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Die Erfindung betrifft eine Kraftbegrenzungseinrichtung eines Gurtaufrollers zur Begrenzung einer Gurtbandauszugskraft.
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Fahrzeuginsassen-Rückhaltesysteme umfassen in der Regel einen Gurtaufroller mit einer um eine Spulenachse drehbaren Gurtspule, einem Aufrollerrahmen, in welchem die Gurtspule drehbar gelagert ist, sowie einer um die Spulenachse drehbaren Zahnscheibe, die mit der Gurtspule in Umfangsrichtung gekoppelt ist. In einem Rückhaltefall wird nach einer optionalen Gurtbandstraffung die Zahnscheibe durch einen Sperrmechanismus im Wesentlichen drehfest am Aufrollerrahmen arretiert. Ab einer bestimmten Gurtbandauszugskraft, die durch auf den Insassen wirkende Kräfte entsteht, hat es sich jedoch als vorteilhaft erwiesen, auch bei arretierter Zahnscheibe einen gewissen Gurtbandauszug zu erlauben, um eine übermäßige Belastung des Insassen zu verhindern. Der Widerstand für diesen Gurtbandauszug wird durch Kraftbegrenzer im Sicherheitsgurtsystem festgelegt. Bekannte Kraftbegrenzer sind beispielsweise Torsionsstäbe, die in der Gurtspulenachse angeordnet sind, oder auch Schneideinrichtungen, die einen Zerspanungsabschnitt zerspanen, um auf diese Weise die kinetische Energie des Fahrzeuginsassen abzubauen.
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Hierbei sollte die Gurtbandauszugskraft so bemessen sein, dass sowohl bei einem schweren Fahrzeuginsassen als auch bei einem leichten Fahrzeuginsassen, gegebenenfalls auch bei einem Kindersitz, eine kontrollierte Vorverlagerung erfolgt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kraftbegrenzungseinrichtung bereitzustellen, die diese Vorgaben erfüllt.
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Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Kraftbegrenzungseinrichtung eines Gurtaufrollers zur Begrenzung einer Gurtbandauszugskraft ist insbesondere in einem Fahrzeuginsassenrückhaltesystem vorgesehen und weist ein Schneidbauteil sowie ein Zerspanbauteil auf, die beide um eine Gurtspulenachse relativ zueinander drehbar angeordnet und deren Stirnseiten einander zugewandt sind. Im Schneidbauteil ist ein um eine vorgegebene Strecke von einer fixierten Position in eine Schneidposition verschiebbares Schneidelement aufgenommen. Im Zerspanbauteil ist ein Zerspanungsabschnitt vorgesehen, in den das Schneidelement spanend eingreifen kann. Das Schneidelement ist durch einen ersten Abscherstift am Schneidbauteil in der fixierten Position gehalten, und der erste Abscherstift weist in seinem Inneren einen Hohlraum auf.
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Die zum Abscheren des Abscherstifts benötigte Kraft wird durch die Scherfläche des Abscherstifts, also durch die Materialstärke des Abscherstifts an dessen Basis bestimmt. Aus fertigungstechnischen Gründen ist eine Verringerung des Außendurchmessers unter Wahrung der vorgegebenen Toleranzen für die Reproduzierbarkeit der Abscherkraft nur bis zu einem bestimmten Maß möglich. Indem der Abscherstift teilweise hohl hergestellt wird, lässt sich jedoch der Außendurchmesser des Abscherstifts in einem Bereich halten, in dem eine Fertigung mit ausreichender Präzision erfolgen kann. Dies gilt auch für die mit dem Abscherstift zusammenwirkenden Bauteile, insbesondere eine Aufnahme im Schneidelement, in die der Abscherstift in der fixierten Position eingreift, um das Schneidelement spielfrei zu halten. Durch die Reduktion der Materialstärke an der Basis des Abscherstifts ist eine deutlich reduzierte Abscherkraft realisierbar. Es hat sich sogar herausgestellt, dass die Scherfläche bei einem hohlen Abscherstift homogener ist als bei einem massiven Abscherstift, was die Reproduzierbarkeit der gewünschten Abscherkraft in der Fertigung erhöht und deren Streuung reduziert.
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Natürlich wäre das Konzept eines innen hohlen Abscherstifts auch auf andere Vorrichtungen, auch unabhängig einer Kraftbegrenzung in einem Gurtaufroller übertragbar.
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Vorzugsweise ist der Hohlraum nur im Bereich der Basis des ersten Abscherstifts vorgesehen. Der Rest des Abscherstifts kann massiv sein.
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Insbesondere ist der erste Abscherstift auf wenigstens ca. 60 bis 80 % seiner Länge massiv. Die Länge ist hier im Wesentlichen parallel zu Gurtspulenachse und senkrecht zur Scherfläche des Abscherstifts betrachtet. Bei dieser Konfiguration ist nach wie vor die Abscherkraft an der Basis des Abscherstift gegenüber einem massiven Abscherstift deutlich reduziert, jedoch wird die Spitze des Abscherstifts bei Krafteinwirkung nicht ungewollt verformt, da sie aus massivem Material besteht.
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Das Schneidbauteil ist bevorzugt ein Druckgussbauteil, insbesondere aus Zink, Aluminium oder einer Legierung, die Zink und/oder Aluminium enthält. Die Herstellung des Hohlraums im ersten Abscherstift lässt sich in diesem Fall einfach und gut reproduzierbar realisieren, indem in die Druckgussform im Bereich des ersten Abscherstifts von der Rückseite ein Formstift mit einer Positivform des Hohlraums hineinragt.
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Um das Schneidelement zwischen der fixierten Position und der Schneidposition zu bewegen, ist in einer bevorzugten Ausführungsform am Zerspanbauteil ein zweiter Abscherstift vorgesehen, der so angeordnet ist, dass er während einer Kraftbegrenzung in einer ersten Winkelposition des Zerspanbauteils eine Abscherkraft auf den ersten Abscherstift ausübt und in einer zweiten Winkelposition das Schneidelement eine Abscherkraft auf den zweiten Abscherstift ausübt. Die beiden Winkelpositionen liegen etwa um die Länge des Verschiebewegs des Schneidelements von der fixierten Position bis zur Schneidposition auseinander.
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Der zweite Abscherstift ist vorzugsweise am Zerspanbauteil angeordnet und kommt während der Relativdrehung zwischen Zerspanbauteil und Schneidbauteil zunächst mit dem Schneidelement in Kontakt. Dabei wird der erste Abscherstift vom Schneidbauteil getrennt. Anschließend verschiebt der zweite Abscherstift das Schneidelement aus seiner fixierten Position in seine Schneidposition. Hat das Schneidelement seine Schneidposition erreicht, so übt es eine Kraft auf den zweiten Abscherstift aus, die diesen vom Zerspanbauteil abtrennt.
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Ein Kraftniveau, das zum Abscheren des ersten Abscherstifts erforderlich ist, sollte dabei natürlich kleiner sein als ein Kraftniveau, das zum Abscheren des zweiten Abscherstifts erforderlich ist.
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Vorzugsweise ist im Schneidbauteil ein Anschlag ausgebildet, der die Verschiebung des Schneidelements von der fixierten Position zur Schneidposition begrenzt. Sobald das Schneidelement den Anschlag erreicht hat und von diesem zurückgehalten wird, übt es Kraft auf den zweiten Abscherstift aus, die so weit ansteigt, bis der zweite Abscherstift abgeschert wird.
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Um den Zerspanungsabschnitt zu zerspanen, weist das Schneidelement bevorzugt eine Schneide zum Eingriff in den Zerspanungsabschnitt auf, wobei die Schneide in Richtung der Gurtspulenachse betrachtet in der Schneidposition näher am Zerspanbauteil liegt als in der fixierten Position. Dies erlaubt eine Relativdrehung zwischen dem Zerspanbauteil und dem Schneidbauteil ohne eine Kraftübertragung zwischen diesen beiden Bauteilen durch das Schneidelement, solange sich das Schneidelement in seiner fixierten Position befindet.
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Vorzugsweise steht die Schneide von der Stirnseite des Schneidelements ab, während der Zerspanungsabschnitt an der Stirnseite des Zerspanbauteils angeordnet ist.
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Diese Konfiguration ist insbesondere dann nützlich, wenn das Zerspanbauteil und das Schneidbauteil über einen weiteren Kraftbegrenzer verbunden sind, der so ausgelegt ist, dass er die Relativdrehung zwischen Schneidbauteil und Zerspanbauteil erlaubt. Dieser weitere Kraftbegrenzer ist vorzugsweise ein Torsionsstab, der insbesondere entlang der Axialrichtung der Gurtspule angeordnet ist.
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Der weitere Kraftbegrenzer gibt eine erste, niedrigste Kraftschwelle vor. Bleibt die Gurtbandauszugskraft unter dieser ersten Kraftschwelle, so steht die Gurtspule still, und es findet keine Relativdrehung zwischen Schneidbauteil und Zerspanbauteil statt. Überschreitet die Gurtbandauszugskraft diese erste Kraftschwelle, so dreht sich zunächst ein Spulenkörper der Gurtspule, auf dem das Gurtband aufgenommen ist, gegenüber dem am Aufrollerrahmen arretierten Ende der Gurtspule, an dem in diesem Fall das Schneidbauteil angeordnet ist, wobei Gurtband ausgegeben wird.
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Die Kraftbegrenzungseinrichtung wird beispielsweise nach einer gewissen zurückgelegten Wegstrecke in Umfangsrichtung aktiviert, beispielsweise nach etwa einer Umdrehung des Spulenkörpers. Erst nach dieser Wegstrecke wird der erste Abscherstift und kurz darauf der zweite Abscherstift von den jeweiligen Bauteilen getrennt und das Schneidelement in Eingriff mit dem Zerspanungsabschnitt gebracht. Bis zum Eingreifen des Schneidelements in den Zerspanungsabschnitt wirkt alleine der weitere Kraftbegrenzer.
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Die Abscherkräfte für den ersten und auch für den zweiten Abscherstift sollten dabei nur unwesentlich über der ersten Kraftschwelle liegen, um abrupte Anstiege der Mindest-Gurtbandauszugskraft zu vermeiden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Zerspanbauteil an der Gurtspule, insbesondere an einer Außenseite eines Gurtspulenflansches ausgebildet, und ist dabei normalerweise drehfest mit dem Spulenkörper.
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Das Schneidbauteil ist dann vorzugsweise drehfest mit einer Sperreinrichtung der Gurtspule verbunden, z.B. einer Sperrverzahnung, sodass der Spulenkörper über den weiteren Kraftbegrenzer gegenüber der Sperreinrichtung und dem Schneidbauteil verdrehbar ist.
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In diesem Fall ist das Schneidbauteil vorteilhaft an einem Ende der Gurtspule angeordnet. Es kann Teil der Sperrseite der Gurtspule sein und gegebenenfalls die Sperrverzahnung tragen. Bei aktiver Kraftbegrenzung ist das Schneidbauteil dann an einem Rahmen des Gurtaufrollers arretiert.
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Vorzugsweise bildet das Schneidbauteil auf der Sperrseite das Ende der Gurtspulenachse und hat z.B. einen Lagerstift zu Lagerung der Gurtspule in einem Aufrollerdeckel.
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Natürlich wäre auch eine umgekehrte Anordnung von Schneidelement und Zerspanungsabschnitt denkbar.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die beigefügten Figuren näher beschrieben. In den Figuren zeigen:
- - 1 eine schematische Explosionsdarstellung eines Gurtaufrollers mit einer erfindungsgemäßen Kraftbegrenzungseinrichtung;
- - 2 eine Draufsicht auf eine Stirnseite des Schneidbauteils der erfindungsgemäßen Kraftbegrenzungseinrichtung, wobei das Schneidelement des Schneidbauteils in seiner fixierten Position ist;
- - 3 eine schematische perspektivische Darstellung eines Ausschnitts der erfindungsgemäßen Kraftbegrenzungseinrichtung, bei der das Schneidelement in seiner fixierten Position ist;
- - 4 eine schematische teilgeschnittene Ansicht der erfindungsgemäßen Kraftbegrenzungseinrichtung entlang der Linie IV-IV in 2;
- - 5 eine Detailansicht aus 4;
- - 6 eine Draufsicht auf die Stirnseite des Schneidbauteils der erfindungsgemäßen Kraftbegrenzungseinrichtung, wobei das Schneidelement des Schneidbauteils in seiner Schneidposition ist;
- - 7 eine schematische perspektivische Darstellung eines Ausschnitts der erfindungsgemäßen Kraftbegrenzungseinrichtung, bei der das Schneidelement des Schneidbauteils in seiner Schneidposition ist; und
- - 8 eine schematische Schnittansicht der erfindungsgemäßen Kraftbegrenzungseinrichtung entlang der Linie VIII - VIII in 6, wobei das Schneidelement des Schneidbauteils in seiner Schneidposition ist.
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Die Figuren zeigen eine Kraftbegrenzungseinrichtung 10, die in einen Gurtaufroller 12 eines nicht näher dargestellten Sicherheitsgurtsystems integriert ist.
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Der Gurtaufroller 12 umfasst eine Gurtspule 14 mit einem Spulenkörper 16, auf die das Gurtband aufgewickelt ist (nicht dargestellt) und einen einstückig mit dem Spulenkörper 16 verbundenen Gurtspulenflansch 18, der das in 1 rechtseitige Ende der Gurtspule 14 bildet.
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Die Gurtspule 14 ist in einem Aufrollerrahmen 20 aufgenommen, der eine Möglichkeit zum Arretieren der Gurtspule 14, hier eine Sperrverzahnung 22, aufweist.
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Am Aufrollerrahmen 20 ist in diesem Beispiel ein Gurtstraffer 24 angeordnet, der über eine Verzahnung 26 mit dem in 1 linksseitigen Ende der Gurtspule 14 in Eingriff kommen und diese in einer Gurtaufrollrichtung drehen kann. Die Verzahnung 26 ist an dem dem Gurtspulenflansch 18 gegenüberliegenden Ende der Gurtspule 14 ausgebildet und ist drehfest mit dem Spulenkörper 16.
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Am Gurtspulenflansch 18 ist ein Zerspanbauteil 28 ausgebildet (siehe auch 3).
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Gegenüber einer Stirnseite 30 des Zerspanbauteils 28 liegt eine Stirnseite 32 eines Schneidbauteils 34, wobei die beiden Stirnseiten 30, 32 einander zugewandt sind (siehe z.B. 3).
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Das Schneidbauteil 34 verfügt über eine Innenverzahnung 36, die mit einer Verzahnung 38 eines weiteren Kraftbegrenzers 40, hier eines Torsionsstabs, in Eingriff steht.
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Der weitere Kraftbegrenzer 40 ist an seinem anderen Ende drehfest mit dem Spulenkörper 16 verbunden, sodass eine begrenzte Relativdrehung zwischen Spulenkörper 16 und Schneidbauteil 34, und damit zwischen Zerspanbauteil 28 und Schneidbauteil 34, möglich ist, über die auch bei gesperrter Gurtspule 14 Gurtband in einer Gurtbandauszugsrichtung R ausgegeben werden kann.
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Am Schneidbauteil 34 ist eine Sperrverzahnung 42 vorgesehen, die als Teil einer Sperreinrichtung des Gurtaufrollers 12 in die Sperrverzahnung 22 am Aufrollerrahmen 20 eingreifen kann, um die Gurtspule 14 prinzipiell in Gurtbandauszugsrichtung R zu sperren.
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An seinem äußeren Ende weist das Schneidbauteil 34 einen Lagerstift 43 auf, der eine der beiden endseitigen Lagerungen der Gurtspule 14 bildet und der in einem Aufrollerdeckel 44 drehbar gelagert ist.
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Das Schneidbauteil 34 weist ein Schneidelement 46 auf, das eine Schneide 48 besitzt. Das Schneidelement 46 ist von einer fixierten Position, die in den 2 bis 5 dargestellt ist, in eine Schneidposition verschiebbar, die in den 6 bis 8 gezeigt ist.
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Das Schneidelement 46 wird anfänglich durch einen ersten Abscherstift 50 in der fixierten Position gehalten, der in eine Aufnahme 52, hier in Form einer kreisrunden Durchgangsöffnung, im Schneidelement 46 eingreift. Der erste Abscherstift 50 liegt hier formschlüssig an den Rändern der Aufnahme 52 an.
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Der erste Abscherstift 50 erstreckt sich entlang der Längsachse L der Gurtspule 14 und ist einstückig mit einem Körper 54 des Schneidbauteils 34 ausgebildet (siehe 4 und 5).
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In seinem Inneren weist der erste Abscherstift 50 einen Hohlraum 56 auf. In diesem Beispiel erstreckt sich der Hohlraum 56 nur im Bereich einer Basis 58 des ersten Abscherstifts 50, während dessen Spitze 60 massiv ausgebildet ist. Im Bereich der Basis 58 besteht der erste Abscherstift 50 aus einer ringförmigen Wand mit über ihren Umfang gleichbleibender Wandstärke. Über die radiale Erstreckung des Hohlraums 56 lässt sich bei gleichbleibendem Außendurchmesser die Wandstärke und damit die benötigte Abscherkraft vorgeben.
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Insgesamt sind beispielsweise etwa 60 bis 80 % der Länge des ersten Abscherstifts 50 massiv, während auf der restlichen Länge der Hohlraum 56 ausgebildet ist.
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Der Hohlraum 56 erstreckt in diesem Beispiel sich in Längsrichtung L betrachtet durch den gesamten Körper 54 des Schneidbauteils 34. Dies ist fertigungstechnisch begründet, da bei der Herstellung des Schneidbauteils 34 in einem Druckgussverfahren, beispielsweise aus Zink oder Aluminium, der Hohlraum 56 durch einen in die Werkzeugform hineinragenden Formstift erzeugt wird.
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Im Zerspanbauteil 28 ist ein zweiter Abscherstift 62 vorgesehen (siehe beispielsweise 3 und 7), der von der Stirnseite 30 in Längsrichtung L absteht. Der zweite Abscherstift 62 ist beispielsweise einstückig mit dem Gurtspulenflansch 18 ausgebildet und kann in seinem Inneren ebenfalls einen Hohlraum aufweisen oder aber massiv ausgebildet sein.
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Nachfolgend wird die Funktion der Kraftbegrenzungseinrichtung 10 beschrieben.
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Wenn nach einer erfolgten Gurtstraffung die durch einen Fahrzeuginsassen auf das Gurtband aufgebrachte Gurtauszugskraft eine erste Kraftschwelle überschreitet, beginnt sich der weitere Kraftbegrenzer 40, also der Torsionsstab, zu verformen, wodurch bei feststehendem Schneidbauteil 34 der Spulenkörper 16 der Gurtspule 14 rotiert und Gurtband ausgegeben wird. Bei dieser Bewegung dreht sich auch das Zerspanbauteil 28 relativ zum Schneidbauteil 34.
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Dadurch gelangt nach einer vorbestimmten Wegstrecke, die beispielsweise fast eine gesamte Umdrehung des Spulenkörpers 16 betragen kann, der zweite Abscherstift 62 in Anlage an das Schneidelement 46 des Schneidbauteils 34, so wie dies in 3 dargestellt ist. Durch die weiterhin wirkende Gurtbandauszugskraft wird der erste Abscherstift 50 an seiner Basis 58 abgeschert und so vom restlichen Schneidbauteil 34 getrennt.
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Der zweite Abscherstift 62 schiebt nun das Schneidelement 46 aus der fixierten Position in seine Schneidposition. Dabei wird das Schneidelement 46 durch eine im Schneidbauteil 34 ausgebildete Rampe 64 sowohl in Umfangsrichtung als auch in Längsrichtung L in Richtung zum Zerspanbauteil 28 hin verschoben, sodass sich die Schneide 48 näher zum Zerspanbauteil 28 hin bewegt.
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Am Ende dieser Verschiebebewegung erreicht das Schneidelement 46 einen im Schneidbauteil 34 ausgebildeten Anschlag 66, an dem es zurückgehalten wird.
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Da weiterhin eine Gurtbandauszugskraft auf das Zerspanbauteil 28 einwirkt, wird jetzt der zweite Abscherstift 62 abgeschert und vom Zerspanbauteil 28 abgetrennt.
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Die Abscherkraft, die zum Abtrennen des ersten und des zweiten Abscherstifts 50, 62 erforderlich ist, sollte dabei nur unwesentlich über der ersten Kraftschwelle liegen, wobei natürlich zum Abtrennen des zweiten Abscherstifts 62 eine höhere Kraft erforderlich sein muss als zum Abtrennen des ersten Abscherstifts 50.
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Durch die Verschiebung in die Schneidposition gelangt nun die Schneide 48 des Schneidelements 46 in spanenden Eingriff mit einem Zerspanungsabschnitt 68, der in der Stirnfläche 30 des Zerspanbauteils 28 ausgebildet ist. Ab diesem Moment wird die Gurtbandauszugskraft durch diesen schneidenden Eingriff begrenzt. Abhängig von der Form der Schneide 48 und des Zerspanungsabschnitts 68 kann so eine zweite Kraftschwelle und ein gewünschter konstanter oder progressiver Kraftverlauf erreicht werden. Die zweite Kraftschwelle liegt dabei oberhalb der ersten Kraftschwelle.
