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Die Erfindung betrifft einen Gurtaufroller für eine Sicherheitsgurteinrichtung eines Kraftfahrzeuges mit einer zweiteiligen Gurtwelle, welche in einem fahrzeugfest befestigbaren Rahmen drehbar gelagert ist, wobei die Gurtwelle ein erstes Teil aufweist, auf dem ein Sicherheitsgurt aufwickelbar ist, und ein zweites Teil aufweist, welches mittels einer Blockiervorrichtung gegenüber dem Rahmen fahrzeugfest verriegelbar ist, und einer ersten zwischen den beiden Teilen der Gurtwelle angeordneten Kraftbegrenzungseinrichtung, welche bei blockiertem zweiten Teil und einer Überschreitung einer vorbestimmten Gurtauszugskraft eine kraftbegrenzte Drehbewegung des ersten Teils zu dem zweiten Teil ermöglicht, und einer zweiten Kraftbegrenzungseinrichtung, welche mittels einer von der Drehbewegung des ersten Teils angetriebenen Schraubmutter zeitversetzt zu der ersten Kraftbegrenzungseinrichtung aktivierbar ist.
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Ein gattungsgemäßer Gurtaufroller ist beispielsweise aus der
DE 103 27 204 B4 bekannt. Die zweite Kraftbegrenzungseinrichtung ist hier durch ein Biegeelement, gebildet durch einen streifenförmigen Bandstahlabschnitt, verwirklicht, welches durch eine Schikane geführt ist. Das Bandelement und die Schikane sind unterschiedlichen Teilen der Gurtwelle zugeordnet, so dass das Bandelement während der Aktivierung der zweiten Kraftbegrenzungseinrichtung energievernichtend durch die Schikane gezogen wird, oder die Schikane energievernichtend um das Bandelement umläuft. Die Ausbildung der Kraftbegrenzungseinrichtung mit dem Bandelement und der Schikane ist bereits aus der
DE 201 10 423 U1 bekannt.
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Damit die zweite Kraftbegrenzungseinrichtung zeitversetzt zu der ersten Kraftbegrenzungseinrichtung aktiviert wird, wird in der
DE 103 27 204 B4 vorgeschlagen, das Bandelement mit einem Gewinde zu versehen, auf das eine mit dem ersten Teil der Gurtwelle drehende Schraubmutter aufgeschraubt ist. Die Schraubmutter ist dabei nur so weit auf das Gewinde aufgeschraubt, dass die Gurtwelle erst eine vorbestimmte Anzahl von Umdrehungen ausführen muss, bis die Schraubmutter durch die Anlage an einem Anschlag nicht mehr weiterdrehen kann, und das Bandelement anschließend durch die festgelegte Schraubmutter mitgenommen wird.
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Ein Nachteil dieser Lösung ist es, dass die kraftbegrenzte Gurtauszugslänge während der Wirkung der zweiten Kraftbegrenzungseinrichtung auf die Länge des Bandelementes begrenzt ist, wobei kraftbegrenzte Gurtauszugslängen von mehr als einer Umdrehung der Gurtwelle nur durch ein aufwendiges überlappendes Wickeln des Bandelementes und eine Führung des Bandelementes möglich sind. Ferner ist der Anstieg des Kraftbegrenzungsniveaus bei dieser Lösung sprungartig, da die Bewegung der während der Aktivierung der zweiten Kraftbegrenzungseinrichtung zueinander bewegten Teile zu der Bewegung der Schraubmutter unterschiedlich gerichtet ist, und die Bewegung erst durch das gegen den Anschlag Drehen der Schraubmutter schlagartig ausgelöst wird.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen kostengünstigen Gurtaufroller der gattungsgemäßen Art mit einem möglichst einfachen konstruktiven Aufbau zu schaffen.
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch einen Gurtaufroller mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Weitere bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Gemäß dem Grundgedanken der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die zweite Kraftbegrenzungseinrichtung durch wenigstens ein Deformationsteil gebildet ist, welches derart angeordnet und geformt ist, dass es ab einem vorbestimmten Drehwinkel des ersten Teils zu dem zweiten Teil der Gurtwelle zwischen der Schraubmutter und einem der Teile der Gurtwelle plastisch verformt wird.
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Damit wird die Bewegung der Schraubmutter nicht nur zur Aktivierung der zweiten Kraftbegrenzungseinrichtung genutzt, sondern darüber hinaus auch dazu genutzt, die energieverzehrende Bewegung des Deformationsteils selbst zu bewirken. Die die energieverzehrende Bewegung bewirkende Bewegung der Schraubmutter schließt sich damit ohne eine Unterbrechung und Richtungsänderung an die Zustellbewegung der Schraubmutter zur Aktivierung der Kraftbegrenzungseinrichtung an, so dass ein wesentlich weicherer Übergang zur Aktivierung der zweiten Kraftbegrenzungseinrichtung und ein weicherer Anstieg der Kraftbegrenzungscharakteristik und ein einfacher konstruktiver Aufbau durch den vereinfachten Bewegungsablauf realisiert werden kann. Ferner kann der konstruktive Aufbau wesentlich vereinfacht werden, indem der für die Zustellbewegung der Schraubmutter erforderliche Freiraum geringfügig vergrößert und zur Anordnung des Deformationsteils genutzt wird.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass das Deformationsteil axial zwischen der Schraubmutter und einem der Teile der Gurtwelle angeordnet ist. Das Deformationsteil wird bei der im Stand der Technik bekannten Lösung durch eine Umfangskraft durch die Schikane gezogen, wobei zusätzlich auch Radialkräfte erzeugt werden. Diese Umfangs- und Radialkräfte ergänzen sich mit den Kräften und den Momenten, welche durch die erste Kraftbegrenzungseinrichtung erzeugt werden, zu einem komplexen und ungleichförmigen dreiaxialen Spannungszustand sowohl in dem ersten und dem zweiten Teil der Gurtwelle als auch in den Kraftbegrenzungseinrichtungen selbst. Aufgrund dieser ungleichförmigen Belastung der Teile müssen diese, um ein vorzeitiges Versagen zu verhindern, mit größeren Material- und Wandstärken bemessen werden, als dies eigentlich von der Gesamtbelastung her erforderlich wäre. Durch die vorgeschlagene Lösung werden nunmehr während der Aktivierung der zweiten Kraftbegrenzungseinrichtung vorzugsweise Axialkräfte erzeugt, wodurch die Umfangs- und Radialkräfte verringert werden können, so dass sich ein günstigerer Spannungszustand realisieren lässt. Insbesondere können dadurch das Taumeln der Gurtwelle zu dem blockierten zweiten Teil und die dadurch bedingte Biegewechselspannung in dem Torsionsstab verringert werden.
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Das Deformationsteil kann in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung einstückig an die Schraubmutter oder an eines der Teile der Gurtwelle angeformt sein. Dadurch können die Teileanzahl und der konstruktive Aufbau erheblich vereinfacht werden, da das Deformationsteil nicht in einer gesonderten Aufnahme gehalten oder gesondert befestigt werden muss. Ferner wird das Deformationsteil für die plastische Verformung praktisch durch das Teil der Gurtwelle selbst oder durch die Schraubmutter, also durch eines der die Relativbewegung ausführenden Teile fixiert, so dass die plastische Verformung erheblich kontrollierter einsetzt und abläuft. Außerdem werden die Montage- und Herstellkosten aufgrund der verringerten Teileanzahl verringert.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass das Deformationsteil ringförmig ausgebildet und konzentrisch zu der Drehachse des ersten Teils der Gurtwelle angeordnet ist. Dadurch ergibt sich ein gleichförmiger im Idealfall punktsymmetrischer Kräfteverlauf, welcher durch die zweite Kraftbegrenzungseinrichtung in die Teile der Gurtwelle eingeleitet wird.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass das Deformationsteil mehrere gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnete Verformungsabschnitte aufweist. Durch die vorgeschlagene Lösung kann die Gleichförmigkeit der wirkenden Kräfte weiter verbessert werden, zum Beispiel indem immer zwei Verformungsabschnitte radial gegenüberliegend angeordnet sind.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Verformungsabschnitte an der Schraubmutter vorgesehen sind und radial von der Schraubmutter vorstehen, und an dem ersten oder zweiten Teil der Gurtwelle axial gerichtete Nuten vorgesehen sind, in die die Verformungsabschnitte eingreifen. Die Verformungsabschnitte bzw. das Deformationsteil wird durch die vorgeschlagene Ausbildung während der Zustellbewegung der Schraubmutter und während der energieverzehrenden Verformung durch den Eingriff in die Nuten geführt. Gleichzeitig können durch die in die Nuten eingreifenden Verformungsabschnitte Umfangskräfte übertragen werden, so dass das Deformationsteil entweder zu einer Drehbewegung angetrieben oder gegenüber einer Drehbewegung festgehalten werden kann.
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In diesem Fall wird weiter vorgeschlagen, dass die Nuten in dem ersten Teil der Gurtwelle vorgesehen sind, und auf dem zweiten Teil der Gurtwelle ein Gewindeansatz vorgesehen ist, auf den die Schraubmutter aufgeschraubt ist. Die Schraubmutter wird dadurch von dem drehenden ersten Teil der Gurtwelle mitgenommen und dabei gleichzeitig auf den Gewindeansatz des zweiten Teils aufgeschraubt.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass die Verformungsabschnitte durch gekrümmte vorstehende Finger gebildet sind. Die gekrümmten vorstehenden Finger können besonders einfach und kontrolliert verformt werden, wobei die Finger im Bereich der Krümmung zusammengedrückt werden. Die Krümmung der Finger bildet einen durch die Formgebung bewusst schwächer ausgebildeten Abschnitt, welcher einen sanften Anstieg des Kraftbegrenzungsniveaus ermöglicht.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Dabei zeigt:
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1: eine Gurtwelle vor dem Zusammenbau in Explosionsdarstellung, und
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2: einen Profilkopf mit einem eingesetzten Torsionsstab, und
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3: eine Gurtwelle mit einem eingesetzten Torsionsstab, einem Profilkopf und einer Schraubmutter vor dem Zusammensetzen, und
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4: eine Gurtwelle zu Beginn der Aktivierung der ersten Kraftbegrenzungseinrichtung, und
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5: eine Gurtwelle während der Aktivierung der ersten Kraftbegrenzungseinrichtung, und
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6: eine Gurtwelle zu Beginn der Aktivierung der zweiten Kraftbegrenzungseinrichtung, und
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7: eine Gurtwelle während der Aktivierung der ersten und der zweiten Kraftbegrenzungseinrichtung.
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In der 1 ist eine zweiteilige Gurtwelle vor dem Zusammenbau mit einem ersten Teil 1, auf dem ein nicht dargestellter Sicherheitsgurt eines Kraftfahrzeuges aufwickelbar ist, und einem zweiten Teil 2, dem Profilkopf, das gegenüber einem nicht dargestellten Rahmen des Gurtaufrollers fahrzeugfest verriegelbar ist. Zwischen dem ersten Teil 1 und dem zweiten Teil 2 ist eine erste Kraftbegrenzungseinrichtung 3 in Form eines Torsionsstabes mit zwei Profilenden 4 und 5 angeordnet. Soweit entspricht die Gurtwelle dem Stand der Technik.
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Zwischen dem ersten Teil 1 und dem zweiten Teil 2 ist erfindungsgemäß eine Schraubmutter 6 mit einer einstückig angeformten zweiten Kraftbegrenzungseinrichtung 8 vorgesehen, welche durch radial nach außen und axial in Richtung des zweiten Teils 2 der Gurtwelle vorstehende gekrümmte Finger gebildet ist. Die gekrümmten Finger bilden hier in der Gesamtheit das erfindungsgemäße Deformationsteil, wobei die einzelnen Finger als Verformungsabschnitte im Sinne der Erfindung anzusehen sind.
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Die Schraubmutter 6 weist ferner ein Innengewinde 7 auf, mit dem sie auf einen Gewindeansatz 9 des Profilkopfes in die in der 2 gezeigte Stellung aufschraubbar ist. Der Gewindeansatz 9 ist radial innen mit einer profilierten Aufnahme 10 versehen, in die der Torsionsstab mit dem zweiten Profilende 5 drehfest festlegbar ist. Die profilierte Aufnahme 10 und das zweite Profilende 5 sind dazu formidentisch z. B. als Polygonprofile ausgebildet.
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In der 3 ist die Gurtwelle mit dem eingesetzten Torsionsstab zu erkennen. Der Torsionsstab ist hier mit seinem nicht zu erkennenden ersten Profilende 4 in einer ebenfalls formidentischen Aufnahme des ersten Teils 1 der Gurtwelle drehfest festgelegt. An der Gurtwelle ist außerdem ein Ringfortsatz 14 vorgesehen, welcher radial innen mit einer Mehrzahl von gleichmäßig angeordneten axial gerichteten Nuten 11 versehen ist. Die Nuten 11 sind jeweils so bemessen, dass ein Finger der Kraftbegrenzungseinrichtung 8 darin aufnehmbar ist und die Schraubmutter 6 insgesamt drehfest gegenüber der Gurtwelle festgelegt ist.
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In der linken Darstellung der 4 ist die Gurtwelle nach dem Zusammenbau in Schnittdarstellung zu erkennen. Die erste Kraftbegrenzungseinrichtung 3 ist mit den Profilenden 4 und 5 drehfest mit dem ersten Teil 1 und dem zweiten Teil 2 der Gurtwelle verbunden. Die zweite Kraftbegrenzungseinrichtung 8 an der Schraubmutter 6 befindet sich in einem Abstand 12 von der Stirnseite 13 des zweiten Teils 2 der Gurtwelle, welcher dadurch vorhanden ist, dass die Schraubmutter 6 nur wenige Gewindegänge bzw. Umdrehungen auf den Gewindeansatz 9 aufgeschraubt ist. Die Kraftbegrenzungseinrichtung 8 ist hier durch die Gesamtheit der in Umfangsrichtung beabstandeten Finger verwirklicht, welche radial nach außen und axial in Richtung der Stirnseite 13 des zweiten Teils 2 der Gurtwelle vorstehen. Die Finger bilden damit einen Ring mit einer Vielzahl von Schlitzen, welcher radial nach außen und axial in Richtung des zweiten Teils 2 der Gurtwelle vorsteht.
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In den rechten Darstellungen der 4 bis 7 ist jeweils der Verlauf der Kraftbegrenzungscharakteristik zu erkennen, wobei das Kraftbegrenzungsniveau, welches in der Stellung der jeweils linken Schnittdarstellung der zueinander bewegten Teile wirkt, durch einen Punkt markiert ist.
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Damit die Kraftbegrenzungseinrichtungen 3 und 8 überhaupt erst wirken können, wird zunächst das zweite Teil 2 durch eine fahrzeugsensitiv oder gurtbandsensitiv angesteuerte Blockiereinrichtung gegenüber dem Rahmen und dem Fahrzeug blockiert. Für den Fall, dass die Gurtauszugskraft F anschließend weiter ansteigt, dreht das erste Teil 1 mit dem ersten Profilende 4 gegenüber dem zweiten Profilende 5, bis die plastische Verformungsgrenze I des Torsionsstabes erreicht ist. Nach dem Überschreiten der Verformungsgrenze I beginnt das erste Teil 1 der Gurtwelle eine kraftbegrenzte Drehbewegung auszuführen, während der die Schraubmutter 6 auf dem Gewindeansatz 9 dreht und eine axiale Bewegung in Richtung der Stirnseite 13 des zweiten Teils 2 der Gurtwelle ausführt. Der Spalt 12 wird dabei kleiner, wie in der 5 zu erkennen ist. Diese Drehbewegung wird so weit fortgesetzt, bis die Schraubmutter 6 mit der Kraftbegrenzungseinrichtung 8 zur Anlage an der Stirnseite 13 gelangt. Diese Stellung entspricht dem Beginn der von der Veformungsgrenze I ansteigenden Rampe, welcher in der in der 6 gezeigten Stellung gerade durchschritten wurde. Da die Finger der Kraftbegrenzungseinrichtung 8 jeweils identisch geformt und ausgerichtet sind, bilden die Finger einen durch Schlitze unterbrochenen Ring. Aufgrund der formidentischen Ausbildung der Finger und der identischen Ausrichtung gelangen die Finger gleichzeitig zur Anlage an der Stirnseite 13. Während der weiteren Drehbewegung des ersten Teils 1 gegenüber dem zweiten Teil 2 wird die zweite Kraftbegrenzungseinrichtung 8 zunächst einmal elastisch verformt, bis die zweite Verformungsgrenze II erreicht ist und auch die zweite Kraftbegrenzungseinrichtung 8 also die Finger plastisch verformt werden, wie in der 7 zu erkennen ist. Die Finger der zweiten Kraftbegrenzungseinrichtung 8 werden während dieser Aktivierung plastisch verformt und dabei in Richtung des ersten Teils 1 axial verbogen. Da die Finger identisch geformt und ausgerichtet sind, werden die Kräfte dabei gleichmäßig in das zweite Teil 2 und das erste Teil 1 der Gurtwelle eingeleitet, und zwar im Wesentlichen in Axialrichtung. Dazu ist es wichtig, dass die Finger zumindest zum Teil axial zwischen den beiden Teilen 1 und 2 der Gurtwelle angeordnet sind, damit die von der Schraubmutter 6 ausgeführte Axialbewegung in eine plastische Verformung der Finger umgesetzt werden kann.
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Der Vorteil der Erfindung ist hier insbesondere darin zu sehen, dass mehrere kraftbegrenzte Umdrehungen des ersten Teils 1 zu dem zweiten Teil 2 aufgrund des dabei zurückgelegten sehr kleinen axialen Verschiebeweges der Schraubmutter 6 mit einem sehr einfachen konstruktiven Aufbau möglich sind. Damit kann eine verhältnismäßig große kraftbegrenzte Gurtauszugslänge durch die zweite Kraftbegrenzungseinrichtung 8 bei einem gleichzeitig nur sehr kleinen erforderlichen Bauraum realisiert werden. Ferner schließt sich die Bewegung der Schraubmutter 6 während der plastischen Verformung der Kraftbegrenzungseinrichtung 8 unmittelbar, und zwar ohne eine Änderung der Richtung, an die Bewegung der Schraubmutter 6, welche zur Aktivierung der zweiten Kraftbegrenzungseinrichtung 8 erforderlich ist, an.
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Aufgrund der Abstände der Finger in Umfangsrichtung sind die Finger einzeln verformbar, oder anders ausgedrückt, der geschlitzte Ring aus der Gesamtheit der einzelnen Finger ist in sich elastisch.
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Der Anteil der Kraftbegrenzung, welcher der ersten Kraftbegrenzungseinrichtung 3 zuzuordnen ist, ist mit A, und der Anteil der Kraftbegrenzung, welcher der zweiten Kraftbegrenzungseinrichtung 8 zuzuordnen ist, ist mit B gekennzeichnet.
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Durch eine entsprechende Bemessung des Verformungsgrades und des zur Verfügung stehenden Freiraumes für die zweite Kraftbegrenzungseinrichtung 8 können mit der erfindungsgemäßen Lösung beliebige kraftbegrenzte Gurtauszugslängen verwirklicht werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10327204 B4 [0002, 0003]
- DE 20110423 U1 [0002]
