DE112011103793B4

DE112011103793B4 - Antriebsrad für Gurtstraffer und Gurtstraffer für ein Sicherheitsgurtsystem

Info

Publication number: DE112011103793B4
Application number: DE112011103793.7T
Authority: DE
Inventors: Bernd Gentner; Thomas Mödinger; Andreas Pregitzer
Original assignee: TRW Automotive GmbH
Current assignee: ZF Automotive Germany GmbH
Priority date: 2010-11-17
Filing date: 2011-08-11
Publication date: 2019-01-03
Anticipated expiration: 2031-08-12
Also published as: CN103221270B; JP2014500178A; DE102010051419A1; JP6030563B2; DE112011103793A5; WO2012065656A1; US9555767B2; BR112013012330A2; US20140145020A1; CN103221270A

Abstract

An eine Gurtspule (12) ankoppelbares Antriebsrad (14) für einen Gurtstraffer dessen Kraftübertragungselement (20) unverzahnt ist, und aus einem festen, substantiell verformbaren Material ausgebildet ist, umfassend eine Außenverzahnung mit mehreren über den Umfang verteilten Zähnen (30),
wobei
die Zähne (30) in einer ersten Umfangsrichtung B geneigt sind, dadurch gekennzeichnet, dass
die Zähne (30) wenigstens eine von der Mittelachse A des Antriebsrads (14) abgewandte, in einer ersten Umfangsrichtung B geneigte Stirnfläche (36) aufweisen,
und die Zwischenräume (42) zwischen benachbarten Zähnen (30) bzgl. Ebenen, die durch radiale und axiale Richtungen definiert sind, nicht symmetrisch sind,
und die Zähne (30) keine Symmetrie bzgl. tangential zu einer Umfangsrichtung verlaufenden Ebenen E aufweisen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Antriebsrad für einen Gurtstraffer. Die Erfindung betrifft ferner einen Gurtstraffer für ein Sicherheitsgurtsystem mit einem solchen Antriebsrad.
Aus der DE 10 2006 031 359 A1 ist ein Gurtstraffer für ein Sicherheitsgurtsystem mit einer Antriebseinheit und einem Kraftübertragungselement bekannt, das bei Aktivierung der Antriebseinheit an einem drehbar gelagerten Antriebsrad angreift, welches an die Achse eines Gurtaufrollers gekoppelt oder ankoppelbar ist. Das Antriebsrad kann entweder als Zahnrad oder Turbinenrad ausgebildet sein. In der Ausführungsform als Turbinenrad hat das Antriebsrad Turbinenschaufeln bzw. Zähne, die in einer ersten Umfangsrichtung geneigt sind. Das Kraftübertragungselement besteht aus einem substanziell verformbaren Material, sodass eine gedämpfte Einsteuerung des Kraftübertragungselements am Antriebsrad stattfindet. Die bei einer nichtbiegsamen Zahnstange als Kraftübertragungselement auftretende Zahn-auf-Zahn-Problematik lässt sich dadurch vermeiden.
Aus der DE 203 004 29 U1 ist ein Gurtstraffer bekannt, der Kugeln als Kraftübertragungselemente nutzt, die mit einem Antriebsrad zusammenwirken.
Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem solchen Gurtstraffertyp die Drehmomentübertragung zwischen Kraftübertragungselement und Antriebsrad weiter zu optimieren, um einen möglichst großen Vorschub zu erreichen.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Antriebsrad mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch einen Gurtstraffer mit den Merkmalen des Anspruchs 7. Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Antriebsrads und des erfindungsgemäßen Gurtstraffers sind in den zugehörigen Unteransprüchen angegeben.
Das erfindungsgemäße Antriebsrad für einen Gurtstraffer ist an eine Gurtspule ankoppelbar und umfasst eine Außenverzahnung mit mehreren über den Umfang verteilten Zähnen. Die Zähne sind in einer ersten Umfangsrichtung geneigt und weisen wenigstens eine von der Mittelachse des Antriebsrads abgewandte, in einer ersten Umfangsrichtung geneigte Stirnfläche auf, und die Zwischenräume zwischen benachbarten Zähnen sind bezüglich Ebenen, die durch radiale und axiale Richtungen definiert sind, nicht symmetrisch. Außerdem weisen die Zähne gemäß der Erfindung keine Symmetrie bezüglich tangential zur Umfangsrichtung verlaufenden Ebenen auf.
Unter einer „Außenverzahnung mit mehreren über den Umfang verteilten Zähnen“ sind im Sinne der Erfindung auch Flügel oder Schaufeln eines Turbinenrads zu verstehen.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die Form der Zähne des Antriebsrads den Wirkungsgrad bei der Umwandlung der (zum Kontaktzeitpunkt im Wesentlichen linearen) Bewegung des Kraftübertragungselements in eine Drehbewegung des Antriebsrads maßgeblich beeinflusst. Es hat sich gezeigt, dass ein Antriebsrad mit erfindungsgemäßer Formgebung der Zähne eine deutlich verbesserte Drehmomentübertragung gegenüber einem Antriebsrad mit klassischer Außenverzahnung ermöglicht, insbesondere bei Verwendung eines unverzahnten, aus einem substantiell verformbaren Material bestehenden Kraftübertragungselements.
Allgemein können die Antriebsleistung und das Antriebsverhalten des Straffers durch geeignete Wahl der Zahnform im Rahmen der Erfindung an verschiedene Anforderungen angepasst werden, auch im Hinblick auf den Fall eines blockierten Antriebsrads. Insbesondere hinsichtlich der konkreten Zahnform, des Zahnwinkels, des Zahnspitzenwinkels, der Eindringtiefe in das Kraftübertragungselement, des Spanraums, des Spitzenradius, des Antriebsraddurchmessers, der Zahnhöhe und der Gestalt der Zahnoberfläche ergibt sich innerhalb der erfindungsgemäß vorgegebenen Kriterien ein Gestaltungsspielraum, mit dem die Antriebsleistung und das Antriebsverhalten des Gurtstraffers gezielt beeinflusst werden können.
Das erfindungsgemäße Antriebsrad hat darüber hinaus den Vorteil, dass der Materialabtrag („Schaben“) sowohl auf Seiten des Antriebsrads als auch auf Seiten des Kraftübertragungselements minimiert oder ganz vermieden ist. Damit wird einerseits das Ablösen von Partikeln vermieden und andererseits einer Verminderung des Wirkungsgrades entgegengewirkt.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung umfasst das Antriebsrad mehrere, axial hintereinander angeordnete Teil-Antriebsräder, von denen zumindest eines wenigstens eine der oben genannten erfindungsgemäßen Kombinationen von Kriterien erfüllt. Dadurch ergeben sich beim Design des Antriebsrads noch mehr Variationsmöglichkeiten, sodass eine noch individuellere Anpassung an gegebene Anforderungen möglich ist. Die Teil-Antriebsräder lassen sich als Stanzteile kostengünstig herstellen.
Insbesondere können die Teil-Antriebsräder versetzt zu einander angeordnet sein, so dass die effektive Zahl der Drehmoment aufnehmenden Zähne erhöht ist.
Eine weitere Möglichkeit, das Einsteuern des Kraftübertragungselements zu beeinflussen, besteht darin, die Außenverzahnung zumindest abschnittsweise als Schrägverzahnung auszubilden.
Schließlich können die Zähne der Außenverzahnung auch relativ zum restlichen Antriebsrad um radiale Achsen verdreht sein.
Unabhängig von der konkreten erfindungsgemäßen Form der Zähne kann das Antriebsrad einteilig oder einstückig mit einer Gurtaufrollerachse ausgebildet sein, d.h. die Vorteile der Erfindung sind auch bei einer solchen Bauteile sparenden Ausführungsform uneingeschränkt nutzbar.
Die Erfindung schafft auch einen Gurtstraffer für ein Sicherheitsgurtsystem mit einem Kraftübertragungselement und einer Einrichtung zum Antreiben des Kraftübertragungselements. Der Gurtstraffer umfasst ferner ein drehbar gelagertes, erfindungsgemäßes Antriebsrad mit einer Außenverzahnung, an der das Kraftübertragungselement nach Aktivierung der Antriebseinrichtung angreift und das Antriebsrad in Drehung versetzt.
Die Vorteile der Erfindung kommen besonders bei Verwendung eines Kraftübertragungselements zur Geltung, das aus einem festen, substantiell verformbaren Material und vorzugsweise einstückig ausgebildet ist. Unter einem substantiell verformbaren Material ist ein Material zu verstehen, das sich, etwa bei Kontakt mit dem Antriebsrad, makroskopisch verformt. Beispiele hierfür sind EPDM-Werkstoffe verschiedener Shorehärten (70-95 Shore), Kautschuk, Naturkautschuk oder (weiche) Thermoplaste (Polyamide). Auch eine ideale plastische Masse wie Lehm oder Knete mit oder ohne eine schlauchartige Ummantelung kommt in Frage. Verformungen oder Materialabtragungen im mikroskopischen Bereich, wie sie beim Kontakt einer gewöhnlichen Zahnstange mit einem Zahnrad auftreten, oder ein Abtrennen von Teilstücken des Kraftübertragungselements (Brechen, Abscheren, etc.) sind in diesem Zusammenhang nicht gemeint.
Eine größere Angriffsfläche und damit eine bessere Drehmomentübertragung ergeben sich dadurch, dass das Kraftübertragungselement das Antriebsrad in einer der ersten Umfassungsrichtung entgegen gesetzten zweiten Umfangsrichtung antreibt.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den beigefügten Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:

- 1 eine Explosionsdarstellung eines Gurtaufrollers mit einem erfindungsgemäßen Gurtstraffer;
- 2 eine Schnittansicht des zusammengebauten Gurtaufrollers;
- 3 eine axiale Ansicht eines erfindungsgemäßen Antriebsrads;
- 4 eine perspektivische Ansicht des Antriebsrads aus 3;
- 5a, 5b und 7a, 7b bis 10a, 10b jeweils eine axiale bzw. perspektivische Ansicht weiterer Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Antriebsrads;
- 6a und 6b eine nicht zur Erfindung gehörende Ausführungsform eines Antriebsrades und
- 11a, 11b eine axiale bzw. perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antriebsrads.

In 1 sind die wesentlichen Bauteile eines Gurtaufrollers mit einem pyrotechnisch angetriebenen Gurtstraffer dargestellt. In 2 ist der Gurtaufroller im zusammengebauten Zustand gezeigt.
In einem Aufrollerrahmen 10 ist eine Gurtspule 12 drehbar gelagert, auf die Gurtband aufgerollt bzw. von der Gurtband abgezogen werden kann. Am Rahmen 10 ist ein Antriebsrad 14 mit einer Außenverzahnung drehbar gelagert. Das Antriebsrad 14 ist entweder permanent an die Achse (Gurtspule12) des Gurtaufrollers gekoppelt oder selektiv an diese ankoppelbar. Im ersteren Fall kann das Antriebsrad 14 einteilig oder einstückig mit der Gurtaufrollerachse ausgebildet sein.
Der Gurtstraffer des Gurtaufrollers weist ferner eine pyrotechnische Antriebseinheit mit einem Zünder 16 sowie ein in einem Strafferrohr 18 angeordnetes, durch die Antriebseinheit antreibbares Kraftübertragungselement 20 auf. Das Kraftübertragungselement 20 ist aus einem festen, substanziell verformbaren Material und vorzugsweise einstückig ausgebildet. Die Komponenten des Gurtstraffers sind zumindest zum Teil in einem Straffergehäuse 22 untergebracht, das am Aufrollerrahmen 10 befestigt ist.
Auf das Antriebsrad 14 sind noch eine Anlaufscheibe 24, eine darin angeordnete Spiralfeder 26 sowie eine Abdeckung 28 aufgesetzt. Diese Komponenten bilden eine sogenannte Federseite des Gurtaufrollers, die für die Funktion des Gurtstraffers jedoch nicht von Bedeutung ist.
In 3 ist ein Ausführungsbeispiel des Antriebsrads 14 dargestellt. Das Antriebsrad 14 hat eine Mittelachse A, um die es im montierten Zustand des Gurtstraffers drehbar ist. Dementsprechend sind nachfolgend unter axialen Richtungen Richtungen entlang der Mittelachse A, unter radialen Richtungen Richtungen entlang eines von der Mittelachse A ausgehenden Radius, und unter Umfangsrichtungen Richtungen parallel zur Drehrichtung des Antriebsrads 14 zu verstehen.
Das Antriebsrad 14 weist eine Außenverzahnung mit einer Vielzahl über den Umfang verteilter Zähne 30 auf. Die Zähne 30 können, wie in 3 gezeigt, gleichmäßig, oder auch ungleichmäßig verteilt sein.
Gemäß einem ersten Kriterium sind die Zähne 30 in einer ersten Umfangsrichtung B geneigt, d. h. entweder beide Flanken 32, 34 eines Zahns 30 (bzw. wesentliche Abschnitte der Flanken 32, 34) sind in Umfangsrichtung B geneigt, oder eine der Flanken 32, 34 (bzw. ein wesentlicher Abschnitt dieser Flanke) ist stärker in der ersten Umfangsrichtung B geneigt als die andere Flanke (oder ein wesentlicher Abschnitt dieser Flanke) in der entgegengesetzten Umfangsrichtung C. Die Mittellinien der Zähne schneiden dabei die Mittelachse des Antriebsrades nicht.
Gemäß einem zweiten Kriterium sind die Stirnflächen 36 der Zähne 30 in der ersten Umfangsrichtung B geneigt, d. h. ausgehend von der Spitze 38 eines Zahns 30 (der am weitesten von der Mittelachse A entfernte Punkt des Zahns 30) fällt die Stirnfläche 36 in der ersten Umfangsrichtung B zur Basis 40 des Zahns 30 hin ab, wie in 3 durch den Winkel α dargestellt, der kleiner als 90° ist. Die Stirnflächen 36 der Zähne 30 sind also weder kreisförmig noch tangential bearbeitet und auch nicht symmetrisch bezüglich Ebenen, die durch radiale und axiale Richtungen definiert sind.
Gemäß einem dritten Kriterium sind die Zwischenräume 42 zwischen zwei benachbarten Zähnen 30 bezüglich Ebenen, die durch radiale und axiale Richtungen definiert sind, nicht symmetrisch.
Gemäß einem vierten Kriterium weisen die Zähne 30 keine Symmetrie bezüglich Ebenen auf, die tangential zu einer Umfangsrichtung verlaufen. In 3 ist beispielhaft eine solche Ebene E dargestellt.
Im montierten Zustand des Gurtstraffers ist das Antriebsrad 14 so angeordnet, dass das in einer Richtung D bewegte Kraftübertragungselement das Antriebsrad 14 in der zweiten Umfangsrichtung C antreibt. Somit bietet sich dem auftreffenden Kraftübertragungselement eine vergleichsweise große Angriffsfläche, was die Drehmomentübertragung begünstigt.
Die 5a, 5b und 7a, 7b bis 10a, 10b zeigen weitere fünf Ausführungsbeispiele, die das erste und/oder das zweite und/oder das dritte und das vierte der oben genannten Kriterien erfüllen.
In den 11a und 11b ist ein Beispiel einer Ausführungsform gezeigt, bei der das Antriebsrad 14 aus mehreren, axial hintereinander angeordneten Teilen besteht. Jedes Teil stellt für sich ein Teil-Antriebsrad 44a, 44b bzw. 44c dar. Wenigstens ein Teil-Antriebsrad 44a, 44b, 44c, vorzugsweise alle Teil-Antriebsräder 44a, 44b, 44c, erfüllt bzw. erfüllen das erste und/oder das zweite und/oder das dritte und das vierte der oben genannten Kriterien. Die Teil-Antriebsräder 44a, 44b, 44c sind versetzt zueinander angeordnet. Die Teil-Antriebsräder 44a, 44b, 44c können als Stanzteile hergestellt werden.
Gemäß einer weiteren (nicht dargestellten) Ausführungsform ist die Außenverzahnung des Antriebsrads 14 wenigstens abschnittsweise als Schrägverzahnung ausgebildet. Auch eine Verdrehung der Zähne 30 um radiale Achsen relativ zum restlichen Antriebsrad 14 ist möglich. In jedem Fall sind aber das erste und/oder das zweite und/oder das dritte und das vierte der oben genannten Kriterien erfüllt.

Claims

An eine Gurtspule (12) ankoppelbares Antriebsrad (14) für einen Gurtstraffer dessen Kraftübertragungselement (20) unverzahnt ist, und aus einem festen, substantiell verformbaren Material ausgebildet ist, umfassend eine Außenverzahnung mit mehreren über den Umfang verteilten Zähnen (30), wobei die Zähne (30) in einer ersten Umfangsrichtung B geneigt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Zähne (30) wenigstens eine von der Mittelachse A des Antriebsrads (14) abgewandte, in einer ersten Umfangsrichtung B geneigte Stirnfläche (36) aufweisen, und die Zwischenräume (42) zwischen benachbarten Zähnen (30) bzgl. Ebenen, die durch radiale und axiale Richtungen definiert sind, nicht symmetrisch sind, und die Zähne (30) keine Symmetrie bzgl. tangential zu einer Umfangsrichtung verlaufenden Ebenen E aufweisen.
Antriebsrad (14) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsrad (14) mehrere, axial hintereinander angeordnete Teil-Antriebsräder (44a, 44b, 44c) umfasst.
Antriebsrad (14) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Teil-Antriebsräder (44a, 44b, 44c) versetzt zu einander angeordnet sind.
Antriebsrad (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenverzahnung wenigstens abschnittsweise als Schrägverzahnung ausgebildet ist.
Antriebsrad (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einige der Zähne (30) relativ zum restlichen Antriebsrad (14) um radiale Achsen verdreht sind.
Antriebsrad (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsrad (14) einteilig oder einstückig mit einer Gurtaufrollerachse ausgebildet ist.
Gurtstraffer für ein Sicherheitsgurtsystem, mit einem Kraftübertragungselement (20), und einer Einrichtung zum Antreiben des Kraftübertragungselements, gekennzeichnet durch ein drehbar gelagertes Antriebsrad (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer Außenverzahnung, an der das Kraftübertragungselement (20) nach Aktivierung der Antriebseinrichtung angreift und das Antriebsrad (14) in Drehung versetzt.
Gurtstraffer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftübertragungselement (20) einstückig ausgebildet ist.
Gurtstraffer nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsrad (14) so angeordnet ist, dass das Kraftübertragungselement (20) das Antriebsrad (14) in einer der ersten Umfangsrichtung B entgegen gesetzten zweiten Umfangsrichtung C antreibt.