DE4222993A1 - Gurtaufroller mit einem an der Gurtspule angreifenden Gurtstraffer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Gurtaufroller für Fahrzeug-Si­ cherheitsgurte, mit einem an der Gurtspule angreifenden Gurt­ straffer, der einen pyrotechnischen Kolben/Zyliner-Linearan­ trieb aufweist, dessen Zylinder am Aufrollergehäuse abge­ stützt ist.

Ein solcher Gurtaufroller ist mit dem Gurtstraffer zu einer einheitlichen Baugruppe integriert. In der DE 31 31 673 A1 sind mehrere Ausführungen einer solchen Baugruppe beschrieben. Bei Aktivierung des Gurtstraffers wird die Bewegung des Kolbens in dem pyrotechnischen Kolben/Zylinder-Linearantrieb über ein Zugseil auf eine Seilscheibe übertragen, an deren Umfang das Zugseil angreift. Diese Seilscheibe wird sodann durch den über das Zugseil ausgeübten Zug in Drehung versetzt und zu Beginn ihrer Drehbewegung triebschlüssig an die Gurtspule angekoppelt. Der Hub des Kolbens wird also in eine Drehbewe­ gung der Gurtspule umgesetzt. Durch die Drehung der Gurtspule erfolgt die Straffung des Gurtbandes. Der für eine ausrei­ chende Gurtstraffung erforderliche Drehwinkel der Gurtspule kann nur mit einem relativ großen Kolbenhub erzielt werden. Der Zylinder des Kolben/Zylinder-Antriebs muß in entsprechen­ der Länge ausgebildet werden, so daß die aus Gurtaufroller und Gurtstraffer bestehende Baugruppe entsprechend viel Bau­ raum im Fahrzeug in Anspruch nimmt. Auch ist die Übertragung der Kolbenbewegung auf die Gurtspule mittels Zugseil und Seilscheibe von erheblichen Verlusten begleitet, die durch größere Dimensionierung des pyrotechnischen Gasgenerators ausgeglichen werden müssen.

Durch die Erfindung wird ein Gurtaufroller mit einem an der Gurtspule angreifenden Gurtstraffer zur Verfügung gestellt, der sich durch geringe Baugröße und geringe mechanische Ver­ luste bei der Umsetzung der linearen Kolbenbewegung in eine Drehbewegung der Gurtspule auszeichnet. Bei dem erfindungsge­ mäßen Gurtaufroller mit einem an der Gurtspule angreifenden Gurtstraffer ist an den Kolben des pyrotechnischen Kolben/Zy­ linder-Linearantriebs eine auf Schub beanspruchbare Zahnstan­ ge angeschlossen, die über ein ins Schnelle übersetzendes Zahnradgetriebe triebschlüssig mit der Gurtspule kuppelbar ist. Das Zahnradgetriebe setzt eine kurzhubige Kolbenbewegung verlustarm in eine Drehbewegung der Gurtspule über einen zur Gurtstraffung ausreichenden Drehwinkel um. Wegen des kurzen Kolbenhubes ragt der Zylinder des Kolben/Zylinder-Linearan­ triebs nur wenig über das lasttragende Aufrollergehäuse hin­ aus, so daß die aus Gurtaufroller und Gurtstraffer be­ stehende Baugruppe kaum mehr Bauraum beansprucht als ein Gurtaufroller von gleicher Bauart, aber ohne Gurtstraffer. Eine besonders günstige Bauform ergibt sich, wenn gemäß der bevorzugten Ausführungsform die Zahnstange starr mit dem Kol­ ben verbunden und parallel zum Boden des im Querschnitt all­ gemein U-förmigen Aufrollergehäuses verschiebbar geführt ist.

Das Zahnradgetriebe besteht gemäß einer besonders zweckmäßi­ gen Ausführungsform aus einem mit der Zahnstange in Kämmein­ griff stehenden Ritzel, einem mit dem Ritzel drehfest verbun­ denen ersten Zahnrad und einem mit diesem in Kämmeingriff stehenden zweiten Zahnrad, das über eine Freilaufkupplung, vorzugsweise ein Wälzkörper-Klemmgesprerre, mit der Gurt­ spule kuppelbar ist.

Bei einem Fahrzeugaufprall kommt es nach erfolgter Gurtstraf­ fung zu einer Vorverlagerung des Fahrzeuginsassen, bei wel­ cher hohe Beanspruchungen im Gurtband auftreten können. Zur Minderung des Verletzungsrisikos ist es erwünscht, diese Be­ anspruchungen zu begrenzen und Beanspruchungsspitzen durch Energiewandlung abzubauen. Um dies zu erreichen, muß das Gurtband von der Gurtspule entgegen einer definierten Halte­ kraft abgezogen werden können. Bei der bevorzugten Ausfüh­ rungsform ist das zweite Zahnrad über eine Freilaufkupplung mit dem ersten Ende eines Torsionstabes kuppelbar, dessen zwei­ tes Ende drehfest am Aufrollergehäuse abgestützt ist. Wenn nach erfolgter Gurtstraffung eine hohe Zuglast im Gurtband auftritt, wird die Gurtspule in Gurtabzugsrichtung gedreht, und ihre Drehbewegung wird über das zweite Zahnrad auf das erste Zahnrad übertragen, welches aber über die Freilaufkup­ plung drehfest an das erste Ende des Torsionstabes angekop­ pelt ist. Da dessen zweites Ende drehfest am Aufrollergehäuse abgestützt ist, tritt bei weiterer Drehung der Gurtspule in Gurtabzugsrichtung eine Torsion des Torsionsstabes auf. Durch die nun erfolgende plastische Verformung des Torsionsstabes werden die Beanspruchungen im Gurtband begrenzt und Energie­ spitzen durch Energiewandlung abgebaut. Das Verletzungsrisiko für den Fahrzeuginsassen wird durch diese Ausgestaltung der Gurtaufroller/Gurtstrafferkombination erheblich reduziert.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform und aus der Zeichnung, auf die Bezug genommen wird.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer aus Gurtaufrol­ ler und Gurtstraffer bestehenden Baugruppe, in die auch ein Energiewandler zur Begrenzung der Beanspruchungen im Gurtsy­ stem integriert ist;

Fig. 2 schematisch eine Draufsicht der in Fig. 1 gezeigten Ausführung;

Fig. 3 eine schematische Querschnittsansicht der in den Figu­ ren 1 und 2 gezeigten Ausführung.

In einem lasttragenden, im Querschnitt allgemein U-förmigen Aufrollergehäuse 10 ist eine Gurtspule 12 drehbar gelagert. Das auf der Gurtspule 12 aufgewickelte Gurtband 14 tritt aus dem Gurtaufroller parallel zum Boden des Aufrollergehäuses 10 aus. Der Gurtaufroller ist mit einem Sperrmechanismus ver­ sehen, dessen herkömmlich ausgebildetes und daher nicht näher beschriebenes Ansteuersystem in einem Gehäusedeckel 16 auf der einen Seite des Aufrollergehäuses 10 untergebracht ist. Der Sperrmechanismus besteht aus einer an den Flanschen der Gurtspule 12 angebrachten Sperrverzahnung, von der in Fig. 1 zwei Zähne 18 zu erkennen sind, und wenigstens einer schwenk­ bar am Aufrollergehäuse 10 lasttragend gelagerten Sperrklinke 20, die zum Zusammenwirken mit der Sperrverzahnung am Gurt­ spulenflansch ausgebildet ist.

Auf der dem Gehäusedeckel gegenüberliegenden Seite und am Boden des Aufrollergehäuses 10 ist ein pyrotechnischer Kol­ ben/Zylinder-Linearantrieb angeordnet, der allgemein mit 22 bezeichnet ist. Er besteht aus einem aus dem Aufrollergehäuse 10 teilweise herausragenden Zylinder 24, einem in dessen freies Ende eingesetzten pyrotechnischen Gasgenerator 26 und einem verschiebbar in Zylinder 24 aufgenommenen Kolben 28. Der Kolben 28 ist becherförmig ausgebildet und über den zy­ lindrischen Gasgenerator 26 gestülpt, wobei zwei Arbeitskam­ mern 30a, 30b gebildet werden.

Mit dem Kolben 28 ist eine Zahnstange 32 starr verbunden. Die Zahnstange 32 ist parallel zum Boden des Aufrollergehäuses 10 verschiebbar geführt. Die Verzahnung der Zahnstange 32 steht bei dem in Fig. 1 gezeigten Ruhezustand mit einem Ritzel 34 in Kämmeingriff, das mit einem Zahnrad 36 größeren Durchmes­ sers fest verbunden ist. Die aus Ritzel 34 und Zahnrad 36 be­ stehende Kombination ist drehbar am ersten axialen Ende ei­ nes Torsionstabes 38 gelagert, dessen gegenüberliegendes Ende in der benachbarten Seitenwand des Aufrollergehäuses 10 dreh­ fest verankert ist. Das Zahnrad 36 ist durch eine Freilauf­ kupplung in Form eines Wälzkörper-Klemmgesperres mit Wälzkör­ pern 40 an das benachbarte Ende des Torsionsstabes 38 ankup­ pelbar. Die vorzugsweise walzenförmigen Wälzkörper 40 sind in Ausnehmungen am Außenumfang des benachbarten Endes des Tor­ sionsstabes 38 aufgenommen, welche jeweils durch eine Rampen­ fläche 42 begrenzt werden.

Das Zahnrad 36 steht in Kämmeingriff mit einem weiteren Zahn­ rad 44 kleineren Durchmessers. Dieses Zahnrad 44 ist auf dem Außenumfang eines axialen Kupplungsfortsatzes 46 der Gurtspu­ le 12 drehbar gelagert. Zwischen dem Zahnrad 44 und dem Kupp­ lungsfortsatz 46 ist eine Freilaufkupplung angeordnet, die durch ein Wälzkörper-Klemmgesperre mit walzenförmigen Wälz­ körpern 48 gebildet ist. Die Wälzkörper 48 sind in durch Ram­ penflächen begrenzten Ausnehmungen 50 des Zahnrades 44 aufge­ nommen.

Die Zahnstange 32 ist zwischen zwei Extremstellungen ver­ schiebbar, in denen ihre Verzahnung außer Eingriff mit den Zähnen des Ritzels 34 steht. Durch die Zahnstange 32 ist ein um einen Lagerstift 52 am Aufrollergehäuse 10 schwenkbar ge­ lagerter Hebel 54 zwischen einer ersten, in Fig. 1 mit durch­ gezogenen Linien gezeigten Stellung und einer mit gestrichel­ ten Linien gezeigten Stellung verschwenkbar. Im Ruhezustand (durchgezogene Linien) nimmt der Hebel 54 eine zur Zahnstange 32 schräge Stellung ein. Durch Vorschieben der Zahnstange 32 aus der in Fig. 1 gezeigten Ruhestellung wird der Hebel 54 in eine Stellung parallel zur Zahnstange 32 verschwenkt und greift mit einem an seinem Ende befestigten Nocken 56 über die Sperrklinke 20, wodurch diese daran gehindert wird, mit den Zähnen 18 der Sperrverzahnung an der Gurtspule 12 in Ein­ griff zu gelangen.

Bei Aktivierung des Gasgenerators 26 durch ein (nicht gezeig­ tes) Ansteuersystem werden die Arbeitskammern 30a, 30b mit Druckgas beaufschlagt, und der Kolben 28 wird im Zylinder 24 vorgeschoben, wobei auch die Zahnstange 32 vorgeschoben wird. Die mit dem Ritzel 34 kämmende Zahnstange 32 versetzt dieses Ritzel nunmehr in eine Drehbewegung, wodurch auch das Zahnrad 36 in Drehung versetzt wird. Die Vorschubbewegung der Zahn­ stange 32 ist in Fig. 1 durch einen Pfeil F1 gekennzeichnet. Die durch die Vorschubbewegung der Zahnstange 32 verursachte Drehbewegung des Zahnrades 36 ist durch einen Pfeil F₂ ver­ deutlicht. Die zwischen dem Torsionsstab 38 und dem Zahnrad 36 eingefügte Freilaufkupplung läßt die Drehung in Richtung des Pfeiles F2 zu, sperrt aber im entgegengesetzten Drehsinn.

Durch die Drehung des Zahnrades 36 wird auch das mit diesem kämmende Zahnrad 44 in Drehung versetzt. Die entsprechende Drehrichtung ist in Fig. 1 durch einen Pfeil F₃ angegeben. Bei Drehung des Zahnrades 44 in Richtung dieses Pfeiles F₃ sperrt die zwischen dem Zahnrad 44 und dem Kupplungsfortsatz 46 angeordnete Freilaufkupplung, so daß die Drehung des Zahn­ rades 44 auf den Kupplungsfortsatz 46 übertragen wird. Die Gurtspule 12 wird nun in Drehung versetzt, wobei Gurtband 14 aufgerollt und die Gurtlose aus dem Sicherheitsgurtsystem entfernt wird. Da das Zahnrad 36 einen wesentlich größeren Durchmesser als das Zahnrad 44 aufweist, wird die Vorschubbe­ wegung der Zahnstange 32 durch ein ins Schnelle übersetzendes Zahnradgetriebe in einen großen Drehwinkel der Gurtspule 12 umgesetzt. Dieses Zahnradgetriebe ist mit geringen Verlusten behaftet, so daß die durch den pyrotechnischen Gasgenerator 26 zur Verfügung gestellte Antriebsenergie gut ausgenutzt wird.

Wenn nach erfolgter Gurtstraffung eine hohe Zugbeanspruchung im Gurtband 14 auftritt, ist die Gurtspule 12 bestrebt, eine Drehung in Gurtabzugsrichtung auszuführen. Die relative Dreh­ richtung zwischen dem Kupplungsfortsatz 46 und dem Zahnrad 44 ist hierbei gegenüber dem Vorgang der Gurtstraffung unverän­ dert, so daß die Freilaufkupplung gesperrt bleibt. Die nun erfolgende Drehung des Zahnrades 44 entgegensetzt zu der mit F₃ bezeichneten Drehrichtung wird auf das Zahnrad 36 übertragen, wobei nunmehr die Freilaufkupplung zwischen diesem Zahnrad 36 und dem benachbarten Ende des Torsionsstabes 38 sperrt, so daß sich der Torsionsstab der Drehung des Zahnrades 36 wider­ setzt. Unter einer ein vorbestimmtes Maß überschreitenden Beanspruchung erfährt jedoch der Torsionsstab 38 eine Tor­ sionsverformung, wobei plastische Verformungsarbeit geleistet wird. Der Torsionsstab 38 bildet daher einen Energiewandler, durch den die Beanspruchungen im Gurtband begrenzt und Bean­ spruchungsspitzen abgebaut werden. Je nach der beim Vorgang der Gurtstraffung zu überwindenden Gegenkraft aus dem Gurtsy­ stem kann die Zahnstange 32 bis in ihre Extremstellung vorge­ schoben werden, in welcher sie außer Eingriff mit dem Ritzel 34 steht, oder bereits vor dieser Extremstellung angehalten werden. In letzterem Fall wird die Zahnstange 32 während der Drehung des Zahnrades 36 durch das mit diesem verbundene Ritzel 34 zurückgeschoben, bis sie ihre entgegengesetzte Ex­ tremstellung erreicht hat, in welcher ihre Verzahnung außer Eingriff mit dem Ritzel 34 steht. Die Drehung des Zahnrades 36 bei gleichzeitiger plastischer Verformung des Torsionssta­ bes 38 wird daher nicht durch die Zahnstange 32 behindert, die nicht unbegrenzt bezüglich des Aufrollergehäuses 10 ver­ schoben werden kann. Der Hebel 54 verbleibt nach der Aktivie­ rung des Gurtstraffers in seiner verschwenkten Stellung, in welcher er die Sperrklinke 20 außer Eingriff mit den Zähnen 18 der Sperrverzahnung an der Gurtspule 12 hält.

Bei einer alternativen Ausführungsform entfällt der Torsions­ stab 38, wenn keine Energiewandlung erwünscht ist. Das Zahn­ rad 36 ist dann mittels der Wälzkörper 40 an ein starr am Aufrollergehäuse 10 verankertes Sperrelement ankoppelbar, das in gleicher Weise wie das in der Zeichnung dargestellte Ende des Torsionsstabes 38 ausgebildet sein kann. Nach erfolgter Gurtstraffung bleibt die Sperrklinke 20 in jedem Falle deak­ tiviert, da zu diesem Zeitpunkt eine plötzliche Umkehrung des Drehsinns der Gurtspule auftritt und diese mit einer so gro­ ßen Drehbeschleunigung angetrieben werden kann, daß ein sicheres Einrücken der Sperrklinke nicht gewährleistet wäre.

Claims (9)

1. Gurtaufroller für Fahrzeug-Sicherheitsgurte, mit einem an der Gurtspule (12) angreifenden Gurtstraffer, der einen pyro­ technischen Kolben/Zylinder-Linearantrieb (22) aufweist, des­ sen Zylinder (24) am Aufrollergehäuse (10) abgestützt ist, dadurch gekennzeichnet, daß an den Kolben (28) des pyrotechni­ schen Kolben/Zylinder-Linearantriebs (22) eine auf Schub be­ anspruchbare Zahnstange (32) angeschlossen ist und daß diese Zahnstange (32) über ein ins Schnelle übersetzendes Zahnrad­ getriebe (34, 36, 44) triebschlüssig mit der Gurtspule (12) kuppelbar ist.

2. Gurtaufroller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnstange (32) starr mit dem Kolben (28) verbunden und parallel zum Boden des im Querschnitt allgemein U-förmigen Aufrollergehäuses (10) verschiebbar geführt ist.

3. Gurtaufroller nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das Zahnradgetriebe ein mit der Zahnstange (32) in Kämmeingriff stehendes Ritzel (34), ein mit dem Ritzel (34) drehfest verbundenes erstes Zahnrad (36) und ein mit diesem in Kämmeingriff stehendes zweites Zahnrad (44) aufweist, das über eine Freilaufkupplung (48, 50) mit der Gurtspule (12) kuppelbar ist.

4. Gurtaufroller nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit einem Gurtspulen-Sperrmechanismus, der eine drehfest an die Gurtspule angeschlossene Sperrverzahnung (18) und wenigstens eine mit dieser zusammenwirkenden Sperrklinke (20) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrklinke (20) durch einen am Aufrollergehäuse (10) schwenkbar gelagerten Hebel (54), der durch die Zahnstange (32) verschwenkbar ist, in einer inaktivierten Stellung außer Eingriff mit der Sperrverzahnung (18) gehalten wird, wenn die Zahnstange (32) durch den Kolben (28) vorgeschoben wird.

5. Gurtaufroller nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Zahnrad (36) über eine weitere Freilaufkupplung (40, 42) mit einem am Aufrollergehäuse (10) abgestützten Sperrelement kuppelbar ist.

6. Gurtaufroller nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Zahnrad (36) über eine weitere Freilaufkupplung (40, 42) mit dem ersten Ende eines Torsionsstabes (38) kup­ pelbar ist, dessen zweites Ende drehfest am Aufrollergehäuse (10) abgestützt ist.

7. Gurtaufroller nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen der Gurtspule (12) und dem zweiten Zahnrad (44) angeordnete Freilaufkupplung durch ein Wälzkörper-Klemmgesperre (48, 50) gebildet ist.

8. Gurtaufroller nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die zwischen dem ersten Zahnrad (36) und dem Tor­ sionsstab (38) angeordnete Freilaufkupplung durch ein Wälz­ körper-Klemmgesperre (40, 42) gebildet ist.

9. Gurtaufroller nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnstange (32) im Ruhezustand des Gurtstraffers an ihrem freien Ende mit dem Ritzel (34) in Kämmeingriff steht und zwischen zwei Extremstellungen ver­ schiebbar ist, in denen ihre Verzahnung außer Eingriff mit dem Ritzel (34) steht.