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Die Erfindung betrifft einen Gurtaufroller
für einen
Fahrzeug-Sicherheitsgurt, der mit einem Motor versehen ist, mittels
dem eine Vorstraffung des Sicherheitsgurtes durchgeführt werden
kann, wenn dies von einer Steuereinheit als zweckmäßig erkannt wird.
Bei der Vorstraffung wird der Sicherheitsgurt durch eine Rückdrehung
der Gurtspule straff gezogen. Die dabei wirkenden Kräfte liegen üblicherweise erheblich
unter denjenigen Kräften,
die bei einer herkömmlichen,
insbesondere pyrotechnischen Gurtstraffung auftreten.
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Ein Problem bei der Vorstraffung
besteht darin, daß der
Antriebsmotor in geeigneter Weise mit der Gurtspule verbunden werden
muß. Hierfür wird im
Stand der Technik üblicherweise
eine separate Kupplung verwendet.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht
darin, einen Gurtaufroller zu schaffen, der es mit einem einfachen
Aufbau und geringen Kosten ermöglicht,
den Antriebsmotor im Bedarfsfall mit der Gurtspule zu koppeln.
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Zu diesem Zweck ist erfindungsgemäß ein Gurtaufroller
für einen
Fahrzeug-Sicherheitsgurt
vorgesehen, mit einem Rahmen, einer Gurtspule, die drehbar in dem
Rahmen gelagert ist, einer Sperrscheibe, die drehbar am Rahmen gelagert
ist, einer Sperrklinke, die aus einer Ausgangsposition, in der die
Gurtspule frei drehbar ist, in eine Sperrposition verschwenkt werden
kann, in der die Gurtspule relativ zur Sperrscheibe gegen eine Drehung
in der Abwickelrichtung des Gurtbandes blockiert ist, einem Antriebsmotor,
der die Sperrscheibe relativ zum Rahmen verdrehen kann, einer Kupplungsscheibe,
die relativ zur Gurtspule verdrehbar und mit der Sperrklinke derart
gekoppelt ist, daß die
Sperrklinke bei einer Relativdrehung zwischen der Gurtspule und
der Kupplungsscheibe in die Sperrposition verschwenkt wird, und
einem Kopplungsmechanismus, der die Kupplungsscheibe mit der Spenscheibe
koppeln kann, so daß die
Sperrklinke bei einer Drehung der Sperrscheibe verschwenkt und die
Gurtspule mitgenommen wird. Bei einem solchen Gurtaufroller wird die
Sperrklinke in einer Doppelfunktion genutzt. Zum einen dient sie
in herkömmlicher
Weise dazu, die Gurtspule gegen eine Drehung in der Abwickelrichtung
des Sicherheitsgurtes relativ zum Rahmen zu blockieren, wenn dies
notwendig ist. Dies geschieht insbesondere dadurch, daß die Kupplungsscheibe, wenn
der Gurtaufroller blockiert werden soll, festgehalten oder gebremst
wird, so daß es
in an sich bekannter Weise zu einer Relativdrehung zwischen der Kupplungsscheibe
und der Gurtspule kommt, wenn der Sicherheitsgurt vom Gurtaufroller
abgezogen wird. Diese Relativdrehung wird dazu genutzt, die Sperrklinke
in die Sperrposition zu verschwenken, so daß die Gurtspule blockiert ist.
Zum anderen dient die Sperrklinke dazu, den Antriebsmotor über die
Sperrscheibe dann mit der Gurtspule zu verbinden, wenn eine Vorstraffung
durchgeführt
werden soll. In diesem Fall sorgt der Kopplungsmechanismus dafür, daß die Kupplungsscheibe
mit der Sperrscheibe gekoppelt wird. Sobald der Antriebsmotor dann
die Sperrscheibe in Drehung versetzt, kommt es auch hier wieder zu
einer Relativdrehung zwischen der Kupplungsscheibe und der Gurtspule,
woraufhin die Sperrklinke in ihre Sperrposition verschwenkt wird.
Der Antriebsmotor kann dann die Gurtspule über die Sperrscheibe und die
Sperrklinke in der Aufwickelrichtung des Sicherheitsgurtes antreiben.
Auch die Sperrscheibe hat hierbei eine Doppelfunktion. Zum einen
wird sie, wenn keine Vorstraffung durchgeführt wird, drehfest relativ
zum Rahmen gehalten, so daß sie
als Widerlager für
die Sperrklinke dient und bei einer Blockierung der Gurtspule die
wirkenden Blockierkräfte
in den Rahmen ableitet. Zum anderen dient sie als Antriebs element,
da sie die vom Antriebsmotor erzeugte Drehung auf die Gurtspule überträgt.
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Zur Kopplung der Kupplungsscheibe
mit der Sperrscheibe sind verschiedene Ausgestaltungen möglich. Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung wird ein Elektromagnet verwendet, der auf die Kupplungsscheibe
einwirkt. Diese ist beweglich angebracht, so daß sie in eine Stellung verschoben oder
verschwenkt werden kann, in der sie direkt an der Sperrscheibe anliegt.
Auf diese Weise wird eine Drehung der Sperrscheibe unmittelbar auf
die Kupplungsscheibe übertragen,
beispielsweise durch Reibschluß oder
durch Formschluß.
Gemäß einer
alternativen Ausführungsform
ist vorgesehen, daß die Sperrscheibe
mit einer Mitnahmeklinke versehen ist, die dann an der Kupplungsscheibe
angreift, wenn eine Vorstraffung gewünscht ist.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der
Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand
verschiedener Ausführungsformen
beschrieben, die in den beigefügten
Zeichnungen dargestellt sind. In diesen zeigen:
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1 einen
Gurtaufroller gemäß einer
ersten Ausführungsform
in einer perspektivischen Ansicht;
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2 den
Gurtaufroller von 1 in
einer perspektivischen Explosionsansicht;
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3 einen
schematischen Schnitt durch den Kopplungsmechanismus des Gurtaufrollers
von 1 im Ruhezustand;
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4 den
Kopplungsmechanismus von 3 im
aktivierten Zustand;
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5 in
einer schematischen Schnittansicht den Kopplungsmechanismus eines
Gurtaufrollers gemäß einer
zweiten Ausführungsform
im Ruhezustand;
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6 in
vergrößertem Maßstab eine
Draufsicht auf die Sperrscheibe im Bereich VI von 5;
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7 den
Kopplungsmechanismus von 5 im
ausgelösten
Zustand;
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8 in
einer schematischen Ansicht einen Kopplungsmechanismus eines Gurtaufrollers
gemäß einer
dritten Ausführungsform;
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9 in
einer Schnittansicht einen Gurtaufroller gemäß einer vierten Ausführungsform;
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10 in
einer Draufsicht den Kopplungsmechanismus des Gurtaufrollers von 9 im Ruhezustand;
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11 den
Kopplungsmechanismus von 10 in
einer Seitenansicht;
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12 den
Kopplungsmechanismus von 10 im
ausgelösten
Zustand; und
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13 den
Kopplungsmechanismus von 12 in
einer Seitenansicht.
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In den 1 und 2 ist ein Gurtaufroller gezeigt,
der einen Rahmen 10 aufweist, in welchem drehbar eine Gurtspule 12 gelagert
ist. Die Gurtspule dient dazu, einen (nicht dargestellten) Sicherheitsgurt
auf- und abzuwickeln.
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An der Gurtspule 12 ist
schwenkbar eine Sperrklinke 14 gelagert, die in eine, Sperrverzahnung 16 eingesteuert
werden kann, die auf der Innenseite einer Sperrscheibe 18 ausgebildet
ist. Die Sperrscheibe 18 ist drehbar am Rahmen 10 gelagert
und auf ihrer Außenseite
mit einer Schneckenverzahnung 20 versehen, in die ein Schneckenrad 22 eingreift, das
drehbar am Rahmen 10 gelagert ist. Hierzu ist ein Lagerblock 24 vorgesehen.
Das Schneckenrad 22 ist über ein Kegelradgetriebe 26, 28 mit
einem Antriebsmotor 30 verbunden, der ebenfalls am Rahmen 10 angebracht
ist.
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Da das von der Schneckenverzahnung 20 und
dem Schneckenrad 22 gebildete Schneckengetriebe selbsthemmend
ist, ist die Spenscheibe 18 grundsätzlich drehfest am Rahmen 10 abgestützt. Nur
wenn das Schneckenrad 22 angetrieben wird, wird die Sperrscheibe 18 relativ
zum Rahmen 10 gedreht.
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Konzentrisch mit der Gurtspule 12 ist
eine Kupplungsscheibe 32 angeordnet, die mittels einer Scheibe 34 aus
ferromagnetischem Material mit etwas Spiel drehbar auf einem Lagerzapfen 36 der Gurtspule 12 angeordnet
ist. Anstelle der Scheibe 34 aus ferromagnetischem Material
kann auch nur ein Ring verwendet werden, der auf die Außenseite
der ansonsten vollständig
aus Kunststoff bestehenden Kupplungsscheibe aufgebracht ist.
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Die Kupplungsscheibe 32 weist
einen Zapfen 38 auf, der in die Sperrklinke 14 eingreift.
In der in 3 gezeigten
Ruhestellung, in der sich die Kupplungsscheibe 32 in ihrer
Ausgangsposition relativ zur Gurtspule 12 befindet, befindet
sich die Sperrklinke 14 in ihrer Ausgangsposition, in der
sie nicht in die Sperrverzahnung 16 der Sperrscheibe 18 eingreift.
Die Gurtspule 12 ist also frei im Rahmen 10 drehbar.
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An die Sperrscheibe 18 schließt sich
ein Distanzring 40 aus nicht ferromagnetischem Material
an. Hieran schließt
sich wiederum ein Ring 42 an, der aus ferromagnetischem
Material besteht, beispielsweise Stahl oder Weicheisen. Am Ring 42 liegt
ein Stößel 44 eines
Elektromagneten 46 an. Der Distanzring 40 und
der Ring 42 sind fest mit der Sperrscheibe 18 verbunden,
so daß sie
sich mit dieser drehen.
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Der Ring 42, die Scheibe 34 an
der Kupplungsscheibe 32 und der Elektromagneten 46 bilden einen
Kopplungsmechanismus, mit dem die Kupplungsscheibe mit der Sperrscheibe
gekoppelt werden kann. Dies wird weiter unten beschrieben.
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Der Elektromagnet 46 dient
bei dieser Ausführungsform
sowohl dazu, die Gurtspule zu blockieren, als auch dazu, den Antriebsmotor 30 über die Sperrscheibe 18 mit
der Gurtspule 12 zu koppeln.
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Wenn eine (nicht dargestellte) Steuereinheit erkennt,
daß die
Gurtspule blockiert werden soll, beispielsweise weil die Auszugsgeschwindigkeit
des Sicherheitsgurtes einen bestimmten Wert überschreitet oder die Fahrzeugverzögerung einen
bestimmten Wert überschreitet,
wird der Elektromagnet 46 erregt. Aufgrund der dann wirkenden
magnetischen Anziehungskräfte
wird die Kupplungsscheibe 32 in die in 4 gezeigte Stellung gekippt, in der sie
am Ring 42 anliegt. Aufgrund der an der Berührstelle
zwischen der Kupplungsscheibe 32 und dem Ring 42 auftretenden
Reibungskräfte
wirkt der Ring 42 als Bremsfläche, welche die Kupplungsscheibe 32 festhält, wenn
die Gurtspule 12 in der Abwickelrichtung des Gurtbandes
gedreht wird. Es kommt somit zu einer Relativdrehung zwischen der
Gurtspule 12 und der Kupplungsscheibe 32, wodurch
die Sperrklinke 14 in die in 4 gezeigte
Sperrposition verschwenkt wird. In der Sperrposition greift die
Sperrklinke 14 in die Sperrverzahnung 16 der Sperrscheibe 18 ein.
Da die Sperrscheibe 18 über
das Schneckenrad 22 drehfest am Rahmen 10 abgestützt ist,
ist die Gurtspule relativ zum Rahmen blockiert.
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Wenn die Steuereinheit erkennt, daß eine Vorstraffung
durchgeführt
werden soll, wird ebenfalls der Elektromagnet 46 erregt.
Anschließend
wird der Antriebsmotor 30 eingeschaltet, der über das
Schneckenrad 22 die Sperrscheibe 18 dreht. Diese
nimmt über
den Distanzring 40 den Ring 42 mit, der über den
Reibschluß an
der Berührstelle
zwischen der gekippten Kupplungsscheibe 32 und dem Ring 42 die Kupplungsscheibe 32 mitnimmt.
Auf diese Weise wird eine Relativdrehung zwischen der noch stillstehenden
Gurtspule 12 und der mitgenommenen Kupplungsscheibe 32 erzeugt,
was dazu führt,
daß die
Spenklinke 14 in die Sperrverzahnung 16 eingesteuert
wird. In diesem Zustand wird die Gurtspule 12 von der Sperrscheibe 18 über die
Sperrverzahnung 16 und die Sperrklinke 14 mitgenommen.
Sie kann somit in der Aufwickelrichtung des Gurtbandes gedreht werden.
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Wenn nach Abschluß der Vorstraffung gewünscht wird,
die Gurtspule wieder freizugeben, wird die Sperrscheibe 18 in
der entgegengesetzten Richtung gedreht, bis das ganze System entlastet
ist, so daß die
Sperrklinke 14 wieder aus der Sperrverzahnung 16 ausgesteuert
werden kann und das System den in 3 gezeigten
Ausgangszustand einnimmt.
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In den 5 und 7 ist der Kopplungsmechanismus
eines Gurtaufrollers gemäß einer
zweiten Ausführungsform
gezeigt. Für
die von der ersten Ausführungsform
bekannten Bauteile werden dieselben Bezugszeichen verwendet, und
es wird insoweit auf die obigen Erläuterungen verwiesen.
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Der wesentlichste Unterschied gegenüber der
ersten Ausführungsform
besteht darin, daß zum Mitnehmen
der Kupplungsscheibe kein Reibschluß verwendet wird, sondern ein
Formschluß.
Zu diesem Zweck ist an der Sperrscheibe 18 eine axiale
Bremsverzahnung 48 vorgesehen, und die Kupplungsscheibe 32 ist
mit axial vorstehenden Zähnen 50 versehen,
die eine Halteverzahnung bilden. Wenn der Elektromagnet 46 erregt
wird, wird die Kupplungsscheibe 32 in die in 7 gezeigte Stellung gekippt, so
daß an
der dem Elektromagneten 46 diametral gegenüberliegenden
Seite die Zähne 50 der
Kupplungsscheibe 32 in die Bremsverzahnung 48 der Sperrscheibe 18 eingreifen.
Die Kupplungsscheibe 32 ist somit drehfest relativ zur
Sperrscheibe 18 gehalten, so daß es entweder beim Antreiben
der Sperrscheibe 18 oder beim Drehen der Gurtspule 12 zu
einer Relativdrehung zwischen der Gurtspule 12 und der
Kupplungsscheibe 32 kommt. Daraufhin wird die Sperrklinke 14 in
die Sperrverzahnung 16 der Sperrscheibe 18 eingesteuert,
so daß die
Gurtspule 12 entweder mitgenommen werden kann oder drehfest
blockiert ist.
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In 8 ist
ein Kopplungsmechanismus für einen
Gurtaufroller gemäß einer
dritten Ausführungsform
gezeigt. Für
die von der ersten Ausführungsform bekannten
Bauteile werden dieselben Bezugszeichen verwendet, und es wird insoweit
auf die obigen Erläuterungen
verwiesen.
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Der wesentlichste Unterschied gegenüber der
ersten Ausführungsform
besteht darin, daß kein Elektromagnet
verwendet wird, um die Sperrscheibe 18 mit der Kupplungsscheibe 32 zu
koppeln. Statt dessen wird eine Mitnahmeklinke 52 verwendet,
die drehbar an der Sperrscheibe 18 mittels eines Lagerzapfens 54 angebracht
ist. Die Mitnahmeklinke 52 kann mit einer Mitnahmeverzahnung 56 zusammenwirken,
die auf der Innenseite der Kupplungsscheibe 32 ausgebildet
ist. Die Mitnahmeklinke 52 ist derart exzentrisch bezüglich ihres
Schwerpunktes angeordnet, daß sie
durch Fliehkraft entgegen der Wirkung einer Rückstellfeder 58 nach
außen
in die Mitnahmeverzahnung 56 eingesteuert wird, wenn die Sperrscheibe 18 über das
Schneckenrad 22 und den Antriebsmotor 30 angetrieben
wird. Sobald die Mitnahmeklinke 52 in die Mitnahmeverzahnung 56 der Kupplungsscheibe 32 eingesteuert
ist, wird über
den Zapfen 38 die Sperrklinke 14 in die Sperrverzahnung 16 der
Sperrscheibe 18 eingesteuert, so daß die Gurtspule 12 zum Zwecke
der Vorstraffung mitgenommen wird.
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Die Kupplungsscheibe 32 ist
auf ihrer Außenseite
mit einer Steuerverzahnung 58 versehen, in die eine Steuerklinke 60 eines
hier schematisch dargestellten Trägheitssensors 62 einsteuern
kann. Der Trägheitssensor 62 dient
dazu, die Kupplungsscheibe 32 in an sich bekannter Weise
dann festzuhalten, wenn auf das Fahrzeug Verzögerungen einwirken, die einen
bestimmten Grenzwert überschreiten.
Sobald es in diesem Zustand zu einer Drehung der Gurtspule 12 in
der Abwickelrichtung des Sicherheitsgurtes kommt, wird die Sperrklinke 14 von
der dann feststehenden Kupplungsscheibe 32 in die Sperrverzahnung 18 eingesteuert.
Auf diese Weise wird eine herkömmliche
fahrzeugsensitive Blockierung der Gurtspule 12 erzielt.
Eine gurtbandsensitive Blockierung der Gurtspule kann in an sich
bekannter Weise allein aufgrund der Massenträgheit der Kupplungsscheibe 32 erhalten
werden.
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In den 9 bis 13 ist ein Gurtaufroller
gemäß einer
vierten Ausführungsform
gezeigt. Auch hier werden für
die von den vorangegangenen Ausführungsformen
bekannten Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet, und es wird
insoweit auf die obigen Erläuterungen
verwiesen.
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Bei der vierten Ausführungsform
werden ähnlich
wie bei der dritten Ausführungsform
unterschiedliche Systeme verwendet, um die Sperrklinke 14 zu
verschwenken, wenn zum einen die Gurtspule 12 blockiert
werden soll oder zum anderen eine Vorstraffung durchgeführt werden
soll.
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Zur Blockierung der Gurtspule 12 wird
ein Elektromagnet 46 verwendet, der entweder in der mit a)
bezeichneten Darstellung axial oder, wie in der mit b) bezeichneten
Darstellung gezeigt, radial wirken kann. Die Kupplungsscheibe 32 ist
hier mit einem ferromagnetischen Ring 35 belegt. Wenn der
Stößel 46 axial
ausgerichtet ist, kann er feststehend sein; es genügt ein geringes
Spiel bei der Lagerung der Kupplungsscheibe 32, um eine
Berührung
zwischen der Kupplungsscheibe 32 und dem Stößel 44 hervorzurufen,
sobald der Elektromagnet 46 erregt wird. Wenn der Stößel 44 in
radialer Richtung angeordnet ist, ist er entgegen der Wirkung einer
Feder verschiebbar angebracht, so daß er, wenn der Elektromagnet
erregt wird, gegen die Kupplungsscheibe 32 gezogen wird
und diese abbremst. Die Bremswirkung kann verbessert werden, indem
der Stößel 44 an
seinem vorderen Ende mit Gummi belegt ist.
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Der bei einer Vorstraffung wirksame
Kopplungsmechanismus zwischen der Sperrscheibe 18 und der
Kupplungsscheibe 32 weist auch bei der vierten Ausführungsform
eine Mitnahmeklinke 52 auf. Diese ist flach auf einer Stirnseite
der Sperrscheibe 18 angeordnet und kann aus ihrer in den 10 und 11 gezeigten Ausgangsstellung, in der
sie flach an der Sperrscheibe 18 anliegt, in eine in den 12 und 13 gezeigte Mitnahmeposition verschwenkt
werden, in der sie an einer Mitnahmeverzahnung 56 an der
Kupplungsscheibe 32 eingreift. Zur Verstellung der Mitnahmeklinke 52 ist
eine Steuerscheibe 64 vorgesehen, die konzentrisch mit
der Sperrscheibe 18 an dieser anliegend angebracht ist.
Die Steuerscheibe 64 weist eine schräg ausgerichtete Steuerflanke 66 auf,
die unter den angeschrägten
Vorderrand der Mitnahmeklinke 52 greifen kann. Die Steuerscheibe 64 ist
auf ihrer Außenseite
mit mehreren Lamellen 68 versehen, die mit einem Stift 70 zusammenwirken, der
fest am Rahmen 10 des Gurtaufrollers angebracht ist.
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In der in den 10 und 11 gezeigten
Ausgangsstellung wird die Mitnahmeklinke 52 von einer Feder 53 flach
an der Sperrscheibe 18 gehalten, so daß sich die Kupplungsscheibe 32 unbeeinträchtigt drehen
und die herkömmliche
Blockierfunktion unbeeinträchtigt
ablaufen kann.
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Wenn der Antriebsmotor 30 die
Sperrscheibe 18 zum Zwecke der Vorstraffung antreibt, wird
die Mitnahmeklinke 52 mitgenommen, die sich an einem Lagerbock 55 an
der Sperrscheibe 18 abstützt. Die Steuerscheibe 64 dreht
sich dagegen nicht, da sie von der von den Lamellen 68 und
dem Stift 70 gebildeten Rutschkupplung zunächst festgehalten
wird. Die Mitnahmeklinke 52 läuft dann mit ihrem abgeschrägten vorderen
Ende auf die Steuerflanke 66 der stillstehenden Steuerscheibe 64 auf,
wodurch sie nach außen
hin zur Kupplungsscheibe 32 verschwenkt wird, bis sie in
die Mitnahmeverzahnung 56 eingreift. In diesem Zustand
wird zum einen die Steuerscheibe 64 mitgenommen, da das
Haltedrehmoment der Rutschkupplung 68, 70 überwunden
wird, und zum anderen wird die Kupplungsscheibe 32 über die
Mitnahmeklinke 52 mitgenommen. Dadurch kommt es zu einer
Relativdrehung zwischen der sich nun drehenden Kupplungsscheibe 32 und
der noch stillstehenden Gurtspule 12, was dazu führt, daß die Sperrklinke 14 in
die Sperrverzahnung 16 eingesteuert wird. Die Gurtspule 12 kann
nun vom Antriebsmotor 30 über das Schneckenrad 22,
die Sperrscheibe 18 und die Kupplungsklinke 18 in
der Aufwickelrichtung des Sicherheitsgurtes gedreht werden.
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Wenn nach Abschluß der Vorstraffung der Gurtaufroller
wieder in seinen Ausgangszustand zurückgestellt werden soll, wird
der Antriebsmotor 30 in der entgegengesetzten Drehrichtung
betrieben. Dadurch wird die Sperrscheibe 18 zurückgedreht,
bis die Mitnahmeklinke 52 aus der Mitnahmeverzahnung 56 aussteuert
und auch die Sperrklinke 14 aus der Sperrverzahnung 16 aussteuert.
Der Gurtaufroller ist nun wieder frei drehbar.