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