DE10321217A1

DE10321217A1 - Vehicle safety belt spooler has belt spool rotatably mounted in frame, electric motor that can drive spool brake that can be activated by relative motion between belt spool and activation plate

Info

Publication number: DE10321217A1
Application number: DE10321217A
Authority: DE
Inventors: Michael Lueders
Original assignee: TRW Occupant Restraint Systems GmbH
Current assignee: TRW Occupant Restraint Systems GmbH
Priority date: 2002-05-17
Filing date: 2003-05-12
Publication date: 2003-12-04
Also published as: DE20207786U1

Abstract

The device has a frame (10), a belt spool (14) rotatably mounted in the frame, an electric motor (28) that can drive the spool and a brake (30,32) that can be activated by relative motion between the belt spool and an activation plate (44). A separate electric motor is provided that is coupled to the activation plate. A coupling (22,24,50) couples the motor either with the spool or activation plate.

Description

Die Erfindung betrifft einen Gurtaufroller für einen Fahrzeug-Sicherheitsgurt, mit einem Rahmen, einer Gurtspule, die drehbar in dem Rahmen gelagert ist, und einem Elektromotor, der die Gurtspule antreiben kann. The invention relates to a belt retractor for a vehicle seat belt, with a frame, a belt spool which is rotatably mounted in the frame, and an electric motor that can drive the belt reel.

Der Elektromotor ersetzt die Aufwickelfeder, welche die Gurtspule mit einem annähernd konstanten Drehmoment derart beaufschlagt, daß das Gurtband auf die Gurtspule aufgewickelt wird. Bei geeigneter Ansteuerung des Elektromotors sorgt dieser dafür, daß das Gurtband zuverlässig aufgewickelt wird, wenn dies erwünscht ist. Gleichzeitig sorgt der Elektromotor dafür, daß das Gurtband gegen eine geringe Widerstandskraft von der Gurtspule abgezogen werden kann, wenn dies erwünscht wird. The electric motor replaces the winding spring, which the belt reel with a applied approximately constant torque such that the webbing on the Belt reel is wound up. With suitable control of the electric motor this ensures that the webbing is wound reliably when this is desired. At the same time, the electric motor ensures that the webbing against a low drag can be withdrawn from the belt spool if this is desired.

Bei modernen Gurtaufrollern sind üblicherweise Kraftbegrenzer vorgesehen, mittels denen die maximal wirkende Gurtbandkraft begrenzt werden kann. Die Kraftbegrenzer ermöglichen, daß bei an sich blockierter Gurtspule Gurtband vom Gurtaufroller abgezogen werden kann. Zu diesem Zweck sind üblicherweise deformierbare Elemente wie beispielsweise ein Torsionsstab oder ein Metallband vorgesehen. Der mit einem solchen Kraftbegrenzer erzielbare Verlauf von Gurtbandabzugskraft über der Länge des abgezogenen Gurtbandes kann allerdings nur in gewissen Grenzen eingestellt werden. Insbesondere ist es sehr schwierig, einen degressiven Verlauf der Gurtbandkraft darzustellen. In modern belt retractors, force limiters are usually provided, by means of which the maximum effective webbing force can be limited. The Force limiters allow the belt strap to be blocked when the belt reel is blocked Belt retractor can be pulled off. For this purpose are common deformable elements such as a torsion bar or a metal band intended. The curve of. Which can be achieved with such a force limiter Webbing pulling force over the length of the pulled webbing can, however can only be set within certain limits. In particular, it is very difficult to show a degressive course of the webbing force.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Gurtaufroller der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß die Kennlinie der Gurtbandkraft bei aktivierter Kraftbegrenzung frei eingestellt werden kann. The object of the invention is a belt retractor at the beginning mentioned type to further develop that the characteristic of the webbing force can be freely set with activated force limitation.

Zu diesem Zweck ist erfindungsgemäß eine Bremse vorgesehen, die durch eine Relativdrehung zwischen der Gurtspule und einer Betätigungsscheibe aktiviert werden kann. Die Bremse kann in der gewünschten Weise aktiv angesteuert werden, beispielsweise von einem separaten Elektromotor, oder dem Elektromotor, der zum Antrieb der Gurtspule vorgesehen ist; während einer Bremsphase wird dieser Elektromotor ja nicht zum Antrieb der Gurtspule benötigt. For this purpose, a brake is provided according to the invention, which by a relative rotation between the belt reel and an actuating disc can be activated. The brake can be actively controlled in the desired manner be, for example by a separate electric motor, or the Electric motor which is provided for driving the belt reel; during a braking phase this electric motor is not required to drive the belt reel.

Wenn der Gurtaufroller nur einen einzigen Elektromotor aufweist, der sowohl zum Antrieb der Gurtspule als auch zur Aktivierung der Bremse verwendet wird, ist vorzugsweise eine Kupplung vorgesehen, die den Elektromotor entweder mit der Gurtspule oder der Betätigungsscheibe koppelt. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist zu diesem Zweck vorgesehen, daß der Elektromotor eine hohle Abtriebswelle aufweist und die Kupplung einen Kupplungsstift, der drehfest, aber axial verschiebbar in der Abtriebswelle angeordnet ist, so daß er entweder in eine Gurtspulen-Antriebswelle oder eine Betätigungsscheiben-Antriebswelle eingreifen kann. Der Kupplungsstift wird dabei von einem Aktuator verstellt, der am Rahmen des Gurtaufrollers angeordnet ist. Auf diese Weise ergibt sich ein sehr kompakter Aufbau. If the belt retractor has only a single electric motor that both used to drive the belt reel and to activate the brake, a clutch is preferably provided that either with the electric motor the belt spool or the actuating disc couples. With the preferred Embodiment is provided for this purpose that the electric motor has a hollow Output shaft and the clutch has a coupling pin that is non-rotatable, however is axially displaceable in the output shaft, so that it is either in a Belt reel drive shaft or an actuating pulley drive shaft can intervene. The coupling pin is adjusted by an actuator that on Frame of the belt retractor is arranged. In this way, there is a very compact construction.

Zur Verbindung der Antriebswellen mit der Gurtspule bzw. der Betätigungsscheibe kann ein Riementrieb vorgesehen sein. Dieser kombiniert die Vorteile eines geringen Betriebsgeräuschs, einer geringen Reibung und eines hohen übertragbaren Drehmoments. For connecting the drive shafts to the belt reel or the A belt drive can be provided for the actuating disk. This combines the advantages low operating noise, low friction and high transferable torque.

Um eine geringe Reibung zu erhalten, ist die Betätigungsscheibe auf einer Achse drehbar im Rahmen gelagert und an diesem mittels eines Axiallagers abgestützt. In order to obtain low friction, the actuating disc is on one Axle rotatably mounted in the frame and on this by means of an axial bearing supported.

Vorzugsweise ist vorgesehen, daß die Betätigungsscheibe mit einer Andruckscheibe zusammenwirkt, die drehfest angebracht ist und eine konische Andruckfläche aufweist, die wiederum mit einer konischen Bremsfläche zusammenwirkt, die an der Gurtspule ausgebildet ist. Die Verwendung von konischen Andruckflächen und konischen Bremsflächen ermöglicht es, die Bremskraft durch die Keilwirkung zwischen der Andruckfläche und der Bremsfläche zu erhöhen. Eine Erhöhung der Bremswirkung kann auch dadurch erzielt werden, daß die Gurtspule auf ihrer von der Betätigungsscheibe abgewandten Seite mit einer zweiten Bremsfläche versehen ist, die mit einer Andruckfläche zusammenwirkt, die drehfest angebracht ist. It is preferably provided that the actuating disc with a Pressure plate interacts, which is non-rotatably attached and a conical Has pressure surface, which in turn with a conical braking surface cooperates, which is formed on the belt reel. The use of conical Pressure surfaces and conical braking surfaces make it possible to apply the braking force to increase the wedge effect between the pressure surface and the braking surface. An increase in the braking effect can also be achieved in that the Belt reel on its side facing away from the actuating disc with a second braking surface is provided, which interacts with a pressure surface, which is attached in a rotationally fixed manner.

Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Betätigungsscheibe und die Andruckscheibe jeweils eine Axialnockenfläche aufweisen, so daß die Andruckscheibe bei einer Verdrehung der Betätigungsscheibe axial verstellt wird. Auf diese Weise kann in konstruktiv einfacher Weise und mit geringem Platzbedarf die Axialkraft erzeugt werden, die zur Betätigung der Bremse notwendig ist. According to the preferred embodiment of the invention it is provided that the actuating disk and the pressure disk each have an axial cam surface have, so that the pressure plate when the Actuating disc is adjusted axially. This can be done in a structurally simple manner and with a small footprint, the axial force is generated for actuation the brake is necessary.

Vorzugsweise ist eine Rückstellfeder vorgesehen, die zwischen der Gurtspule und einer der Andruckflächen angeordnet ist. Die Rückstellfeder gewährleistet, daß sich die Gurtspule und die an ihr angebrachte Bremsfläche von der zugehörigen Andruckfläche löst, wenn die Bremse nicht betätigt ist. A return spring is preferably provided between the belt spool and one of the pressure surfaces is arranged. The return spring ensures that the belt spool and the braking surface attached to it from the associated pressure surface releases when the brake is not applied.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer bevorzugten Ausführungsform beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist. In diesen zeigen: The invention is described below on the basis of a preferred embodiment described, which is illustrated in the accompanying drawings. In these show:

Fig. 1 in einer schematischen Ansicht einen erfindungsgemäßen Gurtaufroller in einem ersten Betriebszustand; Fig. 1 is a schematic view of a belt retractor according to the invention in a first operating condition;

Fig. 2 in einer Ansicht entsprechend derjenigen von Fig. 1 den Gurtaufroller in einem zweiten Betriebszustand; und FIG. 2 shows the belt retractor in a second operating state in a view corresponding to that of FIG. 1; and

Fig. 3 in einem Flußdiagramm die verschiedenen Schritte im Betrieb des Gurtaufrollers. Fig. 3 in a flow chart, the various steps in the operation of the belt retractor.

In Fig. 1 ist ein Gurtaufroller zu sehen, der einen Rahmen 10 aufweist, der in einem Fahrzeug angebracht werden kann. Im Rahmen ist eine feste Achse 12 angebracht, auf der drehbar und axial verschiebbar eine Gurtspule 14 gelagert ist. Auf der Gurtspule 14 kann ein Gurtband 16 eines Fahrzeug-Sicherheitsgurtes aufgewickelt werden. In Fig. 1, a belt retractor can be seen which has a frame 10 which can be mounted in a vehicle. A fixed axis 12 is mounted in the frame, on which a belt spool 14 is rotatably and axially displaceably mounted. A belt webbing 16 of a vehicle seat belt can be wound on the belt reel 14 .

Die Gurtspule 14 ist auf ihre bezüglich Fig. 1 linken Seite mit einer Riemenscheibe 18 versehen, die über einen Antriebsriemen 20 mit einer Antriebswelle 22 verbunden ist. Die Antriebswelle 22 ist auf einem Zapfen 23 drehbar im Rahmen 10 gelagert und ist auf ihrem bezüglich Fig. 1 rechten Ende mit einem Innenprofil versehen, das die Übertragung eines Drehmoments ermöglicht, beispielsweise ein Polygonprofil, eine Keilwellenprofil oder ähnliches. In das Innenprofil greift ein Kupplungsstift 24 ein, der mit einem komplementären Außenprofil versehen ist. Der Kupplungsstift 24 ist axial verschiebbar in einer Abtriebswelle 26 eines Elektromotors 28 angeordnet. Das Innenprofil der Abtriebswelle 26 des Elektromotors 28 entspricht dem Innenprofil der Antriebswelle 22. Wenn sich der Kupplungsstift 24 in der in Fig. 1 gezeigten Stellung befindet, in der er sowohl in die Abtriebswelle 26 als auch die Antriebswelle 22 eingreift, ist der Elektromotor 28 über den Antriebsriemen 20 und die Riemenscheibe 18 mit der Gurtspule 14 gekoppelt, so daß er diese in Drehung versetzen kann. The belt spool 14 is provided on its left-hand side with respect to FIG. 1 with a pulley 18 which is connected to a drive shaft 22 via a drive belt 20 . The drive shaft 22 is rotatably mounted on a pin 23 in the frame 10 and is provided on its right end with respect to FIG. 1 with an inner profile which enables the transmission of a torque, for example a polygon profile, a spline profile or the like. A coupling pin 24 , which is provided with a complementary outer profile, engages in the inner profile. The coupling pin 24 is arranged axially displaceably in an output shaft 26 of an electric motor 28 . The inner profile of the output shaft 26 of the electric motor 28 corresponds to the inner profile of the drive shaft 22 . When the coupling pin 24 is in the position shown in Fig. 1, in which it engages both the output shaft 26 and the drive shaft 22 , the electric motor 28 is coupled to the belt spool 14 via the drive belt 20 and the pulley 18 , so that he can turn it.

Die Gurtspule ist an ihren axialen Enden jeweils mit einer konischen Bremsfläche 30 versehen, die an einem drehfest mit der Gurtspule 14 ausgebildeten Flansch angeordnet ist. Mit jeder Bremsfläche 30 kann jeweils ein Bremsbelag 32 zusammenwirken, der jeweils auf einer konischen Andruckfläche 34 angeordnet ist. Die bezüglich Fig. 1 linke Andruckfläche 34 ist Teil einer Haltescheibe 36, die fest am Rahmen 10 bzw. auf der Achse 12 angebracht ist. Zwischen der Haltescheibe 36 und der Gurtspule 14 ist eine Rückstellfeder 37 vorgesehen, die im Ausgangszustand einen Abstand zwischen den Bremsbelägen 32 und den Bremsflächen 30 gewährleistet. Die bezüglich Fig. 1 rechte Andruckfläche 34 ist Teil einer Andruckscheibe 38, die drehfest, jedoch axial verschiebbar auf der Achse 12 angebracht ist. Hierfür ist beispielsweise ein Keilwellenprofil geeignet. The belt spool is provided at its axial ends with a conical braking surface 30 , which is arranged on a flange which is designed to rotate with the belt spool 14 . A brake pad 32 , which is arranged on a conical pressure surface 34 , can interact with each braking surface 30 . The pressure surface 34 on the left in FIG. 1 is part of a holding disc 36 which is fixedly attached to the frame 10 or on the axis 12 . A return spring 37 is provided between the holding disk 36 and the belt reel 14 , which in the initial state ensures a distance between the brake pads 32 and the braking surfaces 30 . The pressure surface 34 on the right in relation to FIG. 1 is part of a pressure disc 38 which is mounted on the axis 12 in a rotationally fixed but axially displaceable manner. A spline profile, for example, is suitable for this.

Die Andruckscheibe 38 ist auf ihrer von der Gurtspule 14 abgewandten Seite mit einer Axialnockenfläche 40 versehen, die an einer komplementären Axialnockenfläche 42 anliegt, die an einer Betätigungsscheibe 44 ausgebildet ist. Die Betätigungsscheibe 44 ist frei drehbar auf der Achse 12 angeordnet und auf ihrer von der Gurtspule 14 abgewandten Seite durch ein Axiallager 46 am Rahmen 10 abgestützt. The pressure disc 38 is provided on its side facing away from the belt reel 14 with an axial cam surface 40 which bears on a complementary axial cam surface 42 which is formed on an actuating disc 44 . The actuating disc 44 is freely rotatable on the axis 12 and is supported on its side facing away from the belt reel 14 by an axial bearing 46 on the frame 10 .

Die Betätigungsscheibe 44 ist über einen Antriebsriemen 48 mit einer Betätigungswelle 50 gekoppelt, die drehbar im Rahmen 10 gelagert ist. Hierfür ist ein Zapfen 52 vorgesehen, der in das Innere der Betätigungswelle 50 eingreift. The actuating disk 44 is coupled via a drive belt 48 to an actuating shaft 50 which is rotatably mounted in the frame 10 . For this purpose, a pin 52 is provided which engages in the interior of the actuating shaft 50 .

In gleicher Weise wie die Antriebswelle 22 ist auch die Betätigungswelle 50 mit einem Innenprofil versehen, das zur Übertragung eines Drehmoments geeignet ist. Dieses Innenprofil ist auf der bezüglich Fig. 1 linken Seite der Betätigungswelle 50 vorgesehen und kann den Kupplungsstift 26 aufnehmen. In the same way as the drive shaft 22 , the actuating shaft 50 is also provided with an inner profile which is suitable for transmitting a torque. This inner profile is provided on the left side of the actuating shaft 50 with respect to FIG. 1 and can accommodate the coupling pin 26 .

Der Kupplungsstift 24 kann von einem Aktuator 54 in axialer Richtung verstellt werden. Der Aktuator 54 wird von einer Steuereinheit 56 angesteuert, die auch den Elektromotor 28 ansteuert. Die Steuereinheit 56 steuert den Gurtaufroller in Abhängigkeit von verschiedenen Signalen, insbesondere einem Blockiersignal BS, einem Crashsignal CS und einem Schloßsignal SS. The coupling pin 24 can be adjusted in the axial direction by an actuator 54 . The actuator 54 is controlled by a control unit 56 , which also controls the electric motor 28 . The control unit 56 controls the belt retractor as a function of various signals, in particular a blocking signal BS, a crash signal CS and a lock signal SS.

Anhand von Fig. 3 wird nun der Normalbetrieb des Gurtaufrollers erläutert. Solange die Steuereinheit 56 kein Schloßsignal empfängt, wird die Gurtspule 14 vom Elektromotor 28 in einer solchen Stellung gehalten, daß das Gurtband 16 auf ihr aufgewickelt ist. Wenn die Steuereinheit 56 das Schloßsignal SS empfängt, jedoch kein Blockiersignal BS vorliegt, wird die Gurtspule 14 in an sich bekannter Weise vom Elektromotor 28 angetrieben, so daß das Gurtband von der Gurtspule abgezogen und auf diese aufgewickelt werden kann. Hierfür kann ein Gurtband-Sensor verwendet werden, der die jeweils wirkende Gurtbandkraft mißt und es der Steuereinheit 56 ermöglicht, den Elektromotor 28 in der gewünschten Weise anzusteuern, so daß das Gurtband mit einer entsprechend niedrigen Kraft abgezogen werden kann und im angelegten Zustand auch nur mit einer geringen Kraft am Oberkörper des Fahrzeuginsassen gehalten wird. The normal operation of the belt retractor will now be explained with reference to FIG. 3. As long as the control unit 56 does not receive a lock signal, the belt reel 14 is held by the electric motor 28 in such a position that the belt strap 16 is wound on it. When the control unit 56 receives the lock signal SS, but there is no blocking signal BS, the belt reel 14 is driven in a manner known per se by the electric motor 28 , so that the belt webbing can be pulled off the belt reel and wound onto it. For this purpose, a webbing sensor can be used, which measures the webbing force acting in each case and enables the control unit 56 to control the electric motor 28 in the desired manner, so that the webbing can be pulled off with a correspondingly low force and, in the attached state, only with a small force is held on the upper body of the vehicle occupant.

Sobald ein Blockiersignal BS vorliegt, wird der Aktuator 54 angesteuert, der den Kupplungsstift 24 in die in Fig. 2 gezeigte Stellung verschiebt. In dieser Stellung ist der Elektromotor 28 über seine Abtriebswelle 26 mit der Betätigungswelle 50 verbunden. Dadurch kann der Elektromotor 28 die Betätigungsscheibe 44 in einer solchen Richtung relativ zur Andruckscheibe 38 verdrehen, daß diese hin zur Gurtspule 14 und damit gegen die Bremsfläche 30 gedrückt wird. Dadurch wird auch die Gurtspule 14 bezüglich Fig. 2 nach links auf der Welle 12 verschoben, so daß auch die links angeordnete Bremse anspricht. Die Bremswirkung ist so hoch, daß die Gurtspule 14 vollständig blockiert wird. In diesem Zustand kann kein Gurtband 16 von der Gurtspule 14 abgezogen werden. As soon as a blocking signal BS is present, the actuator 54 is actuated, which shifts the coupling pin 24 into the position shown in FIG. 2. In this position, the electric motor 28 is connected to the actuating shaft 50 via its output shaft 26 . As a result, the electric motor 28 can rotate the actuating disc 44 in such a direction relative to the pressure disc 38 that it is pressed towards the belt spool 14 and thus against the braking surface 30 . As a result, the belt reel 14 is also moved to the left on the shaft 12 with respect to FIG. 2, so that the brake arranged on the left also responds. The braking effect is so high that the belt reel 14 is completely blocked. In this state, no webbing 16 can be pulled off the belt reel 14 .

Sobald die Steuereinheit 56 ein Crashsignal CS empfängt, steuert sie den Elektromotor 28 so an, daß die Bremse der Gurtspule 14 geringfügig gelöst wird. Dies ermöglicht es, das Gurtband 16 unter einer hohen Kraft von der Gurtspule 14 abzuziehen. Diese Kraft und damit die Kennlinie der Kraftbegrenzungsfunktion kann durch eine geeignete Ansteuerung der Bremse in beliebiger Weise eingestellt werden, beispielsweise linear, progressiv oder degressiv oder auch in einem ersten Abschnitt linear und dann degressiv abfallend. As soon as the control unit 56 receives a crash signal CS, it drives the electric motor 28 so that the brake of the belt reel 14 is released slightly. This makes it possible to pull the webbing 16 off the belt reel 14 under a high force. This force and thus the characteristic of the force limiting function can be set in any way by suitable activation of the brake, for example linearly, progressively or degressively or also linearly and then degressively decreasing in a first section.

Claims

1. belt retractor for a vehicle seat belt, with a frame ( 10 ), a belt reel ( 14 ) which is rotatably mounted in the frame ( 10 ), and an electric motor ( 28 ) which can drive the belt reel ( 14 ), thereby characterized in that a brake ( 30 , 32 ) is provided which can be activated by a relative rotation between the belt reel and an actuating disc ( 44 ).

2. Belt retractor according to claim 1, characterized in that a separate electric motor is provided which is coupled to the actuating disc ( 44 ).

3. Belt retractor according to claim 1, characterized in that with the actuating disc ( 44 ) the electric motor ( 28 ) is coupled, which is provided for driving the belt reel ( 14 ).

4. Belt retractor according to claim 3, characterized in that a clutch ( 22 , 24 , 50 ) is provided which couples the electric motor ( 28 ) either with the belt reel ( 14 ) or the actuating disc ( 44 ).

5. The belt retractor according to claim 4, characterized in that the electric motor (28) has a hollow output shaft (26) and the coupling comprises a coupling pin (26) rotatably, but axially displaceably arranged in the output shaft (26), so that it engages either in a belt spool drive shaft ( 22 ) or an actuating pulley drive shaft ( 50 ).

6. Belt retractor according to claim 5, characterized in that an actuator ( 54 ) is provided which can adjust the coupling pin ( 24 ) in the output shaft ( 26 ).

7. Belt retractor according to one of claims 5 and 6, characterized in that a belt drive connects the drive shafts ( 22 , 50 ) with the belt reel ( 14 ) or the actuating disc ( 44 ).

8. Belt retractor according to one of the preceding claims, characterized in that the actuating disc ( 44 ) is supported on the frame ( 10 ) by means of an axial bearing ( 46 ).

9. Belt retractor according to one of the preceding claims, characterized in that the actuating disc ( 44 ) cooperates with a pressure disc ( 38 ) which has a conical pressure surface ( 34 ) which in turn cooperates with a conical braking surface ( 30 ) which on the belt reel ( 14 ) is formed.

10. Belt retractor according to claim 9, characterized in that the belt spool ( 10 ) on its side facing away from the actuating disc ( 44 ) is provided with a second braking surface ( 30 ) which cooperates with a pressure surface ( 34 ) which on the frame ( 10 ) is attached.

11. Belt retractor according to one of claims 9 and 10, characterized in that the pressure surface ( 34 ) is provided with a brake pad ( 32 ).

12. Belt retractor according to one of claims 9 to 11, characterized in that a return spring ( 37 ) is provided which is arranged between the belt reel ( 14 ) and one of the pressure surfaces ( 34 ).

13. Belt retractor according to one of claims 9 to 12, characterized in that the actuating disc ( 44 ) and the pressure disc ( 38 ) each have an axial cam surface ( 40 , 42 ).