WO2018215288A1 - Gurtaufroller und verfahren zur steuerung eines gurtaufrollers - Google Patents

Gurtaufroller und verfahren zur steuerung eines gurtaufrollers Download PDF

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belt
belt retractor
force limiter
belt reel
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Michael Sautter
Philipp GÖLTZ
Markus DÄUBER
Marco Braun
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ZF Automotive Germany GmbH
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TRW Automotive GmbH
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    • B60R2022/289—Energy-absorption curves

Definitions

  • the invention relates to a belt retractor according to claim 1 and a method for controlling such a belt retractor according to claim 17.
  • Belt retractors with a switchable force limiter are known.
  • DE 10 2008 063 639 A1 shows such a belt retractor. It serves to provide a seatbelt to a vehicle occupant of a motor vehicle. During normal operation, the vehicle occupant can pull off the seat belt against the action of a winding spring free of belt reel, and the belt reel winds up the seat belt again when the vehicle occupant, for example, unbuckles.
  • the blocking mechanism is activated with which the belt reel can be blocked in the frame.
  • the belt reel If the belt reel is blocked in the frame, no further safety belt can be pulled off the belt reel until a predefined force level in the safety belt is reached; the belt spool does not twist relative to the belt retractor frame, except for a minimum yield due to the inherent elasticity of all the components in the power flow.
  • the force limiter becomes active. It allows the belt spool to twist relative to the frame under the effect of the tension of the seat belt. This will be a certain Amount of safety belt released, which is available as an additional way for the deceleration of the vehicle occupant.
  • the force limiter used in this case is usually a torsion bar which is non-rotatably coupled to the belt reel at one end and to the frame at the other end in a torque-proof manner.
  • Modern belt retractors typically include a second force limiter, which is switched to its force level when the above-described force limiting phase is completed. Even in the second phase of the force limiting a certain amount of safety belt can be deducted from the belt reel. However, the necessary force in the safety belt is below the force during the first force limiting phase, in which the two force limiters are usually active in parallel, so that they added their strength level.
  • the two force limiting phases are usually coordinated so that the first force limiting phase allows forward movement of the upper body of the vehicle occupant to contact with an airbag and the second force limiting phase allows immersion of the upper body of the vehicle occupant in the airbag.
  • the second force limiter is formed by the corrugated disk, which can be clamped between two corrugated surfaces and rotated relative to them, so that they "meander through between the two corrugated surfaces " got to.
  • the object of the invention is to carry out the belt retractor with additional, flexibly selectable force levels.
  • a belt retractor is provided with a frame and a belt reel arranged rotatably in the frame with a first end and an opposite second end.
  • the belt retractor further comprises a arranged on an end face of the belt reel locking mechanism with which the belt reel can be blocked in the frame, an axially extending first force limiter, in particular a torsion bar which is releasably coupled by means of a shut-off with the belt reel, in particular the first end of the belt reel.
  • the belt retractor further comprises a second force limiter, in particular a first corrugated disk, which is non-rotatably coupled to the first force limiter or a hub of the belt retractor, and a third force limiter, in particular a second corrugated disk, which is rotatably coupled by means of a Zuschaltkupplung with the belt reel.
  • the torsion bar in this case forms a first force limiter, the first wave washer a second force limiter and the second wave washer a third force limiter.
  • Each force limiter thereby provides a restraining force which counteracts the excerpt of the corresponding webbing of the belt retractor.
  • the first force limiter can be decoupled via the cut-off clutch, which is preferably arranged at an end of the belt reel opposite the blocking mechanism, whereby it does not provide a retaining force for the entire retaining force.
  • the third force limiter can be coupled, whereby its retention force is switched on and adds to the other retention forces to the total retention force.
  • the second force limiter is permanently coupled and always provides its retention force. Depending on which force limiters are coupled or decoupled, different force levels are provided. Furthermore, different force curves can be provided by coupling or decoupling certain force limiters at fixed times.
  • the second and / or the third force limiter are preferably arranged on one of the two end faces of the belt reel.
  • the second and / or the third force limiter have a greater extent in the radial direction than in an axial direction. Due to the essentially radial Direction Extension, there is the advantage that only a very small footprint in the axial direction for the second and / or the third force limiter is needed. In addition, no further space is thereby claimed in the interior of the belt reel in addition to the space for the first force limiter.
  • the Zustellkupplung also has a greater extent in the radial direction than in the axial direction, which also only a small space is required.
  • the radial extent of the second and / or the third force limiter and / or the Zustellkupplung is less than or equal to a radial extent of the frame of the belt retractor starting from the axis of the belt reel.
  • the Zustellkupplung and the third force limiter and the second force limiter can be integrated into a belt retractor, without significantly increasing the space of the belt retractor.
  • the second force limiter in particular in the form of the first wave washer, can be connected to the second end of the belt reel.
  • “connected” means that the first corrugated disk is in contact with the belt reel such that rotation of the corrugated disk relative to the belt reel leads to friction between the corrugated disk and the belt reel and / or deformation of the corrugated disk and / or
  • This has the advantage that the torsion bar, to which the first corrugated disk is non-rotatably coupled, is connected to both the first and the opposite second end of the belt reel When the torsion bar is coupled to the belt spool, the forces acting on the belt spool are distributed, which can reduce the load on the belt retractor.
  • the third force limiter in particular in the form of the second wave washer, can be arranged at the first end of the belt reel.
  • a wave washer is coupled to the belt reel, which acts as a force limiter.
  • the connection coupling may comprise a pinch roller clutch. Clamping roller clutches are space-saving and have a low susceptibility to errors, whereby the belt retractor can be made very compact and reliable.
  • connection clutch may comprise a positioner which can be adjusted between a starting position in which the pinch roller clutch is opened and a lifting position in which the pinch roller clutch is closed.
  • the second corrugated disk In the closed position of the pinch roller clutch, the second corrugated disk is rotatably coupled to the belt reel, while in the open position, the second corrugated disk is decoupled from the belt reel.
  • the pinch roller clutch may have a cage with a radially outwardly projecting actuating pin.
  • the actuator cooperates with the actuating pin in such a way that the pinch roller clutch is transferred by means of the cage via the actuating pin in the closed position when the actuator is moved from the starting position to the lifting position. In this way, the linear movement of the actuator leads to a rotation of the cage, whereby the pinch roller clutch is closed.
  • the actuator may have a recess into which the actuating pin is immersed in a rotation of the cage when the actuator is in the stroke position, so that cooperation of the actuating pin is excluded with the actuator in the stroke position. As a result, a rotation of the cage is not hindered by the actuator in the lifting position.
  • the recess may in particular be a groove whose cross section corresponds at least to the cross section of the pin.
  • the actuator may for example comprise an L-shaped piston, the recess being formed by the space enclosed by the two legs of the Ls.
  • the shut-off clutch may comprise at least one load-transmitting latch, which is arranged on the belt reel and is held by a support ring in a coupling position, wherein the support ring by means of an actuator of a Supporting position can be moved to a release position.
  • the shutdown can be formed particularly compact.
  • the first force limiter in particular in the form of the torsion bar, can be coupled to the belt spool in an initial state of the belt retractor.
  • the restraining force of the first force limiter in the form of the torsion bar in the initial state adds to the total restraining force.
  • the initial state is in particular the ground state during the journey, which determines the conditions at least at the beginning of a restraint case.
  • the third force limiter in particular in the form of the second wave washer, can not be coupled to the belt spool in an initial state of the belt retractor. This means that the third force limiter in the form of the second corrugated plate in the initial state provides no restraining force.
  • the initial state is in particular the ground state during the journey, which determines the conditions at least at the beginning of a restraint case.
  • the belt retractor can provide a force limit with a force of up to 12 kN.
  • the belt retractor can provide a force limit with a retention force of 10 kN, wherein the torsion bar provides a retention force of 4 kN, the first corrugated sheet a retention force of 2 kN and the second corrugated sheet a retention force of 4 kN.
  • a method for controlling a belt retractor according to the invention in the case of restraint provided with the step to solve the above object: a) the third force limiter, which is preferably designed as a second wave washer is rotatably coupled to the belt reel.
  • the total restraint force in step a) is increased by the restraining force of the third force limiter in the form of the second corrugated disk, so that a higher total restraining force is provided from this point in time.
  • the method may further include the step of: b) the first force limiter, which is preferably designed as a torsion bar, is decoupled from the belt reel.
  • the entire restraining force is reduced by the restraint force of the first force limiter in the form of the torsion bar, so that a lower total restraining force is provided from this point onwards.
  • step b) can be carried out after step a).
  • step a) only the entire retaining force is increased by the retention force of the second wave washer and then lowered by the retention force of the torsion bar. In this way, first, a high total restraining force can be provided with all three force limiters, which is then lowered.
  • Step b) can be carried out before step a).
  • step a) only the entire retention force is reduced to the retention force of the first corrugated sheet and then increased by the retention force of the second wave washer. In this way, first a low total retention force can be provided, which is then increased to the retention force of the two corrugated discs.
  • FIG. 1 shows in an exploded view a belt retractor according to the invention with a first, a second and a third force limiter
  • FIG. 2 is a sectional view of the belt retractor from FIG. 1,
  • FIG. 3 is a side view of the third force limiter of FIG. 1 with a pinch roller clutch and a positioner in an initial position
  • FIG. 4 is a sectional view of the third force limiter of FIG. 3 with the pinch clutch in the open state
  • FIG. 5 is a side view of the third force limiter from FIG. 1 with the pinch roller clutch and the actuator in a stroke position;
  • FIG. 6 shows a perspective view of the third force limiter and the belt reel of the belt retractor from FIG. 1 with the pinch roller clutch in the closed state,
  • FIG. 10 to 13 are each a diagram with the acting Gurtbandkraft over the length of undressed webbing. With reference to Figures 1 and 2, the general structure of the belt retractor is first explained.
  • the belt retractor has as a supporting component a frame 10, in which a belt spool 12 is arranged.
  • a torsion bar 14 which is the core component of a first force limiter.
  • the torsion bar 14 is assigned at a first end 16 of the belt reel 12 and at the opposite second end 17 rotationally fixed in a hub (not shown) added.
  • Attached to the hub is a locking mechanism 18 which is not further explained in detail and serves to block the hub and thus the torsion bar 14, if necessary, in a rotationally fixed manner relative to the frame 10.
  • the first end 16 of the belt reel 12 is in this case formed by the entire section of the belt reel 12, which extends in the axial direction of the frame 10 (in the figure to the left) away.
  • a drive device 20 Rotationally fixed to the hub is also a drive device 20 is connected, which may include a so-called Vorstraffer, such as an electric motor, and a main tensioner, in the illustrated embodiment, a main tensioner with a pyrotechnic charge in a piston 22 as a drive element.
  • Vorstraffer such as an electric motor
  • main tensioner in the illustrated embodiment, a main tensioner with a pyrotechnic charge in a piston 22 as a drive element.
  • the Vorstraffer serves to rotate the belt reel 12, if necessary in the winding direction, so that the webbing is tightened to a certain pre-tension. This process is reversible.
  • the main tensioner serves to drive the belt reel 12, if necessary, in the winding direction so that a significantly higher tensioning force is achieved in the webbing. The main penalty can only be activated once.
  • shut-off clutch 24 At the first end 16 of the belt reel 12, the belt retractor on a shut-off clutch 24, by means of which the torsion bar 14 is releasably coupled to the first end 16 of the belt reel 12.
  • the construction and operation of the shut-off clutch 24 is known from DE 10 2016 106 303 (referred to there as an actuator), to which reference is made at this point and thus fully applies as part of this application. In the following, therefore, the shut-off clutch 24 is only roughly explained.
  • a driving toothing 26 in which engage the tips of a plurality of bars (not shown), which are arranged in corresponding recesses of the belt reel 12.
  • the bars are held by a support ring 28 which is fixed by means of a holder (not shown) on the belt reel 12.
  • the support ring 28 can be moved in the axial direction until it no longer supports the bolt in the axial direction.
  • the shut-off clutch 24 includes a cam ring 29 which is rotatably received in the housing of the shut-off clutch 24.
  • the cam ring 29 has along its outer circumference on a plurality of radially aligned abutment edges, which are intended to cooperate with lifting ramps in the housing are arranged.
  • the cam ring 29 is rotated relative to the lifting ramps, the abutment edges slide along the lifting ramps, so that the cam ring 29 is adjusted in the axial direction.
  • a so-called micro gas generator is provided, which may be, for example, an igniter for a "large” inflator, as used to deploy a driver or passenger air bag, but any inflator may be used
  • the microgas generator is ignited, the lifting ring 29 makes an axial stroke due to the lifting ramps, axially away from the frame 10 in the axial direction 28 so far in the axial direction that the effect of retaining arms 31 is overcome and the support ring 28, viewed in the axial direction, is outside of the bolt.In this state of the support ring 28, the bolts can escape in the radial direction to the outside when between the belt spool 12 and the torsion bar 14 torque is transmitted, sod Ass the torsion bar 14 is decoupled from the first end 16 of the belt reel. This means that the torsion bar 14 can no longer be plastically twisted and thus no restraining force is provided by the first force limiter.
  • a first corrugated plate 30 is arranged, which is a central component of a second force limiter.
  • the first corrugated plate 30 is rotatably coupled to the torsion bar 14 at its hub associated end and is elastically clamped between an end face 32 of the belt reel 12 and a lid 34 in the axial direction.
  • the first corrugated washer 30 can be rotated between the belt spool 12 and the cover 34 when the acting torque is greater than a holding torque of the first corrugated plate 30 composed of a friction component and a resistance of the first corrugated plate 30 against deformation.
  • Force limiters with corrugated discs are well known. For more information regarding the structure is again on the DE 10 2016 106 303, to which reference is made in its entirety.
  • the force path runs from the belt reel 12 to the first corrugated disk 30 and from the first corrugated disk 30 into the torsion bar 14.
  • a second corrugated plate 36 is arranged, which is a central component of a second force limiter. Between the frame 10 and the shut-off clutch 24 a Zuschaltkupplung 38 is provided by means of which the second wave washer 36 can be rotatably coupled to the belt reel 12.
  • connection coupling 38 comprises a pinch roller coupling 40 with a blocking disk 42, a cage 44 and a plurality of pinch rollers 46, and a positioner 48 with a drive 50.
  • the drive 50 may include a micro gas generator or a pyrotechnic charge.
  • the blocking disk 42 has dovetail-shaped coupling elements 52 on its outer circumference, which engage in a form-fitting manner with corresponding dovetail-shaped coupling elements 54 on the inner circumference of the second corrugated disk 36. In this way, the second corrugated disk 36 is non-rotatably coupled to the blocking disk 42.
  • the annular blocking disk 42 has a passage opening 56, through which the belt spool 12 extends in the axial direction, as well as a plurality of recesses 58, each with a ramp-shaped taper 60 in a direction of rotation R.
  • the cage 44 has a plurality of adjusting pins 62, each extending in the axial direction in a recess 58, wherein between the tapers 60 and the adjusting pin in each case a pinch roller 46 is arranged in a recess 58.
  • the pinch roller clutch 40 has three pinch rollers 46, setting pins 62 and recesses 58 respectively. In an alternative embodiment, the pinch clutch 40 may have a different number of these elements.
  • the cage 44 and the pinch rollers 46 are stored with play, ie loose, in the blocking disk 42.
  • the cage 44 has a radially outwardly projecting actuating pin 64 (see also Figures 7 to 9), which bears against an axial end 66 of the actuator 48 in the starting position counter to the rotation direction R.
  • the actuator 48 is moved by means of the drive 50 from the starting position (see FIG. 3) into a lifting position (see FIG. 5).
  • the actuator 48 is extended in the axial direction and takes with its axial end 66 with the actuating pin 64, whereby the cage 44 is rotated in the direction of rotation R.
  • This rotation of the cage 44 causes the setting pins 62 to urge the pinch rollers 46 into the tapers 60 (see FIG. 6) and finally to pinch the pinch rollers 46 with the belt spool 12, whereby the second corrugated disk 36 is non-rotatably coupled to the belt spool 12.
  • the actuator 48 is cylindrical and has a recess 68 in the form of a groove (see Figures 7 to 9).
  • the recess 68 is provided on the side facing the cage 44 and designed such that in the stroke position no contact between the actuating pin 64 and the actuator 48 is possible. As can be seen in Figures 7 to 9, the actuating pin 64 is blocked in any position by the actuator 48, so that the pinch roller clutch 40 can rotate freely.
  • a braking device which consists of one or more brake elements 70 (see FIG 2) is formed.
  • the brake elements 70 are in the axial direction at least partially to the second wave washer 36 and hinder rotation the second corrugated plate 36 by a holding torque composed of a friction component and a resistance of the second corrugated plate 36 against deformation.
  • the second corrugated plate 36 is therefore rotated only when the acting torque is greater than the holding torque.
  • the brake elements 70 are provided in the connection coupling 38 in this embodiment. Alternatively or additionally, the brake elements 70 may be attached to the frame 12, for example.
  • the belt retractor thus has three force limiters:
  • the second force limiter which comprises the first corrugated washer 30 and which permanently provides a second retention force F 2 , and
  • the third force limiter which comprises the second corrugated plate 36 and which always provides a third retention force F 3 when the connection coupling 38 is closed.
  • the restraint forces Fi, F 2 , F 3 add up to a total retention force acting at a certain time.
  • the retention force Fi of the torsion bar is about 4 kN
  • the retention force F 2 of the first corrugated plate is about 2 kN
  • the retention force F 3 of the second corrugated plate is about 4 kN. In this way, the belt retractor can provide a maximum total retention force of 10 kN.
  • the force limiters may provide other than the above retention forces Fi, F 2 , F 3 . This allows the belt retractor to provide a maximum total retention force of up to 12 kN.
  • shut-off clutch 24 By means of the shut-off clutch 24 and the connection coupling 38, various total restraining forces can be provided at different times.
  • Four force curves as an example of the many possible force courses are explained below with reference to FIGS. 10 to 13.
  • both the first force limiter and the second force limiter are always active, while the third force limiter is inactive.
  • the third force limiter is switched on at a belt withdrawal of si, so that from this time all force limiters act in parallel and provide a total retention force corresponding to the sum of the restraint forces Fi, F 2 , F 3 of 10 kN.
  • the first force limiter is decoupled right at the beginning, so that only the second force limiter is active which provides a retention force F 2 of 2 kN.
  • the third force limiter is switched on, so that from this point on the second and third force limiters act in parallel and provide a total retention force of 6 kN.
  • the third force limiter is switched on in a webbing withdrawal of si, so that from this point all force limiters act in parallel and provide the maximum retention force of 10 kN.
  • the first force limiter is decoupled, so that from this point on only the second and third force limiters act in parallel, which provide a total retention force of 6 kN.
  • the maximum total restraining force can be provided directly from the beginning, which is then lowered to an average value.
  • the force curve shown in Figure 13 corresponds to the switching method of Figure 12, however, the third force limiter is switched on with a small delay. In this way, an average retention force of 6 kN is first provided. Then raised to the total retention force to the maximum total retention force of 10 kN and finally lowered to a low retention force of 6 kN.
  • the belt retractor according to the invention despite three different force limiter a compact design and can provide a variety of different force profiles that can be tailored to the individual vehicle occupants.

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Abstract

Ein Gurtaufroller umfasst einen Rahmen (10), eine drehbar im Rahmen (10) angeordnete Gurtspule (12) mit einem ersten Ende (16) und einem entgegengesetzten zweiten Ende (17) sowie einen an einer Stirnseite der Gurtspule (12) angeordneten Blockiermechanismus (18), mit dem die Gurtspule (12) im Rahmen (10) blockiert werden kann. Der Gurtaufroller umfasst ferner einen sich axial erstreckenden ersten Kraftbegrenzer, der mittels einer Abschaltkupplung (24) lösbar mit der Gurtspule (12) gekoppelt ist, einen zweiten Kraftbegrenzer, der drehfest mit dem ersten Kraftbegrenzer oder einer Nabe gekoppelt ist, und einen dritten Kraftbegrenzer, der mittels einer Zuschaltkupplung (38) drehfest mit der Gurtspule (12) koppelbar ist. Des Weiteren ist ein Verfahren zu Steuerung eines solchen Gurtaufrollers vorgesehen.

Description

Gurtaufroller und Verfahren zur Steuerung eines Gurtaufrollers
Die Erfindung betrifft einen Gurtaufroller nach dem Anspruch 1 sowie ein Verfahren zur Steuerung eines solchen Gurtaufrollers nach dem Anspruch 17.
Gurtaufroller mit einem schaltbaren Kraftbegrenzer sind bekannt. Beispielsweise zeigt die DE 10 2008 063 639 A1 einen solchen Gurtaufroller. Er dient dazu, einem Fahrzeuginsassen eines Kraftfahrzeugs einen Sicherheitsgurt bereitzustellen. Im Normalbetrieb kann der Fahrzeuginsasse den Sicherheitsgurt entgegen der Wirkung einer Aufwickelfeder frei von Gurtspule abziehen, und die Gurtspule wickelt den Sicherheitsgurt wieder auf, wenn der Fahrzeuginsasse sich beispielsweise abschnallt. In Abhängigkeit von äußeren Parametern, beispielsweise der Verzögerung des Fahrzeugs oder der Drehbeschleunigung der Gurtspule beim Gurtbandabzug, wird der Blockiermechanismus aktiviert, mit dem die Gurtspule im Rahmen blockiert werden kann.
Wenn die Gurtspule im Rahmen blockiert ist, kann bis zum Erreichen eines vordefinierten Kraftniveaus im Sicherheitsgurt kein weiterer Sicherheitsgurt von der Gurtspule abgezogen werden; die Gurtspule verdreht sich relativ zum Rahmen des Gurtaufrollers nicht, wenn man von einem minimalen Nachgeben absieht, das auf die Eigenelastizität aller sich im Kraftfluss befindenden Bauteile zurückzuführen ist. Wenn das vorbestimmte Kraftniveau erreicht ist, wird der Kraftbegrenzer aktiv. Er ermöglicht es, dass sich die Gurtspule unter der Wirkung der Zugkraft des Sicherheitsgurtes relativ zum Rahmen verdreht. Hierdurch wird eine gewisse Menge an Sicherheitsgurt freigegeben, der als zusätzlicher Weg für die Verzögerung des Fahrzeuginsassen zur Verfügung steht.
Bei dem hierbei verwendeten Kraftbegrenzer handelt es sich üblicherweise um einen Torsionsstab, der an einem Ende drehfest mit der Gurtspule und am anderen Ende drehfest mit dem Rahmen gekoppelt ist.
Moderne Gurtaufroller enthalten üblicherweise einen zweiten Kraftbegrenzer, auf dessen Kraftniveau umgeschaltet wird, wenn die vorstehend beschriebene Kraftbegrenzungsphase abgeschlossen ist. Auch in der zweiten Phase der Kraftbegrenzung kann eine bestimmte Menge an Sicherheitsgurt von der Gurtspule abgezogen werden. Die hierfür nötige Kraft im Sicherheitsgurt liegt allerdings unterhalb der Kraft während der ersten Kraftbegrenzungsphase, in der die beiden Kraftbegrenzer üblicherweise parallel aktiv sind, so dass sie ihr Kraftniveau addiert.
Die beiden Kraftbegrenzungsphasen sind üblicherweise so aufeinander abgestimmt, dass die erste Kraftbegrenzungsphase eine Vorwärtsbewegung des Oberkörpers des Fahrzeuginsassen bis zu einem Kontakt mit einem Airbag ermöglicht und die zweite Kraftbegrenzungsphase ein Eintauchen des Oberkörpers des Fahrzeuginsassen in den Airbag ermöglicht.
Bei dem Gurtaufroller, der aus der eingangs genannten Art DE 10 2008 063 639 A1 bekannt ist, ist der zweite Kraftbegrenzer durch die Wellscheibe gebildet, die zwischen zwei Wellflächen eingespannt und relativ zu diesen verdreht werden kann, sodass sie sich zwischen den beiden Wellflächen „hindurchschlängeln" muss.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, den Gurtaufroller mit zusätzlichen, flexibel anwählbaren Kraftniveaus auszuführen.
Zur Lösung der Aufgabe führen die Merkmale nach dem Anspruch 1 bzw. dem Anspruch 17. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Zur Lösung der Aufgabe ist ein Gurtaufroller mit einem Rahmen sowie einer drehbar im Rahmen angeordneten Gurtspule mit einem ersten Ende und einem entgegengesetzten zweiten Ende vorgesehen. Der Gurtaufroller umfasst ferner einen an einer Stirnseite der Gurtspule angeordneten Blockiermechanismus, mit dem die Gurtspule im Rahmen blockiert werden kann, einen sich axial erstreckenden ersten Kraftbegrenzer, insbesondere einen Torsionsstab, der mittels einer Abschaltkupplung lösbar mit der Gurtspule, insbesondere dem ersten Ende der Gurtspule gekoppelt ist. Der Gurtaufroller umfasst ferner einen zweiten Kraftbegrenzer, insbesondere eine erste Wellscheibe, der drehfest mit dem ersten Kraftbegrenzer oder einer Nabe des Gurtaufrollers gekoppelt ist, und einen dritten Kraftbegrenzer, insbesondere eine zweite Wellscheibe, der mittels einer Zuschaltkupplung drehfest mit der Gurtspule koppelbar ist. Der Torsionsstab bildet hierbei einen ersten Kraftbegrenzer, die erste Wellscheibe einen zweiten Kraftbegrenzer und die zweite Wellscheibe einen dritten Kraftbegrenzer. Jeder Kraftbegrenzer stellt dabei eine Rückhaltekraft bereit, die dem Auszug des entsprechenden Gurtbandes des Gurtaufrollers entgegenwirkt. Über die Abschaltkupplung, die vorzugsweise an einem zu dem Blockiermechanismus gegenüberliegenden Ende der Gurtspule angeordnet ist, kann der erste Kraftbegrenzer entkoppelt werden, wodurch er keine Rückhaltekraft zur gesamten Rückhaltekraft bereitstellt. Mittels der Zuschaltkupplung kann der dritte Kraftbegrenzer gekoppelt werden, wodurch seine Rückhaltekraft zugeschaltet ist und sich mit den anderen Rückhaltekräften zur gesamten Rückhaltekraft addiert. Der zweite Kraftbegrenzer ist permanent gekoppelt und stellt immer seine Rückhaltekraft bereit. Je nachdem welche Kraftbegrenzer gekoppelt bzw. entkoppelt sind, werden unterschiedliche Kraftniveaus bereitgestellt. Ferner können verschieden Kraftverläufe bereitgestellt werden, indem bestimmte Kraftbegrenzer zu festgelegten Zeitpunkten gekoppelt oder entkoppelt werden. Auf diese Weise können für unterschiedliche Bedingungen, wie Körpergewicht des Fahrzeuginsassen oder Crashintensität, spezielle Kraftniveaus mit eigenen Kraftverläufen vorgesehen sein, um eine abgestimmte Rückhaltekraft bereitzustellen. Durch den Einsatz von drei Kraftbegrenzern kann zudem eine besonders große gesamte Rückhaltekraft bereitgestellt werden, wenn alle drei Kraftbegrenzer gekoppelt sind und sich ihre jeweiligen Rückhaltekräfte addieren.
Der zweite und/oder der dritte Kraftbegrenzer sind vorzugsweise an einer der beiden Stirnseiten der Gurtspule angeordnet. Vorzugsweise weisen der zweite und/oder der dritte Kraftbegrenzer eine größere Ausdehnung in radialer Richtung als in einer axialen Richtung auf. Aufgrund der im Wesentlichen in radialer Richtung Erstreckung, ergibt sich der Vorteil, dass nur ein sehr geringer Platzbedarf in axialer Richtung für den zweiten und/oder den dritten Kraftbegrenzer benötigt wird. Zudem wird dadurch im Inneren der Gurtspule neben dem Bauraum für den ersten Kraftbegrenzer kein weiterer Bauraum beansprucht. Vorzugsweise weist auch die Zustellkupplung eine größere Ausdehnung in radialer Richtung als in der axialen Richtung auf, wodurch ebenfalls nur ein geringer Bauraum benötigt wird. Vorzugsweise ist die radiale Ausdehnung des zweiten und/oder des dritten Kraftbegrenzers und/oder der Zustellkupplung kleiner oder gleich einer radialen Ausdehnung des Rahmens des Gurtaufrollers ausgehend von der Achse der Gurtspule. Somit können die Zustellkupplung und der dritte Kraftbegrenzer sowie der zweite Kraftbegrenzer in einen Gurtaufroller integriert werden, ohne den Bauraum des Gurtaufrollers wesentlich zu erhöhen.
Der zweite Kraftbegrenzer, insbesondere in Form der ersten Wellscheibe, kann mit dem zweiten Ende der Gurtspule verbunden sein. Unter„verbunden" wird in diesem Zusammenhang verstanden, dass die erste Wellscheibe derart mit der Gurtspule in Kontakt steht, dass ein Verdrehen der Wellscheibe relativ zur Gurtspule zu Reibung zwischen der Wellscheibe und der Gurtspule führt und/oder zu einer Verformung der Wellscheibe und/oder der Gurtspule führt, sodass in bekannter Weise ein Kraftbegrenzer gebildet ist, der eine Rückhaltekraft bereitstellt. Dies hat den Vorteil, dass der Torsionsstab, an dem die erste Wellscheibe drehfest gekoppelt ist, sowohl mit dem ersten als auch dem entgegengesetzten zweiten Ende der Gurtspule verbunden ist, wenn der Torsionsstab mit der Gurtspule gekoppelt ist. Somit verteilen sich die Kräfte, die auf die Gurtspule wirken, wodurch die Belastung des Gurtaufrollers reduziert werden kann.
Der dritte Kraftbegrenzer, insbesondere in Form der zweite Wellscheibe kann am ersten Ende der Gurtspule angeordnet sein. Hierdurch ist bei geschlossener Zuschaltkupplung sowohl am ersten als am entgegengesetzten zweiten Ende der Gurtspule jeweils eine Wellscheibe mit der Gurtspule gekoppelt, die als Kraftbegrenzer wirkt. Auf diese Weise ist eine vorteilhafte Kräfteverteilung im Rückhaltefall vorgesehen, die zu einer geringeren Belastung der Gurtspule bzw. des Gurtaufrollers führen kann. Die Zuschaltkupplung kann eine Klemmrollenkupplung umfassen. Klemmrollenkupplungen sind raumsparend und weisen eine geringe Fehleranfälligkeit auf, wodurch der Gurtaufroller besonders kompakt und zuverlässig gestaltet sein kann. Die Zuschaltkupplung kann einen Steller umfassen, der zwischen einer Ausgangsstellung, in der die Klemmrollenkupplung geöffnet ist, und einer Hubstellung verstellt werden kann, in der die Klemmrollenkupplung geschlossen ist. In der geschlossenen Stellung der Klemmrollenkupplung ist die zweite Wellscheibe mit der Gurtspule drehfest gekoppelt, während in der offenen Stellung die zweite Wellscheibe von der Gurtspule entkoppelt ist. Mittels des Stellers ist somit der dritte Kraftbegrenzer in Form der zweiten Wellscheibe über die Klemmrollenkupplung zuschaltbar, wodurch bei Bedarf die gesamte Rückhaltekraft erhöht werden kann.
Die Klemmrollenkupplung kann einen Käfig mit einem radial nach außen abstehenden Betätigungszapfen aufweisen. Der Steller wirkt dabei mit dem Betätigungszapfen derart zusammen, dass die Klemmrollenkupplung mittels des Käfigs über den Betätigungszapfen in die geschlossene Stellung überführt wird, wenn der Steller von der Ausgangsstellung in die Hubstellung verstellt wird. Auf diese Weise führt die lineare Bewegung des Stellers zu einer Rotation des Käfigs, wodurch die Klemmrollenkupplung geschlossen wird.
Der Steller kann eine Ausnehmung aufweisen, in die der Betätigungszapfen bei einer Rotation des Käfigs eintaucht, wenn der Steller in der Hubstellung ist, sodass ein Zusammenwirken des Betätigungszapfens mit dem Steller in der Hubstellung ausgeschlossen ist. Hierdurch wird eine Rotation des Käfigs nicht durch den Steller in Hubstellung behindert. Die Ausnehmung kann insbesondere eine Nut sein, deren Querschnitt mindestens dem Querschnitt des Zapfens entspricht. Alternativ kann der Steller beispielsweise einen L-förmigen Kolben umfassen, wobei die Ausnehmung durch den Raum gebildet ist, den die beiden Schenkel des Ls einschließen. Die Abschaltkupplung kann mindestens einen lastübertragenden Riegel umfassen, der an der Gurtspule angeordnet ist und von einem Stützring in einer Koppelposition gehalten wird, wobei der Stützring mittels eines Aktors aus einer Stützposition in eine Freigabeposition bewegt werden kann. Durch diese Gestaltung kann die Abschaltkupplung besonders kompakt gebildet sein.
Der erste Kraftbegrenzer, insbesondere in Form des Torsionsstabs, kann in einem Ausgangszustand des Gurtaufrollers mit der Gurtspule gekoppelt sein. Somit addiert sich die Rückhaltekraft des ersten Kraftbegrenzers in Form des Torsionstabs im Ausgangszustand zur gesamten Rückhaltekraft. Der Ausgangszustand ist insbesondere der Grundzustand während der Fahrt, der die Bedingungen zumindest zu Beginn eines Rückhaltefalls bestimmt.
Der dritte Kraftbegrenzer, insbesondere in Form der zweiten Wellscheibe, kann in einem Ausgangszustand des Gurtaufrollers nicht mit der Gurtspule gekoppelt sein. Das bedeutet, dass der dritte Kraftbegrenzer in Form der zweiten Wellscheibe im Ausgangszustand keine Rückhaltekraft bereitstellt. Der Ausgangszustand ist insbesondere der Grundzustand während der Fahrt, der die Bedingungen zumindest zu Beginn eines Rückhaltefalls bestimmt. Der Gurtaufroller kann eine Kraftbegrenzung mit einer Kraft von bis zu 12 kN bereitstellen. Gemäß einer Ausführungsform kann der Gurtaufroller eine Kraftbegrenzung mit einer Rückhaltekraft von 10 kN bereitstellen, wobei der Torsionsstab eine Rückhaltekraft von 4 kN, die erste Wellscheibe eine Rückhaltekraft von 2 kN und die zweite Wellscheibe eine Rückhaltekraft von 4 kN bereitstellen.
Erfindungsgemäß ist zur Lösung der oben genannten Aufgabe auch ein Verfahren zur Steuerung eines erfindungsgemäßen Gurtaufrollers im Rückhaltefall, mit dem Schritt vorgesehen: a) der dritte Kraftbegrenzer, der vorzugsweise als zweite Wellscheibe ausgebildet ist, wird mit der Gurtspule drehfest gekoppelt.
Auf diese Weise wird die gesamte Rückhaltekraft in Schritt a) um die Rückhaltekraft des dritten Kraftbegrenzers in Form der zweiten Wellscheibe erhöht, sodass ab diesem Zeitpunkt eine höhere gesamte Rückhaltekraft bereitgestellt wird. Das Verfahren kann ferner den Schritt umfassen: b) der erste Kraftbegrenzer,d er vorzugsweise als Torsionsstab ausgebildet ist, wird von der Gurtspule entkoppelt.
Hierbei wird die gesamte Rückhaltekraft um die Rückhaltekraft des ersten Kraftbegrenzers in Form des Torsionsstabs reduziert, sodass ab diesem Zeitpunkt eine geringere gesamte Rückhaltekraft bereitgestellt wird.
Der Schritt b) kann nach Schritt a) durchgeführt werden. Hierdurch wird erst die gesamte Rückhaltekraft um die Rückhaltekraft der zweiten Wellscheibe erhöht und anschließend um die Rückhaltekraft des Torsionsstabs abgesenkt. Auf diese Weise kann zuerst eine hohe gesamte Rückhaltekraft mit allen drei Kraftbegrenzern bereitgestellt werden, die dann abgesenkt wird.
Der Schritt b) kann vor Schritt a) durchgeführt werden. Hierdurch wird erst die gesamte Rückhaltekraft auf die Rückhaltekraft der ersten Wellscheibe reduziert und anschließend um die Rückhaltekraft der zweiten Wellscheibe erhöht. Auf diese Weise kann zuerst eine niedrige gesamte Rückhaltekraft bereitgestellt werden, die dann auf die Rückhaltekraft der beiden Wellscheiben erhöht wird.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen. In diesen zeigen:
- Figur 1 in einer Explosionsdarstellung einen erfindungsgemäßen Gurtaufroller mit einem ersten, einem zweiten und einem dritten Kraftbegrenzer,
- Figur 2 in einer Schnittdarstellung den Gurtaufroller aus Figur 1 ,
- Figur 3 in einer Seitenansicht den dritten Kraftbegrenzer aus Figur 1 mit einer Klemmrollenkupplung und einem Steller in einer Ausgangsstellung, - Figur 4 in einer Schnittansicht den dritten Kraftbegrenzer aus Figur 3 mit der Klemmrollenkupplung in offenem Zustand,
- Figur 5 in einer Seitenansicht den dritten Kraftbegrenzer aus Figur 1 mit der Klemmrollenkupplung und dem Steller in einer Hubstellung, - Figur 6 in einer perspektivische Ansicht den dritten Kraftbegrenzer und die Gurtspule des Gurtaufrollers aus Figur 1 mit der Klemmrollenkupplung in geschlossenem Zustand,
- Figuren 7 bis 9 jeweils in einer perspektivische Ansicht den dritten Kraftbegrenzer aus Figur 5 mit dem Steller in einer Hubstellung und einem Käfig der Klemmrollenkupplung in verschiedenen Positionen, und
- Figuren 10 bis 13 jeweils ein Diagramm mit der wirkenden Gurtbandkraft über der Länge von ausgezogenem Gurtband. Anhand der Figuren 1 und 2 wird zunächst der allgemeine Aufbau des Gurtaufrollers erläutert.
Der Gurtaufroller weist als tragendes Bauteil einen Rahmen 10 auf, in dem eine Gurtspule 12 angeordnet ist.
Durch den Gurtaufroller hindurch erstreckt sich ein Torsionsstab 14, der das Kernbauteil eines ersten Kraftbegrenzers ist. Der Torsionsstab 14 ist an einem ersten Ende 16 der Gurtspule 12 zugeordnet und am entgegengesetzten zweiten Ende 17 drehfest in einer Nabe (nicht dargestellt) aufgenommen. An der Nabe ist ein hier nicht weiter im Detail erläuterter Blockiermechanismus 18 angebracht, der dazu dient, die Nabe und damit den Torsionsstab 14 im Bedarfsfall drehfest relativ zum Rahmen 10 zu blockieren.
Das erste Ende 16 der Gurtspule 12 wird hierbei durch den gesamten Abschnitt der Gurtspule 12 gebildet, der sich in axialer Richtung vom Rahmen 10 (in der Figur nach links) weg erstreckt.
Drehfest mit der Nabe ist auch eine Antriebseinrichtung 20 verbunden, die einen sogenannten Vorstraffer, beispielsweise ein Elektromotor, und einen Hauptstraffer umfassen kann, im dargestellten Ausführungsbeispiel einen Hauptstraffer mit einer pyrotechnischen Ladung in einem Kolben 22 als Antriebselement.
Die Wirkungen des Vorstraffers und des Hauptstraffers sind allgemein bekannt und werden daher hier nur sehr grob erläutert. Der Vorstraffer dient dazu, die Gurtspule 12 bei Bedarf in der Aufwickelrichtung zu drehen, sodass das Gurtband bis zu einer gewissen Vorstraffkraft straffgezogen wird. Dieser Vorgang ist reversibel. Der Hauptstraffer dient dazu, die Gurtspule 12 bei Bedarf in der Aufwickelrichtung so anzutreiben, dass im Gurtband eine deutlich höhere Straffkraft erzielt wird. Der Hauptstraffer kann lediglich ein einziges Mal aktiviert werden.
Am ersten Ende 16 der Gurtspule 12 weist der Gurtaufroller eine Abschaltkupplung 24 auf, mittels der der Torsionsstab 14 lösbar mit dem ersten Ende 16 der Gurtspule 12 gekoppelt ist. Der Aufbau und die Funktionsweise der Abschaltkupplung 24 ist aus der DE 10 2016 106 303 bekannt (dort als Stellantrieb bezeichnet), auf die an dieser Stelle Bezug genommen wird und die damit in vollem Umfang als Teil dieser Anmeldung gilt. Im Folgenden wird daher die Abschaltkupplung 24 nur grob erläutert.
An seinem dem ersten Ende 16 der Gurtspule 12 zugeordneten Ende ist der Torsionsstab 14 mit einer Mitnahmeverzahnung 26 versehen, in die die Spitzen von mehreren Riegeln (nicht dargestellt) eingreifen, die in entsprechenden Ausnehmungen der Gurtspule 12 angeordnet sind. Dort werden die Riegel von einem Stützring 28 gehalten, der mittels eines Halters (nicht dargestellt) an der Gurtspule 12 fixiert ist.
Wenn auf die Gurtspule 12 ein Drehmoment ausgeübt wird, beispielsweise durch einen Zug am Sicherheitsgurt, wird dieses Drehmoment über die Ränder der Ausnehmungen und die Riegel auf den Torsionsstab 14 und von diesem in die Nabe übertragen. Unter der Annahme, dass die Nabe relativ zum Rahmen 10 drehfest blockiert ist, kann sich auch die Gurtspule 12 nicht relativ zum Rahmen 10 drehen, jedenfalls solange das wirkende Drehmoment unterhalb des Drehmomentes liegt, bei dem der Torsionsstab 14 plastisch tordiert wird.
Um die Kopplung zwischen der Gurtspule 12 und dem Torsionsstab 14 aufzuheben, kann der Stützring 28 in axialer Richtung verschoben werden, bis er die Riegel nicht mehr in axialer Richtung abstützt.
Hierzu enthält die Abschaltkupplung 24 einen Hubring 29, der drehbar in dem Gehäuse der Abschaltkupplung 24 aufgenommen ist. Der Hubring 29 weist entlang seinem Außenumfang mehrere radial ausgerichtete Anlagekanten auf, die dafür vorgesehen sind, mit Hubrampen zusammenzuwirken, die im Gehäuse angeordnet sind. Wenn der Hubring 29 relativ zu den Hubrampen verdreht wird, gleiten die Anlagekanten entlang den Hubrampen, sodass der Hubring 29 in axialer Richtung verstellt wird.
Zur Verstellung des Hubrings 29 ist ein sogenannter Mikrogasgenerator vorgesehen, bei dem es sich beispielsweise um einen Zünder für einen„großen" Gasgenerator handeln kann, wie er zum Entfalten eines Fahrer- oder Beifahrer- Airbags verwendet wird. Grundsätzlich kann aber auch jeder beliebige Gasgenerator verwendet werden, der innerhalb der gewünschten Zeitspanne die gewünschte Menge an Druckgas erzeugt. Wenn der Mikrogasgenerator gezündet wird, führt der Hubring 29 aufgrund der Hubrampen einen axialen Hub aus, und zwar in axialer Richtung nach außen vom Rahmen 10 weg. Bei diesem Hub wird der Stützring 28 so weit in axialer Richtung verstellt, dass die Wirkung von Haltearmen 31 überwunden wird und sich der Stützring 28, in axialer Richtung betrachtet, außerhalb der Riegel befindet. In diesem Zustand des Stützrings 28 können die Riegel in radialer Richtung nach außen ausweichen, wenn zwischen der Gurtspule 12 und dem Torsionsstab 14 ein Drehmoment übertragen wird, sodass der Torsionsstab 14 vom ersten Ende 16 der Gurtspule entkoppelt ist. Das bedeutet, dass der Torsionsstab 14 nicht mehr plastisch tordiert werden kann und damit keine Rückhaltekraft durch den ersten Kraftbegrenzer bereitgestellt wird.
Am zweiten Ende 17 der Gurtspule 12 ist eine erste Wellscheibe 30 angeordnet, die ein zentrales Bauteil eines zweiten Kraftbegrenzers ist. Die erste Wellscheibe 30 ist drehfest mit dem Torsionsstab 14 an dessen der Nabe zugeordnetem Ende gekoppelt und ist zwischen einer Stirnseite 32 der Gurtspule 12 und einem Deckel 34 in axialer Richtung elastisch eingespannt.
Die erste Wellscheibe 30 kann zwischen der Gurtspule 12 und dem Deckel 34 verdreht werden, wenn das wirkende Drehmoment größer als ein Haltedrehmoment der erste Wellscheibe 30 ist, das sich zusammensetzt aus einer Reibungskomponente und einem Widerstand der ersten Wellscheibe 30 gegen Verformung. Kraftbegrenzer mit Wellscheiben sind hinlänglich bekannt. Für weitere Informationen bezüglich des Aufbaus wird wieder auf die DE 10 2016 106 303 verwiesen, auf die an dieser Stelle in vollem Umfang Bezug genommen wird.
Bezogen auf den zweiten Kraftbegrenzer verläuft der Kraftweg von der Gurtspule 12 zur ersten Wellscheibe 30 und von der ersten Wellscheibe 30 in den Torsionsstab 14.
Am ersten Ende 16 der Gurtspule 12 ist eine zweite Wellscheibe 36 angeordnet, die ein zentrales Bauteil eines zweiten Kraftbegrenzers ist. Zwischen dem Rahmen 10 und der Abschaltkupplung 24 ist eine Zuschaltkupplung 38 vorgesehen, mittels der die zweite Wellscheibe 36 drehfest mit der Gurtspule 12 gekoppelt werden kann.
Die Zuschaltkupplung 38 umfasst eine Klemmrollenkupplung 40 mit einer Blockierscheibe 42, einem Käfig 44 und mehreren Klemmrollen 46, sowie einen Steller 48 mit einem Antrieb 50.
Der Antrieb 50 kann ein Mikrogasgenerator oder eine pyrotechnische Ladung aufweisen.
Der Aufbau der Zuschaltkupplung 38 wird im Folgenden anhand der Figuren 3 und 4 beschrieben, die die Zuschaltkupplung 38 in einer Ausgangsstellung und die Klemmrollenkupplung 40 in offener Stellung zeigen.
Die Blockierscheibe 42 hat an ihrem Außenumfang schwalbenschwanzförmige Koppelelemente 52, die mit entsprechenden schwalbenschwanzförmigen Koppelelementen 54 am Innenumfang der zweiten Wellscheibe 36 formschlüssig in Eingriff stehen. Auf diese Weise ist die zweite Wellscheibe 36 drehfest mit der Blockierscheibe 42 gekoppelt.
Im Inneren weist die ringförmige Blockierscheibe 42 eine Durchgangsöffnung 56 auf, durch die sich die Gurtspule 12 in axialer Richtung erstreckt, sowie mehrere Ausnehmungen 58 mit jeweils einer rampenförmigen Verjüngung 60 in einer Rotationsrichtung R.
Der Käfig 44 hat mehrere Stellzapfen 62, die sich in axialer Richtung jeweils in eine Ausnehmung 58 erstrecken, wobei zwischen den Verjüngungen 60 und den Stellzapfen jeweils eine Klemmrolle 46 in einer Ausnehmung 58 angeordnet ist. In der gezeigten Ausführungsform hat die Klemmrollenkupplung 40 jeweils drei Klemmrollen 46, Stellzapfen 62 und Ausnehmungen 58. In einer alternativen Ausführungsform kann die Klemmrollenkupplung 40 eine andere Anzahl dieser Elemente aufweisen. Der Käfig 44 sowie die Klemmrollen 46 sind mit Spiel, d.h. lose, in der Blockierscheibe 42 gelagert.
Wie in Figur 3 zusehen, weist der Käfig 44 einen radial nach außen abstehenden Betätigungszapfen 64 auf (siehe auch Figuren 7 bis 9), der in der Ausgangsstellung entgegen der Rotationsrichtung R an einem axialen Ende 66 des Stellers 48 anliegt.
Um die Klemmrollenkupplung 40 zu schließen, wird der Steller 48 mittels des Antriebs 50 aus der Ausgangsstellung (siehe Figur 3) in eine Hubstellung (siehe Figur 5) verstellt. Bei diesem Verstellen wird der Steller 48 in axialer Richtung ausgefahren und nimmt mit seinem axialen Ende 66 den Betätigungszapfen 64 mit, wodurch der Käfig 44 in Rotationsrichtung R verdreht wird. Diese Rotation des Käfigs 44 führt dazu, dass die Stellzapfen 62 die Klemmrollen 46 in die Verjüngungen 60 drängen (siehe Figur 6) und schließlich die Klemmrollen 46 mit der Gurtspule 12 verklemmen, wodurch die zweite Wellscheibe 36 mit der Gurtspule 12 drehfest gekoppelt ist. Der Steller 48 ist zylinderförmig und hat eine Ausnehmung 68 in Form einer Nut (siehe Figuren 7 bis 9). Die Ausnehmung 68 ist auf der dem Käfig 44 zugewandten Seite vorgesehen und derart ausgestaltet, dass in der Hubstellung kein Kontakt zwischen dem Betätigungszapfen 64 und dem Steller 48 möglich ist. Wie in den Figuren 7 bis 9 zu sehen ist, wird der Betätigungszapfen 64 in keiner Position durch den Steller 48 blockiert, sodass die Klemmrollenkupplung 40 ungehindert rotieren kann.
Wenn die zweite Wellscheibe 36 mit der Gurtspule 12 gekoppelt ist, dreht sich die zweite Wellscheibe 36 gemeinsam mit der Gurtspule 12. Damit die zweite Wellscheibe 36 als dritter Kraftbegrenzer wirken kann, ist eine Bremseinrichtung vorgesehen, die aus ein oder mehreren Bremselementen 70 (siehe Figur 2) gebildet ist. Die Bremselemente 70 liegen in axialer Richtung zumindest abschnittsweise an der zweiten Wellscheibe 36 an und behindern eine Drehung der zweiten Wellscheibe 36 durch ein Haltedrehmoment, das sich aus einer Reibungskomponente und einem Widerstand der zweiten Wellscheibe 36 gegen Verformung zusammensetzt. Die zweite Wellscheibe 36 wird daher erst dann gedreht, wenn das wirkende Drehmoment größer als das Haltedrehmoment ist. Die Bremselemente 70 sind in dieser Ausführungsform in der Zuschaltkupplung 38 vorgesehen. Alternativ oder zusätzlich können die Bremselemente 70 beispielsweise am Rahmen 12 befestigt sein.
Der Gurtaufroller weist somit drei Kraftbegrenzer auf:
• den ersten Kraftbegrenzer, der durch den Torsionsstab 14 gebildet ist und der immer dann eine erste Rückhaltekraft Fi bereitstellt, wenn die
Abschaltkupplung 24 geschlossen ist,
• den zweiten Kraftbegrenzer, der die erste Wellscheibe 30 umfasst und der permanent eine zweite Rückhaltekraft F2 bereitstellt, und
• den dritten Kraftbegrenzer, der die zweite Wellscheibe 36 umfasst und der immer dann eine dritte Rückhaltekraft F3 bereitstellt, wenn die Zuschaltkupplung 38 geschlossen ist.
Je nachdem wie die einzelnen Kraftbegrenzer geschalten sind, addieren sich die Rückhaltekräfte Fi , F2, F3 zu einer zu einem bestimmten Zeitpunkt wirkenden gesamten Rückhaltekraft.
Die Rückhaltekraft Fi des Torsionsstabs beträgt rund 4 kN, die Rückhaltekraft F2 der ersten Wellscheibe beträgt rund 2 kN und die Rückhaltekraft F3 der zweiten Wellscheibe beträgt rund 4 kN. Auf diese Weise kann der Gurtaufroller eine maximale gesamte Rückhaltekraft von 10 kN bereitstellen.
In einer alternativen Ausführungsform können die Kraftbegrenzer andere als die oben genannten Rückhaltekräfte Fi , F2, F3 bereitstellen. Hierdurch kann der Gurtaufroller eine maximale gesamte Rückhaltekraft von bis zu 12 kN bereitstellen.
Mittels der Abschaltkupplung 24 und der Zuschaltkupplung 38 können verschiedene gesamte Rückhaltekräfte zu unterschiedlichen Zeitpunkten bereitgestellt werden. Anhand der Figuren 10 bis 13 werden nachfolgend vier Kraftverläufe als Beispiel der vielen möglichen Kraftverläufe erläutert.
Im Ausgangszustand sind immer sowohl der erste Kraftbegrenzer als auch der zweite Kraftbegrenzer aktiv, während der dritte Kraftbegrenzer inaktiv ist. In Figur 10 wird bei einem Gurtbandabzug von si der dritte Kraftbegrenzer zugeschaltet, sodass ab diesem Zeitpunkt alle Kraftbegrenzer parallel wirken und eine gesamte Rückhaltekraft bereitstellen, die der Summe der Rückhaltekräfte Fi , F2, F3 von 10 kN entspricht.
Auf diese Weise kann direkt von Anfang an und für den gesamten Rückhaltefall die maximale Rückhaltekraft von 10 kN bereitgestellt werden.
In Figur 1 1 wird gleich zu Beginn der erste Kraftbegrenzer entkoppelt, sodass erst mal nur der zweite Kraftbegrenzer aktiv ist, der eine Rückhaltekraft F2 von 2 kN bereitstellt. Bei einem Gurtbandabzug von si wird der dritte Kraftbegrenzer zugeschaltet, sodass ab diesem Zeitpunkt der zweite und der dritte Kraftbegrenzer parallel wirken und eine gesamte Rückhaltekraft von 6 kN bereitstellen.
Auf diese Weise kann zu Beginn eine geringe Rückhaltekraft bereitgestellt werden, die dann auf einen mittleren Wert angehoben wird.
In Figur 12 wird bei einem Gurtbandabzug von si der dritte Kraftbegrenzer zugeschaltet, sodass ab diesem Zeitpunkt alle Kraftbegrenzer parallel wirken und die maximale Rückhaltekraft von 10 kN bereitstellen. Bei einem Gurtbandabzug von s2 wird der erste Kraftbegrenzer entkoppelt, sodass ab diesem Zeitpunkt nur noch der zweite und der dritte Kraftbegrenzer parallel wirken, welche eine gesamte Rückhaltekraft von 6 kN bereitstellen.
Auf diese Weise kann direkt von Anfang an die maximale gesamte Rückhaltekraft bereitgestellt werden, die dann auf einen mittleren Wert abgesenkt wird.
Der in Figur 13 gezeigte Kraftverlauf entspricht dem Schaltverfahren von Figur 12, jedoch wird der dritte Kraftbegrenzer mit einer kleinen Verzögerung zugeschaltet. Auf diese Weise wird zuerst eine mittlere Rückhaltekraft von 6 kN bereitgestellt. Anschließend auf die gesamte Rückhaltekraft auf die maximale gesamte Rückhaltekraft von 10 kN angehoben und schließlich auf eine geringe Rückhaltekraft von 6 kN abgesenkt wird. Der erfindungsgemäße Gurtaufroller bietet trotz drei unterschiedlicher Kraftbegrenzer eine kompakte Bauweise und kann eine Vielzahl verschiedener Kraftverläufe bereitstellen, die individuell auf den Fahrzeuginsassen abgestimmt sein können.

Claims

Patentansprüche
1 . Gurtaufroller mit einem Rahmen (10), einer drehbar im Rahmen (10) angeordneten Gurtspule (12) mit einem ersten Ende (16) und einem entgegengesetzten zweiten Ende (17), einem an einer Stirnseite der Gurtspule (12) angeordneten Blockiermechanismus (18), mit dem die Gurtspule (12) im Rahmen (10) blockiert werden kann, einem sich axial erstreckenden ersten Kraftbegrenzer, der mittels einer Abschaltkupplung (24) lösbar mit der Gurtspule (12) gekoppelt ist, einem zweiten Kraftbegrenzer, der drehfest mit dem ersten Kraftbegrenzer oder einer Nabe gekoppelt ist, und einem dritten Kraftbegrenzer, der mittels einer Zuschaltkupplung (38) drehfest mit der Gurtspule (12) koppelbar ist.
2. Gurtaufroller nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kraftbegrenzer einen Torsionsstab (14) umfasst, wobei der Torsionsstab (14) über die Abschaltkupplung (24) lösbar mit dem ersten Ende (16) der Gurtspule (12) gekoppelt ist.
3. Gurtaufroller nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschaltkupplung (24) an einem zu dem Blockiermechanismus (18) gegenüberliegenden Ende (16) der Gurtspule (12) angeordnet ist.
4. Gurtaufroller nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die der zweite Kraftbegrenzer mit dem zweiten Ende (17) der Gurtspule (12) verbunden ist.
5. Gurtaufroller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Kraftbegrenzer am ersten Ende (16) der Gurtspule (12) angeordnet ist.
6. Gurtaufroller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kraftbegrenzer eine erste Wellscheibe (30) umfasst.
7. Gurtaufroller nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Wellscheibe (30) drehfest mit dem Torsionsstab (14) gekoppelt ist.
8. Gurtaufroller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Kraftbegrenzer eine zweite Wellscheibe (36) umfasst.
9. Gurtaufroller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuschaltkupplung (38) eine Klemmrollenkupplung (40) umfasst.
10. Gurtaufroller nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuschaltkupplung (38) einen Steller (48) umfasst, der zwischen einer Ausgangsstellung, in der die Klemmrollenkupplung (40) geöffnet ist, und einer Hubstellung verstellt werden kann, in der die Klemmrollenkupplung (40) geschlossen ist.
1 1 . Gurtaufroller nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmrollenkupplung (40) einen Käfig (44) mit einem radial nach außen abstehenden Betätigungszapfen (64) aufweist, wobei der Steller (48) mit dem Betätigungszapfen (64) derart zusammenwirkt, dass die Klemmrollenkupplung (40) mittels des Käfigs (44) über den Betätigungszapfen (64) in die geschlossene Stellung überführt wird, wenn der Steller (48) von der Ausgangsstellung in die Hubstellung verstellt wird.
12. Gurtaufroller nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Steller (48) eine Ausnehmung (68) aufweist, in die der Betätigungszapfen (64) bei einer
Rotation des Käfigs (40) eintaucht, wenn der Steller (48) in der Hubstellung ist, sodass ein Zusammenwirken des Betätigungszapfens (64) mit dem Steller (48) in der Hubstellung ausgeschlossen ist.
13. Gurtaufroller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschaltkupplung (24) mindestens einen lastübertragenden Riegel umfasst, der an der Gurtspule (12) angeordnet ist und von einem Stützring (28) in einer Koppelposition gehalten wird, wobei der Stützring (28) mittels eines Aktors aus einer Stützposition in eine Freigabeposition bewegt werden kann.
14. Gurtaufroller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass erste Kraftbegrenzer in einem Ausgangszustand des
Gurtaufrollers mit der Gurtspule (1 2) gekoppelt ist.
15. Gurtaufroller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Kraftbegrenzer in einem Ausgangszustand des Gurtaufrollers nicht mit der Gurtspule (12) gekoppelt ist.
16. Gurtaufroller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gurtaufroller eine Kraftbegrenzung mit einer Rückhaltekraft von bis zu 1 2 kN bereitstellen kann, insbesondere eine Kraftbegrenzung mit einer Rückhaltekraft von rund 10 kN, wobei der erste Kraftbegrenzer, insbesondere der Torsionsstab (14) eine Rückhaltekraft (Fi) von rund 4 kN, der zweite Kraftbegrenzer, insbesondere die erste Wellscheibe (30) eine Rückhaltekraft (F2) von 2 kN und der dritte Kratbegrenzer, insbesondere die zweite Wellscheibe (36) eine Rückhaltekraft (F3) von rund 4 kN bereitstellen.
17. Verfahren zur Steuerung eines Gurtaufrollers nach einem der vorhergehenden Ansprüche im Rückhaltefall, mit dem Schritt: a) der dritte Kratbegrenzer wird mit der Gurtspule (12) drehfest gekoppelt.
1 8. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren den Schritt umfasst: b) der erste Kraftbegrenzer wird von der Gurtspule (1 2) entkoppelt.
1 9. Verfahren nach Anspruch 1 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt b) nach Schritt a) durchgeführt wird.
20. Verfahren nach Anspruch 1 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt b) vor Schritt a) durchgeführt wird.
PCT/EP2018/062913 2017-05-24 2018-05-17 Gurtaufroller und verfahren zur steuerung eines gurtaufrollers Ceased WO2018215288A1 (de)

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