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Die
Erfindung betrifft einen Gurtstraffer für ein Sicherheitsgurtsystem,
mit einem in einem Gehäuse
drehbar gelagerten Ritzel, einer Antriebseinheit und einer Zahnstange,
deren Verzahnung mit dem Ritzel in direktem Eingriff steht oder
gelangt und die mittels der Antriebseinheit antreibbar ist.
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Ein
derartiger Gurtstraffer ist beispielsweise aus der
DE 103 42 283 A1 bekannt.
Als Antriebseinheit ist eine pyrotechnische Treibladung vorgesehen. Diese
erzeugt ein Druckgas, das den Kolben einer Kolben-Zylinder-Einheit
beaufschlagt, der im Zylinder längsverschiebbar
geführt
ist. Der Kolben ist mit einer Zahnstange gekoppelt, die über ein
Ritzel die Welle eines Gurtaufrollers antreibt, um in einem Rückhaltefall
Gurtbandlose einzuziehen.
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Demgegenüber schafft
die Erfindung einen Gurtstraffer, der sich durch eine hohe Straffleistung bei
gleichzeitig besonders kompakter Bauweise auszeichnet.
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Erfindungsgemäß wird dies
bei einem Gurtstraffer der eingangs genannten Art dadurch erreicht, daß die Zahnstange
die Form eines Kreisbogens aufweist und sich bei Aktivierung der
Antriebseinheit auf einer Kreisbahn bewegt. Unter Kreisbogen ist
in diesem Zusammenhang insbesondere auch ein Vollkreis zu verstehen,
der ja gerade einen Kreisbogen mit einem Zentriwinkel von 360° darstellt.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung
läßt sich
gegenüber
der aus dem Stand der Technik bekannten linearen Zahnstange, die
sich auf einer linearen Bahn bewegt, insbesondere die Baulänge des
Gurtstraffers deutlich reduzieren und der Straffweg wesentlich vergrößern. Natürlich könnte anstelle
einer kreisbogenförmigen
Zahnstange auch eine anders gekrümmte Zahnstange
verwendet werden, die sich auf einer gekrümmten Bahn, beispielsweise
einem Oval, bewegt. Allerdings müßte dann
(aufgrund des nicht konstanten Krümmungsradius) die Zahnstange
biegsam ausgeführt
sein.
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Vorzugsweise
ist der Mittelpunkt der Kreisbahn gegenüber der Drehachse des Ritzels
versetzt. Auf diese Weise läßt sich
auch bei einem vergleichsweise großen Kreisbahnradius ein direkter
Eingriff der Zahnstange mit dem Ritzel realisieren, so daß auf weitere
Zahnräder
zur Kräfteübertragung
verzichtet werden kann.
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Zur
Erhöhung
der Stabilität
kann ein Drehflügel
vorgesehen sein, über
den die Zahnstange im Mittelpunkt der Kreisbahn drehbar am Gehäuse gelagert
ist.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform weist
die Zahnstange ein Angriffselement für die Antriebseinheit auf,
das einen größeren radialen
Abstand vom Mittelpunkt der Kreisbahn aufweist als die Verzahnung.
Da also die auf das Angriffselement wirkende Antriebskraft über einen
längeren
Hebelarm verfügt
als die durch die Verzahnung auf das Ritzel übertragene Kraft, genügt aufgrund
der Drehmomenterhaltung eine vergleichsweise geringe Antriebskraft am
Angriffselement zur Drehung des Ritzels, weshalb die Bauteilbelastung
für das
antreibende Element gegenüber
bekannten Systemen deutlich geringer ist.
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Um
ein besonders rasches Ansprechen des Gurtstraffers zu gewährleisten,
umfaßt
die Antriebseinheit vorteilhaft einen pyrotechnischen Antrieb. Alternativ
könnte
jedoch auch ein elektrischer oder mechanischer Antrieb zum Einsatz
kommen.
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Das
Angriffselement kann als Druckfläche ausgebildet
und in einer Druckkammer angeordnet sein, die die Kreisbahn zumindest
teilweise umgibt.
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Die
Antriebseinheit weist bevorzugt ein Kraftübertragungselement auf, das
kraftschlüssig
oder direkt mit dem Angriffselement gekoppelt ist und dieses bei
Aktivierung der Antriebseinheit mit der Antriebskraft beaufschlagt.
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Insbesondere
ist das Kraftübertragungselement
einstückig
mit dem Angriffselement ausgebildet.
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Bei
dem Kraftübertragungselement
kann es sich um eine rohrförmige
Hülse handeln.
Diese kann beispielsweise durch das von einem pyrotechnischen Antrieb
erzeugte Druckgas beaufschlagt und dadurch entlang der Kreisbahn
bewegt werden. Zu diesem Zweck sollte die Hülse ebenfalls die Form eines Kreisbogens
aufweisen oder biegsam ausgestaltet sein.
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Alternativ
kann das Kraftübertragungselement
ein Kolben sein, der insbesondere wiederum kreisbogenförmig ausgebildet
und im Inneren eines kreisbogenförmigen
Zylinders angeordnet ist.
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Natürlich kann
das Kraftübertragungselement
auch mehrere Kugeln umfassen, von denen eine direkt an das Angriffselement
angreift.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung mehrerer bevorzugter Ausführungsformen anhand der beigefügten Zeichnung.
In dieser zeigt:
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1 eine
schematische Schnittansicht eines Gurtstraffers gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung im Einbauzustand vor einer Aktivierung;
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2 eine
Schnittansicht des Gurtstraffers aus 1 nach dem
Aktivieren des Gurtstraffers;
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3 eine
schematische Darstellung der beim Gurtstraffer aus 1 auftretenden
Kräfte
und Drehmomente;
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4 eine
Skizze der an der Zahnstange angreifenden Kräfte;
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5 eine
zweite Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Gurtstraffers
im Einbauzustand in Perspektivansicht (a) bzw. in Schnittansicht
(b);
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6 den
Gurtstraffer aus 5 nach einem Straffvorgang,
wiederum in Perspektivansicht (a) bzw. in Schnittansicht (b);
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7 einen
Gurtstraffer gemäß einer
dritten Ausführungsform
der Erfindung im Einbauzustand in Perspektivansicht (a) bzw. in
Schnittansicht (b);
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8 den
Gurtstraffer aus 7 nach einem Straffvorgang,
wiederum in Perspektivansicht (a) bzw. in Schnittansicht (b);
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9 einen
Gurtstraffer gemäß einer
vierten Ausführungsform
der Erfindung im Einbauzustand in Perspektivansicht (a) bzw. in
Schnittansicht (b);
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10 den
Gurtstraffer aus 9 nach einem Straffvorgang,
wiederum in Perspektivansicht (a) bzw. in Schnittansicht (b);
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11 eine
Schnittansicht eines Gurtstraffers gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung im
Einbauzustand;
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12 eine
Schnittansicht des Gurtstraffers aus 11 nach
einem Straffvorgang;
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13 eine
Schnittansicht eines Gurtstraffers gemäß einer sechsten Ausführungsform
der Erfindung im Einbauzustand; und
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14 eine
Schnittansicht des Gurtstraffers aus 13 nach
einem Straffvorgang.
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1 zeigt
einen Gurtstraffer 10 gemäß einer ersten Ausführungsform
der Erfindung. Der Gurtstraffer 10 weist ein Gehäuse 12 auf
das mit dem Aufrollergehäuse 13 eines
Gurtaufrollers verbunden, insbesondere einstückig mit diesem ausgeführt ist.
In einer Vertiefung 14 im Inneren des Gehäuses 12 ist ein
Ritzel 16 drehbar gelagert, das in einem Rückhaltefall
an die Welle des Gurtaufrollers ankoppelbar ist. Die Drehachse des
Ritzels 16 ist mit A bezeichnet.
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Weiterhin
weist der Gurtstraffer 10 eine Zahnstange 18 auf,
deren Verzahnung 20 mit dem Ritzel 16 kämmt. Die
Zahnstange 18 hat die Form eines Kreisbogens, hier eines
Viertelkreisbogens, und kann sich auf einer Kreisbahn K um den Mittelpunkt M
bewegen, um das Ritzel 16 anzutreiben. Die Zahnstange 18 weist
ein Angriffselement 22 auf, hier einen vom Mittelpunkt
M aus gesehen radial nach außen weisenden
Flügel,
der in einer teilringförmigen
Ausnehmung 24 im Gehäuse 12 angeordnet
ist. Das Angriffselement 22 weist also einen größeren radialen Abstand
vom Mittelpunkt M der Kreisbahn K auf als die Verzahnung 20.
Ebenfalls in der unmittelbar radial außerhalb der Kreisbahn K verlaufenden
Ausnehmung 24 angeordnet ist eine Antriebseinheit 26,
die in der 1 nur angedeutet ist und bei
Aktivierung auf das Angriffselement 22 einwirkt.
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Wie
aus 1 ersichtlich ist, fällt der Mittelpunkt M der Kreisbahn
K nicht mit der Drehachse A des Ritzels 16 zusammen.
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Im
normalen Fahrbetrieb ist der Gurtstraffer
10 nicht mit
der Welle des Gurtaufrollers verbunden. In einem Rückhaltefall
wird das Ritzel
16 an die Gurtaufrollerwelle angekoppelt
und gleichzeitig oder bereits zuvor die Antriebseinheit
26 aktiviert,
bei der es sich um eine elektrische, eine mechanische oder eine pyrotechnische
Einheit handeln kann. Die Antriebseinheit
26 treibt die
Zahnstange
18 in der
1 entgegen
dem Uhrzeigersinn an (siehe
2), indem sie
das Angriffselement
22, das sich in der Ausnehmung
24 im
Gehäuse
bewegen kann, mit einer Antriebskraft F
A beaufschlagt
(vgl.
3). Dadurch wird ein Drehmoment M
A der
Zahnstange
18 bezüglich des
Mittelpunkts M erzeugt, welches gleich dem Produkt der Antriebskraft
F
A und dem Antriebsradius r
A (Abstand
des Angriffspunkts der Kraft F
A am Angriffselement
22 vom
Mittelpunkt M der Kreisbahn) ist. Da der Antriebsradius r
A größer als
der Radius r
V der Verzahnung
20 ist,
kann durch eine relativ geringe Kraft F
A ein
Drehmoment M
A erzeugt werden, welches am Ritzel
16 als
vergleichsweise große
Kraft F
R abgeleitet werden kann. Die Kraft
F
R wiederum erzeugt am Ritzel
16 ein
Drehmoment M
R, welches dem effektiven Aufrollermoment
entspricht und an einer Gurtspule mit dem Radius r
Sp eine
Gurtbandkraft F
GB bewirkt. Dabei gilt für die auf
das Ritzel
16 wirkende Kraft F
R:
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Die
Gurtbandkraft berechnet sich im idealen Fall zu:
wobei r
R den
Radius des Ritzels
16 bezeichnet.
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In 4 ist
noch einmal das Hebelverhältnis an
der Zahnstange 18 verdeutlicht. Durch den größeren Hebelarm
rA wird die Antriebskraft FA in
eine größere Kraft
FR übersetzt,
die durch die Verzahnung 20 auf das Ritzel 16 ausgeübt wird.
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5 zeigt
einen Gurtstraffer 10 gemäß einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung, wobei gleiche oder funktionsgleiche Bauteile gleiche
Bezugszeichen tragen und im folgenden nur auf die Unterschiede zur
ersten Ausführungsform
eingegangen wird.
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Beim
Gurtstraffer 10 gemäß 5 umfaßt die Antriebseinheit 26 einen
pyrotechnischen Antrieb 28, der über eine Bohrung 30 im
Gehäuse 12 mit
der Ausnehmung 24 in Verbindung steht. Die Zahnstange 18,
die über
einen Drehflügel 32 im
Mittelpunkt M der Kreisbahn K drehbar am Gehäuse gelagert ist, ist im Inneren
eines teilkreisringförmigen
Kanals 34 angeordnet. Im Bereich der Ausnehmung 24 für das Angriffselement 22 geht
der Kanal 34 direkt in die Ausnehmung 24 über. Die
Ausnehmung 24 ist als Druckkammer ausgebildet, und das
Angriffselement 22 weist eine Druckfläche auf.
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Im
Rückhaltefall
wird der pyrotechnische Antrieb 28 aktiviert und erzeugt
ein Druckgas, das über die
Bohrung 30 in die als Druckkammer gestaltete Ausnehmung 24 strömt und dadurch
das Angriffselement 22 mit Druck beaufschlagt. Dadurch
wird die Zahnstange 18 in eine Drehbewegung entgegen dem Uhrzeigersinn
versetzt, die wiederum das Ritzel 16 antreibt (6).
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Die 7 und 8 zeigen
einen Gurtstraffer gemäß einer
dritten Ausführungsform
der Erfindung, der sich von der Ausführungsform der 5 und 6 lediglich
dadurch unterscheidet, daß ein Kraftübertragungselement
in Form einer rohrförmigen
Hülse 36 vorgesehen
ist, die hier einstückig
mit dem Angriffselement 22 sowie der Zahnstange 18 ausgebildet
ist. Die Hülse 36 weist
wie die Zahnstange 18 Kreisbogenform auf und ist im nicht
aktivierten Zustand des Gurtstraffers 10 über ein
ebenfalls kreisbogenförmiges
Rohr 38 geführt.
Das Rohr 38, das ebenso wie die Hülse 36 im Inneren
der als Druckkammer ausgebildeten Ausnehmung 24 angeordnet ist,
dient der Führung
der Hülse 36,
die sich bei einer Druckbeaufschlagung des Angriffselements 22 im Uhrzeigersinn
(7b) bewegt und dadurch das Ritzel 16 antreibt.
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Bei
der vierten Ausführungsform
des Gurtstraffers 10 gemäß den 9 und 10 ist
als Kraftübertragungselement
ein gekrümmter
Kolben 40 vorgesehen, der in einer ebenfalls kreisbogenartig gekrümmten Zylinderhülse 41 geführt ist.
Der Kolben 40 wird durch den pyrotechnischen Antrieb 28 an
seinem dem Antrieb zugewandten Ende 42 mit Druckgas beaufschlagt
und treibt durch die kraftschlüssige Kopplung
mit dem Angriffselement 22 die Zahnstange 18 und
somit auch das Ritzel 16 im Uhrzeigersinn (10b)
an. Optional kann eine Anfahrdämpfung 44 zwischen
dem Kolben 40 und dem Angriffselement 22 sowie
eine Endlagendämpfung 46 am
endseitigen Anschlag 48 des Kanals 34 bzw. der
Ausnehmung 24 vorgesehen sein.
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Die 11 und 12 zeigen
eine fünfte Ausführungsform
der Erfindung, die derjenigen der 9 und 10 sehr ähnlich ist.
Der Gurtstraffer 10 gemäß den 11 und 12 weist
als Kraftübertragungselement
mehrere Kugeln 50 auf, die mit dem vom pyrotechnischen
Antrieb 28 erzeugten Druckgas beaufschlagt werden und über die
kraftschlüssige
Kopplung mit dem Angriffselement 22 die Zahnstange 18 und
somit das Ritzel 16 im Uhrzeigersinn antreiben.
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In
den 13 und 14 ist
eine sechste Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Gurtstraffers 10 dargestellt,
der sich vom Gurtstraffer 10 gemäß den 5 und 6 im
wesentlichen dadurch unterscheidet, daß die Zahnstange 18 die
Form eines Vollkreises anstelle eines Viertelkreisbogens aufweist.
Aufgrund der größeren Bogenlänge der
teilringförmigen
Ausnehmung 24 für
das Angriffselement 22 (hier etwa 5/8 des Vollkreises)
weist der Gurtstraffer 10 gemäß den 13 und 14 zudem
eine höhere
Straffleistung auf.
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Sämtliche
Ausführungsformen
des erfindungsgemäßen Gurtstraffers 10 zeichnen
sich durch eine kompakte Bauweise und gleichzeitig eine hohe Straffleistung
aus. Durch unterschiedliche Wahl der Zahnstange 18 und
des Ritzels 16, insbesondere betreffend Zähnezahl
und Teilkreisdurchmesser, lassen sich unterschiedliche Straffleistungen
realisieren. Aufgrund der Hebelwirkung (vgl. 4) läßt sich auch
durch eine vergleichsweise geringe Antriebsenergie eine große Straffleistung
erzielen. Gleichzeitig wird die Bauteilbelastung reduziert. Das
System ist aufgrund der wenigen Bauteile sehr kostengünstig und
läßt sich
auch ohne Kupplung realisieren, wenn die Zahnstange 18 vor
der Aktivierung des Gurtstraffers 10 sowie nach dem Straffvorgang
nicht mit dem Ritzel 16 in Eingriff steht, sondern nur
für die
Zeitdauer des Straffens mit diesem in Eingriff gelangt. Dann kann
das Ritzel 16 ständig
mit der Welle des Gurtaufrollers gekoppelt sein.