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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Drehantrieb einer Wickelwelle
eines Gurtaufrollers für
einen Fahrzeugsicherheitsgurt nach dem Oberbegriff des Patentanspruches
1.
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Eine
derartige aus der
DE 29 31 164 bekannte
Vorrichtung besitzt in einer Führungseinrichtung hintereinander
angeordnete vorgeformte Antriebskörper, welche von einem Schubantrieb
entlang der Führungseinrichtung
angetrieben werden können. Die Übertragung
der aus der Antriebsbewegung der Antriebskörper resultierenden kinetischen
Energie auf ein mit der Wickelwelle des Gurtaufrollers in Drehantriebsverbindung
stehendes und um eine Radachse drehbares Antriebsrad erfolgt durch
Reibschluss oder teilweise Formschlussverbindung in Folge der Verformbarkeit
des Antriebskörpermaterials.
Dabei geht unvermeidbar ein erheblicher Teil der Antriebsenergie
verloren.
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Aus
DE 195 12 660 ist ein pyrotechnischer Rotationsstrafferantrieb
mit kugelförmigen
Antriebskörpern
bekannt, wobei im Bereich des Aufeinandertreffens von Antriebskörpern und
Antriebsrad eine Nachgiebigkeit bzw. Elastizität, insbesondere im Wandabschnitt
der Führungsbahn
vorgesehen wird.
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Aus
DE 196 02 549 A1 ist
ebenfalls ein Rotationsstrafferantrieb mit gegebenenfalls pyrotechnisch beschleunigten
Antriebskörpern
in Kugelform bekannt, welche in der Form der kugelförmigen Antriebskörper angepasste
kalottenförmige
Ausnehmungen am Umfang des Antriebsrades eingreifen. Beim Ein griff
in das Antriebsrad bleiben die Antriebskörper, welche die kalottenförmige Ausnehmungen übergreifen,
in permanenter punktförmiger
Anlage aneinander.
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Ferner
ist es bekannt, mittels einer Zahnstange (
EP 0 629 531 B1 ), welche
durch Schubkraft angetrieben wird, das als Zahnrad ausgebildete
Antriebsrad anzutreiben. Für
die lineare Antriebsbewegung der Zahnstange ist ein gewisser Platzbedarf
erforderlich.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art
zu schaffen, bei welcher eine wirkungsvolle Übertragung der kinetischen
Energie der angetriebenen Antriebskörper auf das mit der Wickelwelle
verbundene Antriebsrad erzielt wird.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
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Bei
der Erfindung weist der jeweilige Antriebskörper zumindest ein Eingriffsteil
auf, welches in eine von mehreren am Umfang des Antriebsrades vorgesehene
und den Formen der Eingriffsteile angepasste Eingriffsstellen bei
der Antriebsbewegung eingreift. Bei der Erfindung werden während des
Eingriffs der Eingriffsteile in das Antriebsrad die Eingriffsteile
durch Abstandhalter, welche in Antriebsrichtung starr ausgebildet
sind, in Abständen
voneinander gehalten, welche den Abständen der Eingriffsstellen am Antriebsrad
entsprechen. Die Abstandhalter sind an beiden Enden oder in der
Nähe der
beiden Enden der zur Radachse parallelen Ausdehnung der asphärisch ausgebildeten
Antriebskörper
vorgesehen. Eine weitere Möglichkeit
besteht darin, dass die Eingriffsteile durch die asphärisch ausgebildeten
Antriebskörper im
gewünschten
Abstand voneinander gehalten werden, wo bei die Antriebskörper mit
parallel zur Radachse sich erstreckenden Berührungsflächen aneinanderliegen.
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Das
am Antriebskörper
vorgesehene Eingriffsteil greift vorzugsweise mit Formschluss in
die am Antriebsrad vorgesehene Eingriffsstelle ein. Hinsichtlich
der Übertragung
der kinetischen Energie wird der gleiche Wirkungsgrad wie bei einem
Zahnstangenantrieb (
EP
0 629 531 B1 ) erreicht.
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Vorzugsweise
ist das Antriebsrad als gezahntes Antriebsrad ausgebildet, zwischen
dessen Zähnen
die Eingriffstellen liegen. Die an den Antriebskörpern vorgesehenen Eingriffsteile
sind vorzugsweise als Vorsprünge
oder Zähne
ausgebildet. Vorzugsweise besitzen die Eingriffsteile entlang ihrer parallel
zur Radachse sich erstreckenden Ausdehnung gleichbleibende bzw.
konstante Querschnitte. In gleicher Weise sind die Eingriffsstellen
am Umfang des Antriebsrades in ihrer Ausdehnung parallel zur Radachse
mit gleichbleibenden bzw. konstanten Querschnitten ausgestattet.
Die Eingriffsteile können jedoch
auch als runde oder gekrümmte,
insbesondere als kreisrunde Zylinderflächen ausgebildet sein. Hierzu
können
die Antriebskörper
in Form von kreiszylindrischen Rollen ausgebildet sein. Die Mantelflächen dieser
Rollen bilden dann die Eingriffsteile, welche in die am Antriebsrad
vorzugsweise als Wannen mit etwa halbkreisförmigen Querschnitt ausgebildete Eingriffsstellen
eingreifen.
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In
vorteilhafter Weise können
die Eingriffsteile an den hintereinander angeordneten Antriebskörpern Abstände voneinander
aufweisen, welche den Abständen
der Eingriffsstellen am Antriebsrad entsprechen. Auf diese Weise
greifen die Eingriffsteile beim Antrieb der Wickelwelle ohne nennenswerten Energieverlust
in die Eingriffsstellen am Antriebsrad ein.
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An
den Antriebskörpern
können
Führungselemente
vorgesehen sein, welche während
der Antriebsbewegung in formmäßig angepasste
Führungselemente
der Führungsbahn
eingreifen. In der Führungsbahn
werden die Antriebskörper
während
der Antriebsbewegung in der Führungseinrichtung
geführt.
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Hierzu
kann die quer zur Antriebsbewegung liegende Querschnittsform der
Antriebskörper
dem Querschnitt der Führungsbahn,
in welcher die Antriebskörper
geführt
werden, angepasst sein.
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Die
Antriebskörper
können
gelenkig, insbesondere um Schwenkachsen in den Anlenkpunkte schwenkbar
miteinander verbunden sein. Hierdurch bilden die hintereinander
angeordneten Antriebskörper
eine Kette. Es ist jedoch auch möglich,
die Antriebskörper
an Berührungsflächen, welche
formmäßig aneinander
angepasst sind, lose aneinander liegend in der Führungsbahn der Führungseinrichtung aneinander
zu reihen. Für
eine raumsparende Anordnung kann die Führungsbahn, in welcher die
Antriebskörper
beim Antrieb bewegt werden, wenigstens eine Biegung aufweisen. Durch
dies Biegung können
zwei parallel zueinander liegende geradlinige Führungsbahnabschnitte miteinander
verbunden sein. Der Eingriff der an den Antriebskörpern vorgesehenen
Eingriffsteile in das Antriebszahnrad erfolgt im Bereich eines geradlinigen
Verlaufs der Führungsbahn.
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In
Vorteilhafterweise werden Reaktionskräfte, die beim Eingriff des
Antriebskörper
in das Antriebszahnrad an den Antriebskörpern wirken, durch die Führungseinrichtung,
welche am Fahrzeugaufbau über
den Gurtaufrollerrahmen oder in anderer geeigneter Weise befestigt
ist, aufgenommen. Die Wand der Führungsbahn
besteht aus einem festen und nicht nachgie bigen Material, insbesondere
Metall, auch im Bereich des Eingriffes der Eingriffsteile in das
Antriebsrad.
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Um
einen einwandfreien Eingriff der Antriebskörper in das Antriebszahnrad
beim Antrieb der Wickelwelle zu gewährleisten, kann am Anfang der Hintereinanderanordnung
der Antriebskörper
eine mechanische Synchronisiereinrichtung vorgesehen sein, welche
eine Begrenzungsfläche
einer der Eingriffsstellen in die Bewegungsbahn des am unmittelbar
nachfolgenden Antriebskörper
vorgesehenen Eingriffsteils bewegt. Hierzu kann die Synchronisiereinrichtung
einen Anschlag oder Mitnehmer aufweisen, welcher die Begrenzungsfläche der
Eingriffsstelle soweit in die Führungsbahn
hineinbewegt, dass bei der Antriebsbewegung das Angriffsteil am
ersten Antriebskörper
in die Eingriffsstelle des Antriebsrades bewegt wird.
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Die
Vorrichtung dient vorzugsweise zur Leistungsstraffung des auf der
Wickelwelle aufgewickelten Fahrzeugsicherheitsgurtes bei einem Unfall.
Die Antriebskraft wird vorzugsweise als Schubkraft am Ende der Hintereinanderanordnung
der Antriebskörper
zur Einwirkung gebracht. Die Schubkraft kann beispielsweise von
einem pyrotechnischen Antrieb in bekannter Weise geliefert werden.
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Anhand
der Fig.en wird an Ausführungsbeispielen
die Erfindung noch näher
erläutert.
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Es
zeigt:
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1 eine Seitenansicht, eines
ersten Ausführungsbeispiels
in einer Ausgangsposition;
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2 eine Seitenansicht des
Ausführungsbeispiels
der 1 in einer Endphase
des Strafferbetriebs;
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3 einen Querschnitt durch
die Führungsbahn
der Antriebskörper
des Ausführungsbeispiels der 1 und 2;
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4 in perspektivischer Darstellung
einen Antriebskörper,
der in 1 zur Anwendung
kommen kann;
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5 in perspektivischer, teilweise
aufgebrochener Darstellung ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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6 einen beim zweiten Ausführungsbeispiel
zur Anwendung kommenden Antriebskörper;
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7 in perspektivischer, teilweise
aufgebrochener Darstellung ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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8 mehrere gelenkig miteinander
zu einer Kette verbundene Antriebskörper, welche beim Ausführungsbeispiel
der 6 zur Anwendung
kommen;
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9 eine mechanische Synchronisiereinrichtung
am Anfang der Hintereinanderanordnung der Antriebskörper in
einer Ausgangsposition;
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10 die Synchronisiereinrichtung
der 8 in einer ersten
Betriebsstellung; und
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11 die Synchronisiereinrichtung
in einer zweiten Betriebstellung.
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In
den dargestellten Ausführungsbeispielen werden
vorgeformte und hintereinander angeordnete Antriebskörper 1 in
einer Führungsbahn 10 einer Führungseinrichtung 9 geführt.
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Die
Führungsbahn 10 besitzt
eine Bahnbiegung, durch welche zwei geradlinige, parallel zueinander
verlaufende Bahnabschnitte miteinander verbunden sind. Im Bereich
einer der beiden geradlinig verlaufenden Bahnabschnitte befindet
sich ein Antriebsrad 3. Das Antriebsrad 3 ist
unmittelbar oder über
ein nicht näher
dargestelltes Getriebe mit einer Wickelwelle eines Gurtaufrollers 18 für einen
Fahrzeugsicherheitsgurt 19 verbunden. Das Antriebsrad 3 ist
um eine Radachse 22 drehbar gelagert.
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Die
Antriebskörper 1,
welche hintereinander in der Führungsbahn 10 angeordnet
sind, können
unterschiedlich ausgebildet sein.
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Bei
dem in der
4 dargestellten
Ausführungsbeispiel
besitzt der Antriebskörper
1 zwei
Vorsprünge
in Form von Zähnen,
welche Eingriffsteile bilden. Die Antriebskörper
1 sind als Zahnstangensegmente
ausgebildet. Die zahnartigen Eingriffsteile
2 greifen,
wie es in der
2 dargestellt
ist, beim Antrieb der Antriebskörper
1 in
entsprechend geformte Eingriffsstellen
4, welche zwischen
Zähnen
5 am
Umfang des Antriebsrades
3 gebildet werden, ein. Dabei wird
ein Zahneingriff der im geradlinig verlaufenden Bahnbereich hintereinander
angeordneten Antriebskörper
1 erreicht,
wie er bei einer Zahnstange, beispielsweise
EP 0629 531 B1 vorliegt.
Der Abstand der zahnförmigen
Eingriffsteile
2 entspricht dem Abstand der zwischen den
Zähnen
5 am
Umfang des Antriebsrades
3 geschaffenen Eingriffsstellen
4.
Die Eingriffsstellen
4, insbesondere die Begrenzungsflanken
der Eingriffsstellen
4 sind mit ihrer Form der Flankenform
der zahnförmigen
Eingriffsteile
2 angepasst, so dass ein formschlüssiger Eingriff
erreicht wird.
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Die
Antriebskörper 1 werden
in der Führungsbahn 10 bei
ihrer Antriebsbewegung mit Formschluss geführt. Hierzu können die
Antriebskörper mit
Vorsprüngen 16 als
Führungselemente,
welche vorzugsweise an entgegengesetzten Seiten des Antriebskörpers liegen,
ausgestattet sein. Die Vorsprünge 16 können in
entsprechende Ausbuchtungen 17 (3) der Führungsbahn 10 formschlüssig eingreifen.
Hierdurch erreicht man eine Anpassung der quer zur Antriebsbewegung
liegenden Querschnittsform des Antriebskörpers 1 an die Innenkontur
der Führungsbahn 10,
entlang welcher die Antriebskörper beim
Antrieb geführt
werden.
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Außerdem wird
hierdurch eine einwandfreie Abstützung
der insbesondere im geradlinig verlaufenden Bahnbereich liegenden
Antriebskörper,
welche mit dem Antriebsrad 3 nacheinander in Eingriff gebracht
werden, erreicht. Reaktionskräfte,
welche beim Eingriff mit dem Antriebsrad 3 auftreten, werden ohne
Verkippen und Verkannten der Antriebskörper von der Führungseinrichtung 9 aufgenommen.
Die Wandung der Führungseinrichtung 9 ist
hierzu auch im Bereich der Eingriffsstelle in das Antriebsrad 3 aus stabilem
und nicht nachgiebigem Material gebildet. Die aneinander gereihten
Antriebskörper 1 bilden
somit eine "segmentierte
Zahnstange". Diese "Zahnstange" ist jedoch so ausgebildet,
dass sie raumsparend auch im gebogenen Teil der Führungsbahn 10 für den Antrieb
des Antriebsrades 3 bewegt werden kann. Dadurch, dass vorzugsweise
zwei zahnförmige Eingriffsteile 2 am
jeweiligen Antriebskörper 1 vorgesehen
sind, wird die unbehinderte Führung
der Antriebskörper 1 auch
im gebogenen Teil der Führungsbahn 10 gewährleistet
(1).
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Die
zahnförmigen
Eingriffsteile werden in der Aufeinanderfolge der Antriebskörper 1 in
einem bestimmten Abstand voneinander gehalten. Dieser Abstand entspricht
dem Abstand der Eingriffsstellen 4 am Umfang des Antriebsrades 3.
Die Antriebskörper sind
aus festem unnachgiebigen Material hergestellt, so dass beim Eingriff
der Eingriffsteile 2 in das Antriebsrad 3 die
Abstände
zwischen den aufeinanderfolgenden Eingriffsteilen 2 exakt
beibehalten werden.
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Beim
dargestellten Ausführungsbeispiel
der 1 bis 4 besitzen die zahnförmigen Eingriffsteile 2 in
ihrer Ausdehnung senkrecht zur Antriebsrichtung bzw. parallel zur
Radachse 22 gleichbleibende bzw. konstante Querschnitte.
Ferner besitzen die Eingriffsstellen 4 am Umfang des Antriebsrades 3 ebenfalls gleichbleibende
Querschnitte in ihrer Ausdehnung parallel zur Radachse 22.
Die Zahnflanken der Eingriffsteile 2 und der Zähne 5,
zwischen denen die Eingriffsstellen 4 gebildet werden,
sind vorzugsweise so ausgebildet, wie bei einem Zahnstangen-Stirnradgetriebe,
so dass eine schlupffreie effektive Übertragung der kinetischen
Energie auf das Antriebsrad 3 erfolgt.
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Die
Antriebskörper 1 liegen
an Berührungsflächen 23 aneinander,
welche sich parallel zur Radachse 22 bzw. senkrecht zur
Antriebsrichtung erstrecken. Hierdurch erfolgt eine zuverlässige Abstützung der
Antriebskörper über die
gesamte Breite der Führungsbahn
hin in zuverlässiger
Weise.
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In
der 5 ist ein weiteres
Ausführungsbeispiel
dargestellt, bei dem, wie die 6 zeigt,
Antriebskörper 1 mit
gekrümmten,
insbesondere kreiszylindrischen Eingriffsteilen 6 ausgestatten
sind. Die 6 zeigt einen
Antriebskörper,
welcher beim Ausführungsbeispiel
der 5 zum Einsatz kommt.
Zwischen den Zähnen 5 des
Antriebsrades 3 sind entsprechende wannenförmige Eingriffstellen 8 gebildet, in
die die kreiszylindrischen Mantelflächen der Eingriffsteile 6 mit
Formschluss eingreifen. An den Enden der jeweiligen kreiszylindrischen
Eingriffsteile 6 befinden sich umlaufende Erhöhungen,
welche kreisringförmige
Abstandhalter 20 bilden. Im Bereich dieser Abstandhalter 20 liegen
die Antriebskörper 1 in ihrer
Hintereinanderanordnung aneinander, wie aus der 4 zu ersehen ist. Durch die Abstandhalter 20 werden
die Abstände
der Eingriffsteile 6 festgelegt, so dass diese Abstände den
Abständen
der wannenförmigen
Eingriffstellen 8 am Antriebsrad 3 entsprechen.
Wie beim Ausführungsbeispiel
der 1 werden die Antriebskörper 1 des
Ausführungsbeispiels der 5 ebenfalls in einer gebogenen
Führungsbahn 10 der
Führungseinrichtung 9 geführt. Der
Eingriff der Antriebskörper 1 mit
dem Antriebsrad 3 erfolgt ebenfalls im Bereich eines geradlinigen
Bahnabschnitts der Führungsbahn 10.
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Bei
dem in den 7 und 8 dargestellten Ausführungsbeispiel
sind die Antriebskörper 1,
welche ebenfalls kreiszylindrische Eingriffsteile 6 aufweisen, über als
Verbindungselemente ausgebildete Abstandhalter 21 zu einer
Kette miteinander verbunden. Durch die Verbindungselemente bzw.
Abstandhalter 21 werden die Eingriffsteile 6 mit
den kreiszylindrischen Mantelflächen
im Abstand voneinander gehalten. Die Abstände entsprechen den wannenförmigen Eingriffsstellen
am Umfang des Antriebsrades 3. Die Verbindungselemente 21 greifen
an axialen Vorsprüngen
der Antriebskörper 1 in
der Weise an, dass die Antriebskörper 1 um
Schwenkachsen 7 gegenüber
den Verbindungselementen 21 schwenkbar sind. Auf diese
Weise werden die Antriebskörper 1 als
Kettenglieder in einer Kette gelenkig mit einander und mit den Verbindungselementen 21 verbunden.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel
der 5 und 6 sind an den Stirnseiten
der rollenförmigen
Antriebskörper 1 Führungsflächen 24 vorgesehen,
welche eben ausgebildet sind und an ebenfalls eben ausgebildeten
Führungsflächen der
Führungsbahn 9 entlangbewegt
werden. Auch beim Ausführungsbeispiel der 7 und 8 sind eben ausgebildete Führungsflächen 24 an
den Stirnseiten der Antriebskörper 1 und den
Abstandhaltern 21 vorgesehen. Auch diese Führungsflächen 24 werden
entlang ebener Führungsflächen der
Führungsbahn 10 (7) geführt.
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Am
Anfang der Hintereinanderanordnung der Antriebskörper 1 besitzen die
Ausführungsbeispiele
eine mechanische Synchronisiereinrichtung 11. Durch die
Synchronisiereinrichtung 11 wird, wie es in den 9 bis 11 veranschaulicht ist, gewährleistet,
dass der erste Antriebskörper 1 in
Synchroneneingriff mit einer der Eingriffsstellen 8 am
Antriebsrad kommt. Auch beim Ausführungsbeispiel der 1 und 2 wird ein derartiger synchroner Eingriff durch
die Synchronisiereinrichtung 11 erreicht. Die mechanische
Synchronisiereinrichtung 11 besitzt hierzu einen Anschlag 12,
der in der 9 in seiner Ausgangsposition
beim normalen Fahrbetrieb sich befindet. Wenn die Hintereinanderanordnung
der Antriebskörper,
beispielsweise zum Straffen des Sicherheitsgurtes 19, in
der Führungsbahn 10 angetrieben werden,
bewegt sich der Anschlag 12 in der Führungsbahn und kommt mit einem
der Zähne
des Antriebsrades 3 in Berührung (10), so dass das Antriebsrad 3 so
gedreht wird, dass eine Flanke eines der nachfolgenden Zähne 5,
welche die Eingriffsstellen 8 begrenzen, in die Bewegungsbahn
der Eingriffsteils 2 oder 6 (11) des ersten Antriebskörpers kommt.
Hierdurch ist der synchrone Eingriff nicht nur mit dem ersten Antriebskörper, wie
es 11 zeigt, sondern
aufgrund der oben erläuterten Abstände zwischen
den Eingriffteilen 2 oder 6 auch der synchrone
Eingriff mit den nachfolgenden Antriebskörpern gewährleistet.
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Die
Antriebskörper
gelangen nach ihrem Eingriff mit dem Antriebsrad 3 in einen
Auffangraum 15.
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Für den Antrieb
der Antriebskörper 1 ist
ein Schubantrieb 13 vorgesehen, welcher als pyrotechnischer
Gasgenerator ausgebildet sein kann. Durch den Schubantrieb 13 wird
ein Schubkolben 14 am Ende der Aneinanderanordnung der
Antriebskörper 1 angetrieben,
welcher die Antriebskörper
durch die Führungsbahn 10 für die Antriebsbewegung
schiebt. Der Schubantrieb 13 kann auch im Schubkolben 14 integriert
sein.
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Nach
Beendigung der Antriebsbewegung (z.B. 2)
können
mit dem Antriebsrad 3 noch in Eingriff befindliche und
nachfolgende Antriebskörper 1 entgegengesetzt
zur Antriebsrichtung in der Führungsbahn 10 zurückbewegt
werden. Dies kann beispielsweise dann erforderlich sein, wenn bei
einem Unfall, der mit dem Sicherheitsgurt 19 angegurtete Fahrzeuginsasse
mit Gurtkraftbegrenzung zurückgehalten
wird. Hierzu ist es erforderlich, dass das beim Antrieb gestraffte
Sicherheitsgurtband in entgegensetzter Richtung mit der eingestellten
Rückhaltekraft in
Bandauszugsrichtung wieder freigegeben wird. Das Antriebsrad 3 dreht
sich dann in entgegensetzter Richtung zur Antriebsrichtung. Vorzugsweise
ist hierzu im Kolben 14 und/oder im Schubantrieb 13 ein Entlüftungsventil
vorgesehen, durch welches diese Rückbewegung der Antriebskörper in
der Führungsbahn 10 ermöglicht wird.
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Vorzugsweise
sind die Synchronisiereinrichtung 11 und der erste Antriebskörper oder
einige der ersten Antriebskörper
aus wiederstandsfähigerem Material
gebildet als die nachfolgenden Antriebskörper. Hierdurch ist berücksichtigt,
dass am Anfang der Antriebsbewegung eine höher Kraft auf das Antriebsrad 3 zu übertragen
ist als im weiteren Verlauf des Antriebs.
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- 1
- Antriebskörper
- 2
- Eingriffsteil
- 3
- Antriebsrad
- 4
- Eingriffsstelle
- 5
- Zähne
- 6
- Eingriffsteil
- 7
- Schwenkachse
- 8
- Eingriffsstelle
- 9
- Führungseinrichtung
- 10
- Führungsbahn
- 11
- Synchronisiereinrichtung
- 12
- Anschlag
- 13
- Schubantrieb
(Gasgenerator)
- 14
- Kolben
- 15
- Auffangraum
- 16
- Vorsprung
- 17
- Ausbuchtung
- 18
- Gurtaufroller
- 19
- Fahrzeugsicherheitsgurt
- 20
- Abstandhalter
- 21
- Abstandhalter
(Verbindungselemente)
- 22
- Achse
des Antriebsrades
- 23
- Berührungsflächen
- 24
- ebene
Führungsflächen