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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Gurtroller für ein Sicherheitsgurtsystem
in einem Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Aus
der
DE 43 44 656 C1 ist
ein Gurtroller für ein
Sicherheitsgurtsystem in einem Kraftwagen mit einem bei einem vorbestimmten
Ruck am Gurtband und/oder einer vorbestimmten Fahrzeugverzögerung die
Gurtrolle sperrenden Einrichtung bekannt. Hierbei ist die Gurtrolle
durch einen in ihrer Achsrichtung verlaufenden, ein torsionsnachgiebiges
Element bildenden Drehstab mit der sperrenden Einrichtung verbunden
und der Drehstab einenends mit der sperrenden Einrichtung und anderenends
mit der Gurtrolle derart gekoppelt, dass der maximal mögliche Torsionswiderstand
zumindest in Abhängigkeit
des Gewichtes des jeweiligen Benutzers des Sicherheitsgurtes durch
selbsttätige Änderung
des wirksamen Drehstababschnittes einstellbar ist. Der torsionsnachgiebige
Drehstab ist entlang seiner Achse entgegen einer Feder verstellbar,
wobei zur Verstellung eine Stelleinrichtung vorgesehen ist, welche
beispielsweise über
einen Drahtzug mit einem Fahrzeugsitz verbunden ist und welche beispielsweise
in Abhängigkeit
des Gewichts des jeweiligen Benutzers des Sicherheitsgurtes angesteuert
wird. Durch eine Axialverschiebung des Drehstabes entgegen der Feder
wird ein Torsionswiderstandsmoment des Drehstabes verringert, so
dass für
unterschiedlich schwere Personen das jeweils optimale Torsionswiderstandsmoment
eingestellt werden kann.
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Aus
der
DE 197 80 583
C1 ist ein Gurtaufroller mit regelbarer Kraftbegrenzungseinrichtung
bekannt. Der Gurtaufroller weist eine fahrzeugssensitiv und/oder
gurtbandsensitiv ansteuerbare Blockiervorrichtung auf, wobei der
Gurtaufroller als Kraftbegrenzungseinrichtung einen einerseits mit
der Gurtaufwickelwelle und andererseits über einen Profilkopf mit einem
Blockiersperrglied des Gurtaufrollers verbundenen Torsionsstab aufweist.
Der Torsionsstab ist dabei an voreinstellbare Belastungsfälle anpassbar, indem
ein Kraftübertragungsweg
zwischen Torsionsstab und Gurtaufwickelwelle verändert wird. Hierzu sind wenigstens
zwei parallel oder in Reihe zueinander angeordnete und mittels einer
Schalteinrichtung jeweils unabhängig
ansteuerbare Kraftbegrenzungselemente vorgesehen, von denen ein
Kraftbegrenzungselement durch den Torsionsstab gebildet ist.
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Die
vorliegende Erfindung beschäftigt
sich mit dem Problem, für
einen Gurtroller für
ein Sicherheitsgurtsystem eingangs erwähnter Art eine verbesserte
Ausführungsform
aufzuzeigen, welche an jeweilige, beispielsweise durch den Fahrzeuginsassen mitbestimmte
Bedingungen, individuell angepasst werden kann, um so ein Verletzungsrisiko
eines Fahrzeuginsassen bei einem Fahrzeugcrash so klein wie möglich zu
halten.
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Dieses
Problem wird erfindungsgemäß durch
den Gegenstand des unabhängigen
Anspruchs gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen
sind Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
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Die
Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einem Gurtroller
für ein
Sicherheitsgurtsystem zumindest ein Kopplungselement vorzusehen,
welches im Crashfall aktiviert wird und über welches eine Gurtkraftbegrenzung
in Abhängigkeit biometrischer
Parameter des Fahrers, beispielsweise seines Körpergewichts, erreicht werden
kann. Der Gurtroller weist hierfür
eine die Gurtrolle bei einer einen Schwellwert übersteigenden Gurtgeschwindigkeit
und/oder bei einer einen Schwellwert übersteigenden Fahrzeugverzögerung/-beschleunigung sperrenden
Einrichtung auf, wobei die Gurtrolle einen in ihrer Achsrichtung
verlaufenden, ein torsionsnachgiebiges Element bildenden Drehstab
besitzt. Dieser Drehstab ist an einem ersten Längsendbereich mit der sperrenden
Einrichtung und an einem zweiten Längsendbereich mit der Gurtrolle
verbunden. Durch eine selbsttätige
Veränderung
des wirksamen Drehstababschnittes und damit des wirksamen Torsionswiderstandsmomentes
ist es möglich,
die Gurtkraftbegrenzung zumindest in Abhängigkeit des Gewichts des jeweiligen
Benutzers des Sicherheitsgurtes einzustellen.
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Zur
Einstellung des wirksamen Drehstababschnitts ist zumindest ein Kopplungselement
vorgesehen, welches zwischen der sperrenden Einrichtung auf der
einen Seite und der Verbindung des Drehstabs mit der Gurtrolle auf
der anderen Seite angeordnet ist und welches auf dem Drehstab axial
zu diesem zwischen einer Aktivstellung und einer Passivstellung
verstellbar ist. In der Aktivstellung ist das Kopplungselement sowohl
mit dem Drehstab als auch mit der Gurtrolle drehfest verbunden,
wogegen es in der Passivstellung weder mit den Gurtrollen noch mit
dem Drehstab oder nur mit der Gurtrolle oder nur mit dem Drehstab
drehfest verbunden ist. Durch den Abstand zwischen der sperrenden
Einrichtung und dem sich in Aktivstellung befindlichen Kopplungselement
wird der wirksame Drehstababschnitt und damit das wirksame Torsionswiderstandsmoment
des Drehstabs definiert. Zusätzlich kann
auf das Torsionswiderstandsmoment durch eine entsprechende Materialauswahl
des Drehstabs bzw. einen Querschnitt des Drehstabs im wirksamen Drehstababschnitt
Einfluss genommen werden.
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Generell
befindet sich das Kopplungselement üblicherweise in der Passivstellung
und wird erst bei einem Crashfall von einem Stellantrieb in die Aktivstellung
verstellt, wodurch sich durch eine Verkürzung des wirksamen Drehstababschnittes
das wirksame Torsionswiderstandsmoment erhöht. Denkbar ist aber auch,
dass sich das Kopplungselement üblicherweise
in der Ak tivstellung befindet und im Crashfall, abhängig beispielsweise
vom Körpergewicht
des jeweiligen Benutzers des Sicherheitsgurtes und/oder der Fahrzeugverzögerung/-beschleunigung oder
einer Sitzstellung, in die Passivstellung verstellt und somit das
wirksame Torsionswiderstandsmoment reduziert. Bei einem Versagen
der selbsttätigen Stelleinrichtung
wäre somit
das maximale Torsionswiderstandsmoment voreingestellt, so dass auch
für gewichtige
Fahrzeuginsassen eine optimale Rückhaltung
erreicht werden kann. Die Aktivierung bzw. Deaktivierung des Kopplungselementes
erfolgt dabei beispielsweise in Abhängigkeit der vorgenannten biometrischen
Daten und ermöglicht
dadurch, dass das Sicherheitsgurtsystem optimal an die jeweilige Crashsituation
bzw. den jeweiligen Benutzer des Sicherheitsgurtes angepasst ist.
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Grundsätzlich könnte das
Kopplungselement auch bei Belegung des dem zugehörigen Gurt zugeordneten Sitzes
in Abhängigkeit
von Gewicht der den Sitz belegenden Person seine passive bzw. aktive Lage
einnehmen und die eingenommene Lage beibehalen, bis sich die Belegung
des Sitzes ändert.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Lösung ist
der Querschnitt des Drehstabes ausgehend von seiner der sperrbaren
Einrichtung zugeordneten Einspannstelle konisch abnehmend ausgebildet.
Dies bietet den Vorteil, dass eine Verstellung des Kopplungselementes von
seiner Passivstellung in seine Aktivstellung bzw. umgekehrt aufgrund
der Konizität
des Drehstabes besonders einfach zu realisieren ist. Gleichzeitig kann
mit dem abnehmenden Querschnitt zusätzlich zum gewählten Abstand
zwischen den sich in Aktivstellung befindlichen Kopplungselement
und der sperrenden Einrichtung Einfluss auf das Torsionswiderstandsmoment
des Drehstabes und damit Einfluss auf die maximal mögliche Gurtkraftbegrenzung genommen
werden.
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Entsprechend
einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist
das Kopplungselement als torsions steife Hülse ausgebildet. Dies gewährleistet,
dass das Kopplungselement verwindungsstarr das von der Gurtrolle
eingeleitet Moment an den Drehstab weitergibt. Gleichzeitig bietet das
als torsionssteife Hülse
ausgebildete Kopplungselement den Vorteil, bei entsprechender Verzahnung einfach
axial entlang des Drehstabes verstellbar zu sein.
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Bei
einer besonders günstigen
Ausführung der
Erfindung weist das Kopplungselement eine Innenverzahnung auf und
der Drehstab eine zur Innenverzahnung des Kopplungselements passende
oder komplementäre
Außenverzahnung.
Eine Kraftübertragung
mittels Verzahnung gewährleistet
eine rutsch- und spielfreie und damit eine besonders exakte Kraftübertragung,
wobei das Kopplungselement im Aktivzustand mit der Innenverzahnung
in die passende oder komplementäre
Außenverzahnung
des Drehstabes eingreift, während
es in der Passivstellung entweder innenseitig mit dem Drehstab oder
außenseitig
mit dem Gurtroller drehfest verbunden ist. Die Innen- und die Außenverzahnung
weisen Zahnkämme
und -täler
auf, welche parallel zur Achse des Drehstabes verlaufen und dadurch
ein besonders einfaches Verstellen des Kopplungselementes parallel
zu den Zahnkämmen
bzw. -tälern
und parallel zur Drehstabachse ermöglichen.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Lösung weist
das Kopplungselement eine unrunde Außenkontur auf, wobei ein innerhalb
der Gurtrolle verlaufender Hohlraum eine im wesentlichen zur Außenkontur
des Kopplungselements passende Innenkontur aufweist. Als unrunde
Außenkontur
können
dabei beispielsweise abstehende Nocken vorgesehen sein, welche in
entsprechende Hohlräume
innerhalb der Gurtrolle eingreifen. Die unrunde Außenkontur
bzw. die Nocken gewährleisten
dabei eine spielfreie und somit höchst exakte Übertragung
einer Gurtrollendrehung auf das Kopplungselement und umgekehrt.
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Bei
einer weiteren günstigen
Weiterbildung ist vorgesehen, die axial benachbarten im Querschnitt
unrunden Kopplungselemente in Umfangsrichtung zueinander verdreht
anzuordnen. Dies bewirkt, dass jeweils nur ein Kopplungselement
mit seiner unrunden Außenkontur,
beispielsweise mit seinen Nocken, in jeweils einen zugehörige Hohlraum der
Gurtrolle eingreift, so dass ein Hohlraum jeweils nur einem Kopplungselement
zugeordnet ist. Zusätzlich
bietet dies den Vorteil, dass zum Verstellen der Kopplungselemente
von der Passiv- in die Aktivstellung oder umgekehrt ein benötigtes Stellelement,
wie beispielsweise eine Gewindespindel oder eine Schieberstange,
von einem Stellantrieb durch den Hohlraum innerhalb der Gurtrolle
zum zugehörigen
Kopplungselement geführt
werden kann. Da wie eingangs erwähnt
jeder Hohlraum jeweils einem Kopplungselement zugeordnet ist, kann
somit eine besonders kompakte Bauweise erreicht werden.
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Zweckmäßig kann
der Stellantrieb, welcher zum Verstellen des Kopplungselementes
koaxial zum Drehstab dient, reversibel, z.B. als Elektromotor oder
als pneumatischer Antrieb, ausgebildet sein. Dies bietet insbesondere
nach einem Crashfall den großen
Vorteil, dass das Kopplungselement mittels des reversiblen Stellantriebs
von seiner Crashstellung in seine Ausgangsstellung zurück verfahren werden
kann, wobei der Gurtroller an sich im Fahrzeug belassen werden kann
und nicht ausgetauscht werden muss. Hierdurch kann insbesondere
bei der Instandsetzung ein Kostenvorteil erzielt werden.
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Weitere
wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen, aus
den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand
der Zeichnungen.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale
nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in
anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne
den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in
der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert,
wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder funktional gleiche
oder ähnliche
Bauteile beziehen.
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Dabei
zeigen:
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1 einen
erfindungsgemäßen Gurtroller sowie
extern gezeichnete Kopplungselemente,
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2 eine
schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Gurtrolle mit zugehörigen Kopplungselementen,
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3a eine
Darstellung wie in 1, jedoch mit einem pyrotechnischen
Stellantrieb für
das Kopplungselement,
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3b eine
Darstellung wie in 2, jedoch mit einer anderen
Gurtrolle und einem anderen Kopplungselement,
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4 eine
Darstellung wie in 1 und 3a, jedoch
mit einem pneumatischen Stellantrieb für das Kopplungselement,
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5a eine
Darstellung wie in den 1, 3a und 4,
jedoch mit einem elektrischen Stellantrieb für die Kopplungselemente,
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5b ein
Querschnitt durch den elektrischen Stellantrieb gemäß 5a.
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Entsprechend 1 ist
ein fest mit einem nicht dargestellten Fahrzeugaufbau verbindbarer Gurtroller 1 gezeigt,
in dem eine einen Sicherheitsgurt 22 in Form eines Gurtwickels 23 tragende
Gurtrolle 2 drehbar um eine Achse 4 gelagert ist.
Die Gurtrolle 2 ist dabei in bekannter Weise durch eine Feder
in Gurtaufwickelrichtung belastet, so dass der Sicherheitsgurt 22 in
einer Nichtgebrauchsstellung auf die Gurtrolle 2 aufgewickelt
wird und im Gebrauchszustand durch einen Fahrzeuginsassen ständig mit
einer gewissen Vorspannung am Körper
desselben zur Anlage kommt. Die Gurtrolle 2 weist einen in
ihrer Achsrichtung 4 verlaufenden, ein torsionsnachgiebiges
Element bildenden Drehstab 5 auf, welcher mit einer Zahnscheibe 24 einer
sperrenden Einrichtung 3 derart verbunden ist, dass bei
einer einen Schwellwert übersteigenden
Gurtgeschwindigkeit und/oder bei einer einen Schwellwert übersteigenden
Fahrzeugverzögerung
die Gurtrolle 2 in Abwickelrichtung gesperrt wird. Hierzu
weist die Zahnscheibe 24 an ihrer einen Stirnseite eine
Verzahnung 25 auf, die mit einer entsprechenden Verzahnung 26 an
einer in Axialrichtung 4 verschiebbar gehaltenen Sperrscheibe 27 zusammenwirkt.
Auf der der Verzahnung 26 gegenüberliegenden Stirnseite weist
die Sperrscheibe 27 eine zweite Verzahnung 26' auf, die zum
Eingriff an einer weiteren Verzahnung 26'' an
einer der Wangen des Gurtrollers 1 ausgebildet ist. Während bei
einer langsamen Gurtbewegung ein problemloses Auf- bzw. Abwickeln
des Fahrzeuggurtes 22 möglich
ist, wandert bei einer erhöhten
Gurtgeschwindigkeit die Sperrscheibe 27 in Axialrichtung 4 auf
die Verzahnung 26'' zu und kommt
mit dieser in Eingriff, wodurch die Zahnscheibe 24 und
damit die Gurtrolle 2 festgelegt wird.
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Gemäß 1 ist
der Drehstab 5 einenends mit der sperrenden Einrichtung 3 und
anderenends mit der Gurtrolle 2 verbunden, wobei der maximal mögliche Torsionswiderstand
des Drehstabs 5 zumindest in Abhängigkeit des Gewichtes des
jeweiligen Benutzers des Sicherheitsgurtes 22 durch selbsttätige Veränderung
des wirksamen Drehstababschnittes einstellbar ist. Gemäß 1 ist
zwischen der sperrenden Einrichtung 3 einerseits und der
Verbindung des Drehstabs 5 mit der Gurtrolle 2 andererseits
zumindest ein Kopplungselement 6 vorgesehen (hier zwei Kopplungselemente 6 und 6'), welche auf
dem Drehstab 5 in Achsrichtung 4 zwischen einer
Aktivstellung und einer Passivstellung verstellbar angeordnet sind.
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Die
Aktivstellung, in welcher die Kopplungselemente 6 und 6' mit dem Drehstab 5 einerseits
und der Gurtrolle 2 andererseits drehfest verbunden sind, ist
gemäß 1 mit
den Bezugszeichen Ib und IIb bezeichnet. Mit Ia und IIa ist dagegen
die Passivstellung bezeichnet, in welcher die Kopplungselemente 6 und 6' weder mit den
Gurtrollen 1 noch mit dem Drehstab 5 oder nur
mit der Gurtrolle 2 und nur mit dem Drehstab 5 drehfest
verbunden sind.
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Im
Crashfall sperrt die sperrende Einrichtung 3 eine Drehbewegung
der Gurtrolle 2 um die Achse 4, wobei nach dem
Sperren auftretende Gurtzugkräfte
den Drehstab 5 um die Achse 4 tordieren. Ein Torsionswiderstand
des als torsionsnachgiebigen Elements ausgebildeten Drehstabs 5 hängt dabei
im wesentlichen von dessen E-Modul, dessen Querschnitt und einer
Einspannlänge
ab. Während
der Querschnitt und der E-Modul des Drehstabs 5 durch Abmessung
bzw. Werkstoffkonstanten festgelegt sind, kann die Einspannlänge des
Drehstabs 5 durch Axialverschiebung des Kopplungselementes 6 bzw. 6' verändert werden.
Hierdurch wird erreicht, dass eine Gurtrückhaltekraft optimal an fahrdynamische
bzw. biometrische Parameter angepasst werden kann, so dass beispielsweise
bei einem Fahrzeuginsassen mit geringem Körpergewicht eine lange Einspannlänge gewählt wird
und dadurch der Drehstab 5 torsionsnachgiebiger reagiert.
Eine derartige weiche Einstellung kann beispielsweise dadurch erreicht
werden, dass gemäß 1 keines
der beiden Kopplungselemente 6 oder 6' oder lediglich
das Kopplungselement 6 in die Aktivstellung verstellt wird.
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Bei
einem schwereren Fahrzeuginsassen wird das Kopplungselement 6' in die Aktivstellung verstellt
und dadurch der zur Verfügung
stehende wirksame Drehstababschnitt bzw. die zur Verfügung stehende
wirksame Einspannlänge
stark reduziert, so dass der bei einem schweren Fahrzeuginsassen deutlich
höheren
Gurtzugkraft ein deutlich höheres Torsionswiderstandsmoment
des Drehstabs 5 entgegensteht.
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Das
Verstellen der Kopplungselemente 6 bzw. 6' erfolgt dabei
selbsttätig
und in Abhängigkeit von
oben genannten fahrdynamischen oder biometrischen Parametern. Ziel
hierbei ist es, ein Verletzungsrisiko des Fahrzeuginsassen zu reduzieren,
in dem ein in einem Fahrzeuginnenraum für eine aufschlagfreie Vorverlagerung
des Fahrzeuginsassen zur Verfügung
stehender Weg während
des Rückhaltevorgangs
möglichst
vollständig
ausgenutzt wird, ohne dass biomechanischen Erträglichkeitsgrenzen des Fahrzeuginsassen überschritten
werden.
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Entsprechend 1 ist
der Querschnitt des Drehstabs 5 ausgehend von seiner der
sperrbaren Einrichtung 3 zugeordneten Einspannstelle konisch abnehmend
ausgebildet. Diese Konizität
begünstigt zum
einen eine Verstellbewegung der Kopplungselemente 6 und 6' von deren Aktivstellung
in deren Passivstellung bzw. umgekehrt und bietet gleichzeitig die Möglichkeit über die
Konizität
Einfluss auf das Torsionswiderstandsmoment des Drehstabs 5 zu
nehmen. Je größer hierbei
eine Querschnittsabnahme des Drehstabs 5 ausgehend von
seiner Einspannstelle ausfällt
um so weicher, d.h. um so torsionsnachgiebiger, reagiert der Drehstab 5 im
Crashfall. Die konische Form des Drehstabs 5 ist dabei günstigenfalls
stufenlos, kann aber auch gestuft ausgeführt sein.
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Das
Kopplungselement 6 bzw. 6' weist gemäß 1 eine Innenverzahnung 7 auf,
welche passend oder komplementär
zu einer Außenverzahnung 8 des
Drehstabs 5 ausgebildet ist. Dies gewährleistet, dass bei in Aktivstellung
verstellten Kopplungselementen 6, 6' eine drehfeste und spielfreie
Verbindung zum Drehstab 5 besteht.
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Um
das zumindest eine Kopplungselement 6 problemlos und leichtgängig entlang
der Achsrichtung 4 auf dem Drehstab 5 verstellen
zu können,
weisen die Innenverzahnung 7 des Kopplungselements 6 und
die Außenverzahnung 8 des
Drehstabs 5 Zahnkämme
und -täler
auf, welche parallel zur Achse 4 des Drehstabs 5 verlaufen.
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Generell
sind die Kopplungselemente 6 bzw. 6' als torsionssteife Hülsen ausgebildet,
welche in der Aktivstellung eine drehfeste und spielfreie Übertragung
von Drehkräften
von der Gurtrolle 2 auf den Drehstab 5 und umgekehrt
gewährleisten.
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Das
Kopplungselement 6 weist gemäß 1 eine unrunde
Außenkontur 10 auf,
wobei ein innerhalb der Gurtrolle 2 verlaufender Hohlraum 9, welcher
beispielsweise als Stufenbohrung ausgebildet ist, eine im wesentlichen
zur Außenkontur 10 des Kopplungselements 6 passende
Innenkontur 11 besitzt. Die Außenkontur 10 des Kopplungselements 6 bzw.
die Innenkontur 11 des Hohlraums 9 ist großenteils
zylindrisch geformt, wobei an die Außenkontur 10 des Kopplungselements 6 zumindest
zwei abstehende Nocken 12 angeformt sind, welche in entsprechende
Ausnehmungen 13 des Hohlraums 9 eingreifen (vlg. 2 und 3b).
Sowohl die Nocken 12 am Kopplungselement 6 als
auch die Ausnehmungen 13 an der Gurtrolle 2 verlaufen
parallel zur Achse 4 des Drehstabs 5, wodurch
ein axiales Verstellen des Kopplungselements 6 in der Gurtrolle 2 bei gleichzeitiger
Führung
der Nocken 12 in den jeweiligen Ausnehmungen 13 gewährleistet
ist. Die Nocken 12 bzw. die zugehörigen Ausnehmungen 13 können dabei
unterschiedliche Formen, beispielsweise mit gleichbleibendem Querschnitt
in radialer Richtung (vgl. 1 und 2)
oder aber einen in radialer Richtung aufgebauchten Querschnitt,
aufweisen. Denkbar sind darüber
hinaus andere Nockenquerschnitte, welche eine exakte Führung der
Nocken 12 und damit des Kopplungselements 6 in
der Ausnehmung 13 gewährleisten.
Eine gemäß 3b aufgebauchte
Nockenform ermöglicht
beispielsweise den Einsatz von Kugeln 21 welche entlang
der Ausnehmung 13 verstellt werden und zum Verstellen des Kopplungselements 6 durch
einen pyrotechnischen Stellantrieb 18 an dieses angedrückt werden.
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Zum
selbsttätigen
Verstellen der Kopplungselemente 6 bzw. 6' koaxial zum
Drehstab 5 ist ein Stellantrieb 14 vorgesehen,
welcher entweder ein reversibles oder ein irreversibles Verstellen
der Kopplungselemente 6, 6' von der Aktivstellung in die Passivstellung
bzw. umgekehrt entlang der Achse 4 erlaubt. Als reversibler
Stellantrieb 14 kommt beispielsweise ein Elektromotor 16 (vgl. 5a)
oder ein pneumatischer Antrieb 17 (vgl. 4)
in Betracht.
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Gemäß 4 wird
das Verstellen des Kopplungselements 6 von der Aktivstellung
in die Passivstellung mittels eines pneumatischen Stellantriebs 17 bewirkt.
Dabei kann der pneumatische Antrieb 17 direkt oder indirekt über Schieberstangen 20,
welche innerhalb der Ausnehmung 13 verschiebbar gelagert sind,
auf die Nocken 12 des Kopplungselements 6 einwirken
und dieses koaxial zum Drehstab 5 verstellen. Die Schieberstange 20 ist
dabei einerseits mit dem pneumatischen Antrieb 17 und andererseits
mit den Nocken 12 des Kopplungselements 6 verbunden.
Durch die parallele Anordnung der Schieberstangen 20 zur
Verstellrichtung 4 des Kopplungselements 6 innerhalb
der Ausnehmung 13 wird zudem eine verkantungsfreie Verstellung
desselben erreicht.
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Gemäß 5a ist
ein Gurtroller 1 mit einem als Elektromotor 16 ausgebildeten
Stellantrieb 14 gezeigt, wobei zumindest eine Gewindespindel 15 vorgesehen
ist, welche einerseits drehbar in einer entsprechenden Gewindebohrung 19 (vgl. 1, 2 und 3b)
des Kopplungselements 6 (vgl. 1) gelagert
ist und andererseits drehfest mit einem Rotor des Elektromotors 16 verbunden
ist. Ähnlich
den Schieberstangen 20 verlaufen auch die Gewindespindeln 15 parallel
und innerhalb der Ausnehmung 13, so dass auch bei dieser
Form des Stellantriebs 14 eine besonders kompakte Bauweise
erreicht werden kann.
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Gemäß 5b ist
ein elektrischer Stellantrieb 16 im Querschnitt dargestellt,
welcher in der Lage ist, zumindest zwei nicht in 5b dargestellte Kopplungselemente 6 unabhängig voneinander
zu steuern. Dabei sind jeweils zwei gegenüberliegende Gewindespindel 15 bzw.
Schieberstangen 20 einem Kopplungselement 6 zugeordnet.
Ein nicht dargestelltes Getriebe des elektrischen Stellantriebs 16 ist dabei
so ausgebildet, dass jedes Kopplungselement 6 unabhängig von
dem/oder den anderen verstellt werden kann.
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Um
zwei Kopplungselemente 6 unabhängig voneinander axial verstellen
zu können,
sind diese in Umfangsrichtung zueinander verdreht angeordnet (vgl. 1 und 2).
Dadurch wird erreicht, dass in den zugehörigen Ausnehmungen 13 des
jeweiligen Kopplungselements 6 nur die für die Steuerung
dieses Kopplungselements 6 erforderlichen Stellelemente,
wie beispielsweise Gewindespindeln 15 oder Schieberstangen 20,
geführt
werden müssen.
Sind zwei Kopplungselemente 6, 6' vorgesehen, so weist die Gurtrolle 2 günstigerweise
vier Ausnehmungen 13, wovon jeweils zwei gegenüberliegende
Ausnehmungen 13 zur Aufnahme der Gewindespindeln 15 bzw.
der Schieberstangen 20 eines Kopplungselements 6 dienen.
Sind mehr als zwei Kopplungselemente 6 vorgesehen, so erfolgt
eine in Umfangsrichtung verdrehte Anordnung derselben, beispielsweise um
jeweils 60°.
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Der
reversible Stellantrieb 14 weist dabei im Vergleich zu
einem irreversiblen Stellantrieb 14 den Vorteil auf, dass
nach einem Fahrzeugcrash durch eine Stellrichtungsumkehr die Kopplungselemente 6, 6' wieder in die
Ausgangsstellung zurück
verfahren werden können,
ohne dass der komplette Gurtroller 1 ausgetauscht werden
müsste.
Da die Veränderung des
wirksamen Drehstababschnittes und damit das Einstellen des wirksamen
Torsionswiderstansmomentes selbsttätig erfolgt, ist eine nicht
dargestellte Steuereinrichtung vorgesehen, welche über Sensoren,
beispielsweise Drucksensoren oder Dehnungssensoren in einem Fahrzeugsitz,
biometrische Parameter erfasst und diese mit weiteren Parametern, beispielsweise
fahrdynamsichen, wie eine Fahrzeugbeschleunigung/-verzögerung,
verarbei tet und Steuersignale erzeugt, welche an den jeweiligen
Stellantrieb 14 ausgesendet werden und woraufhin der Stellantrieb 14 die
Verstellung der Kopplungselemente 6, 6' entsprechend
der in die Steuereinrichtung eingegangenen Parametern steuert.
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Wie
eingangs erwähnt
ist auch denkbar, den Stellantrieb 14 irreversibel, z.B.
als pyrotechnischen Antrieb 18, auszubilden. Ein Gurtroller 1 mit
einem pyrotechnischen Stellantrieb 18 ist dabei in 3a gezeigt.
Hierbei sind Kugeln 21 vorgesehen, welche mittels des pyrotechnischen
Stellantriebs 18 innerhalb der Ausnehmung 13 an
die Kopplungselemente 6 andrückbar sind. Der pyrotechnische
Antrieb 18 erzeugt dabei, beispielsweise mit einer Zündpille,
einen Zündvorgang,
bei welchem die Kugeln 21 in den nahezu rundgeformten Ausnehmungen 13 (vgl. 3b)
schussartig auf das entsprechende Kopplungselemente 6 zubewegt
werden und dieses in eine Aktivstellung überführen. Ein pyrotechnischer Antrieb 18 weist
dabei eine im Vergleich zu einem elektrischen Stellantrieb 16 kürzere Stellzeit
auf, wodurch wertvolle Zeitvorteile bei einem Fahrzeugcrash gewonnen
werden können.
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Im
folgenden soll kurz die Funktionsweise des Gurtrollers 1 bei
einem Fahrzeugcrash erläutert werden:
Bei
einem Fahrzeugcrash kommt es aufgrund der dabei auftretenden hohen
Fahrzeugverzögerung
zu einem Überschreiten
eines vorgegebenen Schwellwertes, woraufhin die sperrende Einrichtung 3 die
Gurtrolle 2 gegen eine weitere Verdrehung und damit gegen
ein weiteres Abwickeln des auf der Gurtrolle 2 aufgewickelten
Sicherheitsgurtes 22 sperrt. Damit bei der abrupten Sperrung
der Abrollbewegung des Sicherheitsgurtes 22 die biomechanischen
Erträglichkeitsgrenzen
des angegurteten Fahrzeuginsassens nicht überschritten werden, gleichzeitig
aber das Verletzungsrisiko des Fahrzeuginsassen so klein als möglich gehalten
werden kann, erlaubt der erfindungsgemäße Gurtroller 1 nach
der Sperrung der Abwickelbewegung durch die sperrenden Einrichtung 3 ein
weiteres, jedoch stark reduziertes Nachgeben des Sicherheitsgurtes 22.
Dies wird erreicht, indem die am Sicherheitsgurt 22 auftretende
Zugkraft in ein Torsionsmoment, welches auf die Gurtrolle 2 wirkt,
umgewandelt wird. Da die Gurtrolle 2 drehfest mit einem
in ihrer Achsrichtung 4 verlaufenden, ein torsionsnachgiebiges
Element bildenden Drehstab 5 verbunden ist, wird das erzeugte
Torsionsmoment auf den Drehstab 5 übertragen. Der Torsionswiderstand
des Drehstabs 5 ist dabei abhängig von nicht nachträglich beeinflussbaren
Materialkenngrößen, wie
beispielsweise dem E-Modul, und Querschnittsabmessungen und nachträglich beeinflussbare
Größen, wie
beispielsweise der Einspannlänge
des Drehstabs 5.
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Abhängig von
durch Sensoren ermittelten Istzuständen, wie beispielsweise einer
Fahrzeugsitzposition oder des Gewichts des Fahrzeuginsassen, wird
nun durch eine selbsttätige
Veränderung
des wirksamen Drehstabschnittes, d.h. durch eine selbsttätige Veränderung
der wirksamen Einspannlänge eine
optimale Anpassung der Gurtkraft an fahrdynamische und/oder biometrische
Parameter erreicht. Die Anpassung der Einspannlänge und damit die Anpassung
des Torsionswiderstandsmomentes des Drehstabs 5 erfolgt
durch eine Axialverschiebung des Kopplungselements 6 auf
dem Drehstab 5, durch welches dieses von einer Passivstellung,
in welcher es nur mit dem Gurtroller 2 oder nur mit dem
Drehstab 5 drehfest verbunden ist, in eine Aktivstellung,
in welcher es mit dem Drehstab 5 einerseits und der Gurtrolle 2 anderseits
drehfest verbunden ist oder umgekehrt verstellt wird. Zum Verstellen
des zumindest einen Kopplungselements 6 ist ein reversibler oder
ein irreversibler Stellantrieb 14 vorgesehen, welche durch
eine Steuereinheit gesteuert wird.
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Zusammenfassend
lassen sich die wesentlichen Merkmale der Erfindung wie folgt charakterisieren:
Die
Erfindung sieht vor, zur steuerbaren Gurtkraftbegrenzung bei einem
Fahrzeugcrash eine Nachgiebigkeit des Sicherheitsgurtes 22 nach
dem Sperren durch die sperrende Einrichtung 3 über einen
in der Achsrichtung 4 der Gurtrolle 2 verlaufenden
und ein torsionsnachgiebiges Element bildenden Drehstab 5 zu
steuern. Dies wird erreicht, indem der Gurtroller 1 durch
selbsttätige
Veränderung
des wirksamen Drehstababschnittes und somit des wirksamen Torsionswiderstandsmomentes
des Drehstabs 5 den maximal möglichen Torsionswiderstand
zumindest in Abhängigkeit
des Gewichts des jeweiligen Benutzers des Sicherheitsgurtes 22 einstellt.
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Hierzu
ist zwischen der sperrenden Einrichtung 3 einerseits und
der Verbindung des Drehstabs 5 mit der Gurtrolle 2 andererseits
zumindest ein Kopplungselement 6 vorgesehen, welches im
Crashfall auf dem Drehstab 5 durch Axialbewegung zwischen
einer Aktivstellung einer Passivstellung verstellbar ist. In der
Aktivstellung ist das Kopplungselement 6 einerseits mit
dem Drehstab 5 und andererseits mit der Gurtrolle 2 drehfest
verbunden, so dass sich eine, im Vergleich zur Passivstellung, in
welcher das Kopplungselement 6 nur mit der Gurtrolle 2 oder nur
mit dem Drehstab 5 drehfest verbunden ist, vermindert Einspannlänge und
damit ein erhöhtes
Torsionswiderstandsmoment des Drehstabs 5 ergibt.
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Dies
ermöglicht,
dass im Crashfall eine Gurtkraft auf Werte begrenzt wird, welche
einerseits an biometrische Parameter des Fahrzeuginsassen und/oder
an fahrdynamische Daten angepasst sind, und sich andererseits an
biomechanischen Erträglichkeitsgrenzen
des Fahrzeuginsassens orientieren.