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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sicherheitsgurteinrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Moderne Sicherheitsgurteinrichtungen sind mit Elektromotoren versehen, welche beispielsweise bei einer Aktivierung einer reversiblen Vorstraffung des Sicherheitsgurtes in einer Vorunfallphase die Gurtwelle in Aufwickelrichtung antreiben. Ferner ist bei solchen Sicherheitsgurteinrichtungen bekannt, dass zwischen der Gurtwelle und dem Elektromotor ein Getriebe angeordnet ist, welches die Drehzahl des Elektromotors in eine vorgesehene Drehzahl der Gurtwelle übersetzt. Die Verwendung des Getriebes ermöglicht es weiterhin einen möglichst kleinbauenden Elektromotor mit einer hohen Drehzahl zu verwenden. Die Verwendung eines Planetengetriebes in einer Sicherheitsgurteinrichtung ist beispielsweise aus der
DE 199 27 731 C2 bekannt.
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Weiterhin sind beispielsweise pyrotechnische Gurtstraffer bekannt, welche im Crashfall ausgelöst werden. Diese Gurtstraffer oder auch Leistungsstraffer weisen ein deutlich höheres Kraftniveau bei der Gurtstraffung auf, als dies bei reversibler Vorstraffung des Sicherheitsgurts mit einem Elektromotor vorgesehen ist. Ein elektrisch angetriebener Gurtstraffer, welcher auch als Leistungsstraffer eingesetzt werden kann, muss daher deutlich höhere Kräfte aufbringen als dies üblicherweise bei elektrischen Vorstraffern für die Vorunfallphase der Fall ist. Gleichzeitig ist der für die Sicherheitsgurteinrichtung zur Verfügung stehende Bauraum in Kraftfahrzeugen begrenzt und kann auch aus Designgründen nicht beliebig vergrö-ßert werden. Weiterhin ist auch das akustische Verhalten des Getriebes relevant, da die Sicherheitsgurteinrichtung mit dem Getriebe regelmäßig in der Nähe eines Kopfes eines Insassen angeordnet und somit akustisch wahrnehmbar ist.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Sicherheitsgurteinrichtung anzugeben, welche eine elektrische Vorstraffung des Sicherheitsgurts mit einer Leistungsstraffung für eine Unfallphase ermöglicht und gleichzeitig einen begrenzten Bauraumbedarf und ein akzeptables akustisches Verhalten erreicht.
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Zur Lösung der Aufgabe wird eine Sicherheitsgurtvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Weitere bevorzugte Weiterentwicklungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, den Figuren und der zugehörigen Beschreibung zu entnehmen.
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Es wird eine Sicherheitsgurteinrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einer Gurtwelle, einem Getriebe und einem Elektromotor vorgeschlagen, wobei das Getriebe und der Elektromotor für eine Vorstraffung eines Sicherheitsgurts auf der Gurtwelle eingerichtet sind, wobei das Getriebe mindestens ein Planetengetriebe umfasst, wobei das Planetengetriebe wenigstens ein Hohlrad, wenigstens ein Sonnenrad und eine Mehrzahl Planetenräder umfasst. Es wird vorgeschlagen, dass das Planetengetriebe erste Planetenräder mit einer Verzahnung aus Kunststoff und zweite Planetenräder mit einer Verzahnung aus Metall aufweist.
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Die vorgeschlagene Sicherheitsgurteinrichtung ist für eine Leistungsstraffung des Sicherheitsgurts einsetzbar und kann daher auch als Leistungsstraffer bezeichnet werden, wobei die vorgeschlagene Sicherheitsgurteinrichtung auch für eine Gurtaufwicklung, reversible Vorstraffung oder auch Vor-Vorstraffung eingesetzt werden kann. Die bei der Vorstraffung in der Unfallphase (Leistungsstraffung) auftretenden Kräfte im Planetengetriebe sind so groß, dass bei begrenztem Bauraum für die Sicherheitsgurteinrichtung die Planetenräder aus Metall gefertigt werden müssen. Gleiches gilt auch für das Hohlrad und/oder Sonnenrad. Auf diese Weise kann eine ausreichende Festigkeit des Planetengetriebes erreicht werden, um das Antriebsmoment des Elektromotors auf ein entsprechendes Drehmoment der Gurtwelle für die Vorstraffung zu übersetzen. Der dabei auftretende Metall-Metall-Kontakt im Planetengetriebe, welcher zum Erreichen einer ausreichenden Festigkeit bei gegebenem Bauraum notwendig ist, führt jedoch zwangsläufig zu lauten Geräuschen im Normalbetrieb, welche beispielsweise bei einer elektrischen Gurtaufwicklung, einer reversiblen Vorstraffung oder auch Vor-Vorstraffung in einer Vorunfallphase unerwünscht sind. Die Verwendung von Planetenrädern mit einer Verzahnung aus Kunststoff reduziert hierbei die Anzahl der Metall-Metall-Kontakte zugunsten von Kunststoff-Metall-Kontakten in dem Getriebe und somit den Geräuschpegel.
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Ein Metall in diesem Sinne kann ein reines Metall oder eine Metalllegierungen sein. Die ersten und zweiten Planetenräder sind vorzugsweise auf einem gemeinsamen Planetenträger angeordnet. Weiterhin sind die ersten und zweiten Planetenräder vorzugsweise auf einem identischen Durchmesser drehbar gelagert.
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Gemäß einer Weiterentwicklung wird vorgeschlagen, dass die ersten Planetenräder mit einer Verzahnung aus Kunststoff größer sind als die zweiten Planetenräder mit einer Verzahnung aus Metall. Die zweiten Planetenräder stehen daher vorzugsweise etwas zurück im Planetengetriebe im Vergleich zu den ersten Planetenrädern.
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Dies führt zu einem deutlich verbesserten akustischen Verhalten. Bei geringeren Lasten bzw. kleineren Drehmomenten auf der Gurtspule, beispielsweise bei einer Gurtaufwicklung oder Vor-Vorstraffung des Sicherheitsgurts in einer Vorunfallphase, können die Lasten über die etwas größeren ersten Planetenräder mit einer Verzahnung aus Kunststoff übertragen werden. Bei größeren Lasten bei einer Leistungstraffung, wie sie für eine Vorstraffung des Sicherheitsgurts in einer Unfallphase notwendig sind, verformen sich die größeren ersten Planetenräder, vorzugsweise elastisch, insbesondere die Zähne, aus Kunststoff so deutlich, dass die zweiten Planetenräder, welche etwas kleiner sind, mit einer Verzahnung aus Metall, die deutlich steifer und fester ist, die Lastübertragung übernehmen. Die Sicherheitsgurteinrichtung ist daher bei einer Vorstraffung in einer Vorunfallphase deutlich leiser, da der Lastpfad bei diesen vergleichsweise geringen Lasten über die ersten Planetenräder verläuft, die keinen Metall-Metall-Kontakt aufweisen. Somit können die Lasten an Metall-Metall-Kontakten verringert oder gänzlich vermieden werden. Dies reduziert die akustischen Emissionen des Getriebes erheblich. Lediglich im Fall einer Vorstraffung des Sicherheitsgurts in einer Notfallsituation oder Unfallphase kommt es zu einer hohen Geräuschemission durch die Metall-Metall-Kontakte und die entsprechend hohe Drehzahl des Elektromotors bzw. die hohe Übersetzung. In dieser Situation sind die akustischen Eigenschaften der Sicherheitsgurteinrichtung jedoch zu vernachlässigen. Daher kann eine vorteilhafte Sicherheitsgurteinrichtung mit einem leisen Betriebsverhalten des Getriebes im Normalbetrieb bei einer Vor-Vorstraffung und einer effektiven Vorstraffung im Notfall in einem kleinen Bauraum erreicht werden.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass die ersten Planetenräder mit einer Verzahnung aus Kunststoff eine größere Zahndicke, vorzugsweise eine größere Zahndicke im Teilkreis und/oder Wälzkreis, als die zweiten Planetenräder mit einer Verzahnung aus Metall aufweisen. In vorteilhaften Ausführungsformen unterscheidet sich die Zahndicke im Teilkreis und/oder Wälzkreis um vorzugsweise mehr als 0,3 mm, beispielsweise 0,4 mm oder 0,5 mm. Weiter vorzugsweise unterscheidet sich die Zahndicke im Teilkreis und/oder Wälzkreis in einem Bereich zwischen 0,4 mm bis 0,6 mm, beispielsweise 0,6 mm. In weiteren möglichen Ausführungsbeispielen kann sich die Zahndicke im Teilkreis und/oder Wälzkreis auch um mehr als 0,6 mm unterscheiden.
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Dies verbessert das akustische Verhalten vor allem bei geringeren Lasten, da die ersten Zahnräder mit einer Verzahnung aus Kunststoff im Planetengetriebe die Lasten übertragen und die zweiten Planetenräder aus Metall weitgehend lastfrei mitlaufen können, so dass die akustische Emissionen erheblich verringert werden können. Die Zähne der zweiten Planetenräder aus Metall sind somit vorzugsweise kleiner bzw. schmaler als die Zähne der ersten Planetenräder aus Kunststoff. Vorzugsweise sind die ersten Planetenräder aus Kunststoff im Eingriff bevor die zweiten Planetenräder in Eingriff kommen. Die ersten Planetenräder mit wenigstens einer Verzahnung aus Kunststoff weisen jedoch materialbedingt ein geringeres Elastizitätsmodul als die zweiten Planetenräder aus Metall auf, so dass sich die ersten Planetenräder hin zu höheren Lasten, wie bei der Vorstraffung, stärker verformen und die zweiten Planetenräder, welche materialbedingt steifer sind, dann an den Zahnflanken des Hohlrads und/oder des Sonnenrads anliegen, die Lasten übernehmen und zudem eine ausreichende Festigkeit aufweisen.
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In möglichen Ausführungsformen kann die Zahnbreite für die ersten und zweiten Planetenräder unterschiedlich sein.
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Es wird gemäß einer Weiterentwicklung vorgeschlagen, dass die ersten Planetenräder mit einer Verzahnung aus Kunststoff ein größeres Flankenspiel mit dem Sonnenrad und/oder dem Hohlrad als die zweiten Planetenräder mit einer Verzahnung aus Metall aufweisen. In vorteilhaften Ausführungsformen liegen die ersten Planetenräder mit ihrer Verzahnung mit minimalen Spiel an der Verzahnung des Hohlrads und/oder des Sonnenrads im Normalbetrieb an.
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Dies verbessert den Lauf für die zweiten Planetenräder aus Metall bei geringen Lasten, da die ersten Planetenräder aus Kunststoff aufgrund des geringeren Flankenspiels bei geringen Lasten und somit bei resultierender geringer Deformation der ersten Planetenräder den Hauptteil der Lasten übertragen. Die zweiten Planetenräder erfahren somit bei geringen Getriebelasten eine sehr geringe Beanspruchung, was die akustischen Emissionen durch Metall-Metall-Kontakte der zweiten Planetenräder mit dem Hohlrad und/oder dem Sonnenrad in diesem Betriebszustand erheblich verringert. Bei zunehmender Belastung des Getriebes, wie sie bei der Vorstraffung auftritt, verformen sich die ersten Planetenräder, insbesondere die Zähne der ersten Planetenräder aus Kunststoff, unter der Belastung, so dass die zweiten Planetenräder aus Metall die Hauptlasten übernehmen. Etwaige erhöhte Getriebegeräusche sind bei der Gurtstraffung in einer Notfallsituation irrelevant.
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Es wird ferner vorgeschlagen, dass die ersten Planetenräder mit einer Verzahnung aus Kunststoff einen größeren Kopfkreisdurchmesser als die zweiten Planetenräder mit einer Verzahnung aus Metall aufweisen. Der Kopfkreisdurchmesser der ersten Planetenräder ist vorzugsweise wenigstens 0,2 mm, beispielsweise 0,4 mm, größer als der Kopfkreismesser der zweiten Planetenräder.
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Der größere Kopfkreisdurchmesser der ersten Planetenräder aus Kunststoff unterstützt den weitgehend lastfreien Betrieb der zweiten Planetenräder aus Metall bei geringen Getriebelasten mit einem vergleichsweise geringen Drehmoment an der Gurtwelle, wie beispielsweise bei einer Vorstraffung.
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Vorzugsweise ist das Hohlrad und/oder das Sonnenrad aus Metall. Bei den typischen Übersetzungen von einem kleinen Elektromotor mit einer hohen Drehzahl zu einer geringeren Drehzahl mit einem hohen Drehmoment der Gurtwelle für eine Gurtstraffung treten hohe Lasten in der Verzahnung des Sonnenrads und/oder des Hohlrads auf, welche dementsprechend aufgenommen werden können.
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Gemäß einer Weiterentwicklung wird vorgeschlagen, dass die Anzahl der ersten Planetenräder und die Anzahl der zweiten Planetenräder gleich ist. Es können beispielsweise in einem Planetengetriebe der Sicherheitsgurteinrichtung drei erste Planetenräder mit einer Verzahnung aus Kunststoff und drei zweite Planetenräder mit einer Verzahnung aus Metall angeordnet sein. Die ersten und zweiten Planetenräder sind vorzugsweise abwechselnd angeordnet, so dass eine optimale Lastverteilung erreicht werden kann. Es kann hierdurch eine möglichst gleichmäßige Lastverteilung für niedrige und hohe Lasten in dem Planetengetriebe erreicht werden.
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In vorteilhaften Ausführungsformen ist das Getriebe ein Zweiganggetriebe. Dies erlaubt beispielsweise eine elektrische Gurtaufwicklung mit geringen Zugkräften und einer geringen Drehzahl des Elektromotors bei einer ersten Übersetzung und eine Vorstraffung des Sicherheitsgurts bei hohen Zugkräften bzw. hohem Drehmoment auf der Gurtwelle und einer hohen Drehzahl des Elektromotors bei einer zweiten Übersetzung.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform sind die ersten Planetenräder vollständig aus Kunststoff. Dies ermöglicht eine besonders kostengünstige Herstellung der Sicherheitsgurteinrichtung.
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Vorzugsweise sind die Verzahnung der ersten Planetenräder aus Polyoxymethylen (POM) oder die ersten Planetenräder vollständig aus Polyoxymethylen (POM).
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Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die zweiten Planetenräder vollständig aus Metall sind. Hierdurch kann eine hohe Übertragbarkeit von Lasten erreicht werden.
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Die Verzahnung der zweiten Planetenräder aus Metall oder die vollständigen zweiten Planetenräder aus Metall sind in bevorzugten Ausführungsformen aus gesintertem Stahl, beispielsweise D39.
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Das Getriebe der Sicherheitsgurteinrichtung weist in vorteilhaften Ausführungsformen zwei oder drei in Reihe geschaltete Planetengetriebe auf.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Dabei zeigt
- 1 eine Sicherheitsgurteinrichtung mit einem Planetengetriebe;
- 2 einen Ausschnitt eines Planetengetriebes einer Sicherheitsgurteinrichtung;
- 3 ein Planetengetriebe einer Sicherheitsgurteinrichtung;
- 4 eine Detailansicht eines Planetengetriebes mit einem ersten und zweiten Planetenrad im Vergleich,
- 5 eine schematische Darstellung des Getriebes in einem ersten Gang; und
- 6 eine schematische Darstellung des Getriebes in einem zweiten Gang.
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1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Sicherheitsgurteinrichtung 10 für ein Kraftfahrzeug in einer schematischen Darstellung. Die Sicherheitsgurteinrichtung 10 weist eine Gurtwelle 11 auf, die über ein Getriebe 12 mit einem Elektromotor 13 verbunden ist. Das Getriebe 12 weist in diesem Ausführungsbeispiel ein Planetengetriebe 14, welches die Drehzahl des Elektromotors 13 mit den weiteren Stufen des Getriebes 12 zum Antrieb der Gurtwelle 11 untersetzt. In diesem vorteilhaften Ausführungsbeispiel handelt es sich um ein zweistufiges Planetengetriebe 14, wobei in alternativen Ausführungsbeispielen auch einstufige, dreistufige oder generell mehrstufige Planetengetriebe 14 eingesetzt werden können. Die Sicherheitsgurteinrichtung 10 kann als elektrischer Gurtaufwickler, als reversibler Vorstraffer in einer Vorunfallphase (Vor-Vorstraffung) und auch als Leistungsstraffer eingesetzt werden, und weist hierfür in diesem vorteilhaften Ausführungsbeispiel zwei Gänge auf, was anhand der 5 und 6 erläutert wird.
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In 2 ist eine schematische Schnittansicht eines Planetengetriebes 14 mit einem Sonnenrad 16 und einem Hohlrad 15 gezeigt, zwischen denen die Planetenräder 17, 18 angeordnet sind. In diesem Ausführungsbeispiel sind drei erste Planetenräder 17 mit einer Verzahnung 19 aus Kunststoff, beispielsweise aus POM, und drei zweite Planetenräder 18 mit einer Verzahnung 19 aus Metall, beispielsweise gesinterter Stahl, jeweils abwechselnd angeordnet. In diesem vorteilhaften Ausführungsbeispiel sind die ersten Planetenräder 17 vollständig aus Kunststoff, z.B. POM, und die zweiten Planetenräder 18 vollständig aus Metall.
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3 zeigt eine Detailansicht des zweistufigen Planetengetriebes 14 der 1 in einer Detailansicht. In dieser Ansicht ist erkennbar, dass die ersten und zweiten Planetenräder 17, 18 auf einem gemeinsamen Planetenträger 25 angeordnet sind, wobei die ersten und zweiten Planetenräder 17, 18 in vorteilhaften Ausführungsbeispielen auf dem identischen Durchmesser des Planetenträgers 25 drehbar gelagert sind.
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In 4 ist eine Detailansicht eines Planetengetriebes 14 mit den ersten und zweiten Planetenrädern 17, 18 im Vergleich im Eingriff mit einem Hohlrad 15 gezeigt. Die ersten Planetenräder 17 mit einer Verzahnung 19 aus Kunststoff sind gepunktet dargestellt, und mit der Verzahnung 19 aus Metall der zweiten Planetenräder 18, welche mit einer durchgezogenen Linie dargestellt ist, überlagert dargestellt.
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Die ersten Planetenräder 17 sind erkennbar größer als die zweiten Planetenräder 18. Die ersten Planetenräder 17 weisen beispielsweise einen größeren Kopfkreisdurchmesser 22 als die zweiten Planetenräder 18 auf. Weiterhin weist die Verzahnung 19 der ersten Planetenräder 17 eine größere Zahndicke 20 im Teilkreis 21 als die Verzahnung 19 der zweiten Planetenräder 18 auf. Die Zahndicke 20 ist in diesem vorteilhaften Ausführungsbeispiel auch außerhalb des Teilkreises 21 größer. Die zweiten Planetenräder 18 weisen daher ein größeres Flankenspiel mit dem Hohlrad 15 und mit dem Sonnenrand 16 als die ersten Planetenräder 17 auf. Bei geringen Lasten, wie bei einer Vor-Vorstraffung, erfolgt die Übertragung der mechanischen Lasten somit im Wesentlichen über die ersten Planetenräder 17 mit der Verzahnung 19 aus Kunststoff, so dass ein leises Betriebsverhalten erreicht werden kann. Bei steigenden Lasten wie bei einer Gurtstraffung in einer Unfallphase gibt die Verzahnung 19 der ersten Planetenräder 17 soweit nach, dass der Lastpfad über zu den zweiten Planetenrädern 18 wechselt, welche steifer sind und eine höhere Festigkeit aufweisen. Bei hohen Lasten kommt es daher im Lastpfad zu Metall-Metall-Kontakten mit dem Sonnenrad 16 und/oder dem Hohlrad 15 mit einem lauten Betriebsverhalten, was jedoch bei der Leistungsstraffung bei einem Unfall vernachlässigt werden kann. Die sehr hohen Lasten bei der Leistungsstraffung können somit bei gegebenem Bauraum über die zweiten Planetenräder 18 übertragen werden, wobei bei einer Vor-Vorstraffung, beispielsweise für eine Warnfunktion, das Planetengetriebe 14 nur eine geringe Geräuschentwicklung verursacht.
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In den 5 und 6 ist die Sicherheitsgurteinrichtung 10 der 1 schematisch dargestellt, wobei die Funktion des Getriebes 12 der Sicherheitsgurteinrichtung 10 im Folgenden beschrieben wird.
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Der Elektromotor 13 treibt über ein Ritzel 23 und ein weiteres Zahnrad 24 das Sonnenrad 16 des Planetengetriebes 14 an. Der Elektromotor 13 kann entsprechend der gewünschten Funktion mit unterschiedlichen Drehzahlen betrieben werden. Der Elektromotor 13 kann beispielsweise mit einer Drehzahl von 5000 min-1 bei einem regulären Aufwickeln eines Sicherheitsgurts oder beispielsweise mit einer Drehzahl von 50000 min-1 bei einer Leistungsstraffung betrieben werden.
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Das Planetengetriebe 14 ist zweistufig ausgeführt und ist in zwei Gängen schaltbar. Die Planetenräder 17, 18 der beiden Stufen des Planetengetriebes 14 sind drehfest miteinander verbunden und können insbesondere einteilig ausgeführt sein. Es kann in diesem Fall auch von Tandem-Planetenrädern gesprochen werden, wodurch sich in der ersten und zweiten Stufe die gleiche Anzahl und Positionierung von ersten und zweiten Planetenrädern 17, 18 auf dem Planetenträger 25 ergibt. Das linke Hohlrad 15 ist der Abtrieb des Planetengetriebes 14 und treibt über die weiteren Zahnräder 26, 27, 28 die Gurtwelle 11 an.
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In der 5 befindet sich das Planetengetriebe 14 in einem ersten Gang, bei dem der Planetenträger 25 gebremst oder blockiert ist. Dementsprechend ist das rechte Hohlrad 15 nicht belastet und beide Hohlräder 15 drehen in die gleiche Richtung. Das Übersetzungsverhältnis des Getriebes 12 ist in vorteilhaften Ausführungsbeispielen im ersten Gang beispielsweise ca. 10,3. Mit diesem Übersetzungsverhältnis kann beispielsweise eine elektrische Aufwicklung eines gelösten Sicherheitsgurts auf der Gurtwelle 11 durchgeführt werden, wobei die Drehzahl des Elektromotors 13 beispielsweise 5000 min-1 betragen kann. Diese Aufwicklung kann mit einer geringen Geräuschentwicklung durchgeführt werden, da nur ein vergleichsweise geringes Drehmoment auf die Gurtwelle 11 übertragen wird.
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Das Bremsen oder Blockieren des Planetenträgers 25 erfolgt mit einer Steuereinrichtung 30. Die Steuereinrichtung 30 ist ferner dazu eingerichtet, neben dem Planetenträger 25 das rechte, antriebseitige Hohlrad 15 des Planetengetriebes 14 zu bremsen oder zu blockieren, wobei jeweils entweder der Planetenträger 25 oder alternativ das Hohlrad 15 durch die Steuereinrichtung 30 blockierbar ist oder blockiert bzw. gebremst werden.
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6 zeigt das Planetengetriebe 14 in einem zweiten Gang, mit dem in vorteilhaften Ausführungsbeispielen ein Übersetzungsverhältnis von ca. 124 erreicht wird. Das rechte, antriebsseitige Hohlrad 15, wird hierfür gebremst oder blockiert und der Planetenträger 25 freigegeben. Der Elektromotor 13 kann für eine Gurtstraffung beispielsweise mit einer Drehzahl von 50000 min-1 betrieben werden. Hierbei erreicht der Planetenträger 25 eine sehr hohe Drehzahl und es kann ein hohes Drehmoment auf die Gurtspule 11 bewirkt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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