WO2022073924A1 - Gurtaufroller für einen fahrzeug-sicherheitsgurt - Google Patents

Gurtaufroller für einen fahrzeug-sicherheitsgurt Download PDF

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WO2022073924A1
WO2022073924A1 PCT/EP2021/077284 EP2021077284W WO2022073924A1 WO 2022073924 A1 WO2022073924 A1 WO 2022073924A1 EP 2021077284 W EP2021077284 W EP 2021077284W WO 2022073924 A1 WO2022073924 A1 WO 2022073924A1
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freewheel
belt
cage
belt retractor
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PCT/EP2021/077284
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Marco Braun
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Zf Automotive Germany Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a belt retractor with a frame, a belt spool which is rotatably arranged in the frame and can accommodate a safety belt, at least one force limiter which enables the belt spool to rotate relative to the frame when a braking torque provided by the force limiter is overcome to release the seat belt, and a shiftable clutch, which has a shift cage and clutch elements, wherein the shift cage can be adjusted by means of an actuator from an open position, in which the clutch element is held out of engagement with the belt reel, to a closed position, in which the clutch elements attack the belt reel.
  • Such a belt retractor is known from DE 10 2017 11 1 398 A1.
  • the shift cage is rotatably mounted and has a radially protruding actuating pin.
  • a micro gas generator is provided, which is assigned a piston which in turn acts on the actuating pin.
  • the shifter cage When the shifter cage is in the closed position and the force limiter is accordingly coupled to the belt reel, the shifter cage is carried along when the belt reel rotates during a force limiting process. Accordingly, the actuating pin must also be able to rotate.
  • the actuating pin and the micro gas generator are arranged in such a way that the adjustment path of the piston of the Micro gas generator is a tangent to the movement path of the actuating pin and the actuating pin, when it performs a complete revolution, dips into a laterally arranged window of the micro gas generator.
  • the object of the invention is therefore to improve the belt retractor in such a way that an axially compact design results.
  • an actuator is provided according to the invention, which is arranged to be actuated with the actuator, and a freewheel, which couples the shift cage with the actuator so that the actuator can adjust the shift cage from the open position to the closed position.
  • the invention is based on the basic idea of achieving the free rotation of the shift cage required for the operation of the force limiter by means of a simple and axially flat freewheel.
  • the freewheel enables the torque required to close the clutch to be transmitted in one direction of rotation.
  • the shift cage is free to rotate in one direction relative to the actuator.
  • the actuator on the other hand, can remain stationary after activation of the clutch, eliminating the need to provide space to allow the actuator to rotate 360° as the belt spool rotates when the clutch is engaged.
  • the actuator provided according to the invention can be made longer in the radial direction than the known actuating pin. If the actuator is longer compared to the known actuating pin, ie it is located away from the belt reel, the actuator can overlap further axially with the clutch compared to the known prior art, resulting in an axially more compact design.
  • the construction according to the invention is therefore suitable for saving doubly axial space, namely on the one hand due to the axially flat freewheel and on the other hand due to the fact that the actuator axially overlaps with the freewheel.
  • a less powerful actuator can be used or, if one If the actuator continues to be used with the same power, faster actuation can be obtained because a higher torque can be achieved with a longer actuator.
  • the design is particularly flat axially.
  • the shifter cage can have at least one freewheel pawl, which interacts with freewheel teeth that are provided on the actuator.
  • the combination of the switchable clutch and the freewheel means that the freewheel only runs freely after the actuator has been triggered. Therefore, a simple freewheel construction can be chosen. If the at least one freewheel pawl and the freewheel toothing are formed in a complementary manner, surface tension in the contact area is reduced to a uniform level, so that ultimately a flat design of the freewheel is achieved.
  • the controller can have two, three or more transmission points, which are arranged regularly in the circumferential direction or at angular intervals of the same size.
  • the shift cage has a multiplicity of free-wheeling pawls which are arranged uniformly in the circumferential direction, an imbalance in the shift cage is avoided. This means that the shift cage can rotate smoothly even at high speeds and angular accelerations.
  • a shift cage that is easy to produce contains plastic or even consists of plastic and the freewheel pawls are preferably designed in one piece with the shift cage.
  • the freewheel teeth can be undercut.
  • the undercut can include, for example, that the tip of the tooth protrudes angularly in the direction of transmission of the freewheel over the corresponding tooth base or precedes it.
  • the undercut can have a cavity in the tooth flank, for example.
  • the actuator is an adjusting ring
  • its closed shape means it can guide and deliver the torque to be transmitted in a particularly stable manner. If the adjusting ring encloses the shift cage, the adjusting ring does not have to be mounted radially on the inside, so that installation space is saved, which means that an even flatter design is achieved.
  • the freewheel toothing can be internal toothing, which extends along an internal opening of the adjusting ring, so that many tooth-pawl contacts make it possible to transmit a high torque.
  • the maximum torque that can be transmitted is because all the freewheel pawls carry the load at the same time. As a result, the axial width of the freewheel can be reduced, resulting in a flat design.
  • the actuator can be mounted between a housing of the actuator and the shift cage.
  • the actuator is thus mounted radially so that it is positioned concentrically to the shift cage and secondarily to the belt reel.
  • the housing of the actuator can be designed and arranged to dissipate an actuator reaction force.
  • the housing of the actuator can be firmly connected to the frame, for example by means of a screw connection.
  • the actuator Since the actuator is supported by the actuator housing, an unwanted, radially migrating movement of the actuator can be prevented when the actuator is triggered: The actuator thus applies the torque evenly to the freewheel.
  • the housing of the actuator can also serve as the housing of the force limiter, for example to protect it from penetrating dirt.
  • the housing of the actuator has a shallow depression in which the actuator is arranged, no separate housing is required for the actuator, so that on the one hand fewer parts are used and assembled and on the other hand the Belt retractor axially flat builds.
  • the shallow depression can support the actuator axially or guide it during an infeed movement.
  • FIG. 2 shows the belt retractor from FIG. 1 in a front view
  • FIG. 3 shows the belt retractor from FIG. 1 in a side view
  • FIG. 4 shows the belt retractor from FIG. 1 in an exploded view, with a force limiter being shown in detail;
  • FIG. 5 and 6 show the belt retractor from FIG. 1 in mutually offset sectional views in a state in which a switching cage of the force limiter is in an open position
  • the belt retractor has a frame 10 .
  • a belt reel 12 is rotatably mounted in the frame 10 .
  • a seat belt 14 is partially wound onto the belt spool 12 .
  • Vehicle occupant of the vehicle in which the seat belt retractor is installed be buckled up so that he takes part in severe deceleration of the vehicle.
  • the belt retractor has several force limiters with which a braking torque can be generated against which the belt reel 12 can be rotated so that the seat belt 14 can be pulled off the belt retractor. This process can be used to limit the forces that act on the seat belt 14 and thus on the vehicle occupants when the vehicle is subjected to particularly high decelerations.
  • the force limiter relevant here has a wave washer 16, which can be coupled to the belt reel 12 for a force limiting process and, when it is carried along by it, provides the braking torque through a mixture of friction and deformation work.
  • the wave washer 16 is guided in a circumferential channel.
  • the channel is wave-shaped on the one hand by an axial end face of the frame 10 with projections attached thereto and on the other hand by a housing 18 flanged to the end face of the frame 10 with projections and/or recesses provided thereon.
  • the wave washer 16 is approximately ring-shaped and encloses a clutch cage 20.
  • the wave washer 16 is rigidly coupled to the clutch cage 20 in the circumferential direction.
  • the clutch cage 20 is generally ring-shaped and has recesses 58 radially on the inside, which narrow in one direction and in each of which a driver 60 and a retaining finger 62 of a shift cage 22 engages.
  • a coupling element 24 is accommodated in each case in the recess 58 between the driver 60 and the retaining finger 62 .
  • the coupling elements 24 are rollers here.
  • the clutch cage 20 is accommodated on a clamping surface 13 or a clamping attachment which is connected to the belt reel 12 in a rotationally test manner or is designed in one piece with it.
  • the clutch cage 20, the shift cage 22 and the Kupplungslemente 24 form a switchable clutch 26, by means of which the corrugated washer 16 can be coupled firmly in one direction of rotation with the clamping lug 13 of the belt reel 12.
  • the shift cage 22 is adjustable between an open position and a closed position by rotation Rk.
  • the coupling elements 24 do not engage in a load-transmitting manner on the clamping shoulder 13 of the belt reel 12, since they are held by the drivers 60 and the retaining fingers 62 of the shifter cage 22 in the wide section of the recesses 58. Therefore, the belt reel 12 is freely rotatable within the clutch cage 20 in the open position of the clutch 26 .
  • an actuator 28 is accommodated in the housing 18, which contains a micro gas generator 30 and a piston 32 in the exemplary embodiment shown.
  • the housing 18 forms a cylinder 34 in which the piston 32 can be moved.
  • the shift cage 22 is moved to the closed position by moving the piston 32, under the action of pressurized gas provided by the microgas generator 30 upon activation, from an initial position (see Figures 5 and 6) to an activation position in which it continues is spaced from the micro gas generator 30 (see Figures 11 and 12).
  • the movement of the piston 32 is transmitted to the shift cage 22 by means of an actuator 38 and a one-way clutch 40 or overrunning clutch, with which the shift cage 22 is driven in the direction towards the closed position of the clutch 26, but allows relative rotation in the opposite direction .
  • the actuator 38 is operatively connected via the freewheel 40 to a main section 36 of the shift cage 22 in such a way that an extension movement A of the piston 32 is translated into the adjusting rotation Rk of the shift cage 22 .
  • the actuator 38 has an inner section 42 that is closed in the form of a ring.
  • the actuator 38 is therefore designed as an adjusting ring or switching ring.
  • the actuator 38 also has a cam 44 that protrudes purely radially from the inner section 42 .
  • the actuator 38 is a flat plate.
  • the actuator 38 preferably has the same thickness as the main section 36 of the shift cage 22.
  • the belt tensioner is thus built in an axially compact manner.
  • the cam 44 is axially guided in a recess 46 of the housing 18 .
  • the recess 46 is formed in sections as a slit and in sections as open.
  • the actuator 38 is held in a starting position, which is shown in FIG.
  • a housing part 48 is flanged to the housing 18 .
  • the cam 44 is provided with a convex contact surface 50 whose curvature interacts with an end face 52 of the piston 32 during the extension movement A of the piston 32 or the corresponding rotation Rs of the actuator 38 . Since the end face 52 of the piston 32 rests against the contact surface 50, the actuator 38 is forcibly taken along when the piston 32 is displaced in the A direction. The end face 52 and the contact surface 50 thus form a contact coupling.
  • the actuator 28 is placed in the axial plane of the flat actuator 38, as a result of which the belt tensioner is axially compact.
  • the freewheel 40 is formed by at least one freewheel pawl 54 and one freewheel toothing 56 which are in operative engagement with one another.
  • the at least one freewheel pawl 54 is formed on an outer peripheral surface of the main portion 36 of the shift cage 22 .
  • the main section 36 is designed here as a flat plate which the clamping lug 13 of the belt reel 12 annular surrounds.
  • the drivers 60 and the retaining fingers 62 protrude from the main section 36 .
  • the main section 36 is arranged axially next to the clutch cage 20 in such a way that the drivers 60 of the shift cage 22 protrude into the recesses 58 of the clutch cage 20 .
  • the freewheel pawls 54 are designed in one piece with the shift cage 22 here.
  • the shift cage 22 can be designed together with the freewheel pawls 54 as an injection molded part.
  • a suitable plastic is selected as the material, which results in the desired strength and the necessary elasticity of the freewheel pawls 54 .
  • the freewheel toothing 56 extends at an inner opening of the inner section 42 of the actuator 38.
  • the highest possible transferable torque is achieved by having a large number of freewheel pawls 54 on the shift cage 22 and an identical number of teeth of the freewheel toothing 56 on the inner section 42.
  • the freewheel pawls 54 and the teeth of the freewheel teeth 56 are each arranged uniformly in the circumferential direction.
  • the outer peripheral surface of the main section 36 can be a purely constructive size.
  • the freewheel toothing 56 is undercut in the transmission direction, resulting in a one-sided detent, as a result of which the freewheel pawls 54 are caught. This increases the transmittable torque in a self-reinforcing manner.
  • the angle at which the freewheel pawls 54 protrude from the circumferential surface of the main section 36 of the shift cage, the length of the freewheel pawls 54 and - to put it simply - the diameter of the outer circumferential surface of the main section 36 and the freewheel teeth 56 are matched to one another in such a way that the individual freewheel pawls 54 in Transmission direction unloaded protrude approximately tangentially from the outer peripheral surface of the main portion 36. This increases the thrust force that can be transmitted per freewheel pawl 54 and thus the torque that can be transmitted.
  • FIGS. 5, 7, 9, 11, 13 and 15 lie in a plane which shows the interaction of the actuator 28, the positioner 38 and the freewheel 40.
  • the sectional views of Figures 6, 8, 10, 12, 14 and 16 are in contrast behind the main portion 36 of the shift cage 22 in a Level in which the clutch with the clutch cage 20, the shift cage 22 and the clutch elements 24 is shown.
  • FIGS. 5 to 10 show how the actuator 28 uses the actuator 38 to move the switching cage 22 into the closed position.
  • the initial state is shown in FIGS.
  • the belt reel is free to rotate relative to the clutch cage 20 and wave washer 16 because the clutch 26 is open.
  • the piston 32 has taken the actuator 38 and thus the shift cage 22 with it via the freewheel 40 in such a way that the coupling elements 24 are located between the sloping outer wall of the recess 58 and the cylindrical outer surface of the clamping attachment 13.
  • the clutch 26 is therefore closed, and a clockwise rotation of the belt reel 12 is transmitted via the clutch elements 24 to the clutch cage 20 and thus to the wave washer 16 .
  • the angle required to bring the shift cage 22 into the position in which the clutch 26 is closed during rotation Rk is preferably less than or equal to the angle through which the actuator 38 rotates during rotation Rs rotates as the piston 32 extends from the ready position to the activated position.
  • the belt retractor can be seen in a force-limiting state, in which the belt reel 12 is rotated clockwise under the effect of a high tensile force in the seat belt 14 .
  • the clutch cage 20 is carried along, as a result of which the shift cage 22 is also carried along. It can be seen that the tips of the freewheel pawls have moved somewhat away from the contact surface opposite them.
  • the freewheel pawls 54 are resiliently deflected radially inward as they slide on the teeth.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Automotive Seat Belt Assembly (AREA)

Abstract

Offenbart wird ein Gurtaufroller mit einem Rahmen (10), einer Gurtspule (12), die drehbar in dem Rahmen (10) angeordnet ist und einen Sicherheitsgurt (14) aufnehmen kann, mindestens einem Kraftbegrenzer (16), der es der Gurtspule (12) ermöglicht, sich bei Überwinden eines vom Kraftbegrenzer (16) bereitgestellten Bremsmoments relativ zum Rahmen (10) zu drehen, um Sicherheitsgurt (14) freizugeben, und einer schaltbaren Kupplung (26), die einen Schaltkäfig (22) und Kupplungselemente (24) aufweist, wobei der Schaltkäfig (22) mittels eines Aktors (28) aus einer offenen Stellung, in der die Kupplungselement (24) außer Eingriff mit der Gurtspule (12) gehalten werden, in eine geschlossene Stellung verstellt werden kann, in der die Kupplungselemente (24) an der Gurtspule (12) angreifen. Um eine axial kompakte Bauform zu erreichen enthält der Gurtaufroller einen Steller (38), der mit dem Aktor (28) gekoppelt ist, und einen Freilauf (40), der den Schaltkäfig (22) mit dem Steller (38) so koppelt, dass der Steller (38) den Schaltkäfig (22) aus der offenen Stellung in die geschlossene Stellung verstellen kann.

Description

Gurtaufroller fur einen Fahrzeug-Sicherheitsgurt
Die Erfindung betrifft einen Gurtaufroller mit einem Rahmen, einer Gurtspule, die drehbar in dem Rahmen angeordnet ist und einen Sicherheitsgurt aufnehmen kann, mindestens einem Kraftbegrenzer, der es der Gurtspule ermöglicht, sich bei Überwinden eines vom Kraftbegrenzer bereitgestellten Bremsmoments relativ zum Rahmen zu drehen, um Sicherheitsgurt freizugeben, und einer schaltbaren Kupplung, die einen Schaltkäfig und Kupplungselemente aufweist, wobei der Schaltkäfig mittels eines Aktors aus einer offenen Stellung, in der die Kupplungselement außer Eingriff mit der Gurtspule gehalten werden, in eine geschlossene Stellung verstellt werden kann, in der die Kupplungselemente an der Gurtspule angreifen.
Ein solcher Gurtaufroller ist aus der DE 10 2017 11 1 398 A1 bekannt. Der Schaltkäfig ist drehbar gelagert und weist einen radial abstehenden Betätigungszapfen auf. Um den Schaltkäfig aus der offenen Stellung in die geschlossene Stellung verdrehen zu können, ist ein Mikrogasgenerator vorgesehen, dem ein Kolben zugeordnet ist, der wiederum am Betätigungszapfen angreift.
Wenn der Schaltkäfig sich in der geschlossenen Stellung befindet und dementsprechend der Kraftbegrenzer mit der Gurtspule gekoppelt ist, wird der Schaltkäfig mitgenommen, wenn sich die Gurtspule während eines Kraftbegrenzungsvorgangs dreht. Dementsprechend muss sich auch der Betätigungszapfen drehen können. Zu diesem Zweck sind der Betätigungszapfen und der Mikrogasgenerator so angeordnet, dass der Verstellweg des Kolbens des Mikrogasgenerators eine Tangente an die Bewegungsbahn des Betätigungszapfens ist und der Betätigungszapfen, wenn er eine vollständige Umdrehung ausführt, in ein seitlich angeordnetes Fenster des Mikrogasgenerators eintaucht.
Der Nachteil dieser Konstruktion besteht darin, dass ein vergleichsweise großer axialer Bauraum für den Mikrogasgenerator, den Betätigungszapfen und den Schaltkäfig erforderlich ist.
Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, den Gurtaufroller dahingehend zu verbessern, dass sich eine axial kompakte Bauform ergibt.
Zur Lösung dieser Aufgabe sind erfindungsgemäß ein Steller vorgesehen, der mit dem Aktor betätigbar angeordnet ist, sowie ein Freilauf, der den Schaltkäfig mit dem Steller so koppelt, dass der Steller den Schaltkäfig aus der offenen Stellung in die geschlossene Stellung verstellen kann. Die Erfindung beruht auf dem Grundgedanken, die für den Betrieb des Kraftbegrenzers nötige freie Verdrehbarkeit des Schaltkäfigs durch einen einfachen und axial flach bauenden Freilauf zu erreichen.
Der Freilauf ermöglicht es, das zum Schließen der Kupplung nötige Drehmoment in einer Drehrichtung zu übertragen. Gleichzeitig kann sich der Schaltkäfig in einer Richtung frei relativ zum Steller drehen. Der Steller dagegen kann nach der Aktivierung der Kupplung feststehend verbleiben, so dass kein Raum vorgesehen werden muss, der es dem Steller ermöglicht, sich um 360° zu drehen, wenn sich bei geschlossener Kupplung die Gurtspule dreht.
Da kein Raum in Umfangsrichtung vorhanden sein muss, kann der erfindungsgemäß vorgesehene Steller in radialer Richtung länger ausgeführt sein als der bekannte Betätigungszapfen. Wenn der Steller im Vergleich zum bekannten Betätigungszapfen länger ist, d.h. er sich von der Gurtspule weg befindet, kann der Aktor im Vergleich zum bekannten Stand der Technik weiter axial mit der Kupplung überlappen, sodass sich eine axial kompaktere Bauform ergibt. Die erfindungsgemäße Konstruktion ist also dazu geeignet, doppelt axialen Bauraum zu sparen, nämlich einerseits durch den axial flach bauenden Freilauf und andererseits dadurch, dass der Aktor mit dem Freilauf axial überlappt. Weiterhin kann ein leistungsschwächerer Aktor verwendet werden oder, falls ein Aktor mit weiterhin gleicher Leistung verwendet wird, eine schnellere Betätigung erhalten werden, da sich mit einem längeren Steller ein höheres Drehmoment erzielen lässt.
Ist der Steller eine flache Platte, erhält man eine axial besonders flache Bauform.
Für einen mechanisch einfachen und zuverlässigen Gurtaufroller kann der Schaltkäfig mindestens eine Freilaufklinke aufweisen, die mit einer Freilaufverzahnung zusammenwirkt, die am Steller vorgesehen ist. Die Kombination aus der schaltbaren Kupplung und dem Freilauf ermöglicht, dass der Freilauf erst nach einer Auslösung des Aktors frei läuft. Deswegen kann eine einfache Freilaufkonstruktion gewählt werden. Wenn die die mindestens eine Freilaufklinke und die Freilaufverzahnung komplementär geformt sind, reduziert sich eine Oberflächenspannung im Kontaktbereich auf ein gleichmäßiges Niveau, sodass letztlich eine flache Bauform des Freilaufs erreicht wird.
Wenn der Steller ausgebildet ist, um ein Drehmoment in den Freilauf symmetrisch einzutragen, wird vermieden, dass sich der Schaltkäfig exzentrisch verformt oder verlagert. Beispielsweise kann der Steller zwei, drei oder mehr Übertragungsstellen aufweisen, die in Umfangsrichtung regelmäßig bzw. in gleich großen Winkelintervallen angeordnet sind.
Wenn der Schaltkäfig eine Vielzahl von Freilaufklinken aufweist, die in Umfangsrichtung gleichmäßig angeordnet sind, wird eine Unwucht des Schaltkäfigs vermieden. Somit kann der Schaltkäfig auch bei hohen Drehzahlen und Winkelbeschleunigungen ruhig rotieren.
Ein einfach herstellbarer Schaltkäfig enthält Kunststoff oder besteht sogar aus Kunststoff und die Freilaufklinken sind dabei vorzugsweise einstückig mit dem Schaltkäfig ausgeführt.
Um auch bei extrem hohen Winkelbeschleunigungen zuverlässig zu sein, kann die Freilaufverzahnung hinterschnitten ausgeführt sein. Die Hinterschneidung kann z.B. beinhalten, dass der Zahnkopf in Übertragungsrichtung des Freilaufs winkelmäßig über den entsprechenden Zahnfuß vorsteht bzw. diesem voreilt. Die Hinterschneidung kann z.B. eine Kavität in der Zahnflanke aufweisen. Diese Hinterschneidungs-Beispiele sind kombinierbar. Eine Hinterschneidung hat weiters den Vorteil, die Haltekraft selbstverstärkend zu wirken, d.h. die Haltekraft ist umso höher, je höher das übertragene Drehmoment ist. Mit anderen Worten, die Klinke wird gefangen.
Wenn der Steller ein Stellring ist, kann dieser durch seine geschlossene Form das zu übertragende Drehmoment besonders stabil führen und abgeben. Umgreift der Stellring den Schaltkäfig, wird auf eine radial innen liegende Lagerung des Stellrings verzichtet, sodass Bauraum gespart wird, wodurch eine nochmals flachere Bauform erreicht wird. Des Weiteren kann die Freilaufverzahnung eine Innenverzahnung sein, welche sich entlang einer Innenöffnung des Stellrings erstreckt, sodass viele Zahn-Klinken-Kontakte ein hohes Drehmoment übertragbar machen.
Ist die Anzahl der Freilaufklinken zu der Anzahl der Zähne der Freilaufverzahnung identisch, ist das übertragbare Drehmoment maximal, da alle Freilaufklinken gleichzeitig tragen. Als Folge davon kann die axiale Breite des Freilaufs verringert werden, sodass sich eine flache Bauform ergibt.
Zu Gunsten eines axial möglichst flachen bauenden Gurtstraffers kann der Steller zwischen einem Gehäuse des Aktors und dem Schaltkäfig gelagert sein. Der Steller wird somit radial gelagert, sodass er zu dem Schaltkäfig und sekundär zu der Gurtspule konzentrisch positioniert ist. Das Gehäuse des Aktors kann zum Ableiten einer Aktor-Reaktionskraft gestaltet und angeordnet sein. Das Gehäuse des Aktors kann dazu mit dem Rahmen fest verbunden sein, bspw. mittels einer Verschraubung. Wenn das Gehäuse des Aktors sowohl die Aktor-Reaktionskraft aufnimmt als auch den Steller lagert, stellt es sicher, dass die Aktor-Aktionskraft mit hohem Wirkungsgrad auf den Steller übertragen wird. Indem der Steller durch das Gehäuse des Aktors gelagert wird, kann eine unerwünschte, radial wegwandernde Bewegung des Stellers während einer Aktorauslösung verhindert werden: Somit trägt der Steller das Drehmoment gleichmäßig in den Freilauf ein. Das Gehäuse des Aktors kann auch als Gehäuse des Kraftbegrenzers dienen, um diesen bspw. vor eindringendem Schmutz zu bewahren.
Weist das Gehäuse des Aktors eine flache Vertiefung auf, in welcher der Steller angeordnet ist, wird kein separates Gehäuse für den Steller benötigt, sodass einerseits weniger Teile verwendet und montiert werden und andererseits der Gurtaufroller axial flacher baut. Die flache Vertiefung kann den Steller axial lagern bzw. während einer Zustellbewegung führen.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen. In diesen zeigen:
Fig. 1 in einer perspektivischen Ansicht einen erfindungsgemäßen Gurtaufroller,
Fig. 2 in einer Vorderansicht den Gurtaufroller aus Fig. 1 ,
Fig. 3 in einer Seitenansicht den Gurtaufroller aus Fig. 1 ,
Fig. 4 in einer Explosionsdarstellung den Gurtaufroller aus Fig. 1 , wobei ein Kraftbegrenzer detailliert dargestellt wird,
Fig. 5 und Fig. 6 in zueinander versetzten Schnittdarstellungen den Gurtaufroller aus Fig. 1 in einem Zustand, in dem ein Schaltkäfig des Kraftbegrenzers sich in einer offenen Stellung befindet,
Fig. 7 und Fig. 8 in den versetzten Schnittdarstellungen den Gurtaufroller aus Fig. 1 in einem Zustand, in dem ein Aktor mittels eines Stellers über einen Freilauf den Schaltkäfig aus der offenen Stellung in eine geschlossene Stellung verstellt,
Fig. 9 und Fig. 10 in den versetzten Schnittdarstellungen den Gurtaufroller aus Fig. 1 in einem Zustand, in dem der Schaltkäfig schon in die geschlossene Stellung verstellt ist und der Freilauf noch nicht frei läuft, und
Fig. 1 1 bis Fig. 16 in den versetzten Schnittdarstellungen den Gurtaufroller aus Fig. 1 in drei Zuständen, in denen der Schaltkäfig in die geschlossene Stellung verstellt ist und der Freilauf frei läuft.
Anhand der Figuren 1 bis 4 wird zunächst der allgemeine Aufbau des Gurtaufrollers erläutert.
Der Gurtaufroller weist einen Rahmen 10 auf. Eine Gurtspule 12 ist in dem Rahmen 10 drehbar gelagert. In den Figuren ist ein Sicherheitsgurt 14 teilweise auf der Gurtspule 12 aufgewickelt. Mittels des Sicherheitsgurts 14 kann ein Fahrzeuginsasse des Fahrzeugs, in dem der Gurtaufroller eingebaut ist, angeschnallt sein, so dass er an starken Verzögerungen des Fahrzeugs teilnimmt.
Soweit nachfolgend Richtungsangaben wie axial, radial oder Umfangsrichtung verwendet werden, beziehen sie sich im Zweifel auf die Drehachse der Gurtspule 12.
Der Gurtaufroller weist mehrere Kraftbegrenzer auf, mit denen ein Bremsmoment erzeugt werden kann, entgegen dem die Gurtspule 12 gedreht werden kann, so dass der Sicherheitsgurt 14 vom Gurtaufroller abgezogen werden kann. Mit diesem Vorgang können die Kräfte begrenzt werden, die auf den Sicherheitsgurt 14 und damit den Fahrzeuginsassen wirken, wenn auf das Fahrzeug besonders hohe Verzögerungen wirken.
Hier ist nur einer der Kraftbegrenzer relevant, so dass die anderen nicht weiter erläutert werden. Der hier relevante Kraftbegrenzer weist eine Wellenscheibe 16 auf, die für einen Kraftbegrenzungsvorgang mit der Gurtspule 12 gekoppelt werden kann und, wenn sie von dieser mitgenommen wird, durch eine Mischung aus Reibung und Verformungsarbeit das Bremsmoment bereitstellt.
Die Wellenscheibe 16 wird in einem umlaufenden Kanal geführt. Der Kanal ist einerseits durch eine axiale Stirnseite des Rahmens 10 mit daran angebrachten Vorsprüngen und andererseits durch ein an die Stirnseite des Rahmens 10 angeflanschtes Gehäuse 18 mit daran vorgesehenen Vorsprüngen und/oder Ausnehmungen wellenförmig gebildet. Die Wellenscheibe 16 ist etwa ringförmig, und sie umgreift einen Kupplungskäfig 20. Die Wellenscheibe 16 ist in Umfangsrichtung fest mit dem Kupplungskäfig 20 gekoppelt. Der Kupplungskäfig 20 ist allgemein ringförmig und weist radial innen Ausnehmungen 58 auf, die sich in einer Richtung verengen und in welchen jeweils ein Mitnehmer 60 und ein Haltefinger 62 eines Schaltkäfigs 22 eingreift. Zwischen dem Mitnehmer 60 und dem Haltefinger 62 ist jeweils in der Ausnehmung 58 ein Kupplungselement 24 aufgenommen. Die Kupplungselemente 24 sind hier Rollen.
Der Kupplungskäfig 20 ist auf einer Klemmfläche 13 bzw. einem Klemmansatz aufgenommen, die bzw. der drehtest mit der Gurtspule 12 verbunden oder einteilig mit dieser ausgeführt ist. Der Kupplungskäfig 20, der Schaltkäfig 22 und die Kupplungslemente 24 bilden eine schaltbare Kupplung 26, mittels der die Wellscheibe 16 in einer Drehrichtung fest mit dem Klemmansatz 13 der Gurtspule 12 gekoppelt werden kann. Der Schaltkäfig 22 ist zwischen einer offenen Stellung und einer geschlossenen Stellung durch eine Rotation Rk verstellbar.
In der offenen Stellung des Schaltkäfigs 22 greifen die Kupplungselemente 24 nicht lastübertragend am Klemmansatz 13 der Gurtspule 12 an, da sie von den Mitnehmern 60 und den Haltefingern 62 des Schaltkäfigs 22 im breiten Abschnitt der Ausnehmungen 58 gehalten sind. Daher ist die Gurtspule 12 in der offenen Stellung der Kupplung 26 frei innerhalb des Kupplungskäfigs 20 drehbar.
In der geschlossenen Stellung des Schaltkäfigs 22 sind die Kupplungselemente 24 in den engen Abschnitt der Ausnehmungen 58 verschoben, so dass sie sich zwischen einer schräg angeordneten Außenwand der entsprechenden Ausnehmung 58 und der Außenfläche des Klemmansatzes 13 verklemmen. Deswegen ist in der geschlossenen Stellung der Kupplung 26 ein hohes Drehmoment von der Gurtspule 12 auf den Kupplungskäfig 20 übertragbar, nämlich in der Drehrichtung, in der sich die Gurtspule 12 in den Figuren 5 bis 16 im Uhrzeigersinn dreht. Dieses Drehmoment kann dann auf die Wellenscheibe 16 übertragen werden.
Zur Aktivierung der Kupplung 26 ist im Gehäuse 18 ein Aktor 28 aufgenommen, der beim gezeigten Ausführungsbeispiel einen Mikrogasgenerator 30 und einen Kolben 32 enthält. Das Gehäuse 18 bildet einen Zylinder 34, in dem der Kolben 32 verfahrbar ist. Der Schaltkäfig 22 wird in die geschlossene Stellung verstellt, indem der Kolben 32 unter der Wirkung von Druckgas, das bei Aktivierung vom Mikrogasgenerator 30 bereitgestellt wird, aus einer Ausgangsstellung (siehe die Figuren 5 und 6) in eine Aktivierungsstellung verstellt wird, in welcher er weiter vom Mikrogasgenerator 30 beabstandet ist (siehe die Figuren 1 1 und 12).
Die Bewegung des Kolbens 32 wird auf den Schaltkäfig 22 mittels eines Stellers 38 und eines Freilaufs 40 bzw. einer Freilaufkupplung übertragen, mit dem der Schaltkäfig 22 in der Richtung hin zur geschlossenen Stellung der Kupplung 26 mitgenommen wird, aber eine Relativdrehung in der entgegengesetzten Richtung ermöglicht. Der Steller 38 ist über den Freilauf 40 mit einem Hauptabschnitt 36 des Schaltkäfigs 22 derart wirkverbunden, dass eine Ausfahrbewegung A des Kolbens 32 in die verstellende Rotation Rk des Schaltkäfigs 22 übersetzt wird. Wenn sich der Kolben 32 in der Bereitschaftsstellung befindet, befindet sich der Schaltkäfig 22 in der offenen Stellung. Wenn sich der Kolben 32 in der Ausfahrstellung befindet, befindet sich der Schaltkäfig 22 in der geschlossenen Stellung.
In der in allen Figuren dargestellten Ausführungsform weist der Steller 38 einen ringförmig geschlossenen Innenabschnitt 42 auf. Der Steller 38 ist also als Stellring bzw. Schaltring ausgeführt. Der Steller 38 weist außerdem einen von dem Innenabschnitt 42 rein radial abstehenden Nocken 44 auf. Der Steller 38 ist vorliegend eine flache Platte. Der Steller 38 hat bevorzugt dieselbe Dicke wie der Hauptabschnitt 36 des Schaltkäfigs 22. Damit baut der Gurtstraffer axial kompakt. Der Nocken 44 wird in einer Vertiefung 46 des Gehäuses 18 axial geführt. Die Vertiefung 46 ist abschnittsweise schlitzartig und abschnittsweise offen gebildet.
Der Steller 38 wird mittels mehrerer Fixierlaschen 47, die jeweils in eine entsprechende Aussparung auf der Außenseite des ringförmigen Hauptabschnittes 36 des Stellers 36 eingreift, in einer Ausgangsposition gehalten, die in Figur 5 gezeigt ist.
An das Gehäuse 18 ist ein Gehäuseteil 48 angeflanscht.
Der Nocken 44 ist mit einer konvexen Anlagefläche 50 versehen, deren Krümmung während der Ausfahrbewegung A des Kolbens 32 bzw. der entsprechenden Rotation Rs des Stellers 38 mit einer Stirnseite 52 des Kolbens 32 zusammenwirkt. Da die Stirnseite 52 des Kolbens 32 an der Anlagefläche 50 anliegt, wird der Steller 38 zwangsweise mitgenommen, wenn der Kolben 32 in der Richtung A verstellt wird. Somit bilden die Stirnseite 52 und die Anlagefläche 50 eine Anlage-Kopplung. Der Aktor 28 ist in die axiale Ebene des flachen Stellers 38 gelegt, wodurch der Gurtstraffer axial kompakt baut.
Der Freilauf 40 wird durch mindestens eine Freilaufklinke 54 und eine Freilaufverzahnung 56 gebildet, die in miteinander in Wirkeingriff stehen.
Die mindestens eine Freilaufklinke 54 ist an einer Außenumfangsfläche des Hauptabschnitts 36 des Schaltkäfigs 22 gebildet. Der Hauptabschnitt 36 ist hier als eine flache Platte ausgeführt, die den Klemmansatz 13 der Gurtspule 12 ringförmig umgibt. Die Mitnehmer 60 und die Haltefinger 62 ragen von dem Hauptabschnitt 36 aus. Der Hauptabschnitt 36 ist axial neben dem Kupplungskäfig 20 derart angeordnet, dass die Mitnehmer 60 des Schaltkäfigs 22 in die Ausnehmungen 58 der Kupplungskäfig 20 hineinragen.
Die Freilaufklinken 54 sind hier einstückig mit dem Schaltkäfig 22 ausgeführt. Dabei kann der Schaltkäfig 22 zusammen mit den Freilaufklinken 54 als Spritzgussteil ausgeführt sein. Als Material wird ein geeigneter Kunststoff gewählt, mit dem sich zum einen die gewünschte Festigkeit und zum anderen die nötige Elastizität der Freilaufklinken 54 ergibt.
Die Freilaufverzahnung 56 erstreckt sich an einer Innenöffnung des Innenabschnitts 42 des Stellers 38. Ein möglichst hohes übertragbares Drehmoment wird erreicht, indem an dem Schaltkäfig 22 eine Vielzahl von Freilaufklinken 54 und an dem Innenabschnitt 42 eine identische Anzahl von Zähnen der Freilaufverzahnung 56 vorliegen. Dabei sind die Freilaufklinken 54 und die Zähne der Freilaufverzahnung 56 jeweils in Umfangsrichtung gleichmäßig angeordnet. Sicherheitshalber wird angemerkt, dass die Außenumfangsfläche des Hauptabschnitts 36 eine rein konstruktive Größe sein kann.
Die Freilaufverzahnung 56 ist in Übertragungsrichtung hinterschnitten, sodass sich eine einseitige Rastierung ergibt, wodurch die Freilaufklinken 54 gefangen werden. Dies erhöht selbstverstärkend das übertragbare Drehmoment. Ein Winkel, unter dem die Freilaufklinken 54 von der Umfangsfläche des Hauptabschnitts 36 des Schaltkäfigs abstehen, eine Länge der Freilaufklinken 54 und - vereinfacht gesagt - die Durchmesser der Außenumfangsfläche des Hauptabschnitts 36 und der Freilaufverzahnung 56 sind derart aufeinander abgestimmt, dass die einzelnen Freilaufklinken 54 in Übertragungsrichtung unbelastet etwa tangential von der Außenumfangsfläche des Hauptabschnitts 36 abstehen. Dies erhöht die je Freilaufklinke 54 übertragbare Schubkraft und somit das übertragbare Drehmoment.
Die Schnittdarstellungen der Figuren 5, 7, 9, 11 , 13 und 15 liegen in einer Ebene, welche das Zusammenwirken des Aktors 28, des Stellers 38 und des Freilaufs 40 zeigt. Die Schnittdarstellungen der Figuren 6, 8, 10, 12, 14 und 16 liegen demgegenüber hinter dem Hauptabschnitt 36 des Schaltkäfigs 22 in einer Ebene, in der die Kupplung mit dem Kupplungskäfig 20, dem Schaltkäfig 22 und den Kupplungselementen 24 gezeigt ist.
Die Figuren 5 bis 10 zeigen, wie der Aktor 28 mittels des Stellers 38 den Schaltkäfig 22 in die geschlossene Stellung verstellt.
In den Figuren 5 und 6 ist der Ausgangszustand dargestellt. Die Gurtspule kann sich frei relativ zum Kupplungskäfig 20 und zur Wellenscheibe 16 drehen, da die Kupplung 26 geöffnet ist.
In den Figuren 7 und 8 ist der Zustand gezeigt, in dem der Mikrogasgenerator 30 ausgelöst wird. Die Kupplung befindet sich weiterhin im geöffneten Zustand.
In den Figuren 9 und 10 hat der Kolben 32 den Steller 38 und damit über den Freilauf 40 den Schaltkäfig 22 so mitgenommen, dass die Kupplungselemente 24 sich zwischen der schrägen Außenwand der Ausnehmung 58 und der zylindrischen Außenfläche des Klemmansatzes 13 befinden. Die Kupplung 26 ist daher geschlossen, und eine Drehung der Gurtspule 12 im Uhrzeigersinn wird über die Kupplungselemente 24 auf den Kupplungskäfig 20 und damit auf die Wellenscheibe 16 übertragen.
Zum Zwecke der Betriebssicherheit ist der Winkel, der nötig ist, um den Schaltkäfig 22 während der Rotation Rk in die Stellung zu bringen, in der die Kupplung 26 geschlossen ist, vorzugsweise kleiner oder gleich dem Winkel, um welchen der Steller 38 während der Rotation Rs rotiert, während der Kolben 32 von der Bereitschaftstellung in die Aktivierungsstellung ausfährt.
In den Figuren 1 1 und 12 ist der Gurtaufroller in einem Zustand der Kraftbegrenzung zu sehen, in dem die Gurtspule 12 unter der Wirkung einer hohen Zugkraft im Sicherheitsgurt 14 im Uhrzeigersinn gedreht wird. Hierbei wird der Kupplungskäfig 20 mitgenommen, wodurch auch der Schaltkäfig 22 mitgenommen wird. Es ist zu sehen, dass die Spitzen der Freilaufklinken sich etwas von der ihnen gegenüberliegenden Anlagefläche entfernt haben. Die Freilaufklinken 54 werden elastisch nach radial innen gebogen, wenn sie auf der Verzahnung gleiten.
Es ist in Figur 1 1 zu sehen, dass die Freilaufklinken 54, die am Schaltkäfig 22 angebracht sind, mitgenommen werden und sich relativ zum Steller 38 verdrehen; der Steller 38 verbleibt in seiner Position und muss sich aufgrund des Freilaufs 40 nicht miterleben.
In dem in den Figuren 13 und 14 gezeigten Zustand haben sich der Schaltkäfig 22 und die Freilaufklinken 54 noch etwas weiter gedreht. Es ist zu sehen, dass die Freilaufklinken beinahe die nächste Anlagefläche der Verzahnung erreicht haben, sich also um fast eine Teilung weitergedreht haben.
In dem in den Figuren 15 und 16 gezeigten Zustand haben sich der Schaltkäfig 22 und die Freilaufklinken 54 relativ zum Ausgangszustand der Figuren 9 und 10 um eine Zahnteilung weitergedreht, so dass die Freilaufklinken 54 wieder nach außen schnappen können. Dies wiederholt sich so lange, wie die Gurtspule 12 über die Kupplung mit der Wellenscheibe 16 gekoppelt ist und diese mitnimmt.
Insgesamt zeigen die Figuren. 11 bis 16 eine Überholrotation des Freilaufs 40, also eine freilaufende Weiterrotation Rw des geschlossenen Schaltkäfigs 22.

Claims

Patentansprüche
1 . Gurtaufroller mit einem Rahmen (10), einer Gurtspule (12), die drehbar in dem Rahmen (10) angeordnet ist und einen Sicherheitsgurt (14) aufnehmen kann, mindestens einem Kraftbegrenzer (16), der es der Gurtspule (12) ermöglicht, sich bei Überwinden eines vom Kraftbegrenzer (16) bereitgestellten Bremsmoments relativ zum Rahmen (10) zu drehen, um Sicherheitsgurt (14) freizugeben, und einer schaltbaren Kupplung (26), die einen Schaltkäfig (22) und Kupplungselemente (24) aufweist, wobei der Schaltkäfig (22) mittels eines Aktors (28) aus einer offenen Stellung, in der die Kupplungselement (24) außer Eingriff mit der Gurtspule (12) gehalten werden, in eine geschlossene Stellung verstellt werden kann, in der die Kupplungselemente (24) an der Gurtspule (12) angreifen, gekennzeichnet durch einen Steller (38), der mit dem Aktor (28) betätigbar angeordnet ist, und einen Freilauf (40), der den Schaltkäfig (22) mit dem Steller (38) so koppelt, dass der Steller (38) den Schaltkäfig (22) aus der offenen Stellung in die geschlossene Stellung verstellen kann.
2. Gurtaufroller nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Steller (38) eine flache Platte ist.
3. Gurtaufroller nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltkäfig (22) mindestens eine Freilaufklinke (54) aufweist, die mit einer Freilaufverzahnung (56) zusammenwirkt, die am Steller (38) vorgesehen ist.
4. Gurtaufroller nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltkäfig (22) eine Vielzahl von Freilaufklinken (54) aufweist, die in Umfangsrichtung gleichmäßig angeordnet sind.
5. Gurtaufroller nach einem der Ansprüche 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaltkäfig (22) aus Kunststoff besteht und die Freilaufklinken (54) einstückig mit dem Schaltkäfig (22) ausgeführt sind.
6. Gurtaufroller nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Freilaufverzahnung (56) hinterschnitten ausgeführt ist.
7. Gurtaufroller nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Steller (38) ein Stellring ist und die Freilaufverzahnung (56) eine Innenverzahnung ist, die sich entlang einer Innenöffnung des Stellrings erstreckt.
8. Gurtaufroller nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Freilaufklinken (54) und die Anzahl der Zähne der Freilaufverzahnung (56) identisch sind.
9. Gurtaufroller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Steller (38) zwischen einem Gehäuse (18) des Aktors
(28) und dem Schaltkäfig (22) gelagert ist.
10. Gurtaufroller nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (18) des Aktors eine flache Vertiefung (46) aufweist, in welcher der Steller (38) angeordnet ist.
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