安全带卷收器、车辆安全带和车辆的制作方法

本发明涉及一种安全带卷收器、一种具有该安全带卷收器的车辆安全带以及一种具有该车辆安全带的车辆。

背景技术：

车辆安全带是车辆乘员约束系统中的重要组成部分，特别是在交通事故中为车辆乘员提供保护，避免乘员受到伤害或将伤害降低到最小程度。预紧限力式安全带得到越来越广泛的应用，这种安全带具有预紧功能，在交通事故发生时加强对乘员的约束力，以便对乘员提供有效的保护。这种安全带还具有限力功能，以避免对乘员施加过大的作用力以及因此引起的伤害。

中国专利文件cn102490681a公开一种安全带卷收器，其包括安全带卷轴、设置在安全带卷轴一端上的预紧装置以及设置在安全带卷轴另一端上的限力装置。由于设置在安全带卷轴两端上的彼此独立的预紧装置和限力装置，这种安全带卷收器在安全带卷轴的轴向方向上需要较大的结构空间。另外，预紧装置的预紧力与限力装置的限制力彼此叠加地由佩戴车辆安全带的乘员承受，这是不利的。

德国专利文件de102010054845a1也公开一种安全带卷收器，其包括安全带卷轴、驱动元件、用于驱动该驱动元件的按照烟火技术的驱动单元，其中，安全带卷轴在与驱动元件相反的一端被弹性的壳体壁压紧并且能够克服该壳体壁的压紧力轴向移动。在该专利文件的一种实施方式中，驱动元件具有内圆锥齿，安全带卷轴具有对应的外圆锥齿。在驱动元件与安全带卷轴之间的力矩在达到一定阈值时克服壳体壁的压紧力、迫使安全带卷轴轴向移动，从而安全带卷轴与驱动元件基本上松开。在此，在安全带卷轴的与驱动元件相反的一端需要保 留轴向空间，以便允许安全带卷轴的轴向移动，在安全带卷轴的设有驱动元件的一端上也需要较大的轴向空间。安全带卷轴与驱动元件不能彻底解耦，而且解耦行程较长。另外，在该专利文件中提及的按烟火技术的驱动单元可以应用在本发明中，在此通过引用而成为本申请的记载内容的一部分。

中国专利文件cn103547490a公开一种安全带卷收器，其包括安全带卷轴、驱动元件、用于驱动该驱动元件的按照烟火技术的驱动单元。在该专利文件中主要涉及预紧装置，而未详细讨论限力装置。在此，预紧装置和限力装置是彼此独立的，并且预紧装置的预紧力与限力装置的限制力彼此叠加地由佩戴车辆安全带的乘员承受，这是不利的。在该专利文件中提及的按烟火技术的驱动单元可以应用在本发明中，在此通过引用而成为本申请的记载内容的一部分。

技术实现要素：

本发明的目的在于，提出一种安全带卷收器，其在结构紧凑的情况下在同一个端部区段同时实现预紧、限力和脱耦功能。本发明的目的还在于，提出一种具有该安全带卷收器的车辆安全带以及一种具有该车辆安全带的车辆。

为此，本发明建议一种安全带卷收器，其在一个端部区段上具有预紧、限力和脱耦装置，所述预紧、限力和脱耦装置包括可转动地、但不可轴向运动地支撑的安全带卷轴并且包括驱动元件，所述预紧、限力和脱耦装置还包括套筒和吸能盘；沿轴向朝外观察，所述安全带卷轴的所述端部区段包括直径依次减小的第一段、第二段和第三段，在第二段上设置第一凹部，在所述第一凹部的朝向安全带卷收方向的端部上设置第一螺旋面，第一螺旋面的螺旋方向与安全带卷收方向对应，优选第一螺旋面的母线处在径向方向上或者与径向方向形成20°以下、特别是10°以下、尤其是5°以下的角度，并且在第三段上设置第二凹部；所述驱动元件套装在第二段上，所述驱动元件以轴向内端挡靠在第一段的轴向外端上，所述驱动元件在内圆周面上具有第一突 起，所述第一突起安装在第一凹部中，在所述第一突起的朝向安全带卷收方向的端部上设置与第一螺旋面共同作用的第二表面、优选在安装状态下与第一螺旋面面状贴紧的第二螺旋面；所述套筒套装在第三段上并且沿径向处于驱动元件的内部，所述套筒在内圆周面上具有第二突起，所述第二突起安装在第二凹部中，所述第二突起在超过预定载荷时能被切断，而所述第一突起能承受该预定载荷，所述驱动元件能将轴向力传递到套筒上；在所述吸能盘与所述套筒的轴向外端以及所述驱动元件的轴向外端之间具有轴向间隙，所述轴向间隙的轴向尺寸——优选为1～3mm、特别是大约1mm——小于第一突起的轴向尺寸——优选为2～10mm、特别是4～6mm、尤其是大约4mm，所述吸能盘能通过所述套筒的轴向外端和/或所述驱动元件的轴向外端挤压而塑性变形；在所述预定载荷下，所述第二突起的切断时间——优选为3～6ms——和所述吸能盘的挤压塑性变形时间——优选为8～16ms——之和限定额定预紧时间。

通过本发明的构造，与按照现有技术的具有彼此分开的预紧装置和限力装置的安全带卷收器相比，不仅轴向结构空间更加紧凑，而且零件数量显著减少，另外还能实现彻底的解耦功能。

在此，除非另外说明，轴向方向是指安全带卷轴的轴向方向，径向方向是指安全带卷轴的径向方向。也就是说，参考安全带卷轴的纵轴线来定义纵向方向、径向方向、圆周方向。

在一种特别优选的实施方式中，第一螺旋面具有恒定的螺旋角，并且第二表面是具有相同的恒定螺旋角的第二螺旋面，这两个螺旋面完全互补并且因此面状地相互贴靠。作为等同或替换方案，例如第二表面设有一个滚轮或者多个滚针，所述滚轮或滚针在第一螺旋面上滚动，因此在脱耦时以滚动运动取代滑动运动；第一螺旋面和第二表面的互换也是可能的，在此情况下存在第一表面和第二螺旋面。这些等同或替换方案同样处在本发明的保护范围之内。

按照本发明的一种优选实施方式，所述吸能盘由一块钢片制成，优选吸能盘能通过所述套筒的轴向外端和/或所述驱动元件的轴向外 端挤压而被完全压平。由此能够使得轴向结构空间进一步紧凑。

按照本发明的一种优选实施方式，所述驱动元件是齿轮，其特别是能够通过以烟火技术的驱动单元来驱动。

按照本发明的一种优选实施方式，所述驱动元件具有两个在驱动元件的内圆周面的直径上相对设置的第一突起，优选每个第一突起具有一个第二表面，所述第二段相应地具有两个第一凹部。通过该技术措施，不仅驱动元件而且套筒在承受载荷方面是较为均匀的。当然，正好一个第一突起和正好一个第一凹部或者更多数量的第一突起和第一凹部也是可以考虑的，它们可以在圆周方向上均匀地或者不均匀地分布。

按照本发明的一种优选实施方式，所述套筒具有两个在套筒的内圆周面的直径上相对设置的、沿圆周方向延伸的第二突起，优选所述第三段包括两个对应的l形槽，在将套筒套装到第三段上时，所述第二突起首先沿着所述l形槽的轴向分支沿轴向运动到所述l形槽的轴向分支与圆周方向分支的交点并且紧接着通过转动运动而运动到所述l形槽的圆周方向分支之中，所述圆周方向分支构成第二凹部。通过该技术措施，套筒在安全带卷轴上的安装十分简单。当然，正好一个第二突起和正好一个第二凹部或者更多数量的第二突起和第二凹部也是可以考虑的，它们可以在圆周方向上均匀地或者不均匀地分布。

按照本发明的一种优选实施方式，所述第二突起和所述第二凹部在他们的朝向安全带卷收方向的端部上具有卡勾连接结构，由此能够以简单方式确保套筒在安全带卷轴上的稳固的安装。

按照本发明的一种优选实施方式，所述套筒在轴向外端上具有凸缘，所述驱动元件在轴向外端上具有用于容纳所述凸缘的凹部，优选所述套筒的轴向外端和所述驱动元件的轴向外端形成一个共同的平面。由此能够实现驱动元件向套筒的特别有利的轴向传力。

按照本发明的一种优选实施方式，沿轴向朝外观察，所述安全带卷轴的所述端部区段还包括直径减小的第四段，并因此第三段的轴向外端构成一个环绕的肩部，优选所述第四段穿过壳体中的一个孔，优 选所述吸能盘套装在第四段上，并且优选吸能盘被夹紧在所述壳体与所述肩部之间。由此能够实现安全带卷轴的十分稳定的支撑以及吸能盘的良好安装。

按照本发明的一种优选实施方式，所述第一螺旋面具有恒定的螺旋角，或者具有变化的螺旋角，优选第一螺旋面的螺旋角沿轴向从内向外递减，特别是按照以下公式：

tanα＝tanα0*(1-x/(k*l)),

k＝(l/c)^1/2

其中，α表示第一螺旋面某一点的螺旋角，α0表示第一螺旋面在轴向内端的螺旋角，x表示第一螺旋面某一点至轴向内端的轴向距离，l表示第一螺旋面在轴向内端与轴向外端之间的距离，k表示大于1的常数，c表示吸能盘与套筒的轴向外端和/或驱动元件的轴向外端之间的初始的轴向间隙。通过有利的螺旋角设计，能够实现快速的解耦启动、有利的预紧时间和良好的限力。

按照本发明的一种优选实施方式，所述安全带卷收器包括按烟火技术的驱动单元，该驱动单元能驱动所述驱动元件。

本发明还要求保护一种车辆安全带，其包括根据本发明的用于车辆安全带的安全带卷收器。

本发明还要求保护一种车辆，其包括根据本发明的安全带卷收器。

附图说明

以下通过实施例结合附图更详细地说明本发明。附图如下：

图1a是按本发明的安全带卷收器在第一状态的部分纵剖视图，其中显示共同作用的螺旋面；

图1b是按本发明的安全带卷收器在第一状态的、相对于图1a转动90°的部分纵剖视图；

图2a是按本发明的安全带卷收器在第二状态的、与图1a对应的部分纵剖视图，其中显示共同作用的螺旋面；

图2b是按本发明的安全带卷收器在第二状态的、相对于图2a转 动90°的部分纵剖视图；

图3a是按本发明的安全带卷收器在第三状态的部分纵剖视图，其中显示已经彼此脱开的共同作用的螺旋面；

图3b是按本发明的安全带卷收器在第三状态的、相对于图3a转动90°的部分纵剖视图；

图4a是安全带卷轴的局部的透视图；

图4b是套筒的透视图；

图4c是驱动元件的透视图。

具体实施方式

在附图中示出按照本发明的一种实施方式的用于车辆安全带的安全带卷收器，在安全带卷收器的一个端部区段上具有预紧、限力和脱耦装置。

在如图所示的实施例中，图1a是按本发明的预紧、限力和脱耦装置在第一状态的部分纵剖视图，其中显示共同作用的螺旋面，图1b是按本发明的预紧、限力和脱耦装置在第一状态的、相对于图1a转动90°的部分纵剖视图，第一状态对应于初始状态。图2a是按本发明的预紧、限力和脱耦装置在第二状态的、与图1a对应的部分纵剖视图，其中显示共同作用的螺旋面；图2b是按本发明的预紧、限力和脱耦装置在第二状态的、相对于图2a转动90°的部分纵剖视图。在第二状态中，套筒3的第二突起31已被切断，驱动元件2已相对于安全带卷轴1转动一定角度，并且驱动元件2的轴向外端和套筒3的轴向外端正好与吸能盘4接触，但尚未压缩吸能盘4。图3a是按本发明的预紧、限力和脱耦装置在第三状态的部分纵剖视图，其中显示已经彼此脱开的共同作用的螺旋面；图3b是按本发明的预紧、限力和脱耦装置在第三状态的、相对于图3a转动90°的部分纵剖视图。在第二状态中，驱动元件2与安全带卷轴1脱耦，并且吸能盘4被完全压平。

按本发明的预紧、限力和脱耦装置包括安全带卷轴1，该安全带卷轴包括直径依次减小的第一段11、第二段12和第三段13以及可选 的第四段14。第一段11的轴向外端、即第一段11的沿轴向朝向驱动元件2的端部，形成一个肩部，用于支撑驱动元件2，更具体地说支承驱动元件2的轴向内端、即驱动元件2的沿轴向朝向第一段11的端部。在第二段12上设置第一凹部10。在附图所示的实施例中有两个沿圆周方向隔开180°的第一凹部10，但在图中仅可见其中一个第一凹部10。在图1a和1b所示的第一状态即初始状态中，驱动元件2的第一突起21安装在第一凹部10中。在所述第一凹部10的朝向安全带卷收方向的端部上设置第一螺旋面9，第一螺旋面的螺旋方向与安全带卷收方向对应。所述第一突起21具有与第一螺旋面共同作用的第二表面，特别优选第二表面是在安装状态下与第一螺旋面面状贴紧的第二螺旋面。在一种优选方案中，第一螺旋面的母线处于径向方向上，换言之，在关于安全带卷轴纵轴线的横剖视图中，第一螺旋面的剖切线处在径向方向上。也可能的是，第一螺旋面的母线与径向方向形成30°以下、特别是10°以下、尤其是5°以下的角度，例如为25°、20°、15°、3°等等。

所述驱动元件2套装在第二段12上，所述驱动元件2在内圆周面上具有第一突起21、优选沿圆周方向延伸的第一突起21，所述第一突起安装在第一凹部10中，在所述第一突起的朝向安全带卷收方向的端部上设置与第一螺旋面共同作用的第二表面、优选在安装状态下与第一螺旋面面状贴紧的第二螺旋面。特别优选所述驱动元件2是齿轮，其例如可以通过按烟火技术的驱动单元被驱动。在附图所示的实施例中，所述驱动元件2具有两个在驱动元件的内圆周面的直径上相对设置的第一突起21，每个第一突起具有一个第二表面，所述第二段12相应地具有两个第一凹部10。

所述套筒3套装在第三段13上并且沿径向处于驱动元件2的内部，所述套筒3在内圆周面上具有第二突起31，所述第二突起安装在第二凹部中。按照一种优选方案，所述套筒3具有两个在套筒的内圆周面的直径上相对设置的、沿圆周方向延伸的第二突起31，优选所述第三段13包括两个对应的l形槽8，在将套筒3套装到第三段13上 时，所述第二突起31首先沿着所述l形槽的轴向分支沿轴向运动到所述l形槽的轴向分支与圆周方向分支的交点并且紧接着通过转动运动而运动到所述l形槽的圆周方向分支之中，所述圆周方向分支构成第二凹部。因此，套筒3的安装非常简单。为便于将套筒3在安装状态下固定不动，优选所述第二突起31和所述第二凹部在他们的朝向安全带卷收方向的端部上具有卡勾连接结构33。不言而喻，其他固定措施也是可以考虑的，例如通过压配合的方式或者通过粘接的方式。

所述第二突起31在超过预定载荷时能被切断，而所述第一突起21能承受该预定载荷，所述驱动元件2能将轴向力传递到套筒3上。作用在第二突起31上的轴向力与作用在安全带上的作用力或者与施加在佩戴该安全带的乘员上的作用力成比例。按照一种优选方案，所述预定载荷对应于大约2kn的安全带作用力，尤其是对应于2+/-0.3kn的安全带作用力。

驱动元件2向套筒3传递轴向力可以通过多种方式实现。在一种优选方案中，如图所示，所述套筒3在轴向外端上具有凸缘32，所述驱动元件2在轴向外端上具有用于容纳所述凸缘的凹部，优选所述套筒的轴向外端和所述驱动元件的轴向外端形成一个共同的平面。凸缘32可以由一个环绕的凸缘构成，也可以由多个沿圆周方向彼此间隔开的凸缘区段构成。与之对应，用于容纳所述凸缘32的凹部可以由一个环绕的凹部构成，也可以由多个沿圆周方向彼此间隔开的凹部区段构成。作为等同方案，凸缘32也可以直接支撑在驱动元件2的平坦的轴向外端上，即驱动元件2的轴向外端没有设置用于容纳凸缘32的凹部，此时凸缘32的外径可以等于、大于或小于驱动元件的外径。

按本发明的预紧、限力和脱耦装置还包括吸能盘4，其与套筒3的轴向外端以及驱动元件2的轴向外端相对地设置并且在它们之间具有轴向间隙，所述轴向间隙的轴向尺寸优选为1～4mm，例如为大约1mm、2mm或3mm。所述轴向间隙的轴向尺寸小于第一突起的轴向尺寸，后者优选为2～10mm、特别是4～6mm、尤其是大约4mm。所述吸能盘4能通过所述套筒3的轴向外端和/或所述驱动元件2的轴向 外端挤压而塑性变形。在如图所示的实施方式中，吸能盘4能同时被套筒3的轴向外端和驱动元件2的轴向外端挤压，并且能被最终压平。

在预定载荷下，第二突起31被切断，其切断时间优选为3～6ms。在预定载荷下，吸能盘4被挤压而发生塑性变形，直至被最终压平，该挤压塑性变形时间优选为8～16ms。从驱动单元被激活，直至吸能盘4被完全压平，所经过的时间限定额定预紧时间，其优选为大约20ms，例如处在16ms～24mm的范围内。

如图所示，所述安全带卷轴的所述端部区段还包括直径减小的第四段14，并因此第三段13的轴向外端构成一个环绕的肩部，所述第四段14穿过壳体5中的一个孔51，所述吸能盘4套装在第四段14上并且被夹紧在所述壳体5与所述环绕的肩部之间。

按照一种优选方案，所述第一螺旋面9具有恒定的螺旋角，所述螺旋角例如处在5°～85°、优选20°～70°、尤其是30°～50°的范围内，例如为60°、45°、30°等等。所述第一螺旋面9也可以具有变化的螺旋角，优选第一螺旋面的螺旋角沿轴向从内向外递减，特别是按照以下公式：

tanα＝tanα0*(1-x/(k*l)),

k＝(l/c)^1/2,

其中，α表示第一螺旋面某一点的螺旋角，α0表示第一螺旋面在轴向内端的螺旋角，x表示第一螺旋面某一点至轴向内端的轴向距离，l表示第一螺旋面在轴向内端与轴向外端之间的轴向距离，k表示大于1的常数。k＝(l/c)^1/2，c表示吸能盘与套筒的轴向外端和/或驱动元件的轴向外端之间的初始的轴向间隙。利用如此确定的螺旋角，能够实现快速的解耦启动、有利的额定预紧时间和良好的限力。

由此按照一种有利的方案，α0为45°，并且k为2。因此第一螺旋面10在轴向内端的螺旋角为45°，并且在轴向外端的螺旋角为30°。

在此需要说明的是，上述具体实施方式仅用于理解本发明，而不对本发明的保护范围构成限制。等同或等效措施也是可以考虑的，而不脱离本发明的保护范围。