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Anmelder: ΠΕΡΑ Feinstanzwerk GmbH
Industriegebiet
7071 Alfdorf
Kupplungsvorrichtung für die Wickelwelle eines Sicherheitsgurtaufrollers
mit Rückstrammeinrichtung
Die Erfindung geht aus von einer Kupplungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches i.
.Bei einem bekannten Rückstrammer für Sicherheitsgurtwickelautomaten
mit einem im Crash-Fall auslösbaren Kraftspeicher sowie mit einem Energiewandler, der nach Auslösung des Kraftspeichers
auf die Gurtwelle des Vickelautomaten einwirkt und diese zu einer Rückstramm-Rotationsbewegung veranlaßt ist
als Energiewandler eine rotierbare Zugmittelrolle vorgesehen. Diese Zugmittelrolle ist mit der Gurtwelle kuppelbar in der
Weise, daß nach sensorgesteuerter Aktivierung des Kraftspeichers das Zugmittel z.B. durch einen Hubzylinder bewegt wird
zusammen mit der damit verbundenen Zugmittelrolle, wobei diese Zugmittelrolle nach Abscheren von Scherstiften durch Relativdrehung
zur Gurtwelle Wälzkörper radial nach innen bewegt und in Klemm- und Kupplungseingriff mit der Gurtwelle bringt. Die
Zugmittelrolle ist also bei Normalbetrieb von der Gurtwelle entkoppelt und muß im Aktivierungsfalle zur Kupplung eine
Freilaufdrehung ausführen. Diese bekannte Kupplungsvorrich- |
tung ist konstrxiktiv verbaltnismäßig aufwendig und erfordert
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eine stabile, mit relativ großen zu bewegenden Massen be- : haftete Bauweise.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kupplungsvorrichtung
der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 ge- .? nannten Art so auszugestalten, daß bei einfacher konstruktiver Ausgestaltung während dem Kupplungsvorgang nur sehr
geringe Massen bewegt werden müssen und insbesondere der Kupplungsvorgang innerhalb einer extrem kurzen Zeitphase
«r ■ erfolgt. .:
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch die im.:
Kennzeichnungsteil des Patentanspruches i aufgeführten
Merkmale. V
Das bei der Erfindung verwendete und in besonderer Weise angeordnete Zugmittel übernimmt hierbei drei Funktionen,
nämlich die eigentliche Zugmittel-Funktion, d.h. die Übertragung von Kräften von einer Antriebsvorrichtung, z.B.
von einem pyrotechnischen Antrieb oder einen Federantrieb, auf die anzutreibende Welle, dann die Kupplungs-Fuäktionj
^v d.h. die mechanische Verbindung zwischen dem bewegten Zugmittel und der anzutreibenden Welle im Augenblick der.Ak- .
tivierung, und nicht zuletzt eine Brems-Funktion, die den
Kupplungsvorgang überhaupt erst ermöglicht. Es besteht hieirbei
die Möglichkeit, den freien, nicht befestigten En,dat>schnitt
des Zugmittels mit einer einfachen Druckfeder zu belasten, so daß eine vorbestimmte Bremskraft erreicht
wird. Diese Bremskraft verhindert einen ungehinderten Ablauf
des Zugmittels und bewirkt, daß sich der Umschlingungsabschnitt
des Zugmittels einschnürt und mit der Umfangsflä«-
che der Zugmittelrolle in, durch die Umschlingungsreibung zwischen Zugmittel und der vorgenannten Oberfläche bewirkte
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COPY
Kupplungsverbindung tritt mit der Folge, daß sich die Zugmittelrolle augenblicklich dreht und z.B. eine Rückstrammung
des Sicherheitsgurtes veranlaßt. Durch die Umschlingungsreibung, welche dem Gesetz e^^t folgt, kann
beispielsweise bei einem Reibwert von μ - 0tkf bei Si =
ikp und bei drei vollen Umschlingungen eine Abzugskraft von 1800 kp übertragen werden, wobei Sl die Rückhalteoder
Bremskraft und S2 die Abzugskraft bedeutet. Die erfindungsgemäße
Kupplungsvorrichtung arbeitet bei einfachster Bauweise fast trägheitslos und damit schnell. Der
Antrieb, also die Rotation der anzutreibenden Welle erfolgt solange, bis der freie Endabschnitt nicht mehr der
Bremskraft ausgesetzt ist.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gegeben, daß das Zugmittel aus einem elastisch biegbaren
Material besteht, daß es sich durch diese Eigenspannung mit dem Umschlingungsabschnitt in einem die Zugmittelrolle
umgebenden Käfig mit Abstand zur Zugmittelrölle abstützt und dessen freier Endabschnitt mit Vorspannung in gehäusefesten,
gebogenen, vorzugsweise spiralförmig verlaufenden Kanälen verlegt ist. Hierbei bilden die zuletzt genannten
Kanäle das Bremselement, in dem sich in diesen Kanälen das Zugmittel mit Vorspannung abstützt und durch die Reibung
an den Kanalwänden eine vorbestimmte Bremskraft auf das auslaufende Zugmittel ausgeübt wird. Besondere Bremsfedern
oder dergleichen erübrigen sich hierbei.
In vorteilhafter Weise können hierbei sowohl die käfigartige
Ausnehmung als auch die Kanäle Bestandteil eines einzigen Gehäuses sein, wobei die Fertigung des Gehäuses als
auch die Montage dadurch vereinfacht wird, daß sowohl die Ausnehmung als auch die Kanäle vons einer Gehäuseseite her
COPY
frei zugänglich sind und wobei die Kanäle als einseitig offene, in das Gehäuse eingearbeitete Rillen oder Nuten
ausgebildet sind in die der freie Endabschnitt des Zugmittels problemlos von einer Seite her eingelegt werden
kann.
Um ein Ausweichen der die Zugmittelrolle umschlingenden
Zugmittel-Wendeln zu verhindern, ist gemäß einer Weiterbildung
der Erfindung die Ausnehmung, beidseitig von " ringartigen Schultern begrenzt, nutartig ausgebildet.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
ist die Durchführung zwischen Ausnehmung und den Kanälen so gestaltet, daß auf das Zugmittel eia zusätzliches
Bremsmoment ausgeübt wird. Beispielsweise kann in der Durchführung ein die normale Zugmittelbahn überragender
Vorsprung vorgesehen sein, an dem das Zugmittel mit erhöhter Reibung gleitet.
Ferner ist es vorteilhaft, die Umfangsflache der Zugmittelrolle
mit einem Reibungsbelag,z.B. mit einem Kunststoff ^ oder Gummibelag, zu versehen.
Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellt
ten Ausführungsbeispieles nachstehend erläutert.
Es zeigt
Fig. 1 und 2 schematische Schnitt-Darstellungen der erfindungsgemäßen Kupplungsvorrichtung
in unbetätigter Normalstellung (Fig.i)
und in Aktivierungsstellung (Fig. 2),
Fig. 3 die perspektivische Darstellung eines Sichcrheitsgurtaurrollers mit angebauter
erfindungsgeraäßer Kupplungsvorrichtung,
die sich in Einzelheiten von der Kupplungsvorrichtung gernäß Fig. 1 und
unterscheidet,
Fig. h eine Explosionsdarstellung der Kupplungsvorrichtung
genliß Vi:*. 3 in Zusammenhang
mit dem Sicherheitsgurtaufroll or gemäß
Fig. 5a und 5b die schematische Darstellung einer
zylindrischen Zugmittelrolle mit Umschlingungsabschnitt in perspektivischer
Darstellung und Draufsicht,
Fig. 6a und 6b eine andere Ausgestaltung der Zug-
mittelrolle in perspektivischer Darstellung und Draufsicht,
Fig. 7a und 7b eine letzte Ausführungsform der Zug-
mittelrolle in perspektivischer Darstellung
und Draufsicht,
Fig. 8 und 9 zwei Varianten einer Bremsvorrichtung
für das Zugmittel in schematischer Darstellung.
Dcim Ausführungsbei spiel gemäß den Fig. i und 2 ebenso
wie beim Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 3 und h ist
mit 1 eine scheibenartige Zugmittelrolle bezeichnet, die
gemäß Fig. 'f am Umfang mit einem gummiartigen Belag 2
versehen ist. Diese Zugmittelrolle ist unmittelbar fest verbunden mit einer anzutreibenden Welle, im Falle des
Ausführungsbeispieles gemäß Fig. 3 und 4 mit einer Wikkelwelle
eines Sicherheitsgurtaufrollers. Die Umfangflache
der Zugmittelrolle 1 ist mehrfach umschlungen von einen elastischen Zugmittel 3, das aus einem elastisch
biegebaren Material besteht, vorzugsweise in Form eines
Stahlseiles ausgebildet ist. Dieses Zugmittel 3 umschlingt mit einem Umschlingungsabschnitt 3' die Zugmittelrolle i
und besitzt einen freien(Endabschnitt, in dessen Verlauf
ein Bromselement in Form einer Feder ^i mit Widerlager 5
vorgesehen ist, wobei die Feder h das Zugmittel 3 mit
einer vorbestimmten Druckkraft gegen das Widerlager 5
drückt und dem Abzug des Zugmittels 3 eine vorbestimmte
Bremskraft N entgegensetzt. Das Zugmittel 3 besitzt ferner
einen Abschnitt 3'11, der in Verbindung steht mit
. Aa-
einer nicht weiter dargestellten Antriebsvorrichtung,
z.B. mit dem Antriebs- oder Hubelement eines sonsorgesteuerten Kraftspeichers, z.B. in Form eines pyrotechnischen
Antriebs bekannter Art. Figur 1 zeigt die unbetätigte Stellung der Kupplungsvorrichtung, in der
keine Kupplungsverbindung zwischen dem Zugmittel 3 und der Zugmittelrolle i besteht. Demgemäß ist zwischen
dem inneren Umfang des Zugmittels 3 und der Umfangsfläche der Zugmittelrolle 1 ein freier Abstand 6 vorhanden,
d.h. das Zugmittel 3 umschlingt die Zugmittelrolle i mit radialem Spiel. Wird nun auf das Zugmittel
in Pfeilrichtung S 2 infolge der Aktivierung der Antriebsvorrichtung
eine Zugkraft ausgeübt, so wird der Umschlingungsabschnitt 31 zusammengezogen, d.h. eingeschnürt
bis zum innigen Kontakt mit der Oberfläche der Zugmittelrolle 1. Dies wird ermöglicht durch die Bremskraft
N, die am Endabschnitt 3'1 wirksam ist. Mit der
Anlage des Zugmittels 3 am Außenumfang der Zugmittelrolle 1 erfolgt die eigentliche Kupplungsverbindung infolge
der Umschlingungsreibung nach dem Gesetz eroC.
Bei weiterem Zug am Zugmittel 3 entsteht über den vorgenannten Effekt ein so hoher Reibungsschluß zwischen
Zugmittel 3 und Zugmittelrolle 1, daß die Zugmittelrolle
1 und damit die anzutreibende Welle augenblicklich in Rotation versetzt wird, d.h. mitgenommen wird. Der
Antrieb erfolgt solange, bis der Endabschnitt 3'1 den
Wirkungsbereich der Bremseinrichtung h verläßt und damit
kein Reibungsschluß zwischen Zugmittel 3 und Zugmittelrolle i mehr vorhanden ist. Die aktivierte Stellung der
Kupplungsvorrichtung ist in Fig. 2 verdeutlicht. Über diese Kupplungsverbindung lassen sich sehr hohe Kräfte
übertraget, wobei bei entsprechend hohem Reibwert "2 z.B.
0,4 des Reibbelages 2 sehr günstig*e Übersetzungsverhältnisse zwischen Sl und S2 erreicht Airerden können entsprech.ee
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der Gesetzmäßigkeit Si = -^1I χ N und S2 = Si χ 6^2CC, wobei
^2 der Reibungskoeffizient der Zugmittelrollen-Orserflache
bzAV. des Zugmittels ist und CL der Umschlingungswinlcel am
Umschlingungsabschnitt 3' ist.
Eine besonders einfache konstruktive Ausgestaltung der Kupplungsvorrichtung in Verbindung mit einem Sicherheitsgurtaufroller
7 an sich bekannter Art zeigen die Fig. 3 und k. In bekannter Weise ist tragender Teil des Sicherheitsgurtauf
rollers 7 ein U-förmiger Rahmen 8, an dem eine Wickelwelle 9 drehbar gelagert ist, auf der ein flexibles
Gurtband 10 aufgewickelt ist. An der einen Seite von Wickelwelle 9 und Rahmen 8 befindet sich innerhalb eines entsprechenden
Gehäuses eine sensorgesteuerte Klinkensperreinrichtung
11 und daran anschließend wiederum innerhalb einer Abdeckung 12 eine Rückspulfeder, die verbunden ist mit der
Wickelwelle 9. Auf der anderen Seite von Wickelwelle 9 und Rahmen & angeordnet, bzw. an den freien Rahmenschenkel mittels
Schrauben 13 befestigt ist ein Gehäuse Ik. Innerhalb
dieses Gehäuses lh ist die scheibenförmige Zugmittelrolle i
angeordnet, die mit einer Innenverzahnung 15 versehen ist, die auf eine Außenverzahnung 16 an der anzutreibenden Wickelwelle
9 aufsteckbar ist, womit Zugmittelrolle 1 und Wickelwelle 9 drehfest miteinander verbünden sind. Für die Aufnahme
der Zugmittelrolle 1 ist im Inneren des Gehäuses I^ eine
käfig- oder kapselartige Ausnehmung 17 vorgesehen mit ringartiger,
zur Zugmittelrolle 1 konzentrischer Stützfläche, die beidseitig von ringartigen Schultern 18 begrenzt ist
und somit in Form einer nach innen hin offenen Nut ausgebildet ist. Diese Ausnehmung 17 bzw. die entsprechende konzentrische
Stützfläche ist beim Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 1 und 2 ebenfalls mit 18 bezeichnet. Wie insbesondere
Fig. h zeigt, ist diese Ausnehmung 17 von einer Sei-
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te des Gehäuses lh her frei zugänglich, d.h. sie ist
nach dieser Seite hin völlig offen. Wie ebenfalls die Fig. 3 und h zeigen, sind in die, dem freien
Schenkel des Rahmens S zugewandte Begrenzungsfläche 19 des Gehäuses ik spiralförmig verlaufende, nutartige
Kanäle 20 eingearbeitet, wobei der innerste Kanalabschnitt einen größeren Durchmesser hat als die Ausnehmung
17. Die lichte Weite dieser Kanäle 20, d.h. des spiralförmig verlaufenden Kanales ist um ein geringes
größer als die Stärke des als Stahlseil ausgebildeten Zugmittels 3. An der Stelle 21 befindet sich zwischen
der Ausnehmung 17 und dem innersten Abschnitt des spiralförmigen Kanales 20 in tangentialer Anordnung zur Ausnehmung
17 eine Durchführung für das Zugmittel 3. Ferner ist im Gehäuse lh eine nach außenführende Bohrung 22 vorgesehen,
die tangential in die Ausnehmung 17 einmündet und die dazu dient, den Zugmittelabschnitt 3stI gemäß
Fig. 1 der nicht dargestellten Antriebsvorrichtung zuzuführen. Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 und 2 ist
zur Bildung dieser Bohrung oder eines entsprechenden Durchführungsspaltes für das Zugmittel 3 die Ausnehmung
17 an dieser Stelle .unterbrochen, wie die Figuren zeigen.
Bei der Montage der Kupplungsvorrichtung wird zunächst das als Stahlseil ausgebildete Zugmittel 3 durch die
Bohrung 22 hilldurchgeführt, wonach der Umschlingungsabschnitt
3' gewickelt und in die Ausnehmung 17 hineingelegt wird. Durch die Eigenspannung des Zugmittel-Materials
legt sich dieser ümschlingungsabschnitt 3' des Zugmittels
an der ringartigen Stützfläche der Ausnehmung 17 mit Vorspannung
an, wobei ein Ilerausspringen dieses Umschlingunga;
abschnittes 3' aus der Ausnehmung 17 durch dia seitlichen
Schultern IS verhindert wird. Danach wird der Endabschnitt
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3Ι! in den spiralförmig verlaufenden Kanal 20 eingelegt,
in welchem sich das Zugmittel 3 wiederum mit mechanischer Vorspannung an den Kanalwänden abstützt. Zwischen
Ausnehmung 17 und Kanal 20 durchläuft das Zugmittel 3 die tangentiale Durchführung an der Stelle 21. Das so
fertig montierte Gehäuse lh wird auf die Seitenplatte des Rahmens 8 aufgesetzt und mittels der Schrauben 13
daran befestigt. In dieser Stellung befindet sich der Umschlingungsabschndtt 31 mit radialem Abstand von der
Umfangsflache der Zugmittelrolle i, wie Fig. 3 deutlich
zeigt und wie auch in Fig. 1 angedeutet. In dieser unbetätigten Normalstellung kann die Wickelwelle 9 ungehindert
zum freien Auf- und Abspulen des Gurtbandes 10 rotiert werden. Im Aktivierungsfalle, z.B. im Crash-Falle, wenn
also die Klinkensperreinrichtung il die Wickelwelle 9 sperrt, wird gleichzeitig die Antriebsvorrichtung z.B.
der pyrotechnische Treibsatz ausgelöst und das Zugmittel 3 wird am Abschnitt 3'·· in Pfeilrichtung gemäß Fig. 2 und
3 aus dem Gehäuse Ik herausgezogen. Es tritt wiederum die
schon beschriebene Wirkung ein, d.h. der Umschlingungsabschnitt 31 wird auf die Zugmittelrolle i durch Einschnüren
aufgebracht, was ermöglicht wird durch die Bremskraft am Endabschnitt 311 des Zugmittels 3. Beim Ausführungsbeispiel
gemäß Fig. 3 und k dient hierbei als Bremselement - statt
der Feder 4 gemäß Fig. 1 - die Reibungskraft, mit der sich
das elastische Zugmittel 3 an den Kanalwänden des spiralförmigen Kanales 20 abstützt. Diese Reibungskraft ist der
Abzugskraft entgegengesetzt und ermöglicht das vorbeschriebene Einschnüren des Umschlingungsabschnittes 311. Mit dem
Einschnüren ist der Kupplungsvorgang vollzogen und das von der Antriebsvorrichtung ausgehende Kraftmoment wird unverzb'-gert
übertragen auf die Wickelwelle 9, die sich augenblicklicht dreht und eine Rückstrammung des Gurtbandes 10 bewirkt,
11 -
Wie insb. Fig. 3 zeigt, ist beim vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel
der Umschlingungsabschnitt 3' relativ eng und ohne wesentliches axiales Spiel zwischen den
gehäusofesten Schultern 18 angeordnet. Bei Aktivierung
der Kupplungsvorrichtung, also beim Abziehen des Zugmittels 3 in Pfeinrichtung,wandert das als flexibles
Seil ausgebildete Zugmittel 3 entsprechend der Seilsteigung des ümschlingungsabschjnittes 3' in Pfeilrichtung
a gemäß Fig. 5b, beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 also in Richtung der inneren Schulter 18, wo es
auf der gehäusefesten Schulter 18 aufläuft und anschlägt,
verbunden mit unerwünschten Reibungskräften, die eine
freie Rotation der Zugmittelrolle 1 behindern. Zu diesem Zweck ist beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5a und 5b
auf der ZuginittelrolIe 1 z\iischen den gehäuseseitigen
Axialbegrenzungen, d.h. den Schultern 18 und dem Umschlingungsabschnitt 3'jZumindest in Pfeilrichtung a
soviel axialer Freiraum 33 vorhanden, daß das Zugmittel 3 bei seiner axialen Bewegung oder Wanderung in Pfeilrichtung
a, z.B. bei einem oder bei zwei Umdrehungen der Zugmittelrolle
bis zum Abschluß der Rückstrammbewegung, nicht an der Schulter 18 anstößt.
Die Ausführungsbeispiele gemäß den Fig. 6 und 7 zeigen eine Anordnung, bei der ein solcher Freiraum aus Platzgründen,
d.h. bei räumlich enger Bauweise der Vorrichtung, nicht möglich ist. Beim AusführungsbeispM gemäß Fig. 6a und 6b besitzt
die ZugmittelrolJe I1 in Axialrichtung a eine Radialschulter
30,die beim Ausführungsbeispiel keilförmig abgeschrägt
ist. Diese Radial schulter 30 bildet für das sich beim Abspulen axial bewegende Zugmittel 3 einen Anschlag
und begrenzt die Wanderbewegung des Zugmittels 3· Aufgrund der Flexibilität und Nachgiebigkeit des Zugmittels 3 erfolgt
mit der Begrenzung der axialen Bewegung des Zugmittels an
- 12 - \
der Radialschulter 30 zumindest keine nennenswerte axiale
Druckeinwirkung auf die Zugmittelrolle 1', d.h. keine
axiale Verschiebung der Zuraittelrolle I1 selbst.
13eira Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 7a und 7ΐ>
besitzt die Zugmittelrolle I11 eine umlaufende Keilrille 31 mit
V-förmig aufeinanderstellenden Radialschultern 32. Die mittlere
Entfernung der Radialschultern 32 entspricht etwa der Stärke, d.h. der Seilstärke des Zugmittels 3. Hierbei besteht
der Umschlingungsabschnitt lediglich aus nahezu einer
Zugmittel-Umschlingung, wie insb. Fig. 7a zeigt. Dieser
cinlagige umschlingungsabschnitt liegt an den V-förmigen Radialschultern 32 an, wodurch eine ausreichend große
Schlingreibung zustande kommt. In die vorbeschriebenen Figuren ist wiederum mit S2 die Richtung angegeben, in der
das Zugmittel 3 von der Zugmittelrolle bei Aktivierung der Antriebsvorrichtung abgezogen wird. Der andere Zugmittelabschnitt
3TI ist bei Aktivierung des Systems einer Bremskraft
ausgesetzt. Figuren 8 und 9 zeigen, wie solche Bremse 1 entente ausgebildet sein können. Bei Fig. 8 durchläuft das Zugmittel
3 an dem Zugmittelabschnitt 3!t eine, eine Schikane darstellende
Bremsvorrichtung in Form von z.B. drei Bremselementen
3J* in Form/stationären Stiften oder dergleichen,
zwischen denen das Zugmittel 3 geführt und an dieser Stelle verformt und damit gebremst wird. In Fig. 9 ist angedeutet,
daß ein solches Bremselement 35 auch in Form einer gekrümmten
Führungsbahn für das Zugmittel 3 ausgebildet sein kann.
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