DE102004009641A1 - Linear drive for tightening automotive safety belt has piston containing damping device bounding on first pressure chamber within piston - Google Patents

Linear drive for tightening automotive safety belt has piston containing damping device bounding on first pressure chamber within piston Download PDF

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Abstract

The linear drive has a housing (10), a pyrotechnical gas generator (16) and a piston (12) that is movable in the housing with a first pressure chamber (40) formed inside the piston. The piston contains a damping device bounding on the first pressure chamber within the piston.

Description

Die Erfindung betrifft einen Linearantrieb zum Straffen eines Sicherheitsgurts, mit einem Gehäuse, einem pyrotechnischen Gasgenerator, einem im Gehäuse verschiebbaren Kolben und einem im Inneren des Kolbens gebildeten ersten Druckraum.The The invention relates to a linear drive for tightening a seatbelt, with a housing, a pyrotechnic gas generator, a piston displaceable in the housing and a first pressure chamber formed in the interior of the piston.

Solche Linearantriebe sind oft als sogenannte "Rack-and-Pinion"-Linearantriebe ausgebildet. Am Kolben ist eine Zahnstange befestigt, die nach der Aktivierung des Gasgenerators schlagartig bewegt wird und mit einem an eine Gurtspule einer Gurtaufrollvorrichtung gekoppelten Zahnrad in Eingriff kommt, so daß Gurtband aufgezogen wird. Bei derartigen Linearantrieben besteht grundsätzlich das Problem, daß durch das Zünden der Treibladung des Gasgenerators der Kolben mit einem großen kinematischen Impuls auf das Zahnrad geschossen wird, so daß insbesondere beim Einsteuern der Zahnleiste in das Zahnrad hohe mechanische Belastungen auftreten, die durch entsprechende Auslegung der beteiligten Bauteile kompensiert werden müssen.Such Linear drives are often designed as so-called "rack-and-pinion" linear drives. On the piston is a rack attached to the activation of the gas generator is moved abruptly and with a to a belt reel of a belt retractor coupled gear engages, so that webbing is wound up. In such linear actuators basically there is the problem that by the ignition the propellant charge of the gas generator of the piston with a large kinematic Impulse is fired on the gear, so that in particular when driving the rack in the gear high mechanical loads occur compensated by appropriate design of the components involved Need to become.

In der DE 198 46 227A1 wird ein Linearantrieb der eingangs genannten Art mit einem Stufenkolben vorgeschlagen, der ein sanftes Beschleunigen des Stufenkolbens ermöglichen soll. Das erzeugte Gas strömt zunächst in einen im Inneren des Kolbens gebildeten ersten Druckraum, wodurch der Stufenkolben anfänglich in Bewegung versetzt wird. Nach Zurücklegen einer bestimmten Wegstrecke wird ein zweiter Druckraum freigegeben, so daß das in den zweiten Druckraum strömende Gas den Stufenkolben zusätzlich antreibt.In the DE 198 46 227A1 a linear actuator of the type mentioned is proposed with a stepped piston, which should allow a smooth acceleration of the stepped piston. The generated gas first flows into a first pressure space formed in the interior of the piston, whereby the stepped piston is initially set in motion. After covering a certain distance, a second pressure chamber is released, so that the gas flowing into the second pressure chamber gas additionally drives the stepped piston.

Die Erfindung schafft einen Linearantrieb, bei dem der vom Gasgenerator erzeugte Gasdruck auf materialschonende Weise in eine Bewegung des Kolbens umgesetzt wird.The Invention provides a linear actuator in which the gas generator generated gas pressure in a material-friendly manner in a movement of the Piston is reacted.

Bei einem Linearantrieb der eingangs genannten Art wird dies erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß im Inneren des Kolbens eine an den ersten Druckraum angrenzende Dämpfungseinrichtung vorgesehen ist. Somit wirkt der sich im ersten Druckraum aufbauende Druck nicht unmittelbar auf den Kolben. Vielmehr erfährt der Kolben durch die erfindungsgemäß angeordnete Dämpfungseinrichtung eine sanfte Anfangsbeschleunigung, wodurch die Impulsspitzenlast deutlich verringert ist. Bei einem "Rack-and-Pinion"-Linearantrieb können daher geringere Anforderungen an die Kolbenverzahnung und an das Zahnrad gestellt werden, so daß die konstruktive Auslegung dieser Bauteile vereinfacht werden kann. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Linearantriebs besteht darin, daß keine Neuentwicklungen in bezug auf den Gasgenerator erforderlich sind.at a linear drive of the type mentioned this is inventively characterized achieved that in Inside the piston provided adjacent to the first pressure chamber damping device is. Thus, the pressure building up in the first pressure chamber does not work directly on the piston. Rather, the piston undergoes the inventively arranged Damping device a gentle initial acceleration, whereby the peak load clearly is reduced. In a rack-and-pinion linear drive can therefore lower requirements for the piston teeth and the gear be put so that the constructive design of these components can be simplified. Another advantage of the linear drive according to the invention exists in that no New developments are required with respect to the gas generator.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Kolben eine Ausnehmung auf, die sich von einer Stirnseite bis zu einem Boden des Kolbens erstreckt, und die Dämpfungseinrichtung ist zwischen dem ersten Druckraum und dem Boden angeordnet. Eine solche Ausgestaltung, bei der die Dämpfungseinrichtung im Kolbeninneren zwischen dem ersten Druckraum und dem Kolbenboden geschaltet ist, erweist sich als sehr kompakt.According to one preferred embodiment of Invention, the piston has a recess extending from a End side extends to a bottom of the piston, and the damping device is arranged between the first pressure chamber and the bottom. A Such an embodiment in which the damping device in the piston interior is connected between the first pressure chamber and the piston crown, proves to be very compact.

Die Dämpfungseinrichtung umfaßt vorzugsweise ein durch den sich im ersten Druckraum aufbauenden Druck elastisch oder plastisch verformbares Dämpfungselement. Somit kann die energieabsorbierende Charakteristik dieses Elements bei der Dämpfung der anfänglichen Kolbenbewegung ausgenutzt werden.The attenuator comprises preferably a through which building up in the first pressure chamber Pressure elastic or plastically deformable damping element. Thus, can the energy absorbing characteristic of this element in the damping of the initial Piston movement to be exploited.

Bei der Dämpfungseinrichtung der bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß sie ferner eine an den ersten Druckraum angrenzende, verschiebbare Druckplatte umfaßt, die über das Dämpfungselement an den Kolben gekoppelt ist. Eine solche Druckplatte gibt den im ersten Druckraum entstehenden Druck unter Zwischenschaltung des Dämpfungselements an den Kolben weiter.at the damping device the preferred embodiment is provided that she Furthermore, an adjacent to the first pressure chamber, sliding pressure plate comprises the above the damping element coupled to the piston. Such a pressure plate gives the im first pressure chamber resulting pressure with the interposition of the damping element continue to the piston.

Die bevorzugte Ausführungsform sieht außerdem einen zwischen dem Boden des Kolbens und der Druckplatte gebildeten zweiten Druckraum vor, in dem das Druckniveau immer dem des Umgebungsdrucks entspricht.The preferred embodiment see also one formed between the bottom of the piston and the pressure plate second pressure space before, in which the pressure level always that of the ambient pressure equivalent.

Eine einfache Abdichtung der Druckräume ergibt sich dadurch, daß sich die Druckplatte bis zur Wandung der Ausnehmung des Kolbens erstreckt.A simple sealing of the pressure chambers results by the fact that the pressure plate extends to the wall of the recess of the piston.

Zur Verbesserung der Führung der Druckplatte in der Ausnehmung des Kolbens kann eine Konstruktion vorgesehen werden, bei der sich von der Druckplatte ein Fußabschnitt weg erstreckt, der in einer Bohrung im Boden des Kolbens verschiebbar gelagert ist.to Improvement of leadership the pressure plate in the recess of the piston can be a construction be provided, in which from the pressure plate, a foot section away, which is slidably mounted in a bore in the bottom of the piston is.

Als Dämpfungselement kann insbesondere eine Schraubenfeder eingesetzt werden.When damping element In particular, a coil spring can be used.

Eine Verringerung der axialen Baulänge wird dadurch erreicht, daß eine Treibladungshülse des Gasgenerators in die Ausnehmung des Kolbens hineinragt.A Reduction of the axial length is achieved by a Cartridge case of the gas generator protrudes into the recess of the piston.

Bei einer Ausführung der Ausnehmung des Kolbens als Bohrung mit einem runden Querschnitt kann mit relativ hohen Drücken bei geringer Materialbeanspruchung gearbeitet werden.at an execution the recess of the piston as a bore with a round cross-section can with relatively high pressures be worked at low material stress.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform und aus der Zeichnung, auf die Bezug genommen wird. In der Zeichnung zeigt die einzige Figur einen Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Linearantriebs.Other features and advantages of the invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment and from the Drawing to which reference is made. In the drawing, the single FIGURE shows a longitudinal section of a linear drive according to the invention.

Der in der Figur dargestellte Linearantrieb umfaßt ein Gehäuse 10, in dem ein Kolben 12 verschiebbar aufgenommen ist. Sowohl das Gehäuse 10 als auch der Kolben 12 haben einen rechteckigen Querschnitt. An einem Ende 14 des Gehäuses 10 ist ein pyrotechnischer Gasgenerator 16 mit einem elektrisch oder mechanisch zündbaren Treibsatz angeordnet, wobei der Treibsatz eine Treibladung umfaßt, die in einer Treibladungshülse 18 untergebracht ist.The linear drive shown in the figure comprises a housing 10 in which a piston 12 slidably received. Both the case 10 as well as the piston 12 have a rectangular cross-section. At one end 14 of the housing 10 is a pyrotechnic gas generator 16 arranged with an electrically or mechanically ignitable propellant, wherein the propellant charge comprises a propellant charge in a propellant charge sleeve 18 is housed.

Der Kolben 12 weist eine zu einem Zahnrad 20 passende Außenverzahnung 22 auf. Das um eine feste Achse drehbare Zahnrad 20 ist an eine Gurtspule einer Gurtaufrollvorrichtung gekoppelt. Der Kolben 12 weist ferner eine Ausnehmung 24 auf, die z. B. als Bohrung mit rundem Querschnitt ausgeführt sein kann. Die Ausnehmung 24 erstreckt sich von einer Stirnseite 26 bis zu einem Boden 28 des Kolbens 12. In die Ausnehmung 24 ragt die Treibladungshülse 18 des Gasgenerators 16 hinein.The piston 12 has one to a gear 20 suitable external toothing 22 on. The gear rotatable about a fixed axis 20 is coupled to a belt reel of a belt retractor. The piston 12 also has a recess 24 on, the z. B. can be designed as a hole with a round cross-section. The recess 24 extends from one end face 26 to a floor 28 of the piston 12 , In the recess 24 protrudes the propellant charge sleeve 18 of the gas generator 16 into it.

In der Ausnehmung 24 ist ferner ein im Längsschnitt T-förmiger Stößel 30 mit einem Fußabschnitt 32 und einem als Druckplatte 34 dienenden Querabschnitt verschiebbar geführt, wobei der Fußabschnitt 32 durch eine entsprechende Bohrung 36 im Boden 28 des Kolbens 12 hindurchragt, während sich die Druckplatte 34 bis zur Wandung der Ausnehmung 24 erstreckt. Zwischen dem Boden 28 des Kolbens 12 und der Druckplatte 34 ist ein verformbares Element in Form einer um den Fußabschnitt 32 des Stößels 30 herum angeordneten Schraubenfeder 38 vorgesehen, deren eines Ende sich am Boden 28 des Kolbens und deren anderes Ende sich an der Druckplatte 34 abstützt. Die Feder 38 bildet zusammen mit dem gegen die Kraft der Feder 38 in Richtung Boden 28 verschiebbaren Stößel 30 eine Dämpfungseinrichtung.In the recess 24 is also a longitudinal section T-shaped plunger 30 with a foot section 32 and one as a printing plate 34 serving cross-section slidably guided, wherein the foot section 32 through a corresponding hole 36 in the ground 28 of the piston 12 protrudes while the pressure plate 34 to the wall of the recess 24 extends. Between the ground 28 of the piston 12 and the printing plate 34 is a deformable element in the form of a around the foot section 32 of the plunger 30 arranged around coil spring 38 provided, one end of which is on the ground 28 the piston and the other end attached to the pressure plate 34 supported. The feather 38 forms together with the against the force of the spring 38 towards the ground 28 sliding ram 30 a damping device.

In der Ausnehmung 24 ist zwischen der Druckplatte 34 und der Treibladungshülse 18 ein erster Druckraum 40 gebildet; ein zweiter Druckraum 42, in dem das Druckniveau immer dem Umgebungsdruck entspricht, erstreckt sich von der Druckplatte 34 bis zum Boden 28 des Kolbens 12.In the recess 24 is between the pressure plate 34 and the propellant charge case 18 a first pressure room 40 educated; a second pressure chamber 42 , in which the pressure level always corresponds to the ambient pressure, extends from the pressure plate 34 to the ground 28 of the piston 12 ,

Im Normalzustand des Linearantriebs, der in der Figur gezeigt ist, befindet sich der Kolben 12 außer Eingriff mit dem Zahnrad 20, so daß sich die Gurtspule frei drehen kann. Im Auslösefall entsteht durch das Zünden der Treibladung ein ansteigender Druck, der ein Aufbrechen der Treibladungshülse 18 bewirkt. Daraufhin baut sich im ersten Druckraum 40 ein Druck auf, der auf die Druckplatte 34 wirkt und diese vom Gasgenerator 16 wegdrückt. Aufgrund der Kopplung des Stößels 30 mit dem Kolbenboden 28 über die Feder 38 wird der Kolben 12 vom Gasgenerator 16 wegbewegt. Die anfängliche Bewegung des Kolbens 12 erfolgt aufgrund des Einfederns der Feder 38 auf sanfte Weise. Die Dämpfung bewirkt somit eine Einsteuerung der Außenverzahnung 22 des Kolbens 12 in das Zahnrad 20 auf einem verhältnismäßig niedrigen Kraftniveau.In the normal state of the linear drive, which is shown in the figure, the piston is located 12 out of engagement with the gear 20 , so that the belt reel can rotate freely. When triggered by the ignition of the propellant charge an increasing pressure, the breaking of the propellant charge sleeve 18 causes. Thereupon builds up in the first pressure room 40 a pressure on the pressure plate 34 Acts and this from the gas generator 16 pushes. Due to the coupling of the ram 30 with the piston bottom 28 over the spring 38 becomes the piston 12 from the gas generator 16 moved away. The initial movement of the piston 12 occurs due to the spring deflection 38 in a gentle way. The damping thus causes a control of the external teeth 22 of the piston 12 in the gear 20 at a relatively low level of force.

Dem im ersten Druckraum 40 durch den Abbrand der Treibladung weiter ansteigenden Gasdruck wirkt mit fortschreitender Bewegung des Kolbens 12 ein größer werdendes Widerstandsmoment des Zahnrads 20 entgegen, das durch den Gurtbandeinzug hervorgerufen wird. Deshalb wird die Feder 38 immer weiter gestaucht, so daß die Dämpfungswirkung abnimmt und die Kraftübertragung von der Druckplatte 34 des Stößels 30 auf den Kolben 12 direkter wird.The one in the first pressure chamber 40 by the burning of the propellant further increasing gas pressure acts with progressive movement of the piston 12 an increasing moment of resistance of the gear 20 contrary, which is caused by the Gurtbandeinzug. That's why the spring is 38 compressed more and more, so that the damping effect decreases and the power transmission from the pressure plate 34 of the plunger 30 on the piston 12 becomes more direct.

Anstelle der Schraubenfeder 38 kann auch ein anderes elastisch oder plastisch verformbares Element mit geeigneter Energieumwandlungscharakteristik verwendet werden.Instead of the coil spring 38 It is also possible to use another elastically or plastically deformable element with suitable energy conversion characteristics.

Claims (10)

Linearantrieb zum Straffen eines Sicherheitsgurts, mit einem Gehäuse (10), einem pyrotechnischen Gasgenerator (16), einem im Gehäuse (10) verschiebbaren Kolben (12) und einem im Inneren des Kolbens (12) gebildeten ersten Druckraum (40), dadurch gekennzeichnet, daß im Inneren des Kolbens (12) eine an den ersten Druckraum (40) angrenzende Dämpfungseinrichtung vorgesehen ist.A linear drive for tightening a seatbelt, comprising a housing ( 10 ), a pyrotechnic gas generator ( 16 ), one in the housing ( 10 ) displaceable piston ( 12 ) and one inside the piston ( 12 ) formed first pressure chamber ( 40 ), characterized in that inside the piston ( 12 ) one to the first pressure chamber ( 40 ) adjacent damping device is provided. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (12) eine Ausnehmung (24) aufweist, die sich von einer Stirnseite (26) bis zu einem Boden (28) des Kolbens (12) erstreckt, und daß die Dämpfungseinrichtung zwischen dem ersten Druckraum (40) und dem Boden (28) angeordnet ist.Drive according to claim 1, characterized in that the piston ( 12 ) a recess ( 24 ) extending from one end face ( 26 ) to a floor ( 28 ) of the piston ( 12 ), and that the damping device between the first pressure chamber ( 40 ) and the ground ( 28 ) is arranged. Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungseinrichtung ein durch den sich im ersten Druckraum (40) aufbauenden Druck elastisch oder plastisch verformbares Dämpfungselement umfaßt.Drive according to claim 1 or 2, characterized in that the damping device by a in the first pressure chamber ( 40 ) comprises pressure elastically or plastically deformable damping element. Antrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungseinrichtung ferner eine an den ersten Druckraum (40) angegrenzende, verschiebbare Druckplatte (34) umfaßt, die über das Dämpfungselement an den Kolben (12) gekoppelt ist.Drive according to Claim 3, characterized in that the damping device also has a connection to the first pressure chamber ( 40 ) adjoining, sliding pressure plate ( 34 ), which via the damping element to the piston ( 12 ) is coupled. Antrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Boden (28) des Kolbens (12) und der Druckplatte (34) ein zweiter Druckraum (42) gebildet ist, in dem das Druckniveau immer dem des Umgebungsdrucks entspricht.Drive according to claim 4, characterized in that between the ground ( 28 ) of the piston ( 12 ) and the pressure plate ( 34 ) a second pressure chamber ( 42 ) is formed, in which the pressure level always corresponds to that of the ambient pressure. Antrieb nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Druckplatte (34) bis zur Wandung der Ausnehmung (24) des Kolbens (12) erstreckt.Drive according to claim 4 or 5, characterized in that the pressure plate ( 34 ) to the wall of the recess ( 24 ) of the piston ( 12 ). Antrieb nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich von der Druckplatte (34) ein Fußabschnitt (32) weg erstreckt, der in einer Bohrung (36) im Boden (28) des Kolbens (12) verschiebbar gelagert ist.Drive according to one of claims 4 to 6, characterized in that from the pressure plate ( 34 ) a foot section ( 32 ) extending in a bore ( 36 ) in the ground ( 28 ) of the piston ( 12 ) is slidably mounted. Antrieb nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das verformbare Dämpfungselement eine Schraubenfeder (38) ist.Drive according to one of claims 3 to 7, characterized in that the deformable damping element is a helical spring ( 38 ). Antrieb nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Treibladungshülse (18) des Gasgenerators (16) in die Ausnehmung (24) des Kolbens (12) hineinragt.Drive according to one of Claims 2 to 8, characterized in that a propellant charge tube ( 18 ) of the gas generator ( 16 ) in the recess ( 24 ) of the piston ( 12 ) protrudes. Antrieb nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (24) des Kolbens (12) als Bohrung mit rundem Querschnitt ausgeführt ist.Drive according to one of claims 2 to 9, characterized in that the recess ( 24 ) of the piston ( 12 ) is designed as a hole with a round cross-section.
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