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Die
Erfindung betrifft einen Linearantrieb zum Straffen eines Sicherheitsgurtes.
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Solche
Linearantriebe sind oft als sogenannte „Rack-and-Pinion"-Linearantriebe ausgebildet. An einem
Kolben ist eine Zahnstange befestigt, die nach der Aktivierung eines
Gasgenerators schlagartig bewegt wird und mit einem an eine Gurtspule
eines Gurtaufrollers gekoppelten Zahnrad so in Eingriff kommt, daß der Sicherheitsgurt
aufgewickelt wird.
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An
Linearantriebe werden verschiedene Anforderungen gestellt. So soll
z.B. bei einer Selbstentzündung
des Gasgenerators aufgrund einer Wärmeeinwirkung von außen, insbesondere
bei einem Brand eines Kraftfahrzeugs, ausgeschlossen werden, daß Teile
des Gasgenerators bersten. Die von dem Gasgenerator freigesetzte
Energie ist nämlich bei
Temperaturen im Bereich der Selbstentzündungstemperatur sehr viel
größer als
bei normalen Betriebstemperaturen.
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Linearantriebe
zum Straffen eines Sicherheitsgurtes, bei denen berstende Teile
ausgeschlossen sind, sind bereits bekannt. Die bekannten Lösungen sind
jedoch teuer und aufwendig in der Herstellung.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Linearantrieb zum Straffen
eines Sicherheitsgurtes bereitzustellen, der kostengünstig ist
und berstende Teile ausschließt.
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Zu
diesem Zweck sieht die Erfindung einen Linearantrieb zum Straffen
eines Sicherheitsgurtes vor, mit einem Gehäuse, einem im Gehäuse verschiebbaren
Kolben, einem pyrotechnischen Gasgenerator, einer Druckkammer, mindestens
einer Abströmöffnung,
durch die Druckgas aus der Druckkammer entweichen kann, und einem
schmelzbaren Verschlußelement,
das entgegen einer Haltekraft verstellbar ist zwischen einer Ruhestellung,
in der es die Abströmöffnung verschließt, und
einer Freigabestellung, in der es die Abströmöffnung freigibt, wobei das
Verschlußelement
durch Wärmeeinwirkung
von außen
zerstörbar
ist, so daß ein
Ausströmen
des Druckgases möglich
ist. Das Verschlußelement
besteht aus einem Material, das bei einer Temperatur, die unterhalb
der Selbstentzündungstemperatur
des Gasgenerators ist, schmilzt oder zumindest in solchem Maße erweicht,
daß das
Verschlußelement
bei Zündung
des Gasgenerators die Abströmöffnung freigibt.
Dadurch ist gewährleistet,
daß bei
einer Selbstentzündung
des Gasgenerators, aufgrund einer Wärmeeinwirkung von außen beispielsweise
bei einem Brand des Kraftfahrzeugs, die unter hohem Druck erzeugten
Gase größtenteils über die
Abströmöffnung entweichen
können.
Selbst bei einer Selbstentzündung
des Gasgenerators sind somit berstende Teile ausgeschlossen. Solange
die Erwärmung
des Linearantriebs innerhalb der Grenzen des normalen Betriebstemperaturbereichs
des Gasgenerators bleibt, bleibt die Abströmöffnung jedoch durch das Verschlußelement
sicher verschlossen, so daß die
Funktion des Linearantriebs nicht beeinträchtigt wird. Das Verschlußelement
hat nämlich
im Betriebstemperaturbereich eine ausreichende Festigkeit. Das Verschlußelement,
das im Normalbetrieb die Ausströmöffnung verschließt, kann
entgegen einer Haltekraft verschoben werden. Das Verschlußelement
erfährt
eine Kraft durch den in der Druckkammer herrschenden Druck, der
auf die effektive Fläche
des Verschlußelements
wirkt. Wenn diese Kraft die Haltekraft übersteigt, wird das Verschlußelement,
das als Schieber wirkt, verschoben, und die Ausströmöffnung wird
freigegeben. Das Druckgas kann dann aus der Druckkammer ausströmen, und
der Druck kann abgebaut werden. Der erfindungsgemäße Linearantrieb
erfüllt
somit die an Linearantriebe gestellten, gesetzlichen Anforderungen
und hält
zudem die gesetzlich vorgeschriebenen Transportbedingungen für Gasgeneratoren
ein.
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Vorzugsweise
ist ein Entlastungskanal vorgesehen, wobei das Verschlußelement
den Entlastungskanal verschließen
kann. Bei Erreichen der Selbstentzündungstemperatur aufgrund einer
Wärmeeinwirkung
von außen,
insbesondere bei einem Brand des Kraftfahrzeugs, schmilzt das Material
des Verschlußelements
und gibt einen Entlastungskanal frei, der zusätzlich zur Abströmöffnung vorgesehen ist,
um ein schnelles Entweichen des Gases zu gewährleisten.
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Es
kann eine Dämpfungseinrichtung
vorgesehen sein, wobei das Verschlußelement entgegen der Haltekraft
der Dämpfungseinrichtung
verschoben werden kann. Die Dämpfungseinrichtung
verringert den kinematischen Impuls des Kolbens beim Zünden der
Treibladung des Gasgenerators. Die konstruktive Auslegung der Bauteile,
insbesondere einer Zahnstange und des Zahnrades, ist so vereinfacht.
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Weitere
Merkmale und Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsformen beschrieben, die
in den Zeichnungen dargestellt sind. In den Zeichnungen zeigen:
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1 einen
Längsschnitt
eines grundsätzlichen
Aufbaus eines Linearantriebs,
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2 einen
Längsschnitt
eines erfindungsgemäßen Linearantriebs
gemäß einer
ersten Ausführungsform
im Ausgangszustand,
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3 einen
Längsschnitt
eines erfindungsgemäßen Linearantriebs
gemäß 1 in
einem aktivierten Zustand,
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4 einen
Längsschnitt
eines erfindungsgemäßen Linearantriebs
gemäß einer
zweiten Ausführungsform,
und
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5 einen
Längsschnitt
eines erfindungsgemäßen Linearantriebs
gemäß einer
dritten Ausführungsform.
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In 1 ist
der grundsätzliche
Aufbau eines Linearantriebs zum Straffen eines Sicherheitsgurtes gezeigt.
Der Linearantrieb umfaßt
ein Gehäuse 10,
in dem ein Kolben 12 verschiebbar aufgenommen ist. An einem
Ende 13 des Gehäuses 10 ist
ein pyrotechnischer Gasgenerator 14 angeordnet. Der Kolben 12 weist
eine zu einem Zahnrad 15 passende Außenverzahnung 16 auf.
Das Zahnrad 15 ist an eine Gurtspule eines Gurtaufrollers
(nicht gezeigt) gekoppelt. Der Aufbau und die Funktionsweise der
Gurtspule ist aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt.
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In
den 2 bis 5 ist ein Verschlußelement 17 gezeigt,
das an den Gasgenerator 14 angrenzt und beim Zünden der
Treibladung verstellt werden kann. Das Verschlußelement 17 besteht
aus Aluminium, Kunststoff oder MCP, wobei es sich bei MCP um eine
niedrigschmelzende Bismut-Zinn-Legierung handelt. Das Material,
aus dem das Verschlußelement 17 gebildet
ist, schmilzt bei einer Temperatur, die unterhalb der Selbstentzündungstemperatur
des Gasgenerators 14 ist. Die Selbstentzündungstemperatur
des Gasgenerators 14 liegt beispielsweise bei etwa 180°C, wohingegen
das Material des Verschlußelements 17 beispielsweise
bei 120°C
schmilzt.
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Das
Verschlußelement 17 ist
in der Ruhestellung so angeordnet, daß eine Abströmöffnung 20 verschlossen
ist. Erst wenn das Verschlußelement 17 entgegen
einer Haltekraft einer zwischen dem Verschlußelement 17 und dem
Kolben 12 angeordneten Dämpfungseinrichtung 18 verschoben
worden ist, liegt die Abströmöffnung 20 frei,
und es kann Druckgas aus einer Druckkammer 22 (3)
entweichen. Das Verschlußelement 17 ist
in allen gezeigten Ausführungsformen
als Schieber ausgebildet.
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Die
Dämpfungseinrichtung 18 ist
elastisch verformbar und besteht aus Kunststoff oder Aluminium. 2 und 3 zeigen
die Dämpfungseinrichtung 18,
die einen zylindrischen und einen kegelstumpfförmigen Abschnitt hat, während die
in den 4 und 5 gezeigte Dämpfungseinrichtung 18 eine
Hülse ist.
Die in 5 gezeigte Dämpfungseinrichtung 18 erstreckt
sich seitlich entlang des Verschlußelements 17; sie
umgibt das Verschlußelement 17 also
seitlich, wobei sich das Verschlußelement 17 an einem
umlaufenden Rand 24 der Dämpfungseinrichtung 18 abstützt. Die
Dämpfungseinrichtung 18 ist
in der in 5 gezeigten Ausführungsform
im Bereich, der das Verschlußelement 17 umgibt,
schmelzbar.
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Im
Folgenden wird auf die Funktionsweise der in den Figuren gezeigten
Ausführungsformen
des Linearantriebs eingegangen.
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Im
Ausgangszustand des Linearantriebs, der in den 2, 4 und 5 gezeigt
ist, befindet sich der Kolben 12 außer Eingriff mit einem Zahnrad 15 (1),
so daß sich
die Gurtspule frei drehen kann.
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Im
Auslösefall
des Gasgenerators 14 steigt durch das Zünden der Treibladung der Druck
an, der auf die effektive Fläche
des Verschlußelements 17 wirkt.
Durch die daraus resultierende Kraft wird das Verschlußelement 17 vom
Gasgenerator 14 wegbewegt (3). Aufgrund
der Kopplung des Verschlußelements 17 über die
Dämpfungseinrichtung 18 mit dem
Kolben 12 wird der Kolben 12 vom Gasgenerator 14 wegbewegt.
Der kinematische Impuls des Kolbens 12 beim Zünden der
Treibladung wird von der Dämpfungseinrichtung 18 verringert
und dadurch die anfängliche
Bewegung des Kolbens 12 gedämpft.
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Bei Überschreiten
des zulässigen
Maximaldrucks in der Druckkammer 22 verformt sich die Dämpfungseinrichtung 18 so,
daß das
Verschlußelement 17 die seitliche
Abströmöffnung 20 freigibt
und das Druckgas aus der Druckkammer 22 (3)
entweichen kann. Das Verschlußelement 17 ist
dann in seiner Freigabestellung.
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Sobald
der Arbeitsdruck, der unterhalb des zulässigen Maximaldrucks liegt,
wieder erreicht ist, verschließt
das Verschlußelement 17 die
Abströmöffnung 20,
da die Dämpfungseinrichtung 18 das
Verschlußelement 17 in
Richtung des Gasgenerators 14 beaufschlagt. Das Verschlußelement 17 ist
dann in seiner Ruhestellung.
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Bei
einer Wärmeeinwirkung
von außen,
beispielsweise bei einem Brand des Fahrzeugs, wird das Verschlußelement 17 zerstört. Wenn
die Selbstentzündungstemperatur
des Gasgenerators 14 erreicht ist, hat das Verschlußelement 17 die
Abströmöffnung 20 bereits
freigegeben, so daß das
beim Zünden
der Treibladung entstehende Gas entweichen kann.
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Die
Funktionsweise der in den 4 und 5 gezeigten
Ausführungsformen
unterscheidet sich nur darin, daß zusätzlich zur Ausströmöffnung 20 ein
Entlastungskanal 26 im Kolben 12 vorgesehen ist.
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Im
Ausgangszustand, also im ungezündeten Zustand
des Gasgenerators 14, sind die seitliche Abströmöffnung 20 und
der Entlastungskanal 26 vom Verschlußelement 17 verschlossen.
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Im
Auslösefall
wird wiederum durch das Zünden
der Treibladung das Verschlußelement 17 und dadurch
der Kolben 12 vom Gasgenerator 14 weggedrückt, wobei
die Dämpfungseinrichtung 18 die
anfängliche
Bewegung des Kolbens 12 dämpft.
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Bei Überschreiten
des zulässigen
Maximaldrucks, d.h. wenn die aus dem Druck in der Druckkammer resultierende
Kraft, die auf das Verschlußelement 17 wirkt,
größer als
die Haltekraft der Dämpfungseinrichtung 18 ist,
wird die Dämpfungseinrichtung 18 vom
Verschlußelement 17 zusammengedrückt. Die
seitliche Abströmöffnung 20 wird
freigegeben, wodurch Gas aus der Druckkammer entweichen kann. Das
Verschlußelement 17 ist
dann in seiner Freigabestellung.
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Sobald
die aus dem Druck in der Druckkammer resultierende Kraft, die auf
die effektive Fläche des
Verschlußelements 17 wirkt,
kleiner als die Haltekraft der Dämpfungseinrichtung 18 ist,
wird das Verschlußelement 17 von
der Dämpfungseinrichtung 18 in
Richtung des Gasgenerators 14 bewegt, wobei die Abströmöffnung 20 verschlossen
wird. Das Verschlußelement 17 ist
dann in seiner Ruhestellung.
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Bei
einer Wärmeeinwirkung
von außen,
beispielsweise bei einem Brand des Fahrzeugs, schmilzt das Verschlußelement 17,
wodurch der Entlastungskanal 26 freigegeben wird, durch
den bei einer Selbstentzündung
des Gasgenerators 14 schnell Druckgas entweichen kann.
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In
der in 5 gezeigten Ausführungsform schmilzt auch der
Bereich der Dämpfungseinrichtung 18,
der das Verschlußelement 17 umgibt,
wobei die Abströmöffnung 20 freigegeben
wird.