DE19541834A1 - Gurtaufroller für einen Fahrzeug-Sicherheitsgurt - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Gurtaufroller für einen Fahr­ zeug-Sicherheitsgurt, mit einer in einem Gehäuse drehbar gelagerten Gurtspule, an deren axialen Enden Sperrverzahnun­ gen angeordnet sind, und einer lasttragenden Sperrklinke, welche zum Blockieren der Gurtspule in die Sperrverzahnungen einsteuerbar ist.

Die bei blockierter Gurtspule auf einen angegurteten Fahr­ zeuginsassen einwirkenden Gurtkräfte können bei einem schwe­ ren Fahrzeugunfall so groß werden, daß sie zu einer Verlet­ zung des Fahrzeuginsassen führen. Daher wird angestrebt, die maximal in dem Gurtband wirkenden Kraft zu begrenzen. Dafür gibt es verschiedene Ansätze. Meistens werden Kraftbegren­ zungsvorrichtungen verwendet, die bei hoher Belastung durch eine elastische und/oder plastische Verformung eine Verlän­ gerung oder ein Nachgeben des Gurtbandes oder auch des ge­ samten Gurtaufrollers ermöglichen, wodurch aufgrund der re­ sultierenden Vorwärtsverlagerung des Fahrzeuginsassen ein zusätzlicher Weg für die Verzögerung des Fahrzeuginsassen bereitgestellt wird. Daraus ergibt sich eine Begrenzung der Kraft auf den Fahrzeuginsasssen. Diese Kraftbegrenzungsvor­ richtungen sind im allgemeinen von dem Gurtaufroller ge­ trennte Bauelemente, die hinsichtlich des zu ihrer Anbrin­ gung notwendigen Einbauraumes unbefriedigend sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Gurtaufroller der ein­ gangs genannten Art zu schaffen, der eine Begrenzung der in dem Sicherheitsgurt maximal wirkenden Kraft ermöglicht und dabei eine besonders kompakte Gestalt aufweist.

Diese Aufgabe wird bei einem Gurtaufroller der eingangs ge­ nannten Art dadurch gelöst, daß die Sperrverzahnungen am Außenumfang von mit der Gurtspule koaxialen Sperrscheiben ausgebildet sind und daß im Kraftflußweg zwischen der Gurt­ spule und den Sperrscheiben Energieaufnahmemittel angeordnet sind, die bei hoher Belastung eine Verdrehung der Gurtspule relativ zu den Sperrscheiben in der Gurtband-Abwickelrich­ tung ermöglichen. Auf diese Weise wird mittels der Energie­ aufnahmemittel bei hoher Gurtbandkraft kontrolliert weiteres Gurtband von der Gurtspule freigegeben, so daß die maximal in dem Gurtband wirkende Kraft begrenzt werden kann. Durch die Anordnung der Energieaufnahmemittel im Kraftfluß zwi­ schen den Sperrscheiben und der Gurtspule wird eine beson­ ders kompakte Bauform erzielt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Energieaufnahmemittel einen koaxial mit der Gurtspule und innerhalb dieser angeordneten Torsionsstab enthalten, der drehfest mit den Sperrscheiben und zwischen diesen dreh­ fest mit der Gurtspule verbunden ist. Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, daß durch die Verwendung eines Torsionsstabes in besonders einfacher Weise die Kennlinie von Gurtbandkraft über freigegebener Gurtbandlänge an die jeweiligen Erfordernisse angepaßt werden kann.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Gurtaufrollers sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. In dieser zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Querschnitt durch einen erfin­ dungsgemäßen Gurtaufroller gemäß einer ersten Ausführungs­ form;

Fig. 2 eine schematische Seitenansicht des Gurtaufrollers von Fig. 1;

Fig. 3 einen schematischen Querschnitt durch die Gurtspu­ le eines erfindungsgemäßen Gurtaufrollers gemäß einer zwei­ ten Ausführungsform;

die Fig. 4a und 4b in einer Stirn- bzw. einer Seitenan­ sicht den bei dem Gurtaufroller von Fig. 3 verwendeten Tor­ sionsstab;

Fig. 5 die Kennlinie von Gurtbandkraft über freigegebener Gurtbandlänge bei dem Gurtaufroller gemäß der zweiten Aus­ führungsform;

die Fig. 6a und 6b in einer Stirn- bzw. einer Seitenan­ sicht eine weitere Ausführungsform eines Torsionsstabes, wie er bei dem Gurtaufroller gemäß der ersten Ausführungsform verwendet werden kann;

die Fig. 7a und 7b eine weitere Ausführungsform eines Torsionsstabes entsprechend demjenigen der Fig. 6a und 6b;

die Fig. 8a und 8b eine weitere Ausführungsform eines Torsionsstabes entsprechend demjenigen der Fig. 6a und 6b; und

Fig. 9 die Kennlinie von Gurtbandkraft über freigegebener Gurtbandlänge für einen erfindungsgemäßen Gurtaufroller mit dem Torsionsstab der Fig. 6a und 6b.

In den Fig. 1 und 2 ist ein erfindungsgemäßer Gurtaufrol­ ler gemäß einer ersten Ausführungsform dargestellt. Dieser besteht aus einem (nicht dargestellten) Gehäuse, in dem eine Gurtspule 10 drehbar gelagert ist, auf der das schematisch dargestellte Gurtband 25 aufgewickelt ist. An den axialen Enden der Gurtspule 10 sind Sperrscheiben 15 angeordnet, die koaxial mit der Gurtspule 10 sind und auf ihrem Außenumfang eine Sperrverzahnung 17 aufweisen, in die eine Sperrklinke 20 eingesteuert werden kann. Das Einsteuern der Sperrklinke 20 in die Sperrverzahnungen 17 kann in bekannter Weise ent­ weder fahrzeug- oder gurtbandsensitiv erfolgen, um im Be­ darfsfall die Gurtspule 10 zu blockieren, so daß im wesent­ lichen kein weiterer Abzug des auf der Gurtspule 10 angeord­ neten Gurtbandes 25 mehr möglich ist.

Koaxial mit der Gurtspule 10 und in deren Inneren ist ein Torsionsstab 30 angeordnet. Dieser Torsionsstab ist an sei­ nen axialen Enden jeweils mit einer Kerbverzahnung 34 verse­ hen, die drehfest mit einer angrenzenden Sperrscheibe 15 verbunden ist. Mittig zwischen den Kerbverzahnungen 34 ist der Torsionsstab mit einer Kerbverzahnung 32 versehen, die drehfest mit der Gurtspule 10 verbunden ist.

Die Gurtspule ist an jedem Ende weiterhin mit einem Scher­ stift 40 versehen, der in eine entsprechende Öffnung in je­ der Sperrscheibe 15 eingreift. Ferner weist die Gurtspule 10 an jedem Ende einen Vorsprung 42 auf, der in einen Schlitz 44 eingreift, der die Gestalt eines auf die Längsachse der Gurtspule 10 zentrierten Kreisbogens hat und sich über einen Winkelbereich von α plus dem von dem Vorspruch 42 einge­ nommenen Winkelbereich erstreckt. Dies ist insbesondere in Fig. 2 zu sehen.

Die Funktion des erfindungsgemäßen Gurtaufrollers ist die folgende: durch eine fahrzeug- oder gurtbandsensitive Auslö­ sung eines (nicht dargestellten) Sperrmechanismus wird die Sperrklinke 20 in die Sperrverzahnungen 17 eingeschwenkt.

Dadurch sind die Sperrscheiben 15 gegen eine weitere Drehung in der Gurtband-Abwickelrichtung blockiert. Während eines ersten Abschnitts der von dem Gurtband auf die Gurtspule 10 ausgeübten Belastung ist über die Scherstifte 40 auch die Gurtspule 10 gegen eine Drehung in der Gurtband-Abwickel­ richtung blockiert. Erreicht die auf die Gurtspule 10 ausge­ übte Belastung einen von der Dimensionierung der Scherstifte 40 abhängigen Schwellenwert, werden diese abgeschert, so daß die Gurtspule relativ zu den Sperrscheiben unter Verwindung des Torsionsstabes 30 in der Gurtband-Abwickelrichtung ver­ dreht werden kann. Durch diese Drehung wird eine zusätzliche Gurtbandlänge freigegeben. Im Ergebnis erfolgt eine Begren­ zung der in dem Gurtband wirkenden Kraft und folglich der auf den Fahrzeuginsassen einwirkenden Belastung.

Die Kennlinie von Gurtbandkraft über abgezogener Gurtband­ länge kann durch die Auswahl einiger Parameter des Torsions­ stabes 30 in besonders einfacher Weise an die jeweiligen Gegebenheiten des Fahrzeugtyps angepaßt werden, in dem der erfindungsgemäße Gurtaufroller eingesetzt wird. Die mögli­ chen Parameter für eine Beeinflussung der Kennlinie sind die folgenden: Vorspannung des Torsionsstabes in der Ruhestel­ lung, Material des Torsionsstabes, Verhältnis von elasti­ scher zu plastischer Verformung bei maximaler Verdrehung, Querschnittsverlauf des Torsionsstabes, etc. Durch den Ein­ griff des Vorsprunges 42 in den Schlitz 44 ist die maximal mögliche Verdrehung der Gurtspule 10 relativ zu den Sperr­ scheiben 15 auf den Winkelbereich α begrenzt.

In Fig. 3 ist ein Querschnitt durch die Gurtspule eines erfindungsgemäßen Gurtaufrollers gemäß einer zweiten Ausfüh­ rungsform dargestellt. Die Gurtspule 10 ist im Inneren mit zwei einander gegenüberliegenden Vorsprüngen 50 versehen, welche ab einer bestimmten Verdrehung der Gurtspule 10 rela­ tiv zum Torsionsstab 30 an diesem in Anlage gelangen und so eine weitere Verdrehung begrenzen. Der bei dieser Ausfüh­ rungsform verwendete Torsionsstab 30 ist in den Fig. 4a und 4b dargestellt. Er weist einen rechteckigen Querschnitt mit konstanter Dicke auf, wobei die Breite des Torsionssta­ bes 30 von einem Minimalwert an jedem axialen Ende, also im Bereich der Verbindung mit den Sperrscheiben 15, bis auf einen Maximalwert in der Mitte des Torsionsstabes 30, also im Bereich der Verbindung mit der Gurtspule 10, anwächst. Die mit dem Gurtaufroller gemäß der zweiten Ausführungsform erzielbare Kennlinie von Gurtbandkraft über freigegebener Gurtbandlänge ist in Fig. 5 dargestellt. Bedingt durch eine Vorspannung des Torsionsstabes mit einem Drehmoment, welches vorzugsweise dem zum Abscheren notwendigen Drehmoment ent­ spricht, ergibt sich ausgehend von einem von Null verschie­ denen Anfangswert der Gurtbandkraft bei fortschreitendem Gurtbandauszug eine degressiv ansteigende Gurtbandkraft.

In den Fig. 6a, 6b sowie 7a, 7b sind weitere Ausführungs­ formen von Torsionstäben 30 dargestellt, die bei dem Gurt­ aufroller gemäß der ersten Ausführungsform verwendet werden können. Die dargestellten Torsionsstäbe 30 weisen durchge­ hend den gleichen Querschnitt auf, und zwar einen sechsecki­ gen Querschnitt im Falle des Torsionsstabes 30 aus den Fig. 6a und 6b und einen quadratischen Querschnitt im Falle des Torsionsstabes 30 aus den Fig. 7a und 7b. Bei den in diesen Figuren gezeigten Torsionsstäben 30 kann auf die Kerbverzahnungen 32, 34 (Fig. 1 und 2) verzichtet werden, da die Torsionsstäbe 30 direkt in an deren Querschnitt ange­ paßte Aufnahmen in den Sperrscheiben 15 bzw. der Gurtspule 10 eingesetzt werden können.

In den Fig. 8a und 8b ist eine weitere Ausführungsform eines Torsionsstabes 30 dargestellt, der in dem erfindungs­ gemäßen Gurtaufroller gemäß der ersten Ausführungsform ver­ wendet werden kann. Der Unterschied zu dem in Fig. 1 darge­ stellten Torsionsstab 30 besteht darin, daß anstelle der Kerverzahnungen 32, 34 ein Sechskantprofil verwendet wird.

In Fig. 9 ist eine Kennlinie von Gurtbandkraft über freige­ gebener Gurtbandlänge dargestellt, wie sie mit dem Torsions­ stab von Fig. 6 erzielt wird. Diese Kennlinie, bei der im Gegensatz zur Kennlinie von Fig. 5 der Anfangswert der Gurtbandkraft gleich Null ist, weist einen ersten Abschnitt mit im Vergleich zur Kennlinie von Fig. 5 steilerem Anstieg und einen zweiten Abschnitt auf, in dem die Gurtbandkraft im wesentlichen konstant bleibt. Somit wird auch ohne eine Vor­ spannung des Torsionsstabes 30 bei fortschreitendem Gurt­ bandauszug schnell eine ausreichende Gurtbandkraft erreicht.

Die Vorteile der beschriebenen Gestalt des erfindungsgemäßen Gurtaufrollers sind die folgenden: Durch die Verwendung des innerhalb der Gurtspule angeordneten Torsionsstabes wird die Kraftbegrenzungsfunktion des Gurtaufrollers bei einer sehr kompakten Gestalt des Gurtaufrollers erhalten, dessen Abmes­ sungen mit denen eines herkömmlichen Gurtaufrollers im we­ sentlichen identisch sind. Dadurch können herkömmliche Gurtaufroller ohne Kraftbegrenzung durch erfindungsgemäße Gurtaufroller ersetzt werden, ohne daß konstruktive Änderun­ gen am Fahrzeug notwendig sind. Separate Kraftbegrenzungs­ vorrichtungen entfallen. Da der Torsionsstab mittig zwischen den beiden Sperrscheiben mit der Gurtspule 10 verbunden ist, verteilen sich die bei einer Verdrehung des Torsionsstabes auftretenden Längenänderungen des Torsionsstabes in symme­ trischer Weise auf die beiden Seiten des Gurtaufrollers; die beiden Sperrscheiben werden symmetrisch belastet. Der Durch­ messer des Drehstabes kann vergleichsweise gering ausgeführt sein, da die Gesamtbelastung der Gurtspule auf die beiden Seiten des Torsionsstabes verteilt wird. Durch die Gestal­ tung des Torsionsstabes kann der gewünschte Verlauf der Kennlinie von Gurtbandkraft über ausgezogener Gurtbandlänge eingestellt werden.

Bei einer nicht dargestellten Weiterentwicklung des erfin­ dungsgemäßen Gurtaufrollers ist ein Anschluß der Gurtspule 10 an einen Gurtstraffer in einfacher Weise dadurch möglich, daß der Torsionsstab 30 auf einer Seite verlängert ausgebil­ det und mit der Ausgangsseite eines Gurtstrafferantriebs gekoppelt wird. Ferner kann bei der Verwendung des erfin­ dungsgemäßen Gurtaufrollers in Kombination mit einem Gas­ sack-Rückhaltesystem auf eine Begrenzung des Verdrehwinkels der Gurtspule 19 relativ zu den Sperrscheiben 15 verzichtet werden, da der Gurtbandabzug von der Gurtspule 10 durch das Eintauchen des Insassen in den Gassack begrenzt ist.

Claims (6)

1. Gurtaufroller für einen Fahrzeug-Sicherheitsgurt, mit einer in einem Gehäuse drehbar gelagerten Gurtspule (10), an deren axialen Enden Sperrverzahnungen (17) angeordnet sind, und einer lasttragenden Sperrklinke (20), welche zum Blockieren der Gurtspule in die Sperrverzahnungen ein­ steuerbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrverzah­ nungen am Außenumfang von mit der Gurtspule koaxialen Sperr­ scheiben (15) ausgebildet sind und daß im Kraftflußweg zwi­ schen der Gurtspule und den Sperrscheiben Energieaufnahme­ mittel (30, 40) angeordnet sind, die bei hoher Belastung eine Verdrehung der Gurtspule relativ zu den Sperrscheiben in der Gurtband-Abwickelrichtung ermöglichen.

2. Gurtaufroller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Energieaufnahmemittel einen koaxial mit der Gurtspu­ le (10) und innerhalb dieser angeordneten Torsionsstab (30) enthalten, der an seinen axialen Enden drehfest mit den Sperrscheiben (15) und zwischen diesen drehfest mit der Gurtspule (10) verbunden ist.

3. Gurtaufroller nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Torsionsstab (30) so vorgespannt ist, daß er die Gurtspule (10) relativ zu den Sperrscheiben (15) in der Gurtband-Aufwickelrichtung beaufschlagt.

4. Gurtaufroller nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Energieaufnahmemittel an jedem Ende der Gurtspule (10) einen Scherstift (40) enthalten, der in eine Bohrung der benachbarten Sperrscheibe (15) eingreift und bei hoher Belastung abgeschert wird.

5. Gurtaufroller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede Sperrscheibe mit einem Schlitz (44) versehen ist, der die Gestalt eines auf die Längsachse der Gurtspule zentrierten Kreisbogens hat, und daß die Gurtspule an jedem Ende einen Vorsprung (42) auf­ weist, der in den Schlitz eingreift und eine Verdrehung der Gurtspule relativ zu den Sperrscheiben begrenzt.

6. Gurtaufroller nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Torsionsstab (30) einen rechteckigen Querschnitt aufweist und im Inneren der Gurtspule (10) Vorsprünge angeordnet sind, welche ab einer vorbestimmten Verdrehung der Gurtspule (10) relativ zum Torsionsstab (30) an diesem in Anlage gelangen und so eine weitere Verdrehung begrenzen.