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Gurtaufroller für Sicherheitsgurte
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Die Erfindung betrifft einen Gurtaufroller für Sicherheitsgurte und
ist eine Weiterbildung des Gegenstandes der US-Patentanmeldung 636 669 vom 1. August
1984.
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Insbesondere befaßt sich die Erfindung mit der Ausbildung der Gurtwelle
bei einem Gurtaufroller.
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Gurtaufroller für Sicherheitsgurte enthalten üblicherweise einen Rahmen
und eine drehbar darin gelagerte Welle. Die Welle ist in Antriebseingriff mit einer
Gurtspule. Die Gurtspule nimmt das Gurtband des Sicherheitsgurtes auf. Ein Ende
der Welle ist an eine Feder angeschlossen, welche die Welle und die Gurtspule in
der zum Aufwickeln des Gurtbandes geeigneten Richtung beaufschlagt. Über das andere
Ende der Welle kann ein besonderer Mechanismus angetrieben werden, der Bestandteil
des Gurtaufrollers ist, beispielsweise ein Komfort-Mechanismus oder dergleichen.
Ein derartiger Komfort-Mechanismus ist beispielsweise in der US-PS 4 002 311 beschrieben.
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Bei üblichen Gurtaufrollern besteht die Welle aus Metall und muß bei
der Herstellung verschiedenen Bearbeitungsvorgängen unterzogen werden. Als Rohmaterial
wird im allgemeinen von einem Stahlstab ausgegangen, der abgedreht, plangedreht,
geschlitzt und an den Enden passend geformt werden muß. Oft müssen die Enden geschnitten
oder gar zuvor geschmiedet werden, um unrunde Enden herzustellen, an denen Keilanschlüsse
oder sonstige Antriebsanschlüsse gebildet sind. Eine derartige Herstellung ist relativ
aufwendig und erfordert mehrere aufeinanderfolgende Bearbeitungsschritte, um die
erforderliche Konzentrizität in bezug auf die Wellenachse zu erreichen und zu erhalten
und um die Anschlüsse der Enden an die Feder bzw den Antrieb für einen Komfort-Mechanismus
oder dergleichen herzustellen. Maßnahmen zur Lagerung der Welle sind zwischen den
Enden derselben erforderlich, und der Zahnrad-Keilanschluß oder Antriebsanschluß
gegenüber dem Federanschluß muß in Kämmeingriff mit angetriebenen Zahnrädern, drehbaren
Elementen, Zählerteilen oder dergleichen gebracht werden, die Bestandteil des Mechanismus
sein können, der über die Welle angetrieben wird.
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Von den früheren Bauformen dürfte der Erfindung ein Gurtaufroller
am nächsten kommen, der in Brasilien bereits Verwendung gefunden hat und bei dem
ein Anschlußstück für die Antriebsfeder vorgesehen ist, welches aus Plastikmaterial
geformt und an einem Ende einer Welle aus Metall angesetzt ist. Das besondere Antriebsende
weist einen halbkreisförmigen koaxialen Schlitz auf, an dem die spiralförmig um
das aus Plastikmaterial bestehende Antriebsende herumgewickelte Blattfeder angreift.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gurtaufroller mit
einer Welle zu schaffen, die aus einem Metallteil und einem Kunststoffteil besteht
und die Vejwenduhg von schweren Stahlwellen erübrigt, die eine aufwendige und kostentreibende
Bearbeitung an beiden Enden erfordern, bis die erforderlichen präzisen Lagerflächen,
Antriebskeile,
Antriebsanschlüsse, Rillen zum Anschließen am Rahmen
des Aufrollers über E-Ringe und dergleichen hergestellt sind.
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Bei dem erfindungsgemäßen Gurtaufroller ist ein gestrecktes Metallteil
in Verbund mit einem gestreckten Kunststoffteil, insbesondere durch Anformen desselben
an das gestreckte Metallteil, wobei das Kunststoffteil die erforderliche Abmessungsgenauigkeit
aufweist. Das gestreckte Kunststoffteil erstreckt sich über die gesamte Länge des
Metallteiles und koaxial zu diesem; es erstreckt sich an beiden Enden über das Metallteil
hinaus und ist mit einteilig angeformten Antriebsanschlüssen aus Kunststoffmaterial
versehen. Ein Antriebsanschluß ist für die Aufrollfedern vorgesehen. Der andere
Antriebsanschluß ist für einen geeigneten Mechanismus, beispielsweise Komfort-Mechanismus,
vorgesehen.
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Bei dem erfindungsgemäßen Gurtaufroller kann die Welle aus einem Rohmaterial
wie ein Metallstab oder Metallrohr von geeigneten Abmessungen und der gewünschten
Festigkeit hergestellt werden, um mit einem Teil aus Kunststoffmaterial zusammenzuwirken,
das von hoher Festigkeit, guter Maßhaltigkeit und guter Formbarkeit ist. Dieses
Kunststoffmaterial wird an dem Metallrohrteil in Verbund gebracht oder angeformt,
wobei es mit den geeignet geformten und bemessenen Vorsprüngen, Abflachungen, Rillen,
Querschlitzen, Lagerflächen und axialen bzw. konzentrischen Fortsätzen versehen
wird. Hierdurch wird der Aufwand für die maschinelle Vor- und Endbearbeitung auf
ein Minimum reduziert, gleichzeitig aber die erforderliche Genauigkeit erreicht.
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Eine solche Welle ist erheblich kostengünstiger herzustellen als eine
maschinenbearbeitete Metallwelle. Sobald die Formwerkzeuge hergestellt sind, kann
die Welle leicht auch ohne den Einsatz von besonders ausgebildetem Personal in den
gewünschten Endabmessungen hergestellt werden.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das gestreckte
Metallteil rohrförmig, und das Kunststoff-
material erstreckt sich
durch das Rohr hindurch.
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Bei einer anderen Ausführungsform wird ein gestreckter Metallstab
verwendet, der durch das Kunststoffmaterial vd ständig eingehüllt ist.
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Bei allen Ausführungsformen sind die nach dem Stand der Technik maschinenbearbeiteten
oder getrennt befestigten und gestalteten Oberflächen durch solche an einem Kunststoffmaterial
gebildet, daß im Hinblick auf seine Festigkeit, Dauerhaftigkeit unter großen Temperaturschwankungen
und Feuchtigkeitsschwankungen, Formbarkeit und Hafteigenschaften im Verbund an metallischen
Oberflächen ausgewählt ist. Das verwendete Kunststoffmaterial ist vorzugsweise nicht
brüchig oder spröde. Besonders geeignet ist ein Polyamid (Nylon) mit etwa 33% Glas-Füllstoff.
Es sind aber auch andere Kunstharze mit allgemein gleichen oder noch besseren Eigenschaften
verwendbar.
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Ein Gurtaufroller, bei dem die zusammengesetzte Welle zum Einsatz
kommt, weist einen Rahmen auf, in dessen zwei beabstandeten Seitenteilen koaxiale
Öffnungen angebracht sind. Das Metallteil der Welle erstreckt sich durch diese Öffnungen
hindurch, ebenso wie das Kunststoffteil der Welle. Zwischen der Welle und den Seitenteilen
des Rahmens sind Lager zur drehbaren Lagerung der Welle im Rahmen angeordnet. Das
an die Aufrollfeder angeschlossene Ende der Welle weist einen größeren Durchmesser
als das andere Wellenende auf. Das Feder-Anschlußteil aus Kunststoffmaterial ist
in dem Lager des einen Seitenteils des Rahmens aufgenommen, und das Metallteil liegt
radial einwärts von diesem Anschlußteil aus Kunststoffmaterial.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden
Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus der Zeichnung, auf die Bezug genommen
wird. In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt einer Ausführungsform
des Gurtaufrollers; Fig. 2 einen vergrößerten Querschnitt eines Teiles des in Fig.
1 gezeigten Gurtaufrollers; Fig. 3 eine Seitenansicht einer zusammengesetzten Welle,
die bei dem in Fig. 1 gezeigten Gurtaufroller zum Einsatz gelangt, wobei in der
Figur Teile fortgeschnitten sind, um einen gestreckten Plastikkern zu verdeutlichen,
ebenso wie die koaxial in ein Metallrohr der gewünschten Länge eingeformten und
sich daraus herauserstreckenden Enden zur Bildung der erforderlichen Anschlußteile;
Fig. 4 eine Stirnansicht der in Fig. 1 gezeigten Anordnung, wobei die Ausbildung
am Ende der zusammengesetzten Welle verdeutlicht ist; Fig. 5 eine Seitenansicht
einer anderen Ausführungsform der Welle, wobei Teile fortgeschnitten sind, um einen
Metallkern und eine Umhüllung aus Kunststoffmaterial zu verdeutlichen, die auf den
Metallkern aufgeformt ist und sich in Axialrichtung erstreckt, um die Anschlußenden
zu bilden; Fig. 6 eine Stirnansicht der Ausführungsform nach Fig. 5 mit einem Einsteckteil
einer formschlüssigen Antriebskupplung; Fig. 7 eine Stirnansicht der Ausführungsform
nach Fig. 5 mit einem gegabelten Anschluß-
teil; Fig. 8 eine Perspektivansicht
einer zusammengesetzten Welle für eine andere Ausführungsform des Antriebsanschlusses,
der hier mit einem angeformten Zahnradelement versehen ist; Fig. 9 eine Perspektivansicht
einer zusammengesetzten Welle der in Fig. 5 gezeigten Art mit einem rohrförmigen
Antriebsfortsatz; und Fig. 10 eine schematische Seitenansicht der für die gewünschte
Ausführungsform gewählten Formwerkzeuge, welche die Enden eines Metallkerns umschließen,
um Kunststoffmaterial in die Formhohlräume und Anschluß teile einzufüllen.
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Der beschriebene Gurtaufroller ist für Sicherheitsgurte in Fahrzeugen
bestimmt. In Fig. 1 ist der Gurtaufroller allgemein mit G bezeichnet. Der Gurtaufroller
G enthält einen Rahmen mit zwei Seitenteilen 1, 2. Das Seitenteil 1 weist eine hindurchführende
Öffnung 3 und das Seitenteil 2 eine hindurchführende Öffnung 4 auf. Die Öffnungen
3, 4 liegen konzentrisch. Eine Welle 11 ist in den Seitenteilen 1, 2 des Rahmens
drehbar in Lagern 5, 6 gelagert. Eine Gurtspule 7 ist kraftschlüssig mit der Welle
11 verbunden, wie aus der folgenden Beschreibung ersichtlich wird. Das Gurtband
ist auf die Gurtspule 7 aufgewickelt. Der Aufroller A ist mit einem allgemein mit
8 bezeichneten Mechanismus versehen, der über die Welle angetrieben wird. Der Mechanismus
8 ist ein Komfort-Mechanismus, wie er beispielsweise in der US-PS 4 002 311 beschrieben
ist. Für Einzelheiten dieses Mechanismus wird auf diese Druckschrift verwiesen.
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Eine Sperrstange 9 ist in Eingriff mit einer Sperrverzahnung 10 gezeigt.
Durch diesen Sperreingriff wird verhindert, daß das Gurtband von der Gurtspule 7
in Notfällen oder bestimmten Situationen abgezogen wird. Die Sperrstange 7 ist am
Rahmen des Aufrollers schwenkbar gelagert.
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Ihre Schwenkbewegung in Eingriff mit der Sperrverzahnung 10 wird durch
einen bekannten Sensor gesteuert. Dieser Sensor kann auf Massenträgheit ansprechen
und in allen Richtungen wirksam sein; er kann auf die Fahrzeugbeschleunigung ansprechen.
Die hierfür erforderliche Ausbildung ist bekannt und wird daher nicht näher beschrieben.
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Die Welle 11 ist in Fig. 3 gezeigt. Sie umfaßt ein gestrecktes Metallrohr
12 und ein gestrecktes Kunststoffteil 13, das mit dem Metallrohr in Berührung bzw.
mit diesem in Verbund ist. Das Kunststoffteil 13 besitzt einteilig angeformte Anschlußfortsätze
14, 15 am einen bzw. anderen Ende der Welle 11. Der Anschlußfortsatz 14 bildet einen
sich koaxial erstreckenden Dorn 16, dessen Gestalt für den Antriebsanschluß in oder
an ein Bauteil wie ein Zahnrad (nicht gezeigt) oder dergleichen drehbare Antriebseinrichtung
des Komfort-Mechanismus 8 ausgelegt ist. Der Dorn 16 ist als formbares Teil gestaltet.
Es kann sich um ein Zahnrad oder dergleichen aus Kunststoffmaterial handeln, welches
einteilig mit dem Plastikteil 13 ausgebildet ist. Eine Ringschulter 17 ist in gleicher
Weise aus Kunststoffmaterial angeformt. Die Kunststoffmasse füllt den Innenraum
des Metallrohres 12 aus. Der Antriebs- bzw.
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Anschlußfortsatz 15 ist mit abstehenden Gabelteilen 18, 19 versehen,
die Bestandteil des einteiligen gestreckten Kunststoffteils 13 sind. Der Anschlußfortsatz
15 nimmt das entsprechende Ende einer Antriebsfeder 15a in dem Schlitz 20 zwischen
den Gabelteilen 18 und 19 auf. Die verschiedenen Teile des Kunststoffteils 13 liegen
koaxial miteinander, einschließlich der Anschlußfortsätze 14, 15 und des im Inneren
des Rohres 12 befindlichen Teiles.
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Der Durchmesser des Anschlußfortsatzes 15 ist größer als
der
des Rohres 12. Der Anschlußfortsatz 15 weist eine Schulter 21 auf, die ebenfalls
einen größeren Durchmesser als das Rohr 12 aufweist und mit einer Abflachung 22
auf einer Seite versehen ist. Beim Einsetzen der Welle 11 in Axialrichtung durch
die Nabe der Gurt spule 7 wird über die Abflachung 22 der Antriebseingriff mit einer
entsprechenden Abflachung an einem Flansch 7a der Gurtspule hergestellt. Der Anschlußfortsatz
15 ist in einer Lagermanschette 6 gelagert. Der Buchstabe A in der Zeichnung bezeichnet
die Lagerzone. Der Anschlußfortsatz 14 erstreckt sich in Axialrichtung aus der Gurtspule
heraus. Der andere Spulenflansch und die Lagerung befinden sich in einer Zone B,
an welcher ein Lager 5 die Welle umschließt. Eine Ringnut 23 zwischen der Ringschulter
17 und dem Ende des Metallrohrs 12 nimmt beim Zusammenbau einen E-Ring oder dergleichen
Sicherungselement auf ( nicht gezeigt ).
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Das Metallrohr 12 erstreckt sich durch die Öffnungen 3 und 4 in den
Seitenteilen 1, 2 des Rahmens hindurch. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, befindet sich
derjenige Teil des Metallrohres 12, der sich durch das Seitenteil 2 hindurcherstreckt,
radial einwärts vom Lager 6 sowie radial einwärts von demjenigen Teil des Anschlußfortsatzes
15, der sich innerhalb des Lagers 5 befindet. Die Abflachung, die in Antriebseingriff
mit der Gurtspule 7 ist, befindet sich unmittelbar in Axialrichtung angrenzend an
die Oberfläche des Anschlußfortsatzes 15. Infolge dieser Ausbildung trägt das Metallrohr
12 das Gurtband des Sicherheitsgurtes und verleiht der Wellenkonstruktion eine große
Steifigkeit.
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Die Antriebsanschlüsse aus Kunststoffmaterial, die sich auf den einander
gegenüberliegenden Enden der Welle befinden, können äußerst genau und sehr einfach
durch ein Formverfahren hergestellt werden. Der mit der Welle 11 ausgestattete Gurtaufroller
bedeutet somit eine erhebliche Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik, da
die Welle 11 keine der oben beschriebenen Bearbeitungen erfordert.
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Nach dem Stand der Technik wurde die Welle des Gurtaufrollers der
beschriebenen Art durch umfangreiche Maschinenbearbeitung bis zu der in Fig. 3 gezeigten
Form hergestellt.
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Die Anwendung einer Kunststoff-Metall-Verbundstruktur ermöglicht das
Präzisionsformen in praktisch allen kritischen Abmessungen unter erheblichen Kosteneinsparungen,
wobei das Metallteil die erforderliche Festigkeit und Steifigkeit ergibt.
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Die Stirnansicht der Fig. 4 zeigt das Ende der Welle 11 auf der Seite
des Anschlußfortsatzes 14; insbesondere sind die Abflachungen, die Konzentrizität
und die Schlitzform des Kunststoffteils ersichtlich.
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Fig. 5 zeigt eine andere Ausführungsform der zusammengesetzten bzw.
Verbundwelle, die mit 31 bezeichnet ist. Diese Welle 31 weist ein gestrecktes Metallteil
12 in Form eines Kernes auf, über dessen Länge sich ein gestrecktes Kunststoffteil
33 erstreckt, welches das Metallteil 32 einhüllt. An die Enden der Welle 31 sind
Anschlußfortsätze 34, 35 einteilig angeformt. Das Kunststoffmaterial, aus dem dieses
einhüllende, gestreckte Kunststoffteil 33 und die einteilig angeformten Anschlußfortsätze
34, 35 bestehen, befindet sich in enger Berührung mit dem Metallteil 32 und in Verbund
mit diesem. Bogenförmige Einsprünge 36 des Kunststoffteils 33 bilden eine Reliefstruktur
und verbessern den mechanischen Formschluß zwischen Kunststoff und Metall. Das Metallteil
32 ist ein auf die gewünschte Länge geschnittener Rohstab, der axial in einen Formhohlraum
eingesetzt wird und um den herum das Material des Kunststoffteils 33 geformt wird.
Das mit dem Anschlußfortsatz 34 versehene Ende besitzt einen abstehenden Dorn 37
von rechtwinkeligem Querschnitt, der wie der Dorn 16 in Fig. 3 wirkt. Eine konzentrische
Ringschulter 38 bildet eine Lageroberfläche zur Lagerung in einem Lager (beispielsweise
das Lager 5 in Fig. 1) des Gurtaufrollerrahmens.
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Eine entsprechende Ringzone 38a ist ebenfalls im Rahmen über ein Lager
gelagert, beispielsweise das Lager 6 in
Fig. 1. Eine Rille 39 dient
zur Aufnahme eines E-Sicherungsringes, ähnlich wie die Rille 23 bei der Ausführungsform
nach Fig. 3. Der Anschlußfortsatz 35 ist gabelförmig ausgebildet, um den Anschluß
an die Blattfeder des Aufrollantriebs (nicht gezeigt) zu ermöglichen. Insbesondere
wird das Ende der Blattfeder in dem Schlitz 41 zwischen den in Fig. 7 gezeigten
Gabelteilen 40, 40' aufgenommen.
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In Fig. 7 sind auch Abflachungen 42 ersichtlich, die zur kraftschlüssigen
Verbindung mit der Gurtspule vorgesehen und an der Ringschulter 38 gebildet sind.
Der Durchmesser des federseitigen Anschlußfortsatzes 35 ist kleiner als der oder
gleich dem Durchmesser der Welle zwischen den Enden. Die Gurtspule 7 kann daher
über den Anschlußfortsatz 35 geschoben und auf der Welle montiert werden.
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Die Gestalt der Anschluß fortsätze 34 und 35 an dem eingekapselten
stabförmigen Metallteil 32 ist am besten aus den Fig. 6 und 7 ersichtlich.
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Fig. 8 zeigt eine Abwandlung der Ausführungsform nach Fig. 3; bei
dieser Abwandlung ist ein Zahnrad 50 als Bestandteil des koaxialen Anschlußfortsatzes
14 angeformt; der Anschlußfortsatz 15 ist im wesentlichen,wie in Fig. 3 gezeigt,
ausgebildet. Das Metallrohr 12 bildet eine Leitung für das Kunststoffmaterial 13,
welches sich durch das Metallrohr 12 hindurcherstreckt. Die Nut 23' für die Aufnahme
des E-Ringes ist in ihrer Lage gegenüber der Ausführungsform nach Fig. 3 verändert,
um eine Begrenzung an den Lagern zu bilden.
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Fig. 9 zeigt die Ausführungsform nach Fig. 5 um 90" verdreht, um die
Abflachungen 32 zu verdeutlichen. Am Anschluß fortsatz 34 befinden sich Eindrücke
51 in dem Kunststoffteil 33 zur Aufnahme von stellungsgebenden Stiften für das stangenförmige
Metallteil.
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Das bei den beschriebenen Wellen verwendete Kunststoffmaterial ist
ein Polyamid (Nylon) mit etwa 33 Gewichtspro-
zent Füllstoff aus
Glasfasern. Dieses Material wird spritzgegossen, um auch die Anschlußfortsätze auf
den beiden Seiten der zusammengesetzten bzw. Verbundwelle 11, 31 zu formen, wobei
sich das Kunststoffteil über die Länge der Metallteile 12, 32 hinweg mit diesen
in Berührung befindet.
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Als Material für das Metallrohr und den Metallstab wird Formstahl
verwendet. Der Stahl bewirkt eine Verstärkung der Welle.
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Fig. 10 zeigt schematisch die Formwerkzeuge zur Herstellung der Welle
bei der Ausführungsform des Aufrollers nach Fig. 1. Die Formwerkzeuge zur Herstellung
der Anschlußfortsätze oder Antriebsansätze entsprechen jeweils der gewünschten Ausführungsform
und richten sich insbesondere danach, ob das Kunststoffmaterial in Axialrichtung
durch das Metallrohr 12 hindurch oder koaxial um den Metallstab 32 herum fließt.
Wenn ein Metallrohr 12 vorgesehen ist, umschließen die Formwerkzeuge 61, 62 Formhohlräume
63, 64, welche mit hoher Genauigkeit der gewünschten Form entsprechen. Die Schließkräfte
sind durch Pfeile 65 verdeutlicht. Die Formwerkzeuge 61, 62 sind gegen das gestreckte
Metallrohr zwischen den Hohlräumen 62 und 63 abgedichtet. Das Kunststoffmaterial
wird in die Form beispielsweise am Formeinlaß 66 bei P eingespritzt. Das Kunststoffmaterial
füllte den Hohlraum 63 aus und fließt über den gestreckten Verbindungskanal in den
Hohlraum 64.
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Der Hohlraum 64 wird in der üblichen Weise entlüftet. Das eingespritzte
Harzmaterial wird in Situ gehärtet. Anschließend werden die Formwerkzeuge geöffnet,
indem Öffnungskräfte in Richtung der Pfeile 67 angewendet werden.
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Das Metallrohr 12 und das Kunststoffmaterial sind dann miteinander
in Verbund gebracht. Die Verbundwelle 11 wird dann aus den Formwerkzeugen herausgehoben
und anschließend entgratet. Die Formwerkzeuge 61 und 62 können durch andere geeignete
Formwerkzeuge oder Einsätze ersetzt werden, um andere Ausführungsformen der präzise
geformten gestreckten Kunststoffteile 13 bzw. 33 herzustellen.
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Fig. 10 zeigt auch die Ausführungsvariante, bei welcher die Formwerkzeuge
61, 62 einen gestreckten Tunnelabschnitt aufweisen, der zu dem koaxial gehaltenen
Metallstab 32 hin mit Versetzung abschließt. Dieser Tunnelabschnitt 68 schließt
mit einer gemeinsamen Trennlinie mit den Formwerkzeugen 61 und 62 ab, so daß der
Metallstab 32 vollständig von Kunststoffmaterial umhüllt wird und das Kunststoffmaterial
die einteilige Verbindung mit den Anschlußfortsätzen 34 und 35 herstellt. Der Metallstab
32 ist dann mit dem Kunststoffmaterial in Verbund. Nachdem die Formwerkzeuge 61,
62 und der Tunnelabschnitt 68 geöffnet sind, kann die Verbundwelle 31 herausgenommen
werden.
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Wenn mehrere solche Formen bereitstehen, wird die Produktivität gesteigert.
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Die so hergestellten Verbundwellen 11, 31 zeichnen sich aus durch
verbesserte Genauigkeit und Konzentrizität, geringes Gewicht und Anpassbarkeit an
verschiedene Formen der Antriebsanschlüsse an den beiden Wellenenden. Sie sind ferner
kostengünstig herstellbar und entsprechen allen Anforderungen zum Einsatz in einem
Gurtaufroller.