DE10117789A1

DE10117789A1 - Seat belt take-up roller for use in motor vehicle has brake disc on spindle connected to roller by dog clutch and engaged by piston displaced by pyrotechnic charge

Info

Publication number: DE10117789A1
Application number: DE10117789A
Authority: DE
Inventors: Norbert Ellerbrok; Andreas Huber; Martin Roehrle
Original assignee: TRW Occupant Restraint Systems GmbH
Current assignee: ZF Automotive Germany GmbH
Priority date: 2000-04-19
Filing date: 2001-04-10
Publication date: 2001-10-25
Anticipated expiration: 2021-04-11
Also published as: DE20007238U1; DE10117789B4

Abstract

The take-up roller (12) has a central inner (28) and outer (26) spindle connected together and to the roller at their ends (34,32). The spindles may act as torsional springs. There is an actuating device (52) at one end of the roller and the disc brake (20) is at the other end, together with blocking teeth (24) and the pyrotechnic device which pressed a brake lever against the disc.

Description

Die Erfindung betrifft einen Gurtaufroller für einen Fahrzeug-Sicherheitsgurt, mit zwei Energieaufnahmeelementen, die eine schaltbare Kraftbegrenzungsvor richtung bilden.The invention relates to a belt retractor for a vehicle seat belt, with two energy absorption elements, which have a switchable force limitation form direction.

Die Energieaufnahmeelemente des Gurtaufrollers dienen dazu, eine kontrol lierte Rückdrehung der Gurtspule, also in der Gurtband-Abzugsrichtung, bei an sich blockiertem Gurtaufroller zu ermöglichen, wenn übermäßig hohe Kräfte in dem vom Gurtaufroller bereitgestellten Sicherheitsgurt wirken. Auf diese Weise wird eine Kraftbegrenzungsfunktion erzielt, mittels der verhindert werden kann, daß ein vom Sicherheitsgurt zurückgehaltener Fahrzeuginsasse bei einem Unfall übermäßig hohen Belastungen ausgesetzt wird, die zu Verletzungen führen könn ten. Allgemein ausgedrückt ermöglicht der mit der Kraftbegrenzungsfunktion versehene Gurtaufroller eine kontrollierte Vorwärtsbewegung des Oberkörpers des Fahrzeuginsassen, die letztendlich durch plastische Verformung der Energie aufnahmeelemente ermöglicht wird.The energy absorption elements of the belt retractor are used to control gated backward rotation of the belt reel, i.e. in the webbing take-off direction, at to allow the retractor to jam when excessive force is in the seat belt provided by the belt retractor. In this way a force limiting function is achieved which can be used to prevent that a vehicle occupant restrained by the seat belt in the event of an accident exposed to excessive loads that could result in injury Generally speaking, this enables with the force limiting function provided belt retractor a controlled forward movement of the upper body of the vehicle occupant, which ultimately results from plastic deformation of the energy receiving elements is made possible.

Es wurden verschiedene Konzepte vorgeschlagen, um die Gurtbandkraft zu beeinflussen, ab der es zu der kontrollierten Rückdrehung der Gurtspule kommt. Auf diese Weise soll eine Anpassung an beispielsweise das Gewicht des zurück zuhaltenden Fahrzeuginsassen oder die Schwere des Unfalls herbeigeführt wer den. Ein Ansatz zur Beeinflussung der Gurtbandkraft besteht darin, eines der Energieaufnahmeelemente selektiv zu- oder abzuschalten. Hierbei besteht das Problem, daß der entsprechende Schaltvorgang auch bei gesperrtem Gurtaufroller zuverlässig funktionieren muß.Various concepts have been proposed to increase the webbing force influence from which there is a controlled backward rotation of the belt reel. In this way, an adjustment to, for example, the weight of the back vehicle occupants or the severity of the accident the. One approach to influencing the webbing force is to use one of the Selectively switch energy absorption elements on or off. Here is the Problem that the corresponding switching process even when the belt retractor is locked must function reliably.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Gurtaufroller der eingangs ge nannten Art dahingehend weiterzubilden, daß der Verlauf der Widerstandskraft, der einer Rückdrehung der Gurtspule von den Energieaufnahmeelementen entge gengesetzt wird, auch während einer Rückdrehung der Gurtspule zuverlässig ver ändert werden kann.The object of the invention is a belt retractor of the beginning named kind in such a way that the course of the resistance, which counteracts a reverse rotation of the belt reel from the energy absorption elements is set, ver even during a reverse rotation of the belt reel can be changed.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß ein Gurtaufroller vorgesehen, mit einer Gurtspule, die drehbar in einem Rahmen gelagert ist, einer Sperrscheibe zum Blockieren der Gurtspule, zwei Energieaufnahmeelementen, die beide an einem axialen Ende drehfest mit der Sperrscheibe verbunden sind, wobei am an deren axialen Ende das erste Energieaufnahmeelement drehfest mit der Gurtspule verbunden ist und das zweite Energieaufnahmeelement mittels einer Kupplung mit der Gurtspule lösbar drehfest verbunden ist. Mit dem Einsatz der beiden par allelgeschalteten Energieaufnahmeelemente ist der Torsionswiderstand groß ge nug, um beispielsweise auch die bei einem schweren Fahrzeuginsassen am Si cherheitsgurt auftretenden Kräfte aufzunehmen. Durch das Lösen der Verbindung zwischen der Gurtspule und dem zweiten Energieaufnahmeelement wird erreicht, daß die während der Vorverlagerung beispielsweise eines leichteren Insassen auf ihn wirkenden Rückhaltekräfte an sein Gewicht angepaßt werden können.To achieve this object, a belt retractor is provided according to the invention, with a belt spool, which is rotatably mounted in a frame, a locking disc to block the belt reel, two energy absorption elements, both on an axial end are rotatably connected to the locking washer, on the axial end of which the first energy absorption element rotates with the belt reel is connected and the second energy absorption element by means of a clutch is detachably non-rotatably connected to the belt spool. With the use of the two par Allele-connected energy absorption elements, the torsional resistance is large not enough to include, for example, those with a heavy vehicle occupant on Si absorbing seat belt forces. By loosening the connection is achieved between the belt reel and the second energy absorption element, that during the forward displacement of a lighter occupant, for example restraining forces acting on it can be adapted to its weight.

Vorzugsweise ist vorgesehen, daß die Kupplung eine Muffe enthält, durch die das zweite Energieaufnahmeelement lösbar drehfest mit der Gurtspule verbunden ist, und daß die Muffe durch eine Betätigungsvorrichtung beaufschlagbar ist. Die Muffe ermöglicht es auf mechanisch einfache und robuste Weise, eines der Ener gieaufnahmeelemente von der Gurtspule abzukoppeln, so daß sich eine geringer Gurtbandabzugskraft ergibt.It is preferably provided that the coupling contains a sleeve through which the second energy absorption element is detachably connected in a rotationally fixed manner to the belt reel is, and that the sleeve can be acted upon by an actuator. The Socket enables one of the Ener in a mechanically simple and robust way Uncouple the gi absorbing elements from the belt reel, so that there is less Belt pull force results.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteran sprüchen.Advantageous embodiments of the invention result from the subordinate sayings.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf verschiedene Ausführungsformen beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. In diesen zeigen:The invention is described below with reference to various embodiments, which are illustrated in the accompanying drawings. In show this:

Fig. 1 in einer teilgeschnittenen, perspektivischen Ansicht einen erfindungs gemäßen Gurtaufroller; Figure 1 is a partially sectioned, perspective view of a belt retractor according to the Invention.

Fig. 2 in einer vergrößerten Teilansicht den Kupplungsmechanismus des Gurtaufrollers von Fig. 1; FIG. 2 shows an enlarged partial view of the coupling mechanism of the belt retractor from FIG. 1;

Fig. 3 in einer vergrößerten Teilansicht den Kupplungsmechanismus eines Gurtaufrollers gemäß einer zweiten Ausführungsform bei nicht ausgelöster Betä tigungsvorrichtung; Figure 3 is an enlarged partial view of the clutch mechanism of a belt retractor according to a second embodiment with actuation device not triggered.

Fig. 4 in einer vergrößerten Teilansicht den Kupplungsmechanismus eines Gurtaufrollers gemäß einer zweiten Ausführungsform bei ausgelöster Betäti gungsvorrichtung; und Fig. 4 in an enlarged partial view of the clutch mechanism of a belt retractor according to a second embodiment with the actuation device triggered; and

Fig. 5 in einem Diagramm die Kennlinien der Gurtbandkraft in Abhängigkeit vom Gurtbandauszug bei verschiedenen Kraftbegrenzungszuständen eines erfin dungsgemäßen Gurtaufrollers. Fig. 5 in a diagram the characteristics of the webbing force as a function of the webbing extension at various force limiting states of a belt retractor according to the invention.

In Fig. 1 ist ein Gurtaufroller gezeigt, der einen Rahmen 10 aufweist, in wel chem eine Gurtspule 12 drehbar gelagert ist. Die Gurtspule 12 weist zwei Flan sche 14, 16 auf, zwischen denen ein Sicherheitsgurt 18 aufgewickelt werden kann. Eine Sperrscheibe 20 befindet sich am bezüglich Fig. 1 linken axialen Ende der Gurtspule 12. An dieser ist eine Sperrklinke 22 gelagert, die von (einem nicht dar gestellten) herkömmlichen Sperrmechanismus in eine Sperrverzahnung 24, die im Rahmen 10 angebracht ist, eingesteuert werden kann.In Fig. 1, a belt retractor is shown, which has a frame 10 , in which chem a belt spool 12 is rotatably mounted. The belt reel 12 has two flanges 14 , 16 , between which a seat belt 18 can be wound. A locking disk 20 is located at the left axial end of the belt spool 12 with respect to FIG. 1. On this a pawl 22 is mounted, which can be controlled by (a not shown) conventional locking mechanism in a locking toothing 24 , which is attached in the frame 10 .

Im Inneren der Gurtspule 12 befinden sich ein Torsionsrohr 26 und ein Tor sionsstab 28, die als Energieaufnahmeelemente dienen. Das Torsionsrohr 26 ist an seinem bezüglich Fig. 1 linken axialen Ende 30 drehfest mit der Sperrscheibe 20 verbunden. An seinem bezüglich Fig. 1 rechten axialen Ende 32 ist das Torsions rohr 26 drehfest mit der Gurtspule 12 verbunden. Der Torsionsstab 28 ist eben falls an seinem bezüglich Fig. 1 linken axialen Ende 34 drehfest mit dem Tor sionsrohr 26 verbunden. Zur drehfesten Verbindung kann hier jeweils eine Keil wellenverzahnung verwendet werden. An seinem bezüglich Fig. 1 rechten axialen Ende endet der Torsionsstab 28 in einem zu diesem koaxialen und im wesentli chen zylinderförmigen Endstück 36, das einen größeren Außendurchmesser hat als der Torsionsstab 28 selbst. Das Endstück weist mehrere Nuten 38 auf, von denen in der Ansicht von Fig. 1 nur eine zu sehen ist.Inside the belt spool 12 are a torsion tube 26 and a gate sion rod 28 , which serve as energy absorption elements. The torsion tube 26 is non-rotatably connected to the locking disk 20 at its left axial end 30 with respect to FIG. 1. At its right axial end 32 with respect to FIG. 1, the torsion tube 26 is connected in a rotationally fixed manner to the belt reel 12 . The torsion bar 28 is just if rotated at its left axial end 34 with respect to FIG. 1 with the gate tube 26 . A spline shaft toothing can be used here for the rotationally fixed connection. At its right axial end with respect to FIG. 1, the torsion bar 28 ends in an end piece 36 which is coaxial and essentially cylindrical, and which has a larger outer diameter than the torsion bar 28 itself. The end piece has a plurality of grooves 38 , one of which in the view only one can be seen from FIG. 1.

Radial außerhalb des Endstücks 36 ist eine Muffe 40 angeordnet, die form schlüssig in die Nuten 38 eingreift, so daß sie drehfest mit dem Endstück verbun den ist, aber in axialer Richtung relativ zum Torsionsstab 28 verschiebbar ist. Die Muffe 40 ist in gleicher Weise drehfest, aber axial verschiebbar an der Gurtspule angebracht, wobei hier Schlitze 50 verwendet werden, um eine formschlüssige Verbindung zwischen der Muffe und der Gurtspule herzustellen.Radially outside of the end piece 36 , a sleeve 40 is arranged, which engages positively in the grooves 38 so that it is non-rotatably connected to the end piece, but is displaceable in the axial direction relative to the torsion bar 28 . The sleeve 40 is attached to the belt spool in a rotationally fixed but axially displaceable manner, slots 50 being used here to establish a positive connection between the sleeve and the belt spool.

In einem ringförmigen Hohlraum 48 ist eine Membran 42 (siehe auch Fig. 2) angeordnet, die einen sich relativ zur Mittelachse des Torsionsstabes radial er streckenden Flanschabschnitt und einen sich in axialer Richtung erstreckenden Hülsenabschnitt aufweist. Der Flanschabschnitt liegt der Muffe 40 im Ausgangszu stand in geringem Abstand gegenüber, und der Hülsenabschnitt ist in einem Schlitz 44 geführt, in welchem ein Ring 46 angeordnet ist. Der Hohlraum 48 ist von der Membran 42 in eine der Gurtspule zugewandte Kammer 48a, die sich in den Figuren links von der Membran befindet, und eine von der Gurtspule abge wandte Kammer 48b unterteilt, die sich rechts von der Membran befindet. Die Muffe zusammen mit der Membran bildet eine Kupplung, speziell eine Klauen- Kupplung, mittels der das Endstück 36 des Torsionsstabes mit der Gurtspule ge koppelt werden kann.In an annular cavity 48 , a membrane 42 is arranged (see also FIG. 2), which has a flange section which extends radially relative to the central axis of the torsion bar and a sleeve section which extends in the axial direction. The flange portion of the sleeve 40 in the standby stood at a short distance from each other, and the sleeve portion is guided in a slot 44 in which a ring 46 is arranged. The cavity 48 is divided by the membrane 42 into a chamber 48 a facing the belt spool, which is located in the figures to the left of the membrane, and a chamber 48 b facing away from the belt spool, which is located to the right of the membrane. The sleeve together with the membrane forms a coupling, especially a claw coupling, by means of which the end piece 36 of the torsion bar can be coupled to the belt reel.

Es ist eine pyrotechnische Einheit 52 vorgesehen, die mit der Kammer 48b in Strömungsverbindung steht. Somit kann die Kammer 48b mit Druck beaufschlagt werden, wenn die pyrotechnische Einheit gezündet wird und ein unter Druck ste hendes Gas erzeugt. Die pyrotechnische Einrichtung bildet eine Betätigungsvor richtung, mittels der die Kupplung betätigt werden kann.A pyrotechnic unit 52 is provided which is in flow connection with the chamber 48 b. Thus, the chamber 48 b can be pressurized when the pyrotechnic unit is ignited and generates a gas under pressure. The pyrotechnic device forms an actuating device by means of which the clutch can be actuated.

Die Funktionsweise des beschriebenen Gurtaufrollers ist die folgende: Im Ausgangszustand, der in Fig. 1 gezeigt ist, greift die Muffe 40 in das Endstück des Torsionsstabes ein, so daß dieser drehfest mit der Gurtspule verbunden ist. Wenn die Sperrklinke 22 in fahrzeug- oder gurtbandsensitiver Weise in die Sperrverzah nung 24 des Rahmens 10 eingesteuert wird, ist die Gurtspule 12 aufgrund des vom Torsionsstab und vom mit diesem parallelgeschalteten Torsionsrohr bereitgestell ten Torsionswiderstandsmomentes zunächst gegen eine Drehung in der Abwickel richtung des Sicherheitsgurts 18 blockiert. Erst wenn durch ausreichend hohe Zugkraft im Gurtband ein Drehmoment auf die Gurtspule aufgebracht wird, das größer ist als das Torsionswiderstandsmoment, ergibt sich eine Relativdrehung zwischen der Gurtspule 12 und der Sperrscheibe 20, so daß Gurtband bei an sich blockiertem Gurtaufroller abgezogen werden kann. Hierzu zeigt Fig. 5a den Verlauf der Gurtbandabzugskraft F über Länge s des abgezogenen Gurtbandes, die sich durch Addition der vom Torsionsrohr 26 bereitgestellten Widerstandskraft F₂₆ und der vom Torsionsstab 28 bereitgestellten Widerstandskraft F₂₈ ergibt.The operation of the belt retractor described is as follows: In the initial state, which is shown in FIG. 1, the sleeve 40 engages in the end piece of the torsion bar so that it is connected to the belt spool in a rotationally fixed manner. If the pawl 22 is controlled in a vehicle or webbing sensitive manner in the ratchet toothing 24 of the frame 10 , the belt spool 12 is initially blocked due to the torsion bar and torsion resistance torque provided by this in parallel with this torsion torque against rotation in the unwinding direction of the seat belt 18 . Only when a torque that is greater than the torsional resistance moment is applied to the belt reel by a sufficiently high tensile force in the belt webbing does a relative rotation result between the belt reel 12 and the locking disk 20 , so that the belt webbing can be pulled off while the belt retractor is blocked. 5a this is shown in Fig. The course of Gurtbandabzugskraft F about the length s of the extracted webbing, which is obtained by summing the torque tube 26 provided by the resistance force F ₂₆ and the torsion bar 28 provided by the resistance force F _28.

Abhängig von verschiedenen Einflußfaktoren, wie der Unfallschwere, der Größe oder dem Gewicht des Fahrzeuginsassen, kann der Torsionswiderstand beider Energieaufnahmeelemente und damit die auf den Insassen wirkende Rück haltekraft zu groß sein. In diesem Fall wird durch Auslösen der pyrotechnischen Einheit 52 und den dadurch entstehenden Überdruck in der Kammer 48b die Muf fe mittels der Membran so weit in den Schlitzen 50 verschoben, daß die Muffe nicht mehr in die Nuten 38 des Endstücks des Torsionsstabes eingreift. Dieser Zustand ist in Fig. 2 gezeigt. Nun ist die drehfeste Verbindung zwischen Gurt spule 12 und Torsionsstab 28 aufgehoben, so daß nur noch das Torsionsrohr 26 einen Beitrag zum Torsionswiderstand liefert. In den Fig. 5b und 5c sind die Kennlinien für die Fälle zu sehen, bei denen die Abkopplung des Torsionsstabs entweder vor dem Auslösen der Sperrklinke erfolgt (Fig. 5b) oder zu einem Zeitpunkt t während der Rückdrehung der Gurtspule, so daß zu diesem Zeitpunkt die Gurtbandkraft absinkt (Fig. 5c).Depending on various influencing factors, such as the severity of the accident, the size or the weight of the vehicle occupant, the torsional resistance of both energy absorption elements and thus the restraining force acting on the occupant can be too great. In this case, by triggering the pyrotechnic unit 52 and the resulting excess pressure in the chamber 48 b, the sleeve is moved so far into the slots 50 by means of the membrane that the sleeve no longer engages in the grooves 38 of the end piece of the torsion bar. This state is shown in Fig. 2. Now the non-rotatable connection between the belt spool 12 and the torsion bar 28 is canceled, so that only the torsion tube 26 makes a contribution to the torsional resistance. In FIGS. 5b and 5c, the characteristic curves are shown for the cases in which the disengagement of the torsion bar occurs either prior to the initiation of the locking pawl (Fig. 5b) or at a time t during the reverse rotation of the belt reel, so that at this point the webbing force decreases ( Fig. 5c).

In Fig. 3 ist eine zweite Ausführungsform gezeigt. Für die von der ersten Aus führungsform bekannten Bauteile werden dieselben Bezugszeichen verwendet, und es wird auf die obigen Erläuterungen verwiesen.In Fig. 3 a second embodiment is shown. The same reference numerals are used for the components known from the first embodiment, and reference is made to the above explanations.

Der wesentlichste Unterschied gegenüber der ersten Ausführungsform besteht darin, daß hier ein Schaltgabel 42' verwendet wird, um die Muffe 40 aus ihrer Ausgangsstellung, in der sie den Torsionsstab drehfest mit der Gurtspule verbin det, in die Stellung zu bringen, in der die drehfeste Verbindung aufgehoben ist. Der pyrotechnischen Einheit 52 ist ein Kolben 54 zugeordnet, der in einem Zylin der 56 verschiebbar ist und auf eine Schaltgabel 42' einwirken kann. Die Schalt gabel 42' ist in Pfeilrichtung drehbar in einem Lagerbock 58 mit einem Drehpunkt 60 gelagert.The most important difference compared to the first embodiment is that here a shift fork 42 'is used to bring the sleeve 40 from its initial position, in which it connects the torsion bar to the belt spool in the rotational position, in the position in which the non-rotatable connection is canceled. The pyrotechnic unit 52 is assigned a piston 54 which is displaceable in a cylinder 56 and can act on a shift fork 42 '. The shift fork 42 'is rotatably mounted in the direction of the arrow in a bearing block 58 with a pivot point 60 .

Fig. 4 zeigt die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform nach Auslösen der py rotechnischen Einheit 52. Durch das von ihr bereitgestellte Druckgas wird der Kolben 54 im Zylinder 56 bezüglich Fig. 4 so weit nach rechts verschoben, daß die Schaltgabel 42' eine Rotationsbewegung in Pfeilrichtung um den Drehpunkt 60 ausführt, so daß die Muffe 40 zur Mitte der Gurtspule hin verschoben wird. Dadurch wird der Torsionsstab 28 von der Gurtspule 12 entkoppelt. FIG. 4 shows the embodiment shown in FIG. 3 after triggering the py rotatory unit 52 . By provided by its pressure gas, the piston 54 in the cylinder 56 is Fig respect. Displaced 4 so far to the right that the shift fork 42 'rotational movement in the arrow direction about the pivot point 60 executes, so that the sleeve 40 is shifted to the center of the belt drum towards . As a result, the torsion bar 28 is decoupled from the belt reel 12 .

Abweichend von der gezeigten Ausführungsform kann gemäß einer nicht dar gestellten Variante auch eine translatorisch verschiebbare Schaltgabel verwendet werden, die von der pyrotechnischen Einheit beaufschlagbar ist.Deviating from the embodiment shown, according to one cannot represent variant also uses a translationally shiftable shift fork be acted upon by the pyrotechnic unit.

Die pyrotechnische Vorrichtung 52 könnte auch durch eine elektrische oder elektromagnetische Betätigungsvorrichtung ersetzt werden.The pyrotechnic device 52 could also be replaced by an electrical or electromagnetic actuator.

Claims

1. belt retractor for a vehicle seat belt, with a belt reel ( 12 ) which is rotatably mounted in a frame ( 10 ), a locking disc ( 20 ) for blocking the belt reel ( 12 ), two energy absorption elements ( 26 , 28 ), the Both are non-rotatably connected to the locking disk ( 20 ) at one axial end ( 30 , 34 ), the first energy-absorbing element ( 26 ) being non-rotatably connected to the belt spool ( 12 ) at the other axial end and the second energy-absorbing element ( 28 ) by means of a coupling ( 38 , 40 , 50 ) is detachably connected to the belt reel ( 12 ) in a rotationally fixed manner.

2. Belt retractor according to claim 1, characterized in that the coupling ( 38 , 40 , 50 ) includes a sleeve ( 40 ) through which the second energy absorption element ( 28 ) is detachably connected non-rotatably to the belt spool, and that the sleeve ( 40 ) can be acted upon by an actuating device ( 52 ).

3. Belt retractor according to claim 2, characterized in that the actuating device ( 52 ) contains a pyrotechnic unit.

4. Belt retractor according to claim 3, characterized in that a membrane ( 42 ) is provided which can cooperate with the sleeve ( 40 ) and can be acted upon by the actuating device ( 52 ).

5. Belt retractor according to one of claims 2 and 3, characterized in that a rotatably mounted shift fork ( 42 ') is provided which can cooperate with the sleeve ( 40 ) and can be hit by the actuating device ( 52 ).

6. Belt retractor according to one of claims 2 and 3, characterized in that a linearly displaceable shift fork ( 42 ') is provided which can cooperate with the sleeve ( 40 ) and can be struck by the actuating device ( 52 ).

7. Belt retractor according to one of claims 1 to 6, characterized in that the two energy absorption elements ( 26 , 28 ) are arranged inside the belt reel ( 12 ).

8. Belt retractor according to claim 7, characterized in that the first energy absorption element is a torsion tube ( 26 ) and the second energy absorption element is a torsion bar ( 28 ).