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Die Erfindung betrifft einen Gurtaufroller mit einem reversiblen Gurtstraffer mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
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Gurtaufroller mit reversiblen Gurtstraffern werden in Kraftfahrzeugen verwendet und haben die Aufgabe, in einer Vorphase eines Unfalles die Gurtkraft zu erhöhen und eventuell vorhandene Gurtlose aus dem Sicherheitsgurtsystem herauszuziehen, damit der Sicherheitsgurt bei einem möglichen nachfolgenden Unfall möglichst dicht an dem Insassen anliegt und der Insasse möglichst frühzeitig an die Fahrzeugverzögerung angekoppelt ist. Für den Fall, dass im Anschluss an die Vorphase kein Unfall eintritt, wird die Gurtkraft anschließend wieder gesenkt, und der Gurtaufroller kann seine vorgesehene Funktion wieder uneingeschränkt wahrnehmen. Als Antriebe für den reversiblen Gurtstraffer haben sich bevorzugt kleine Elektromotoren bewährt, deren Drehzahl über ein Getriebe auf die Gurtwelle des Gurtaufrollers übertragen wird. Damit der Gurtaufroller während des Normalbetriebes nicht durch den reversiblen Gurtstraffer gestört wird, muss ferner ein Kuppluagsmechanismus vorgesehen werden, durch den erst bei Aktivierung des reversiblen Gurtstraffers eine Verbindung zwischen dem Gurtstraffer und der Gurtwelle des Gurtaufrollers hergestellt wird.
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Unfälle werden je nach Relativgeschwindigkeit und Typ des Hindernisses in verschiedene Kategorien eingeteilt. Eine Unfallkategorie ist der sogenannte „low speed crash” oder auch AZT-Crash (Allianz-Zentrum-für-Technik-Crashtest) genannt, bei dem das Fahrzeug mit relativ niedriger Geschwindigkeit auf ein relativ hartes Hindernis trifft. Bei diesem Test dürfen irreversible Rückhaltemittel wie Airbags oder irreversible Gurtstraffer nicht auslösen. Hingegen dürfen oder sollen reversible Rückhaltemittel wie reversible Gurtstraffer auslösen.
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Nachteilig bei der Verwendung von reversiblen Gurtstraffern ist, dass sie bei Aktivierung bei einem Crash mit geringer Geschwindigkeit, wie dem AZT-Crash, aufgrund der zwischen dem reversiblen Gurtstraffer und der Gurtwelle geschaffenen Verbindung, während einer anschließenden Vorwärtsverlagerung des Insassen bis zur Blockierung des Gurtaufrollers unerwünscht hohe Gurtkräfte von bis zu 3 kN auf den Insassen ausüben.
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Aus der
EP 1 504 971 B1 ist hierzu bereits ein Gurtaufroller mit einem reversiblen Gurtstraffer bekannt, bei dem der Kupplungsmechanismus zwischen Gurtwelle und reversiblem Gurtstraffer eine Einrichtung zur Begrenzung des zu übertragenden Drehmomentes aufweist. Diese Einrichtung ist gebildet durch der Gurtwelle zugeordnete Zähne und dem Gurtstraffer zugeordnete Zähne, die sich zur Übertragung des Drehmomentes von dem Gurtstraffer auf die Gurtwelle im Eingriff befinden und welche außer Eingriff gebracht werden, wenn das Drehmoment einen eingestellten Wert überschreitet. Der eingestellte Wert des Drehmomentes, ab wann die Zähne außer Eingriff gebracht werden, wird durch eine Spiralfeder bestimmt, welche die Zähne in Eingriffsrichtung vorspannt.
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Nachteilig bei dieser Lösung ist, dass der das Drehmoment begrenzende Mechanismus verhältnismäßig viel Bauraum benötigt und aufgrund der vielen Einzelteile teuer ist.
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Aus den Druckschriften
DE 103 47 992 A1 und
DE 10 2005 001 709 A1 ist ferner ein Gurtaufroller bekannt, bei dem zur Begrenzung des Drehmomentes ein offener Reibring vorgesehen ist, welcher nach außen vorstehende Zähne aufweisen kann. Da der Reibring offen ausgebildet ist, führt dieser eine elastische Bewegung aus, so dass hier ein entsprechender Bauraum vorgesehen werden muss. Außerdem wird dadurch das übertragbare Drehmoment verringert und die Übertragungscharakteristik des Drehmomentes im Allgemeinen nachteilig beeinflusst.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Gurtaufroller mit einem reversiblen Gurtstraffer der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die Einrichtung zur Begrenzung des Drehmomentes zwischen dem reversiblen Gurtstraffer und der Gurtwelle des Gurtaufrollers verbessert ist.
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch einen Gurtaufroller mit reversiblem Gurtstraffer mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Die Erfindung sieht in ihrem Grundgedanken vor, dass das Metallblech zwischen den Zähnen und im Randbereich der Zähne eine durch unverformte Bereiche gebildete Stützstruktur aufweist, und die Zähne seitlich geöffnete Hohlräume aufweisen. Durch die vorgeschlagene Stützstruktur wird die Anpresskraft auf eine größere Fläche gleichmäßig verteilt übertragen, so dass die auftretende Maximalbelastung entsprechend verringert wird. Des Weiteren wird eine Stützstruktur geschaffen, durch welche die elastische Verformung des Metallblechs begrenzt wird, so dass ausschließlich die Ausprägungen elastisch verformt werden. Durch die seitlich geöffneten Hohlräume wird zum einen eine bewusste Schwächung der Zähne geschaffen, so dass die Zähne in der Montage prozesssicher zusammengedrückt werden können, und zum anderen wird die Richtung der Verformung vorgegeben.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass das Reibelement ringförmig ausgebildet ist, und in einem ringförmigen Spalt gebildet durch einen an der Gurtwelle angeordneten Flansch und einer den Flansch umfassenden und dem Kupplungsmechanismus zugeordneten Kupplungsglocke angeordnet ist. Durch den ringförmigen Spalt werden die Reibkräfte gleichmäßig über den Umfang verteilt übertragen, so dass keine Unwucht in das System eingebracht wird. Das übertragbare Reibmoment und dadurch die maximalen Gurtkräfte am Insassen können zusätzlich durch die Bemessung des ringförmigen Spaltes verändert werden, indem hierdurch der elastische Verformungsgrad des Reibelementes vergrößert oder verkleinert wird.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass die Kupplungsglocke in Axialrichtung der Gurtwelle über das Reibelement auf dem Absatz der Gurtwelle gehalten ist. Damit entfallen bisher notwendige aufwendige Verbindungsverfahren, wie z. B. Verstemmen, und jegliche zusätzliche Verbindungselemente. Das Reibelement wird damit sowohl zur Erzeugung der notwendigen Radialkräfte für das Reibmoment als auch zur Erzeugung der in Axialrichtung erforderlichen Haltekräfte für die Kupplungsglocke genutzt.
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Eine weitere bevorzugte Weiterbildung der Erfindung ist darin zu sehen, dass der reversible Gurtstraffer zum Antrieb der Gurtwelle ein Strafferantriebsrad aufweist, und das Strafferantriebsrad und das Reibelement in einer Ebene angeordnet sind. Dadurch werden das von dem Strafferantriebsrad ausgeübte Antriebsmoment und mögliche Radialkräfte auf einem möglichst direkten Weg der Kraftübertragung ohne die Erzeugung von Kippmomenten über das Reibelement auf die Gurtwelle übertragen. Ferner ergibt sich dadurch insbesondere in Axialrichtung ein sehr kompakter Aufbau, so dass der erfindungsgemäß weiterentwickelte Gurtaufroller keinen größeren Bauraum als ein herkömmlicher Gurtaufroller mit einem reversiblen Gurtstraffer benötigt.
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Damit das Reibelement das zu übertragende Antriebsmoment auch während der reversiblen Gurtstraffung sicher überträgt und der Insasse dennoch nicht durch zu hohe Gurtkräfte anschließend belastet wird, wird vorgeschlagen, dass das von dem Reibelement übertragbare Drehmoment derart bemessen ist, dass die übertragbare Schulterkraft des an dem Insassen anliegenden Gurtes kleiner als 1200 N, aber wenigstens 300 N beträgt.
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Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gegeben, indem das Reibelement aus einem geschlitzten Ring gebildet ist. Das Reibelement kann damit zur Montage durch Aufweitung des Spaltes in seinem Durchmesser vergrößert werden, wobei das Reibelement anschließend durch Zusammenziehen des Spaltes insbesondere bei dem abschließenden Zusammenbau wieder auf einen kleineren Innendurchmesser zusammengedrückt werden kann.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles näher erläutert. In den Figuren sind im Einzelnen zu erkennen:
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1: Gurtaufroller mit Strafferantriebsrad und Kupplungsmechanismus im Querschnitt;
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2: Kupplungsglocke mit Reibelement;
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3: Reibelement;
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4: Gurtwelle mit Kupplungsglocke und Reibelement in Sicht von der Seite der Kupplungsglocke;
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5: Gurtwelle mit Reibelement;
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In 1 ist ein Gurtaufroller mit einer Gurtwelle 1 und einem Strafferantriebsrad 2 im Querschnitt zu erkennen. Auf der Gurtwelle 1 ist ein nicht dargestellter Sicherheitsgurt aufwickelbar. An der Blockierseite 11 der Gurtwelle 1 ist ferner ein nicht dargestellter Profilkopf angeordnet, über den die Gurtwelle 1 in einem Gehäuse des Gurtaufrollers fahrzeugfest blockierbar ist. Die Gurtwelle 1 selbst ist hohl ausgeführt und besitzt an einer Seite eine Aufnahme 10, in der ein Ende eines nicht dargestellten Torsionsstabes befestigbar ist. Da diese Funktionen für die hier vorliegende Erfindung jedoch nicht verändert wurden und im Stand der Technik als bekannt anzusehen sind, wird darauf im Weiteren nicht eingegangen und auf deren Darstellung verzichtet.
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Das Strafferantriebsrad 2 ist von einem nicht dargestellten Elektromotor in Gurtaufwickelrichtung antreibbar und über einen Kupplungsmechanismus 3 mit einer Kupplungsglocke 4 verbindbar. Zwischen der Kupplungsglocke 4 und einem zylindrischen Absatz 6 der Gurtwelle 1 ist ein ringförmiger Spalt vorgesehen, in dem ein Reibelement 5 angeordnet ist. Im Falle einer Aktivierung des reversiblen Gurtstraffers in einer Vor-Unfallphase wird das Strafferantriebsrad 2 in Drehung versetzt, der Kupplungsmechanismus 3 eingerückt, und dadurch die Kupplungsglocke 4 über das Strafferantriebsrad 2 in Gurtaufwickelrichtung angetrieben. Die Drehbewegung der Kupplungsglocke 4 wird dann reibschlüssig über das Reibelement 5 auf den Absatz 6 bzw. die Gurtwelle 1 übertragen. Wird nun die Gurtwelle 1 nach erfolgter reversibler Vorstraffung in Gurtauszugsrichtung belastet, so besteht aufgrund des vorgesehenen Reibungselementes 5 die Möglichkeit, dass die Gurtwelle 1 gegen die noch anstehende Straffkraft in Gurtauszugsrichtung dreht. Dabei ist es wichtig, dass durch die Auslegung des Reibelementes 5 dieses eben die Straffkraft während der reversiblen Vorstraffung übertragen kann, diese kann je nach Auslegung zwischen 100 und 300 N betragen, während die im Anschluss an die reversible Vorstraffung durch den Insassen ausgeübte Kraft wesentlich größer ist und von dem Reibelement 5 nicht mehr übertragen werden kann. Die Kraftschwelle, ab wann eine Relativdrehung zwischen Strafferantriebsrad 2 und Gurtwelle 1 zugelassen werden sollte, kann je nachdem, welche auf den Insassen wirkende Gurtkraft akzeptabel ist, durch Auslegung des Reibelementes 5 unterschiedlich gewählt werden. Aus Versuchen hat sich herausgestellt, dass das maximal übertragbare Reibmoment derart bemessen sein sollte, dass die maximal auf den Insassen wirkende Schultergurtkraft 1200 N nicht überschreitet, vorzugsweise 600 N beträgt, aber wenigstens 300 A betragen sollte.
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In 2 ist die Kupplungsglocke 4 mit dem darin befindlichen Reibelement 5 zu erkennen. Die Kupplungsglocke 4 weist radial innen einen Flansch 9 auf, an dessen innerem Durchmesser 7 das Reibelement 5 anliegt. In 3 ist das Reibelement 5 als Einzelteil dargestellt. Das Reibelement 5 ist mit radial nach außen vorstehenden Zähnen 12 versehen, welche aus dem ringförmigen Reibelement 5 nach außen heraus geprägt sind. Die Zähne 12 sind dabei unter plastischer Verformung des Materials aus diesem heraus geprägt, wobei zwischen den Zähnen 12 Bereiche vorgesehen sind, die nicht verformt sind und Stützstege 15 bilden, an denen sich die Zähne 12 bei radial einwärts gerichteter Belastung abstützen. Die Zähne 12 weisen seitlich geöffnete Hohlräume 16 auf, siehe hierzu auch 5, durch die ein Federweg geschaffen wird, um den die Zähne 12 radial einwärts elastisch zusammengedrückt werden. Ferner sind die Zähne 12 an ihren seitlichen Rändern durch nicht verformte seitliche Begrenzungsränder 13 und 14 begrenzt. Insgesamt bilden die seitlichen Begrenzungsränder 13 und 14 mit den Stützstegen 15 eine Art Leiterstruktur, welche zur Radialinnenseite hin eine gleichförmige Ringfläche bilden, die einerseits eine Anlagefläche auf dem Absatz 6 darstellt und andererseits als Stützstruktur für die Zähne 12 dient.
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In 4 ist die Gurtwelle 1 mit der darauf angeordneten Kupplungsglocke 4 zu erkennen. Die Kupplungsglocke 4 ist radial innen mit einem Flansch 9 versehen, und derart auf dem Absatz 6 der Gurtwelle 1 angeordnet, dass sich ein ringförmiger Spalt zwischen dem Flansch 9 und dem Absatz 6 bildet.
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In 5 ist das Reibelement 5 zu erkennen, wie es vor der Montage der Kupplungsglocke 4 auf dem Absatz 6 gehalten ist. Das Reibelement 5 weist einen Spalt 8 auf, der für die Montage auf dem Absatz 6 aufgeweitet wurde. In der dargestellten Stellung hält sich das Reibelement 5 durch die Aufweitung selbstsichernd unter Ausübung einer Federspannung auf dem Absatz 6, wobei die oben beschriebene ringförmige Stützstruktur als Anlagefläche dient. Durch die Montage der Kupplungsglocke 4 auf dem Absatz 6 ist, wie in 4 zu erkennen ist, das Reibelement 5 unter Verringerung der Weite des Spaltes 8 zusammengedrückt worden, wobei die Zähne 12 unter Ausnutzung der Hohlräume 16 radial einwärts elastisch verformt wurden. Durch das Zusammendrücken der Zähne 12 liegen diese mit einer erhöhten Vorspannung an dem inneren Durchmesser 7 an und erhöhen dadurch die bei einer Relativdrehung der Gurtwelle 1 gegenüber der Kupplungsglocke 4 zu überwindenden Reibkräfte.
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Die dabei zu überwindenden Reibkräfte werden durch die durch die elastische Verformung des Reibelementes 5 erzeugten Federkräfte bestimmt. Diese Federkräfte sind zum einen durch das Reibelement 5 selbst bestimmt, nämlich durch dessen Formgebung, das Elastizitätsmodul und durch die Materialstärke. Ferner sind die Federkräfte durch die Bemessung des ringförmigen Spaltes veränderbar, da durch die Maße des Spaltes der elastische Verformungsgrad des Reibelementes 5 verändert werden kann. Zusätzlich ist die Kupplungsglocke 4 über das Reibelement 5 in Axialrichtung der Gurtwelle 1 auf dem Absatz 6 gehalten, so dass eine bisher aufwendige und teure gesonderte Verbindung entfallen kann.