DE602004008238T2

DE602004008238T2 - Sicherheitsvorrichtung

Info

Publication number: DE602004008238T2
Application number: DE602004008238T
Authority: DE
Inventors: Steve Marshall; Peter Jungbauer; Julius Adomeit; Heinz-Dieter Adomeit
Original assignee: Chris Cintos de Seguranca Ltda
Current assignee: Chris Cintos de Seguranca Ltda
Priority date: 2004-06-14
Filing date: 2004-06-14
Publication date: 2007-12-20
Anticipated expiration: 2024-06-15
Also published as: EP1607288A1; BRPI0512028A; ATE370038T1; DE602004008238D1; WO2005120911A1; EP1607288B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitseinrichtung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit den Merkmalen des Oberbegriffes das Anspruches 1, die auf dem Gebiet derartiger Sicherheitseinrichtungen allgemein bekannt ist.
Derartige Gurtsysteme müssen im Normalbetrieb eine problemlose Spulenrotation in beiden Richtungen gewährleisten, um dem Benutzer ein komfortables Gurttragen zu ermöglichen. Es sind verschiedene Funktionsprinzipien bekannt, auf denen existierende Gurtsysteme basieren. Die vorliegende Anmeldung betrifft Systeme mit einer "schwimmenden" Spule (engl.: "floating spool"), d.h. mit einer zwischen einer Blockierstellung und einer Freigabestellung bewegbaren Spule. In der Blockierstellung ist eine Rotation der Spule in Gurtausgaberichtung nicht möglich, d.h. bei in Blockierstellung befindlicher Spule erfüllt das Gurtsystem seine eigentliche Sicherheitsfunktion: Ein bei einem Unfall in den Gurt fallender Fahrzeuginsasse wird bei blockierter, d.h. in Abwickelrichtung gesperrter Spule durch den Gurt zurückgehalten. In der Freigabestellung dagegen kann die Spule in beiden Richtungen gedreht werden.
Gurtrückhaltesysteme, die auf dem "floating spool"-Prinzip basieren, sind seit längerem bekannt. Die Halterung der schwimmenden Spule kann dabei auf unterschiedliche Art und Weise erfolgen. Die Spule kann beispielsweise innerhalb eines begrenzten Bereiches frei beweglich sein, in z.B. kulissenartig ausgebildeten Zwangsführungen entlang einer vorgegebenen Bahn geführt werden oder verschwenkbar gelagert sein. Die Bewegung der Spule aus der Freigabestellung in die Blockierstellung hinein erfolgt über den Gurt selbst, wohingegen die Bewegung der Spule zurück in die Frei gabestellung aufgrund ihres Eigengewichts oder mit Hilfe von z.B. mit Federn arbeitenden Rückstelleinrichtungen erfolgt.
Bekannte Sicherheitsgurteinrichtungen mit schwimmenden Spulen arbeiten zuverlässig und in jeder Hinsicht zufrieden stellend und werden im Fahrzeugbau insbesondere aufgrund ihres einfachen Aufbaus und ihrer Robustheit in großer Zahl eingesetzt. Die an sie gestellten Anforderungen, wonach insbesondere die Spule ab einer bestimmten Fahrzeugbeschleunigung sowie ab einer bestimmten Gurtbeschleunigung die Blockierstellung einnehmen muss, können die "floating spool"-Systeme problemlos erfüllen.
Sicherheitsgurtsysteme werden zunehmend mit weiteren Funktionen versehen. Solche Zusatzfunktionen sind insbesondere eine Vorspannfunktion (engl.: pretensioning) und eine Last- oder Kraftbegrenzungsfunktion (engl.: load or force limiting).
Vorspanneinrichtungen dienen dazu, innerhalb einer kurzen Zeit von z.B. etwa 10 ms im Anschluss an den Nachweis einer Unfallsituation die Spule in Gurtaufnahmerichtung anzutreiben, um die so genannte Gurtlose zu beseitigen, d.h. den Gurt zu straffen, damit der Sicherheitsgurt seine Rückhaltefunktion optimal erfüllen kann, wenn nach erfolgter Gurtstraffung der Fahrzeuginsasse trägheitsbedingt in den Gurt fällt.
Lastbegrenzungseinrichtungen, die insbesondere in Form von mit der Spule verbundenen Torsionsstäben bekannt sind, dienen dazu, bei eigentlich blockierter Spule dennoch eine begrenzte Spulenrotation in Gurtaus gaberichtung zuzulassen, um die auf den trägheitsbedingt in den Gurt fallenden Fahrzeuginsassen wirkenden Spitzenbelastungen zu reduzieren.
Aufgrund der begrenzten Gurtausgabe erlauben die Lastbegrenzungseinrichtungen also eine gewisse Vorwärtsbewegung des Fahrzeuginsassen, weshalb in modernen Sicherheitsgurtsystemen einer Kombination von Gurtvorspannung und Lastbegrenzung eine besondere Bedeutung zukommt: Eine optimale Lastbegrenzung wird durch die Möglichkeit zur Vorspannung des Gurtes überhaupt erst ermöglicht.
Bislang wurde davon abgesehen, nach dem "floating spool"-Prinzip arbeitende Gurtsysteme mit Vorspanneinrichtungen und Lastbegrenzungseinrichtungen zu versehen, da es als praktisch nicht durchführbar gilt, eine schwimmende Spule auf zuverlässige und alle Sicherheitsanforderungen erfüllende Weise entsprechend zu handhaben.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Sicherheitseinrichtung der eingangs genannten Art, d.h. ein auf dem "floating spool"-Prinzip basierendes Gurtsystem, derart weiterzubilden, dass Zusatzfunktionen, insbesondere eine Vorspannfunktion und/oder eine Lastbegrenzungsfunktion, ohne Beeinträchtigung der Funktionsfähigkeit integriert werden können.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 und insbesondere dadurch, dass die Sicherheitseinrichtung eine Lastbegrenzungseinrichtung aufweist, die in der Blockierstellung eine begrenzte Rotation der Spule zulässt, wobei die Lastbegrenzungseinrichtung zwei längs der Spulenachse beabstandete Lastbegren zungsabschnitte umfasst, über die ein die Gurtwicklung tragender Spulenkörper jeweils drehfest mit einem Blockierabschnitt gekoppelt ist.
Erfindungsgemäß wirkt die Lastbegrenzungseinrichtung nicht einseitig mit der Spule zusammen, sondern der Spulenkörper ist an mehreren axial beabstandeten Stellen jeweils über einen Lastbegrenzungsabschnitt mit einem Blockierabschnitt gekoppelt. Die bei einer lediglich einseitigen Belastung bestehende Gefahr eines Verkippens der schwimmenden Spule kann durch die Erfindung sicher vermieden werden.
Durch die Erfindung ist erstmals ein nach dem "floating spool"-Prinzip arbeitendes Gurtsystem mit einer Lastbegrenzungseinrichtung versehen, was durch die Aufteilung der Lastbegrenzung auf mehrere Kopplungsstellen ermöglicht wird. Darüber hinaus führt diese Aufteilung der Lastbegrenzung zu einer vorteilhaften Verteilung der auf den Spulenkörper, die Blockierabschnitte sowie die Lastbegrenzungseinrichtung selbst einwirkenden Belastung.
Bei zwei längs der Spulenachse beabstandeten Lastbegrenzungsabschnitten ist die Belastung an jedem Lastbegrenzungsabschnitt um 50% gegenüber einer einseitigen Lastbegrenzung reduziert. Anschaulich gesprochen wird durch die Erfindung die axiale Ausdehnung der Spule dazu benutzt, nicht nur den Einsatz einer Lastbegrenzungseinrichtung an sich zu ermöglichen, sondern außerdem die bei der Lastbegrenzung einwirkenden Kräfte längs der Spulenachse zu verteilen und auf diese Weise hohe lokale mechanische Belastungen zu vermeiden. Ein weiterer Vorteil der Kräfteaufteilung besteht darin, dass die betreffenden Bauteile weniger robust dimensioniert zu werden brauchen.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind auch in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung sowie der Zeichnung angegeben.
Vorzugsweise ist der Spulenkörper ausschließlich über die Lastbegrenzungsabschnitte blockierbar. Bei in der Blockierstellung befindlicher Spule, also beim Überschreiten einer vorgegebenen Fahrzeugbeschleunigung oder einer vorgegebenen Gurtbeschleunigung, wird der Spulenkörper folglich ausschließlich über die mit den blockierten Blockierabschnitten gekoppelten Lastbegrenzungsabschnitte an einer Rotation in Gurtausgaberichtung gehindert. Sobald in der Blockierstellung die Zugkraft im Gurt einen bestimmten Schwellenwert übersteigt, werden die Lastbegrenzungsabschnitte dahingehend wirksam, dass eine Rotation der Spule relativ zu den Blockierabschnitten zugelassen wird. Die Lastbegrenzungsabschnitte sind also derart ausgebildet, dass sie eine Rotation des Spulenkörpers in Gurtausgaberichtung zuverlässig unterbinden, solange die Gurtzugkraft unterhalb des vorgegebenen Schwellenwertes bleibt.
Des Weiteren ist erfindungsgemäß bevorzugt vorgesehen, dass der Spulenkörper permanent mit den Lastbegrenzungsabschnitten gekoppelt ist. Ferner ist es bevorzugt, dass die Lastbegrenzungsabschnitte jeweils permanent mit dem Blockierabschnitt gekoppelt sind. Hierdurch sind für die Lastbegrenzungsfunktion keine aufwendigen Einsteuermechanismen erforderlich.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Spule zumindest hinsichtlich der Lastbegrenzungsfunktion symme trisch bezüglich einer senkrecht zur Spulenachse verlaufenden Symmetrieebene ausgebildet. Die Lastbegrenzungsabschnitte sind hierbei gleich weit von der Symmetrieebene der Spule entfernt.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Lastbegrenzungsabschnitte jeweils axial außerhalb des Spulenkörpers mit dem Blockierabschnitt gekoppelt sind.
Vorzugsweise sind die Blockierabschnitte jeweils als Zahnrad ausgebildet, das bevorzugt eine lediglich in Gurtausgaberichtung sperrende Außenverzahnung aufweist.
In einer besonders bevorzugten praktischen Ausgestaltung der Erfindung umfassen die Lastbegrenzungsabschnitte jeweils wenigstens einen Materialabschnitt, der in der Blockierstellung mittels des Spulenkörpers relativ zum Blockierabschnitt bewegbar ist. Vorzugsweise ist der Materialabschnitt um die Spulenachse herum bewegbar.
Anders als bei bekannten, mit Torsionsstäben arbeitenden Lastbegrenzungseinrichtungen wird hier der aufgrund der Gurtzugkraft nach einer Rotation in Gurtausgaberichtung strebende Spulenkörper nicht zum Tordieren eines sich in axialer Richtung erstreckenden Stabes, sondern dazu genutzt, einen separaten Materialabschnitt relativ zum Blockierabschnitt um die Spulenachse herum zu bewegen. Der Materialabschnitt ist vorzugsweise streifenförmig ausgebildet.
Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass ein dem mittels des Spulenkörpers bewegten Materialabschnitt wenigstens eine Richtungsänderung aufzwingendes Profil oder Labyrinth vorgesehen ist. Indem der Materialabschnitt mittels des Spulenkörpers durch ein Profil oder Labyrinth gezogen wird, stehen der Drehbewegung des Spulenkörpers nicht nur Reibungskräfte entgegen, sondern es muss außerdem fortlaufend Verformungsarbeit am Materialabschnitt geleistet werden. Durch entsprechende Ausgestaltung des Profils bzw. Labyrinths sowie des Materialabschnitts kann der Lastbegrenzungseffekt erfindungsgemäß beliebig eingestellt werden. Insbesondere kann durch entsprechende Abstimmung der Lastbegrenzungseinrichtung die Anzahl der vollständigen Umdrehungen des Spulenkörpers vorgegeben werden, die durch die erfindungsgemäße Lastbegrenzungseinrichtung bei einem Unfall, wenn der betreffende Fahrzeuginsasse trägheitsbedingt in den Gurt fällt, zugelassen werden sollen.
Vorzugsweise ist das Profil oder Labyrinth am Blockierabschnitt ausgebildet.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass der Materialabschnitt mittels des Spulenkörpers vom Blockierabschnitt abziehbar ist. Insbesondere kann der Materialabschnitt gleichzeitig vom Blockierabschnitt abwickelbar und auf den Spulenkörper oder ein drehfest mit dem Spulenkörper gekoppeltes Spulenrad aufwickelbar sein. Auf diese Weise können bei minimalem Platzbedarf maximale Weglängen für den Materialabschnitt realisiert werden, wodurch selbst Lastbegrenzungsfunktionen mit bis zu zehn oder mehr vollständigen Rotationen des Spulenkörpers relativ zu den Blockierabschnitten problemlos möglich sind.
Vorzugsweise sind zum Abwickeln bzw. Aufwickeln des Materialabschnitts dienende Trommelabschnitte des Blockierabschnitts und des Spulenkör pers bzw. Spulenrades konzentrisch zueinander angeordnet. Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass der Blockierabschnitt und der Spulenkörper bzw. das Spulenrad in axialer Richtung ineinander gesteckt sind.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten praktischen Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Lastbegrenzungseinrichtung wenigstens einen Torsionsstab, der an axial beabstandeten Blockierstellen jeweils mit dem Blockierabschnitt und zwischen den Blockierstellen mit dem Spulenkörper gekoppelt ist.
Erfindungsgemäß werden bekannte Torsionsstab-Anordnungen dahingehend modifiziert, dass mehrere axial beabstandete Lastbegrenzungsabschnitte vorgesehen sind. Der Torsionsstab wird folglich an mehreren axial hintereinander angeordneten bzw. aufeinander folgenden Bereichen tordiert, nämlich jeweils zwischen der Kopplungsstelle zum Spulenkörper und der Kopplungsstelle zum Blockierabschnitt.
Durch das Vorsehen mehrerer Torsionsbereiche, die jeweils nur einen Teil der insgesamt einwirkenden Belastung aufnehmen müssen, kann der Durchmesser des Torsionsstabes gegenüber den herkömmlichen Anordnungen wesentlich kleiner gewählt werden, was neue Konstruktionsmöglichkeiten eröffnet und insbesondere eine kompakte Bauweise ermöglicht.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass der Torsionsstab sich vollständig durch den Spulenkörper hindurch erstreckt. Insbesondere können die Kopplungsstellen zu den Blockierabschnitten axial außerhalb des Spulenkörpers vorgesehen werden. Die Gesamtlänge des Torsionsstabes kann hierdurch gegenüber her kömmlichen Anordnungen vergrößert werden, wodurch wiederum neue Konstruktionsmöglichkeiten eröffnet werden.
Zur Koppelung mit dem Spulenkörper weist der Torsionsstab vorzugsweise ein Kopplungszahnrad auf.
Zusätzlich zu der Lastbegrenzungseinrichtung kann das erfindungsgemäße Gurtsystem eine Vorspanneinrichtung aufweisen, mit der die Spule in Aufwickelrichtung antreibbar ist. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Vorspanneinrichtung und die Lastbegrenzungseinrichtung unabhängig voneinander mit der Spule zusammenwirken.
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
1a–1f verschiedene Ansichten einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sicherheitseinrichtung, und
2a–2e verschiedene Ansichten einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Sicherheitseinrichtung.
Die in den 1a–1f ohne Gehäuseabdeckung dargestellte erfindungsgemäße Sicherheitseinrichtung umfasst einen im Wesentlichen U-förmigen Rahmen 51, an welchem eine Spule 13 für einen nicht dargestellten, auf einen Spulenkörper 14 aufgewickelten Sicherheitsgurt schwimmend gelagert ist. Die Spule 13 umfasst ein die Spulenachse bildendes, durchgehendes Antriebsritzel 23, mit dem jeweils im axialen Endbereich ein Blockierzahnrad 53 drehfest verbunden ist.
Das Blockierzahnrad 53 ist mit einer in Gurtausgaberichtung sperrenden, sägezahnartig ausgestalteten Außenverzahnung versehen, die mit einer entsprechenden Gegenverzahnung 52 des Rahmens 51 zusammenwirkt, wenn sich die Spule 13 in einer Blockierstellung befindet. Die Gegenverzahnung 52 begrenzt lediglich in einem oberen Umfangsbereich einen von einer Kreisform abweichenden Durchbruch, der in dem betreffenden U-Schenkel des Rahmens 51 für das Blockierzahnrad 53 ausgebildet ist.
Eine Vorspanneinrichtung 15 der auf diese Weise am Rahmen 51 in dessen Durchbrüchen schwimmend gehaltenen Spule 13 umfasst zwei separate, baugleich ausgeführte Antriebsstränge, die jeweils einen in einem Zylinder 41 angeordneten Gasgenerator 17, einen lediglich gestrichelt angedeuteten Kolben 20 innerhalb des Zylinders 41 sowie eine Zahnradanordnung 28, 29 umfassen, die an einem Schwenkhebel 55 angebracht ist, der um eine parallel zur Spulenachse verlaufende Achse schwenkbar ist.
Das Zahnrad 29 ist Bestandteil einer Seiltrommel 27, auf die ein zum Teil gestrichelt dargestelltes Zugseil 35 aufgerollt ist, das mit einem Ende am Kolben 20 innerhalb des Zylinders 41 befestigt ist.
Nach Zündung des Gasgenerators 17 bewegt sich der Kolben 20 in dem Zylinder 41 nach unten. Über das Seil 35 wird hierdurch zunächst der Hebel 55 nach unten und dadurch das Zahnrad 28 in Eingriff mit dem Antriebsritzel 23 der Spule 13 gesteuert. Die durch die Weiterbewegung des Kolbens 20 bewirkte Rotation der Seiltrommel 29 wird über das Zahnrad 28 in eine Rotation des Antriebsritzels 23 und damit in eine Rotation der Spule 13 in Gurtaufnahmerichtung umgesetzt: Der Gurt wird gestrafft.
Die beiden Gasgeneratoren 17 werden gleichzeitig gezündet, so dass aufgrund der baugleichen Ausführung der Antriebsstränge die Spule 13 synchron an ihren beiden axialen Enden mit dem jeweiligen Zahnrad 28 in Eingriff gebracht wird. Gleichzeitig ist aufgrund der Beaufschlagung des Antriebsritzels 23 durch die Schwenkhebel 55 von oben sichergestellt, dass die Spule 13 über das die Blockierzahnräder 53 tragende Antriebsritzel 23 nach unten und damit außer Eingriff mit der Gegenverzahnung 52 des Rahmens 51 gebracht wird, sollte sich die Spule 13 beim Zünden der Gasgeneratoren 17 in ihrer Blockierstellung befinden.
Die Schwenkhebel 55 sind mit einer nicht dargestellten Rückstelleinrichtung verbunden, die gewährleistet, dass nach erfolgter Gurtstraffung die Zahnräder 28 wieder außer Eingriff mit dem Antriebsritzel 23 gelangen. Die Antriebsanordnung der erfindungsgemäßen Vorspanneinrichtung gibt also die Spule 13 wieder frei, die somit ungestört in die Blockierstellung gelangen kann, wenn nach erfolgter Gurtstraffung eine Zugkraft auf den Gurt ausgeübt und auf die Spule 13 übertragen wird, wodurch die Spule 13 angehoben und mit ihren Blockierzahnrädern 53 in Sperreingriff mit der Gegenverzahnung 52 des Rahmens 51 bewegt wird.
Der Gurt im Bereich der Spule 13 sowie die mittels der Vorspanneinrichtung erzielbare Bewegung der Spule 13 von der Blockier- in die Freigabestellung verlaufen zumindest mit einer wesentlichen Komponente parallel zueinander, so dass über den Gurt einerseits und über die Vorspanneinrichtung andererseits zwei einander entgegengesetzt gerichtete Momente auf die Spule 13 ausgeübt werden können, um zu gewährleisten, dass einerseits sich die Spule 13 während der Gurtstraffung in der Freigabestellung befindet und gegebenenfalls in die Freigabestellung bewegt werden kann, und dass andererseits die Spule 13 mittels des Gurtes in die Blockierstellung bewegt werden kann.
Anschaulich ausgedrückt ist die Vorspanneinrichtung derart ausgebildet und angeordnet, dass sie und der Gurt gewissermaßen gegeneinander wirken und die aufgrund ihrer schwimmenden Lagerung translatorisch bewegbare Spule 13 in entgegengesetzte Richtungen bewegen können.
Von einer der Spule 13 zugeordneten erfindungsgemäßen Lastbegrenzungseinrichtung sind in 1a lediglich zwei längs der Spulenachse beabstandete Lastbegrenzungsabschnitte 81 dargestellt, die nachstehend näher beschrieben werden.
Wie die 1b und 1c zeigen, umfassen die erfindungsgemäßen Lastbegrenzungsabschnitte 81 jeweils das Blockierzahnrad 53 sowie ein drehfest auf dem durchgehenden Antriebsritzel 23 sitzendes und damit über das Antriebsritzel 23 drehfest mit dem Spulenkörper 14 gekoppeltes Spulenrad 57. Das Blockierzahnrad 53 und das Spulenrad 57 sind zu einem kompakten Lastbegrenzungspaket in axialer Richtung ineinander gesteckt. Anders als die Spulenräder 57 weisen die Blockierzahnräder 53 keine mit dem Antriebsritzel 23 zusammenwirkende Innenverzahnung auf, sind also für sich genommen auf dem Antriebsritzel 23 frei drehbar angeordnet.
Die mit der Blockierverzahnung versehenen Blockierzahnräder 53 sind folglich mit dem durchgehenden Antriebsritzel 23 nicht direkt, sondern jeweils über das drehfest mit dem Antriebsritzel 23 gekoppelte Spulenrad 57 verbunden.
Die Verbindung zwischen Blockierzahnrad 53 und Spulenrad 57 erfolgt über einen in 1e und 1f dargestellten Materialstreifen 83, der im Ausgangszustand auf einen Trommelabschnitt 85 des Blockierzahnrades 53 gewickelt und an einem freien Ende fest mit dem Spulenrad 57 verbunden ist. Die Verbindung mit dem Spulenrad 57 erfolgt über einen axial vorstehenden Mitnehmerstift 89 des Spulenrades 57, der in eine am freien Ende des Materialstreifens 83 ausgebildete Schlaufe 95 eingreift.
Der Materialstreifen 83 ist durch ein am Blockierzahnrad 53 ausgebildetes Labyrinth 59 geführt, das grundsätzlich beliebig ausgestaltet sein kann.
Wenn bei mit dem Rahmen 51 in Sperreingriff stehenden Blockierzahnrädern 53 im Sicherheitsgurt eine Zugkraft wirksam ist, welche den Spulenkörper 14 und damit die über das Antriebsritzel 23 drehfest mit dem Spulenkörper 14 gekoppelten Spulenräder 57 in Gurtausgaberichtung zu drehen sucht, wird in beiden Lastbegrenzungsabschnitten 81 jeweils der Materialstreifen 83 durch das Labyrinth 59 gezogen. Hierdurch stehen einer Rotation der Spulenräder 57 und damit des Spulenkörpers 14 nicht nur zwischen dem Materialstreifen 83 und dem Blockierzahnrad 53, insbesondere den das Labyrinth 59 bildenden Bereichen, wirksame Reibungskräfte entgegen, sondern es muss außerdem fortlaufend Verformungsarbeit am Materialstreifen 83 geleistet werden, da das Labyrinth 59 dem bewegten Materialstreifen 83 mehrere Richtungsänderungen aufzwingt und diesen somit permanent verbiegen muss.
Wie insbesondere aus 1f hervorgeht, wird bei wirksamer Lastbegrenzungsfunktion der Biegestreifen 83 vom Trommelabschnitt 85 des Blockierzahnrades 53 abgewickelt und gleichzeitig auf den Trommelabschnitt 87 des Spulenzahnrades 57 aufgewickelt. Da das Spulenrad 57 und das Blockierzahnrad 53 zur Bildung des kompakten Lastbegrenzungspaketes ineinander gesteckt sind, sind die beiden Trommelabschnitte 85, 87 konzentrisch zueinander angeordnet, wobei der Trommelabschnitt 85 des Blockierzahnrades 53 den einen kleineren Durchmesser aufweisenden Trommelabschnitt 87 des Spulenrades 57 umgibt.
Diese erfindungsgemäße Lastbegrenzungseinrichtung bietet vielfältige Möglichkeiten, den Lastbegrenzungseffekt gezielt auf die jeweiligen Anforderungen abzustimmen.
Dem Labyrinth oder Profil 59, durch welches der Biegestreifen 83 unter Leistung von Verformungsarbeit hindurch gezogen wird, kann grundsätzlich jede beliebige Form verliehen werden. Ferner kann der Lastbegrenzungseffekt durch Verändern der Abmessungen des Biegestreifens 83, insbesondere der Streifenbreite und der Streifendicke, und durch die Wahl unterschiedlicher Streifenmaterialien eingestellt werden. Die zwischen Blockierzahnrad 53 und Materialstreifen 83 wirksamen Reibungskräfte können insbesondere durch Verändern der Oberflächenbeschaffenheit des Materialstreifens 83 und/oder der das Labyrinth 59 bildenden Bereiche des Blockierzahnrades 53 beeinflusst werden. So können beispielsweise spezielle Oberflächenbeschichtungen vorgesehen werden.
Die am Biegestreifen 83 zu leistende Verformungsarbeit kann durch gezielte Materialschwächungen z.B. in Form gestanzter Löcher oder anderer Materialwegnahmen vorgegeben werden. Des Weiteren ist es möglich, gleichzeitig mehrere übereinander liegende Materialstreifen 83 durch ein Profil oder Labyrinth 59 hindurch zu ziehen, so dass durch Verändern der Anzahl von Materialstreifen 83 der Lastbegrenzungseffekt ebenfalls eingestellt werden kann.
Alle vorstehend genannten Einstellmöglichkeiten können zudem miteinander kombiniert werden.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sicherheitseinrichtung gemäß 2a–2e ist für die Vorspanneinrichtung 15 keine Seilzuganordnung vorgesehen. Vielmehr wirken als Zahnstangen ausgebildete Kolben 19 jeweils direkt mit einem Antriebsritzel 23 der Spule 13 zusammen. Da außerdem bei diesem Ausführungsbeispiel erfindungsgemäß eine andere, nämlich einen Torsionsstab 61 umfassende Lastbegrenzungseinrichtung zum Einsatz kommt, unterscheidet sich auch der Spulenaufbau von demjenigen des ersten Ausführungsbeispiels. Hierauf wird nachstehend näher eingegangen.
Die als Kolben dienenden, einen rechteckigen Querschnitt aufweisenden Zahnstangen 19 (2a und 2b) sind jeweils in einem Zylinderabschnitt 43 mit entsprechend geformtem Innenquerschnitt angeordnet. Die beiden Zylinderabschnitte 43 sind Bestandteile eines geschlossenen, im Wesentlichen U-förmigen Zylindersystems 41, in welchem außerdem ein als gemeinsame Antriebsquelle dienender Gasgenerator 17 angeordnet ist. Das Kolben-/Zylinder-System ist außerhalb eines nicht dargestellten Gehäuses angeordnet.
Nach Zündung des Gasgenerators 17 werden die beiden Zahnstangen 19 aufgrund des symmetrischen Aufbaus der Antriebsanordnung in gleicher Weise beaufschlagt und nach unten bewegt. Hierdurch gelangen die Zahnstangen 19 in Eingriff mit den über Verbindungszahnkränze 63 drehfest mit einem Spulenkörper 14 gekoppelten Antriebsritzeln 23. Gegebenenfalls wird hierdurch zunächst die Spule 13 als Ganzes nach unten und damit außer Eingriff mit der Gegenverzahnung 52 des Rahmens 51, d.h. aus der Blockierstellung in die Freigabestellung bewegt, bevor der Spulenkörper 14 in Gurtaufnahmerichtung gedreht wird. Dabei wird der Torsionsstab 61 über das Kopplungszahnrad 65 vom Spulenkörper 14 mitgenommen, da sich die drehfest mit dem Torsionsstab 61 verbundenen Blockierzahnräder 53 außer Eingriff mit der Gegenverzahnung 52 des Rahmens 51 befinden.
Eine nicht dargestellte Rückstellvorrichtung sorgt dafür, dass nach erfolgter Gurtstraffung die Zahnstangen 19 wieder außer Eingriff mit den Antriebsritzeln 23 der Spule 13 gelangen, so dass die Vorspanneinrichtung die übrige Funktionalität der Sicherheitseinrichtung nicht beeinträchtigt.
Wie 2c zeigt, ist der Torsionsstab 61 mit einem mittig angeordneten Kopplungszahnrad 65 versehen, über welches der eine entsprechende Gegenverzahnung 93 (2d) aufweisende Spulenkörper 14 permanent drehfest mit dem Torsionsstab 61 gekoppelt ist. 2d zeigt außerdem die jeweils am axialen Endbereich des Spulenkörpers 14 ausgebildeten Verzahnungen 91 für die Verbindungszahnkränze 63, über welche der Spu lenkörper 14 drehfest mit den Antriebsritzeln 23 der Vorspanneinrichtung 15 gekoppelt ist.
Der Torsionsstab 61 wiederum ist über die an den axialen Endbereichen sitzenden Ritzel 54 permanent drehfest mit den Blockierzahnrädern 53 gekoppelt. Es besteht folglich eine permanente Verbindung zwischen Spulenkörper 14 und Blockierzahnrädern 53 über zwei axial beabstandete, vom Torsionsstab 61 gebildete Lastbegrenzungsabschnitte 81 (2c). Diese Torsionsbereiche 81 des Torsionsstabes 61 unterbinden bei in der Blockierstellung befindlicher Spule 13, d.h. bei in Sperreingriff mit den Gegenverzahnungen 52 des Rahmens 51 befindlichen Blockierzahnrädern 53, eine Rotation des Spulenkörpers 14 in Gurtausgaberichtung, solange eine durch die Auslegung des Torsionsstabes 61 vorgegebene Gurtzugkraft nicht überschritten wird.
Sobald in einer Unfallsituation die durch den trägheitsbedingt in den Gurt fallenden Fahrzeuginsassen hervorgerufene Gurtzugkraft den vorgegebenen Wert übersteigt, kann sich der Spulenkörper 14 durch Tordieren der Torsionsbereiche 81 des Torsionsstabes 61 in Gurtausgaberichtung drehen.
2e zeigt lediglich zur Veranschaulichung in einer nicht in allen Details, jedoch hinsichtlich des Grundprinzip der in den 2a–2d dargestellten Ausführungsform entsprechenden Darstellung die Anordnung des Spulenkörpers 14 auf dem Torsionsstab 61. Der Spulenkörper 14 ist ausschließlich mit dem Torsionsstab 61 verbunden, und zwar über seine Innenverzahnung 93 mit dem Kopplungszahnrad 65 des Torsionsstabes 61. Der Torsionsstab 61 wiederum ist axial außerhalb des Spulenkörpers 14 über die Ritzel 54 mit den Blockierzahnrädern 53 verbunden. Es besteht folglich eine Verbindung zwischen dem Spulenkörper 14 und den Blockierzahnrädern 53 über die beiden Torsionsbereiche 81 des Torsionsstabes 61. Diese Verbindung ist bis zum Erreichen einer bestimmten Gurtzugkraft drehfest und führt bei Überschreiten dieser Gurtzugkraft zu einer synchronen Torsion der beiden Lastbegrenzungsabschnitte 81 zwischen dem Kopplungszahnrad 65 und den Ritzeln 54 des Torsionsstabes 61.
Aus 2e geht besonders gut der symmetrische Aufbau der erfindungsgemäßen Lastbegrenzungseinrichtung hervor, die gegenüber herkömmlichen Anordnungen zu einer Halbierung der von den beiden Torsionsbereichen 81 jeweils aufzunehmenden Belastung führt, wodurch der Torsionsstab 61 schlanker als in herkömmlichen Anordnungen ausgebildet sein kann.
In beiden vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen der Erfindung wirken die erfindungsgemäße Lastbegrenzungseinrichtung und die Vorspanneinrichtung 15 unabhängig voneinander mit dem Spulenkörper 14 zusammen. Eine durch die Vorspanneinrichtung 15 jeweils erzeugte Rotation des Spulenkörpers 14 in Gurtaufnahmerichtung bedeutet zwar aufgrund der permanenten Koppelung über die Lastbegrenzungsabschnitte 81 eine Rotation auch der Blockierzahnräder 53. Die Vorspanneinrichtung 15 ist jedoch derart ausgebildet, dass die Vorspannfunktion nur bei in der Freigabestellung befindlicher Spule 13 möglich ist, indem die Blockierzahnräder 53 zu Beginn des Vorspannvorgangs außer Eingriff mit dem Rahmen 51 gesteuert werden. Da die während des Vorspannvorgangs auftretenden Gurtzugkräfte wesentlich kleiner sind als die das Wirksamwerden der Lastbegrenzungsfunktion auslösenden Kräfte, stellen die Lastbe grenzungsabschnitte 81 für die Vorspannfunktion eine "harte", drehfeste Koppelung zwischen Spulenkörper 14 und Blockierzahnrädern 53 dar. Die Vorspanneinrichtung 15 ist außerdem derart ausgebildet, dass sie sich nach erfolgter Vorspannung außer Eingriff mit dem jeweiligen Antriebsritzel 23 befindet oder außer Eingriff gesteuert wird, so dass die Lastbegrenzungsfunktion durch die Vorspanneinrichtung 15 unbeeinträchtigt ist.

11: Sicherheitsgurt
13: Spule
14: Spulenkörper
15: Vorspanneinrichtung
17: Antriebsquelle, Gasgenerator
19: Zahnstange bzw. Kolben für direkten Spulenantrieb
20: Kolben
23: Antriebsritzel
27: Seiltrommel für radiales bzw. tangentiales Einsteuern
28: Zahnrad
29: Zahnrad der Seiltrommel
35: Seil
41: Zylinder
43: Zylinderabschnitt
51: Rahmen
52: Gegenverzahnung
53: Blockierabschnitt, Blockierzahnrad
54: Ritzel für Blockierzahnrad
55: Schwenkhebel
57: Spulenrad
59: Labyrinth
61: Torsionsstab
63: Verbindungszahnkranz
65: Kopplungszahnrad
81: Lastbegrenzungsabschnitt
83: Materialabschnitt, Biegestreifen
85: Trommelabschnitt des Blockierzahnrades
87: Trommelabschnitt des Spulenrades
89: Mitnehmer
91: Verzahnung
93: Verzahnung
95: Schlaufe

Claims

Sicherheitseinrichtung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit – einem Sicherheitsgurt (11), – einer Spule (13), die den Gurt (11) abwickelt und aufwickelt, wobei die Spule in einer Gurtausgaberichtung zum Abwickeln des Gurts (11) drehbar ist und in einer Richtung entgegen der Gurtausgaberichtung zum Aufwickeln des Gurts (11) drehbar ist, wobei die Spule (13) auf der Basis des sogenannten "floating spool"-Prinzips zwischen einer Blockierstellung und einer Freigabestellung bewegbar ist, wobei in der Blockierstellung eine Rotation der Spule in der Gurtausgaberichtung nicht möglich ist und in der Freigabestellung die Spule in beiden Richtungen drehbar ist, gekennzeichnet durch – eine Lastbegrenzungseinrichtung, die in der Blockierstellung der Spule (13) eine begrenzte Rotation der Spule (13) zulässt, wobei die Lastbegrenzungseinrichtung zwei längs der Spulenachse beabstandete Lastbegrenzungsabschnitte (81) umfasst, über die ein die Gurtwicklung tragender Spulenkörper (14) jeweils mit einem Blockierabschnitt (53) gekoppelt ist.
Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenkörper (14) ausschließlich über die Lastbegrenzungsabschnitte (81) blockierbar ist.
Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenkörper (14) permanent mit den Lastbegrenzungsabschnitten (81) gekoppelt ist.
Sicherheitseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lastbegrenzungsabschnitte (81) jeweils permanent mit dem Blockierabschnitt (53) gekoppelt sind.
Sicherheitseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (13) zumindest hinsichtlich der Lastbegrenzungsfunktion symmetrisch bezüglich einer senkrecht zur Spulenachse verlaufenden Symmetrieebene ausgebildet ist.
Sicherheitseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lastbegrenzungsabschnitte (81) jeweils axial außerhalb des Spulenkörpers (14) mit dem Blockierabschnitt (53) gekoppelt sind.
Sicherheitseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Blockierabschnitt als Zahnrad (53) ausgebildet ist, das vorzugsweise eine lediglich in Gurtausgaberichtung sperrende Außenverzahnung aufweist.
Sicherheitseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lastbegrenzungsabschnitte (81) jeweils wenigstens einen Materialabschnitt (83) umfassen, der in der Blockierstellung mittels des Spulenkörpers (14) relativ zum Blockierabschnitt (53) bewegbar ist.
Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Materialabschnitt (83) um die Spulenachse herum bewegbar ist.
Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Materialabschnitt (83) streifenförmig ausgebildet ist.
Sicherheitseinrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein dem mittels des Spulenkörpers (14) bewegten Materialabschnitt (83) wenigstens eine Richtungsänderung aufzwingendes Profil oder Labyrinth (59) vorgesehen ist.
Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil oder Labyrinth (59) am Blockierabschnitt (53) ausgebildet ist.
Sicherheitseinrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Materialabschnitt (83) mittels des Spulenkörpers (14) vom Blockierabschnitt (53) abziehbar ist.
Sicherheitseinrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Materialabschnitt (83) gleichzeitig vom Blockierabschnitt (53) abwickelbar und auf den Spulenkörper (14) oder ein drehfest mit dem Spulenkörper (14) gekoppeltes Spulenrad (57) aufwickelbar ist.
Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass zum Abwickeln bzw. Aufwickeln des Materialabschnitts (83) dienende Trommelabschnitte (85, 87) des Blockierabschnitts (53) und des Spulenkörpers (14) bzw. Spulenrades (57) konzentrisch zueinander angeordnet sind.
Sicherheitseinrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Blockierabschnitt (53) und der Spulenkörper (14) bzw. das Spulenrad (57) in axialer Richtung ineinander gesteckt sind.
Sicherheitseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lastbegrenzungseinrichtung wenigstens einen Torsionsstab (61) umfasst, der an axial beabstandeten Blockierstellen jeweils mit den Blockierabschnitten (53) und zwischen den Blockierstellen mit dem Spulenkörper (14) gekoppelt ist.
Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Torsionsstab (61) sich vollständig durch den Spulenkörper (14) hindurch erstreckt.
Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Torsionsstab (61) ein Kopplungszahnrad (65) für den Spulenkörper (14) aufweist.
Sicherheitseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorspanneinrichtung (15) vorgesehen ist, mit der die Spule (13) in Aufwickelrichtung antreibbar ist.
Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspanneinrichtung (15) und die Lastbegrenzungseinrichtung unabhängig voneinander mit der Spule (13) zusammenwirken.