DE20210812U1 - Belt retractor with force limiting function - Google Patents
Belt retractor with force limiting functionInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Gurtaufroller mit einem Rahmen, einer Gurtspule, die in dem Rahmen drehbar angeordnet ist, und einem Torsionsstab, der an einem axialen Ende drehfest mit der Gurtspule verbunden ist.The invention relates to a belt retractor with a frame, a belt reel which is rotatably arranged in the frame, and a torsion bar which is connected to the belt reel in a rotationally fixed manner at one axial end.
Ein solcher Gurtaufroller ist mit einer Kraftbegrenzungsfunktion ausgestattet,Such a belt retractor is equipped with a force limiting function,
die es ermöglicht, daß bei hohen Zugkräften im Gurtband trotz an sich blockierter Gurtspule etwas Gurtband von der Gurtspule abgezogen werden kann. Dies ermöglicht eine gewisse Vorverlagerung des Oberkörpers des Fahrzeuginsassen, was die auf den Oberkörper wirkenden Belastungen verringert.which allows some of the belt webbing to be pulled off the belt spool when there are high tensile forces in the belt webbing, even if the belt spool is actually blocked. This allows the upper body of the vehicle occupant to be moved forward to a certain extent, which reduces the loads acting on the upper body.
Eine bekannte Konstruktion, mit der eine Kraftbegrenzungsfunktion erzielt werden kann, verwendet einen Torsionsstab, der an einem Ende mit der Gurtspule und am anderen Ende mit dem Rahmen verbunden ist. Sobald das Drehmoment, das aufgrund der im Gurtband wirkenden Zugkräfte auf die Gurtspule einwirkt, größer wird als das Torsionswiderstandmoment des Torsionsstabes, dreht sich die Gurtspule in der Gurtband-Abzugsrichtung, und der Torsionsstab wird verdrillt.A known design that can achieve a force limiting function uses a torsion bar that is connected to the belt spool at one end and to the frame at the other end. When the torque acting on the belt spool due to the tensile forces acting in the webbing becomes larger than the torsional resistance moment of the torsion bar, the belt spool rotates in the webbing withdrawal direction and the torsion bar is twisted.
Aus der deutschen Patentanmeldung 19 13 448 ist auch ein Wickel-Energiewandler bekannt. Er besteht aus einem Metallband, das in einer Trommel in einer ersten Richtung entlang deren Innenwand aufgenommen ist. Ein Ende desA winding energy converter is also known from the German patent application 19 13 448. It consists of a metal strip which is accommodated in a drum in a first direction along its inner wall. One end of the
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Metallbandes ist mit der Trommel verbunden, mit der auch die Gurtspule verbunden ist. Das andere Ende ist mit einer Welle verbunden, die ein Blockierrad aufweist. In das Blockierrad kann eine Blockierklinke eingreifen, die von einem fahrzeugsensitiven Sensor angesteuert wird. Im Ausgangszustand kann sich das Blockierrad frei drehen, so daß sich die Einheit von Welle, Metallband, Trommel und Gurtspule frei drehen kann. Sobald die Blockierklinke in das Blockierrad eingreift, ist die Welle festgelegt. Wenn in diesem Zustand besonders hohe Kräfte im Sicherheitsgurt wirken, wirkt zwischen der Trommel und der Welle ein so hohes Drehmoment, daß das in der Trommel aufgenommene Metallband auf die Welle in eine Richtung aufgewickelt wird, die entgegengesetzt zu der Richtung ist, in der das Metallband ursprünglich in der Trommel aufgenommen war. Dabei wird das Metallband zweifach umgebogen, nämlich zuerst um etwa 180°, so daß das Metallband in entgegengesetzter Richtung verläuft, und dann wieder etwas zurückgebogen, damit sich das Metallband an die Krümmung der Welle anschmiegt. Dieser Biegewiderstand wirkt als Widerstandsdrehmoment zwischen der Trommel und der Welle, das in bekannter Weise eine Begrenzung der maximal im Sicherheitsgurt wirkenden Kraft darstellt.The metal band is connected to the drum, to which the belt spool is also connected. The other end is connected to a shaft which has a locking wheel. A locking pawl which is controlled by a vehicle-sensitive sensor can engage with the locking wheel. In the initial state, the locking wheel can rotate freely, so that the unit of shaft, metal band, drum and belt spool can rotate freely. As soon as the locking pawl engages with the locking wheel, the shaft is fixed. If particularly high forces act in the seat belt in this state, such a high torque acts between the drum and the shaft that the metal band held in the drum is wound onto the shaft in a direction which is the opposite of the direction in which the metal band was originally held in the drum. The metal band is bent twice, first by around 180° so that the metal band runs in the opposite direction, and then bent back again slightly so that the metal band conforms to the curvature of the shaft. This bending resistance acts as a resistance torque between the drum and the shaft, which, as is well known, represents a limitation of the maximum force acting in the seat belt.
Grundsätzlich ist es wünschenswert, über eine schaltbare Kraftbegrenzungsfunktion zu verfügen. Auf diese Weise kann die Kraft im Gurtband, ab der die Kraftbegrenzungsfunktion eintritt, an das Gewicht eines zurückzuhaltenden Fahrzeuginsassen angepaßt werden. Es ist auch möglich, in einer ersten Phase der Kraftbegrenzungsfunktion, beispielsweise vor einem Kontakt zwischen einem Airbag und dem Oberkörper des Fahrzeuginsassen, eine hohe Gurtbandkraft zu nutzen und in einer zweiten Phase, beispielsweise wenn der Oberkörper des Fahrzeuginsassen von einem Airbag abgestützt wird, nur eine geringere Gurtbandkraft zuzulassen.In principle, it is desirable to have a switchable force limiting function. In this way, the force in the belt strap at which the force limiting function takes effect can be adapted to the weight of a vehicle occupant to be restrained. It is also possible to use a high belt strap force in a first phase of the force limiting function, for example before contact between an airbag and the upper body of the vehicle occupant, and to only allow a lower belt strap force in a second phase, for example when the upper body of the vehicle occupant is supported by an airbag.
Es sind verschiedene Gurtaufroller bekannt, die über eine schaltbare Kraftbegrenzungsfunktion verfügen. Der Nachteil dieser bekannten Konstruktionen besteht darin, daß sie sehr aufwendig sind.There are various belt retractors that have a switchable force limiting function. The disadvantage of these known designs is that they are very complex.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Gurtaufroller mit schaltbarer Kraftbegrenzungsfunktion zu schaffen, der einen einfachen Aufbau hat.The object of the invention is to provide a belt retractor with a switchable force limiting function which has a simple structure.
Zu diesem Zweck ist erfindungsgemäß bei einem Gurtaufroller der eingangs genannten Art ein Wickel-Energiewandler vorgesehen, der mit dem Torsionsstab verbunden ist und sich an dem Rahmen abstützt, und eine Kupplung, die im Ausgangszustand den Torsionsstab überbrückt und im betätigten Zustand den Torsionsstab freigibt, so daß er mit dem Wickel-Energiewandler in Reihe geschaltet ist. Diese Konstruktion zeichnet sich durch einen einfachen Aufbau und eine dementsprechend hohe Funktionszuverlässigkeit auf.For this purpose, according to the invention, a belt retractor of the type mentioned at the beginning is provided with a winding energy converter which is connected to the torsion bar and is supported on the frame, and a coupling which bridges the torsion bar in the initial state and releases the torsion bar in the actuated state so that it is connected in series with the winding energy converter. This design is characterized by a simple structure and a correspondingly high level of functional reliability.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Kupplung mindestens eine Kupplungsklinke aufweist, die an der Gurtspule gelagert ist und im Ausgangszustand am Torsionsstab angreift. Insbesondere ist vorgesehen, daß der Torsionsstab mindestens eine Ausnehmung aufweist und jede Kupplungsklinke eine Kupplungsnase aufweist, die in die Ausnehmung eingreifen kann. Dies ermöglicht es in einfacher Weise, die Gurtspule so mit dem Torsionsstab zu verbinden, daß der Bereich überbrückt ist, der ansonsten bei hohen Belastungen verdrillt wird.According to the preferred embodiment of the invention, it is provided that the coupling has at least one coupling pawl which is mounted on the belt reel and in the initial state engages the torsion bar. In particular, it is provided that the torsion bar has at least one recess and each coupling pawl has a coupling nose which can engage in the recess. This makes it possible to connect the belt reel to the torsion bar in a simple manner in such a way that the area which would otherwise be twisted under high loads is bridged.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist weiterhin ein Halteglied vorgesehen, das die Kupplungsklinke in Eingriff mit dem Torsionsstab halten kann. Das Halteglied ist vorzugsweise ein Haltering, der axial verschiebbar angebracht ist, wobei er im Ausgangszustand die Kupplungsklinke in radialer Richtung abstützt und im betätigten Zustand die Kupplungsklinke freigibt. Auch dies dient einem einfachen und zuverlässigen Aufbau.According to the preferred embodiment of the invention, a holding member is also provided which can hold the clutch pawl in engagement with the torsion bar. The holding member is preferably a holding ring which is mounted so as to be axially displaceable, wherein in the initial state it supports the clutch pawl in the radial direction and in the actuated state it releases the clutch pawl. This also serves to ensure a simple and reliable construction.
Vorzugsweise ist ein Stellring vorgesehen, der mit mindestens einer Rampe versehen ist, die am Gehäuse anlaufen kann, um den Haltering axial zu verschieben. Weiterhin ist vorzugsweise ein pyrotechnisches Stellglied vorgesehen, welches den Stellring betätigen kann. Ein solches Stellglied ist zuverlässig in der Lage, das Halteglied mit der notwendigen Geschwindigkeit und Kraft aus dem Ausgangszustand in den betätigten Zustand zu verstellen.Preferably, an adjusting ring is provided which is equipped with at least one ramp which can run onto the housing in order to axially displace the retaining ring. Furthermore, a pyrotechnic actuator is preferably provided which can actuate the adjusting ring. Such an actuator is reliably able to adjust the retaining element from the initial state to the actuated state with the necessary speed and force.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer bevorzugten Ausführungsform beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist. In diesen zeigen:The invention is described below with reference to a preferred embodiment, which is shown in the accompanying drawings, in which:
- Figur 1 in einem Längsschnitt einen erfindungsgemäßen Gurtaufroller;- Figure 1 shows a belt retractor according to the invention in a longitudinal section;
- Figur 2 einen Querschnitt entlang der Ebene H-II von Figur 1;
- Figur 3 einen Querschnitt entlang der Ebene IH-III von Figur 1- Figure 2 shows a cross-section along the plane H-II of Figure 1;
- Figure 3 is a cross-section along the plane IH-III of Figure 1
- Figur 4 einen Querschnitt entlang der Ebene IV-IV von Figur 1- Figure 4 is a cross-section along the plane IV-IV of Figure 1
- Figur 5 in einer perspektivischen Ansicht ein Stellglied, das bei dem
Gurtaufroller von Figur 1 verwendet wird;- Figure 5 shows in a perspective view an actuator which is used in the
Belt retractor of Figure 1 is used;
- Figur 6 in einer abgebrochenen Schnittansicht das Zusammenwirken des
Stellglieds von Figur 5 mit dem Gehäuse des Gurtaufrollers; und- Figure 6 shows in a broken sectional view the interaction of the
actuator of Figure 5 with the housing of the belt retractor; and
- Figur 7 in einer perspektivischen Ansicht die Gurtspule des Gurtaufrollers
von Figur 1.- Figure 7 shows a perspective view of the belt reel of the belt retractor
of Figure 1.
In Figur 1 ist ein Gurtaufroller gezeigt, der ein Gehäuse 10 aufweist, in dem drehbar eine Gurtspule 12 gelagert ist, die ein (nicht dargestelltes) Gurtband aufiiehmen kann. Auf der bezüglich Figur 1 linken Seite der Gurtspule 12 ist eine Aufwickelfeder 14 angebracht, welche die Gurtspule in der Gurtband-Aufwickelrichtung beaufschlagt.Figure 1 shows a belt retractor which has a housing 10 in which a belt reel 12 is rotatably mounted, which can receive a belt strap (not shown). On the left side of the belt reel 12 with respect to Figure 1, a winding spring 14 is attached, which acts on the belt reel in the belt strap winding direction.
Im Inneren der Gurtspule 12 ist ein Torsionsstab 16 angeordnet, der an seinem bezüglich Figur 1 linken axialen Ende drehfest mit der Gurtspule 12 verbunden ist. An seinem rechten axialen Ende ist der Torsionsstab mit einem Abtriebskopf 18 versehen. Der Querschnitt des Abtriebskopfes 18 ist größer als der Querschnitt des Torsionsstabes 16 in dem Bereich, der im Inneren der Gurtspule angeordnet ist. Daher wird der Torsionsstab, wenn auf ihn ein Drehmoment einwirkt, nahezu ausschließlich in dem Bereich verdrillt, der im Inneren der Gurtspule angeordnet ist.A torsion bar 16 is arranged inside the belt reel 12 and is connected to the belt reel 12 in a rotationally fixed manner at its left axial end with respect to Figure 1. At its right axial end, the torsion bar is provided with an output head 18. The cross section of the output head 18 is larger than the cross section of the torsion bar 16 in the area arranged inside the belt reel. Therefore, when a torque acts on the torsion bar, it is twisted almost exclusively in the area arranged inside the belt reel.
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Am äußersten rechten Ende des Abtriebskopfes 18 ist drehfest eine Blockierscheibe 20 angebracht, an der eine Blockierklinke 22 gelagert ist. Die Blockierklinke 22 kann von einem (nicht dargestellten) Blockiermechanismus in eine Blockierverzahnung 24 eingesteuert werden, die an einer Nabe 26 angebracht ist. Die Nabe 26 ist Teil eines Wickel-Energiewandlers 28 (siehe auch Figur 4), der mehrere Metallbänder 30 aufweist, die sich an einem Gehäuse 32 abstützen, das fest am Rahmen 10 angebracht ist. Das Widerstandsmoment des Wickel-Energiewandlers 28 ist größer als das Torsionswiderstandmoment des Torsionsstabes 16.At the extreme right end of the output head 18, a blocking disk 20 is attached in a rotationally fixed manner, on which a blocking pawl 22 is mounted. The blocking pawl 22 can be controlled by a blocking mechanism (not shown) into a blocking toothing 24 that is attached to a hub 26. The hub 26 is part of a winding energy converter 28 (see also Figure 4) that has several metal bands 30 that are supported on a housing 32 that is firmly attached to the frame 10. The section modulus of the winding energy converter 28 is greater than the torsional section modulus of the torsion bar 16.
Am bezüglich Figur 1 rechten Ende der Gurtspule 12 sind zwei Kupplungsklinken 34 (siehe auch Figur 2) angebracht, die einander diametral gegenüberliegen. Jede Kupplungsklinke 34 ist mit einem Ende in einer Aussparung 36 (siehe auch Figur 7) der Gurtspule gelagert und weist in der Nähe des gegenüberliegenden Endes eine Kupplungsnase 38 auf, die in dem in den Figuren gezeigten Ausgangszustand in eine Ausnehmung 40 im Abtriebskopf 18 des Torsionsstabes 16 eingreifen kann.At the right end of the belt reel 12 with respect to Figure 1, two coupling pawls 34 (see also Figure 2) are attached, which are diametrically opposite one another. Each coupling pawl 34 is mounted with one end in a recess 36 (see also Figure 7) in the belt reel and has a coupling nose 38 near the opposite end, which in the initial state shown in the figures can engage in a recess 40 in the output head 18 of the torsion bar 16.
Die beiden Kupplungsklinken 34 sind im Ausgangszustand umgeben von einem Halteglied 42, das als Haltering (siehe auch Figur 5) ausgeführt ist. Das Halteglied liegt an den Kupplungsklinken 34 an und verhindert, daß die Kupplungsklinken 34 mit ihren Kupplungsnasen 38 die Ausnehmungen 40 verlassen können. Die Kupplungsklinken zusammen mit dem Halteglied und den Ausnehmungen 40 bilden eine Kupplung, die zwischen der Gurtspule und dem Torsionsstab wirksam ist.In the initial state, the two coupling pawls 34 are surrounded by a holding member 42, which is designed as a holding ring (see also Figure 5). The holding member rests against the coupling pawls 34 and prevents the coupling pawls 34 with their coupling lugs 38 from leaving the recesses 40. The coupling pawls together with the holding member and the recesses 40 form a coupling which is effective between the belt reel and the torsion bar.
Benachbart zum Halteglied 42 ist ein Stellring 43 (siehe Figur 5) vorgesehen, der mit drei Rampen 44 versehen ist, die auf zugeordnete Flächen 46 des Gehäuses 32 auflaufen können. Im Ausgangszustand befindet sich der Stellring in der in Figur 1 gezeigten Stellung.Adjacent to the holding member 42 there is an adjusting ring 43 (see Figure 5) which is provided with three ramps 44 which can run onto associated surfaces 46 of the housing 32. In the initial state the adjusting ring is in the position shown in Figure 1.
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Schließlich ist ein pyrotechnisches Stellglied 48 vorgesehen, das auf einen Betätigungsfortsatz 50 am Stellring einwirken kann, um den Stellring 43 zu verdrehen.Finally, a pyrotechnic actuator 48 is provided which can act on an actuating extension 50 on the adjusting ring in order to rotate the adjusting ring 43.
Im Ausgangszustand ist das bezüglich Figur 1 rechte Ende der Gurtspule 12 über die Kupplungsklinken 34 direkt mit dem Abtriebskopf 18 des Torsionsstabes verbunden. Somit ist der Abschnitt des Torsionsstabes 16, der im Inneren der Gurtspule angeordnet ist und aufgrund seines Querschnitts den geringsten Torsionswiderstand hat, überbrückt. Wenn in diesem Zustand die Blockierklinke 22 in die Blockierverzahnung 24 eingesteuert wird, ist die Gurtspule 12 über den Abtriebskopf 18, die Blockierklinke 22, die Nabe 26 und die Metallbänder 30 am Gehäuses 32 abgestützt. Das maximale Drehmoment, ab dem es zu einer Verdrehung der Gurtspule 12 in der Gurtband-Abwickelrichtung und somit zu einer Kraftbegrenzungsfunktion kommt, wird also nur durch das Widerstandsmoment des Wickel-Energiewandlers bestimmt, das dieser einer Verdrehung zwischen seiner Nabe 26 und dem Gehäuse 32 entgegensetzt.In the initial state, the right-hand end of the belt reel 12 in relation to Figure 1 is connected directly to the output head 18 of the torsion bar via the coupling pawls 34. This bridges the section of the torsion bar 16 which is arranged inside the belt reel and has the lowest torsional resistance due to its cross-section. If in this state the blocking pawl 22 is guided into the blocking teeth 24, the belt reel 12 is supported on the housing 32 via the output head 18, the blocking pawl 22, the hub 26 and the metal bands 30. The maximum torque from which the belt reel 12 is twisted in the belt unwinding direction and thus a force limiting function occurs is therefore only determined by the resistance moment of the winding energy converter, which it opposes to a twist between its hub 26 and the housing 32.
Falls eine geringere Gurtbandkraft gewünscht wird, ab der die Kraftbegrenzungsfunktion einsetzt, wird das pyrotechnische Stellglied 48 betätigt, das den Stellring 43 verdreht. Durch die Verdrehung laufen die Rampen 44 auf den Flächen 46 des Gehäuses 32 auf, und der Stellring wird bezüglich Figur 1 nach links in axialer Richtung verschoben. Dadurch wird der Haltering 42 ebenfalls in axialer Richtung nach links verschoben, so daß er von den Kupplungsklinken 34 abrutscht und sie freigibt. Die Kupplungsklinken 34 werden dadurch nicht mehr in den Ausnehmungen 40 im Torsionsstab gehalten, so daß eine Relativdrehung zwischen der Gurtspule 12 und dem Abtriebskopf 18 des Torsionsstabes 16 möglich ist. Dadurch ist der Torsionsstab 16 mit dem Wickel-Energiewandler 28 in Reihe geschaltet, und die Gurtbandkraft, ab der die Kraftbegrenzungsfunktion eintritt, sinkt ab.If a lower belt tension is desired, at which point the force limiting function is activated, the pyrotechnic actuator 48 is actuated, which rotates the adjusting ring 43. As a result of the rotation, the ramps 44 run onto the surfaces 46 of the housing 32, and the adjusting ring is displaced to the left in the axial direction with respect to Figure 1. As a result, the retaining ring 42 is also displaced to the left in the axial direction, so that it slips off the coupling pawls 34 and releases them. The coupling pawls 34 are therefore no longer held in the recesses 40 in the torsion bar, so that a relative rotation between the belt reel 12 and the output head 18 of the torsion bar 16 is possible. As a result, the torsion bar 16 is connected in series with the winding energy converter 28, and the belt tension at which the force limiting function is activated decreases.
Claims (7)
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