DE10343534B4

DE10343534B4 - Kraftbegrenzer an einem Gurtaufroller

Info

Publication number: DE10343534B4
Application number: DE10343534A
Authority: DE
Inventors: Herbert Blum; Bernd Gentner; Thomas Kielwein
Original assignee: TRW Automotive GmbH
Current assignee: ZF Automotive Germany GmbH
Priority date: 2002-09-25
Filing date: 2003-09-19
Publication date: 2012-12-06
Anticipated expiration: 2023-09-20
Also published as: DE10343534A1; DE20214811U1; US20040056136A1; US6986480B2

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kraftbegrenzer an einem Gurtaufroller, der eine in einem Rahmen (10) drehbar gelagerte Gurtspule (1) mit wenigstens einem Flansch (1a) und eine am Rahmen drehfest blockierbare Scheibe (2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (2) und der Flansch (1a) der Gurtspule (1) durch einen Schneidkörper (3) koppelbar sind, der bei Relativdrehung zwischen Scheibe (2) und Flansch (1a) in Kopplungsposition gelangt und bei fortgesetzter Relativdrehung Material zerspant.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kraftbegrenzer an einem Gurtaufroller, der eine in einem Rahmen drehbar gelagerte Gurtspule mit wenigstens einem Flansch und eine am Rahmen drehfest blockierbare Scheibe aufweist.
Kraftbegrenzer an Gurtaufrollern beruhen zumeist auf dem Prinzip der plastischen Materialverformung. Wenn die Gurtkraft einen vorbestimmten Wert überschreitet, wird eine Gurtspulendrehung in Abwickelrichtung gegen einen definierten Widerstand zugelassen. Bekannt sind Bauformen von Gurtaufrollern, bei denen die hohle Gurtspule an ihrem einen axialen Ende mit einem koaxial im Hohlraum der Gurtspule angeordneten Torsionsstab starr verbunden ist und der Torsionsstab am entgegengesetzten Ende drehfest mit einer Scheibe gekoppelt ist, die im Sperrfall durch einen Blockiermechanismus am Rahmen des Gurtaufrollers drehfest blockiert wird. Das Kraftniveau, auf dem die Begrenzung erfolgt, wird durch die Torsionssteifigkeit des Torsionsstabes bestimmt. Es ist mit einem solchen Kraftbegrenzer nicht möglich, den Verlauf des Kraftniveaus über den Drehwinkel der Gurtspule in größerem Maße zu variieren.
Bei Gurtaufrollern, die im Rücksitzbereich verwendet werden, wo keine Airbags vorgesehen sind, stellt sich zusätzlich das Problem, daß die Gurtspulendrehung bei der Kraftbegrenzung limitiert sein muß, damit der zurückzuhaltende Fahrzeuginsasse nicht mit der Rückenlehne des Frontsitzes in Berührung kommt. Bisherige Kraftbegrenzer ermöglichen nur einen Gurtbandauszug, der maximal einer Aufrollerumdrehung entspricht.
Aus der DE 196 48 472 C1 ist ein gattungsgmäßer Kraftbegrenzer an einem Gurtaufroller bekannt. Diese zeigt eine in einem Rahmen drehbar gelagert Gurtspule mit wenigstens einem Flansch und eine am Rahmen drehfest blockierbare Scheibe. Die Kraftbegrenzung erfolgt über einen Torsionsstab und eine am Rahmen angeordnete Schneideinrichtung. Unter Last wird die Gurtspule gegen die Kraft einer Feder radial verlagert, wobei die Schneideinrichtung radial in die Gurtspule einschneidet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen Kraftbegrenzer für Gurtaufroller zu schaffen, mit dem der Verlauf des Kraftniveaus über den Drehwinkel der Gurtspule in einem großen Bereich variiert werden kann, so daß insbesondere auch eine degressive und/oder progressive Kennlinie möglich ist, sowie ein Gurtbandauszug von mehreren Aufrollerumdrehungen realisiert und ein Kraftbegrenzerstop in Abhängigkeit vom Drehwinkel der Gurtspule verwendet werden kann.
Diese Aufgabe wird bei einem Aufroller nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die kennzeichnenden Merkmale gelöst. Der erfindungsgemäße Kraftbegrenzer beruht auf dem Prinzip der Energiewandlung durch spanende Materialbearbeitung. In bekannter Weise hat der Gurtaufroller, für den der Kraftbegrenzer bestimmt ist, eine in einem Rahmen drehbar gelagerte Gurtspule mit wenigstens einen Flansch und eine am Rahmen drehfest blockierbare Scheibe. Die Scheibe und der Flansch der Gurtspule sind durch einen Schneidkörper gekoppelt. Bei Relativdrehung zwischen Scheibe und Flansch wird durch den Schneidkörper Material zerspant. Der dabei zu überwindende Widerstand hängt von der Schnittbreite und von der Schnittiefe ab. Durch gezielte Variation der Parameter Schnittbreite und Schnittiefe kann der Verlauf des Kraftniveaus über den Drehwinkel der Gurtspule nahezu beliebig eingestellt werden. Insbesondere ist es leicht möglich, mittels einer über den Relativdrehwinkel abnehmenden Schnittbreite und/oder Schnittiefe einen degressiven Verlauf des Kraftniveaus zu erzielen.
Bei der bevorzugten Ausführungsform ist der Schneidkörper an der Scheibe angeordnet, und die Materialzerspanung findet an der gegenüberliegenden Stirnfläche des Gurtspulenflansches statt.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird ein erweiterter Gurtbandauszug dadurch realisiert, das Scheibe und Flansch bei einer Blockierung der Scheibe erst durch eine fortgesetzte Relativdrehung zwischen Scheibe und Flansch in einen Zustand der Kopplung durch den Schneidkörper gelangen.
Ein koaxial angeordneter Kraftbegrenzerstop blockiert in einer weiteren Ausführungsform die Gurtspule nach einem definierten Gurtbandauszug, der mehreren Aufrollerumdrehungen entsprechen kann, vollständig.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigen:
1 eine schematische Schnittansicht eines Gurtaufrollers mit Kraftbegrenzer;
2 eine Explosionsansicht der Gurtspule und der drehfest blockierbaren Scheibe des Gurtaufrollers mit Blick auf einen in eine Ausnehmung der Scheibe aufgenommenen Schneidkörper;
3 eine Perspektivansicht einer ersten Ausführungsform der Gurtspule für den Kraftbegrenzer;
4 eine Perspektivansicht einer zweiten Ausführungsform einer Gurtspule für den Kraftbegrenzer;
5 eine schematische Perspektivansicht einer Scheibe eines erfindungsgemäßen Gurtaufrollers mit Blick auf einen über eine schiefe Ebene verschiebbaren Schneidkörper;
6 eine schematische Schnittansicht eines Gurtaufrollers mit einem Kraftbegrenzerstop;
7 ein Diagramm zum Gesamtverlauf des Kraftniveaus in Abhängigkeit vom Relativdrehwinkel des Kraftbegrenzers; und
8a bis 8d Diagramme mit möglichen Detailverläufen des Kraftniveaus in Abhängigkeit vom Relativdrehwinkel für verschiedene Ausführungsformen des Kraftbegrenzers.
Der in 1 schematisch gezeigte Gurtaufroller hat einen Rahmen 10 und eine in dem Rahmen drehbar gelagerte Gurtspule 1. An einen Flansch 1a der Gurtspule 1 ist eine Scheibe 2 angesetzt, die durch einen Blockiermechanismus 9 drehfest am Rahmen 10 blockiert werden kann. Die Scheibe 2 ist durch Scherstifte 11 bis zu einem gewissen Drehmoment drehfest mit dem Flansch 1a der Gurtspule 1 verbunden. Im hohlen Innenraum der Gurtspule 1 ist ein Torsionsstab 4 angeordnet, der an einem axialen Ende drehfest mit der Scheibe 2 gekoppelt ist und am entgegengesetzten Ende mit der Gurtspule 1 drehfest gekoppelt ist.
Die Scheibe 2 hat auf ihrer dem Flansch 1a zugewandten Seite eine Ausnehmung 12, in die ein Schneidkörper 3 eingesetzt ist. Der Schneidkörper 3 ist in der Ausnehmung 12 axial und auch in Umfangsrichtung abgestützt. Der Schneidkörper 3 hat eine Schneide, die im Zustand der Kopplung von Scheibe 2 und Flansch 1a axial über die dem Flansch 1a zugewandte Stirnfläche der Scheibe 2 hinausragt.
Bei der in 3 gezeigten Ausführungsform ist an der der Scheibe 2 zugewandten Stirnfläche des Flansches 1a eine koaxiale Ringnut 6 ausgebildet. Die Ringnut 6 hat einen Startabschnitt 6a, in den die Schneide des Schneidkörpers 3 hineinragt. Die Eindringtiefe der Schneide in die Ringnut 6 beträgt in diesem Startabschnitt 6a beispielsweise etwa 0,8 mm. Die Nut 6 hat bei dieser Ausführungsform eine über den Umfang gleich bleibende radiale Breite. Entsprechend hat der Schneidkörper eine über die Erstreckung der Ringnut 6, beispielsweise 330°, gleich bleibende Schnittbreite. Die Ringnut 6 hat jedoch eine negative axiale Steigung, so daß die Schnitt-Tiefe über die Erstreckung der Ringnut 6 mit zunehmendem Relativdrehwinkel zwischen Gurtspule 1 und Scheibe 2 abnimmt. Bei einem Relativdrehwinkel von 330° kommt die Schneide des Schneidkörpers 3 außer Eingriff mit dem Material des Flansches 1a.
Im fahrzeugsensitiv oder gurtbandsensitiv ausgelösten Sperrfall wird die Scheibe 2 durch den Blockiermechanismus 9 am Rahmen 10 des Gurtaufrollers drehfest blockiert. Damit ist auch die Gurtspule 1 über den Torsionsstab 4 drehfest am Rahmen 10 blockiert, jedoch nur bis zu einer Gurtlast, bei der noch keine Torsion des Torsionsstabes eintritt. Sobald diese Gurtlast überschritten wird, erfolgt eine Relativdrehung der Gurtspule 1 zur Scheibe 2 bei gleichzeitiger Tordierung des Torsionsstabes. Bei dieser Relativdrehung kommt aber auch die Schneide des Schneidkörpers 3 in Eingriff mit dem Material des Flansches 1a der Gurtspule 1. Eine weitere Relativdrehung ist nur möglich, indem die Schneide des Schneidkörpers 3 am Boden der Ringnut 6 einen Span herausschneidet. Dieser Span hat anfangs eine relativ große Dicke, die aber mit zunehmendem Relativdrehwinkel abnimmt. Es findet somit eine Energiewandlung durch Materialzerspanung statt, die parallel zu der Energiewandlung durch Tordierung des Torsionsstabes erfolgt. Mit einem solchen Kraftbegrenzer kann abhängig davon, ob die radiale Schnittbreite bzw. die axiale Schnittiefe der Schneide mit zunehmendem Relativdrehwinkel abnimmt, zunimmt oder konstant bleibt, ein degressiver, progressiver und/oder abschnittweise konstanter Verlauf des Kraftniveaus über den Relativdrehwinkel erzielt werden, wie in 7 und den 8a bis 8d dargestellt. Durch dieses Prinzip ist somit jeder beliebige Verlauf des Kraftniveaus in Abhängigkeit vom Relativdrehwinkel möglich.
Ein ähnlicher degressiver und/oder progressiver bzw. konstanter Verlauf des Kraftniveaus kann auch mit der in 4 gezeigten Ausführungsform erzielt werden. Bei dieser Ausführungsform wird die Schnittbreite mit zunehmendem Relativdrehwinkel zwischen Gurtspule und Scheibe reduziert. Dies wird mit einer Ringnut 13 erreicht, die ebenfalls einen Startabschnitt 13a hat und deren Außenradius mit zunehmendem Relativdrehwinkel zunimmt.
Die Kopplungsposition der Schneide wird in einer Ausführungsform der Erfindung durch eine axiale Verschiebung des Schneidkörpers 3 erreicht. Im Grundzustand des Gurtaufrollers, in dem die Scheibe 2 nicht über den Blockiermechanismus 9 blockiert ist, ragt die Schneide des Schneidkörpers 3 in dieser Ausführungsform nicht axial über die dem Flansch 1a zugewandte Stirnfläche hinaus. Der Schneidkörper 3 wird erst durch eine fortgesetzte Relativdrehung zwischen Scheibe 2 und Flansch 1a bei blockierter Scheibe 2 durch ein Anstoßen des Schneidkörpers 3 nach beispielsweise etwa 360° an einen am Flansch 1a vorgesehenen Steuerpin 5 über eine schiefe Ebene in eine Position bewegt, in der die Schneide axial über die dem Flansch 1a zugewandte Stirnfläche der Scheibe 2 hinausragt. 5 zeigt eine solche Scheibe 2 mit einer schiefen Ebene, auf der sich der Schneidkörper 3 bewegt.
6 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Ausführungsform einer Gurtspule 1 mit einem Steuerpin 5 am Flansch 1a und einem koaxial zur Gurtspule 1 über eine Druckfeder 8 und eine Abdeckkappe 14 gelagerten Kraftbegrenzerstop 7. Der Stop 7 ist an dem der Scheibe 2 gegenüberliegenden Ende der Gurtspule 1 über eine Druckfeder 8 und eine Abdeckkappe 14 gelagert und stützt sich auf dem Flansch 1a im Bereich der Ringnut 6, 13 ab. Wird das Material des Flansches 1a am Boden der Ringnut 6, 13 im Bereich 1b durch die Schneide des Schneidkörpers 3 abgetragen, so wird der Stop 7 freigegeben und über die Druckfeder 8 in axialer Richtung in eine Eingriffsposition mit dem Schneidkörper 3 bewegt. Der Stop 7 ragt dabei axial über die Stirnfläche des Flansches 1a hinaus. Bei fortgesetzter Relativdrehung zwischen Scheibe 2 und Gurtspule 1 stößt die Schneide nach einer weiteren Relativdrehung von etwa 360° an den Stop 7, wodurch die Drehbewegung beendet wird. Der Stop 7 weist eine derart hohe Festigkeit auf, daß eine Zerspanung durch den Schneidkörper 3 nicht stattfindet. Somit wird eine weitere Gurtspulendrehung in Abwickelrichtung verhindert.
Allgemein kann der Schneidkörper 3 als Einlegeteil ausgeführt oder an die Scheibe 2 angegossen sein. Das erfindungsgemäße Prinzip der Energiewandlung durch Materialzerspanung läßt sich auch durch eine Ausführungsform des Gurtaufrollers realisieren, in der ein Schneidkörper an der Achse der Gurtspule angeordnet ist und Material an der Scheibe des Kraftbegrenzers zerspant, Die Energieumwandlung durch Materialzerspanung läßt sich bei einem Gurtaufroller der beschriebenen Art auf vielfältige Weise realisieren. 7 zeigt für eine Ausführungsform den Gesamtverlauf des Kraftniveaus in Abhängigkeit vom Relativdrehwinkel des Kraftbegrenzers mit einem schraffiert dargestellten Bereich, in dem jeder beliebige Verlauf durch eine entsprechende Spantiefe bzw. -breite erreichbar ist und der Schneidvorgang durch Steuerung der Axialposition des Schneidkörpers beeinflußt werden kann. Das Kraft-Basisniveau unterhalb des schraffierten Bereichs wird durch den Torsionsstab vorgegeben. Die 8a bis 8d zeigen verschiedene progressive, degressive und konstante Verlaufsabschnitte des steuerbaren Bereichs gemäß 7.
Bei einer Ausführungsform nach 8a wird zuerst ein progressiver Kurvenverlauf über eine zunehmende Schnittbreite und/oder Schnittiefe erreicht, gefolgt von einem degressiven Verlauf durch eine abnehmende Schnittbreite und/oder Schnittiefe.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach 8b wird angenommen, daß der Schneidvorgang mittels eines auf den Schneidkörper wirkenden pyrotechnischen Stellantriebs ausgelöst wird. Eine Deaktivierung des Schneidvorgangs kann durch ein gezielt eingesetztes Schmiermittel erfolgen.
In 8c erfolgt der Schneidvorgang zunächst mit zunehmender Schnittbreite und/oder Schnitt-Tiefe, so daß ein progressiver Kurvenverlauf entsteht, woraufhin durch einen Schaltvorgang eine Absenkung auf ein niedrigeres Kraftniveau erreicht wird.
Bei der in 8d gezeigten Ausführungsform kommen mehrere Schneiden parallel zum Einsatz, die nacheinander aktiviert werden können, um ebenfalls einen progressiven Verlauf des Kraftniveaus zu erreichen.

Claims

Kraftbegrenzer an einem Gurtaufroller, der eine in einem Rahmen (10) drehbar gelagerte Gurtspule (1) mit wenigstens einem Flansch (1a) und eine am Rahmen drehfest blockierbare Scheibe (2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (2) und der Flansch (1a) der Gurtspule (1) durch einen Schneidkörper (3) koppelbar sind, der bei Relativdrehung zwischen Scheibe (2) und Flansch (1a) in Kopplungsposition gelangt und bei fortgesetzter Relativdrehung Material zerspant.
Kraftbegrenzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (2) mit der Gurtspule (1) durch einen Torsionsstab (4) gekoppelt ist.
Kraftbegrenzer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schneidkörper (3) in einer Ausnehmung (12) der Scheibe (2) aufgenommen und axial sowie in Umfangsrichtung abgestützt ist und eine Schneide aufweist, die in Kopplungsposition an der ihr gegenüberliegenden Stirnfläche des Flansches (1a) angreift.
Kraftbegrenzer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Flansch (1a) einen Steuerpin (5) aufweist, der den Schneidkörper (3) bei einer Relativdrehung zwischen Scheibe (2) und Flansch (1a) axial über eine schiefe Ebene in Kopplungsposition überführt.
Kraftbegrenzer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerpin (5) bei fortgesetzter Relativdrehung abgeschert wird.
Kraftbegrenzer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an der Stirnfläche des Flansches (1a) eine koaxiale Ringnut (6, 13) eingeformt ist, deren axiale Tiefe und radiale Breite durch das angestrebte Kraftbegrenzungsniveau bestimmt sind.
Kraftbegrenzer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringnut (6, 13) einen Startabschnitt (6a, 13a) aufweist, in den die Schneide des Schneidkörpers (3) in Kopplungsposition hineinragt.
Kraftbegrenzer nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Schnittbreite der Schneide des Schneidkörpers (3) mit zunehmendem Relativdrehwinkel abnimmt.
Kraftbegrenzer nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Schnittbreite der Schneide des Schneidkörpers (3) mit zunehmendem Relativdrehwinkel zunimmt.
Kraftbegrenzer nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Schnittbreite der Schneide des Schneidkörpers (3) mit zunehmendem Relativdrehwinkel konstant bleibt.
Kraftbegrenzer nach Anspruch 6, 7, 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Schnittiefe der Schneide des Schneidkörpers (3) mit zunehmendem Relativdrehwinkel abnimmt.
Kraftbegrenzer nach Anspruch 6, 7, 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Schnittiefe der Schneide des Schneidkörpers (3) mit zunehmendem Relativdrehwinkel zunimmt.
Kraftbegrenzer nach Anspruch 6, 7, 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Schnittiefe der Schneide des Schneidkörpers (3) mit zunehmendem Relativdrehwinkel konstant bleibt.
Kraftbegrenzer nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Gurtspule einen Stop (7) aufweist, welcher nach Zerspanung des vom Schneidkörper (3) bei Relativdrehung erfaßbaren Materials über eine Druckfeder (8) in axialer Richtung in eine Eingriffsposition mit dem Schneidkörper (3) bewegt wird.
Kraftbegrenzer nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Stop (7) eine genügend hohe Festigkeit aufweist, um eine Zerspanung durch den Schneidkörper (3) bei einem Eingriff mit diesem zu verhindern.