DE10357979B4

DE10357979B4 - Torsionsstab zum Einsatz bei Gurtaufrollern für Sicherheitsgurte

Info

Publication number: DE10357979B4
Application number: DE10357979A
Authority: DE
Inventors: Siegfried Österle; Ernst Sieber
Original assignee: SFS Intec Holding AG
Current assignee: SFS Group International AG
Priority date: 2003-12-11
Filing date: 2003-12-11
Publication date: 2006-10-05
Anticipated expiration: 2023-12-12
Also published as: CA2543494C; EP1692021A1; US20100320303A1; US20080246266A1; DE10357979A1; CA2543494A1; JP2007516128A; WO2005056349A1; KR20060105744A

Abstract

Torsionsstab zum Einsatz bei Gurtaufrollern für Sicherheitsgurte, an dessen Endbereichen Antriebs- und/oder Blockierelemente zum formschlüssigen Verbinden mit entsprechenden Vorrichtungen ausgebildet sind, wobei der Torsionsstab (1) einschließlich der an seinen Enden ausgebildeten Antriebs- und/oder Blockierelemente (2, 3) in einem Kaltumformverfahren und ohne spanende Nachbearbeitung einstückig aus einem ein Tieftemperaturverhalten umfassenden Nichteisenmetall gefertigt ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Torsionsstab zum Einsatz bei Gurtaufrollern für Sicherheitsgurte, an dessen Endbereichen Antriebs- und/oder Blockierelementen zum formschlüssigen Verbinden mit entsprechenden Vorrichtungen ausgebildet sind.

Es sind eine Reihe von Ausführungsvarianten von Torsionsstäben bekannt geworden, welche alle aus Stählen und Stahllegierungen in einem Kaltumformverfahren hergestellt werden. Torsionsstäbe zwischen den Antriebs- und/oder Blockierelementen müssen entsprechend den Anforderungen an das Torsionsverhalten mit unterschiedlichem Durchmesser hergestellt werden. Der Umformgrad beim Kaltumformen lässt aber nur bestimmte Durchmesserverhältnisse zwischen Torsionsstab und Antriebs- und/oder Blockierelementen zu. Deshalb ist es in der Regel unumgänglich, neben der Kaltumformung auch noch eine spanende Materialbearbeitung vorzunehmen, um den Durchmesser des Torsionsstabes nach dem Kaltumformen zu verkleinern. Das heißt mit anderen Worten, ein Torsionsstab, der durch Kaltumformen unter Berücksichtigung des zulässigen Umformgrades herstellbar ist, hat üblicherweise einen größeren Durchmesser, als er für die im Einsatz zu erwartende Torsionsbeanspruchung notwendig ist. In der Literatur finden sich für den Umformgrad das Stauchverhältnis s = h_o/s_o (wobei h_o die Rohlingslänge und d_o der Ausgangsdurchmesser ist, jeweils in mm) und die Angabe, dass das zulässige Stauchverhältnis s kleiner als oder gleich 2,6 ist, wenn ein Stauchteil in einem Arbeitsgang hergestellt werden soll (Handbuch Umformtechnik, Heinz Tschätsch, Verlag Hoppenstedt, Darmstadt, 1987, S. 20 und S. 21). An einem einfachen Rechenbeispiel lässt sich anhand der in vorgenannter Literaturstelle angegebenen Formel für das Stauchverhältnis s Folgendes zeigen: Wenn man einen Torsionsstab mit einem Durchmesser d_o von 9 mm und einer axialen Länge h_o des Enden des Torsionsstabes, aus welchem die Antriebs- und/oder Blockierelemente 2, 3 hergestellt werden, von 6,5 mm, bei einem Durchmesser jedes angeformten Endes von 18 mm und einer Ausgangslänge h_o des anzuformenden Endes von 26 mm aus Stahl herstellt, ergibt sich ein Stauchverhältnis s = 2,89. Der Umformgrad ist also größer als zulässig. Der Torsionsstab kann somit aus Stahl nicht hergestellt werden, weil die Grenze für das Stauchverhältnis s ≤ 2,6 nicht eingehalten wird. Deshalb wird im Stand der Technik in der Regel ein dickerer Ausgangsstab verwendet, der nach der Kaltumformung durch spanabhebende Nachbearbeitung auf seinen erforderlichen Durchmesserwert verringert werden muss.

Bei einer aus der Druckschrift DE 101 08 489 A1 bekannten Sitzgurteinzieheinrichtung geht es einerseits um die Ausbildung der beiden Enden, also der Verbindungsteile eines Torsionsstabes und andererseits um die Ausbildung eines Arretierungsteils, das über eine Arretierungsbasis auf einen der Verbindungsteile des Torsionsstabes aufgesetzt wird. Eine Besonderheit wird in diesem Zusammenhang darin gesehen, den Verbindungsteilen und den mit diesen zu kuppelnden Teilen eine TORX-Form zu geben, um die Drehmomentübertragung zu verbessern. Über das Material des Torsionsstabes findet sich in dieser Druckschrift mit Bezug auf den dort abgehandelten Stand der Technik lediglich die Angabe, dass er generell aus einem Stahldraht oder -stab durch Schmieden hergestellt wird, so dass davon auszugehen ist, dass der Torsionsstab ebenfalls aus einem Stahldraht oder -stab besteht. Weiter bestehen das Arretierungsteil, die Arretierungsbasis und eine Klinke zum Beispiel aus formgegossenem Aluminium oder Zink. Mit dem Problem des Kaltumformgrades befasst sich diese Druckschrift nicht.

Aus der EP 1 024 065 A2 ist ein einstückiger Torsionsstab aus Aluminium für Gurtaufroller bekannt.

Aus der Druckschrift DE 203 01 941 U1 ist als ein Kaltumformverfahren für einstückig ausgebildete Torsionsstäbe das so genannte Rollieren bekannt, mit dem sich die Endverzahnungen und eine Nut herstellen lassen. Bei diesem Herstellungsverfahren findet zwar keine spanende Bearbeitung statt, es dient jedoch auch nicht zur Herstellung des Torsionsstabes selbst.

Zudem gibt es bei Torsionsstäben ein kaum behebbares Problem beim Tieftemperaturverhalten, wenn das Torsionsstabmaterial Stahl ist, denn die Torsionsstäbe brechen viel zu früh. Die Forderung der Automobilindustrie nach dem Tieftemperaturverhalten, nämlich mindestens 5,5 Umdrehungen bei –35°C, steht bereits. Hier ergeben sich zusätzliche Probleme bei im Kaltumformverfahren hergestellten Torsionsstäben aus Stahl.

Eine in der Druckschrift DE 203 01 941 U1 beschriebene Torsionseinheit besteht aus einem Torsionsstab, auf dem ein zweites Torsionselement als eine Schicht durch Spritzen oder Gießen gebildet ist. Die Schicht, die um den Torsionsstab durch Umspritzen oder Umgießen hergestellt wird, besteht aus einem Werkstoff, der eine konstante Verformungsenergie in einem Temperaturband von 30 °C bis +80 °C hat. Es geht hier also nicht um das Tieftemperaturverhalten des Torsionsstabmaterials selbst.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Torsionsstab der eingangs genannten Art so auszubilden, dass er mit dem durch das Torsionsverhalten vorgeschriebenen Durchmesser durch einfachere Bearbeitung und unter Einhaltung der Forderung nach dem Tieftemperaturverhalten herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Torsionsstab mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Anhand der bei dem oben erwähnten Rechenbeispiel angewandten Formel für das Stauchverhältnis s lässt sich für einen Torsionsstab, der dieselbe Leistung erbringt wie ein Torsionsstab aus Stahl, aber aus Aluminium besteht, zeigen, dass, da Aluminium ein weicherer Werkstoff ist und eine andere Fließpressung als Stahl erfordert und somit ein größerer Durchmesser des Torsionsstabes gewählt werden muss, sich eine Verringerung der Ausgangslänge h_o ergibt. Wenn zum Beispiel der Durchmesser d_o = 12 mm beträgt, ergibt sich eine entsprechende Verringerung der Ausgangslänge h_o auf 14,63 mm. Das ergibt ein Stauchverhältnis s = 1,22, das weit von dem zulässigen Grenzwert s = 2,6 entfernt ist. Der Torsionsstab nach der Erfindung kann somit ohne eine erforderliche spanende Nachbearbeitung aus einem ein Tieftemperaturverhalten mit um fassenden Nichteisenmetall durch Kaltumformung unter Ausnützung der unterschiedlichen Fließpressung gefertigt werden.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen können die presstechnischen Probleme einfach gelöst werden, da eine Anpassung der Durchmesser von Antriebs- und/oder Blockierelementen und Torsionsstab möglich ist unter Ausnutzung des unterschiedlichen Fließpressverhaltens diverser Materialen. Es ist daher wieder eine Anpassung insoweit möglich geworden, als das Endprodukt herstellbar ist, ohne dass eine spanende Nachbearbeitung erforderlich ist.

Weitere Vorteile ergeben sich dadurch, dass unter Umständen eine wesentliche Gewichtseinsparung gegeben ist. Ferner ist kein Korrosionsschutz notwendig. Je nach einzusetzendem Nichteisenmetall kann die Standzeit der Werkzeuge für die Kaltumformung bei der Torsionsstabfertigung wesentlich verbessert werden.

Bezüglich der Antriebs- und/oder Blockierelemente sind festgelegte Dimensionen vorgegeben. Eine presstechnische Anpassung des Durchmessers des Torsionsstabes ist durch den Einsatz eines Nichteisenmetalls erzielt worden. Dabei ist es nicht einfach ein Materialaustausch, sondern es bedurfte dazu einer Reihe von Schritten, um die Möglichkeiten der Kaltumformung zu nutzen und die Durchmesserverhältnisse einander anpassbar zu machen. Die Erfindung ermöglicht ein in diesen Dimensionen kaltumformbares Material einzusetzen, welches außerdem noch die erforderlichen Drehmomente im Bereich des Torsionsstabes und auch im Bereich der Antriebs- und/oder Blockierelemente übertragen kann.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Torsionsstabes nach der Erfindung bilden die Gegenstände der Unteransprüche.

Es wird in einer Ausgestaltung vorgeschlagen, dass die an den Enden ausgebildeten Antriebs- und/oder Blockierelemente gleich große oder größere Außenabmessungen aufweisen als der Torsionsstab selbst. Durch das erfindungsgemäß eingesetzte Material ist auch ein sehr geringer Durchmesserun terschied möglich, so dass auch die kaltumformende Fertigung optimal einsetzbar ist.

Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung liegt vor, wenn der Torsionsstab in einem Kaltumformverfahren aus Aluminium gefertigt ist. Aluminium hat etwa ein Fließpressverhalten wie ein ungeglühter Stahl. Es wird hier aber ein Festigkeitsverhalten bei der Torsion erreicht, welches bei Stahl erst bei sehr kleinen Durchmessern möglich ist. Das Fließpressverhalten von bei Stahl ist, wie oben erläutert ein Hindernis, eine Kaltumformung anzuwenden. Dann ist nämlich eine nachträgliche spanende Bearbeitung erforderlich. Dies kann bei Aluminium ganz klar unterbleiben, da die Durchmesserunterschiede zwischen Torsionsstab und Antriebs- und/oder Blockierelementen klein gehalten werden können.

Die optimalste Umformbarkeit für die Fertigung eines Torsionsstabes ist dann gegeben, wenn bis zu 99,5 Vol.-% reines Aluminium eingesetzt ist. Das Fließpressverhalten von nahezu reinem Aluminium ist gerade für die Fertigung eines Torsionsstabes im Kaltumformverfahren besonders geeignet.

Infolge der guten Umformbarkeit und des Fließpressverhaltens von Nichteisenmetallen und hier insbesondere von Aluminium oder beispielsweise von Kupfer ist es auch in einfacher Weise möglich geworden, dass der Torsionsstab zylindrisch oder prismatisch ausgebildet ist.

Durch die optimale Fertigungsmöglichkeit mit dem speziell angepassten Material ist es noch leichter, verschiedene konstruktive Varianten des Torsionsstabes und auch der Antriebs- und/oder Blockierelemente zu schaffen. Demnach kann vorgesehen werden, dass die Antriebs- und/oder Blockierelemente als Zahnräder oder als mit Abflachungen versehene Mitnahmeelemente ausgebildet sind.

In diesem Zusammenhang ist es aber auch möglich geworden, dass zwischen den Antriebs- und/oder Blockierelementen und dem Torsionsstab ein Übergang in Form eines Kegelabschnittes oder einer Hohlkehle ausgebildet ist. Es lassen sich also durch den Einsatz eines Nichteisenmetalles und insbesondere eines Leichtmetalls wie Aluminium ideale konstruktive Gestaltungen mit optimalem Torsionsverhalten und auch mit optimaler Kraftübertragung bei den Antriebs- und/oder Blockierelementen erzielen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in der nachstehenden Beschreibung anhand der Zeichnung noch näher erläutert:
1 zeigt ein Beispiel eines Torsionsstabes mit an dessen Enden ausgebildeten Antriebs- und/oder Blockierelementen.
Der dargestellte Torsionsstab 1 dient zum Einsatz bei Gurtaufrollern für Sicherheitsgurte. An dessen Endbereichen sind Antriebs- und/oder Blockierelemente 2, 3 vorgesehen, welche wiederum mit entsprechenden Vorrichtungen kuppelbar sind, um dadurch bei einer besonderen Belastung des Sicherheitsgurtes eine ein- oder mehrfache Torsion des Torsionsstabes zu ermöglichen und dadurch als eine Art Stoßdämpfer zu wirken. Der Torsionsstab 1 einschließlich der an dessen Enden ausgebildeten Antriebs- und/oder Blockierelemente 2, 3 ist zur Erzielung unterschiedlicher Drehmomente bei gleichbleibender Größe der Antriebs- und/oder Blockierelemente in einem Kaltumformverfahren einstückig aus einem Nichteisenmetall unter Ausnützung von dessen gegenüber Stahl unterschiedlicher Fließpressung gefertigt worden.
Die an den Enden ausgebildeten Antriebs- und/oder Blockierelemente 2, 3 weisen in dem dargestellten Beispiel zwar größere Außenabmessungen auf als der Torsionsstab 1 selbst, könnten jedoch auch gleich große Außenabmessungen haben.
Unter dem Begriff Nichteisenmetalle werden für die vorliegende Erfindung im Wesentlichen Leichtmetalle und Buntmetalle verstanden. Aus dem Bereich Buntmetalle ist zum Beispiel Kupfer ein geeigneter Werkstoff. Bei den Leichtmetallen ist insbesondere Aluminium vorteilhaft, um einen Torsionsstab in einem Kaltumformverfahren zu fertigen. Zweckmäßig wird dabei ein bis zu 99,5 Vol.-% reines Aluminium eingesetzt ist.
In konstruktiver Hinsicht sind durch die neu eingesetzten Werkstoffe wesentliche Verbesserungen möglich geworden. Der Torsionsstab 1 kann z.B. zylind risch wie dargestellt oder prismatisch ausgebildet sein. Die Antriebs- und/oder Blockierelemente 2, 3 können als Zahnräder oder als mit Abflachungen versehene Mitnahmeelemente ausgebildet sein. Zwischen den Antriebs- und/oder Blockierelementen 2, 3 und dem Torsionsstab 1 ist zwar ein Übergang 4 in einer Hohlkehle ausgebildet, es könnte aber auch ein Übergang in Form eines Kegelabschnittes verwendet werden.
Im Rahmen der Erfindung sind natürlich noch weitere Ausgestaltungen möglich, die sich aus dem Einsatz von Nichteisenmetallen und hier insbesondere Aluminium bei der Herstellung von Torsionsstäben in einem Kaltumformverfahren ergeben. Es kann dadurch zum Beispiel in optimaler Weise der Forderung aus dem Automobilbau nach dem Tieftemperaturverhalten des Torsionsstabmaterials entsprochen werden.

Claims

Torsionsstab zum Einsatz bei Gurtaufrollern für Sicherheitsgurte, an dessen Endbereichen Antriebs- und/oder Blockierelemente zum formschlüssigen Verbinden mit entsprechenden Vorrichtungen ausgebildet sind, wobei der Torsionsstab (1) einschließlich der an seinen Enden ausgebildeten Antriebs- und/oder Blockierelemente (2, 3) in einem Kaltumformverfahren und ohne spanende Nachbearbeitung einstückig aus einem ein Tieftemperaturverhalten umfassenden Nichteisenmetall gefertigt ist.
Torsionsstab nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die an den Enden ausgebildeten Antriebs- und/oder Blockierelemente (2, 3) gleich große oder größere Außenabmessungen aufweisen als der Torsionsstab (1) selbst.
Torsionsstab nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Torsionsstab (1) in einem Kaltumformverfahren aus Aluminium gefertigt ist.
Torsionsstab nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bis zu 99,5 Vol.-% reines Aluminium eingesetzt ist.
Torsionsstab nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Torsionsstab (1) zylindrisch oder prismatisch ausgebildet ist.
Torsionsstab nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebs- und/oder Blockierelemente (2, 3) als Zahnräder oder als mit Abflachungen versehene Mitnahmeelemente ausgebildet sind.
Torsionsstab nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Antriebs- und/oder Blockierelementen (2, 3) und dem Torsionsstab (1) ein Übergang (4) in Form eines Kegelabschnittes oder einer Hohlkehle ausgebildet ist.