Selbstsperrende Aufwickelvorrichtung für einen Anschnallgurt Die Erfindung
betrifft eine selbstsperrende Aufwickelvorrichtung für den Anschnallgurt eines Sicherheits-Anschnallgeschirres
in sich schnell bewegenden Personenbeförderungsmitteln, bei der eine in einem Gehäuse
gelagerte, unter der Wirkung einer Feder stehende Welle zum Aufwickeln des Gurtes
mit einem gegenüber Beschleunigungskräften trägen Bauteil verbunden ist, welcher
bei einem vorbestimmten Grenzwert der Geschwindigkeit des sich von der Welle abwickelnden
Gurtes anspricht und so ausgebildet und mit dem einen Ende der Welle derart verbunden
ist, daB eine Drehbewegung der Welle um ihre Längsachse dem Bauteil eine exzentrische
Bewegung mitteilt, wenn die Drehgeschwindigkeit der Welle den vorbestimmten
Grenzwert
überschreitet, woraufhin der Bauteil gegen einen Festpunkt am Gehäuse stößt und
eine starre Verbindung zwischen der Welle und dem Gehäuse schafft. Bei einer bekannten
Vorrichtung dieser Gattung ist der träge Bauteil auf einem Bolzen gelagert, der
wegen der Notwendigkeit der Kleinheit der ganzen Vorrichtung ebenfalls sehr klein
sein und trotzdem im Ernstfall die gesamte Kraft aufnehmen muß, die von der nach
vorn geschleuderten Person auf den Gurt ausgeübt wird. Der Bolzen bildet das schwächste
Glied in der Kette von Teilen, die die fragliche Kraft schließlich bis in das Gehäuse
überleiten. Die bekannte Vorrichtung hat überdies den Nachteil, daß sich Staub oder
verhärtetes Ö1 im Bereich des Bauteils zwischen diesen und den es umgebenden Wangen
des Kopfes der Welle festsetzen und die Funktionsfähigkeit des Bauteils - einer
Sperrklinke - beeinträchtigen können. Es sind auch noch weitere selbstsperrende
Aufwickelvorrichtungen bekannt, und zwar handelt es sich dabei um selbstsperrende
Aufwickelvorrichtungen, bei denen der Sperrvorgang durch eine Bewegung von mit der
Welle zum Aufwickeln des Gurtes in Verbindung stehenden Teilen in Richtung der Längsachse
der Welle hervorgerufen wird. Diese Bewegung muß auf verhältnismäßig komplizierte
Weise in eine in radialer Richtung zu der genannten Längsachse verlaufende Bewegung
umgewandelt werden, die wiederum eine Tangentialbewegung zur Folge hat. Dies erfordert
eine Vielzahl von Bauteilen bei den bekannten Aufwickelvorrichtungen, welche infolgedessen
nicht nur aufwendig sind, sondern auch - trotz Auswahl bester Werkstoffe -verstärkte
Verschleißerscheinungen und Funktionsunsicherheiten zeigen können.
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine selbstsperrende Aufwickelvorrchtung zu
schaffen, die eich einerseits durch besondere Einfachheit in der Ausbildung und
anderer. seits dadurch auszeichnet, daß die Schwerkraft keiner Einfluß haben kann
und auftretende Fliehkräfte nur einen vernachlässeigbar kleinen Einfluß auf die
Wirkungsweise der Vor" richtung ausüben können. Die Vorrichtung soll weiterhin dazu
geeignet sein, auch hohe Belastungen aufzunehmen und lange betriebssicher zu bleiben..
Die Lösung der Aufgabe geschieht nach der Erfindung durch. eine Vorrichtung der
eingangs näher bezeichneten Gattung mit dem Kennzeichen, daß der Bauteil urstarr
mit der Welle ver, bunden ist und wenigstens einen weiteren Anschlag aufweist, der
eine starre Verbindung zwischen der Welle und dem Bauteil verursacht, wenn die exzentrische
Bewegung den Bauteil aus einer Normalstellung in seine Sperrstellung bewegt hat,
Auf diese Weise ist es möglich, dis ganze Vorrichtung mit einer Mindestzahl von
Teilen fertesn zu können, n.ml¢h mit einer Welle und einer einstüekigen Spe.rrvo.rrchtung,
abgesehen von dem gattungsgemäß erforderlichen Gehäuse und der Auf.-. wickelfeder.
infolge der wenigen Teile liegen auch nur wenige Lager und Reibungsstellen vor,
was der langen Betriebstüchtigkeit des Gerätes und damit der Sicherheit für die
Benutzer zugute kommt. Der Gegenstand der Erfindung kann besondere unkompliziert
aufgebaut werden, und zwar aus einfachen Stahlblechteilen und. der erforderlichen
Welle. Die Teile sind vergleichsweise lose aneinander geführt, und die ganze Konstruktion
ist gegen staub und Schmutz sehr unempfindliah* Bei Vorrichtungen dieser Art kommt
es ja besonders darauf an, daß die Funktionstüchtigkeit auch Uber lange Zeitr4ume
hin gewährleistet bleibt; Oftmals wird eine solche Vorrehtung
beim
Kauf eines Wagens eingebaut werden, und vielleicht erst nach drei Jahren tritt einmal
ein Ernstfall ein, der das Sperren der Vorrichtung auslösen soll. Während dieser
Zeit hat sich mit Sicherheit Staub in das Gehäuse der Vorrichtung eingeschlichen,
und vielleicht ist auch niemals eine ergänzende Schmierung der Teile vorgenommen
worden, so daß das ursprüngliche Fett oder Ö1 zumindest zäher geworden ist. Die
Endung löst die Aufgabe, das Risiko einer mangelnden Funktionstüchtigkeit der Vorrichtung
aus den vorgenannten Gründen ganz wesentlich zu verkleinern. Nach einer bevorzugten
Ausführungsform der Erfindung ist der Bauteil als im wesentlichen kreisförmige Scheibe
ausgebildet, die mit einer Unwucht von solcher Größe versehen ist, daß die indifferent
gelagerte Scheibe erst dann ausgelenkt wird, wenn eine bestimmt Drehgeschwindigkeit
erreicht ist. Die Scheibe, sofern aus Blech bestehend, gestattet einen besonders
einfachen Herstellungsvorgang, da sie durch Stanzen gefertigt werden kann. Eine
Nacharbeit der Scheibe ist nur an bestimmten Stellen notwendig. Eine weitere bevorzugte
Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß die Sperrscheibe in ihrem mittleren
Bereich eine Ausnehmung oder Durchbrechung aufweist, die so gestaltet ist, daß sie
einem darin beweglichen Kraftübertragungsteil das Einnehmen von zwei Endstellungen
gestattet, von denen die eine Endstellung der Normallage der Teile zueinander und
der Abwickelgeschwindigkeit der Welle unterhalb des Grenzwertes entspricht und von
denen die zweite Endstellung der Sperrlage und einer Abwickelgeschwindigkeit oberhalb
des Grenzwertes entspricht, wobei sich die letztgenannte Endstellung im Bereich
der Unwucht befindet, so daß gegen diese Endstellung hin die Auslenkung der Scheibe
und damit die Wirkung der
Sperrvorrichtung eintritt. Hierbei kann
vereinfachend vorgesehen sein, daß der Teil, welcher die beiden Endstellungen in
der Ausnehmung oder Durchbrechung der Sperrscheibe einnimmt, das mit der Sperrvorrichtung
in Verbindung stehende, entsprechend zugerichtete Ende der Welle zum Aufwickeln
des Gurtes ist. Die Ausbildung der Ausnehmung oder Durchbrechung in der Sperrscheibe
ist nach einer Ausführungsform der Erfindung derart, daß sie mit ihrem äußeren Umfang
im wesentlichen die Bahn einer Evolvente, ausgehend vom Mittelpunkt des kreisförmigen
Scheibenquerschnitts, beschreibt, wobei die Ausnehmung oder Durchbrechung jedoch
nur einen Teil der Evolvente erfaßt und ungefähr halbmondförmig gestaltet ist, und
zwar mit Abmessungen, die einem Abschnitt des Querschnitts der Welle entsprechen,
wenn dieser Abschnitt in dem Halbmond von der einen in die andere Endstellung verschoben
wird. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes wiedergegeben,
anhand dessen weitere wesentliche Merkmale der Erfindung in der nachstehenden Beschreibung
erläutert werden. Es zeigen: Fig. 1 Eine Ansicht der Vorrichtung in Richtung auf
die Seite, an der sich die Sperrvorrichtung befindet, und zwar bei abgenommenem
Deckel, Fig. 2 eine Ansicht der Vorrichtung im rechten Winkel gegenüber Fig. 1,
wobei ein Teil der Darstellung im Schnitt gezeichnet ist, Fig. 3 eine Ansicht auf
die der Sperrvorrichtung zugekehrte Stirnseite der Aufwickelwelle für den Gurt,
Fig. 4 eine Darstellung der Sperrscheibe im Grundriß.
Die Aufwickelvorrichtung
besteht im wesentlichen aus einem i Gehäuse 1, einer Aufwickelwelle 2, einer Aufwickelfeder
3 und einer Sperrscheibe 4. Zur Befestigung des Gehäuses 1 an einer geeigneten Stelle
im Innern des Beförderungsmittels dient ein kräftiger Schraubenbolzen 5 in Verbindung
mit einer Verstärkungsplatte 6. Sowohl die Aufwickelfeder 3 als auch die Sperrscheibe
4 sind durch je einen Deckel 7 und 8 abgedeckt. Die Deckel werden am Gehäuse 1 festgeschraubt.
Das Gehäuse 1 wird durch einen U-förmig gebogenen Blechabschnitt gebildet und weist
eine Basis 1a und zwei Schenkel 1b und 1c auf, die rechtwinklig an die Basis 1a
anschließen. Ungefähr in der Mitte jedes Schenkels 1b, 1c ist eine Bohrung 9, 10
angeordnet, und diese Bohrungen dienen als Lager für die Enden der Aufwickelwelle
2. An dem Schenkel 1b des Gehäuses 1 sind außen vier Anschlagnocken 11 vorgesehen,
die symmetrisch längs der Umfangslinie eines gedachten Kreises um den Mittelpunkt
der Bohrung 9 herum angeordnet sind, wie es sich aus Fig. 1 ergibt. Die Nocken 11
sind durch aus der Ebene des Schenkels 1b herausgedrückte Blechabschnitte gebildet,
die dadurch entstanden sind, daß das Blech an den betreffenden Stellen an drei Seiten
eines Rechtecks eingeschnitten worden ist. Die Welle 2 ist länger als der Abstand
zwischen den Schenkeln 1b und 1c und ragt infolgedessen auf jeder Seite mit Endteilen
über die Schenkel hinaus. Auf der Seite der Aufwickelfeder 3 weist die Welle 2 einen
angedrehten Ansatz 12 auf, der mit einem Querschlitz zum Festhalten des inneren
Endes der schneckenförmig gebogenen Bandfeder 3 versehen ist. Das äußere Ende der
Feder 3 wird in nicht dargestellter bekannter Weise an geeigneter Stelle befestigt,
beispielsweise an einer der Schrauben zum Festhalten des Deckels 7. Die Aufwickelfeder
3 übt ihre Kraft in der Weise aus, daß die Welle 2 bestrebt
ist,
sich in Aufwickelrichtung zu drehen (in Fig. 1 im Uhrzeigersinn), d. h. der nicht
dargestellte Gurt, dessen Ende mittels eines Schlitzes 13 mit der Welle 2 verbunden
ist, kann nur gegen den Widerstand der Feder 3 von der Welle 2 abgezogen werden.
Auf der Seite der Sperrscheibe 4 ragt die Welle 2 mit ihrem vollen Durchmesser über
die Bohrung 9 hinaus, jedoch ist dieses Ende der Welle 2 in besonderer Weise zugerichtet,
und zwar in einer Form, die sich insbesondere aus Fig. 3 ergibt. Die Stirnfläche
der Welle ist danach beinahe zur Hälfte weggenommen, z. B. weggefräst, so daß eine
stufenförmige Gestaltung des Wellenendes mit einer Mittelkante 14 entstanden ist,
wobei die Stufenkante 14 vom in Fig. 3 oberen Wellenumfang ausgehend zunächst parallel
einer Durchmesserlinie der Welle bis zur Höhe des Mittelpunktes des Wellenquerschnitts
verläuft, alsdann in einem Bogen mit gleichmäßigem Radius in Richtung des ausgenommenen
Teiles des Wellenendes umbiegt, und zwar im Rahmen eines Sektors von 900, und dann
parallel zum Anfangsabschnitt der Kante bis zum unteren Wellenumfang weitergeht.
Auf diese Weise ergibt sich ein vorspringender Abschnitt 15 an diesem Wellenende,
der ungefähr die Form eines Halbmondes mit einer abgeschnittenen Spitze hat. An
der Stelle, wo sich der gedachte Mittelpunkt des erwähnten, Sektors von 90° befindet,
ist eine Bohrung 16 angebracht, die zum Einsetzen eines Zylinderstiftes 17 (Fig.
1) dient. Die Sperrscheibe 4, welche sich im einzelnen aus Fig. 4 ergibt, besteht
aus nicht rostendem Präzisionsguß oder vorzugsweise aus einem gestanzten vergüteten
Blechteil, welcher auf Maß hart verchromt ist. Der Durchmesser des Teiles 4 beträgt
beispielsweise 45 mm, die Dicke beispielsweise 5 mm. Die Grundgestalt der Scheibe
4 ist kreisförmig; in der Mitte
ist eine Bohrung 18 vorgesehen,
welche auf den- Stift 17 am zugehörigen Ende der Welle 2 aufgesteckt wird. Die Scheibe
4 weist eine in Fig. 4 rechts gelegene Unwucht 4a auf, die dadurch hervorgerufen
wird, daß ein etwa dreieckiger Teil am Scheibenumfang weggeschnitten ist, so daß
dessen kreisförmige Linie durch zwei im Winkel zueinander stehende gerade Linien
19 unterbrochen wird. Die eine Linie 19 geht über einen Vorsprung 20 mit radial
verlaufender Kante 21 in die Umfangslinie über, wodurch ein Anschlag als Gegenstück
zu den Anschlagnocken 11 gebildet wird. Die Fläche der Kante 21 ist vorzugsweise
ein wenig schräg zur Längsachse der Welle 2 verlaufend ausgebildet, damit sich ein
flächiges Anliegen zwi= sehen dem Vorsprung 20 und der jeweiligen Nocke-11 ergibt,
deren Anschlagkante durch das Herausbiegen ebenfalls schräg steht. Im Umkreis der
Bohrung 18 weist die Scheibe 4 eine Durchbrechung 22 auf, deren Gestalt der Form
des zugehörigen Endes der Welle 2 entspricht, und zwar des vorstehenden Abschnitts
15 dieser Welle, jedoch mit dem größenmäßigen Unterschied, daß sich dieser Abschnitt
15 in der Durchbrechung 22 bewegen kann. Die Bahn der Bewegung umkreist die Bohrung
18 zu einem Teil und läßt zwei Endstellungen zu, wobei eirural das spitze und zum
anderen das stumpfe Ende des Abschnitts 15 zum Anschlag kommt. Um dies zu ermöglichen,
ist die innere Begrenzungslinie 22a der Durchbrechung 22 mit einem mittleren Abschnitt
von halbkreisförmiger Gestalt entsprechend dem Radius des erwähnten 90o-Sektors
des Teiles 15 versehen, und an diesen halbkreisförmigen Abschnitt schließt sich
einerseits eine gerade Linie und andererseits ein kurzes abgewinkeltes Stück 22c
an, welche beide wiederum der Gestalt der Kante 14 des Wellenendes entsprechen.
Die innere Begrenzungslinie 22a des Durchbruchs 22 gleicht somit der Kante 14 mit
dem Unterschied, daß der gebogene Teil um 900 bis auf 1800 verlängert
ist.
Die äußere Begrenzungslinie 22b des Durchbruchs 22 ist ähnlich
einer Evolvente geformt, d. h. angenähert schneckenförmig, wobei der Anfang der
Evolvente an dem abgewinkelten Endstück der inneren Begrenzungslinie 22a ansetzt
und der größere Radius am Ende der Evolvente an das lange gerade Endstück der Linie
22a anschließt. In Abweichung von einer regelrechten Schneckenform weist allerdings
der mittlere Teil der Durchbrechung 22 innen und außen einen gleichbleibenden Radius
und der Endteil der Linie 22b mit dem größeren Radius einen geringeren Radius als
der Mittelteil auf. Die Art und Weise, wie die Sperrscheibe 4 auf dem zugehörigen
Wellenende sitzt, ergibt sich aus Fig. 1. Danach ist die Achse der Welle 2 gegen
die Achse des Stiftes 17 und damit gegen den Mittelpunkt der Scheibe 4 versetzt,
so daß die Scheibe 4 exzentrisch auf der Welle 2 lagert. Beide Teile sind durch
eine aus Draht gebogene Feder 23 miteinander verbunden, und zwar steckt das innere
Ende der Bogenfeder in einer Querbohrung 24 der Welle 2, während das äußere Ende
der Feder 23 in einem Loch 25 der Scheibe 4 - in der Nähe des Anschlages 20, 21
- angreift. Die Spannung der Feder 23 wirkt derart, daß die Scheibe 4 bestrebt ist,
die in Fig. 1 gezeigte Stellung zur Welle 2 bzw. zu deren Ende mit dem Abschnitt
15 einzunehmen. Das Zusammenwirken der Teile geschieht folgendermaßen: Auf der Welle
2 ist ein nicht dargestelltes Gurtband in einer' Mehrzahl von Windungen aufgewickelt,
und zwar unter der Kraft der Aufwickelfeder 3. Beim Aufwickeln dreht sich die Welle
2 gemsiß Fit: 1.in Uhrzeigerrichtung, -und dabei liegt die spitze Endkante des Abschnitts
15 des Wellenendes in dem zugehörigen Ende der Durchbrechung 22 der Scheibe 4 an.
Somit dreht sich beim Aufwickeln auch die Scheibe'4 gemäß Fig. 1 in Uhrzeigerrichtung.
Da
die Nocken 11 in einem solchen Abstand vom Querschnittsmittelpunkt der Welle 2 angeordnet
sind, daß sie außerhalb des in diesem Zustand umlaufenden Anschlages 20, 21 der
Scheibe 4 bleiben, geht der Aufwickelvorgang unbehindert vonstatten. Wenn sich nun
die Person, die mit dem Sicherheitsgurt angeschnallt ist, in ihrem Sitz nach vorn
beugt oder sonstwie von der Rückenlehne wegbewegt, wird der Gurt von der Welle 2
ge gen die Kraft der Feder 3 abgewickelt, wobei sich die Welle 2 gemäß Fig. 1 entgegen
dem Uhrzeigersinn dreht. Sofern die Geschwindigkeit des Abwickelns unterhalb eines
bestimmten Grenzwertes bleibt, drehen sich Welle 2 und Scheibe 4 in der aus Fig.
1 ersichtlichen Relativstellung links herum, und die Kante 21 des Ansatzes 20 bleibt
wiederum innerhalb des von den Nocken 11 umschriebenen Bereichs, so daß dem Drehen
der Teile nichts entgegensteht. Die Abwickelgeschwindigkeit ist abhängig von der
Kraft, mit der die Person an dem Gurt zieht. Sobald diese Kraft den erwähnten Grenzwert
überschreitet, wird die Geschwindigkeit so groß, daß die Teile 2 und 4 ihre stabile
Zage zueinander verlieren. Der Augenblick des Übergangs von der stabilen Lage in
die-indifferente Zage und damit auch das Maß der Grenzgeschwindigkeit werden bestimmt
durch die Reibung des Abschnitts 15 des Wellenendes in der Durchbrechung 22, durch
die Größe der Unwucht 4a und durch die Kraft der Bogenfeder-23. Diese Faktoren müssen
so ausbalanciert sein, daß jeder ruckartige Zug am Gurt und damit an der Welle 2
zu einem Verlassen der stabilen Zage der Teile 2 und 4 zueinander: führt, damit
schon bei verhältnismäßig geringen Verzögerungswerten in der Fort-Bewegung des Fahrzeuges
eine Blockierung des Gurtes eintritt, d. h. nicht nur bei einem Zusammenstoß, sondern
auch schon bei scharfem Bremsen.
Sobald die Geschwindigkeit des
Gurtabzuges groß genug ist, um die stabile Relativstellung der Teile 2 und 4 aufzulösen,
bewegt sich der Abschnitt 15 der Welle 2 in der Durchbrechung 22 nach rechts (Fig.
1). Die Ursäche dafür lieg in der exzentrischen Lagerung und in der Unwucht des
Teiles 4, welche beide eine Verzögerung in der Bewegungsfolge des Teiles 4 gegenüber
der Welle 2 verursachen. Durch die besondere Formgebung der Teile geschieht eine
von der Drehbewegung der Welle 2 unabhängige Drehbewegung der Scheibe 4 um den Stift
17, und zwar im Uhrzeigersinn, obwohl die Drehrichtung der Welle 2 und auch die
übergeordnete Drehrichtung der Scheibe 4 im Gegenuhrzeigersinn verlaufen. Das Ergebnis
ist ein Heraustreten des Ansatzes 20 mit Kante 21 des Teiles 4 über dessen inneren
Bewegungskreis und damit in den Bereich .der Nocken 11 hinein. Die Kante 21 schlägt
also sofort gegen den nächsten Nocken an, wodurch die Scheibe 4 ruckartig zum Stehen
kommt. Im Bruchteil einer Sekunde schlägt nun auch das Wellenende mit dem stumpfen
Ende seines Abschnittes 15 gegen das entsprechende Ende der Durchbrechung 22 an,
und die Welle 2 ist ebenfalls ruckartig blockiert. In allen Fällen größerer Geschwindigkeit
beim Abziehen des Gurtes liegt das Wellenende mit seinem Teil 15 sowieso gleich
in der zweiten Endstellung - in Fig. 1 rechts -an. Nur im unmittelbaren Bereich
der Grenzgeschwindigkeit ist dies nicht immer der Fall. Sobald der Zug auf den Gurt
nachläßt und damit die Anschlagreibung zwischen der Kante 21 und dem betreffenden
Nocken 11 gelockert wird, springt-die Scheibe 4 unter der Wirkung der Bogenfeder
23 in ihre stabile Lage gemäß Fig. 1 zurück, woraufhin entweder das Aufwickeln des
Gurtes oder ein langsames weiteres Ausziehen unterhalb der Grenzgeschwindigkeit
erfolgen kann.
Die Blockierung des Gurtes geschieht bei jeder beliebigen
Ausziehlänge. Die Teile wirken spielend leicht zusammen, so daß praktisch keine
Gegenkräfte zu berücksichtigen sind. Auch Zugrichtungen am Gurt, die schräg zur
Längsachse des Beförderungsmittels verlaufen, lösen die Vorrichtung aus, sofern
der Gurt in einem gewissen Abstand von der Welle 2 in üblicher Weise über eine Leitrolle
geführt wird. Die in der vorstehenden Beschreibung, in der Zeichnung und in den
nachfolgenden Patentansprüchen offenbarten Merkmale des Anmeldungsgegenstandes können
sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen untereinander für die Verwirklichung
der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.