WO2024240673A1

WO2024240673A1 - Baugruppe für einen sicherheitsgurtaufroller sowie verfahren zum entkoppeln eines antriebsrads von einer gurtspule eines sicherheitsgurtaufrollers

Info

Publication number: WO2024240673A1
Application number: PCT/EP2024/063755
Authority: WO
Inventors: David Schmelz; Bartholomäus Brylka; Andreas Pregitzer; Thomas Mödinger; Steffen Dambacher
Original assignee: Zf Patentabteilung Dips
Current assignee: Zf Patentabteilung Dips
Priority date: 2023-05-23
Filing date: 2024-05-17
Publication date: 2024-11-28
Anticipated expiration: 2025-11-23
Also published as: DE102023113403A1; CN121219171A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Baugruppe (28) für einen Sicherheitsgurtaufroller (10) eines Kraftfahrzeugs mit einer Gurtspule (14), einem Gurtstraffer (16) und einem Antriebsrad (24). Das Antriebsrad (24) ist mit der Gurtspule (14) über Abscherelemente (26) drehmomentübertragend verbunden. Dabei sind zwischen dem Antriebsrad (24) und der Gurtspule (14) mindestens zwei Abscherelemente (26) vorgesehen, die dazu eingerichtet sind, ab einem vordefinierten Kraftniveau nachzugeben. Jedes Abscherelement (26) greift in eine korrespondierende Öffnung (34, 36) in der Gurtspule (14) ein. Eine erste Öffnung (34) in der Gurtspule (14) weist eine geringere Bogenlänge auf als die zwei zweite Öffnung (36).

Description

Baugruppe für einen Sicherheitsgurtaufroller sowie Verfahren zum Entkoppeln eines Antriebsrads von einer Gurtspule eines Sicherheitsgurtaufrollers

Die Erfindung betrifft eine Baugruppe für einen Sicherheitsgurtaufroller eines Kraftfahrzeugs sowie ein Verfahren zum Entkoppeln eines Antriebsrads von einer Gurtspule eines Sicherheitsgurtaufrollers.

Sicherheitsgurtaufroller sind bekannt und dienen dazu, einem Insassen eines Fahrzeugs einen Sicherheitsgurt bereitzustellen. Im Normalbetrieb kann der Fahrzeuginsasse den Sicherheitsgurt frei von der Gurtspule abziehen, um sich anzuschnallen. Die frei in einem Rahmen gelagerte Gurtspule wickelt den Sicherheitsgurt wieder auf, wenn sich beispielsweise der Fahrzeuginsasse abschnallt.

Abhängig von äußeren Parametern, beispielsweise der Verzögerung des Fahrzeugs oder einer hohen Drehbeschleunigung der Gurtspule beim Gurtbandabzug, wird ein Blockiermechanismus aktiviert. Dadurch wird ein Sperrrad drehfest am Rahmen abgestützt. Durch das blockierte Sperrrad ist die Gurtspule mit dem Rahmen des Gurtaufrollers drehfest verbunden beziehungsweise blockiert und kann bis zum Erreichen eines vordefinierten Kraftniveaus kein weiterer Sicherheitsgurt mehr von der Gurtspule abgezogen werden. Sicherheitsgurtaufrollern ist üblicherweise ein Gurtstraffer zugeordnet, der bei Bedarf ausgelöst wird, um eine Gurtlose eines Sicherheitsgurtes zu beseitigen und den Sicherheitsgurt vorzuspannen. Dazu ist zwischen der Gurtspule und dem Gurtstraffer ein Antriebsrad gelagert, das in die Gurtspule eingreift. Wird der Gurtstraffer ausgelöst, wird das Antriebsrad über ein Kraftübertragungselement angetrieben. Durch die drehmomentübertragende Verbindung zwischen dem Antriebsrad und der Gurtspule, wird auch die Gurtspule in einer Aufwickelrichtung des Sicherheitsgurtes angetrieben.

Zwischen dem Sperrrad und der Gurtspule ist ein Kraftbegrenzer angeordnet, der nachgibt, sobald eine Belastungsgrenze überschritten wird. Bei dem Kraftbegrenzer kann es sich um einen Torsionsstab handeln, der im Inneren der Gurtspule angeordnet ist. Beim Überschreiten der Belastungsgrenze tordiert der Torsionsstab, wodurch Kraftspitzen im Sicherheitsgurt abgebaut werden, die den Fahrzeuginsassen ansonsten hoch belasten würden. Anders ausgedrückt, der Kraftbegrenzer ermöglicht es, dass sich die Gurtspule unter Wirkung der Zugkraft des Sicherheitsgurtes relativ zum Rahmen verdreht, obwohl das Sperrrad drehfest am Rahmen abgestützt ist.

Im Idealfall wird der Sicherheitsgurt beim Auslösen des Gurtstraffers mit einer Kraft auf einem Niveau nahe der Belastungsgrenze des Kraftbegrenzers vorgespannt, also dem Kraftniveau, ab dem der Kraftbegrenzer eine Drehung der Gurtspule in Abwickelrichtung ermöglicht.

Damit nach dem Vorspannen des Sicherheitsgurtes der Kraftbegrenzer aktiv werden kann, ist es nötig, dass die Verbindung zwischen dem Antriebsrad und der Gurtspule getrennt wird, das Antriebsrad also von der Gurtspule entkoppelt wird. Das Entkoppeln kann dabei entweder in Aufwickelrichtung bzw. in Vorwärtsrichtung oder entgegen der Aufwickelrichtung, also in Rückwärtsrichtung erfolgen. Üblicherweise wird für die erfolgreiche rückwärtige Entkopplung ein geringeres Drehmoment benötigt als für die vorwärts gerichtete..

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Entkopplung der Spule vom Antriebsrad sowohl für ein vorwärts gerichtetes Entkopplungsdrehmoment als auch für ein rückwärts gerichtetes Entkopplungsdrehmoment sicherzustellen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Baugruppe für einen Sicherheitsgurtaufroller eines Kraftfahrzeugs mit einer Gurtspule, einem Gurtstraffer und einem Antriebsrad, das mit der Gurtspule über Abscherelemente drehmomentübertragend verbunden ist. Zwischen dem Antriebsrad und der Gurtspule sind mindestens zwei Abscherelemente vorgesehen, die dazu eingerichtet sind, ab einem definierten Kraftniveau nachzugeben. Jedes Abscherelement greift in eine korrespondierende Öffnung in der Gurtspule ein, wobei erste Öffnungen in der Gurtspule eine geringere Bogenlänge aufweisen als zweite Öffnungen.

Die Erfindung knüpft daran an, dass das benötigte Entkopplungsdrehmoment für eine rückwärts gerichtete Entkopplung geringer ist als für vorwärts gerichtete Entkopplung, vorausgesetzt die unterschiedlichen Abscherniveaus sind bekannt. Das benötigte Entkopplungsdrehmoment für die rückwärts gerichtete Entkopplung wird verringert, das für eine vorwärts gerichtete Entkopplung jedoch nicht. Eine Verringerung des gesamten Entkopplungsdrehmoments würde dazu führen, dass die Verbindung zwischen Straffer und Gurtspule zu einem Zeitpunkt unterbrochen werden würde, zu dem der Straffer die Gurtspule mit einem hohen Drehmoment in eine Aufwickelrichtung dreht. Es würde somit zu einem zu frühen Abbruch des Sicherheitsgurtbandeinzugs durch das vorwärts gerichtete Entkopplungsdrehmoment kommen. Ein zu hohes Entkopplungsdrehmoment würde dazu führen, dass keine vollständige Entkopplung des Antriebsrads von der Gurtspule stattfindet. Wird das Gurtband in der darauf folgenden Kraftbegrenzungsphase ausgezogen, können die Entkopplungselemente bis zu ihrem Versagen eine Kraftüberhöhung bewirken..

Vorwärts und rückwärts beziehen sich im Folgenden immer auf den Bereich des Abscherelements, auf den die Kraft zum Entkoppeln einwirkt beziehungsweise von dem Bauteil, von dem diese Kraft aufgebracht wird. Bei der Vorwärtsdrehung kommt diese Kraft vom angetriebenen Antriebsrad, sodass die Abscherelemente an einem vorderen Rand der Öffnungen der Gurtspule anliegen, beim Rückwärtsdrehen kommt die Kraft von der Gurtspule, die sich auf Grund ihrer Trägheit weiterdreht, während das Antriebsrad fixiert ist, sodass nun die Abscherelemente an einem hinteren Rand der Öffnung anliegen. Vorteilhafterweise sind mindestens zwei erste Öffnungen und zwei zweite Öffnungen vorgesehen, wodurch insbesondere die wirksame Dicke der Abscherelemente reduziert werden kann.

Abhängig vom Herstellungsverfahren und/oder vom Material der Abscherelemente können auch mehr als zwei bzw. vier Abscherelemente vorgesehen sein

Zwei verschiedene Entkopplungsdrehmomente werden durch zwei unterschiedliche Szenarien der Kraftübertragung erzielt, die sich in der Anzahl der aktiven Abscherelemente unterscheiden.

In einem ersten Szenario kontaktieren beim Auslösen des Gurtstraffers und damit bei der Drehung des Antriebsrades in Aufwickelrichtung, alle Abscherelemente gleichzeitig einen vorderen Rand der jeweiligen korrespondierenden Öffnung und sind somit aktiv an der Kraftübertragung vom Antriebsrad zur Gurtspule beteiligt. Dadurch kann ein hohes Drehmoment von dem Antriebsrad auf die Gurtspule übertragen werden. Durch die Form und Ausgestaltung des vorderen Rands der Öffnungen kommt es bei einem ausreichend großen Drehmoment schließlich zu einem Scherbruch aller Abscherelemente gleichzeitig, sodass die Gurtspule von dem Antriebsrad entkoppelt wird. Zum erfolgreichen Entkoppeln ist somit ein vorwärts gerichtetes Drehmoment nötig, dass alle Abscherelemente gleichzeitig zum Nachgeben bringt.

In einem zweiten Szenario ist das Antriebsrad blockiert, wobei sich die Gurtspule aufgrund ihrer Trägheit weiterdreht. Dadurch kontaktiert nur ein Teil der Abscherelemente, beispielsweise zwei der vier Abscherelemente, einen hinteren Rand der korrespondierenden Öffnung. Dies ist bedingt durch die unterschiedliche Bogenlänge der zwei ersten Öffnungen und der zwei zweiten Öffnungen. Allerdings kontaktieren die Abscherelemente auf Grund der Form der hinteren Rand der Öffnung nicht mit ihrer Seitenfläche, sondern nur mit einem Teil dieser. Darüber hinaus kann das rückwärtige Entkopplungsdrehmoment noch weiter verringert werden, indem die Abscherelemente den hinteren Rand nicht vollflächig berühren, sondern der Kontakt nur an der Spitze entsteht. Dabei werden die Abscherelemente bis zum Bruch umgebogen. Dadurch wird das benötigte Drehmoment zum Entkoppeln in Rückwärtsrichtung deutlich verringert. Erst nachdem diese Abscherelemente nachgegeben haben, kommen mit einer weiteren Drehung der Gurtspule die verbleibenden Abscherelemente entweder einzeln oder paarweise mit dem hinteren Rand der zweiten Öffnungen in Kontakt, bis auch diese nachgeben. Das Abscheren der Abscherelemente nacheinander verringert zusätzlich das benötigte Drehmoment zum Entkoppeln in Rückwärtsrichtung. Dies gilt insbesondere wenn mehr als zwei Abscherelemente vorgesehen sind. Hier ist eine Anordnung vorteilhalft, bei der die Abscherelemente so ausgebildet bzw. angeordnet sind, dass sie schrittweise abgeschert werden.

Zum Entkoppeln des Antriebsrads von der Spule ist es somit bei einer Drehung des Antriebsrads in Vorwärtsrichtung notwendig, dass alle vier Abscherelemente gleichzeitig nachgeben, während bei der rückwärts gerichteten Drehung die Abscherelemente entweder einzeln nacheinander oder paarweise nachgeben. Es muss also in Vorwärtsrichtung das Abschermoment von allen Abscherelemente gleichzeitig überwunden werden, während in der Rückwärtsrichtung das Abscherelement jeweils nur von einem Teil der Abscherelemente überwunden werden muss. Daher ist das Entkopplungsdrehmoment, also das Drehmomentniveau zum Rückwärtsentkoppeln geringer.

Um das rückwärtige Entkopplungsdrehmoment weiter zu verringern, weist jede Öffnung einen hinten Rand auf, der einen Neigungswinkel hat. Die hinteren Ränder der Öffnungen stehen somit nicht senkrecht auf dem Untergrund der Öffnungen, wie es bei den vorderen Rändern der Fall ist, die bei der Vorwärtsdrehung kontaktiert werden.

Der hintere Rand der ersten Öffnungen und die der zweiten Öffnungen weist insbesondere zwei unterschiedliche Neigungswinkel auf. Die hinteren Ränder der ersten Öffnungen haben einen Neigungswinkel a zwischen 0° und 20°, insbesondere zwischen 15° und 20°. Die hinteren Ränder der zweiten Öffnungen haben einen Neigungswinkel ß, der größer ist als der Neigungswinkel a, insbesondere ist er 45°.

Durch die Neigungswinkel a und ß wirkt auf die Abscherelemente beim rückwärtigen Entkoppeln neben der Scherkraft, wie es beim vorwärtigen Entkoppeln der Fall ist, auch eine Biegebelastung, die im zweiten Szenario dazu führt, dass die Abscherelemente nachgeben und brechen. Vorzugsweise sind die beiden zweiten Öffnungen als zwei identische Langlöcher mit gleicher Bogenlänge ausgebildet. Die Bogenlänge der beiden zweiten Öffnungen beträgt insbesondere 8°. Durch die beiden zweiten Öffnungen, die als Langlöcher ausgebildet sind, ist das Drehmoment, das zum Biegen der Bolzen bis zu deren Versagen notwendig ist, mehr als 50% niedriger als das vorwärts gerichtete Drehmoment.

Des Weiteren sind die beiden zweiten Öffnungen im Wesentlichen diametral gegenüberliegend auf der Gurtspule angeordnet. Insbesondere liegen die beiden zweiten Öffnungen genau diametral gegenüber, also auf einer Achse, die durch einen Mittelpunkt der Gurtspule führt. Sind die beiden zweiten Öffnungen nur im Wesentlichen diametral gegenüberliegend angeordnet, dann ist es nicht notwendig, dass die Mittelpunkte der Öffnungen auf einer Achse liegen, die durch den Mittelpunkt der Gurtspule geht. Wenn die beiden zweiten Öffnungen diametral gegenüber auf der Gurtspule angeordnet sind, so müssen für ein erfolgreiches Entkoppeln beide Abscherelemente gleichzeitig nachgeben, während die Abscherelemente nacheinander nachgeben können, wenn die beiden zweiten Öffnungen nur im Wesentlichen diametral gegenüberliegend angeordnet sind.

Vorzugsweise weist das Antriebsrad eine gerade Zahl von Abscherelementen mit einem kreisförmigen Querschnitt auf. Der kreisförmige Querschnitt ermöglicht es, dass die Abscherelemente passgenau in die Öffnungen der Gurtspule eingreifen können. Eine gerade Anzahl von Abscherelementen ermöglicht es, dass diese paarweise nachgeben und somit das benötigte Drehmoment zum Abscheren halbiert werden kann.

Vorzugsweise weisen alle Abscherelemente den gleichen Durchmesser auf. Dadurch ist die Kraft, die zum Abscheren aufgebracht werden muss, für alle Abscherelemente gleich groß.

Die Abscherelemente sind vorzugsweise einstückig mit dem Antriebsrad ausgeführt. Das führt dazu, dass der Herstellungsaufwand reduziert wird und ein zusätzlicher Montageschritt entfällt. Zum Fließpressen des Antriebsrads und der Abscherelemente ist daher auch nur ein einziges Fließpresswerkzeug notwendig.

Vorzugsweise kann an dem Antriebsrad ein Kraftübertragungselement des Gurtstraffers angreifen und damit die Gurtspule antreiben, wobei das Antriebsrad durch das Kraftübertragungselement am Ende des Straffweges blockiert wird. Durch das Eingreifen des Kraftübertragungselements in das Antriebsrad wird die Gurtspule in der Aufwickelrichtung eines Sicherheitsgurtes angetrieben. Dadurch, dass das Kraftübertragungselement in Eingriff mit dem Antriebsrad gehalten wird, wird ein ausreichend großes Drehmoment übertragen, sodass bereits durch die Vorwärtsdrehung alle vier Abscherelemente nachgeben. Dadurch werden das Kraftübertragungselement sowie das Antriebsrad von der Gurtspule entkoppelt, sodass das Kraftübertragungselement bei einer anschließenden Kraftbegrenzung keinerlei Einfluss auf den Widerstand der Gurtspule hat. Auch eine Überlastung des Sicherheitsgurtes während und nach dem Vorspannen wird dadurch vermieden.

Der Gurtstraffer umfasst neben dem Kraftübertragungselement insbesondere einen Gasgenerator, der beim Auslösen des Gurtstraffers ein Antriebsgas erzeugt. Das Kraftübertragungselement wird durch den Druck, der durch das Abbrennen des Treibmittels entsteht, in Richtung des Antriebsrades bewegt.

In einer Ausführungsform ist in der Baugruppe ein Anschlag für das Kraftübertragungselement vorgesehen. Durch den Anschlag wird sichergestellt, dass bei sehr geringem Widerstand der Gurtspule, beispielsweise bei frei drehbarer Gurtspule oder bei einer hohen Gurtlose, diese angebremst und gestoppt wird. In einem zweiten Schritt führt der Anschlag dazu, dass das Kraftübertragungselement und damit auch das Antriebsrad zum Stillstand kommen, sodass sich durch die Trägheit der Gurtspule diese weiterdreht, es zu einer Relativdrehung der Gurtspule gegenüber dem Antriebsrad kommt und die Abscherelemente an dem hinteren Rand der Öffnung anschlagen und schließlich nachgeben.

Bei einem geringen Widerstand der Gurtspule erreicht das Kraftübertragungselement den Anschlag mit einer sehr hohen Geschwindigkeit. Am Anschlag erfährt das Kraftübertragungselement dann eine plötzliche, starke Verzögerung. Dadurch kommt es zu der Relativdrehung der Gurtspule gegenüber dem Antriebsrad, die zu einer plötzlichen Lastumkehr an den Abscherelementen führt, sodass das vorwärts gerichtete Entkopplungsdrehmoment zu einem rückwärts gerichteten Entkopplungsdrehmoment wird. Das benötigte Entkopplungsdrehmoment der Abscherelemente ist in Rückwärtsrichtung geringer als in Vorwärtsrichtung, da die Abscherelemente bereits durch die vorangegangene Belastung durch das starke Beschleunigen des Antriebsrads durch das Kraftübertragungselement geschwächt wurden. Das heißt, bei dem rückwärts gerichteten Entkopplungsvorgang erfolgt ein Nachgeben der Abscherelemente durch die geänderte Krafteinwirkung von vorwärts zu rückwärts.

Erfindungsgemäß ist auch ein Verfahren zum Entkoppeln eines Antriebsrads von einer Gurtspule vorgesehen. Dazu werden in einem ersten Szenario, in dem das Kraftübertragungselement an das Antriebsrad eingreift und das Kraftübertragungselement den Anschlag nicht kontaktiert, alle vier Abscherelemente gleichzeitig von dem vorderen Rand aller korrespondierenden Öffnungen kontaktiert. Alle vier Abscherelemente geben nach, sodass das Antriebsrad von der Gurtspule entkoppelt ist.

In einem zweiten Szenario, in dem das Kraftübertragungselement das Antriebsrad plötzlich blockiert und stoppt, während beziehungsweise nachdem das Kraftübertragungselement den Anschlag kontaktiert, werden alle Abscherelemente von den hinteren Rändern der korrespondierenden ersten beziehungsweise zweiten Öffnung kontaktiert, sodass die Abscherelemente über ihre Belastungsgrenze hinaus belastet werden und nachgeben. Dadurch ist das Antriebsrad von der Gurtspule entkoppelt.

Das erste Szenario wird auch als Vorwärtsentkoppeln bezeichnet, das zweite Szenario als Rückwärtsentkoppeln.

Das erste Szenario tritt immer dann ein, wenn auf das einzuziehende Gurtband eine Gegenlast wirkt, und sich in Folge das Drehmoment zwischen Antriebsrad und Gurtspule solange erhöht bis das Antriebsrad in Vorwärtsrichtung entkoppelt, d.h. alle Abscherelemente synchron versagen. Dies tritt beispielsweise dann auf, wenn wenig Gurtlose vorhanden ist und/oder der Fahrzeuginsasse auf den Sicherheitsgurt eine hohe Kraft ausübt. Die Gegenlast, die in diesem Fall auf die Gurtspule wirkt, wirkt gegen die Kraft, die das Kraftübertragungselement auf das Antriebsrad überträgt. Da das Antriebsrad durch den Widerstand, der an der Gurtspule anliegt, gebremst wird, wird ebenso auch das Kraftübertragungselement gebremst. Dadurch steigt der Gasdruck im Druckrohr und damit wiederum das Drehmoment auf die Abscherelemente in Vorwärtsrichtung an, bis diese abscheren.. Das zweite Szenario tritt immer dann ein, wenn eine geringere Gegenlast auf das Gurtband wirkt, also beispielsweise eine hohe Gurtlose vorliegt oder sich die Gurtspule frei drehen kann. In einem solchen Fall wird das Kraftübertragungselement ungehindert beschleunigt und prallt ungebremst auf den Anschlag auf. Da das Kraftübertragungselement zu diesem Zeitpunkt weiterhin in das Antriebsrad eingreift, blockiert es dieses. Durch das hohe Drehmoment, das über das Kraftübertragungselement auf das Antriebsrad und somit auf die Gurtspule übertragen wird, weist die Gurtspule nach dem Blockieren des Antriebsrads eine Trägheit auf, die dazu führt, dass die Abscherelemente die Rückseite der Öffnungen entweder paarweise oder nacheinander kontaktieren. Durch das rückwärts gerichtete Entkopplungsdrehmoment geben die Abscherelemente schließlich entweder paarweise oder nacheinander nach, sodass das Antriebsrad von der Gurtspule entkoppelt ist.

Das Abbremsmoment des Kraftübertragungselements ist durch die Materialeigenschaften des Kraftübertragungselements und die Aufprallgeschwindigkeit begrenzt. Je langsamer der Aufprall, je weicher das Kraftübertragungselement, je höher die während dem Aufprall wirkende Gurtkraft, desto geringer ist auch das rückwärts gerichtete Drehmoment, das auf die Abscherelemente wirkt..

Vorzugsweise werden die beiden Abscherelemente, die mit den beiden zweiten Öffnungen korrespondieren, zeitlich versetzt zu den beiden Abscherelementen von der Rückseite der zweiten Öffnungen kontaktiert und geben nach. Insbesondere brechen die beiden zweiten Abscherelemente durch die Biegung ab und das Antriebsrad und die Gurtspule sind entkoppelt.

Durch das Verfahren wird so eine Kraftüberhöhung während der Kraftbegrenzungsphase, bevor der Kraftbegrenzer aktiv ist, verhindert.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den beiliegenden Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:

- Figur 1 einen Sicherheitsgurtaufroller mit einer erfindungsgemäßen Baugruppe, - Figur 2 die erfindungsgemäße Baugruppe in einer Seitenansicht nach Auslösen des Gurtstraffers,

- Figur 3 eine Gurtspule aus Figur 1 ,

- Figur 4 ein Antriebsrad der Baugruppe von Figur 1 mit vier Abscherelementen,

- Figur 5 eine erfindungsgemäße der Gurtspule aus Figur 3 und dem Antriebsrad aus Figur 4,

- Figur 6 einen Querschnitt durch einem ersten Abscherelement in einer ersten Öffnung der Gurtspule und einem zweiten Abscherelement in einer zweiten Öffnung der Gurtspule aus Figur 3,

- Figur 7 eine schematische Darstellung der Baugruppe aus Figur 2 in einem ersten Szenario,

- Figur 8 eine schematische Darstellung der Gurtspule und Abscherelementen im ersten Szenario,

- Figur 9 eine schematische Darstellung der Baugruppe aus Figur 2 in einem zweiten Szenario,

- Figur 10 eine schematische Darstellung der Gurtspule und allen vier Abscherelementen im zweiten Szenario,

- Figur 11 eine schematische Darstellung der Gurtspule und zwei Abscherelementen im zweiten Szenario.

Die Figuren 1 und 2 zeigen einen Sicherheitsgurtaufroller 10, mit einem Rahmen 12. Im Rahmen 12 ist eine Gurtspule 14 drehbar angeordnet.

Auf der Gurtspule 14 kann ein Sicherheitsgurt (nicht dargestellt) aufgenommen werden, der einen Fahrzeuginsassen im Bedarfsfall zurückhalten kann. Bauteile wie ein Sperrmechanismus oder eine Aufrollerfeder sind der Einfachheit halber nicht dargestellt, da sie für das Verständnis der Erfindung nicht relevant sind.

Am Sicherheitsgurtaufroller 10 ist ein Gurtstraffer 16 vorgesehen, der ein Druckrohr 18 aufweist. In dem Druckrohr 18 ist ein Kraftübertragungselement 20 aufgenommen. Das Kraftübertragungselement 20 ist ein flexibler Kunststoffstab. Das Kraftübertragungselement 20 wird, wenn ein schematisch angedeuteter Gasgenerator 22 aktiviert wird, aus dem Druckrohr 18 herausbewegt, sodass er in ein Antriebsrad 24 eingreift und dieses mitnimmt. Das Kraftübertragungselement 20 greift dabei in Zähne 30 des Antriebsrads 24 ein, sodass das Antriebsrad 24 hier in Aufwickelrichtung, also vorwärts angetrieben wird.

Das Antriebsrad 24 ist in drehmomentübertragendem Eingriff über Abscherelemente 26 mit der Gurtspule 14 verbunden. Somit wird, wenn der Gurtstraffer 16 aktiviert wird, die Gurtspule 14 in einer Aufwickelrichtung angetrieben. Durch die Verbindung des Antriebsrads 24 über die Abscherelemente 26 mit der Gurtspule 14 wird auch die Gurtspule 14 in der Aufwickelrichtung des Gurtbandes angetrieben.

Die Zähne 30 auf der Außenseite des Antriebsrads 24 sorgen für einen Reib- und Formschluss mit dem Kraftübertragungselement 20.

Die Gurtspule 14, der Gurtstraffer 16 und das Antriebsrad 24 bilden gemeinsam eine Baugruppe 28.

Die Figuren 3 bis 6 zeigen die Gurtspule 14 beziehungsweise das Antriebsrad 24. Diese beiden Bauteile bilden die Entkopplungsvorrichtung 32 zum Entkoppeln des Antriebsrads 24 von der Gurtspule 14.

Die Gurtspule 14 weist zwei erste Öffnungen 34 und zwei zweite Öffnungen 36 auf. Die beiden ersten Öffnungen 34 sind dabei als kreisrunde Löcher ausgebildet. Die beiden ersten Öffnungen 34 und die beiden zweiten Öffnungen 36 befinden sich auf der Stirnseite der Gurtspule 14, die dem Antriebsrad 24 zugeordnet ist. Die beiden zweiten Öffnungen 36 sind als Langlöcher ausgebildet und weisen eine Bogenlänge von 8° auf.

Die Gurtspule 14 weist in der oberen Hälfte der Stirnseite sowie in der unteren Hälfte der Stirnseite jeweils eine erste Öffnung 34 und eine zweite Öffnung 36 auf. Somit befindet sich jeweils eine erste Öffnung 34 und eine zweite Öffnung 36 auf jeder Seite der Stirnseite der Gurtspule 14. Die vier Öffnungen 34 und 36 befinden sich auf der Gurtspule 14 aus Figur 3 im Wesentlichen diametral gegenüberliegend, sodass sie auf den beiden Hälften der Stirnseite verteilt und jede Hälfte eine erste Öffnung 34 und eine zweite Öffnung 36 aufweist. Die beiden ersten Öffnungen 34 beziehungsweise die beiden zweiten Öffnungen 36 liegen nicht genau auf einer Achse, die durch einen Mittelpunkt der Gurtspule verläuft.

Das Antriebsrad 24 weist vier Abscherelemente 26 auf. Die Abscherelemente 26 sind in Form von kreisrunden Pins oder Stiften realisiert, die in die korrespondierenden Öffnungen 34 und 36 in der Gurtspule 14 eingreifen.

Die Abscherelemente 26 erstrecken sich in axialer Richtung von einer Stirnseite des Antriebsrads 24, die der Gurtspule 14 zugewandt ist. Die Abscherelemente 26 sind einstückig mit dem Antriebsrad 24 ausgebildet, insbesondere gemeinsam mit diesem kaltfließgepresst. Alle Abscherelemente 26 weisen denselben Durchmesser auf.

Die Abscherelemente 26 liegen im Wesentlichen diametral gegenüber auf dem Antriebsrad 24, sie sind also auf einer rechten und linken Seite des Antriebsrads 24 verteilt. Die Abscherelemente 26 sind nicht gleichmäßig auf dem Antriebsrad 24 verteilt. Es liegt immer ein Abscherelement 26 zwischen zwei Abscherelementen 26, die mit den gleichen Öffnungen 34, 36 korrespondieren.

In Figur 6 ist zu erkennen, dass alle Öffnungen 34 und 36 so ausgestaltet sind, dass ein vorderer Rand 38 der Öffnung 34, 36, die von den Abscherelementen 26 bei der Vorwärtsdrehung kontaktiert wird, nahezu senkrecht auf einem Untergrund 39 der Öffnung 34, 36 der Gurtspule 14 steht.

Ein hinterer Rand 40, die beim Rückwärtsdrehen von den Abscherelementen 26 kontaktiert wird, weist hingegen einen Neigungswinkel a beziehungsweise ß auf.

Die hinteren Ränder 40 der beiden ersten Öffnungen 34 weist den Neigungswinkel a auf, der zwischen dem vorderen Rand 38 der ersten Öffnung 34 und einer Mittelachse M eines Abscherelements 26 gebildet wird. Der Neigungswinkel a beträgt circa 15°.

Der hintere Rand 40 der zweiten Öffnung 36 weist den Neigungswinkel ß auf. Der Neigungswinkel ß ist dabei größer als der Neigungswinkel a. Der Neigungswinkel ß ist 45°. Dadurch wird gewährleistet, dass beim Rückwärtsdrehen die beiden verbleibenden Abscherelemente sicher nachgeben. Nicht der gesamte hintere Rand 40 der ersten Öffnung 34 und der zweiten Öffnung 36 weist den Neigungswinkel a beziehungsweise ß auf. In einem unteren Bereich des hinteren Rands 40 ist der Neigungswinkel nahezu 0°, sodass der hintere Rand 40 nahezu senkrecht auf dem Untergrund 39 der Öffnungen 34, 36 steht.

Die Figuren 7 und 8 zeigen den Gurtstraffer 16 in einem ersten Szenario. Der Gasgenerator 22 wurde gezündet und der Gurtstraffer 16 wurde aktiviert. Das Kraftübertragungselement 20 ist durch den Gasdruck des abbrennenden Treibmittels aus dem Druckrohr 18 bewegt worden und greift nun in die Zähne 30 des Antriebsrads 24 ein.

Im ersten Szenario wird aufgrund der Drehung des Antriebsrads 24 in Aufwickelrichtung (hier im Uhrzeigersinn) auch die Gurtspule 14 in Aufwickelrichtung gedreht. Alle Abscherelemente 26 liegen an dem vorderen Rand 38 der korrespondierenden Öffnungen 34, 36 an. Das Gurtband erfährt allerdings während der Drehung des Antriebsrads 24 eine Gegenlast (nicht gezeigt), sodass die Gurtspule 14 gebremst wird. Da die Gurtspule 14 und das Antriebsrad 24 über die Abscherelemente 26 verbunden sind, wird auch das Antriebsrad mit dem Kraftübertragungselement abgebremst. Das Gasvolumen nimmt also langsamer zu, so dass durch den fortwährenden Abbrand des Treibmittels der Gasdruck im Druckrohr ansteigt.

Der gestiegene Gasdruck im Druckrohr 18 führt dazu, dass auf das Kraftübertragungselement 20 ebenfalls ein Druck in Aufwickelrichtung wirkt. Dieser Druck beziehungsweise die daraus resultierende Kraft ist so groß, dass es zu einem vollständigen Abscheren oder Abbrechen der Abscherelemente 26 kommt. Somit ist das Antriebsrad 24 von der Gurtspule 14 erfolgreich entkoppelt.

Die Figuren 9 bis 11 zeigen einen Gurtstraffer 16 beziehungsweise eine Entkopplungsvorrichtung 32 im zweiten Szenario. Im zweiten Szenario bei fehlendem Widerstand, zum Beispiel durch eine frei drehbare Spule oder viel Gurtbandlose, verlässt das Kraftübertragungselement 20 das Druckrohr 18 sehr schnell, sodass der resultierende geringere Gasdruck nicht ausreichend ist, um alle vier Abscherelemente 26 durch einen Scherbruch vom Antriebsrad 24 zu trennen Durch die fehlende Gegenlast kann das Kraftübertragungselement 20 durch den vom Gasgenerator 22 erzeugten Druck bis zu dem Anschlag 42 bewegt werden. Das Kraftübertragungselement 20 greift dabei wieder in die Zähne 30 des Antriebsrads 24 ein und dreht das Antriebsrad 24 somit ebenfalls in Aufwickelrichtung (hier im Uhrzeigersinn). Auch die Gurtspule 14 wird in Aufwickelrichtung gedreht und das Gurtband wird aufgerollt. Während der Drehung in Aufwickelrichtung kontaktieren alle vier Abscherelemente 26 die vorderen Ränder 38 der ersten Öffnung 34 beziehungsweise der zweiten Öffnung 36. Durch die starke Beschleunigung des Antriebsrads 24 werden die Abscherelemente 26 bereits geschwächt, sodass sie anschließend leichter nachgeben.

Das Kraftübertragungselement 20 trifft auf den Anschlag 42 meist mit einer hohen Geschwindigkeit auf und erfährt anschließend eine plötzliche und starke Verzögerung. Bei dieser Verzögerung wirkt eine Lastübertragung von der Vorwärtsrichtung in die entgegengesetzte Richtung auf die Abscherelemente 26.

Trotz des schnellen Stoppens des Kraftübertragungselements 20 und somit auch des Antriebsrads 24, dreht sich die Gurtspule 14 aufgrund ihrer Trägheit weiter in Aufwickelrichtung.

Das Weiterdrehen der Gurtspule 14, während das Antriebsrad 24 durch das Kraftübertragungselement 20 fixiert ist, führt dazu, dass die Abscherelemente 26 nicht mehr die vorderen Ränder 38 kontaktieren, sondern die hinteren Ränder 40.

Die ersten Öffnungen 34 weisen jedoch eine geringere Bogenlänge auf als die zweiten Öffnungen 36. Dadurch treffen zuerst die beiden Abscherelemente 26, die sich in den Öffnungen 34 befinden, auf die jeweiligen hinteren Ränder 40. Durch den Neigungswinkel a der Konturen des hinteren Rands 40 werden die Abscherelemente 26 gebogen, bis die beiden Abscherelemente 26 in den beiden ersten Öffnungen 34 nachgeben. Das Nachgeben der Abscherelemente 26 in den ersten Öffnungen 34 kann dabei entweder gleichzeitig oder nacheinander geschehen.

Kurz bevor die ersten Abscherelemente 26 vollständig abbrechen, kommen bereits die zweiten Abscherelemente 26 in den Kontakt mit den entsprechenden hinteren Rändern 40, so dass das Entkoppelmoment möglichst kontinuierlich wirkt, bis alle Abscherelemente vollständig versagt haben. Figur 11 zeigt die Entkopplungsbaugruppe 32 im zweiten Szenario, wobei die ersten beiden Abscherelemente 26 in den beiden ersten Öffnungen 34 bereits nachgegeben haben. Durch das Nachgeben der beiden Abscherelemente 26 in den beiden ersten Öffnungen 34 dreht sich die Gurtspule 14 aufgrund ihrer Trägheit etwas weiter. Dadurch kontaktieren die beiden Abscherelemente 26 in den beiden zweiten Öffnungen 36 die jeweiligen hinteren Ränder 40.

Da der Neigungswinkel ß des hinteren Rands 40 der zweiten Öffnung 36 größer ist, als der Neigungswinkel a der ersten Öffnung 34, ist die Kraft, die notwendig ist, um die beiden verbleibenden Abscherelemente 26 abzubrechen geringer.

Die beiden verbleibenden Abscherelemente 26 werden nun durch die Trägheit der Gurtspule 14 so lange an die hinteren Ränder 40 der zweiten Öffnung 36 gedrückt, bis sie nachgeben. Da die Abscherelemente 26 bereits durch die Drehung in Aufwickelrichtung geschwächt wurden, ist die zur rückwärts gerichteten Entkopplung benötigte Arbeit geringer und die Abscherelemente 26 versagen durch eine Vorwärts-Rückwärts-Bewegung.

Ein Verfahren zum Entkoppeln des Antriebsrads 24 von der Gurtspule 14 ist wie folgt:

In einem ersten Schritt (S1) findet die Gurtstraffung statt. Der Gasgenerator 22 wird dabei aktiviert, das Kraftübertragungselement 20 aus dem Druckrohr 18 bewegt und greift in die Zähne 30 des Antriebsrads 24 ein, sodass die Gurtspule 14 über die Abscherelemente 26 in Aufwickelrichtung bewegt wird.

Im Schritt 2 (S2) brechen entweder durch einen Widerstand an der Gurtspule 14 alle vier Abscherelemente 26 gleichzeitig ab und entkoppeln somit die Gurtspule 14 vom Antriebsrad 24, oder durch einen fehlenden Widerstand bleiben die Abscherelemente 26 ganz oder zumindest teilweise erhalten.

Wenn alle Abscherelemente 26 nachgeben, ist das Entkoppeln abgeschlossen und es folgt Schritt 5 (S5), in dem eine Sperrklinke nach dem Freigeben etwas des Gurtbands einrastet und die Kraftbegrenzungsphase des Torsionsstabs beginnt.

Entkoppeln im Schritt 2 nicht alle vier Abscherelemente oder gar keines der vier Abscherelemente 26, so folgt, nachdem das Kraftübertragungselement 20 den Anschlag 42 kontaktiert hat (S3), der Schritt 4 (S4). Entkoppeln im vierten Schritt (S4) alle vier Abscherelemente 26 durch die Trägheit der Gurtspule 14 rückwärts, so ist das Antriebsrad 24 erfolgreich von der Gurtspule 14 entkoppelt und es folgt Schritt 8 (S5).

Durch die Öffnungen 34, 36 mit unterschiedlichen Bogenlängen und den geneigten hinteren Rändern 40 kann sichergestellt werden, dass alle Abscherelemente 26 zumindest im Schritt 4 (S4) nachgeben, sodass das Antriebsrad 24 von der Gurtspule 14 entkoppelt ist und die Kraftbegrenzungsphase beginnen kann.

Claims

Patentansprüche

1 . Baugruppe (28) für einen Sicherheitsgurtaufroller (10) eines Kraftfahrzeugs mit einer Gurtspule (14), einem Gurtstraffer (16) und einem Antriebsrad (24), das mit der Gurtspule (14) über Abscherelemente (26) drehmomentübertragend verbunden ist, wobei zwischen dem Antriebsrad (24) und der Gurtspule (14) mindestens zwei Abscherelemente (26) vorgesehen sind, die dazu eingerichtet sind, ab einem vordefinierten Kraftniveau nachzugeben, wobei jedes Abscherelement (26) mit einer korrespondierenden Öffnung (34, 36) in der Gurtspule (14) eingreift, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Öffnung (34) in der Gurtspule (14) eine geringere Bogenlänge aufweist als die zweite Öffnung (36).

2. Baugruppe (28) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei erste Öffnungen (34) und zwei zweite Öffnungen (36) vorgesehen sind.

3. Baugruppe (28) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden zweiten Öffnungen (36) als zwei identische Langlöcher mit gleicher Bogenlänge ausgebildet sind.

4. Baugruppe (28) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden zweiten Öffnungen (36) im Wesentlichen diametral gegenüberliegend auf der Gurtspule (14) angeordnet sind.

5. Baugruppe (28) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsrad (24) eine gerade Anzahl von Abscherelementen (26) mit einem kreisförmigen Querschnitt aufweist.

6. Baugruppe (28) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle Abscherelemente (26) den gleichen Durchmesser aufweisen.

7. Baugruppe (28) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscherelemente (26) einstückig mit dem Antriebsrad (24) ausgeführt sind.

8. Baugruppe (28) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Antriebsrad (24) ein Kraftübertragungselement (20) des Gurtstraffers (16) angreifen kann und die Gurtspule (14) antreibt, wobei das Antriebsrad (24) durch das Kraftübertragungselement (20) nach einem Auslösen blockiert ist.

9. Baugruppe (28) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Baugruppe (28) ein Anschlag (42) für das Kraftübertragungselement (20) vorgesehen ist.

10. Verfahren zum Entkoppeln eines Antriebsrads (24) von einer Gurtspule (14), einer Baugruppe (28) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass a) in einem ersten Szenario, in dem das Kraftübertragungselement (20) an das Antriebsrad (24) eingreift und den Anschlag (42) nicht kontaktiert, alle Abscherelemente (26) gleichzeitig von einem vorderen Rand (38) aller korrespondierenden Öffnungen (34, 36) kontaktiert werden und nachgeben, sodass das Antriebsrad (24) von der Gurtspule (14) entkoppelt ist, oder b) in einem zweiten Szenario, in dem das Kraftübertragungselement (20) das Antriebsrad (24) blockiert und den Anschlag (42) kontaktiert, alle Abscherelemente (26) von den hinteren Rändern (40) der korrespondierenden ersten Öffnung (34) oder zweiten Öffnung (36) kontaktiert werden und nachgeben, sodass das Antriebsrad (24) von der Gurtspule (14) entkoppelt ist.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Szenario die beiden Abscherelemente (26), die mit den beiden zweiten Öffnungen (36) korrespondieren, zeitlich versetzt zu den beiden Abscherelementen (26) von einem hinteren Rand (40) der beiden zweiten Öffnungen (36) kontaktiert werden und nachgeben, insbesondere abbrechen.