-
Die Erfindung betrifft ein Sicherheitsgurtsystem mit Kraftbegrenzer mit einer drehbar gelagerten Gurtspule, mit einer Sperreinheit, die einer Drehung der Gurtspule entgegenwirkt, und mit einem Kraftbegrenzer, der eine begrenzte Verdrehung der Gurtspule gegenüber der Sperreinheit unter Last ermöglicht, wobei der Kraftbegrenzer ein Dämpfungselement enthält.
-
Aus der
DE 103 37 252 ist der prinzipielle Aufbau eines Gurtaufrollers bekannt, wie er in einer Vielzahl von Anwendungen in Kraftfahrzeugen verwendet wird. Der Gurtaufroller weist eine drehbar gelagerte Gurtspule und eine Sperreinheit auf, die im aktivierten Zustand einer Drehbewegung der Gurtspule entgegen wirkt. Um im Sperrfall einen begrenzten Gurtbandauszug unter Last zuzulassen, ist dieser Gurtaufroller mit einem Kraftbegrenzer versehen. Dieser Kraftbegrenzer ist üblicherweise als Torsionsstab ausgebildet, der auf einer Seite drehfest mit der Gurtspule und auf der anderen Seite drehfest mit der Sperreinheit verbunden ist. Wird die Sperreinheit beispielsweise durch Verriegelung am Aufrollerrahmen festgehalten, führt eine über das Gurtband auf die Gurtspule einwirkende Gurtbandabzugskraft zu einer Verdrehung bzw. Torsion des Torsionsstabes. Dadurch wird eine begrenzte Verdrehung zwischen Gurtspule und Sperreinheit zugelassen und die auf das Gurtband bzw. den Fahrzeuginsassen einwirkende Haltekraft begrenzt.
-
Aus der
DE 102 31 079 A1 ist ein Drehdämpfer bzw. Kraftbegrenzer für eine Gurtspule bekannt, bei der in einem Arbeitsraum ein Dämpfungsmedium angeordnet ist. Im Dämpfungsmedium wird im Lastfall über Schaufeln an einer Welle Konvektion erzeugt. Als Dämpfungsmedium wird hier eine hochviskose Flüssigkeit, insbesondere ein Silikon verwendet.
-
Ein derartiges Dämpfungs- bzw. Kraftbegrenzungssystem hat den Nachteil eines relativ komplizierten und Bauraum beanspruchenden Aufbaus. Insbesondere durch die erforderliche Abdichtung und die für die Erzeugung der Konvektion erforderlichen Schaufeln wird erheblicher konstruktiver Aufwand und zusätzlicher Bauraum benötigt.
-
Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, einen Gurtaufroller mit Kraftbegrenzer dahingehend zu verbessern, dass ein möglichst einfacher konstruktiver Aufbau möglich ist, und gleichzeitig der für die Kraftbegrenzung erforderliche Bauraum gering ist. Weiterhin soll die Kraftbegrenzung bereits in einem frühen Zeitraum und über einen großen Drehwinkel wirksam sein.
-
Diese Aufgabe wird durch einen Gurtaufroller der eingangs genannten Art erreicht, bei dem das Dämpfungselement aus einem vernetzten Polymer besteht, das unter Last zerschert wird.
-
Die Verwendung eines vernetzten Polymers als Dämpfungselement, das unter Last zerschert wird, hat den Vorteil, dass durch den Schervorgang bereits zu Beginn der Kraftbegrenzung bei relativ geringen Gurtbandauszugsgeschwindigkeiten eine hohe Dämpfungswirkung bzw. eine hohe Rückhaltekraft erzeugt wird. Gleichzeitig können die Bauelemente des Kraftbegrenzers einfach und kompakt aufgebaut sein, und somit einen kompakten und gewichtsoptimierten Gurtaufroller ermöglichen. Die Verwendung eines vernetzten Polymers reduziert insbesondere den Aufwand für eine Abdichtung des Systems und ist somit für einen wartungsfreien Einsatz über einen sehr langen Zeitraum geeignet. Die Dämpfungs- bzw. Kraftbegrenzungscharakteristik eines derartigen Gurtaufrollers lässt sich leicht durch Modifizierung des vernetzten Polymers erreichen, ohne dass die weiteren Bauteile des Kraftbegrenzers bzw. Gurtaufrollers in ihrem konstruktiven Aufbau bzw. ihren Dimensionen verändert werden müssen.
-
Ein derartiger Kraftbegrenzer ist besonders gut geeignet für Gurtaufroller mit Straffantrieben, bei denen die Straffbewegung über den Kraftbegrenzer in die Gurtspule eingeleitet wird. In diesen Fällen kann im Vergleich zu Torsionsstäben eine relativ hohe Straffkraft eingeleitet werden.
-
Ein besonders Platz sparender und kompakter Gurtaufroller wird dadurch ermöglicht, dass das Dämpfungselement in einem Ringraum im Inneren der Gurtspule angeordnet ist. Damit kann sichergestellt werden, dass der Gurtaufroller ohne zusätzliche Anbauteile bzw. Verlängerung in axialer Richtung auskommt und somit der erforderliche Bauraum gegenüber herkömmlichen Aufrollern mit Torsionsstäben nicht vergrößert wird.
-
Auf aufwendige Dichtungsmaßnahmen kann vollends verzichtet werden, wenn das Dämpfungselement in einem Temperaturbereich zwischen –35°C und +85°C als elastischer, flexibler Festkörper bzw. Elastomer vorliegt.
-
Als besonders geeigneter Werkstoff für die Verwendung in einem derartigen Gurtaufroller haben sich vernetzte Silikone herausgestellt. Diese Silikonwerkstoffe sind in ihrem grundsätzlichen Aufbau und ihrer Zusammensetzung in einer Vielzahl von Anwendungsbereichen bekannt, ohne jedoch im vernetzten Zustand als unter Last zerschertes Dämpfungselement verwendet zu werden.
-
Die Eigenschaften des Dämpfungselementes können durch die Wahl des Polymers und durch dessen Abstimmung mittels Beimischung von Zusatzstoffen in einfacher und vorteilhafter Weise an verschiedene Kraftbegrenzungslastfälle und Kurvenverläufe angepasst werden. Als Zusatzstoffe sind hier vor allem Feststoffe, Fasern oder Partikel geeignet. Weitere Vorteile bietet die Beimischung von Füll- oder Zusatzstoffen mit veränderlichen Eigenschaften, z. B. elektrorheologische bzw. magnetorheologische Stoffe oder Stoffe bzw. Partikel, deren Eigenschaften sich bei mechanischer Belastung verändern. Deren veränderbaren Eigenschaften können dann durch die an sich bekannte Ansteuerung bzw. Aktivierung mit den grundsätzlichen Eigenschaften des Trägerstoffes kombiniert werden.
-
Ein besonders einfacher konstruktiver Aufbau eines Gurtaufrollers wird dadurch ermöglicht, dass der Ringraum zur Aufnahme des Dämpfungselementes durch die Innenwand der hohl ausgebildeten Gurtspule einerseits und die Außenwand einer mit der Sperreinheit verbundenen Welle gebildet wird.
-
Insbesondere wenn die Umfangswände des Ringraumes glattflächig ausgebildet werden, ist der Fertigungs- bzw. Herstellungsaufwand für einen derartigen Kraftbegrenzer bzw. Gurtaufroller gering. Bei einer derartigen Anordnung kann die Scherung des Dämpfungselementes über den gesamten Umfang erfolgen.
-
Die Anhaftung des Dämpfungselementes an die relativ zueinander bewegenden Bauelemente bzw. die aufzubringenden Reibkräfte werden erhöht, wenn das Dämpfungselement vorgespannt wird. Dies kann entweder durch axiale Einspannung bereits bei der Montage erfolgen oder durch mechanische Volumen- bzw. Längenreduzierung des aufnehmenden Ringraumes unmittelbar vor Eintritt des Lastfalls.
-
Die Fertigung und Montage eines derartigen Gurtaufrollers wird dadurch erleichtert, dass das Dämpfungselement als vorgeformte Hülse vorliegt und in den Ringraum eingelegt wird. Bei zylindrischer Ausbildung des Ringraumes kann dabei das hülsenförmige Dämpfungselement schlauchförmig vorgefertigt werden, um dann entsprechend der Einbausituation abgelängt zu werden.
-
Eine verbesserte Montage ergibt sich, wenn die Wände des Ringraumes konisch ausgebildet sind. Dadurch kann auf besonders einfache Weise ein axiales Zusammenfügen der den Ringraum bildenden Bauteile erreicht werden. Das Dämpfungselement ist in diesem Fall als Hülse mit entsprechendem Verlauf der Wandungsdicke ausgebildet.
-
Weitere Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung.
-
Die Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung und Zeichnung näher erläutert.
-
Letztere zeigt in
-
1 den prinzipiellen Aufbau eines Gurtaufrollers in perspektivischer Ansicht,
-
2 eine erste Ausführungsform des Kraftbegrenzers in einem Längsschnitt,
-
3 eine zweite Ausführungsform des Kraftbegrenzers in einem Längsschnitt.
-
In 1 ist in einer perspektivischen, teilgeschnittenen Ansicht der grundsätzliche Aufbau eines Gurtaufrollers mit einem erfindungsgemäßen Kraftbegrenzer dargestellt. Eine Gurtspule 10 ist drehbar in einem Rahmen 1 gelagert. An diesem Rahmen ist ein Sensor 2 zur fahrzeugsensitiven Aktivierung einer Sperreinheit 11 angebracht. Die Sperreinheit 11 enthält eine Steuerscheibe 3, die eine Drehung relativ zur Gurtspule 10 ausführen kann. Mit der Steuerscheibe 3 ist eine Sperrklinke 4 gekoppelt, die in einer Sperrscheibe 12 schwenkbar gelagert ist. Wenn die Sperrklinke 4 aus ihrer Ruhestellung heraus in eine Sperrstellung verschwenkt wird, greift sie in eine Verzahnung 5 im Rahmen 1 des Gurtaufrollers ein. In diesem Zustand ist die Sperrscheibe 12 drehfest am Rahmen 1 abgestützt.
-
Die Gurtspule 10 weist einen zylindrischen Spulenkörper 13 auf, der mit zwei Flanschen 14 und 15 versehen ist. Zwischen den beiden Flanschen 14, 15 kann ein Sicherheitsgurt auf dem Spulenkörper aufgenommen werden. Zur Fixierung der Sperrscheibe 12 am Spulenkörper 13 ist ein in den 2 und 3 dargestellter Haltering 16 vorgesehen, der den Außenrand sowohl des Flansches 15 als auch der Sperrscheibe 12 umgreift. Durch diesen Haltering wird die Sperrscheibe in axialer Richtung fest am Spulenkörper 14 gehalten während gleichzeitig eine Verdrehung der Sperrscheibe 12 gegenüber der Gurtspule nach Überschreiten einer durch die Vorspannung des Halterings erzeugten Klemmkraft ermöglicht wird.
-
Wie in dem in 2 dargestellten Längsschnitt durch die Gurtspule 10 erkennbar ist, ist der Spulenkörper 13 hohlzylindrisch ausgebildet. Die der Sperrscheibe 12 zugewandte Stirnseite des Spulenkörpers ist dabei offen ausgebildet, die gegenüberliegende Seite ist als geschlossene Wand 17 gebildet. In der Wand 17 ist eine zum offenen Hohlraum des Spulenkörpers 13 offene Verzahnung 18 ausgebildet. In diese Verzahnung 18 greift eine stirnseitige Verzahnung 19 eines Kraftbegrenzers 20 ein. Der Kraftbegrenzer 20 ist in diesem Ausführungsbeispiel als geschlossene, separate Baueinheit ausgebildet, die zylindrisch ausgebildet ist und an den Innenraum des Spulenkörpers in ihren Abmessungen angepasst ist. Der Kraftbegrenzer weist eine äußere, hohlzylindrische Außenwelle 21 auf, die an ihrer einen Stirnseite mit der Verzahnung 19 versehen ist. In der mit der Verzahnung 19 versehenen Stirnseite der Außenwelle 21 ist eine zentrische Bohrung 22 ausgebildet, die zur Aufnahme eines stirnseitigen Zapfens 23 einer Innenwelle 24 dient. Zwischen dem Außenumfang der Innenwelle 24 und dem Innenumfang der Außenwelle 21 ist ein Ringraum 25 ausgebildet.
-
Die Innenwelle 24 ist an ihrer dem Zapfen 23 gegenüberliegenden Stirnseite mit einer Verzahnung 26 versehen, die in eine korrespondierende Verzahnung 27 der Sperrscheibe 12 eingreift. Über diese Verzahnungen 26 bzw. 27 sind die Innenwelle und die Sperrscheibe drehfest miteinander verbunden, während gleichzeitig die Außenwelle 21 über die Verzahnungen 18 und 19 drehfest mit der Gurtspule verbunden ist. Zwischen dem Zapfen 23 der Innenwelle und der Wandung und er Bohrung 22 ist ein Gleitlager 28 angeordnet, das die Innenwelle 24 über den Zapfen 23 in der Bohrung 22 drehbar lagert und gleichzeitig ein Axiallager zwischen den einander zugewandeten Stirnwänden der Innenwelle und Außenwelle bildet.
-
Die Innenwelle 24 ist in diesem Ausführungsbeispiel zweiteilig ausgeführt und besteht aus zwei stirnseitig aneinandergesetzten Zylinderabschnitten 31 und 32. Die beiden Zylinderabschnitte weisen fluchtende, zentrische Bohrungen 33 und 34 auf und sind über eine in die Bohrung eingeschraubte Spannschraube 35 verdrehsicher miteinander verschraubt.
-
Der mit dem Zapfen 23 versehene Zylinderabschnitt 31 hat an dieser Stirnseite einen umlaufenden Flansch 36, dessen Außendurchmesser geringfügig kleiner als der Innendurchmesser der Außenwelle 24 ist. Der zweite Zylinderabschnitt 32 hat an seiner der Sperrscheibe zugewandten Stirnseite ebenfalls einen umlaufenden Flansch 37, dessen Außendurchmesser ebenfalls geringfügig kleiner als der Innendurchmesser der Außenwelle 24 ist.
-
Der Ringraum 25 zwischen Innenwelle 24 und Außenwelle 21 ist zwischen den beiden Flanschen 36 und 37 der Innenwelle mit einem hülsenförmigen Dämpfungselement 40 gefüllt. Dieses Dämpfungselement besteht aus einem vernetzten Polymer, insbesondere Silikon, und ist als hohlzylindrischer, schlauchförmiger Festkörper bzw. Elastomer ausgebildet ist. Das flexible und elastische Dämpfungselement 40 liegt sowohl an der Außenseite der Innenwelle 24 als auch an der Innenseite der Außenwelle 21 flächig an, d. h. seine Wandstärke entspricht der Höhe des Ringraumes 25.
-
Wird im Lastfall bei aktivierter Sperreinheit die Sperrscheibe 12 drehfest im Gehäuse des Gurtaufrollers fixiert und gleichzeitig über das Gurtband eine Kraft in Abzugsrichtung auf die Gurtspule 10 aufgebracht, kommt es zu einer relativen Verdrehung der Gurtspule und damit der Außenwelle 21 zur Sperrscheibe 12 und damit der Innenwelle 24. Das an den benachbarten Innen- bzw. Außenumfangswänden der Außenwelle und Innenwelle anhaftende Dämpfungselement wird durch die relative Verdrehung der Ringraumwände zerschert. Durch diese Scherbelastung des Dämpfungselementes werden die Netzverbindungen des Polymers teilweise getrennt, wodurch dessen Festigkeit zu sinken beginnt. Bei fortschreitender Belastung werden weitere Netzverbindungen getrennt, wodurch ein degressiver Kraftverlauf entsteht. Wird bei fortschreitender Relativverdrehung ein hoher Schergrad erreicht, stellt sich ein annähernd konstantes Grundniveau der Festigkeit des Dämpfungselementes ein. Der Kraftverlauf bzw. der Kraft-Wegverlauf des Dämpfungs- bzw. Kraftbegrenzungsvorganges zeigt demzufolge einen relativsteilen Anstieg auf eine hohe Anfangskraft, daran anschließend einen degressiven Kraftverlauf mit einem Abfall auf ein weitgehend gleichbleibendes Grundniveau.
-
Die Verbindung zwischen dem Dämpfungselement und den angrenzenden Ringraumwänden erfolgt im hier dargestellten Ausführungsbeispiel rein kraftschlüssig, d. h. über Adhäsion. Es ist jedoch auch möglich, die Innenwand der Außenwelle bzw. die Außenwand der Innenwelle mit Stegen oder Vorsprüngen zu versehen, die mit entsprechenden Vertiefungen im hülsenförmigen Dämpfungselement zusammenwirken und somit zumindest bei Beginn des Kraftbegrenzungs- bzw. Dämpfungsvorganges einen gewissen Formschluss ermöglichen.
-
Bei einer derartigen Gestaltung des Kraftbegrenzers ergibt die hülsenförmige Gestaltung des Dämpfungselementes einen sehr kompakten Aufbau. Die Länge des hülsenförmigen Dämpfungselementes in diesem Beispiel beträgt etwa 42 mm, kann aber auch im Bereich zwischen 35 und 45 mm variieren. Der Innendurchmesser liegt hier bei 19 mm, während der Außendurchmesser bei 21 mm liegt. Abwandlungen mit Innendurchmessern bis zu 15 mm und Außendurchmessern bis zu 24 mm sind möglich, um die Verwendbarkeit in einer Gurtspule mit herkömmlichen Außenmaßen zu ermöglichen. Auch sind Variationen der Wandstärke in einem Bereich zwischen etwa 1 mm und 2 mm möglich.
-
Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Kraftbegrenzer 20 als geschlossene, in die Gurtspule einzusetzende Einheit ausgebildet. Es ist jedoch auch möglich, anstelle der Außenwelle 21 direkt die Innenwand des Spulenkörpers als Anlagefläche für das Dämpfungselement zu nutzen und somit auf die Außenwelle zu verzichten.
-
Die Länge des Dämpfungselements 40 ist geringfügig größer als der Abstand der beiden Flansche 36 und 37 im verspannten Zustand der beiden Zylinderabschnitte 31, 32 der Innenwelle 24. Dadurch wird das hülsenförmige Dämpfungselement beim Verspannen der beiden Zylinderabschnitte leicht gestaucht, was zu einer verbesserten Anlage an die Außenwand der Innenwelle bzw. Innenwand der Außenwelle führt. In diesem Ausführungsbeispiel wird das hülsenförmige Dämpfungselement um etwa 1 mm gestaucht und somit vorgespannt. Abhängig von der Geometrie des Dämpfungselementes sind auch andere Größenordnungen einer Ein- bzw. Vorspannung möglich.
-
Es ist auch möglich, die Innenwelle und die Sperrscheibe einstückig auszubilden, um damit die Teileanzahl zu reduzieren.
-
Das in 3 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem zuvor beschriebenen im Wesentlichen durch geometrische Anpassungen, die eine vereinfachte Montage ermöglichen.
-
Der Kraftbegrenzer 20 ist auch hier als separat einzusetzende Baugruppe ausgebildet. Die Innenwand der Außenwelle 21A ist in diesem Ausführungsbeispiel konisch so ausgebildet, dass der Durchmesser des Innenraums zur offenen Stirnseite bzw. zur Sperrscheibe 12 hin zunimmt. Die Innenwelle 24A ist ähnlich konisch ausgebildet, wobei ihr Außendurchmesser in Richtung auf den Zapfen 23 stetig abnimmt. Der Konuswinkel der Innenwelle kann genauso groß sein wie der Konuswinkel der Außenwelle 21A, wodurch ein Ringspalt mit gleich bleibender Stärke entsteht. Es ist jedoch auch möglich, die Konuswinkel der Innen- und Außenwelle unterschiedlich auszubilden und somit einen Ringspalt mit unterschiedlicher Spalthöhe zu erhalten.
-
Die beiden Zylinderabschnitte 31A und 32A sind hier nicht mittels einer Spannschraube verspannt, sondern haben an ihren aneinander anliegenden Stirnseiten korrespondierende Verzahnungen, die hier nicht näher dargestellt sind, und die eine verdrehsichere Verbindung sicherstellen. Die axiale Verspannung der beiden Zylinderabschnitte erfolgt hier über die Sperrscheibe 12 bzw. die Klemmkraft des Halterings 16.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 10337252 [0002]
- DE 10231079 A1 [0003]