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Die Erfindung betrifft einen Gurtaufroller für ein Sicherheitsgurtsystem, mit einer in einem Rahmen drehbar gelagerten Gurtspule zur Aufnahme eines Gurtbands, einer reversiblen Gurtstraffeinheit mit einem Motor, einer irreversiblen Gurtstraffeinheit und einem Kupplungsmechanismus mit einer Kupplungsscheibe und einem Bremselement für die Kupplungsscheibe, wobei die reversible Gurtstraffeinheit über den Kupplungsmechanismus an die Gurtspule ankoppelbar ist.
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Bei modernen Gurtaufrollern werden sowohl eine reversible Gurtstraffeinheit als auch eine irreversible Gurtstraffeinheit dazu eingesetzt, die Gurtspule beim Vorliegen eines als kritisch eingestuften Fahrzeugzustands in der Aufwickelrichtung anzutreiben, um eine Gurtlose des Sicherheitsgurts zu beseitigen und den Fahrzeuginsassen in eine aufrechte Position zu bringen. Dabei ist die reversible Gurtstraffeinheit als Vorstraffer ausgebildet, der im Fall, daß die kritische Fahrzeugsituation nicht zu einem Unfall führt, die Gurtspule wieder in ihre Ausgangsstellung zurückstellt. Die irreversible Gurtstraffeinheit hingegen wird nur in tatsächlichen Unfallsituationen ausgelöst, die anschließend einen Austausch des gesamten Gurtaufrollers erforderlich machen.
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Zusätzlich weisen moderne Gurtaufroller ein Kraftbegrenzungssystem auf, das die maximal durch den Gurt auf den Körper des Fahrzeuginsassen ausgeübte Kraft begrenzt, indem es ab einer definierten im Gurtband wirkenden Kraft trotz Blockierung der Gurtspule einen gewissen Gurtbandauszug zuläßt. Wird nun die irreversible Gurtstraffeinheit ausgelöst, solange die reversible Gurtstraffeinheit noch mit der Gurtspule gekoppelt ist, so muß bei einer anschließenden Kraftbegrenzung nicht nur von der vom Kraftbegrenzungssystem bereitgestellte Widerstand überwunden werden, sondern zusätzlich die reversible Gurtstraffeinheit entgegen ihrer Wirkungsrichtung zurückgedreht werden. Dadurch treten im Sicherheitsgurt höhere Kräfte auf, als dies gewünscht und durch Auslegung des Kraftbegrenzungssystems vorgesehen ist.
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Ein gattungsgemäßer Gurtaufroller ist aus der
DE 602 00 927 T2 bekannt, bei dem ein erstes Feder- oder Bremselement für die Ankoppelung der reversiblen Gurtstraffeinheit genutzt wird und weitere Federelemente für die Abkoppelung bei Aktivierung der irreversiblen Straffeinheit genutzt werden.
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Die Erfindung schafft demgegenüber einen Gurtaufroller, bei dem im Fall einer Kraftbegrenzung nach einer erfolgten Straffung durch die irreversible Gurtstraffeinheit die reversible Gurtstraffeinheit einfacher und mit weniger Bauteilen zuverlässig von der Gurtspule getrennt ist. Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den Unteransprüchen.
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Erfindungsgemäß ist dazu bei einem Gurtaufroller der eingangs genannten Art vorgesehen, daß das Bremselement das Bremselement durch eine Drehung des Motors so auf die Kupplungsscheibe einwirkt, dass diese den Motor und die reversible Gurtstraffeinheit koppelt, und dass das Bremselement bei Aktivierung der irreversiblen Gurtstraffeinheit durch ein Deaktivierungselement deaktiviert wird, indem die Wirkverbindung des Bremselements zur Kupplungsscheibe durch das Deaktivierungselement getrennt wird. Das Bremselement ist wesentlich für die Funktion des Kupplungsmechanismus, indem es die Kupplungsscheibe zumindest kurzzeitig festhält und so eine relative Verdrehung der Kupplungsscheibe zu einem vom Motor angetriebenen Rad bewirkt. Aufgrund der Verdrehung wird eine Kopplung zwischen Rad und Gurtspule erreicht, beispielsweise indem am Rad angeordnete Klinken in eine Verzahnung der Gurtspule eingeschwenkt werden. Durch Deaktivierung des Bremselements wird somit der gesamte Kupplungsmechanismus zwischen der reversiblen Gurtstraffeinheit und der Gurtspule deaktiviert, da die Kupplungsscheibe nun nicht länger durch das Bremselement abgebremst wird und sich somit frei mit dem Rad drehen bzw. relativ zu diesem ihre unverdrehte Ausgangsstellung einnehmen kann. Dadurch wird die reversible Gurtstraffeinheit von der Gurtspule getrennt, weshalb sie bei anschließender Kraftbegrenzung keinen Einfluß auf die zum Abziehen des Gurtbandes nötige Kraft ausübt.
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Insbesondere ist ein Deaktivierungselement vorgesehen, das das Bremselement bei Aktivierung der irreversiblen Gurtstraffeinheit in eine Passivstellung bringt, in der es nicht auf die Kupplungsscheibe einwirkt. Eine solche Ausgestaltung zeichnet sich durch ihre Einfachheit und damit Kostengünstigkeit aus.
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Gemäß einer Ausgestaltung ist das Deaktivierungselement ein schwenkbar am Rahmen angebrachter Hebel, der bei Aktivierung der irreversiblen Gurtstraffeinheit verschenkt wird.
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Es kann ein Zahnrad vorgesehen sein, das bei Aktivierung der irreversiblen Gurtstraffeinheit das Deaktivierungselement verschwenkt. Dadurch bringt dieses das Bremselement in die Passivstellung und sorgt so für eine Entkopplung der reversiblen Gurtstraffeinheit von der Gurtspule. Insbesondere greift hierzu ein Ende des Deaktivierungselements in die Verzahnung des Zahnrads ein, während das andere Ende des Deaktivierungselements bei einer Verschwenkung am Bremselement angreift.
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Bevorzugt ist ein Aktuator für das Deaktivierungselement vorgesehen, der bei Aktivierung der irreversiblen Gurtstraffeinheit betätigt wird und für die entsprechende Bewegung des Deaktivierungselements sorgt.
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Insbesondere umfaßt der Aktuator einen pyrotechnischen Antrieb, der sich durch seine kurze Ansprechzeit auszeichnet. Alternativ kann der Aktuator einen Magneten, etwa einen Hub- oder Drehmagneten, oder einen kleinen Elektromotor aufweisen.
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Eine besonders günstige und zuverlässige Ausgestaltung ergibt sich dadurch, daß es sich bei dem pyrotechnischen Antrieb um einen Antrieb der irreversiblen Straffeinheit handelt. Dieser löst also die irreversible Straffung des Gurtbandes aus und deaktiviert gleichzeitig das Bremselement.
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Um sicherzustellen, daß durch Prellvorgänge oder ähnliches kein Zurückschwenken des Bremselements auftritt, wird dieses nach Erreichen der Passivstellung in dieser festgelegt, etwa durch Verklemmen.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das Bremselement schwenkbar am Rahmen angeordnet. Dabei steht das Bremselement zunächst so mit der Kupplungsscheibe in Wirkverbindung, daß es diese an einer Drehung hindert oder zumindest abbremst, um die reversible Gurtstraffeinheit mit der Gurtspule zu koppeln. Bei Aktivierung der irreversiblen Gurtstraffeinheit wird das Bremselement derart verschwenkt, daß es nicht länger auf die Kupplungsscheibe einwirkt.
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Das Deaktivierungselement kann einen vorgespannten Federarm aufweisen, der bei Freigabe das Bremselement verschwenkt. Bei dieser Ausgestaltung wird das Deaktivierungselement nach Erreichen der Passivstellung durch Federkraft gehalten.
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Gemäß einer alternativen Ausgestaltung ist das Bremselement an einem vom Motor angetriebenen Aktivierungsrad angeordnet und wird wiederum bei Aktivierung der irreversiblen Gurtstraffeinheit deaktiviert. Da bei dieser Ausgestaltung das Bremselement die Kupplungsscheibe nur abbremst, wenn die reversible Gurtstraffeinheit aktiv ist, und nach Abschalten des Motors, also nach einer erfolgten Vorstraffung, durch Zug am Gurtband außer Eingriff mit der Kupplungsscheibe gelangt, genügt hier ein Motor, der sich nur in einer Richtung, nämlich in Aufwickelrichtung des Gurtbandes, drehen kann. Es ergibt sich eine besonders kostengünstige Ausgestaltung.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer bevorzugter Ausführungsformen anhand der beigefügten Zeichnung. In dieser zeigt:
- - 1 eine Ansicht eines Gurtaufrollers gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
- - 2 eine Draufsicht auf die Strafferseite des Gurtaufrollers aus 1;
- - 3 eine Draufsicht auf die Strafferseite ähnlich 2, jedoch ohne Gehäusedeckel;
- - 4 eine Perspektivansicht der für die Funktion relevanten Teile der reversiblen und irreversiblen Gurtstraffeinheit des Gurtaufrollers aus 1;
- - 5 eine Draufsicht auf die für die Funktion relevanten Teile der reversiblen und der irreversiblen Gurtstraffeinheit im Zustand vor Aktivierung der irreversiblen Gurtstraffeinheit;
- - 6 eine Draufsicht ähnlich 5, jedoch nach Aktivierung der irreversiblen Gurtstraffeinheit;
- - 7 eine Perspektivansicht der für die Funktion relevanten Teile einer reversiblen und einer irreversiblen Gurtstraffeinheit, wie sie bei einem Gurtaufroller gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung eingesetzt werden, im Zustand vor Aktivierung der irreversiblen Gurtstraffeinheit; und
- - 8 eine Perspektivansicht ähnlich 7, jedoch nach Aktivierung der irreversiblen Gurtstraffeinheit.
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Die 1 und 2 zeigen einen erfindungsgemäßen Gurtaufroller 1 mit einer in einem Rahmen 2 drehbar gelagerten Gurtspule 4, die der Aufnahme eines Gurtbandes 6 (siehe 3) dient. Der Gurtaufroller 1 umfaßt ein in der 1 rechts angeordnetes Sperrsystem 8 zur Blockierung der Gurtspule 4 sowie eine reversible Gurtstraffeinheit, die einen Motor 10 aufweist und gemeinsam mit einer irreversiblen Gurtstraffeinheit in einem Gehäuse 12 angeordnet ist. Mit 14 ist ein Gehäuse für eine Triebfeder bezeichnet. Die irreversible Gurtstraffeinheit weist einen in einem Zylinder 15 (2) angeordneten Kolben 16 auf, der durch ein von einem pyrotechnischen Antrieb 17 erzeugtes Druckgas entlang dem Zylinder 15 beschleunigt werden kann.
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3 zeigt die reversible Gurtstraffeinheit im Detail. Diese umfaßt ein Rad 18 (siehe auch 4), das über ein in im Gehäuse 12 angeordnetes Getriebe 20 mit einem Antriebsritzel 24 des Motors 10 verbunden ist. Drehfest mit der Gurtspule 4 (bzw. einem mit der Gurtspule 4 gekoppelten Kraftbegrenzer wie z.B. einem Torsionsstab) ist ein Ritzel 22 verbunden, das eine Außenverzahnung aufweist. Die Außenverzahnung ist Teil eines Kupplungsmechanismus, durch den ein Antriebsmoment vom Rad 18 auf die Gurtspule 4 übertragen werden kann.
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Das Rad 18 ist starr mit einem Trägerteil 26 verbunden, an dem mehrere Klinken 28 verschwenkbar gelagert sind. Axial neben dem Rad 18 ist eine Kupplungsscheibe 30 angeordnet, die mit Steuerlaschen 32 versehen ist, welche derart in das Trägerteil 26 hineinragen, daß sie mit den Klinken 28 zusammenwirken können. Zwischen der Kupplungsscheibe 30 und dem Trägerteil 26 ist wenigstens eine Rückstellfeder 34 vorgesehen.
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Die Kupplungsscheibe 30 ist zudem über eine Rutschkupplung mit einem auf sie aufgesetzten Bremsrad 36 gekoppelt, das an seinem Umfang eine Bremsverzahnung 38 aufweist.
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An einem Aktivierungsrad 40 (siehe insbesondere 4), das ein Zahnrad des mit dem Motor 10 verbundenen Getriebes 20 ist und folglich durch den Motor 10 angetrieben wird, ist ein verschwenkbares Bremselement 42 in Form eines Hebels angeordnet. Der Hebel ist mit dem Aktivierungsrad 40, das bei der gezeigten Ausgestaltung mit dem Rad 18 kämmt, ebenfalls über eine Rutschkupplung verbunden, die durch eine vorgespannte Feder gebildet wird (4).
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Das Trägerteil 26, die Rückstellfeder 34, die Klinken 28, die Kupplungsscheibe 30 (inklusive Steuerlaschen 32 und Rutschkupplung), das Bremsrad 36 sowie das Bremselement 42 bilden zusammen mit der Außenverzahnung des Ritzels 22 den erwähnten Kupplungsmechanismus.
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Weiterhin ist ein Deaktivierungselement 44 in Form eines zweiarmigen Hebels vorgesehen, das schwenkbar am Rahmen 2 bzw. dem damit verbundenen Gehäuse 12 angebracht ist (vgl. auch 4 und 5). Das Deaktivierungselement 44 hat eine abgewinkelte Form und liegt bei der gezeigten Ausgestaltung (bezüglich der Blickrichtung in 3) unter dem Aktivierungsrad 40. Ein erstes Ende 46 des Deaktivierungselements 44 liegt zwischen dem Bremselement 42 und dem Rad 18 bzw. dem Bremsrad 36. Das zweite Ende 48 des Deaktivierungselements 44 greift in eine erste Verzahnung 50 eines Stufenzahnrads 52 ein, das vom Kolben 16 der irreversiblen Gurtstraffeinheit angetrieben werden kann. Eine zweite Verzahnung 54 des Stufenzahnrads 52 ist in nicht gezeigter Weise mit der Gurtspule 4 gekoppelt.
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Nachfolgend wird die Funktionsweise des durch den Motor 10 sowie das Getriebe 20 gebildeten reversiblen Gurtstraffers, des Kupplungsmechanismus sowie des irreversiblen Gurtstraffers beschrieben. In einer als kritisch eingestuften Fahrzeugsituation wird der Motor 10 aktiviert, der (mit dem restlichen Getriebe 20) das Aktivierungsrad 40 im Uhrzeigersinn dreht, wodurch das Rad 18 entgegen dem Uhrzeigersinn angetrieben wird. Durch die Drehung des Aktivierungsrads 40 wird das Bremselement 42 verschwenkt und steuert in die Bremsverzahnung 38 des Bremsrads 36 ein. Auf diese Weise wird das Bremsrad 36 angehalten (5).
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Zwischen dem Bremsrad 36 und der Kupplungsscheibe 30 besteht eine Reibverbindung, die stärker als die durch die Rückstellfeder 34 ausgeübte Rückstellkraft ist, weshalb die Kupplungsscheibe 30 zunächst ebenfalls festgehalten wird, während sich das Rad 18 und damit auch das Trägerteil 26 entgegen dem Uhrzeigersinn dreht. Dadurch laufen die Klinken 28 auf die Steuerlaschen 32 auf und werden in die Außenverzahnung des Ritzels 22 eingesteuert. Sind die Klinken 28 auf Zahngrund des Ritzels 22 gefahren, ist das Rad 18 mit der Gurtspule 4 gekoppelt, so daß der Motor 10 die Gurtspule 4 in der Aufwickelrichtung des Gurtbands 6 antreiben kann. Mit dem vollständigen Einsteuern der Klinken 28 ist die maximal mögliche Verdrehung zwischen der Kupplungsscheibe 30 und dem Trägerteil 26 bzw. Rad 18 erreicht, weshalb das noch immer festgelegte Bremsrad 36 bei der weiteren Drehung auf der Kupplungsscheibe 30 durchrutscht, die sich nun synchron mit dem Rad 18 dreht.
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Kommt es nach erfolgter Vorstraffung nicht zu einem Unfall, so wird der Motor 10 abgeschaltet. Jetzt bewirkt die vom Fahrzeuginsassen auf das Gurtband 6 ausgeübte Zugkraft kurzzeitig eine Drehung der Gurtspule 4 und damit des Ritzels 22 in Gurtbandabzugsrichtung, die der Straffrichtung entgegengesetzt ist. Da die Klinken 28 noch in Eingriff mit der Verzahnung des Ritzels 22 sind, wird das gesamte Getriebe 20 ein gewisses Stück zurückgedreht. Das Aktivierungsrad 40 dreht sich hierbei gegen den Uhrzeigersinn und verschwenkt das Bremselement 42 zurück in seine Ausgangslage, wodurch das Bremsrad 36 und damit die Kupplungsscheibe 30 freigegeben wird.
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Die Klinken 28 können nun (gegebenenfalls nach einer minimalen, durch die Triebfeder bewirkten Drehung der Gurtspule 4 bzw. des Ritzels 22 in Gurtbandeinzugsrichtung) aufgrund der durch die Rückstellfeder 34 auf die Kupplungsscheibe 30 ausgeübten Rückstellkraft aus der Verzahnung des Ritzels 22 ausschwenken. Somit wird die Verbindung zwischen der Gurtspule 4 und dem reversiblen Gurtstraffer ohne aktiv eingeleitete Motorrückdrehung gelöst. Das System ist nun für die nächste Vorstraffung bereit.
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Wird jedoch während oder unmittelbar nach einer Vorstraffung die reversible Gurtstraffeinheit nicht gelöst, sondern die irreversible Gurtstraffeinheit aktiviert, so erzeugt der pyrotechnische Antrieb 17 ein Druckgas, das den Kolben 16 entlang dem Zylinder 15 beschleunigt. Dabei greift die Verzahnung des Kolbens 16 in die Verzahnung 50 des Stufenzahnrads 52 ein, dessen Drehung über die zweite Verzahnung 54 auf die Gurtspule 4 übertragen wird. Dadurch wird die Gurtspule 4 ebenfalls in Aufwickelrichtung des Gurtbands angetrieben, wie auch durch die reversible Gurtstraffeinheit, jedoch mit einer weitaus höheren Geschwindigkeit. Aufgrund dieser höheren Geschwindigkeit wird der Kupplungsmechanismus der reversiblen Gurtstraffeinheit durch die Gurtspule 4 „überholt“. Da das Ritzel 22 fest mit der Gurtspule 4 bzw. einem der Gurtspule zugeordneten Kraftbegrenzer gekoppelt ist, werden die Klinken 28 über die Rückflanken der Verzahnung des Ritzels 22 ausgeschoben. Somit wird der Kupplungsmechanismus der reversiblen Gurtstraffeinheit zunächst deaktiviert. Ein etwaiger Hinterschnitt der Verzahnung zur Verbesserung der reversiblen Straffunktion behindert die Abtrennung der Klinken 28 nicht, da ja das Ritzel 22 den Kupplungsmechanismus überholt.
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Da aber nicht gewährleistet ist, daß der Motor 10 nach Abschluß der irreversiblen Straffung nicht nachläuft bzw. daß der Kupplungsmechanismus nicht wieder am Ritzel 22 angreift, muß dauerhaft für eine Entkopplung gesorgt werden. Diese dauerhafte Entkopplung der reversiblen Gurtstraffeinheit wird durch das Deaktivierungselement 44 erreicht, das zur gleichen Zeit, zu der der Überholvorgang stattfindet, nämlich unmittelbar nach Aktivierung der irreversiblen Gurtstraffeinheit, durch die auf sein zweites Ende 48 einwirkende Verzahnung 50 entgegen dem Uhrzeigersinn verschwenkt wird. Dadurch schiebt das erste Ende 46 des Deaktivierungselements 44 das Bremselement 42 in 5 nach rechts in eine Passivstellung, wodurch die Bremsverzahnung 38 freigegeben wird (6). Somit ist ein erneutes Einkuppeln der reversiblen Gurtstraffeinheit verhindert.
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Um sicherzustellen, daß durch Prellvorgänge oder ähnliches das Bremselement 42 nicht zurückschwenken kann, wird dieses in der erreichten Passivstellung festgelegt, z.B. verklemmt. Durch die Deaktivierung des Bremselements 42 ist gewährleistet, daß bei der auf den irreversiblen Straffvorgang folgenden Kraftbegrenzung durch das Sperrsystem 8 keine Einflüsse der reversiblen Gurtstraffeinheit auftreten.
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Bei der gezeigten Ausführungsform bildet der pyrotechnische Antrieb 17 der irreversiblen Straffeinheit zugleich einen Aktuator für das Deaktivierungselement 44. Alternativ kann das Deaktivierungselement 44 natürlich auch durch einen separaten pyrotechnischen Antrieb, einen Hub- oder Drehmagneten oder einen kleinen Elektromotor angetrieben werden, insbesondere, wenn die irreversible Gurtstraffeinheit keinen pyrotechnischen Antrieb hat.
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Die 7 und 8 zeigen eine alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gurtaufrollers 1, wobei im folgenden gleiche oder funktionsgleiche Bauteile gleiche Bezugszeichen tragen und lediglich auf die Unterschiede zur bereits beschriebenen Ausführungsform eingegangen wird. Der Gurtaufroller 1 der 7 und 8 unterscheidet sich vom bisher beschriebenen dadurch, daß das Bremselement 42, das als zweiarmiger Hebel ausgebildet ist, schwenkbar am Rahmen 2 bzw. am Gehäuse 12 angebracht und bereits in der Ausgangsstellung vor Aktivierung der reversiblen Gurtstraffeinheit in Eingriff mit der Bremsverzahnung 38 des Bremsrads 36 ist. Aufgrund dieser Ausgestaltung muß zum Lösen des Kupplungsmechanismus nach erfolgter Vorstraffung, wenn die irreversible Gurtstraffeinheit nicht aktiviert wird, der Motor 10 zurückgedreht werden.
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Das Deaktivierungselement 44 ist hier durch einen vorgespannten Federarm gebildet, der über eine Schlingfeder 56 am Bremselement 42 gelagert ist. Wird der Federarm bei Drehung des Stufenzahnrads 52 durch die Verzahnung 50 nach unten gedrückt bzw. von ihr freigegeben, beaufschlagt er einen ersten Hebelarm 57 des Bremselements 42 und verschwenkt dieses derart, daß der zweite Hebelarm 58 aus der Bremsverzahnung 38 ausgesteuert wird (8).