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Die Erfindung betrifft einen Gurtaufroller mit einem Rahmen, einer Gurtspule, die drehbar in dem Rahmen gelagert ist, einer Blockierklinke, die in eine Blockierverzahnung eingesteuert werden kann, um die Gurtspule zu blockieren, und einer Kupplungsscheibe, die relativ zur Gurtspule drehbar ist und mit einer Blockierklinke zusammenwirkt, um diese in die Blockierverzahnung einzusteuern.
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Die Kupplungsscheibe wird üblicherweise von einer Feder in eine Ausgangsstellung beaufschlagt, in der sie sich zusammen mit der Gurtspule dreht, wenn diese im normalen Betrieb gedreht wird, also um Gurtband von der Gurtspule abzuziehen oder wieder auf diese aufzuwickeln. Erst wenn auf die Kupplungsscheibe ein Drehmoment einwirkt, das größer als das von der Feder bereitgestellte Drehmoment ist, wird die Kupplungsscheibe relativ zur Gurtspule verdreht, so dass die Blockierklinke in die Blockierverzahnung eingesteuert wird. Das hierfür erforderliche Drehmoment, das auf die Kupplungsscheibe einwirkt, kann zum einen dadurch erzeugt werden, dass die Gurtspule eine hohe Drehbeschleunigung in der Gurtband-Abzugsrichtung erfährt, so dass die Kupplungsscheibe aufgrund ihrer Massenträgheit hinter der Drehung der Gurtspule zurückbleibt. In diesem Fall wird eine sogenannte gurtbandsensitive Blockierung ausgelöst. Zum anderen kann die Drehung der Kupplungsscheibe relativ zur Gurtspule dadurch ausgelöst werden, dass die Kupplungsscheibe angehalten wird, beispielsweise von einem Trägheitssensor, während die Gurtspule gedreht wird, beispielsweise durch das Abziehen von Gurtband von der Gurtspule. In diesem Fall wird eine fahrzeugsensitive Blockierung ausgelöst.
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Aus der
DE 695 26 693 T2 und der
DE 695 10 995 T2 ist jeweils ein Gurtaufroller bekannt, bei dem ein Elektromagnet zur Erzielung einer Sperrwirkung genutzt wird. Der Kern des Elektromagneten wirkt dabei auf einen Hebel, der wiederum mit Sperrzähnen an einer Kupplungsscheibe zusammenwirkt.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Gurtaufroller zu schaffen, bei dem eine Blockierung der Gurtspule auch ohne einen Trägheitssensor ausgelöst werden kann.
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Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Zu diesem Zweck ist ein Elektromagnet mit einem Kern vorgesehen, der mit der Kupplungsscheibe zusammenwirkt, um diese drehfest zu halten. Erfindungsgemäß ist der Elektromagnet so ausgebildet und angeordnet, dass der Kern in einer Schaltstellung des Elektromagneten reibschlüssig an der Kupplungsscheibe anliegt. Im Gegensatz zu einem Trägheitssensor kann der Elektromagnet bereits aktiviert werden, bevor es zu einer Fahrzeugverzögerung kommt. Somit wird der Gurtaufroller mit einer geringeren Zeitverzögerung blockiert. Außerdem ergeben sich bei der elektromagnetischen Auslösung der Blockierung sehr viel mehr Freiheiten als bei der herkömmlichen, mechanischen Auslösung.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Elektromagnet einen Kern aus Eisen aufweist. Somit muß durch die Spule des Elektromagneten ein Strom geschickt werden, um ihn zu erregen und die Kupplungsscheibe drehfest zu halten. Diese Ausführungsform zeichnet sich durch einen besonders geringen Stromverbrauch aus.
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Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Elektromagnet einen Kern aus einem Dauermagneten aufweist. In diesem Fall wird die Kupplungsscheibe dann drehfest gehalten, wenn der Elektromagnet stromlos ist. Erst wenn die Spule des Elektromagneten ein Magnetfeld erzeugt, das demjenigen des Dauermagneten entgegenwirkt, wird die Kupplungsscheibe freigegeben. Diese Ausführungsform zeichnet sich durch eine besonders hohe Ausfallsicherheit aus, da der Gurtaufroller bei einem Stromausfall blockiert wird.
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Dadurch, dass bei erregtem Elektromagneten ein Teil des Elektromagneten an der Kupplungsscheibe reibschlüssig anliegt, können bereits mit vergleichsweise geringen Strömen ausreichend hohe magnetische Anziehungskräfte erzeugt werden, die es ermöglichen, eine ausreichende Reibungskraft zu erzeugen, welche die Kupplungsscheibe drehfest hält, so dass es zum Einsteuern der Blockierklinke kommt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Elektromagnet radial bezüglich der Kupplungsscheibe angeordnet ist und sein Kern verschiebbar ist. Bei dieser Ausführungsform sind besonders wenig Bauteile erforderlich, um die Kupplungsscheibe reibschlüssig zu blockieren.
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Um die Gefahr eines Klappern des Kerns des Elektromagneten zu verhindern, kann eine Rückstellfeder vorgesehen sein, die den Kern in eine Stellung im Abstand von der Kupplungsscheibe beaufschlagt.
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Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Elektromagnet axial bezüglich der Kupplungsscheibe angeordnet ist und die Kupplungsscheibe geringfügig axial verschiebbar ist. Auch diese Ausführungsform zeichnet sich durch eine geringe Anzahl von bewegten Bauteilen aus.
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Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kupplungsscheibe einen weichmagnetischen Werkstoff enthält, der eine diskontinuierliche Geometrie hat, die an die Teilung der Blockierverzahnung angepaßt ist. Auf diese Weise kann ohne hohen Aufwand seitens der Ansteuerung des Elektromagneten gewährleistet werden, dass die Blockierklinke synchronisiert in die Blockierverzahnung eingesteuert wird, also nicht auf die Zahnspitzen der Blockierverzahnung trifft, sondern in die Zahnzwischenräume eingesteuert wird. Durch die diskontinuierliche Geometrie des weichmagnetischen Werkstoffs der Kupplungsscheibe kann nämlich gewährleistet werden, dass die Kupplungsscheibe nur in bestimmten Winkelstellungen drehfest gehalten wird. Diese Winkelstellungen entsprechen den Winkelstellungen, in denen die Blockierklinke lagerichtig in die Blockierverzahnung eingesteuert werden kann. Die diskontinuierliche Geometrie des weichmagnetischen Werkstoffs der Kupplungsscheibe kann beispielsweise durch Einschnitte gebildet sein, deren Winkelabstand voneinander der Teilung der Blockierverzahnung entspricht, oder dadurch, dass der weichmagnetische Werkstoff der Kupplungsscheibe lokal in größerem Abstand vom Elektromagneten angeordnet ist als in anderen Bereichen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von bevorzugten Ausführungsformen beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. In diesen zeigen:
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1 in einem Längsschnitt einen Gurtaufroller gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
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2 den Gurtaufroller von 1 in einer Seitenansicht, wobei sich die Blockierklinke in ihrer Ausgangsstellung befindet;
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3 den Gurtaufroller von 2, wobei sich die Blockierklinke in einem Zwischenzustand während des Einsteuerns in die Blockierverzahnung befindet;
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4 den Gurtaufroller von 2, wobei die Blockierklinke vollständig in die Blockierverzahnung eingesteuert ist;
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5 in einem schematischen Schnitt die Kupplungsscheibe des Gurtaufrollers von 1 zusammen mit dem Elektromagneten;
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6 einen Schnitt entlang der Ebene VI-VI von 5;
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7 eine Ansicht entsprechend derjenigen von 2, wobei der weichmagnetische Werkstoff der Kupplungsscheibe zu sehen ist und sich die Kupplungsscheibe in einer Winkelstellung befindet, in der die Blockierverzahnung nicht eingesteuert werden soll;
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8 eine Ansicht entsprechend derjenigen von 7, wobei sich die Kupplungsscheibe in einer Winkelstellung befindet, in der die Blockierklinke in die Blockierverzahnung eingesteuert werden kann;
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9 in einer schematischen Seitenansicht eine Kupplungsscheibe mit Elektromagneten eines Gurtaufrollers gemäß einer zweiten Ausführungsform;
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10 einen Schnitt entlang der Ebene X-X von 9.;
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11 in einer schematischen Seitenansicht eine Kupplungsscheibe mit Elektromagneten eines Gurtaufrollers gemäß einer dritten Ausführungsform;
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12 in einen Schnitt entlang der Ebene XII-XII von 11;
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13 schematisch den Elektromagneten des Gurtaufrollers gemäß der dritten Ausführungsform; und
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14 in einer schematischen Schnittansicht einen Gurtaufroller gemäß einer vierten Ausführungsform.
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In 1 ist ein Gurtaufroller gezeigt, der einen Rahmen 10 aufweist, in dem drehbar eine Gurtspule 12 gelagert ist. Auf der Gurtspule kann ein (nicht dargestelltes) Gurtband aufgenommen werden. Die Gurtspule 12 ist auf ihre bezüglich 1 rechten Seite mit einer Trägerscheibe 14 versehen, die mit der Gurtspule durch einen Torsionsstab 16 verbunden ist. An der Trägerscheibe 14 ist eine Blockierklinke 18 gelagert, die in eine Blockierverzahnung 20 (siehe 2) eingesteuert werden kann. Die Blockierverzahnung ist in einem Seitenschenkel 22 des Rahmens 10 vorgesehen.
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Auf einem Fortsatz 24 der Trägerscheibe 14 ist eine Kupplungsscheibe 26 montiert, die relativ zur Trägerscheibe 14 und damit zur Gurtspule 12 begrenzt verdrehbar ist und durch eine Feder 28 (siehe 5) in eine Ausgangsstellung beaufschlagt wird. In der Ausgangsstellung hält die Kupplungsscheibe 26 die Blockierklinke 18 in der in 2 gezeigten Ausgangsstellung, in der die Blockierklinke nicht in die Blockierverzahnung 20 eingreift. Somit kann sich die Trägerscheibe 14 und damit auch die Gurtspule 12 frei im Rahmen drehen. Wenn die Kupplungsscheibe bei einer Drehung der Gurtspule in der Gurtband-Abzugsrichtung hinter der Drehung der Gurtspule zurückbleibt, steuert sie die Blockierklinke 18 radial nach außen in die Blockierverzahnung 20 ein. Dies ist in 3 gezeigt; die Blockierklinke greift mit einem Zahn in einen Zahnzwischenraum der Blockierverzahnung 20 ein. Sobald die Trägerscheibe 14 ausgehend von diesem Zustand geringfügig weiter in der Gurtband-Abzugsrichtung gedreht wird, stützt sich die Blockierklinke 18 am nächstgelegenen Zahn der Blockierverzahnung 20 ab; somit ist die Trägerscheibe 14 und damit auch die Gurtspule 12 gegen eine Drehung in der Gurtband-Abzugsrichtung blockiert (siehe 4).
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Die Kupplungsscheibe ist auf ihrem Außenrand mit einem weichmagnetischen Werkstoff 30 versehen, der die Außenumfangsfläche der Kupplungsscheibe 26 sowie einen Teil ihrer Seitenfläche umgibt (siehe insbesondere die 6 und 7). Der weichmagnetische Werkstoff 30 bildet also einen Ring mit L-förmigen Querschnitt. Wie insbesondere in 7 zu sehen ist, ist der Ring aus weichmagnetischem Werkstoff 30 mit einer Vielzahl von Einschnitten 32 versehen. Der Winkelabstand der Einschnitte 32 voneinander entspricht dem Winkelabstand der Zähne der Blockierverzahnung 20.
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Am Rahmen 10 des Gurtaufrollers ist ein Elektromagnet 34 mit einer Wicklung 36 und einem Kern 38 aus Eisen angeordnet. Der Kern 38 des Elektromagneten ist radial bezüglich der Kupplungsscheibe 26 angeordnet und liegt der Außenumfangsfläche des Rings aus weichmagnetischem Werkstoff 30 gegenüber. Die entstehende Reibungskraft, die sich ergibt aus dem Produkt der magnetischen Anziehungskraft Fm und dem Reibungskoeffizienten μ, bewirkt als Haltedrehmoment, das größer ist als das Drehmoment, das von der Feder 28 ausgeübt wird. Im Ausgangszustand (siehe 6), also wenn die Wicklung 36 des Elektromagneten 34 stromlos ist, befindet sich der Kern 38 im Abstand von dem weichmagnetischen Werkstoff 30. Die Kupplungsscheibe kann sich somit frei drehen.
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Wenn der Elektromagnet erregt wird, erhebt sich eine magnetische Anziehungskraft Fm zwischen dem weichmagnetischen Werkstoff 30 an der Kupplungsscheibe und dem Kern 38 des Elektromagneten. Dieser wird, da er verschiebbar im Inneren der Wicklung 36 aufgenommen ist, zum weichmagnetischen Werkstoff 30 hin angezogen, so dass er reibschlüssig an diesem anliegt (siehe 1). Es ist eine (nicht dargestellte) Rückstellfeder vorgesehen, die den Kern 38 in den Elektromagneten hinein beaufschlagt. Somit wird die Kupplungsscheibe 26 durch die Reibungskraft, die zwischen dem Kern 38 des Elektromagneten und dem weichmagnetischen Werkstoff 30 vorliegt, drehfest relativ zum Rahmen 10 gehalten, so dass die Blockierklinke 18 in die Blockierverzahnung 20 eingesteuert wird, wenn die Gurtspule 12 in der Gurtband-Abzugsrichtung gedreht wird.
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Aufgrund der Einschnitte 32 wird die Kupplungsscheibe 26 nur in solchen Winkelstellungen mittels des Elektromagneten 34 gehalten, in denen ein lagegenaues Einsteuern der Blockierklinke 18 in die Blockierverzahnung 20 möglich ist. Falls nämlich der Elektromagnet 34 erregt wird, wenn sich einer der Einschnitte 32 gegenüber dem Kern 38 befindet (siehe 7), treten die magnetischen Feldlinien nicht senkrecht in die Oberfläche der Kupplungsscheibe ein, sondern schräg. Auf diese Weise wird eine radiale Komponente Fradial der Magnetkraft Fm erzeugt, die dazu führt, dass der Ring aus weichmagnetischem Werkstoff 30 und damit die Kupplungsscheibe 26 in eine Winkelstellung weiter gedreht werden, in der dem Kern 38 wieder der weichmagnetische Werkstoff 30 gegenüberliegt und die Magnetkraft Fm wieder in radialer Richtung wirkt (siehe 8).
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In den 9 und 10 ist eine zweite Ausführungsform dargestellt. Diese unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform im wesentlichen dadurch, dass der Elektromagnet 34 nicht radial, sondern axial angeordnet ist und wirkt. Der Kern 34 des Elektromagneten liegt also der Seitenfläche der Kupplungsscheibe 26 und dem auf dieser Seitenfläche angeordneten Abschnitt des Ringes aus weichmagnetischem Werkstoff 30 gegenüber.
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Bei dieser Ausführungsform ist die Kupplungsscheibe 26 in axialer Richtung geringfügig verschiebbar auf dem Fortsatz 24 der Trägerscheibe 14 angeordnet, so dass die gesamte Kupplungsscheibe bezüglich 10 nach rechts hin zum Elektromagneten 34 gezogen wird, wenn dieser erregt ist.
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Auch bei dieser Ausführungsform ist der weichmagnetische Werkstoff 30 mit lokalen Unterbrechungen ausgeführt, so dass gewährleistet ist, dass die Blockierklinke 18 synchronisiert in die Blockierverzahnung 20 eingesteuert wird.
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Für den Ring auf der Kupplungsscheibe 26 kann anstelle des weichmagnetischen Werkstoffs 30 auch ein magnetischer Werkstoff verwendet werden. Es ist auch möglich, die Kupplungsscheibe vollständig aus einem magnetischen Werkstoff herzustellen, insbesondere einem magnetischen Kunststoff. Wenn die Kupplungsscheibe bzw. der auf ihr angeordnete Ring selbst magnetisch ist, kann nämlich ein Elektromagnet mit reduzierter Größe verwendet werden, was sich in einem geringeren Energiebedarf, einer geringeren Größe und damit geringeren Kosten auswirkt.
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Gemäß einer nicht dargestellten Weiterbildung der Erfindung kann der Kern 38 des Elektromagneten 34 anstelle aus Eisen auch durch einen Dauermagneten gebildet sein. In diesem Fall ist die Kupplungsklinke solange blockiert, wie die Wicklung 36 des Elektromagneten 34 stromlos ist. Erst wenn die Wicklung ein Magnetfeld erzeugt, das demjenigen des Dauermagneten entgegenwirkt, wird die Kupplungsscheibe freigegeben.
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In den 11 bis 13 ist ein Gurtaufroller gemäß einer dritten Ausführungsform gezeigt. Für die von der zweiten Ausführungsform bekannten Bauteile werden dieselben Bezugszeichen verwendet, und es wird insoweit auf die obigen Erläuterungen verwiesen.
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Der Unterschied zwischen der zweiten und der dritten Ausführungsform liegt darin, dass bei der dritten Ausführungsform ein geschlossener Magnetkreis verwendet wird. Zu diesem Zweck besteht der Kern 38 aus zwei abgewinkelten Jochhälften, die in die Wicklung 36 eingeschoben werden, bis sie sich berühren oder überlappen. Die freien Enden der Jochhälften überlappen sich mit dem weichmagnetischen Werkstoff 30 der kippbaren Kupplungsscheibe, die als Anker wirkt. Auf diese Weise ergeben sich gute Haltekräfte mit geringen Verlusten, da ein besonders hoher Wirkungsgrad erreicht wird.
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Die Jochhälften können als einfache Stanz-/Biegeteile aus Blech gefertigt werden. Alternativ zu einem geteilten Joch kann auch ein einstückiges Joch aus einem gebogenen Teil verwendet werden, auf das die Wicklung aufgewickelt wird.
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Durch die abgewinkelte und auch abgekröpfte Gestalt des Jochs wird ein besonders kompakter Aufbau erhalten.
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In 14 ist ein Gurtaufroller gemäß einer vierten Ausführungsform gezeigt. Für die von der zweiten Ausführungsform bekannten Bauteile werden dieselben Bezugszeichen verwendet, und es wird insoweit auf die obigen Erläuterungen verwiesen.
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Der Unterschied zwischen der zweiten und der vierten Ausführungsform liegt darin, dass bei der vierten Ausführungsform eine Führungsscheibe 50 verwendet wird, die zwischen der Trägerscheibe 14 und der Kupplungsscheibe 26 angeordnet ist und beispielsweise durch Clipse an der Trägerscheibe 14 angebracht ist. Die Führungsscheibe 50 dient zur Lagerung der Blockierklinke 18, die damit beidseitig gelagert ist, nämlich in der Trägerscheibe 14 und der Führungsscheibe 50. Die Kupplungsscheibe 26 greift mit einem Stift 52 durch die Führungsscheibe 50 hindurch an der Blockierklinke 18 an.
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Bei der Aktivierung des Blockiersystems wird die Kupplungsscheibe 26 hin zum Elektromagneten 34 gekippt. Eine Relativdrehung zwischen der Trägerscheibe 14 und der vom Elektromagneten 34 gebremsten Kupplungsscheibe 26 wird vom Stift 52 auf die Blockierklinke 18 übertragen. Da diese beidseitig geführt ist, führt sie eine Schwenkbewegung um eine Achse parallel zur Drehachse der Gurtspule aus; die Kippbewegung der Kupplungsscheibe wird nicht auf die Blockierklinke übertragen.
