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Aufrollvorrichtung für Sicherheitsgurte
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Die Erfindung betrifft eine Aufrollvorrichtung für Sicherheitsgurte
von Kraftfahrzeugen mit einer drehbar im Vorrichtungsgehäuse gelagerten und den
Gurtbandwickel tragenden Welle, mit einer bandsensitiven Sperreinrichtung, durch
welche die beim Abziehen von Gurtband in Drehung versetzte Welle beim Überschreiten
eines vorbestimmten Grenzwertes ihrer Drehbeschleunigung gegen eine weitere Drehung
in Abziehrichtung festgesQtzt wird, mit einem auf und mit der Welle verdrehbaren
Trägheitskörper, der beim Überschreiten des genannten Grenzwertes gegen die -Virkng
einer Federeinrichtung der Drehbewegung der Welle so weit nacheilt, daß er über
eine Steuerkurve mindestens eine an einem Wellenflansch radial verschwenkbare Sperrklinke
mit einem gehäusefesten Zahnkranz in Eingriff bringt, und mit einer fahrzeugsensitiven
Sperreinrichtung, bei der ein träger Massenkörper beim Uberschreiten eines vorgegebenen
Grenzwertes der Fahrzeugbeschleunigung so weit aus seiner Ruhelage herausbewegt
ist, daß er über einen ortsfest gelagerten Sperrhebel den Trägheitskörper zwecks
Blockierung der Welle arretiert.
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Bei den bekannten fahrzeugsensitiven Sperreinrichtungen für solche
Aufrollvorrichtungen ist der meist scheibenförmig ausgebildete
Trägheitskörper
in der Regel mit einer umlaufenden Stirnverzahnung versehen, in die der Sperrhebel
zur Arretierung des Trägheitskörpers eingreift, sobald der Sperrhebel bei entsprechend
hohen positiven oder negativen Fahrzeugbeschleunigungen durch den dabei aus der
Ruhelage herausbewegten trägen Körper ausreichend weit in Sperrrichtung verschwenkt
wurde. Nach so erfolgtem Eingriff des Sperrhebels in die Trägheitskörperverzahnung
werden im allgemeinen auf den Sperrhebel relativ große Kräfte einwirken, da dieseru.a.
das Drehmoment des Trägheitskörpers und weitere systembedingte Kräfte aufzufangen
hat. Dabei können zusätzliche Belastungen auftreten, wenn bei bereits erfolgtem
Eingriff der Trägheitskörper infolge .der Konstruktion des übrigen Sperrmechanismus
zwangsweise etwas weiter verstellt wird, und zwar gleichsinnig mit der Wellendrehrichtung
bei Bandabzug.
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Diese Einwirkungen können verständlicherweise zu Beschädigungen eines
starren Sperrhebels durch Stauchungen und schließlich auch zu dessen Festklemmen
führen, so daß die Vorrichtung nicht mehr funktionsfähig ist. Man hat diese Nachteile
auch bereits erkannt und die Sperrhebel beispielsweise abgefedert gelagert. Eine
andere Möglichkeit besteht in einer teleskopischen Ausbildung des Sperrhebels, wobei
die Teleskopteile gegeneinander abgefedert sind.
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Solche Maßnahmen bedingen einen entsprechend hohen Kostenaufwand für
Montage und Bauteile. Gleiches gilt sinngemäß, wenn man den Sperrhebel als solchen
federnd ausbildet, also ihn beispielsweise aus Federstahldraht durch Biegen herstellt,.
wobei in solchen Fällen
häufig noch der Nachteil .zu beobachten
ist, daß sich das mit dem Trägheitskörper in Eingriff kommende Ende des Drahthebels
in der Sperrverzahnung federnd verklemmt und sich nicht mehr ohne weiteres lösen
läßt.
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Neben der Beseitigung dieser Nachteile besteht die Aufgabe der Erfindung
darin, den Sperrhebel der fahrzeugsensitiven Sperreinrichtung bei der Arretierung
des Trägheitskörpers höchstens solchen Kräften auszusetzen, die durch die Massenträgheit
des stillzusetzenden.Trägheitskörpers gegeben und auch sonst notwendigerweise über'den
Sperrhebel auf das Gehäuse zu übertragen sind.
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Zu diesem Zweck wird die einleitend erwähnte Aufrollvorrichtung nach
der Erfindung so ausgebildet, daß eine erste Steuerkurve bei vom Sperrhebel arretiertem
Trägheitskörper die Sperrklinke in einer ersten Blockierphase nur bis zu ihrem anfänglichen
Eingriff.- mit dem Zahnkranz verstellt, während in einer zweiten Blockierphase die
Sperrklinke durch Einwirkung der am Sperreingriff wirkenden Tangentialkraft außer
Anlage mit der Steuerkurve gelangt und unter weiterer Verstellung um ihr Schwenklager
in vollständigem Eingriff mit dem Zahnkranz kommt.
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Auf diese Weise wird erreicht, daß der Sperrhebel nur die durch Arretierung
des Trägheitskörpers auftretenden- Massenkräfte auf zu nehmen und .über .sein ortsfestes
Schwenklager an das Gehäuse weiterzugeben hat, Dies ist vor allem darauf zurückzuführen,
daß die bei
diesem Vorgang stillstehende Steuerkurve die um eine
gewisse Strekke mit dem Wellenflansch weiter mitlaufende Sperrklinke gerade nur
bis zu ihrem anfänglichen Eingriff mit dem feststehenden Zahnkranz bringt, wobei
dann unmittelbar eine tangential wirkende Kraft bzw.
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Kraftkomponente am gegenseitigen Eingriff wirksam wird, welche die
Sperrklinke selbsttätig und ohne weitere Unterstützung durch die erste Steuerkurve
in den vollständigen Sperreingriff verschwenkt.
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Bei dieser zweiten Blockierphase können demnach keine Kräfte auf den
Trägheitskörper zurückwirken, weil dann eben die Blockierkräfte nur noch zwischen
dem Zahnkranz am Gehäuse, der Sperrklinke und dem Wellenflansch wirksam sind.
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Weiterhin kann die Vorrichtung in vorteilhafter Weise so ausgestaltet
werden, daß die Sperrklinke beim Übergang von der ersten auf die zweite Blockierphase
gegen eine zweite Steuerkurve des Trägheitskörpers gelangt und beim Durchlaufen
der zweiten Blockierphase den Trägheitskörper über diese zweite Steuerkurve zurückstellt,
um dabei den Sperreingriff zwischen dem Sperrhebel und dem Trägheitskörper zu lösen.
Dabei befindet sich also nach Herstellung der eigentlichen Wellenblockierung der
Sperrhebel nicht mehr im Eingriff mit dem Trägheitskörper, so daß beim Lösen der
Wellenblockierung der Trägheitskörper mit der Welle umlaufen kann, ohne daß erst
ein evtl. mit dem Trägheitskörper verkeilter bzw. verklemmter Sperrhebel aus der
Arretierstellung gebracht.werden muß.
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In der anliegenden Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 eine auseinandergezogene perspektivische
Ansicht der erfindungsgemäßeh Vorrichtung, Fig. 2 eine Seitenansicht der Vorrichtung,
Fig. 3 einen zwischen dem Wellenflansch und dem Trägheitskörper geführten Querschnitt
durch die Vorrichtung, und zwar bei in Ruhestellung befindlicher Sperrvorrichtung,
und Fig. 4 eine der Fig. 3 entsprechende Darstellung der Vorrichtung nach Beendigung
der ersten Blockierphase.
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Im Gehäuse 1 ist die Welle 2 in üblicher Weise drehbar gelagert, und
zwar in den beiden Löchern 3 und 4 der Seitenwände des im wesentlichen U-förmigen
Gehäuses, das an der'Fahrzeugkarosserie zu befestigen ist. Mit einem abgesetzten
Wellenstumpf 5 greift die Welle 2 durch die Bohrung 3 nach außen und steht dort
über einen Querschlitz 6 mit dem Ende einer nicht weiter dargestellten Blattfeder
im Eingriff, welche die Welle in Aufzugrichtung, also gemäß den Darstellungen im
Uhrzeigersinn um die Längsachse 7 zu verdrehen sucht. Weiterhin hat die ..-elle
2 einen Längsschlitz 8, in dem das eine Ende des Gurtbandes befestigt wird.
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Außen an der einen Gehäusewand ist ein Ring 9 mit Innenvrzahnung 9
a vorgesehen, der den gehäusefesten Zahnkranz bildet und einen an der Welle 2.sitzenden
Flansch umgibt. Die bei dieser Ausführungsform
vorgesehenen zwei
Sperrklinken 11 und 12 können mit dem Zahnkranz in Eingriff gebracht werden, um
auf später erläuterte Weise die Welle 2 gegen.ein Abziehen von Gurtband zu blockieren.
In Fig. 1 ist der Einfachheit und der besseren Übersicht wegen nur eine der Sperrklinken
gezeigt.
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Beide Sperrklinken liegen je in einer Ausnehmung 13 bzw. 14, die sich
diametral im Flansch 10 gegenüberliegen und in die die Sperrklinken von der einen
Seite her eingesetzt werden. Weiterhin haben die Sperrklinken an einem Ende einen
Lagerkopf 15 bzw. 16, der eine Teilkreisform hat und mit dem die Sperrklinken in
je einen entsprechend geformten Lagerraum 17, 18 der Ausnehmungen 13, 14 einfassen,
wobei der Umfang der Lagerräume die Lagerköpfe so weit umfaßt, daß einerseits ein
Formschluß gegen eine Radialbewegung der Lagerköpfe gewährleistet ist, während andererseits
noch eine ausreichende Schwenkbewegung der Sperrklinken 11, 12 um die durch die
Teile 15, 16 und 17, 18 gebildeten Schwenklager möglich ist.
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Diesen Schwenklagern gegenüberliegend ist am anderen Ende der Sperrklinken
je ein achsparalleler Stellzapfen 19, 20 vorgesehen. Diese Zapfen fassen in Steuerschlitze
21, 22 eines scheibenförmigen Trägheitskörpers 23. Wie es die Darstellungen zei.gen,
verlaufen die Steuerschlitze und die durch die Schlitzwandungen gebildeten ersten
und zweiten Steuerkurven auf exzentrisch zur Mitte des Trägheitskörpers angelegten
Kreisbahnen. Im übrigen sitzt der Trägheitskörper 23 verdrehbar auf einem axialen
Wellenans.atz'2 a, wobei eine
zwischen dem Wellenflansch 10 und
dem Trägheitskörper 23 wirkende, am Zapfen 19 sowie einem Zapfen 23 a des Trägheitskörpers
angreifende Zugfeder 24 den Trägheitskörper der Wellendrehbewegung folgen läßt.
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Jede Sperrklinke 11, 12 hat einen Sperrzahn 25, 26 mit einer radial
oder im wesentlichen radial verlaufenden Zahnflanke, die bei Sperrstellung gegen
eine der entsprechenden Zahnflanken des Zahnkranzes 9 a anliegt. Im übrigen sind
die Sperrzähne außen angrenzend an den Bereich der Lagerköpfe 15, 16 vorgesehen,
die über einen bogenförmigen Steg 27, 28 mit dem jeweils anderen Sperrklinkenendbereich
29, 30 verbunden sind, welche wiederum die Stell- bzw. Steuerzapfen 19, 20 tragen.
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Die beschriebene Aufwickelvorrichtung arbeitet auf folgende Weise.
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Wenn der Gurt bei gleichmäßiger Winkelgeschwindigkeit oder auch bei
einer Winkelbeschleunigung von der Welle abgezogen wird, die unter einem vorgegebenen
kritischen Grenzwert der Winkelbeschleunigung liegt, wird die Feder 24 bei entsprechend
gewählter Dimensionierung ausreichend Zugkraft aufbringen, um den Trägheitskörper
23 synchron mit der Welle 2 umlaufen zu lassen.
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Wenn jedoch die Welle 2 etwa durch ruckartiges Abziehen von Gurtband
über den erwähnten Grenzwert hinaus- heschleunigt wird, bleibt der Trägheitskörper
23 aufgrund seiner trägen Masse gegen die Wirkung der Feder 24 hinter der Drehbewegung.
der Welle 2 zurück. Es
entsteht also eine Relativbewegung zwischen
.dem Wellenflansch 10 und dem Trägheitskörper 23 mit der Folge, daß die an den inneren
ersten Steuerkurven der in Fig. 2 gestrichelt angedeuteten Steuerschlitze 21, 22
anliegenden Steuerzapfen 19, 20 nach außen verstellt werden, wobei die Sperrklinken
11, 12 um ihre Scheibenlager verschwenkt werden und die Sperrzähne 25, 26-in Eingriff
mit dem benachbarten Zahnkranz 9 a gelangen.
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Somit ist die Welle 2 über den Wellenflansch 10 und die Sperrklinken
11, 12 mit dem Ring 9 arretiert, so daß ein weiteres Abziehen von Gurtband verhindert
ist. Diese Sperrstellung wird automatisch wieder aufgehoben, wenn der Zug am Gurtband
beendet ist und die .am Wellenstumpf 5 angreifende Blattfeder die Welle 2 wieder
in Aufwickelrichtung verdrehen kann.
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Am Wellenflansch 10 befindet sich noch ein achsparalleler Stift 31,
der in einen Schlitz 32 des Trägheitskörpers 23 greift. Die Bogenlänge dieses konzentrisch
zur Achse 7 verlaufenden Schlitzes bestimmt das Maß, um das sich der Trägheitskörper
23 und der Wellenflansch 10 relativ zueinander verdrehen können. Im übrigen wird
der Trägheitskörper 23 und damit der weitere mit der Welle 2 zusammenhängende Aufbau
durch die auf den Wellenstumpf 2 a gesetzte Federscheibe 33 gehalten.
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Neben der in ihrer Funktion bereits beschriebenen bandsensitiven Sperreinrichtung
ist auch eine fahrzeugserisitive 'Sper.reinrichtung
vorgesehen.
Solche Einrichtungen arbeiten bekanntlich mit Pendeln, Kegeln oder Kugeln, die eine
entsprechend große träge Masse haben und beim Überschreiten von vorgegebenen Werten
der Fahrzeugbeschleunigung so weit aus einer Ruhelage herausbewegt sind, daß sie
einen am Cehäuse gelagerten Sperrhebel durch Verschwenken mit dem Trägheitskörper
in Eingriff bringen, diesen so arretieren und dabei die Blockierung der Welle wie
im vorliegenden Fall durch radial verstellbare Sperrklinken hervorrufen.
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Beim dargestellten Ausführungsbeispiel wird in Fig. 2 eine mit einem
Pendel arbeitende fahrzeugsensitive Sperreinrichtung gezeigt.
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Das Pendel 34 ist in üblicher Weise an einer horizontalen Platte einer
Halterung 35 aufgehängt, die am Vorrichtungsgehäuse 1 befestigt ist. Das Pendel
hat einen scheibenförmigen Kopf 36, auf dem sich ein bogenförmiger Fuß des Sperrhebels
37 abstützt, der mit seinem nach der Zeichnung rechten Ende in der Halterung 35
schwenkbar gelagert ist, während das linke Sperrhebelende mit einem Sperrzahn in
Richtung auf den stirnverzahnten Umfang 23 b des Trägheitskörpers 23 zeigt und mit
diesem in Eingriff gelangen wird, sobald bei bestimmten Werten der Fahrzeugbeschleunigung
das Pendel 34 entsprechend weit ausgelenkt und der Sperrhebel 37 dementsprechend
durch den dann in eine Schrägstellung gekippten Pendelkopf 36 angehoben ist.
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Gemäß der Erfindung wird der durch die fahrzeügsensitive Sperreinrichtung
ausgelöste Blockiervorgang in zwei Phasen ablaufen,
wobei zur näheren
Erläuterung dieses Vorganges von der in Fig. 3 gezeigten Ruhestellung ausgegangen
wird. Im übrigen werden diese Blockierphasen zur Vermeidung von Wiederholungen nur
im Zusammenhang mit der Verstellung der Sperrklinke 11 beschrieben, da die Blockierung
über die Sperrklinke 12 auf gleiche Weise vor sich geht.
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Wenn der Trägheitskörper 23 durch den in seine Verzahnung 23 b eingreifenden
Sperrhebel 37 stillgesetzt ist, wird aufgrund eines Gurtbandabzugs und bei sich
dabei noch weiter drehendem Wellenflansch 10 der Zapfen 19 der mitlaufenden Sperrklinke
11 von der Anfangsstellung nach Fig. 3 ausgehend auf der inneren und ersten Steuerkurve
21 a des Schlitzes 21 entlanggleiten'und wegen der radialen Komponente der Steuerkurve
nach außen bewegt, was zu einer Verschwenkung der Sperrklinke um das Lager 15, 17
führt, bis bei der in Fig. 4 gezeigten Stellung die Sperrnase 25 gerade in den anfänglichen
Eingriff mit dem Zahnkranz 9 a gelangt und somit die erste Blockierphase beendet
ist.
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Da die Welle 2 und der Wellenflansch 10 bei weiterwirkendem Gurtbandabzug
unter dem Einfluß eines Drehmomentes in Abzugdrehrichtung stehen, entsteht an der
Stelle des Eingriffs zwischen der Sperrnase 25 und der Verzahnung 9 a eine tangential
oder im wesentlichen tangential zum Drehzentrum liegende Kraft, welche die Sperrklinke
11 ruckartig um ihr Schwenklager verdreht und dabei die Sperrnase'25 in vollständigen
Eingriff mit der Verzahnung 9 a
gleiten läßt, womit die zweite
Blockierphase beendet ist.
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Wesentlich ist es bei diesen Vorgängen, daß der Zapfen 19 sofort und
automatisch von der ersten Steuerkurve 21 a abgehoben wird, sobald die Sperrnase
25 nur die Verzahnung 9 a gerade berührt hat, da dann auch der Sperrhebel 37 von
sonst entstehenden rückwirkenden Kräften befreit ist.
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Diese zwangsläufig durch die gegebene Konstruktion erfolgende Verstellbewegung
des Zapfens 19 kann auch zu einem weiteren Vorteil der Vorrichtung genutzt werden,
indem der Zapfen 19 beim Übergang von der'ersten auf die zweite Blockierphase gegen
eine zweite Steuerkurve 21 b gelangt. Diese zu Beginn der zweiten Blockierphase
gegebene Zapfenstellung ist in der Fig. - 4 gestrichelt angedeutet. Da den vorstehenden
Ausführungen entsprechend auf die Sperrnase 25 der Sperrklinke 11 eine die Klinke
verschwenkende Kraft einwirkt, wird auch bei so erfolgender Sperrklinkenverschwenkung
der Zapfen 19 notwendigerweise mit einer in Umfangsrichtung wirkenden Kraftkomponente
auf die zweite Steuerkurve 21 b drücken und auf dieser Kurve nach außen gleitend
den Trägheitskörper 23 bis zur Beendigung der zweiten Blockierphase im Uhrzeigersinn
zurückdrehen, so daß der Sperrhebel 37 aus seiner Arretierung mit der Verzahnung
23 b gelangen kann, ohne daß hiervon die gewünschte Blockierung der Welle beeinflußt
wird, weil die Sperrnasen 25, 26 bereits sicher in die Verzahnung 9 a eingefaßt
haben. Der besondere Vorteil dieser Funktion ist darin zu.sehen,. daß der Sperrhebel
37
den Trägheitskörper 23 ohne Gefahr eines Verklemmens oder Verkeilens bereits freigegeben
hat, bevor die Wellenblockierung wieder gelöst und die Welle unter Mitnahme des
Trägheitskörpers in eine Ausgangsstellung zurückgedreht wird.
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Obwohl der Verlauf der Steuerschlitze 21, 22 und damit der Verlauf
der beiden Steuerkurven nicht unbedingt an die dargestellten Kurvenformen gebunden
sind - es wäre beispielsweise auch ein gerader und nicht ausschließlich radialer
Verlauf möglich -, hat es sich bei praktischen Versuchen herausgestellt, daß exzentrisch
zur Mitte des Trägheitskörpers angelegte Kreisbahnen als Steuerkurven besonders
vorteilhaft sind, wobei noch zu bemerken ist, daß die Steuerkurven nur über die
Strecken zweckentsprechend auszulegen sind, die für eine Führung der Sperrklinkenzapfen
erforderlich sind.
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Abschließend sei noch erwähnt, daß die erwähnten Vorteile der erfindungsgemäßen
Vorrichtung natürlich auch dann gegeben sind, wenn anstelle des gezeigten Pendels
eine Kugel oder ein Kegel als träge Massen zur Anwendung kommen. Auch die hiermit
arbeitenden fahrzeugsensitiven Sperreinrichtungen sind allgemein bekannt und brauchen
deshalb nicht weiter erläutert zu werden. Abschließend sei nur noch bemerkt, daß
als Sperrhebel sowohl massive Hebelelemente aus vorzugsweise Kunststoff oder auch
aus Federstahldraht geformte Elemente verwendet werden können, wobei man hinsichtlich
der Formgebung und Materialeigenschaften weitestgehend ungebunden ist, da
die
Sperrhebel bei Anwendung des beschriebenen Prinzips nur unwesentliche Belastungen
aufzunehmen haben.
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