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Die Erfindung betrifft einen Gurtaufroller für einen Fahrzeug-Sicherheitsgurt.
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Aus dem Stand der Technik sind Gurtaufroller mit Kraftbegrenzern bekannt, die eine Drehung der Gurtspule trotz Blockierung derselben ermöglichen, wenn eine bestimmte Gurtbandauszugskraft im Sicherheitsgurt überschritten wird. Dadurch werden die vom Sicherheitsgurt auf einen Fahrzeuginsassen ausgeübten Kräfte begrenzt.
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Die
DE 103 43 534 A1 zeigt einen Gurtaufroller, bei dem zusätzlich zu einer ersten Kraftbegrenzungsvorrichtung, die einen Torsionsstab enthält, gleichzeitig eine zweite Kraftbegrenzungsvorrichtung wirksam sein kann, die eine spanende Materialbearbeitung verwendet. Insbesondere über die Parameter Schnittbreite und -tiefe wird abschnittsweise ein progressiver, degressiver oder konstanter Kraftniveauverlauf erlaubt. Allerdings ist das Kraftniveau und dessen Verlauf für alle Insassen und für jeden Unfallverlauf gleich.
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Aus der gattungsgemäßen
US 5 785 269 A ist ein Gurtaufroller für einen Fahrzeug-Sicherheitsgurt mit Sperrrädern an beiden Seiten der Gurtspule bekannt, die durch einen Blockiermechanismus einzeln oder gemeinsam blockiert werden können. Dieser Gurtaufroller weist darüber hinaus im Inneren der Gurtspule angeordnete Kraftbegrenzer auf, die ein Gewinde und eine verformbare Hülse aufweisen.
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Ein Gurtaufroller mit einer mehrstufigen Kraftbegrenzung ist darüber hinaus aus der
DE 698 25 689 T2 bekannt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine flexiblere Einstellung des Kraftniveaus zu ermöglichen.
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Zu diesem Zweck sieht die Erfindung bei einem gattungsgemäßen Gurtaufroller vor, dass ein erster Kraftbegrenzer ein Schneidkörper ist, der in der ersten Scheibe gelagert ist, dass ein zweiter Kraftgebrenzer ein Schneidkörper ist, der in der zweiten Scheibe gelagert ist und dass ein dritter Kraftbegrenzer ein Torsionsstab ist.
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Die Erfindung beruht auf dem Grundgedanken, die Gurtbandauszugskraft, also die Kraft, die zum Gurtbandauszug bei blockierter Gurtspule notwendig ist, an das Gewicht eines zurückzuhaltenden Fahrzeuginsassen oder die Schwere eines Unfalles anzupassen. Ein Ansatz zur Beeinflussung der Gurtbandauszugskraft besteht darin, wenigstens einen Kraftbegrenzer selektiv zu- oder abzuschalten. Je nach Zuschaltung des wenigstens einen Kraftbegrenzers ändert sich nämlich die Kennlinie des Gurtaufrollers. Auch können durch das Blockieren einer oder beider Scheiben unterschiedliche Kraftbegrenzungsverläufe erzielt werden.
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Dabei ist ein erster Kraftbegrenzer ein Schneidkörper, der in der ersten Scheibe gelagert ist, und ein zweiter Kraftbegrenzer ein Schneidkörper, der in der zweiten Scheibe gelagert ist. In bekannter Weise hat der Gurtaufroller, für den der Kraftbegrenzer bestimmt ist, eine in einem Rahmen drehbar gelagerte Gurtspule mit wenigstens einem Flansch und eine am Rahmen drehfest blockierbare Scheibe. Die Scheibe und der Flansch der Gurtspule sind durch einen Schneidkörper gekoppelt. Bei einer Relativdrehung zwischen der Scheibe und dem Flansch wird durch den Schneidkörper Material zerspant. Der dabei zu überwindende Widerstand hängt von der Schnittbreite und von der Schnitttiefe ab. Durch gezielte Variation der Parameter Schnittbreite und Schnitttiefe kann der Verlauf des Kraftniveaus über den Drehwinkel der Gurtspule nahezu beliebig eingestellt werden. Insbesondere ist es leicht möglich, mittels einer über den Relativdrehwinkel abnehmenden Schnittbreite und/oder Schnittbreite einen degressiven Verlauf des Kraftbegrenzers zu erzielen. Darüber hinaus ist ein Torsionsstab als dritter Kraftbegrenzer vorgesehen.
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Vorzugsweise ist ein Anschlag vorgesehen, der den Schneidkörper in die Kraftbegrenzungsposition bewegen kann, in der der Schneidkörper so in Richtung der Gurtspule vorsteht, dass er bei einer Relativdrehung zwischen der Gurtspule und der Scheibe Material der Gurtspule zerspant. Der Schneidkörper wird erst durch eine fortgesetzte Relativdrehung zwischen der Scheibe und der Gurtspule durch ein Anstoßen des Schneidkörpers durch den Anschlag in die Kraftbegrenzungsposition bewegt.
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Vorzugsweise ist eine Führung vorgesehen, die wenigstens abschnittsweise mit einer Verzahnung versehen ist. In der Führung ist wenigstens ein Kraftbegrenzer axial verschieblich aufgenommen. Der wenigstens eine Kraftbegrenzer hat eine Verzahnung, die mit der Verzahnung der Führung in Eingriff gelangen kann. Der Kraftbegrenzer kann so drehfest mit der Gurtspule gekoppelt werden. Der wenigstens eine axial verschiebliche Kraftbegrenzer ist dabei der Torsionsstab und/oder ein Torsionsrohr.
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Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsformen beschrieben, die in den Zeichnungen dargestellt sind. In den Zeichnungen zeigen:
- - 1 eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Gurtaufrollers gemäß einer ersten Ausführungsform,
- - 2 mögliche Kennlinien des Gurtaufrollers von 1,
- - 3 eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Gurtaufrollers gemäß einer zweiten Ausführungsform,
- - 3a eine vergrößerte Ansicht eines Torsionsstabes und eines Torsionsrohres von 3,
- - 4 eine mögliche Kennlinie des Gurtaufrollers von 3,
- - 5 eine mögliche Kennlinie des Gurtaufrollers von 3.
- - 6 eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Gurtaufrollers gemäß einer dritten Ausführungsform, und
- - 7 eine mögliche Kennlinie des Gurtaufrollers von 6.
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Der in 1 gezeigte Gurtaufroller weist einen Rahmen 10 und eine im Rahmen 10 drehbar gelagerte Gurtspule 12 auf, von der nicht gezeigtes Gurtband abgezogen werden kann. Die Gurtspule 12 hat an ihrem (bezüglich 1) linken Ende 14 einen Flansch 16 und an ihrem (bezüglich 1) rechten Ende 18 einen Flansch 20.
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Am linken Flansch 16 ist eine erste Scheibe 22 angesetzt, die sich durch eine erste Sperrklinke 24, die Teil eines Blockiermechanismus 26 ist, drehfest am Rahmen 10 abstützen läßt.
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Am rechten Flansch 20 ist eine zweite Scheibe 28 angesetzt, die sich durch eine zweite Sperrklinke 30 des Blockiermechanismus 26 drehfest am Rahmen 10 abstützen läßt.
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Die Scheiben 22, 28 können durch nicht gezeigte Scherstifte bis zu einem gewissen Drehmoment drehfest mit dem Flansch 16 bzw. 20 der Gurtspule 12 verbunden sein. Sowohl der Flansch 16 und die Scheibe 22 als auch der Flansch 20 und die Scheibe 28 sind durch jeweils einen Ring 32 so miteinander verbunden, dass keine axiale Verschiebung zwischen der Gurtspule 12 und den Scheiben 22 bzw. 28 auftritt.
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Die Scheibe 22 hat auf ihrer dem Flansch 16 zugewandten Seite eine Ausnehmung 34, in die ein Schneidkörper 36, der ein erster Kraftbegrenzer ist, eingesetzt ist. Der Schneidkörper 36 kann bei einer Drehung der Gurtspule 12 relativ zur Scheibe 22 Material eines ringförmigen Wulstes 38 zerspanen, der Teil der Gurtspule 12 ist.
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Die Scheibe
28 hat ebenfalls auf ihrer dem Flansch
20 zugewandten Seite eine Ausnehmung
40, in die ein Schneidkörper
42, der ein zweiter Kraftbegrenzer ist, eingesetzt ist. Der Schneidkörper
42 kann durch einen kann durch einen (nicht gezeigten) Anschlag, der in der
DE 103 43 534 A1 ausführlich beschrieben ist, nach etwa einer Drehung der Gurtspule
12 relativ zur Scheibe
28 von 360° in seine Kraftbegrenzungsposition bewegt werden, in der er bei einer Drehung der Gurtspule
12 relativ zur Scheibe
28 Material eines ringförmigen Wulstes
44 zerspant, der Teil der Gurtspule
12 ist.
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Im hohlen Innenraum der Gurtspule ist ein dritter Kraftbegrenzer in Form eines Torsionsstabes 46 aufgenommen, der axial entgegen der Kraft eines federelastischen Elementes 49 verschieblich ist. An seinem (bezüglich 1) linken axialen Ende ist der Torsionsstab 46 drehfest mit der ersten Scheibe 22 gekoppelt. An seinem (bezüglich 1) rechten Ende hat der Torsionsstab 46 eine Verzahnung 50. Die Verzahnung 50 kann mit einer Verzahnung 52 in Eingriff gelangen, die an einem Abschnitt 53 einer Führung 48 vorgesehen ist. Die Führung 48 ist Teil der Gurtspule 12, und der Abschnitt 53 hat einen kleineren Durchmesser als ein Abschnitt 55 der Führung 48. Wenn die Verzahnung 50 des Torsionsstabes 46 an der Verzahnung 52 der Führung 48 angreift, ist der Torsionsstab 46 an seinem rechten axialen Ende drehfest mit der Gurtspule 12 gekoppelt.
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Im hohlen Innenraum der Gurtspule 12 ist ein Torsionsrohr 54, das den Torsionsstab 46 umgibt, axial verschieblich aufgenommen. Das (bezüglich 1) linke axiale Ende des Torsionsrohres 54 ist drehfest mit der ersten Scheibe 22 gekoppelt. An seinem (bezüglich 1) rechten axialen Ende ist das Torsionsrohr 54 verschieblich in der Führung 48 aufgenommen. Das rechte axiale Ende des Torsionsrohres 54 hat eine Verzahnung 56, die in Eingriff mit einer Verzahnung 58 am Abschnitt 55 der Führung 48 gelangen kann. Wenn die Verzahnung 56 des Torsionsrohres 54 an der Verzahnung 58 der Führung 48 angreift, ist das Torsionsrohr 54 an seinem rechten axialen Ende drehfest mit der Gurtspule 12 gekoppelt.
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Im Folgenden wird auf die Funktionsweise des Gurtaufrollers eingegangen.
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Im fahrzeugsensitiv oder gurtbandsensitiv ausgelösten Sperrfall kann der Blockiermechanismus 26 mit den Sperrklinken 24, 30 entweder die erste Scheibe 22 oder die zweite Scheibe 28 oder beide Scheiben 22, 28 gleichzeitig sperren. Auch können die Kraftbegrenzer zu unterschiedlichen Zeitpunkten zugeschaltet werden, was die Kennlinie beeinflußt und worauf im Folgenden eingegangen wird.
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Werden im fahrzeugsensitiv oder gurtbandsensitiv ausgelösten Sperrfall beide Scheiben
22,
28 durch den Blockiermechanismus
26 am Rahmen
10 drehfest blockiert und ist der Torsionsstab
46 so axial verstellt, dass die Verzahnung
50 des Torsionsstabes
46 an der Verzahnung
52 der Führung
48 angreift, wird der Torsionsstab
46 verdrillt, wenn eine Kraft auf die Gurtspule
12 wirkt, die größer als das Torsionswiderstandsmoment des Torsionsstabes
46 ist. Die Verdrillung des Torsionsstabes
46 führt zu einer Drehung der Gurtspule
12 relativ zu den beiden Scheiben
22,
28. Bei einer Drehung der Gurtspule
12 relativ zur linken Scheibe
22 zerspant der Schneidkörper
36 Material des Wulstes
38. Der rechte Schneidkörper
42 kann durch den nicht gezeigten Anschlag, der in der
DE 103 43 534 A1 ausführlich beschrieben ist, nach etwa einer Drehung der Gurtspule
12 relativ zur Scheibe
28 von 360° in seine Kraftbegrenzungsposition bewegt werden, in der er Material der Gurtspule
12 zerspant. Der Anschlag ist dabei an der der Scheibe
28 zugewandten Stirnfläche der Gurtspule
12 angeordnet. Der Anschlag greift nach einer Drehung der Gurtspule
12 relativ zur Scheibe
28 von etwa 360° am Schneidkörper
42 an und stößt ihn über eine schiefe Ebene der Scheibe
28 in seine Kraftbegrenzungsposition. Bei einer weiteren Drehung der Gurtspule
12 relativ zur Scheibe
28 wird das Material des Wulstes
44 zerspant. Der Anschlag bewirkt also ein Zuschalten des Schneidkörpers
42 nach einer bestimmten Zeit.
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In dem in 2 gezeigten Diagramm ist die Kraft F über die Gurtbandabzugslänge s aufgetragen. Dabei weist die mit 1 bezeichnete Linie das Basisniveau auf, das erreicht wird, wenn der Torsionsstab 46 drehfest mit der Gurtspule 12 gekoppelt ist (BN 1). Der Kraftverlauf, der beim Spanen des Schneidkörpers 36 erreicht wird, ist mit S1 bezeichnet, während der Kraftverlauf, der beim Spanen des Schneidkörpers 42 erreicht wird, mit S2 bezeichnet ist. Der Schneidkörper 42 gelangt erst nach einer bestimmten Zeit durch den Anschlag in die Kraftbegrenzungsposition, in der er Material der Gurtspule 12 zerspant.
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Auch kann anstelle des Torsionsstabes 46 das Torsionsrohr 54 drehfest mit der Gurtspule 12 gekoppelt werden, indem das Torsionsrohr 54 so verstellt wird, dass es an der Verzahnung 58 der Führung 48 angreift.
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Nach Blockierung der beiden Scheiben 22, 28 und sobald eine Kraft auf die Gurtspule 12 wirkt, die größer als das Torsionswiderstandsmoment des Torsionsrohres 54 ist, wird das Torsionsrohr 54 verdrillt, was zu einer Drehung der Gurtspule 12 relativ zu den Scheiben 22, 28 und einem Gurtbandauszug führt. Wie bereits beschrieben, zerspant der Schneidkörper 36 bei einer Drehung der Gurtspule 12 relativ zur Scheibe 22 den Wulst 38. Nach einer bestimmten Drehung der Gurtspule 12 relativ zur Scheibe 28 wird der Schneidkörper 42 durch den Anschlag in die Kraftbegrenzungsposition bewegt, und der Wulst 44 bei einer weiteren Drehung der Gurtspule 12 relativ zur Scheibe 28 durch den Schneidkörper 42 zerspant.
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Es ergibt sich dann eine Kennlinie, wie sie in 2 mit 2 bezeichnet ist. Das Basisniveau (BN 2) ist höher als das Basisniveau der Kennlinie 1 (BN 1), da das Torsionswiderstandsmoment des Torsionsrohres 54 größer als das des Torsionsstabes 46 ist.
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Auch könnten sowohl der Torsionsstab 46 als auch das Torsionsrohr 54 axial so verschoben werden, dass beide, der Torsionsstab 46 und das Torsionsrohr 54, drehfest mit der Gurtspule 12 gekoppelt sind.
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Nach Blockierung der beiden Scheiben 22, 28 und sobald die Kraft, die auf die Gurtspule 12 wirkt, größer als das Torsionswiderstandsmoment des Torsionsstabes 46 und des Torsionsrohres 54 ist, werden der Torsionsstab 46 und das Torsionsrohr 54 verdrillt, was zu einer Drehung der Gurtspule 12 relativ zu den Scheiben 22, 28 und einem Gurtbandauszug führt. Wie bereits beschrieben, zerspant der Schneidkörper 36 bei einer Drehung der Gurtspule 12 relativ zur Scheibe 22 den Wulst 38. Nach einer bestimmten Drehung der Gurtspule 12 relativ zur Scheibe 28 wird der Schneidkörper 42 durch den Anschlag in die Kraftbegrenzungsposition bewegt, und der Wulst 44 bei einer weiteren Drehung der Gurtspule 12 relativ zur Scheibe 28 durch den Schneidkörper 42 zerspant.
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Es ergibt sich dann eine Kennlinie, wie sie in 2 mit 3 bezeichnet ist. Das Basisniveau der Kennlinie (BN 3) entspricht dabei dem Torsionswiderstandsmoment des Torsionsstabes 46 und des Torsionsrohres 54.
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Alle drei Kennlinien haben gemeinsam, dass der Schneidkörper 42 (S2) nach einer bestimmten Gurtbandabzugslänge hinzugeschaltet wird. Ferner sind die Kennlinien progressiv.
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Wenn nur eine der beiden Scheiben 22, 28 gesperrt wird, tritt keine Drehung der Gurtspule 12 relativ zu der nicht gesperrten Scheibe 22, 28 auf, wodurch ein Einschneiden des jeweiligen Schneidkörpers 36, 42 verhindert wird. Dadurch ändert sich die Kennlinie des Gurtaufrollers.
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Der Torsionsstab 46 und das Torsionsrohr 54 können beispielsweise durch einen pyrotechnischen, elektrischen oder magnetischen Aktuator (nicht gezeigt) axial in der Führung 48 verschoben werden.
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Die 3 und 3a zeigen eine zweite Ausführungsform des Gurtaufrollers, wobei die 4 und 5 mögliche Kennlinien des Gurtaufrollers zeigen. Für die aus der ersten Ausführungsform bekannten Bauteile werden dieselben Bezugszeichen verwendet, und es wird insoweit auf die obigen Erläuterungen verwiesen.
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Die Ausführungsform unterscheidet sich von der in 1 gezeigten Ausführungsform darin, dass das Torsionsrohr 54 immer drehfest an seinem (bezüglich 3) rechten axialen Ende mit der Gurtspule 12 gekoppelt ist. Der Torsionsstab 46 ist axial innerhalb der Gurtspule 12 und des Torsionsrohres 54 verschieblich aufgenommen.
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Im fahrzeugsensitiv oder gurtbandsensitiv ausgelösten Sperrfall werden die beiden Scheiben 22, 28 blockiert. Die Verzahnung 50 des Torsionsstabes 46 greift nicht an der Verzahnung 52 der Führung 48 an. Sobald dann eine Kraft auf die Gurtspule 12 wirkt, die größer als das Torsionswiderstandsmoment des Torsionsrohres 54 ist, wird das Torsionsrohr 54 allein verdrillt, was zu einer Drehung der Gurtspule 12 relativ zu den Scheiben 22, 28 und einem Gurtbandauszug führt. Aufgrund der Drehung der Gurtspule 12 relativ zur Scheibe 22 erfolgt wie bereits beschrieben das Zerspanen des Wulstes 38 durch den Schneidkörper 36. Nach einer bestimmten Umdrehung wird der Schneidkörper 42 durch den Anschlag in die Kraftbegrenzungsposition bewegt. Bei einer Drehung der Gurtspule 12 relativ zur Scheibe 28 erfolgt dadurch das Zerspanen des Wulstes 44 durch den Schneidkörper 42. Es ergibt sich eine Kennlinie, wie sie in 4 gezeigt ist, mit einem Basisniveau (BN 1), das dem Widerstandsmoment des Torsionsrohres 54 entspricht.
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Sind jedoch nach Blockierung der beiden Scheiben 22, 28 im fahrzeugsensitiv oder gurtbandsensitiv ausgelösten Sperrfall das rechte Ende des Torsionsstabes 46 und das rechte Ende des Torsionsrohres 54 an die Gurtspule 12 gekoppelt, werden der Torsionsstab 46 und das Torsionsrohr 54 verdrillt, sobald eine Kraft auf die Gurtspule 12 wirkt, die größer als das Torsionswiderstandsmoment des Torsionsstabes 46 und des Torsionsrohres 54 ist. Es ergibt sich dann ein Basisniveau (BN 2), wie es in 5 gezeigt ist.
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Alternativ kann die Kennlinie des Gurtaufrollers geändert werden, indem nur eine der beiden Scheiben 22, 28 gesperrt wird. Dann tritt nämlich keine Drehung der Gurtspule 12 relativ zu der jeweiligen Scheibe 22, 28 auf, und ein Einschneiden des jeweiligen Schneidkörpers 36, 42 wird verhindert.
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In 6 ist der Gurtaufroller in einer dritten Ausführungsform gezeigt, wobei 7 eine mögliche Kennlinie dieses Gurtaufrollers zeigt. Für die aus der ersten Ausführungsform bekannten Bauteile werden dieselben Bezugszeichen verwendet, und es wird insoweit auf die obigen Erläuterungen verwiesen.
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Die in 6 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von der in 1 gezeigten Ausführungsform darin, dass kein Torsionsrohr 54 den Torsionsstab 46 umgibt. In 6 ist nur der Torsionsstab 46 axial verschieblich in der Gurtspule 12 aufgenommen. Der Torsionsstab 46 weist wiederum die Verzahnung 50 auf, die in Eingriff mit der Verzahnung 52 der Führung 48 gelangen kann.
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Die Funktionsweise der dritten Ausführungsform entspricht der der ersten, das heißt wiederum können entweder beide Scheiben 22, 28 gleichzeitig, die erste Scheibe 22 allein oder die zweite Scheibe 28 allein gesperrt werden. Der Torsionsstab 46 kann axial so verstellt werden, dass er drehfest mit der Gurtspule 12 gekoppelt ist, so dass der Torsionsstab 46 verdrillt wird, wenn eine Kraft auf die Gurtspule 12 wirkt, die größer als das Torsionswiderstandsmoment des Torsionsstabes 46 ist.
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Die Kraftbegrenzungskennlinie kann einen Abschnitt progressiv ansteigender Kraft aufweisen, wobei ein Grenzwert M bestimmt werden kann, ab dem die Gurtkräfte absinken, oder einen degressiven Abschnitt haben. Eine Kraftbegrenzungskennlinie mit degressivem Verlauf, bei der also das Kraftniveau mit zunehmender freigegebener Gurtbandlänge absinkt, ergibt einen optimierten Insassenschutz in Kombination mit einer aufblasbaren Rückhalteeinrichtung, da mit einsetzender Rückhaltewirkung der aufblasbaren Rückhalteeinrichtung niedrigere Gurtkräfte erwünscht sind, um die Gesamtbelastung durch Gurtband und aufblasbare Rückhalteeinrichtung zu optimieren.
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Durch das Zuschalten der Kraftbegrenzer und das Sperren der Scheiben 22, 28 kann also die Kennlinie eines Gurtaufrollers verändert werden und so an den Fahrzeuginsassen bzw. die Unfallschwere angepaßt werden.
