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Die Erfindung betrifft einen Gurtaufroller für Kraftfahrzeuge, mit einem Gehäuserahmen, der zwei gegenüberliegende Seitenwangen mit jeweils einer Wangenöffnung aufweist, einer Gurtspule, die um eine Spulenachse drehbar ist und sich in axialer Richtung von einem sensorseitigen Spulenende durch die Wangenöffnungen des Gehäuserahmens bis zu einem entgegengesetzten, federseitigen Spulenende erstreckt, sowie einem Gehäusedeckel, der fest mit dem Gehäuserahmen verbunden ist.
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Derartige Gurtaufroller sind aus dem Stand der Technik allgemein bekannt und auf dem technischen Gebiet von Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystemen für Kraftfahrzeuge weit verbreitet.
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Bei herkömmlichen Gurtaufrollern ist die Gurtspule beispielsweise zwischen einer Freigabestellung, in der die Gurtspule frei drehbar ist, und einer Sperrstellung, in der die Gurtspule drehfest am Gehäuserahmen fixiert ist, radial verschieblich im Gehäuserahmen gelagert. Üblicherweise wird die Gurtspule im Rückhaltefall zunächst sensorseitig verschwenkt und radial in ihre Sperrstellung bewegt. Überschreitet die Gurtbandauszugskraft einen vorgegebenen Wert, so wird die Gurtspule über eine Radialführung und entgegen der Federkraft einer Spannvorrichtung auch federseitig ausgelenkt und radial in ihre Sperrstellung bewegt.
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Befindet sich die Gurtspule sowohl sensorseitig als auch federseitig in ihrer Sperrstellung, so erstreckt sich die Spulenachse wieder parallel zur Spulenachse in der Freigabestellung der Gurtspule.
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Diese Konstruktion des Gurtaufrollers ist fertigungstechnisch aufwendig und führt darüber hinaus in der Sperrstellung der Gurtspule zu einer stark unterschiedlichen Momentenbeanspruchung der Gurtspule auf der Sensorseite und der Federseite, was im Extremfall zu einer überhöhten sensorseitigen Belastung der Gurtspule führen kann.
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Aus der gattungsgemäßen
EP 2 828 129 B1 ist ein Gurtaufroller für Kraftfahrzeuge bekannt, mit einem Gehäuserahmen, der zwei gegenüberliegende Seitenwangen mit jeweils einer Wangenöffnung aufweist, sowie eine Gurtspule, die um eine Spulenachse drehbar ist und sich in axialer Richtung von einem sensorseitigen Spulenende durch die Wangenöffnungen des Gehäuserahmens bis zu einem entgegengesetzten, federseitigen Spulenende erstreckt, und mit einem Gehäusedeckel, der fest mit dem Gehäuserahmen verbunden ist, wobei der Gehäusedeckel ein radial elastisches Drehlager für das federseitige Spulenende bildet. Das federseitige Spulenende der Gurtspule ist in radialer Richtung führungsfrei am Gehäusedeckel fixiert ist. Radial angrenzend an die Öffnungsränder der beiden Wangenöffnungen weist die Gurtspule jeweils eine in Umfangsrichtung umlaufende, spulenseitige Sperrverzahnung auf.
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Aus der
DE 28 32 160 A1 ist ein Gurtaufroller bekannt, dessen Gurtspule in gegenüber den im Crashfalle auftretenden hohen Zugkräften elastisch nachgiebigen Lagerstellen weitgehend spielfrei und reibungsarm gelagert ist und gleichzeitig in stabilen Lastlagern des Grundrahmens mit allseitig radialem Lagerspiel zentriert ist.
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Die
DE 34 21 960 A1 beschreibt einen Gurtaufroller mit einer radial nachgiebig gelagerten Gurtspule, in deren Sperrverzahnung eine Vorsperrklinke von außen nach innen gerichtet eingreifen kann.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen konstruktiv vereinfachten Gurtaufroller für Kraftfahrzeuge zu schaffen, bei dem die Sensorseite und der Federseite im Rückhaltefall gleichmäßiger beansprucht werden.
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Bei einem Gurtaufroller der eingangs genannten Art bildet der Gehäusedeckel ein radial elastisches Drehlager für das federseitige Spulenende, wobei das federseitige Spulenende der Gurtspule in radialer Richtung führungsfrei am Gehäusedeckel fixiert ist. Mit anderen Worten ist am Gehäusedeckel keine Radialführung ausgebildet, die eine radial geführte Bewegung des Drehlagers, und damit des federseitigen Spulenendes zwischen einer Freigabestellung und einer Sperrstellung der Gurtspule festlegt. Stattdessen ist das Drehlager radial elastisch ausgeführt und ermöglicht daher bei Überschreiten einer vorgegebenen Gurtbandauszugskraft eine freie radiale Bewegung in Kraftrichtung.
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Bevorzugt ist das radial elastische Drehlager einstückig mit dem Gehäusedeckel ausgebildet. Dies führt zu einer erheblichen konstruktiven Vereinfachung des Gurtaufrollers, da im Gehäusedeckel kein radial geführtes Drehlager und keine Spannvorrichtung zur radialen Beaufschlagung des Drehlagers mehr vorgesehen werden müssen.
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Der Gehäusedeckel des Gurtaufrollers kann insbesondere elastisch verformbar sein. Die radiale Elastizität des Drehlagers lässt sich auf diese Weise mit geringem Aufwand über die Verformung des Gehäusedeckels realisieren und über das Material sowie die Materialdicke des Gehäusedeckels in gewünschter Weise beeinflussen.
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In einer Ausführungsform des Gurtaufrollers ist eine Sensorvorrichtung vorgesehen, die ein radial verschwenkbares Drehlager für das sensorseitige Spulenende bildet. Diese Sensorvorrichtung ist an der Seitenwange des Gehäuserahmens angebracht und kann die Gurtspule sensorseitig in bekannter Weise fahrzeugsensitiv oder gurtbandsensitiv von der Freigabestellung in die Sperrstellung überführen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Gurtaufrollers weist jede der beiden Wangenöffnungen an ihrem Öffnungsrand eine rahmenseitige Sperrverzahnung auf, wobei die rahmenseitigen Sperrverzahnungen geometrisch identisch ausgebildet sind.
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Radial angrenzend an die Öffnungsränder der beiden Wangenöffnungen weist die Gurtspule jeweils eine in Umfangsrichtung umlaufende, spulenseitige Sperrverzahnung auf.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst. Insbesondere ergibt sich die Lösung dadurch, dass die Sperrverzahnung am federseitigen Spulenende der Sperrverzahnung am sensorseitigen Spulenende in Gurtbandauszugsrichtung nacheilt. Dieser Nachlauf beträgt vorzugsweise 4° bis 10°. Aufgrund der federseitig radial ungeführten Lagerung der Gurtspule ist dieser sogenannte „Nacheilwinkel“ besonders groß. Allerdings wird die Gurtspule aufgrund dieser federseitig radial ungeführten Lagerung auch nicht mehr in eine Sperrstellung gezwungen, in der sich die Spulenachse parallel zur Spulenachse in der Freigabestellung der Gurtspule erstreckt, sodass sich die Momentenbelastung in der Sperrstellung trotz vergleichsweise großem Nacheilwinkel deutlich gleichmäßiger auf die Sensorseite und die Federseite verteilt.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. In diesen zeigen:
- - 1 eine teilgeschnittene, perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Gurtaufrollers;
- - 2 einen axialen Längsschnitt des Gurtaufrollers gemäß 1;
- - 3 einen Querschnitt III-III des Gurtaufrollers gemäß 2;
- - 4 eine schematische, federseitige Ansicht des Gurtaufrollers gemäß den 1 bis 3 in einem Lastfall;
- - 5 eine weitere schematische, federseitige Ansicht des Gurtaufrollers gemäß den 1 bis 3 in einem weiteren Lastfall;
- - 6 eine schematische, sensorseitige Ansicht des Gurtaufrollers gemäß den 1 bis 3 mit angedeuteter radialer Auslenkung der Gurtspule;
- - 7 eine schematische, federseitige Ansicht des Gurtaufrollers gemäß den 1 bis 3 mit angedeuteter radialer Auslenkung der Gurtspule;
- - 8 eine axiale Projektion der radialen Auslenkungen der Gurtspule gemäß den 6 und 7 zur Bestimmung einer Nacheilung;
- - 9 eine Seitenansicht und eine Draufsicht eines erfindungsgemäßen Gurtaufrollers in einer Freigabestellung der Gurtspule;
- - 10 eine Seitenansicht und eine Draufsicht des Gurtaufrollers gemäß 9 mit sensorseitig in die Sperrstellung ausgelenkter Gurtspule; und
- - 11 eine Seitenansicht und eine Draufsicht des Gurtaufrollers gemäß 9 in einer Sperrstellung der Gurtspule.
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Die 1 bis 3 zeigen einen Gurtaufroller 10 für Kraftfahrzeuge, mit einem Gehäuserahmen 12, der zwei gegenüberliegende Seitenwangen 14, 16 mit jeweils einer Wangenöffnung 18, 20 aufweist, einer Gurtspule 22, die um eine Spulenachse A drehbar ist und sich in axialer Richtung 23 von einem sensorseitigen Spulenende 24 durch die Wangenöffnungen 18, 20 des Gehäuserahmens 12 bis zu einem axial entgegengesetzten, federseitigen Spulenende 26 erstreckt, sowie einem Gehäusedeckel 28, der fest mit dem Gehäuserahmen 12 verbunden ist und ein radial elastisches Drehlager 30 für das federseitige Spulenende 26 bildet, wobei das federseitige Spulenende 26 der Gurtspule 22 in radialer Richtung 31 führungsfrei am Gehäusedeckel 28 fixiert ist.
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Der Gehäuserahmen 12 ist im Wesentlichen U-förmig ausgebildet und weist eine Rückenplatte 32 sowie die beiden von der Rückenplatte 32 abstehenden, gegenüberliegenden Seitenwangen 14, 16 auf. Beim Einbau in das Kraftfahrzeug wird der Gehäuserahmen 12 fest an einer Fahrzeugkarosserie (nicht dargestellt) montiert, insbesondere mit der Fahrzeugkarosserie verschraubt. Gemäß den 1 und 2 ist hierzu eine Befestigungsöffnung 34 in der Rückenplatte 32 des Gehäuserahmens 12 vorgesehen.
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Die Gurtspule 22 umfasst axial mittig einen Spulenkörper 36 zur Aufnahme eines (nicht dargestellten) Gurtbands sowie axial beidseits an den Spulenkörper 36 angrenzende Spulenflansche 38, 40, die sich axial im Bereich der Wangenöffnungen 18, 20 erstrecken.
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Die Spulenflansche 38, 40 der Gurtspule 22 weisen radial angrenzend an die Öffnungsränder der beiden Wangenöffnungen 18, 20 jeweils eine in Umfangsrichtung 41 umlaufende, spulenseitige Sperrverzahnung 42, 44 auf, wobei die spulenseitigen Sperrverzahnungen 42, 44 geometrisch identisch ausgebildet aber in Umfangsrichtung 41 um einen Bruchteil eines Zahnteilungswinkels der Sperrverzahnungen 42, 44 relativ zueinander verdreht sind.
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Die beiden Wangenöffnungen 18, 20 weisen an ihrem Öffnungsrand eine entsprechende, rahmenseitige Sperrverzahnung 46, 48 auf, wobei die rahmenseitigen Sperrverzahnungen 46, 48 geometrisch nicht dentisch ausgebildet sind und in axialer Richtung 23 im Wesentlichen deckungsgleich hintereinanderliegen.
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Wie in 2 angedeutet, ist am sensorseitigen Spulenende 24 ein am Gehäuserahmen 12 angebrachter Schwenkhebel mit einer Sensorvorrichtung 50 vorgesehen, der ein radial verschwenkbares Drehlager 52 für das sensorseitige Spulenende 24 bildet. Diese Sensorvorrichtung 50 kann in bekannter Weise fahrzeugsensitiv oder gurtbandsensitiv aktiviert werden, wobei das sensorseitige Spulenende 24 nach einer solchen Aktivierung bei Gurtbandabzug radial ausgelenkt wird.
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Die Gurtspule 22 bewegt sich dabei aus ihrer Freigabestellung, in welcher die Gurtspule 22 im Gehäuserahmen 12 um die Spulenachse A frei drehbar ist, sensorseitig in ihre Sperrstellung, in welcher die spulenseitige Sperrverzahnung 42 in die rahmenseitige Sperrverzahnung 48 eingreift und das sensorseitige Spulenende 24 im Wesentlichen drehfest am Gehäuserahmen 12 fixiert.
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Die Sensorvorrichtung 50 ist in einem Schwenkhebel aufgenommen, der an dem Gehäuserahmen 12, konkret an der Seitenwange 16 des Gehäuserahmens 12 gelagert ist.
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Am federseitigen Spulenende 26 der Gurtspule 22 ist eine Antriebsfeder 56 vorgesehen, welche die Gurtspule 22 in Gurtbandaufwickelrichtung 58 beaufschlagt. Um die erfindungswesentliche, federseitige Lagerung der Gurtspule 22 am Gehäusedeckel 28 gut erkennen zu können, ist die üblicherweise als Spiralfeder ausgeführte Antriebsfeder 56 in 2 lediglich schematisch angedeutet.
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Die Antriebsfeder 56 für die Gurtspule 22 ist im Gehäusedeckel 28 aufgenommen, der fest mit dem Gehäuserahmen 12, insbesondere der Seitenwange 14 des Gehäuserahmens 12 verbunden ist.
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Der Gehäusedeckel 28 bildet dabei das radial elastische Drehlager 30 für das federseitige Spulenende 26, wobei dieses elastische Drehlager 30 gemäß den 1 und 2 einstückig mit dem Gehäusedeckel 28 ausgebildet ist. Der Gehäusedeckel 28 ist in diesem Ausführungsbeispiel elastisch verformbar, sodass sich das Drehlager 30 bei radialer Beaufschlagung des federseitigen Spulenendes 26 über eine Verformung des Gehäusedeckels 28 und unter Umständen eine zusätzliche Verformung des Gehäuserahmens 12 in Richtung einer Gurtbandauszugskraft F (siehe 4 bis 6) radial bewegen kann.
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Da das federseitige Spulenende 26 in radialer Richtung 31 führungsfrei am Gehäusedeckel 28 fixiert ist, bewegt sich das federseitige Spulenende 26 mitsamt dem radialelastischen Drehlager 30 unter Verformung des Gehäusedeckels 28 in Richtung der einwirkenden Gurtbandauszugskraft F.
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Eine radiale Auslenkung des federseitigen Spulenenes 26 wird dabei durch eine Führung des Spulenflanschs 40 in der Wangenöffnung 20 begrenzt. Um dies zu veranschaulichen ist in 4 ein Lastfall dargestellt, bei dem die auf die Gurtspule 22 wirkende Gurtbandauszugskraft F eine seitliche Kraftkomponente nach links aufweist und/oder bei dem eine Verzögerung a des Gurtaufrollers 10, konkret des Gehäuserahmens 12 des Gurtaufrollers 10, nach rechts auftritt. Demgegenüber ist in 5 ein Lastfall dargestellt, bei dem die auf die Gurtspule 22 wirkende Gurtbandauszugskraft F eine Kraftkomponente nach rechts aufweist und/oder bei dem eine Verzögerung a des Gurtaufrollers 10, konkret des Gehäuserahmens 12 des Gurtaufrollers 10, nach links auftritt.
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Dabei variiert die Richtung der Gurtbandauszugskraft F beispielsweise abhängig von der Dicke des auf dem Spulenkörper 36 befindlichen Gurtbandwickels im Rückhaltefall.
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Die 6 veranschaulicht eine sensorseitige Auslenkung der Gurtspule 22, wobei die Spulenachse A am sensorseitigen Spulenende 24 aus einer Position A (in der Freigabestellung der Gurtspule 22) um einen definierten Drehpunkt P am Gehäuserahmen 12 verschwenkt wird und eine Position A' (in der Sperrstellung der Gurtspule 22) einnimmt.
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Demgegenüber veranschaulicht die 7 eine federseitige Auslenkung der Gurtspule 22, wobei die Spulenachse A am federseitigen Spulenende 26 aus einer Position A (in der Freigabestellung der Gurtspule 22) radial in Richtung der einwirkenden Belastung verschoben wird (in 7 beispielsweise durch eine Gurtbandauszugskraft F senkrecht nach oben) und eine Position A'' (in der Sperrstellung der Gurtspule 22) einnimmt.
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Diese in den 6 und 7 dargestellten, unterschiedlichen Auslenkungen der Spulenachse A auf der Sensorseite und der Federseite führen dazu, dass die Spulenachse A in der (sensorseitigen und federseitigen) Sperrstellung der Gurtspule 22 nicht mehr parallel zur Spulenachse A in der Freigabestellung verläuft und die spulenseitigen Sperrverzahnungen 44, 46 in Umfangsrichtung 41 um einen Bruchteil eines Zahnteilungswinkels relativ zueinander verdreht sind. Der Winkel, um den die Sperrverzahnung 42 am federseitigen Spulenende 26 der Sperrverzahnung 44 am sensorseitigen Spulenende 24 nacheilt, ergibt sich dabei aus der unterschiedlichen Auslenkung der Spulenachse A auf der Sensorseite und der Federseite, wobei dieser Auslenkungsunterschied in 8 als Nacheilung e dargestellt ist. Auf diese Weise wird in der Sperrstellung der Gurtspule 22 eine homogenere Verteilung der Sperrmomente zwischen der Sensorseite und der Federseite erreicht. Mit anderen Worten wird der nacheilende Winkel auf der Federseite bereits bei vergleichsweise geringer Momentenbelastung auf der Sperrseite geschlossen und die Momentenbeanspruchung im Folgenden auf die Sensorseite und die Federseite aufgeteilt.
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Die 9 bis 11 zeigen jeweils eine Seitenansicht und eine Draufsicht des Gurtaufrollers 10 während eines Sperrvorgangs der Gurtspule 22.
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Gemäß 9 befindet sich die Gurtspule 22 in ihrer Freigabestellung, in welcher sie um die Spulenachse A frei drehbar im Gehäuserahmen 12 gelagert ist. Ausgehend von dieser Freigabestellung wird die Gurtspule 22 bei einer Aktivierung der Sensorvorrichtung 50 zunächst nur sensorseitig in ihre Sperrstellung geführt. Federseitig hat die Gurtspule 22 in ihrem als Spitzlagerung ausgeführten Drehlager 30 einen gelenkigen Sitz.
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Die 10 zeigt einen Zustand des Gurtaufrollers 10, bei dem die spulenseitige Sperrverzahnung 42 mit der rahmenseitigen Sperrverzahnung 46 in Eingriff und das sensorseitige Spulenende 24 im Wesentlichen drehfest am Gehäuserahmen 12 fixiert ist. Mit weiter ansteigender Gurtbandauszugskraft F wird die Gurtspule 22 durch Verformung des Gehäusedeckels 28 auch auf der Federseite ausgelenkt. Die Richtung der federseitigen Auslenkung erfolgt dabei ohne radiale Führung und ist stark von der Richtung der Gurtbandauszugskraft F abhängig. Daher muss der Winkel, um den die Sperrverzahnung 44 am federseitigen Spulenende 26 der Sperrverzahnung 42 am sensorseitigen Spulenende 24 nacheilt, recht groß sein und beträgt 4° bis 10°.
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Gemäß 11 greift auch die spulenseitige Sperrverzahnung 44 in die rahmenseitige Sperrverzahnung 48 ein, sodass die Gurtspule 22 sowohl sensorseitig als auch federseitig ihre Sperrstellung erreicht hat. In der Draufsicht des Gurtaufrollers 10 (11, unten) wird deutlich, dass die Spulenachse A in der Sperrstellung gemäß 11 gegenüber der Spulenachse A in der Freigabestellung gemäß 9 um einen Winkel α geneigt ist. Durch diesen Neigungswinkel α wird die Nacheilung e (siehe 8) kompensiert. Dementsprechend ergibt sich im Rückhaltefall auf der Sensorseite und der Federseite eine ausgewogenere Momentenbeanspruchung als bei Gurtaufrollern 10, bei denen die Gurtspule 22 durch eine federseitige Radialführung in eine zur Freigabestellung parallele Sperrstellung gezwungen wird.