbewegung der Antriebswelle 41 von 1:1 von dem Antriebsrad 63 angetrieben. Da das Planetengetriebe 62 in sich eine vorbestimmte Schwergängigkeit aufweist, wird diese Drehbewegung der Getriebewelle 624 während der Aufwickelbewegung des Sicherheitsgurtes in die Parkposition 1:1 ohne eine Aktivierung des Planetengetriebes 62 auf das Gehäuse 60 übertragen. Die Antriebswelle 41, das Antriebsrad 63, die Getriebewelle 624, das Gehäuse 60 und schließlich die Gurtwelle 5 drehen in diesem Fall mit einer identischen Drehzahl in Aufwickelrichtung des Sicherheitsgurtes.
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Ferner ermöglicht der Gurtaufroller eine reversible Gurtstraffung mit einer höheren Rückzugskraft in dem Sicherheitsgurt zum Herausziehen von möglicher Gurtlose in einer Vor- oder Frühunfallphase. Dazu treibt der Elektromotor 4 die Gurtwelle 5 zunächst in einer identischen Antriebsdrehbewegung über das Antriebsrad 63, in demselben Kraftübertragungsweg wie in der Funktion als Wickelhilfe in Aufwickelrichtung allerdings mit einer sehr viel höheren Drehzahl an. Dabei wird die Gurtlose schlagartig herausgezogen, bis die zu überwindende Gurtkraft in dem Sicherheitsgurt soweit angestiegen ist, dass sie größer ist als die Selbsthemmung in dem Planetengetriebe 62. Dieser Anstieg der Gurtkraft führt dazu, dass das Gehäuse 60 des Getriebes 6 nicht mehr weiterdrehen kann und die Innenverzahnung 601 zu einer feststehenden Verzahnung wird. Das Planetengetriebe 62 wird in dieser Phase kurzzeitig zu einem Drehrichtungsumkehrgetriebe und der erste Planetenträger 621a wird durch die sich an der feststehenden Innenverzahnung 601 abwälzenden ersten Planetenräder 622a zu einer Drehbewegung in Auszugsrichtung des Sicherheitsgurtes angetrieben. Gleichzeitig wird neben der schlagartigen Erhöhung der Drehzahl des Elektromotors 4 zur Aktivierung der reversiblen Gurtstraffung auch die Verriegelungseinheit 8 aktiviert und der Hebel des Aktuators 82 greift in die Verzahnung der Steuerscheibe 80 ein, so dass die Steuerscheibe 80 gegen eine Drehung in Auszugsrichtung des Sicherheitsgurtes blockiert ist. Die an dem ersten Planetenträger 621a gelagerte zweite Blockierklinke 6211 greift mit einem Stift in eine bohnenförmige Steuerkontur der Steuerscheibe 80 ein und ist darüber mit dieser gekoppelt. Dadurch wird die zweite Blockierklinke 6211 aufgrund der Drehbewegung des ersten Planetenträgers 621a gegenüber der blockierten Steuerscheibe 80 zu einer durch die Formgebung der Steuerbohne in der Steuerscheibe 80 definierten Ausschwenkbewegung gezwungen, während der sie zum Eingriff in die Innenverzahnung 71 des Steges 7 gelangt, durch welchen sich der erste Planetenträger 621a erstreckt. Durch diesen Eingriff der zweiten Blockierklinke 6211 wird dann der erste Planetenträger 621a in Auszugsrichtung des Sicherheitsgurtes blockiert und die drehrichtungsumgekehrte Drehbewegung des ersten Planetenträgers 621a ist beendet.
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Nachfolgend bildet der blockierte erste Planetenträger 621a ein fahrzeugfestes Widerlager und das Gehäuse 60 bzw. die Gurtwelle 5 werden nun von dem Elektromotor 4 unter Aktivierung des Planetengetriebes 62 mit einer in eine geringere Drehzahl übersetzten Drehzahl mit einem höheren Drehmoment in Aufwickelrichtung angetrieben. Dadurch wird der Sicherheitsgurt nachfolgend mit einer erhöhten Straffkraft von z.B. 1000 N gestrafft, und weitere Gurtlose wird aus dem Sicherheitsgurt herausgezogen. Dabei wird das Planetengetriebe 62 über die Getriebewelle 624 angetrieben, ohne dass der Entriegelungsring 611 oder das Trägerteil 612 aufgrund der gegenüber der zweiten Verzahnung 627 der Getriebewelle 624 überratschenden Sperrklinken 629 des Trägerteils 612 mitbewegt werden. Ferner dreht die Getriebewelle 624 aufgrund der Untersetzung des Planetengetriebes 62 schneller als die Gurtwelle 5 und damit schneller als das Gehäuse 60, was dadurch ermöglicht wird, indem die Getriebewelle 624 gegenüber dem Entriegelungsring 611 frei drehen kann und gleichzeitig durch das Überratschen der Sperrklinken 629 gegenüber dem Trägerteil 612 drehen kann. Da das Trägerteil 612 über die Blockierelemente 613 gegenüber dem Gehäuse 60 blockiert ist, dreht das Trägerteil 612 zusammen mit dem Gehäuse 60 mit der gleichen Drehzahl und kann durch das Überratschen der Sperrklinken 629 gleichzeitig eine Drehbewegung gegenüber der Getriebewelle 624 ausführen.
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In einer weiteren Funktion arbeitet der Gurtaufroller unter Mitwirkung des Elektromotors 4 als ein gesteuerter Kraftbegrenzer, welcher in einer nach der reversiblen Straffung folgenden Vorverlagerungsphase des Insassen im Unfall einen kraftbegrenzten Auszug des Sicherheitsgurtes zur Reduzierung der Insassenbelastung ermöglicht. Dazu weist der Gurtaufroller die Kraftbegrenzungseinheit 61 auf, deren Funktionsweise nachfolgend näher erläutert wird. In der linken Darstellung der 10 ist die Stellung der zusammenwirkenden Teile der Kraftbegrenzungseinheit 61 vor der Aktivierung des gesteuerten Kraftbegrenzers also z.B. auch während des reversiblen Gurtstraffens, des Aufwickeln in die Parkposition (Wickelhilfe) oder auch während der nachfolgend noch erläuterten Gurtwarnfunktion zu erkennen. Der Entriegelungsring 611 befindet sich in einer Drehwinkelstellung, in der er die Blockierelemente 613 durch die Rampen 6161 der Steuerkontur 616 insbesondere durch ebene oder kreisringabschnittsförmige Abschnitte in den Endabschnitten der Rampen 6161 radial unterstützt und dadurch in eine radial ausgefahrene Blockierstellung drängt.
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Der Blockierring 663 weist an seiner Innenseite eine Blockierkontur 68 in Form von vier in Axialrichtung gerichteten Nocken mit jeweils seitlich entgegengesetzt zu den Mitten der Nocken ansteigenden Rampen 602 und 604 auf. Der Entriegelungsring 611 ist so angeordnet, dass er die Stege 605 des Gehäuses 60 mit den Ausschnitten 6111 umfasst, wobei die Ausschnitte 6111 in Umfangsrichtung geringfügig größer bemessen sind als die Stege 605, so dass der Entriegelungsring 611 geringfügige Drehbewegungen relativ zu dem Gehäuse 60 in Bezug zu der Drehachse des Gurtaufrollers bzw. der Gurtwelle 5 ausführen kann. Ferner werden die Blockierelemente 613 an den Rampen 6161 der Steuerkontur 616 auf dem axial vorstehenden Ringflansch des mittleren Ringteils 611a des Entriegelungsringes 611 radial innen unterstützt. Die Blockierelemente 613 liegen dadurch in Umfangsrichtung an den Rampen 604 der durch die Nocken gebildeten Blockierkontur 68 des Blockierringes 663 gehäusefest an und verbinden dadurch das Trägerteil 612 entgegen dem Uhrzeigersinn mit dem Gehäuse 60. Das Trägerteil 612 ist dadurch über die Blockierelemente 613, welche an den Rampen 604 seitlich anliegen, über den Blockierring 663 gegenüber dem Gehäuse 60 entgegen dem Uhrzeigersinn blockiert. Der Blockerring 663 mit der Blockierkontur 68 ist gegenüber den Rahmenteilen 661 und 662 über die Federn 67 federnd gelagert, so dass der Blockierring 663 gegenüber den Blockierelementen 613 geringfügig nachgeben kann. Dadurch können die Beschleunigungen der Blockierelemente 613 beim Blockieren und Deblockieren und die auf die Blockierelemente 613 sowie auf die Blockierkontur 68 bzw. den Blockierring 663 wirkenden Impulskräfte reduziert werden.
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Ausgehend von dieser Anfangsstellung wird die Verrieglungseinheit 8 vor dem Beginn des gesteuerten, kraftbegrenzten Gurtbandauszuges aktiviert, und der Hebel des Aktuators 82 greift daraufhin in die Verzahnung der Steuerscheibe 80 ein, und die Steuerscheibe 80 ist in Gurtauszugsrichtung blockiert. Anschließend wird der Elektromotor 4 so angesteuert, dass er das Antriebsrad 63 in Auszugsrichtung des Gurtbandes antreibt. Dadurch wird die Steuerscheibe 80 ebenfalls in Auszugsrichtung angetrieben und die zweite Blockierklinke 6211 zu einer Aussteuerbewegung in die gehäusefeste Innenverzahnung 71 des Steges 7 gezwungen, wodurch der erste Planetenträger 621a in Auszugsrichtung des Sicherheitsgurtes blockiert wird. Ferner wird der Entriegelungsring 611 über die an dem Antriebsrad 63 gelagerten Klinken 632 ebenfalls in Auszugsrichtung angetrieben. Dadurch wird der Entriegelungsring 611 soweit gegenüber dem Trägerteil 612 verdreht, dass die Blockierelemente 613 radial innen ihre Unterstützung über die Rampen 6161 der Steuerkontur 616 verlieren. Gleichzeitig wirken in dem Sicherheitsgurt in dieser Frühphase der Vorwärtsverlagerung bzw. nach einer reversiblen oder irreversiblen Gurtstraffung bereits erhebliche Zugkräfte in dem Sicherheitsgurt, welche in einem ersten Schritt dazu führen, dass die Gurtwelle 5 zusammen mit dem Getriebe 6 in einem sehr kurzen Drehwinkel in Auszugsrichtung drehen, wodurch die zweite Blockierklinke 6211 an dem ersten Planetenträger 621a aufgrund der blockierten Steuerscheibe 80 zusätzlich zu der Aussteuerbewegung in die Verzahnung 71 gezwungen wird und den ersten Planetenträger 621a gegenüber dem Rahmen 1 des Gurtaufrollers blockiert, sofern die Blockierung aufgrund des vorangegangenen Antriebes der Steuerscheibe 80 über den Elektromotor 4 noch nicht vollständig abgeschlossen ist. Dabei dreht sich die Gurtwelle 5 bis zur Verrieglung der zweiten Blockierklinke 6211, ohne dass sich der Entriegelungsring 611 gegenüber dem Getriebegehäuse 60 verdreht. Nach der Blockierung des ersten Planetenträgers 621a führt die von dem Sicherheitsgurt ausgeübte Zugkraft zu einer Krafteinleitung in das Planetengetriebe 62.
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Aufgrund des über die zweite Blockierklinke 6211 blockierten ersten Planetenträgers 621a wird die erste Stufe des Planetengetriebes 62 zu einem Drehrichtungsumkehrgetriebe, und die Gurtwelle 5 kann zusammen mit dem Gehäuse 60 des Getriebes 6 unter Wirkung der Zugkraft nur weiter in Auszugsrichtung des Sicherheitsgurtes drehen, indem die ersten Planetenräder 622a nicht mehr umlaufen sondern allein um ihre Drehachsen drehen und die Drehbewegung auf die weiteren Planetenstufen in umgekehrter Drehrichtung übertragen. Sofern eine reversible Gurtstraffbewegung vorangegangen ist, was bei einem Unfall anzunehmen ist, ist der erste Planetenträger 621a bereits aufgrund der vorausgegangenen, oben beschriebenen Straffbewegung blockiert, und der beschriebene Blockiervorgang zur Aktivierung der kraftbegrenzten Gurtauszugsbewegung entfällt, bzw. der erste Planetenträger 621a ist bereits zu Beginn der Aktivierung des Elektromotors 4 für den gesteuerten kraftbegrenzten Gurtbandauszug blockiert. Durch die Blockierung des ersten Planetenträgers 621a wird die Drehzahl der Gurtwelle 5 und des Gehäuses 60 durch die Übersetzung in eine schnellere Drehbewegung übersetzt und schließlich auf das Trägerteil 612 übertragen, an dem die dritten Planetenräder 622c der letzten Planetenstufe gelagert und die Blockierelemente 613 verschieblich geführt sind. Damit entsteht in dem Planetengetriebe 62 ein durch den Zug im Gurtband verursachtes, auf das Trägerteil 612 in wirkendes Reaktionsdrehmoment, welches in Umfangsrichtung auf die Blockierelemente 613 wirkt. Da die Blockierelemente 613 radial innen nicht mehr von der Steuerkontur 616 unterstützt werden, gleiten sie an den Rampen 604 des Blockierringes 663 ab und führen dadurch eine erzwungene radial einwärts gerichtete Bewegung aus, während der sie in die Vertiefungen 6162 der Steuerkontur 616 eintauchen. Je nachdem, welche Kräfte dabei zu überwinden sind, kann der Blockierring 663 mit der Blockierkontur 68 dabei aufgrund seiner federnden Lagerung geringfügig nachgeben. Dadurch wird die Blockierung des Trägerteils 612 gegenüber dem Gehäuse 60 in Umfangsrichtung aufgehoben und das Trägerteil 612 kann um einen kurzen Drehwinkel, in diesem Fall bei vier in 90 Grad zueinander angeordneten Blockierelementen 613 genau um 90 Grad zu dem Gehäuse 60 drehen. Gleichzeitig kann das Gehäuse 60 also die Gurtwelle 5 um einen kleinen Drehwinkel in Auszugsrichtung drehen. Diese Drehbewegung wird nach dem Drehwinkel von 90 Grad wieder gestoppt, indem die Blockierelemente 613 auf den Rampen 6161 der Steuerkontur 616 wieder auflaufen, und anschließend durch die Rampen 6161 radial innen unterstützt und dadurch nach außen gedrängt werden, bis sie schließlich wieder an den Rampen 604 der Blockierkontur 68 in Umfangsrichtung zur Anlage gelangen und die weitere Drehbewegung des Trägerteils 612 zu dem Gehäuse 60 blockieren, wobei diese Blockierbewegung wiederum durch die federnde Lagerung des Blockierringes 663 gedämpft wird.
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Die Blockierelemente 613 bilden hier die erste Blockiereinrichtung, welche den kraftbegrenzten Auszug des Sicherheitsgurtes durch ihre Bewegung in einem sich wiederholenden Vorgang aus einer Freigabe und Blockierung der Auszugsbewegung des Sicherheitsgurtes ermöglicht. Dabei dient der Elektromotor 4 durch seine Aktivierung zur Auslösung bzw. der Ermöglichung der Bewegung der ersten Blockiereinrichtung, indem er den Entriegelungsring 611 mit der darauf vorgesehenen Steuerkontur 616 antreibt und dadurch die Freigabe der Blockierelemente 613 in Verbindung mit den wirkenden Zugkräften im Sicherheitsgurt bewirkt bzw. ermöglicht. Dabei ist die Form der radialen Steuerkontur 616 mit den wechselweise angeordneten Rampen 6161 und Vertiefungen 6162 von besonderer Bedeutung, da durch sie die Radialbewegung der Blockierelemente 613 erzwungen bzw. ermöglicht und gesteuert wird, welche zur Freigabe und Blockierung der ersten Blockiereinrichtung von besonderer Bedeutung ist. Weiter ist das Planetengetriebe 62 hier von besonderer Bedeutung, da durch das Planetengetriebe 62 die Auszugsdrehbewegung der Gurtwelle 5 in eine wesentlich schnellere Drehbewegung des Trägerteils 612 übersetzt wird, was dazu führt, dass der für die Blockierung der ersten Blockiereinrichtung zur Verfügung stehende Blockierweg vergrößert wird. Ferner werden dadurch zusätzlich zu der federnden Lagerung des Blockierringes 663 die auf die Blockierelemente 613 wirkenden Kräfte reduziert. Ferner ist es von Vorteil, dass das Getriebe 6 in Form des Planetengetriebes 62 in dieser Phase als Drehrichtungsumkehrgetriebe arbeitet, so dass das Trägerteil 612 und das Gehäuse 60, zwischen denen das Planetengetriebe 62 angeordnet ist, entgegengesetzte Drehbewegungen ausführen, und die zur Blockierung der ersten Blockiereinrichtung erforderliche Relativbewegung weiter vergrößert wird. Das Gehäuse 60 bildet hier mit der Innenverzahnung 601 das erste Teil des Drehrichtungsumkehrgetriebes, welches in einer Drehverbindung mit der Gurtwelle 5 steht. Das Trägerteil 612 bildet hier das zweite Teil des Drehrichtungsumkehrgetriebes, welches gegenüber dem Gehäuse 60 also dem ersten Teil von dem Drehrichtungsumkehrgetriebe zu einer entgegengesetzt gerichteten Drehbewegung angetrieben wird, wobei die Blockierelemente 613 also die erste Blockiereinrichtung zwischen dem ersten und zweiten Teil angeordnet sind.
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Das Gehäuse 60 des Getriebes 6 mit den daran drehfest festgelegten Rahmenteilen 661 und 662 bilden hier ein festes Widerlager für den daran federnd gelagerten Blockierring 663, welcher seinerseits die Blockierkontur 68, gebildet durch die Rampen 604, bildet, welche bei einem Anliegen der Blockierelemente 613 ein Weiterdrehen des Trägerteils 612 gegenüber dem Gehäuse 60 blockieren bzw. stoppen.
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Die Kraftbegrenzungscharakteristik kann ferner dadurch beeinflusst werden, indem der Entriegelungsring 611 mit einer erhöhten Drehzahl angetrieben wird. Dadurch wird der Entriegelungsring 611 mit der Steuerkontur 616 dem in Auszugsrichtung drehenden Getriebegehäuse 60 nachgeführt, wodurch wiederum die Anzahl der Blockierungen der Blockierelemente 613 in Bezug zu einer Umdrehung des Getriebegehäuses 60 verringert werden kann. Im Extremfall ist es sogar möglich, den Entriegelungsring 611 mit einer der Drehzahl des Getriebegehäuses 60 in Auszugsrichtung entsprechenden Drehzahl anzutreiben, und den Entriegelungsring 611 dabei in einer Drehwinkelstellung zu dem Getriebegehäuse 60 zu halten, in der die Rampen 6161 der Steuerkontur 616 beim Umlaufen in einem Drehwinkel zwischen zwei Rampen 604 des Blockierringes 68, so dass die Blockierelemente 613 beim Überfahren der Rampen 6161 der Steuerkontur 616 nicht an den Rampen 604 blockierend zur Anlage gelangen und praktisch umlaufen können ohne dabei zu blockieren. Der Entriegelungsring 611 wird dadurch in einer „Offenstellung“ zu dem Getriebegehäuse 60 gehalten, und die Blockierung des Trägerteils 612 gegenüber dem Getriebegehäuse 60 wird verhindert. Damit kann ein maximal schneller Gurtbandauszug mit einer geringstmöglichen Kraftbegrenzung realisiert werden, wobei die Kraftbegrenzung allein durch die reibungsbedingte Energievernichtung in dem Getriebe 6 bewirkt wird.
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Die Feder 615 ist so ausgelegt, dass ihre Federkraft deutlich größer ist als die Federkraft der Triebfeder 91. Dadurch kann zusätzlich eine Komfortfunktion verwirklicht werden, indem der Elektromotor 4 die Gurtwelle 5 über den Entriegelungsring 611, die Feder 615, das Gehäuse 60 direkt in Aufwickel- oder Abwickelrichtung antreibt und dadurch die auf die Gurtwelle 5 wirkende Rückzugskraft erhöht oder reduziert. Das Planetengetriebe 62 wird in diesem Fall durch die Kraftübertragung über die Feder 615 überbrückt. Dies gilt für die Übertragung von sehr kleinen Drehmomenten und entsprechenden Drehzahlen, bei denen die inneren ersten Klinken 632 nicht in Eingriff mit der dritten Verzahnung 626 der Getriebewelle 624 gelangen, so dass die Getriebewelle 624 nicht angetrieben wird.
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In den 10 und 11 ist die Wirkung der federnden Lagerung des Blockierringes 663, gebildet durch die Schraubenfedern 67, zu erkennen, wobei in der linken Darstellung jeweils die Ausgangsstellung der Blockierelemente 613 in der blockierenden Stellung im nicht belasteten Zustand zu erkennen ist.
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In der rechten Darstellung der 10 ist das Trägerteil 612 mit den Blockierelementen 613 im maximal belasteten Zustand zu erkennen. Das Trägerteil 612 übt eine Umfangskraft auf die Blockierelemente 613 auf, so dass diese den Blockierring 663 unter einer Kompression der Schraubenfedern 67 gegenüber den Rahmenteilen 661 und 662 verdrehen. Die Blockierelemente 613 werden noch von den Rampen 6161 der Steuerkontur 616 unterstützt und können damit nicht nach innen ausweichen. Damit ist eine Überlastfunktion verwirklicht, welche ein Verdrehen des Trägerteils 612 gegenüber den Rahmenteilen 661 und 662 bzw. gegenüber dem Gehäuse 60 ermöglicht. Durch diese Überlastfunktion kann die Belastung und die Schadenswahrscheinlichkeit aller bei dieser Bewegung beteiligten Teile reduziert werden.
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In der 11 ist eine weitere mögliche Funktion zu erkennen, in welcher der Elektromotor 4 auch zum Lösen des Gurtbandes nach einer erfolgten reversiblen Gurtstraffung genutzt wird. Der Elektromotor 4 hat den Entriegelungsring 611 bzw. das mittlere Ringteil 611a mit der Steuerkontur 616 im Uhrzeigersinn verdreht, so dass die Blockierelemente 613 radial innen ihre Unterstützung auf den Rampen 6161 verlieren, woraufhin der oben beschrieben Vorgang des Gurtbandauslasses ermöglicht wird. Dabei wirken in dem Gurtband nur sehr geringe Zugkräfte, welche aus dem sich lösenden Gurtband resultieren, die den oben beschriebene Gurtbandauszug ermöglichen, wobei die Teile aber mit sehr viel geringeren Geschwindigkeiten und Beschleunigungen und daraus resultierenden Kräften zueinander bewegt werden, als dies bei dem kraftbegrenzten Gurtbandauszug in der Kraftbegrenzungsphase der Fall ist.
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In den 12 und 13 ist die Drehbewegung der Teile bei verschiedenen Belastungen mit und ohne eine Federbewegung des Blockierringes 663 zu erkennen. Bei kleinen im Gurtband wirkenden Zugkräften federt der Blockierring 663 nicht, wie in der 12 zu erkennen ist. Erst bei größeren Zugkräften federt der Blockierring 663, wie in der 13 zu erkennen ist. Damit findet eine Dämpfung der Blockierbewegung der Blockierelemente 613 erst bei größeren Zugkräften im Gurtband statt. Bei kleineren Zugkräften findet bewusst keine Dämpfung der Blockierbewegung der Blockierelemente 613 statt, da sie bei kleinen Kräften nicht erforderlich ist, wodurch wiederum eine maximale Gurtbandauszugsgeschwindigkeit des Gurtbandes ermöglicht wird.
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In der 14 ist das Blockierelement 613 als Einzelteil in einer vergrößerten Darstellung zu erkennen. Das Blockierelement 613 weist zwei ebene flächige und im Querschnitt gerade Anschnitte 6131 und 6132 auf, welche durch einen Krümmungsabschnitt 6133 voneinander getrennt und seitlich zueinander versetzt sind. Durch den Krümmungsabschnitt 6133 weist das Blockierelement eine radial nach außen gerichtete Anschlagsfläche 6133a und eine radial nach innen gerichtete Anschlagsfläche 6133b auf. Ferner weist das Blockierelement 613 eine entsprechend der Form Rampe 604 geneigte Seitenfläche 6134 auf, mit der das Blockierelement 613 in der blockierenden Stellung flächig an der Rampe 604 des Blockierringes 663 zur Anlage gelangt.
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Wie in den 15 und 16 zu erkennen ist, weisen die Ausnehmungen 614 an dem Einsatzteil 612b ebenfalls zwei parallel und seitlich versetzt zueinander angeordneten linearen Führungsabschnitte 614c und 614d auf, welche sich mit ihren äußeren Führungsflächen überlappen. Dadurch wird in der Mitte ein verbreiterter Hohlraum gebildet, welcher radial innen und außen durch jeweils eine Anschlagsfläche 614a und 614b begrenzt ist. Der Abstand der Anschlagsflächen 614a und 614b zueinander ist dabei größer als der Abstand der Anschlagsflächen 6133a und 6133b des Blockierelementes 613 zueinander, bzw. die Dicke des Blockierelementes 613 ist so gewählt, dass das in der Ausnehmung 614 geführte Blockierelement 613 die für die Blockier- und Deblockierbewegungen erforderlichen Radialbewegungen in der Ausnehmung 614 ausführen kann, wobei die Radialbewegung des Blockierelementes 613 jeweils durch die Anschlagsflächen 614a und 614b begrenzt ist.
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Das Blockierelement 613 ist mit seinen Anschlagsflächen 6133a und 6133b in Verbindung mit der Lage der Anschlagsflächen 614a und 614b in der Ausnehmung 614 so bemessen, dass das Blockierelement 613 radial ausschließlich mit der geneigten Seitenfläche 6134 an der Rampe 604 des Blockierringes 663 zur Anlage gelangt. Während der Drehbewegung des Trägerteils 612 zu dem Blockierring 663 befindet sich das Blockierelement 613 in der maximalen radialen Auslenkungen nach außen in einer Anschlagsstellung, in der es entweder mit seiner Anschlagssfläche 6133a an der Anschlagsfläche 614a anliegt und dadurch in einer Position gehalten wird, in der zwischen der radial äußeren Spitze des Blockierelementes 613 und der radial inneren Wandung des Blockierringes 663 ein erster Spalt S1 vorhanden ist (siehe 15). Gleiches gilt für die radial nach innen eingeschobene Stellung des Blockierelementes 613, z.B. kurz nach dem Deblockieren des Blockierelementes 613, in der das Blockierelement 613 durch die Anschlagsflächen 614b und 6133b unter Bildung eines zweiten Spaltes S2 in einem Abstand zu der Steuerkontur 616 gehalten wird.
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Die Blockierelemente 613 werden damit bei dem Blockieren, dem Deblockieren und während der Bewegung des Trägerteils 612 zu dem Blockierring 663 erheblich geringer belastet. Insbesondere können dadurch die auf den Blockierring 663, auf die Blockierelemente 613 und die Steuerkontur 616 wirkenden Reibungs- und Impulskräfte reduziert werden, da während der Drehbewegung ein Kontakt des inneren und äußeren Endes des Blockierelement 613 mit dem Blockierring 663 und der Steuerkontur 616 vermieden oder zumindest auf ein geringstmögliches Maß reduziert ist.
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Der erfindungsgemäße Gurtaufroller entspricht in seinem Grundaufbau dem in der Patentanmeldung
DE 10 2020 207 535.2 beschriebenen Gurtaufroller, wobei lediglich die Blockierelemente 613 zur Reduzierung ihrer Belastung, das Trägerteil 612 in seiner zweiteiligen Ausführung, die Blockierkontur 68 an dem dreiteiligen Blockierteil 66 mit dem Blockierring 663 und der federnden Lagerung des Blockierringes 663 sowie der mehrteilige Entriegelungsringes 611 mit den oben beschriebenen Vorteilen verändert und weiterentwickelt wurden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Rahmen
- 2
- Schlitz
- 3
- Gehäuseschalen
- 4
- Elektromotor
- 41
- Antriebswelle
- 42
- verzahntes Ende
- 5
- Gurtwelle
- 50
- Gurtwellenkörper
- 51
- Torsionsstab
- 52
- Radialflansch
- 521
- Finger
- 6
- Getriebe
- 60
- Getriebegehäuse
- 601
- Innenverzahnung
- 602
- Rampe
- 603
- Ausnehmungen
- 604
- Rampe
- 605
- Steg
- 61
- Kraftbegrenzungseinheit
- 611
- Entriegelungsring
- 611a
- Ringteil
- 611b
- Ringteil
- 611c
- Ringteil
- 6111
- Ausschnitt
- 612
- Trägerteil
- 612a
- Grundkörper
- 612b
- Einsatzteil
- 613
- Blockierelement
- 6131
- gerader Abschnitt
- 6132
- gerader Abschnitt
- 6133
- Krümmungsabschnitt
- 6133a
- Anschlagsfläche
- 6133b
- Anschlagsfläche
- 6134
- Seitenfläche
- 614
- Ausnehmungen
- 614a
- Anschlagsfläche
- 614b
- Anschlagsfläche
- 614c
- Führungsabschnitt
- 614d
- Führungsabschnitt
- 615
- Feder
- 616
- Steuerkontur
- 6161
- Rampe
- 6162
- Vertiefung
- 617
- Innenverzahnung
- 618
- Stift
- 62
- Planetengetriebe
- 621a
- erster Planetenträger
- 6211
- zweite Blockierklinke
- 621b
- zweiter Planetenträger
- 622a
- erste Planetenräder
- 622b
- zweiten Planetenräder
- 622c
- dritte Planetenräder
- 623
- Hohlrad
- 624
- Getriebewelle
- 625
- erste Verzahnung
- 626
- dritte Verzahnung
- 627
- zweite Verzahnung
- 628
- Ringabschnitt
- 629
- Sperrklinke
- 63
- Antriebsrad
- 631
- Innenverzahnung
- 632
- erste Klinke
- 634
- Federblech
- 635
- Ringflansch
- 636
- erster Ringvorsprung
- 637
- zweiter Ringvorsprung
- 638
- Öffnung
- 639
- Öffnung
- 66
- Blockierteil
- 661
- Rahmenteil
- 662
- Rahmenteil
- 663
- Blockierring
- 67
- Schraubenfedern
- 68
- Blockierkontur
- 69
- Steg
- 7
- Steg
- 71
- Innenverzahnung
- 8
- Verriegelungseinheit
- 80
- Steuerscheibe
- 81
- erste Blockierklinke
- 82
- Aktuator
- 9
- Federkassette
- 90
- Gehäuse
- 91
- Triebfeder
- 92
- Abdeckung
