WO2000076814A1 - Gurtaufroller mit schaltbarem kraftbegrenzer - Google Patents

Gurtaufroller mit schaltbarem kraftbegrenzer Download PDF

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WO2000076814A1
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Günter CLUTE
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Autoliv Development Ab
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    • B60R2022/288—Safety belts or body harnesses in vehicles incorporating energy-absorbing devices with means to adjust or regulate the amount of energy to be absorbed

Definitions

  • the invention relates to a belt retractor provided with a force limitation, the belt retractor as a force limiting device having at least one energy absorption element connected on the one hand to the belt shaft and on the other hand via a profile head to the blocking device of the belt retractor, and a switching device which adjusts the energy absorption and is switchable via an independent drive .
  • Such belt retractors can be constructed both as self-locking belt retractors with a blocking device that can be controlled in a vehicle-sensitive and / or belt-strap-sensitive manner and as so-called end fittings in accordance with EP 0 773 147 A2.
  • a self-locking belt retractor with the aforementioned features is described in WO 97/49583 used to form the genus; in the exemplary embodiments described therein, a torsion bar with two or three sections connected in series is provided as the energy absorption element, and the arrangement of two energy absorption elements connected in parallel to one another is also described.
  • the associated switching device is only to be switched under load, i.e. with an already activated energy absorption, by applying large actuation forces, because an existing force or load-transmitting coupling between the belt shaft and the torsion bar has to be canceled or such a coupling has to be activated. In this respect, the design and equipment required for this is correspondingly large.
  • the invention is therefore based on the object, in a belt retractor with the generic features, to form a safe switching device which operates independently of a force transmission which already exists between the belt shaft and the torsion bar.
  • the switching device which can be switched at any time via the drive, which is arranged independently of the belt shaft and / or the switching device, has a pawl which has a self-opening tendency and is held in its coupling position by means of a shaft ring which can be displaced in the direction of the shaft axis and that the shaft ring can be moved axially into a position by means of a pyrotechnically actuated adjusting device in which the shaft ring reverses the pawl from its coupling position into its Release position enabled. Since the at least one pawl for connecting the torque tube and belt shaft with self-opening tendency is mounted, there are no more actuation forces for the movement of the pawl after the pawl has been released due to the displacement of the shaft ring.
  • At least two energy absorption elements arranged in series or parallel to one another are provided and that the switching device switches from one energy absorption element to the other energy absorption element when the drive is actuated.
  • the torsion bar has at least two sections arranged in series with one another with different cross-sections for setting a different energy absorption, and a torque tube that positively connects at least one section of the torsion bar and the belt shaft is provided, such as a structure of a belt retractor in the Principle is known from WO 97/49583.
  • a torsion sleeve in an alternative embodiment of two energy absorption elements, provision can be made for a torsion sleeve to be arranged in parallel with the torsion bar and for the torsion sleeve or torsion bar to be switched off by means of both the torsion sleeve and the switching device respectively associated with the torsion bar.
  • the shaft ring over
  • Form-locking designs is connected to the belt shaft and rotates together with it.
  • the pawl is pivotally mounted in a recess in the cross-section of the belt shaft and the shaft ring is arranged encompassing the outer circumference of the belt shaft such that the shaft ring engages over the recess in its position holding the pawl in its coupling position.
  • the adjusting device for the displacement of the shaft ring consists of an adjusting ring rotatably arranged on the belt retractor under the action of a drive over a limited range of rotation, which against at least one ramp inclined in the axial direction of the belt shaft against a cover the belt retractor is supported and axially displaceable due to its rotation, several ramps being arranged over the circumference of the adjusting ring and the cover according to one embodiment of the invention.
  • the deformable element can be designed as a shear bar extending in the circumferential direction of the belt shaft and the torque tube or as a bending beam arranged radially between the belt shaft and the torque tube.
  • the deformable element is designed as a bending beam arranged radially between the belt shaft and the torque tube. This ensures a smooth transition from the first force level to the other force level.
  • the time of the switchover from the higher force level to the lower force level is of great importance.
  • a time circuit activated by the vehicle sensor and containing a preset period of time is provided for ignition of the drive for the actuating device.
  • the ignition takes place at a predetermined point in time, regardless of the other accident conditions.
  • the webbing pull-out which occurs during the accident and is brought about by the action of the force limiting device of the belt retractor is used as a yardstick for switching the level of the force limiting device.
  • 1 is a belt retractor with belt shaft and a two-stage torsion bar including the switching device having a first switching state (release of the pawls) in longitudinal section, 1A shows the object of Figure 1 in an exploded view,
  • FIG. 2 shows the switching device according to FIG. 1 in a front view cut at A - A
  • FIG. 4 shows the switching device according to FIG. 2 after actuation of the drive
  • FIGS. 1 and 3 shows the subject matter of FIGS. 1 and 3 in connection with a control of the switching time of the switching device as a function of the webbing extension in a second switching state (blocking of the pawls)
  • 9 shows another embodiment of a belt retractor according to FIG. 1 with two energy absorption elements connected in parallel.
  • the belt retractor 10 shown in FIGS. 1 and 1A has a U-shaped frame, in the side legs 11 of which a belt shaft 12 is rotatably mounted. Belt 9 is wound on the belt shaft 12.
  • a torsion bar 13 Inside the belt shaft, as a force limiting device, there is a torsion bar 13, which has a section 14 with a larger cross section and a section 15 with a smaller cross section, each between sections 14, 15 on the one hand and at the outer end of section 15 of the torsion bar 13 on the other a connector 16a, b is provided, by means of which the belt shaft 12 is coupled to the respective section 14 or 15 of the torsion bar 13.
  • the blocking side 17 of the belt retractor, to which the torsion bar 13 is connected to a profile head 50, is formed on the left outer side in the illustration in FIG. 1.
  • the coupling of the belt shaft 12 with the section 14 of the torsion bar 13 having the larger cross section takes place via a torque tube 18 which positively engages the associated connecting piece 16a, while for connecting the belt shaft 12 to the section 15 of the torsion bar 13 having the smaller cross section, the belt shaft 12 is the most right end of section 15 arranged connector 16b directly engages positively.
  • the switching device for switching the Force limiting device from the higher power level to the low power level is formed via pawls 21 shown in detail in FIG.
  • the pawls 21 which effect the coupling between the belt shaft 12 and the torque tube 18 in their coupling position are pivotably mounted in a recess 40 formed in the cross section of the belt shaft 12, the belt shaft 12 being on its outer circumference is encompassed by a shaft ring 45, which engages over the recesses 40 in the belt shaft 12 and, with supports 24, holds the pawls 21 with their engagement lug 23 in engagement with recesses 51 of the torque tube 18.
  • the pawls 21 come free from the support 24 of the shaft ring 45, so that the pawls 21 mounted with self-opening tendency pivot outward into the recess 40 and thereby remove the connection between the belt shaft 12 and the torque tube 18.
  • the self-opening tendency of the pawls 21 is adjusted via a corresponding design of the recesses 51 on the one hand and the engagement lug 23 on the other.
  • the shaft ring 45 is positively mounted on the belt shaft 12 via lugs 52 which engage in the profile of the belt shaft 12 and rotates with the belt shaft 12 in each case.
  • the axial displacement of the shaft ring 45 is brought about by the drive shown in FIG. 3, in which a drive 26 with a pyrotechnic charge 27 is arranged in a cover 20 of the belt retractor 10 which overlaps the shaft end and acts on a piston 28 for its linear movement.
  • the piston 28 accesses a shoulder 29 projecting radially from an adjusting ring 19, so that the adjusting ring
  • the adjusting ring 19 is set in rotation when the piston 28 is actuated.
  • the adjusting ring 19 is mounted on the housing 10 or on the cover 20, which in turn is attached to the housing 10, and does not rotate during the normal function of the belt shaft 12. During its actuating movement, however, it can perform a limited rotational movement.
  • the adjusting ring 19 is arranged, not shown in detail between the adjusting ring 19 and the cover 20, at inclined ramps against the cover
  • the connection of the section 15 of the torsion bar 13 to the belt shaft 12 results in a relative rotation of the belt shaft 12 to the torque tube 18 and in the beginning of this relative rotation a third energy absorption element is switched on via deformable elements additionally arranged between the belt shaft 12 and the torque tube 18, which, when the shift to the lower force level begins, initially has an additional damping which takes place parallel to section 15 of the torsion bar 13 via the intended deformable elements Effect elements before the force limit is given only over the section 15 of the torsion bar 12 in the further course.
  • two shear webs are arranged between the belt shaft 12 and the torque tube 18, which shear off when the shaft 12 rotates relative to the torque tube 18.
  • two radially arranged bending beams 31 are provided, which are at one end in a recess 32 of the belt shaft 12 and at the other end against a shoulder 33 on the torque tube 18, so that one Relative rotation between the belt shaft 12 and the torque tube 18, the bending beams 31 are first bent into a space 34 formed on the belt shaft 12 before the section 15 of the torsion bar becomes effective due to the further rotation of the belt shaft 12.
  • a strip 35 made of a deformable material which is inserted into a baffle 36 formed in the belt shaft 12, is provided as a deformable element, the end of which is hooked onto the torque tube 18 and thus during a relative rotation between the belt shaft 12 and torque tube 18 is pulled out of the baffle 36 with the performance of deformation work before the belt shaft 12 can access the section 15 of the torsion bar 13 due to its decoupling from the torque tube 18 while continuing to rotate.
  • the timing of the switching of the force limiter is very important because the belt strap outlet made possible by the force limiter enables the belted person to be advanced is given to a certain extent, which is opposite to the inflating airbag.
  • one possibility of properly determining the time for the switching operation is to trigger this ignition over a defined time by presetting a period in a correspondingly provided control unit, after which The ignition of the pyrotechnic charge 27 occurs in each case.
  • FIG. 8 shows an alternative way of control, in which the belt strap outlet brought about by the action of the force limiting device of the belt retractor is used as a yardstick for the ignition of the pyrotechnic unit 27.
  • a measuring device 37 for example in the form of a potentiometer, is provided on the belt retractor 10 and detects the speed of the shaft revolutions or the angular speed. If the value detected in this way exceeds a threshold value, this is identified as the start of the force limitation and the further belt webbing outlet is detected via the potentiometer.
  • the angular velocity of the belt shaft 12 is much lower when the belt is pulled out normally, when the belt is put on and also when the belt retractor is blocked, than when the force limiting device responds
  • the angular velocity during the force limiting process is approximately ten times higher than with the normal webbing extension.
  • a control unit 39 provided on the vehicle a certain measure of the belt webbing extension is stored as a specification for the ignition of the pyrotechnic load 27, and if in a belt retractor control unit 38 which is also provided, the belt webbing extension speed transmitted by the potentiometer has the value specified by the control unit 39 of the vehicle matches, the control unit 38 triggers the ignition of the pyrotechnic charge 27. At this point, the force limiting device is then switched from the higher to the lower force level.
  • FIG. 9 shows an embodiment of the invention with two energy absorption elements aligned parallel to one another.
  • the belt shaft 12 is rotatably mounted in the housing legs 11.
  • this end face is assigned a profile head 50 which runs in the U-leg 11 of the housing, a deflectable blocking blocking element 55 being mounted on the profile head 50 under the action of a control device which is only indicated, which is due to the actuation in the event of a delay acting in a teeth arranged in the associated opening of the housing is controlled.
  • the profile head 50 and the belt shaft 12 are connected to one another by a torsion bar 13 acting as a force limiting device, in that one end of the torsion bar 13 is positively connected to the profile head 50 and the other end of the torsion bar 13 running in the belt shaft 12 is connected to the belt shaft 12 .
  • the belt shaft 12 extends outside the side leg 11 opposite the blocking side 17 in order to form the recess 40 required for the storage of the pawls 21.
  • the first outer pawl 21, which is mounted on the outermost end of the belt shaft 12, accesses a radially projecting flange 60 of the torsion bar 13, so that the pawl shaft 12 is connected to the torsion bar 13 when the pawl 21 is blocked.
  • the pawl 21 is held in engagement by an assigned outer shaft ring 45, the first shaft ring 45 also being assigned a first adjusting ring 19.
  • a torsion sleeve 61 which surrounds the torsion bar 13 and is also connected to the profile head 50 and also has a radial flange 62 adjacent to the flange 60 of the torsion bar 13, which has a second flange 62 which is mounted on the belt shaft 12 and lies in its recess 40
  • Pawl 21 is assigned, which is held in engagement by a second shaft ring 45, which in turn is controllable by a second adjusting ring 19.

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Abstract

Bei einem mit einer Kraftbegrenzung versehenen Gurtaufroller (10), wobei der Gurtaufroller (10) als Kraftbegrenzungseinrichtung wenigstens ein einerseits mit der Gurtwelle (12) und andererseits über einen Prokilkopf (50) mit der Blockiervorrichtung des Gurtaufrollers (10) verbundenes Energieabsorptionselement (13; 14, 15; 61) aufweist und eine die Energieabsorption einstellende Schalteinrichtung vorgesehen ist, soll die Schalteinrichtung unabhängig von einer zwischen Gurtwelle und Torsionsstab bereits bestehenden Kraftübertragung arbeiten. Hierzu ist vorgesehen, dass Schalteinrichtung (Klinke 21) während der bereits wirksamen Energieabsorption über einen unabhängig von der Gurtwelle (12) und/oder der Schalteinrichtung angeordneten Antrieb (26) zu jedem Zeitpunkt schaltbar eingerichtet ist.

Description

Gurtaufroller mit schaltbarem Kraftbegrenzer
B e s c h r e i b u n g
Die Erfindung betrifft einen mit einer Kraftbegrenzung versehener Gurtaufroller, wobei der Gurtaufroller als Kraftbegrenzungseinrichtung wenigstens ein einerseits mit der Gurtwelle und andererseits über einen Profilkopf mit der Blockiervorrichtung des Gurtaufrollers verbundenes Energieabsorptionselement aufweist und eine die Ene.rgieabsorption einstellende und über einen unabhängigen Antrieb schaltbare Schalteinrichtung vorgesehen ist. Derartige Gurtaufroller können sowohl als selbstsperrende Gurtaufroller mit einer fahrzeugsensitiv und/oder gurtbandsensitiv ansteuerbaren Blockiervorrichtung als auch als sogenannte Endbeschläge entsprechend der EP 0 773 147 A2 aufgebaut sein.
Ein selbstsperrender Gurtaufroller mit den vorgenannten Merkmalen ist in der zur Bildung der Gattung herangezogenen WO 97/49583 beschrieben; bei den darin im einzelnen bezeichneten Ausführungsbeispielen ist als Energieabsorptionselement ein Torsionsstab mit zwei bzw. drei hintereinandergeschalteten Abschnitten vorgesehen, und auch die Anordnung von zwei parallel zueinander geschalteten Energieabsorptionselementen ist beschrieben. Die jeweils zugehörige Schalteinrichtung ist unter Last, das heißt bei einer bereits aufgeschalteten Energieabsorption, nur noch unter Aufbringen großer Betätigungskräfte zu schalten, weil eine bestehende kraft- bzw. lastübertragende Kopplung zwischen der Gurtwelle und dem Torsionsstab aufgehoben bzw. eine solche Kopplung zugeschaltet werden muß. Insoweit ist der dafür erforderliche konstruktive und apparative Aufwand entsprechend groß. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einem Gurtaufroller mit den gattungsgemäßen Merkmalen eine sichere und unabhängig von einer zwischen Gurtwelle und Torsionsstab bereits bestehenden Kraftübertragung arbeitende Schalteinrichtung auszubilden.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich einschließlich vorteilhafter Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung aus dem Inhalt der Patentansprüche, welche dieser Beschreibung nachgestellt sind.
Die Erfindung sieht in ihrem Grundgedanken vor, daß die über den unabhängig von der Gurtwelle und/oder der Schalteinrichtung angeordneten Antrieb zu jedem Zeitpunkt schaltbare Schalteinrichtung eine mit Selbstöffnungstendenz gelagerte Klinke aufweist, die mittels eines in Richtung der Wellenachse verschiebbar angeordneten Wellenringes in ihrer Kopplungsstellung gehalten ist und daß der Wellenring mittels einer pyrotechnisch antreibbaren Stellvorrichtung axial in eine Lage überführbar ist, in welcher der Wellenring ein Umsteuern der Klinke von deren Kopplungsstellung in deren Freigabestellung ermöglicht. Da die wenigstens eine Klinke zur Verbindung von Drehmomentrohr und Gurtwelle mit Selbstöffnungstendenz gelagert ist, entstehen hier nach Freigabe der Klinke durch die Verschiebung des Wellenringes keine Betätigungskräfte für die Bewegung der Klinke mehr.
Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, daß wenigstens zwei in Reihe oder parallel zueinander angeordnete Energieabsorptionselemente vorgesehen sind und daß die Schalteinrichtung bei angesteuertem Antrieb von einem Energieabsorptionselement auf das andere Energieabsorptionselement umschaltet.
Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, daß der Torsionsstab wenigstens zwei in Reihe zueinander angeordnete Abschnitte mit unterschiedlichen Querschnitten zur Einstellung einer unterschiedlichen Energieabsorption aufweist und ein formschlüssig wenigstens einen Abschnitt des Torsionsstabes und die Gurtwelle verbindendes Drehmomentrohr vorgesehen ist, wie ein derartiger Aufbau eines Gurtaufrollers im Grundsatz aus der WO 97/49583 bekannt ist.
In einer alternativen Ausführung von zwei Energieabsorptionselementen kann vorgesehen sein, daß eine Torsionshülse in Parallelschaltung zu dem Torsionsstab angeordnet und mittels der sowohl der Torsionshülse als auch der dem Torsionsstab jeweils zugeordneten Schalteinrichtung Torsionshülse oder Torsionsstab abschaltbar sind. Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann vorgesehen sein, daß der Wellenring über
Formschlußgestaltungen mit der Gurtwelle verbunden ist und sich gemeinsam mit dieser dreht.
Im einzelnen kann vorgesehen sein, daß die Klinke in einer im Querschnitt der Gurtwelle ausgesparten Ausnehmung schwenkbar gelagert ist und der Wellenring den äußeren Umfang der Gurtwelle umgreifend derart angeordnet ist, daß der Wellenring in seiner die Klinke in deren Kopplungsstellung haltenden Stellung die Ausnehmung übergreift.
Zur Bewirkung der Stellungsänderung des Wellenringes kann vorgesehen sein, daß die Stellvorrichtung für die Verschiebung des Wellenringes aus einem am Gurtaufroller unter der Wirkung eines Antriebs über einen begrenzten Drehbereich drehbar angeordneten Stellring besteht, der über wenigstens eine in Axialrichtung der Gurtwelle schräg verlaufende Rampe gegen eine Abdeckung des Gurtaufrollers abgestützt und durch seine Verdrehung axial verschiebbar ist, wobei nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung über den Umfang des Stellringes und der Abdeckung verteilt mehrere Rampen angeordnet sind. Mit einer derartigen Stellvorrichtung ist der Vorteil eines weiteren Servoeffektes verbunden, da aufgrund der so erzeugten Schraubbewegung nur eine kleine Radialkraft aufzubringen ist, um eine sehr viel größere Axialkraft für die Verschiebung des Wellenringes und damit die Ausführung der Schaltbewegung unter Last zu erzeugen. Hinsichtlich der Ausbildung des Antriebes für die Verdrehung des Stellringes kann ein linear verschiebbarer pyrotechnisch angetriebener Kolben vorgesehen sein, der tangential einen radial von dem Stellring abstehenden Absatz beaufschlagt. Durch diese stationäre externe Anordnung des pyrotechnischen Antriebes ist die elektrische Ansteuerung wesentlich vereinfacht, da keine Übertragung von elektrischen Signalen auf die sich drehende Welle und die daran angeschlossene Pyrotechnik erforderlich ist.
Die erfindungsgemäße Kopplung zwischen Drehmomentrohr und Gurtwelle erlaubt die gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung vorgesehene Möglichkeit, zwischen Gurtwelle und Drehmomentrohr ein verformbares Element anzuordnen. Nach Ausführungsbeispielen der Erfindung kann dabei das verformbare Element als sich in Umfangsrichtung von Gurtwelle und Drehmomentrohr erstreckender Abscherbalken oder als radial zwischen Gurtwelle und Drehmomentrohr angeordneter Biegebalken ausgebildet sein. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, daß das verformbare Element als radial zwischen Gurtwelle und Drehmomentrohr angeordneter Biegebalken ausgebildet ist. Hierdurch wird ein weicher Übergang von dem ersten Kraftniveau auf das andere Kraftniveau sichergestellt.
Im Hinblick auf das Zusammenwirken zwischen der bei dem Gurtaufroller eingerichteten Gurtkraftbegrenzung und dem im Fahrzeug befindlichen Airbag ist der Zeitpunkt der Umschaltung von dem höheren Kraftniveau auf das niedrigere Kraftniveau von großer Bedeutung. Zu einer diesbezüglichen Steuerung ist nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung vorgesehen, daß zur Zündung des Antriebs für die Stelleinrichtung eine durch den Fahrzeugsensor aktivierte und einen voreingestellten Zeitraum beinhaltende Zeitschaltung vorgesehen ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung erfolgt die Zündung zu einem vorgegebenen Zeitpunkt, und zwar unabhängig von den sonstigen Unfallbedingungen.
In einer alternativen Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, daß eine Einrichtung zur Erfassung der Wellenumdrehungen der Gurtwelle unter Last nach Überschreiten eines voreingestellten Schwellwertes zur Ermittlung des durch die Kraftbegrenzung bewirkten Gurtbandauszuges vorgesehen ist und die Zündung des Antriebs für den Stellring bei Erreichen eines voreingestellten Gurtbandauszuges erfolgt. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung wird insoweit der während des Unfalls erfolgende und durch die Wirkung der Kraftbegrenzungseinrichtung des Gurtaufrollers herbeigeführte Gurtbandauszug als Maßstab für die Schaltung des Niveaus der Kraftbegrenzungseinrichtung herangezogen.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung wiedergegeben, welche nachstehend beschrieben sind: Es zeigen:
Fig. 1 einen Gurtaufroller mit Gurtwelle und einem zweistufigen Torsionsstab einschließlich der einen ersten Schaltzustand (Freigabe der Klinken) aufweisenden Schalteinrichtung im Längsschnitt, Fig. 1A den Gegenstand der Figur 1 in einer auseinandergezogenen Darstellung,
Fig. 2 die Schalteinrichtung gemäß Figur 1 in einer bei A - A geschnittenen Stirnansicht,
Fig. 3 den Antrieb für die Schalteinrichtung in einer schematischen Darstellung,
Fig. 4 die Schalteinrichtung gemäß Figur 2 nach Betätigung des Antriebs,
Fig. 5 die Schalteinrichtung gemäß Figur 2 mit zusätzlichen Abscherbalken zur Einstellung einer weiteren Dämpfungswirkung,
Fig. 6a, b die Schalteinrichtung gemäß Figur 2 mit einem zusätzlichen Biegebalken,
Fig. 7a, b die Schalteinrichtung gemäß Figur 2 mit einem streifenartigen Verformungselement,
Fig. 8 den Gegenstand der Figuren 1 und 3 in Verbindung mit einer Ansteuerung des Schaltzeitpunktes der Schalteinrichtung in Abhängigkeit vom Gurtbandauszug in einem zweiten Schaltzustand (Blockierung der Klinken) , Fig. 9 ein anderes Ausführungsbeispiel eines Gurtaufrollers gemäß Figur 1 mit zwei parallel geschalteten Energieabsorptionselementen.
Der aus Figuren 1 sowie 1A ersichtliche Gurtaufroller 10 hat einen U-förmigen Rahmen, in dessen Seitenschenkeln 11 eine Gurtwelle 12 drehbar gelagert ist. Auf der Gurtwelle 12 ist Gurtband 9 aufgewickelt. Im Inneren der Gurtwelle befindet sich als Kraftbegrenzungseinrichtung ein Torsionsstab 13, der einen Abschnitt 14 mit einem größeren Querschnitt und einen Abschnitt 15 mit einem geringeren Querschnitt aufweist, wobei zwischen den Abschnitten 14, 15 einerseits sowie am äußeren Ende des Abschnitts 15 des Torsionsstabes 13 andererseits jeweils ein Anschlußstück 16a, b vorgesehen ist, mittels dessen die Kopplung der Gurtwelle 12 mit dem jeweiligen Abschnitt 14 bzw. 15 des Torsionsstabes 13 erfolgt. Auf der in der Darstellung der Figur 1 linken äußeren Seite ist die Blockierseite 17 des Gurtaufrollers ausgebildet, an welcher der Torsionsstab 13 an einen Profilkopf 50 angeschlossen ist.
Die Kopplung der Gurtwelle 12 mit dem den größeren Querschnitt aufweisenden Abschnitt 14 des Torsionsstabes 13 erfolgt über ein das zugeordnete Anschlußstück 16a formschlüssig übergreifendes Drehmomentrohr 18, während zur Verbindung der Gurtwelle 12 mit dem den kleineren Querschnitt aufweisenden Abschnitt 15 des Torsionsstabes 13 die Gurtwelle 12 das am rechten Ende des Abschnitts 15 angeordnete Anschlußstück 16b unmittelbar formschlüssig umgreift. Die Schalteinrichtung für die Schaltung der Kraftbegrenzungseinrichtung von dem höheren Kraftniveau zum niedrigen Kraftniveau ist über im einzelnen in der Figur 2 dargestellte Klinken 21 ausgebildet, die die Gurtwelle 12 und das Drehmomentrohr 18 in einer noch zu beschreibenden Weise aneinander koppeln, so daß in der Kopplungsstellung der Klinken 21 der Kraftfluß von der Gurtwelle 12 über das Drehmomentrohr 18 auf den Abschnitt 14 des Torsionsstabes 13 erfolgt, so daß sich der Abschnitt 14 bei entsprechender Belastung der Gurtwelle 12 durch auf das Gurtband 9 ausgeübten Zug verdrillt und die Kraftbegrenzung auf einem hohen Niveau ermöglicht. Werden durch Betätigung der noch zu erläuternden Schalteinrichtung die Klinken 21 außer Eingriff mit dem Drehmomentrohr 18 gebracht, so kann die Gurtwelle 12 gegenüber dem Drehmomentrohr 18 durchdrehen, und es erfolgt nun der Kraftfluß über die
Formschlußverbindung zwischen der Gurtwelle 12 und dem dem Abschnitt 15 des Torsionsstabes 13 zugeordneten Anschlußstück 16b, so daß nunmehr sich der Abschnitt 15 verdrillt und die Kraftbegrenzung auf einem niedrigeren Niveau ermöglicht.
Wie sich aus Figur 2 in Verbindung mit Figur la ergibt, sind die die Kopplung zwischen Gurtwelle 12 und Drehmomentrohr 18 in deren Kopplungsstellung bewirkenden Klinken 21 in einer im Querschnitt der Gurtwelle 12 ausgebildeten Ausnehmung 40 um einen Drehpunkt 22 schwenkbar gelagert, wobei die Gurtwelle 12 auf ihrem äußeren Umfang von einem Wellenring 45 umgriffen wird, der die Ausnehmungen 40 in der Gurtwelle 12 übergreift und dabei mit Abstützungen 24 die Klinken 21 mit deren Eingriffsnase 23 in Eingriff mit Ausnehmungen 51 des Drehmomentrohres 18 hält. Wird der Wellenring 45 in Axialrichtung verschoben, so kommen die Klinken 21 von der Abstützung 24 des Wellenringes 45 frei, so daß die mit Selbstöffnungstendenz gelagerten Klinken 21 nach außen in die Ausnehmung 40 schwenken und dabei die Verbindung zwischen der Gurtwelle 12 und dem Drehmomentrohr 18 aufheben. Die Selbstöffnungstendenz der Klinken 21 wird über eine entsprechende Gestaltung der Ausnehmungen 51 einerseits und der Eingriffsnase 23 andererseits eingestellt. Der Wellenring 45 ist auf der Gurtwelle 12 formschlüssig über in das Profil der Gurtwelle 12 eingreifende Nasen 52 gelagert und dreht sich mit der Gurtwelle 12 jeweils mit.
Die axiale Verschiebung des Wellenringes 45 wird über den in Figur 3 dargestellten Antrieb herbeigeführt, bei welchem in einer das Wellenende übergreifenden Abdeckung 20 des Gurtaufrollers 10 ein Antrieb 26 mit einer pyrotechnischen Ladung 27 angeordnet ist, die einen Kolben 28 zu dessen linearer Bewegung beaufschlagt. Bei seiner linearen Bewegung greift der Kolben 28 auf einen radial von einem Stellring 19 abstehenden Absatz 29 zu, so daß der Stellring
19 bei Betätigung des Kolbens 28 in Drehung versetzt wird. Der Stellring 19 ist am Gehäuse 10 bzw. an der Abdeckung 20, die ihrerseits am Gehäuse 10 befestigt ist, gelagert und dreht während der normalen Funktion der Gurtwelle 12 nicht mit. Bei seiner Stellbewegung kann er jedoch eine begrenzte Drehbewegung ausführen. Der Stellring 19 ist über im einzelnen nicht dargestellte zwischen Stellring 19 und Abdeckung 20 angeordnete schräge Rampen gegen die Abdeckung
20 abgestützt, so daß sich der Stellring 19 aufgrund der eingeleiteten Verdrehung von der Abdeckung 20 abdrückt und so axial verschiebt. Diese axiale Verschiebung des Stellringes 19 wird über die gegenseitige Anlage von Stellring 19 und Wellenring 45 auf den Wellenring 45 übertragen, so daß die Verschiebung des Wellenringes 45 zur Freigabe der Klinken 21 führt, wie beschrieben und in Figur 4 nochmals dargestellt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel liegen Wellenring 45 und Stellring 19 über einander überlappende Ansätze aneinander an, so daß die axiale Verschiebung des Stellringes 19 entsprechend auf den Wellenring 45 übertragbar ist.
Wie sich aus den Figuren 5 bis 7 im einzelnen ergibt, ist nach Ausführungsbeispielen der Erfindung vorgesehen, zwischen dem Drehmomentrohr 18 und der Gurtwelle 12 jeweils ein zusätzliches verformbares Element anzuordnen, so daß während des Schaltvorganges von dem höheren auf das niedrigere Kraftniveau des Torsionsstabes eine zusätzliche Abstufung der Kraftübertragung bzw. ein weicher Übergang gegeben ist; damit ergibt sich bei einem zweistufigen Torsionsstab die Möglichkeit, eine zusätzliche dritte Kraftkennung einzustellen. Wird nämlich durch das Ausschwenken der Klinken 21 die Gurtwelle 12 von dem Drehmomentrohr 18 abgekoppelt, erfolgt im weiteren Ablauf während der Zuschaltung des Abschnitts 15 des Torsionsstabes 13 an die Gurtwelle 12 eine Relativdrehung der Gurtwelle 12 zu dem Drehmomentrohr 18, und in den Beginn dieser Relativdrehung ist ein drittes Energieabsorptionselement über zwischen der Gurtwelle 12 und dem Drehmomentrohr 18 zusätzlich angeordnete verformbare Elemente eingeschaltet, die mit Beginn der Schaltung auf das niedrigere Kraftniveau zunächst eine zusätzliche, parallel zum Abschnitt 15 des Torsionsstabes 13 erfolgende Dämpfung über die vorgesehenen verformbaren Elemente bewirken, bevor im weiteren Verlauf die Kraftbegrenzung nur über den Abschnitt 15 des Torsionsstabes 12 gegeben ist.
Bei dem in Figur 5 dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwischen Gurtwelle 12 und Drehmomentrohr 18 zwei Abscherstege angeordnet, die bei einer Relativdrehung der Welle 12 zum Drehmomentrohr 18 abscheren.
Bei dem in den Figuren 6a bzw. 6b dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei radial angeordnete Biegebalken 31 vorgesehen, die mit ihrem einen Ende in einer Ausnehmung 32 der Gurtwelle 12 liegen und mit ihrem anderen Ende gegen einen Ansatz 33 am Drehmomentrohr 18 liegen, so daß bei einer Relativdrehung zwischen Gurtwelle 12 und Drehmomentrohr 18 die Biegebalken 31 zunächst in einen an der Gurtwelle 12 ausgebildeten Freiraum 34 umgebogen werden, bevor aufgrund der Weiterdrehung der Gurtwelle 12 der Abschnitt 15 des Torsionsstabes wirksam wird.
Bei dem in den Figuren 7a, 7b dargestellten Ausführungsbeispiel ist als verformbares Element ein in eine in der Gurtwelle 12 ausgebildeten Schikane 36 eingelegter Streifen 35 aus einem verformbaren Material vorgesehen, der mit seinem Ende an dem Drehmomentrohr 18 eingehängt ist und somit bei einer Relativdrehung zwischen Gurtwelle 12 und Drehmomentrohr 18 aus der Schikane 36 unter Leistung von Verformungsarbeit herausgezogen wird, bevor die Gurtwelle 12 aufgrund ihrer Abkopplung von dem Drehmomentrohr 18 unter Weiterdrehung auf den Abschnitt 15 des Torsionsstabes 13 zugreifen kann. Für die korrekte Schaltung der Kraftbegrenzung während eines Unfalles und somit für das Zusammenspiel zwischen dem mit einem Kraftbegrenzer ausgerüsteten Gurtaufroller und einem im Fahrzeug angeordneten Airbag ist der Zeitpunkt der Schaltung des Kraftbegrenzers sehr wichtig, weil über den durch den Kraftbegrenzer ermöglichten Gurtbandauslaß eine Vorverlagerung der angeschnallten Person in einem gewissen Umfang gegeben ist, die dem sich aufblasenden Airbag entgegengerichtet ist.
Wie zeichnerisch nicht dargestellt, besteht eine Möglichkeit der sachgerechten Festlegung des Zeitpunktes für den Schaltvorgang, das heißt für die Zündung der pyrotechnischen Ladung 27 darin, diese Zündung über einen festgelegten Zeitpunkt zu triggern, indem in einer entsprechend vorgesehenen Steuereinheit ein Zeitraum voreingestellt ist, nach dessen Verstreichen jeweils die Zündung der pyrotechnischen Ladung 27 erfolgt.
In Figur 8 ist eine alternative Möglichkeit der Steuerung dargestellt, bei welcher der durch die Wirkung der Kraftbegrenzungseinrichtung des Gurtaufrollers herbeigeführte Gurtbandauslaß als Maßstab für die Zündung der pyrotechnischen Einheit 27 herangezogen wird. Hierzu ist an dem Gurtaufroller 10 eine Meßeinrichtung 37, beispielsweise in Form eines Potentiometers vorgesehen, welche die Geschwindigkeit der Wellenumdrehungen oder der Winkelgeschwindigkeit erfaßt. Wenn der so erfaßte Wert einen Schwellwert überschreitet, wird dies als Beginn der Kraftbegrenzung identifiziert, und es wird der weitere Gurtbandauslaß über das Potentiometer erfaßt. Die Winkelgeschwindigkeit der Gurtwelle 12 liegt bei normalem, manuellem Gurtbandauszug beim Anlegen des Gurtes sowie auch beim Ansprechen der Blockierung des Gurtaufrollers wesentlich niedriger als beim Ansprechen der Kraftbegrenzungseinrichtung bzw. der
Energieabsorptionselemente. Die Winkelgeschwindigkeit beim Kraftbegrenzungsvorgang ist in etwa um das zehnfache höher als beim normalen Gurtbandauszug. In einer am Fahrzeug vorgesehenen Steuereinheit 39 ist ein bestimmtes Maß des Gurtbandauszuges als Vorgabe für die Zündung der pyrotechnischen Ladung 27 gespeichert, und wenn in einer weiterhin vorgesehenen Gurtaufroller-Steuereinheit 38 der von dem Potentiometer übermittelte Gurtbandauszugsgeschwindigkeit mit dem von der Steuereinheit 39 des Fahrzeuges vorgegebenen Wert übereinstimmt, löst die Steuereinheit 38 die Zündung der pyrotechnischen Ladung 27 aus. Zu diesem Zeitpunkt erfolgt dann die Umschaltung der Kraftbegrenzungseinrichtung von höheren auf das niedrigere Kraftniveau.
In Figur 9 schließlich ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit zwei parallel zueinander ausgerichteten Energieabsorptionselementen dargestellt. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Gurtwelle 12 in den Gehäuseschenkeln 11 drehbar gelagert. An dem blockierseitigen Ende 17 der Gurtaufwickelwelle 13 ist dieser stirnseitig ein in dem U-Schenkel 11 des Gehäuses umlaufender Profilkopf 50 zugeordnet, wobei an dem Profilkopf 50 ein radial unter der Wirkung einer nur angedeuteten Steuereinrichtung ein auslenkbares Blockiersperrglied 55 gelagert ist, welches aufgrund der Ansteuerung im Falle einer einwirkenden Verzögerung in eine in dem zugeordneten Durchbruch des Gehäuses angeordnete Verzahnung eingesteuert wird.
Der Profilkopf 50 und die Gurtwelle 12 sind durch einen als Kraftbegrenzungseinrichtung wirkenden Torsionsstab 13 miteinander verbunden, indem das eine Ende des Torsionsstabes 13 formschlüssig mit dem Profilkopf 50 verbunden ist und das andere Ende des in der Gurtwelle 12 verlaufenden Torsionsstabes 13 an die Gurtwelle 12 angeschlossen ist. Hierzu erweitert sich die Gurtwelle 12 außerhalb des der Blockierseite 17 gegenüberliegenden Seitenschenkels 11, um die für die Lagerung der Klinken 21 erforderliche Ausnehmung 40 auszubilden. Die an dem äußersten Ende der Gurtwelle 12 gelagerte erste äußere Klinke 21 greift auf einen radial abstehenden Flansch 60 des Torsionsstabes 13 zu, so daß insoweit bei blockierter Klinke 21 die Verbindung der Gurtwelle 12 mit dem Torsionsstab 13 gegeben ist. Die Klinke 21 wird durch einen zugeordneten äußeren Wellenring 45 in Eingriff gehalten, wobei dem ersten Wellenring 45 auch ein erster Stellring 19 zugeordnet ist.
Als zusätzliches Energieabsorptionselement ist eine den Torsionsstab 13 umgreifende und ebenfalls an dem Profilkopf 50 angeschlossene Torsionshülse 61 vorgesehen, die dem Flansch 60 des Torsionsstabes 13 benachbart ebenfalls einen radialen Flansch 62 aufweist, dem eine zweite, an der Gurtwelle 12 gelagerte und in deren Ausnehmung 40 liegende Klinke 21 zugeordnet ist, die von einem zweiten Wellenring 45 in Eingriff gehalten wird, der seinerseits von einem zweiten Stellring 19 steuerbar ist. Mit dieser Anordnung können über die Ansteuerung der beiden Klinken 21 jeweils unterschiedliche Niveaus an Energieabsorption angesteuert werden.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Patentansprüchen, der Zusammenfassung und der Zeichnung offenbarten Merkmale des Gegenstandes dieser Unterlagen können einzeln als auch in beliebigen Kombinationen untereinander für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.

Claims

Gurtaufroller mit schaltbarem Kraftbegrenzer
P a t e n t a n s p r ü c h e
Mit einer Kraftbegrenzung versehener Gurtaufroller (10), wobei der Gurtaufroller (10) als Kraftbegrenzungseinrichtung wenigstens ein einerseits mit der Gurtwelle (12) und andererseits über einen Profilkopf (50) mit der Blockiervorrichtung des Gurtaufrollers (10) verbundenes Energieabsorptionselement (13; 14, 15; 61) aufweist und eine die Energieabsorption einstellende und über einen unabhängigen Antrieb (26) schaltbare Schalteinrichtung (Klinke 21) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die über den unabhängig von der Gurtwelle (12) und/oder der Schalteinrichtung angeordneten Antrieb (26) zu jedem Zeitpunkt schaltbare Schalteinrichtung eine mit Selbstöffnungstendenz gelagerte Klinke (21) aufweist, die mittels eines in Richtung der Wellenachse verschiebbar angeordneten Wellenringes (45) in ihrer Kopplungsstellung gehalten ist und daß der Wellenring (45) mittels einer pyrotechnisch antreibbaren Stellvorrichtung (Stellring 19) axial in eine Lage überführbar ist, in welcher der Wellenring (45) ein Umsteuern der Klinke (21) von deren Kopplungsstellung in deren Freigabestellung ermöglicht.
2. Gurtaufroller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei in Reihe oder parallel zueinander angeordnete Energieabsorptionselemente (13; 14, 15; 61) vorgesehen sind und daß die Schalteinrichtung (Klinken 21) bei angesteuertem Antrieb (26) von einem
Energieabsorptionselement auf das andere Energieabsorptionselement umschaltet .
3. Gurtaufroller nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Torsionsstab (13) als ein Energieabsorptionselement wenigstens zwei in Reihe zueinander angeordnete Abschnitte (14, 15) mit unterschiedlichen Querschnitten zur Einstellung einer unterschiedlichen Energieabsorption aufweist und ein formschlüssig wenigstens einen Abschnitt (14, 15) des Torsionsstabes (13) und die Gurtwelle (12) verbindendes Drehmomentrohr (18) vorgesehen ist.
4. Gurtaufroller nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Torsionshülse (61) in Parallelschaltung zu dem Torsionsstab (13) angeordnet und mittels der sowohl der Torsionshülse (61) als auch der dem Torsionsstab (13) jeweils zugeordneten Schalteinrichtung (Klinken 21) Torsionshülse (61) oder Torsionsstab (13) abschaltbar sind.
5. Gurtaufroller nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenring (45) über Formschlußgestaltungen (Nasen 52) mit der Gurtwelle (12) verbunden ist und sich gemeinsam mit dieser dreht.
Gurtaufroller nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Klinke (21) in einer im Querschnitt der Gurtwelle (12) ausgesparten Ausnehmung (40) schwenkbar gelagert ist und der Wellenring (45) den äußeren Umfang der Gurtwelle (12) umgreifend derart angeordnet ist, daß der Wellenring (45) in seiner die Klinke (21) in deren Kopplungsstellung haltenden Stellung die Ausnehmung (40) übergreift.
Gurtaufroller nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellvorrichtung für die Verschiebung des Wellenringes (45) aus einem am Gurtaufroller (10) unter der Wirkung eines Antriebs (26) über einen begrenzten Drehbereich drehbar angeordneten Stellring (19) besteht, der über wenigstens eine in Axialrichtung der Gurtwelle (12) schräg verlaufende Rampe gegen eine Abdeckung (20) des Gurtaufrollers (12) abgestützt und durch seine Verdrehung axial verschiebbar ist.
Gurtaufroller nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß über den Umfang des Stellringes (19) und der Abdeckung (20) verteilt mehrere Rampen angeordnet sind.
Gurtaufroller nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Antrieb (26) für die Verdrehung des Stellringes (19) ein linear verschiebbarer, pyrotechnisch angetriebener Kolben (28) vorgesehen ist, der tangential einen radial von dem Stellring (19) abstehenden Absatz (29) beaufschlagt.
10. Gurtaufroller nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Gurtwelle (12) und Drehmomentrohr (18) ein verformbares Element (30, 31, 35) angeordnet ist.
11. Gurtaufroller nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das verformbare Element als sich in Umfangsrichtung von Gurtwelle (12) und Drehmomentrohr (18) erstreckender Abscherbalken (30) ausgebildet ist.
12. Gurtaufroller nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das verformbare Element als radial zwischen Gurtwelle (12) und Drehmomentrohr (18) angeordneter Biegebalken (31) ausgebildet ist.
13. Gurtaufroller nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß als verformbares Element ein in einer Schikane (36) der Gurtwelle (12) angeordneter Streifen (35) aus einem verformbaren Material vorgesehen ist, der mit seinem Ende an dem Drehmomentrohr (18) befestigt und bei Drehung des Drehmomentröhres (18) unter Leistung von Verformungsarbeit aus der Schikane (36) ausziehbar ist.
14. Gurtaufroller nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß zur Zündung des Antriebs (26) für die Stelleinrichtung (Stellring 19) eine durch den Fahrzeugsensor aktivierte und einen voreingestellten Zeitraum beinhaltende Zeitschaltung vorgesehen ist.
15. Gurtaufroller nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (37) zur Erfassung der Wellenumdrehungen der Gurtwelle (12) unter Last nach Überschreiten eines voreingestellten Schwellwertes zur Ermittlung des durch die Kraftbegrenzung bewirkten Gurtbandauszuges vorgesehen ist und die Zündung des Antriebs (26) für den Stellring (19) bei Erreichen eines voreingestellten Gurtbandauszuges erfolgt.
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