WO2024061939A1 - Sicherheitsgurteinrichtung für ein kraftfahrzeug - Google Patents

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WO2024061939A1
WO2024061939A1 PCT/EP2023/075867 EP2023075867W WO2024061939A1 WO 2024061939 A1 WO2024061939 A1 WO 2024061939A1 EP 2023075867 W EP2023075867 W EP 2023075867W WO 2024061939 A1 WO2024061939 A1 WO 2024061939A1
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seat belt
gear
gears
planetary
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Andreas Lucht
Eric Dreher
Christian Wirth
Matthias Koop
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Autoliv Development Ab
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    • F16H2200/2094—Transmissions using gears with orbital motion using positive clutches, e.g. dog clutches

Definitions

  • the present invention relates to a seat belt device according to the preamble of claim 1.
  • Modern seat belt devices are provided with electric motors which, for example, drive the belt shaft in the winding direction when a reversible pre-tightening of the seat belt is activated in a pre-accident phase. Furthermore, in such seat belt devices it is known that a gear is arranged between the belt shaft and the electric motor, which translates the speed of the electric motor into a planned speed of the belt shaft. The use of the gearbox also makes it possible to use an electric motor that is as small as possible and has a high speed.
  • the use of a planetary gear in a seat belt device is known, for example, from DE 199 27 731 C2.
  • Pyrotechnic belt tensioners are also known, for example, which are triggered in the event of a crash. These belt tensioners or power tensioners have a significantly higher level of force when tightening the belt than is provided for reversible pre-tightening of the seat belt with an electric motor.
  • An electrically driven belt tensioner which can also be used as a performance tensioner, must therefore apply significantly higher forces than is usually the case with electric pre-tensioners for the pre-accident phase.
  • the space available for the seat belt device in motor vehicles is limited and cannot be increased arbitrarily for design reasons.
  • the acoustic behavior of the transmission is also relevant, since the seat belt device with the transmission is regularly arranged near an occupant's head and is therefore acoustically perceptible.
  • the invention is based on the object of specifying a seat belt device which electrically pre-tightens the seat belt with a Power streamlining for an accident phase is made possible while at the same time achieving a limited installation space requirement and acceptable acoustic behavior.
  • a seat belt device for a motor vehicle with a belt shaft, a gearbox and an electric motor is proposed, wherein the gearbox and the electric motor are set up for pre-tightening a seat belt on the belt shaft, the gearbox comprising at least one planetary gear, the planetary gear at least one Ring gear, at least one sun gear and a plurality of planetary gears. It is proposed that the planetary gear has first planetary gears with plastic teeth and second planetary gears with metal teeth.
  • the proposed seat belt device can be used for performance tightening of the seat belt and can therefore also be referred to as a performance tensioner, whereby the proposed seat belt device can also be used for belt winding, reversible pre-tightening or also pre-pre-tightening.
  • the forces that occur in the planetary gear during pre-tightening in the accident phase are so great that the planetary gears have to be made of metal when space for the seat belt device is limited.
  • a metal in this sense can be a pure metal or a metal alloy.
  • the first and second planet gears are preferably arranged on a common planet carrier. Furthermore, the first and second planet gears are preferably rotatably mounted on an identical diameter.
  • the first planetary gears with plastic teeth are larger than the second planetary gears with metal teeth.
  • the second planetary gears are therefore preferably positioned slightly back in the planetary gear compared to the first planetary gears.
  • the loads can be transmitted via the slightly larger first planet gears with plastic teeth.
  • the larger first planet gears preferably elastic, in particular the teeth, made of plastic deform so significantly that the second planet gears, which are slightly smaller, also deform a toothing made of metal, which is significantly stiffer and stronger, takes over the load transfer.
  • the seat belt device is therefore significantly quieter when pre-tightening in a pre-accident phase, since the load path with these comparatively low loads runs over the first planet gears, which have no metal-to-metal contact. This means that the loads on metal-to-metal contacts can be reduced or avoided entirely. This significantly reduces the acoustic emissions of the transmission. Only if the seat belt is pre-tightened in an emergency situation or accident phase will there be a high level of noise emissions due to the metal-metal contacts and the correspondingly high speed of the electric motor or the high gear ratio. In this situation, however, the acoustic properties of the seat belt device are negligible. Therefore, an advantageous seat belt device with quiet operating behavior of the gearbox in normal operation with pre-tightening and effective pre-tightening in an emergency in a small installation space.
  • the first planetary gears with a toothing made of plastic have a larger tooth thickness, preferably a larger tooth thickness in the pitch circle and/or pitch circle, than the second planetary gears with a toothing made of metal.
  • the tooth thickness in the pitch circle and/or pitch circle differs by preferably more than 0.3 mm, for example 0.4 mm or 0.5 mm.
  • the tooth thickness in the pitch circle and/or pitch circle differs in a range between 0.4 mm to 0.6 mm, for example 0.6 mm.
  • the tooth thickness in the pitch circle and/or pitch circle can also differ by more than 0.6 mm.
  • the teeth of the second planet gears made of metal are therefore preferably smaller or narrower than the teeth of the first planet gears made of plastic.
  • the first planetary gears made of plastic engage before the second planetary gears come into engagement.
  • the first planet gears with at least one toothing made of plastic have a lower modulus of elasticity than the second planet gears made of metal, so that the first planet gears deform more under higher loads, such as during pre-tightening, and the second planet gears, which are stiffer due to the material , then rest on the tooth flanks of the ring gear and / or the sun gear, take on the loads and also have sufficient strength.
  • the tooth width for the first and second planetary gears may be different.
  • the first planetary gears with a toothing made of plastic have a larger backlash with the sun gear and/or the ring gear than the second planetary gears with a toothing made of metal.
  • the first planet gears with their teeth rest against the teeth of the ring gear and/or the sun gear with minimal play during normal operation.
  • first planet gears with plastic teeth have a larger tip circle diameter than the second planet gears with metal teeth.
  • the tip diameter of the first planet gears is preferably at least 0.2 mm, for example 0.4 mm, larger than the tip diameter of the second planet gears.
  • the larger tip circle diameter of the first plastic planet gears supports the largely load-free operation of the second metal planet gears at low gear loads with a comparatively low torque on the belt shaft, such as during pre-tightening.
  • the ring gear and/or the sun gear are preferably made of metal.
  • the number of the first planet gears and the number of the second planet gears are the same.
  • three first planet gears with plastic teeth and three second planet gears with metal teeth can be arranged in a planetary gear of the seat belt device.
  • the first and second planet gears are preferably arranged alternately so that optimal load distribution can be achieved. In this way, the most even load distribution possible for low and high loads in the planetary gear can be achieved.
  • the transmission is a two-speed transmission. This allows, for example, an electric belt winding with low tensile forces and a low speed of the electric motor at a first gear ratio and a pre-tightening of the seat belt with high tensile forces or high torque on the belt shaft and a high speed of the electric motor at a second gear ratio.
  • the first planet gears are made entirely of plastic. This enables the seat belt device to be manufactured particularly cost-effectively.
  • the teeth of the first planet gears are made of polyoxymethylene (POM) or the first planet gears are made entirely of polyoxymethylene (POM).
  • the second planet gears are made entirely of metal.
  • the toothing of the second planet gears made of metal or the complete second planet gears made of metal are made of sintered steel, for example D39.
  • the transmission of the seat belt device has two or three planetary gears connected in series.
  • Fig. 1 shows a seat belt device with a planetary gear
  • Fig. 2 shows a detail of a planetary gear of a seat belt device
  • Fig. 5 is a schematic representation of the transmission in a first gear
  • Fig. 6 is a schematic representation of the transmission in a second gear.
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of a seat belt device 10 for a motor vehicle in a schematic representation.
  • the seat belt device 10 has a belt shaft 11, which is connected to an electric motor 13 via a gear 12.
  • the gear 12 has a planetary gear 14, which reduces the speed of the electric motor 13 with the further stages of the gear 12 to drive the belt shaft 11.
  • it is a two-stage planetary gear 14, although in alternative exemplary embodiments also single-stage, three-stage stage or generally multi-stage planetary gear 14 can be used.
  • the seat belt device 10 can be used as an electric belt rewinder, as a reversible pre-tensioner in a pre-accident phase (pre-tightening) and also as a power tensioner, and for this purpose has two gears in this advantageous exemplary embodiment, which is explained with reference to FIGS. 5 and 6.
  • FIG. 2 shows a schematic sectional view of a planetary gear 14 with a sun gear 16 and a ring gear 15, between which the planet gears 17, 18 are arranged.
  • the first planetary gears 17 are made entirely of plastic, for example POM
  • the second planetary gears 18 are made entirely of metal.
  • FIG 3 shows a detailed view of the two-stage planetary gear 14 of Figure 1 in a detailed view.
  • the first and second planet gears 17, 18 are arranged on a common planet carrier 25, the first and second planet gears 17, 18 being rotatably mounted on the identical diameter of the planet carrier 25 in advantageous exemplary embodiments.
  • FIG. 4 shows a detailed view of a planetary gear 14 with the first and second planet gears 17, 18 in comparison with a ring gear 15.
  • the first planet gears 17 with a toothing 19 made of plastic are shown in dotted lines, and shown superimposed with the toothing 19 made of metal of the second planetary gears 18, which is shown with a solid line.
  • the first planet gears 17 are noticeably larger than the second planet gears 18.
  • the first planet gears 17, for example, have a larger tip circle diameter 22 than the second planet gears 18.
  • the toothing 19 of the first planetary gears 17 has a greater tooth thickness 20 in the pitch circle 21 than the toothing 19 of the second planetary gears 18.
  • the tooth thickness 20 is also larger outside the pitch circle 21.
  • the second planet gears 18 therefore have a larger backlash with the ring gear 15 and with the sun edge 16 than the first planet gears
  • the electric motor 13 drives the sun gear 16 of the planetary gear 14 via a pinion 23 and another gear 24.
  • the electric motor 13 can be operated at different speeds depending on the desired function.
  • the electric motor 13 can be operated, for example, at a speed of 5000 min 1 when regularly winding a seat belt or, for example, at a speed of 50,000 min 1 when power is tightened.
  • the planetary gear 14 is designed in two stages and can be switched in two gears.
  • the planet gears 17, 18 of the two stages of the planetary gear 14 are connected to one another in a rotationally fixed manner and can in particular be made in one piece. In this case, one can also speak of tandem planetary gears, which means that the first and second stages have the same number and positioning of first and second planetary gears 17, 18 on the planet carrier 25 results.
  • the left ring gear 15 is the output of the planetary gear
  • the planetary gear 14 is in a first gear, in which the planet carrier 25 is braked or blocked. Accordingly, the right ring gear 15 is not loaded and both ring gears 15 rotate in the same direction.
  • the transmission ratio of the transmission 12 is, for example, approximately 10.3 in first gear. With this transmission ratio, for example, an electrical winding of a loosened seat belt can be carried out on the belt shaft 11, the speed of the electric motor 13 being, for example, 5000 min 1 . This winding can be carried out with little noise since only a comparatively low torque is transmitted to the belt shaft 11.
  • the planet carrier 25 is braked or blocked by a control device 30.
  • the control device 30 is also set up to brake or block the right, drive-side ring gear 15 of the planetary gear 14 in addition to the planet carrier 25, with either the planet carrier 25 or alternatively the ring gear 15 can be blocked or blocked or braked by the control device 30.
  • Figure 6 shows the planetary gear 14 in a second gear, with which a transmission ratio of approximately 124 is achieved in advantageous exemplary embodiments.
  • the right, drive-side ring gear 15 is braked or blocked for this purpose and the planet carrier 25 is released.
  • the electric motor 13 can be operated, for example, at a speed of 50,000 min 1 to tighten the belt.
  • the planet carrier 25 reaches a very high speed and a high torque can be applied to the belt reel 11.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitsgurteinrichtung (10) für ein Kraftfahrzeug mit einer Gurtwelle (11), einem Getriebe (12) und einem Elektromotor (13), wobei das Getriebe (12) und der Elektromotor (13) für eine Vorstraffung eines Sicherheitsgurts auf der Gurtwelle (11) eingerichtet sind. Das Getriebe (12) umfasst mindestens ein Planetengetriebe (14), wobei das Planetengetriebe (14) wenigstens ein Hohlrad (15), wenigstens ein Sonnenrad (16) und eine Mehrzahl Planetenräder (17, 18) umfasst. Das Planetengetriebe (14) weist erste Planetenräder (17) mit einer Verzahnung (19) aus Kunststoff und zweite Planetenräder (18) mit einer Verzahnung (19) aus Metall auf.

Description

Sicherheitsgurteinrichtung für ein Kraftfahrzeug
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sicherheitsgurteinrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Moderne Sicherheitsgurteinrichtungen sind mit Elektromotoren versehen, welche beispielsweise bei einer Aktivierung einer reversiblen Vorstraffung des Sicherheitsgurtes in einer Vorunfallphase die Gurtwelle in Aufwickelrichtung antreiben. Ferner ist bei solchen Sicherheitsgurteinrichtungen bekannt, dass zwischen der Gurtwelle und dem Elektromotor ein Getriebe angeordnet ist, welches die Drehzahl des Elektromotors in eine vorgesehene Drehzahl der Gurtwelle übersetzt. Die Verwendung des Getriebes ermöglicht es weiterhin einen möglichst kleinbauenden Elektromotor mit einer hohen Drehzahl zu verwenden. Die Verwendung eines Planetengetriebes in einer Sicherheitsgurteinrichtung ist beispielsweise aus der DE 199 27 731 C2 bekannt.
Weiterhin sind beispielsweise pyrotechnische Gurtstraffer bekannt, welche im Crashfall ausgelöst werden. Diese Gurtstraffer oder auch Leistungsstraffer weisen ein deutlich höheres Kraftniveau bei der Gurtstraffung auf, als dies bei reversibler Vorstraffung des Sicherheitsgurts mit einem Elektromotor vorgesehen ist. Ein elektrisch angetriebener Gurtstraffer, welcher auch als Leistungsstraffer eingesetzt werden kann, muss daher deutlich höhere Kräfte aufbringen als dies üblicherweise bei elektrischen Vorstraffern für die Vorunfallphase der Fall ist. Gleichzeitig ist der für die Sicherheitsgurteinrichtung zur Verfügung stehende Bauraum in Kraftfahrzeugen begrenzt und kann auch aus Designgründen nicht beliebig vergrößert werden. Weiterhin ist auch das akustische Verhalten des Getriebes relevant, da die Sicherheitsgurteinrichtung mit dem Getriebe regelmäßig in der Nähe eines Kopfes eines Insassen angeordnet und somit akustisch wahrnehmbar ist.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Sicherheitsgurteinrichtung anzugeben, welche eine elektrische Vorstraffung des Sicherheitsgurts mit einer Leistungsstraffung für eine Unfallphase ermöglicht und gleichzeitig einen begrenzten Bauraumbedarf und ein akzeptables akustisches Verhalten erreicht.
Zur Lösung der Aufgabe wird eine Sicherheitsgurtvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Weitere bevorzugte Weiterentwicklungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, den Figuren und der zugehörigen Beschreibung zu entnehmen.
Es wird eine Sicherheitsgurteinrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einer Gurtwelle, einem Getriebe und einem Elektromotor vorgeschlagen, wobei das Getriebe und der Elektromotor für eine Vorstraffung eines Sicherheitsgurts auf der Gurtwelle ein-gerichtet sind, wobei das Getriebe mindestens ein Planetengetriebe umfasst, wobei das Planetengetriebe wenigstens ein Hohlrad, wenigstens ein Sonnenrad und eine Mehrzahl Planetenräder umfasst. Es wird vorgeschlagen, dass das Planetengetriebe erste Planetenräder mit einer Verzahnung aus Kunststoff und zweite Planetenräder mit einer Verzahnung aus Metall aufweist.
Die vorgeschlagene Sicherheitsgurteinrichtung ist für eine Leistungsstraffung des Sicherheitsgurts einsetzbar und kann daher auch als Leistungsstraffer bezeichnet werden, wobei die vorgeschlagene Sicherheitsgurteinrichtung auch für eine Gurtaufwicklung, reversible Vorstraffung oder auch Vor-Vorstraffung eingesetzt werden kann. Die bei der Vorstraffung in der Unfallphase (Leistungsstraffung) auftretenden Kräfte im Planetengetriebe sind so groß, dass bei begrenztem Bauraum für die Sicherheitsgurteinrichtung die Planetenräder aus Metall gefertigt werden müssen. Gleiches gilt auch für das Hohlrad und/oder Sonnenrad. Auf diese Weise kann eine ausreichende Festigkeit des Planetengetriebes erreicht werden, um das Antriebsmoment des Elektromotors auf ein entsprechendes Drehmoment der Gurtwelle für die Vorstraffung zu übersetzen. Der dabei auftretende Metall-Metall-Kontakt im Planetengetriebe, welcher zum Erreichen einer ausreichenden Festigkeit bei gegebenem Bauraum notwendig ist, führt jedoch zwangsläufig zu lauten Geräuschen im Normalbetrieb, welche beispielsweise bei einer elektrischen Gurtaufwicklung, einer reversiblen Vorstraffung oder auch Vor-Vorstraffung in einer Vorunfallphase unerwünscht sind. Die Verwendung von Planetenrädern mit einer Verzahnung aus Kunststoff reduziert hierbei die Anzahl der Metall- Metall-Kontakte zugunsten von Kunststoff-Metall-Kontakten in dem Getriebe und somit den Geräuschpegel.
Ein Metall in diesem Sinne kann ein reines Metall oder eine Metalllegierungen sein. Die ersten und zweiten Planetenräder sind vorzugsweise auf einem gemeinsamen Planetenträger angeordnet. Weiterhin sind die ersten und zweiten Planetenräder vorzugsweise auf einem identischen Durchmesser drehbar gelagert.
Gemäß einer Weiterentwicklung wird vorgeschlagen, dass die ersten Planetenräder mit einer Verzahnung aus Kunststoff größer sind als die zweiten Planetenräder mit einer Verzahnung aus Metall. Die zweiten Planetenräder stehen daher vorzugsweise etwas zurück im Planetengetriebe im Vergleich zu den ersten Planetenrädern.
Dies führt zu einem deutlich verbesserten akustischen Verhalten. Bei geringeren Lasten bzw. kleineren Drehmomenten auf der Gurtspule, beispielsweise bei einer Gurtaufwicklung oder Vor-Vorstraffung des Sicherheitsgurts in einer Vorunfallphase, können die Lasten über die etwas größeren ersten Planetenräder mit einer Verzahnung aus Kunststoff übertragen werden. Bei größeren Lasten bei einer Leistungstraffung, wie sie für eine Vorstraffung des Sicherheitsgurts in einer Unfallphase notwendig sind, verformen sich die größeren ersten Planetenräder, vorzugsweise elastisch, insbesondere die Zähne, aus Kunststoff so deutlich, dass die zweiten Planetenräder, welche etwas kleiner sind, mit einer Verzahnung aus Metall, die deutlich steifer und fester ist, die Lastübertragung übernehmen. Die Sicherheitsgurteinrichtung ist daher bei einer Vorstraffung in einer Vorunfallphase deutlich leiser, da der Lastpfad bei diesen vergleichsweise geringen Lasten über die ersten Planetenräder verläuft, die keinen Metall-Metall-Kontakt aufweisen. Somit können die Lasten an Metall-Metall-Kontakten verringert oder gänzlich vermieden werden. Dies reduziert die akustischen Emissionen des Getriebes erheblich. Lediglich im Fall einer Vorstraffung des Sicherheitsgurts in einer Notfallsituation oder Unfallphase kommt es zu einer hohen Geräuschemission durch die Metall- Metall-Kontakte und die entsprechend hohe Drehzahl des Elektromotors bzw. die hohe Übersetzung. In dieser Situation sind die akustischen Eigenschaften der Sicherheitsgurteinrichtung jedoch zu vernachlässigen. Daher kann eine vorteilhafte Sicherheitsgurteinrichtung mit einem leisen Betriebsverhalten des Getriebes im Normalbetrieb bei einer Vor- Vorstraffung und einer effektiven Vorstraffung im Notfall in einem kleinen Bauraum erreicht werden.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die ersten Planetenräder mit einer Verzahnung aus Kunststoff eine größere Zahndicke, vorzugsweise eine größere Zahndicke im Teilkreis und/oder Wälzkreis, als die zweiten Planetenräder mit einer Verzahnung aus Metall aufweisen. In vorteilhaften Ausführungsformen unterscheidet sich die Zahndicke im Teilkreis und/oder Wälzkreis um vorzugsweise mehr als 0,3 mm, beispielsweise 0,4 mm oder 0,5 mm. Weiter vorzugsweise unterscheidet sich die Zahndicke im Teilkreis und/oder Wälzkreis in einem Bereich zwischen 0,4 mm bis 0,6 mm, beispielsweise 0,6 mm. In weiteren möglichen Ausführungsbeispielen kann sich die Zahndicke im Teilkreis und/oder Wälzkreis auch um mehr als 0,6 mm unterscheiden.
Dies verbessert das akustische Verhalten vor allem bei geringeren Lasten, da die ersten Zahnräder mit einer Verzahnung aus Kunststoff im Planetengetriebe die Lasten übertragen und die zweiten Planetenräder aus Metall weitgehend lastfrei mitlaufen können, so dass die akustische Emissionen erheblich verringert werden können. Die Zähne der zweiten Planetenräder aus Metall sind somit vorzugsweise kleiner bzw. schmaler als die Zähne der ersten Planetenräder aus Kunststoff. Vorzugsweise sind die ersten Planetenräder aus Kunststoff im Eingriff bevor die zweiten Planetenräder in Eingriff kommen. Die ersten Planetenräder mit wenigstens einer Verzahnung aus Kunststoff weisen jedoch materialbedingt ein geringeres Elastizitätsmodul als die zweiten Planetenräder aus Metall auf, so dass sich die ersten Planetenräder hin zu höheren Lasten, wie bei der Vorstraffung, stärker verformen und die zweiten Planetenräder, welche materialbedingt steifer sind, dann an den Zahnflanken des Hohlrads und/oder des Sonnenrads anliegen, die Lasten übernehmen und zudem eine ausreichende Festigkeit aufweisen.
In möglichen Ausführungsformen kann die Zahnbreite für die ersten und zweiten Planetenräder unterschiedlich sein. Es wird gemäß einer Weiterentwicklung vorgeschlagen, dass die ersten Planetenräder mit einer Verzahnung aus Kunststoff ein größeres Flankenspiel mit dem Sonnenrad und/oder dem Hohlrad als die zweiten Planetenräder mit einer Verzahnung aus Metall aufweisen. In vorteilhaften Ausführungsformen liegen die ersten Planetenräder mit ihrer Verzahnung mit minimalen Spiel an der Verzahnung des Hohlrads und/oder des Sonnenrads im Normalbetrieb an.
Dies verbessert den Lauf für die zweiten Planetenräder aus Metall bei geringen Lasten, da die ersten Planetenräder aus Kunststoff aufgrund des geringeren Flankenspiels bei geringen Lasten und somit bei resultierender geringer Deformation der ersten Planetenräder den Hauptteil der Lasten übertragen. Die zweiten Planetenräder erfahren somit bei geringen Getriebelasten eine sehr geringe Beanspruchung, was die akustischen Emissionen durch Me- tall-Metall-Kontakte der zweiten Planetenräder mit dem Hohlrad und/oder dem Sonnenrad in diesem Betriebszustand erheblich verringert. Bei zunehmender Belastung des Getriebes, wie sie bei der Vorstraffung auftritt, verformen sich die ersten Planetenräder, insbesondere die Zähne der ersten Planetenräder aus Kunststoff, unter der Belastung, so dass die zweiten Planetenräder aus Metall die Hauptlasten übernehmen. Etwaige erhöhte Getriebegeräusche sind bei der Gurtstraffung in einer Notfallsituation irrelevant.
Es wird ferner vorgeschlagen, dass die ersten Planetenräder mit einer Verzahnung aus Kunststoff einen größeren Kopfkreisdurchmesser als die zweiten Planetenräder mit einer Verzahnung aus Metall aufweisen. Der Kopfkreisdurchmesser der ersten Planetenräder ist vorzugsweise wenigstens 0,2 mm, beispielsweise 0,4 mm, größer als der Kopfkreismesser der zweiten Planetenräder.
Der größere Kopfkreisdurchmesser der ersten Planetenräder aus Kunststoff unterstützt den weitgehend lastfreien Betrieb der zweiten Planetenräder aus Metall bei geringen Getriebelasten mit einem vergleichsweise geringen Drehmoment an der Gurtwelle, wie beispielsweise bei einer Vorstraffung. Vorzugsweise ist das Hohlrad und/oder das Sonnenrad aus Metall. Bei den typischen Übersetzungen von einem kleinen Elektromotor mit einer hohen Drehzahl zu einer geringeren Drehzahl mit einem hohen Drehmoment der Gurtwelle für eine Gurtstraffung treten hohe Lasten in der Verzahnung des Sonnenrads und/oder des Hohlrads auf, welche dementsprechend aufgenommen werden können.
Gemäß einer Weiterentwicklung wird vorgeschlagen, dass die Anzahl der ersten Planetenräder und die Anzahl der zweiten Planetenräder gleich ist. Es können beispielsweise in einem Planetengetriebe der Sicherheitsgurteinrichtung drei erste Planetenräder mit einer Verzahnung aus Kunststoff und drei zweite Planetenräder mit einer Verzahnung aus Metall angeordnet sein. Die ersten und zweiten Planetenräder sind vorzugsweise abwechselnd angeordnet, so dass eine optimale Lastverteilung erreicht werden kann. Es kann hierdurch eine möglichst gleichmäßige Lastverteilung für niedrige und hohe Lasten in dem Planetengetriebe erreicht werden.
In vorteilhaften Ausführungsformen ist das Getriebe ein Zweiganggetriebe. Dies erlaubt beispielsweise eine elektrische Gurtaufwicklung mit geringen Zugkräften und einer geringen Drehzahl des Elektromotors bei einer ersten Übersetzung und eine Vorstraffung des Sicherheitsgurts bei hohen Zugkräften bzw. hohem Drehmoment auf der Gurtwelle und einer hohen Drehzahl des Elektromotors bei einer zweiten Übersetzung.
In einer vorteilhaften Ausführungsform sind die ersten Planetenräder vollständig aus Kunststoff. Dies ermöglicht eine besonders kostengünstige Herstellung der Sicherheitsgurteinrichtung.
Vorzugsweise sind die Verzahnung der ersten Planetenräder aus Polyoxymethylen (POM) oder die ersten Planetenräder vollständig aus Polyoxymethylen (POM).
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die zweiten Planetenräder vollständig aus Metall sind.
Hierdurch kann eine hohe Übertragbarkeit von Lasten erreicht werden. Die Verzahnung der zweiten Planetenräder aus Metall oder die vollständigen zweiten Planetenräder aus Metall sind in bevorzugten Ausführungsformen aus gesintertem Stahl, beispielsweise D39.
Das Getriebe der Sicherheitsgurteinrichtung weist in vorteilhaften Ausführungsformen zwei oder drei in Reihe geschaltete Planetengetriebe auf.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Dabei zeigt
Fig. 1 eine Sicherheitsgurteinrichtung mit einem Planetengetriebe;
Fig. 2 einen Ausschnitt eines Planetengetriebes einer Sicherheitsgurteinrichtung;
Fig. 3 ein Planetengetriebe einer Sicherheitsgurteinrichtung;
Fig. 4 eine Detailansicht eines Planetengetriebes mit einem ersten und zweiten Planetenrad im Vergleich,
Fig. 5 eine schematische Darstellung des Getriebes in einem ersten Gang; und
Fig. 6 eine schematische Darstellung des Getriebes in einem zweiten Gang.
Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Sicherheitsgurteinrichtung 10 für ein Kraftfahrzeug in einer schematischen Darstellung. Die Sicherheitsgurteinrichtung 10 weist eine Gurtwelle 11 auf, die über ein Getriebe 12 mit einem Elektromotor 13 verbunden ist. Das Getriebe 12 weist in diesem Ausführungsbeispiel ein Planetengetriebe 14, welches die Drehzahl des Elektromotors 13 mit den weiteren Stufen des Getriebes 12 zum Antrieb der Gurtwelle 11 untersetzt. In diesem vorteilhaften Ausführungsbeispiel handelt es sich um ein zweistufiges Planetengetriebe 14, wobei in alternativen Ausführungsbeispielen auch einstufige, drei- stufige oder generell mehrstufige Planetengetriebe 14 eingesetzt werden können. Die Sicherheitsgurteinrichtung 10 kann als elektrischer Gurtaufwickler, als reversibler Vorstraffer in einer Vorunfallphase (Vor-Vorstraffung) und auch als Leistungsstraffer eingesetzt werden, und weist hierfür in diesem vorteilhaften Ausführungsbeispiel zwei Gänge auf, was anhand der Figuren 5 und 6 erläutert wird.
In Figur 2 ist eine schematische Schnittansicht eines Planetengetriebes 14 mit einem Sonnenrad 16 und einem Hohlrad 15 gezeigt, zwischen denen die Planetenräder 17, 18 angeordnet sind. In diesem Ausführungsbeispiel sind drei erste Planetenräder 17 mit einer Verzahnung 19 aus Kunststoff, beispielsweise aus POM, und drei zweite Planetenräder 18 mit einer Verzahnung 19 aus Metall, beispielsweise gesinterter Stahl, jeweils abwechselnd angeordnet. In diesem vorteilhaften Ausführungsbeispiel sind die ersten Planetenräder 17 vollständig aus Kunststoff, z.B. POM, und die zweiten Planetenräder 18 vollständig aus Metall.
Figur 3 zeigt eine Detailansicht des zweistufigen Planetengetriebes 14 der Figur 1 in einer Detailansicht. In dieser Ansicht ist erkennbar, dass die ersten und zweiten Planetenräder 17, 18 auf einem gemeinsamen Planetenträger 25 angeordnet sind, wobei die ersten und zweiten Planetenräder 17, 18 in vorteilhaften Ausführungsbeispielen auf dem identischen Durchmesser des Planetenträgers 25 drehbar gelagert sind.
In Figur 4 ist eine Detailansicht eines Planetengetriebes 14 mit den ersten und zweiten Planetenrädern 17, 18 im Vergleich im Eingriff mit einem Hohlrad 15 gezeigt. Die ersten Planetenräder 17 mit einer Verzahnung 19 aus Kunststoff sind gepunktet dargestellt, und mit der Verzahnung 19 aus Metall der zweiten Planetenräder 18, welche mit einer durchgezogenen Linie dargestellt ist, überlagert dargestellt.
Die ersten Planetenräder 17 sind erkennbar größer als die zweiten Planetenräder 18. Die ersten Planetenräder 17 weisen beispielsweise einen größeren Kopfkreisdurchmesser 22 als die zweiten Planetenräder 18 auf. Weiterhin weist die Verzahnung 19 der ersten Planetenräder 17 eine größere Zahndicke 20 im Teilkreis 21 als die Verzahnung 19 der zweiten Planetenräder 18 auf. Die Zahndicke 20 ist in diesem vorteilhaften Ausführungsbeispiel auch au- ßerhalb des Teilkreises 21 größer. Die zweiten Planetenräder 18 weisen daher ein größeres Flankenspiel mit dem Hohlrad 15 und mit dem Sonnenrand 16 als die ersten Planetenräder
17 auf. Bei geringen Lasten, wie bei einer Vor-Vorstraffung, erfolgt die Übertragung der mechanischen Lasten somit im Wesentlichen über die ersten Planetenräder 17 mit der Verzahnung 19 aus Kunststoff, so dass ein leises Betriebsverhalten erreicht werden kann. Bei steigenden Lasten wie bei einer Gurtstraffung in einer Unfallphase gibt die Verzahnung 19 der ersten Planetenräder 17 soweit nach, dass der Lastpfad über zu den zweiten Planetenrädern
18 wechselt, welche steifer sind und eine höhere Festigkeit aufweisen. Bei hohen Lasten kommt es daher im Lastpfad zu Metall-Metall-Kontakten mit dem Sonnenrad 16 und/oder dem Hohlrad 15 mit einem lauten Betriebsverhalten, was jedoch bei der Leistungsstraffung bei einem Unfall vernachlässigt werden kann. Die sehr hohen Lasten bei der Leistungsstraffung können somit bei gegebenem Bauraum über die zweiten Planetenräder 18 übertragen werden, wobei bei einer Vor-Vorstraffung, beispielsweise für eine Warnfunktion, das Planetengetriebe 14 nur eine geringe Geräuschentwicklung verursacht.
In den Figuren 5 und 6 ist die Sicherheitsgurteinrichtung 10 der Figur 1 schematisch dargestellt, wobei die Funktion des Getriebes 12 der Sicherheitsgurteinrichtung 10 im Folgenden beschrieben wird.
Der Elektromotor 13 treibt über ein Ritzel 23 und ein weiteres Zahnrad 24 das Sonnenrad 16 des Planetengetriebes 14 an. Der Elektromotor 13 kann entsprechend der gewünschten Funktion mit unterschiedlichen Drehzahlen betrieben werden. Der Elektromotor 13 kann beispielsweise mit einer Drehzahl von 5000 min 1 bei einem regulären Aufwickeln eines Sicherheitsgurts oder beispielsweise mit einer Drehzahl von 50000 min 1 bei einer Leistungsstraffung betrieben werden.
Das Planetengetriebe 14 ist zweistufig ausgeführt und ist in zwei Gängen schaltbar. Die Planetenräder 17, 18 der beiden Stufen des Planetengetriebes 14 sind drehfest miteinander verbunden und können insbesondere einteilig ausgeführt sein. Es kann in diesem Fall auch von Tandem-Planetenrädern gesprochen werden, wodurch sich in der ersten und zweiten Stufe die gleiche Anzahl und Positionierung von ersten und zweiten Planetenrädern 17, 18 auf dem Planetenträger 25 ergibt. Das linke Hohlrad 15 ist der Abtrieb des Planetengetriebes
14 und treibt über die weiteren Zahnräder 26, 27, 28 die Gurtwelle 11 an.
In der Figur 5 befindet sich das Planetengetriebe 14 in einem ersten Gang, bei dem der Planetenträger 25 gebremst oder blockiert ist. Dementsprechend ist das rechte Hohlrad 15 nicht belastet und beide Hohlräder 15 drehen in die gleiche Richtung. Das Übersetzungsverhältnis des Getriebes 12 ist in vorteilhaften Ausführungsbeispielen im ersten Gang beispielsweise ca. 10,3. Mit diesem Übersetzungsverhältnis kann beispielsweise eine elektrische Aufwicklung eines gelösten Sicherheitsgurts auf der Gurtwelle 11 durchgeführt werden, wobei die Drehzahl des Elektromotors 13 beispielsweise 5000 min 1 betragen kann. Diese Aufwicklung kann mit einer geringen Geräuschentwicklung durchgeführt werden, da nur ein vergleichsweise geringes Drehmoment auf die Gurtwelle 11 übertragen wird.
Das Bremsen oder Blockieren des Planetenträgers 25 erfolgt mit einer Steuereinrichtung 30. Die Steuereinrichtung 30 ist ferner dazu eingerichtet, neben dem Planetenträger 25 das rechte, antriebseitige Hohlrad 15 des Planetengetriebes 14 zu bremsen oder zu blockieren, wobei jeweils entweder der Planetenträger 25 oder alternativ das Hohlrad 15 durch die Steuereinrichtung 30 blockierbar ist oder blockiert bzw. gebremst werden.
Figur 6 zeigt das Planetengetriebe 14 in einem zweiten Gang, mit dem in vorteilhaften Ausführungsbeispielen ein Übersetzungsverhältnis von ca. 124 erreicht wird. Das rechte, antriebsseitige Hohlrad 15, wird hierfür gebremst oder blockiert und der Planetenträger 25 freigegeben. Der Elektromotor 13 kann für eine Gurtstraffung beispielsweise mit einer Drehzahl von 50000 min 1 betrieben werden. Hierbei erreicht der Planetenträger 25 eine sehr hohe Drehzahl und es kann ein hohes Drehmoment auf die Gurtspule 11 bewirkt werden.

Claims

Ansprüche:
1. Sicherheitsgurteinrichtung (10) für ein Kraftfahrzeug mit einer Gurtwelle (11), einem Getriebe (12) und einem Elektromotor (13), wobei das Getriebe (12) und der Elektromotor (13) für eine Vorstraffung eines Sicherheitsgurts auf der Gurtwelle (11) eingerichtet sind, wobei das Getriebe (12) mindestens ein Planetengetriebe (14) umfasst, wobei das Planetengetriebe (14) wenigstens ein Hohlrad (15), wenigstens ein Sonnenrad (16) und eine Mehrzahl Planetenräder (17, 18) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Planetengetriebe (14) erste Planetenräder (17) mit einer Verzahnung (19) aus Kunststoff und zweite Planetenräder (18) mit einer Verzahnung (19) aus Metall aufweist.
2. Sicherheitsgurteinrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Planetenräder (17) mit einer Verzahnung (19) aus Kunststoff größer sind als die zweiten Planetenräder (18) mit einer Verzahnung (19) aus Metall.
3. Sicherheitsgurteinrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Planetenräder (17) mit einer Verzahnung (19) aus Kunststoff eine größere Zahndicke (20), vorzugsweise eine größere Zahndicke (20) im Teilkreis (21), als die zweiten Planetenräder (18) mit einer Verzahnung (19) aus Metall aufweisen.
4. Sicherheitsgurteinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Planetenräder (17) mit einer Verzahnung (19) aus Kunststoff ein größeres Flankenspiel mit dem Sonnenrad (16) und/oder dem Hohlrad (15) als die zweiten Planetenräder (18) mit einer Verzahnung (19) aus Metall aufweisen.
5. Sicherheitsgurteinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Planetenräder (17) mit einer Verzahnung (19) aus Kunststoff einen größeren Kopfkreisdurchmesser (22) als die zweiten Planetenräder (18) mit einer Verzahnung (19) aus Metall aufweisen. Sicherheitsgurteinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlrad (15) und/oder das Sonnenrad (16) aus Metall ist. Sicherheitsgurteinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Anzahl der ersten Planetenräder (17) und die Anzahl der zweiten
Planetenräder (18) gleich ist. Sicherheitsgurteinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (14) ein Zweiganggetriebe ist. Sicherheitsgurteinrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Planetenräder (17) vollständig aus Kunststoff sind. Sicherheitsgurteinrichtung (10) einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeich- net, dass die zweiten Planetenräder (18) vollständig aus Metall sind.
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