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Die
Erfindung betrifft einen Linearantrieb zum Bewegen eines Personensicherheitssystems
eines Fahrzeugs, insbesondere 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 ein
Sicherheitsgurt gestrafft wird.
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Bei
derartigen Linearantrieben besteht grundsätzlich das Problem, daß durch
Zünden
einer Treibladung des Gasgenerators der Kolben mit einem großen kinematischen
Impuls auf das Zahnrad geschossen wird, so daß insbesondere beim Einsteuern
der Zahnstange in das Zahnrad hohe mechanische Belastungen auftreten,
die durch entsprechende Auslegung der beteiligten Bauteile kompensiert
werden müssen.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Linearantrieb bereitzustellen,
der einfach aufgebaut und kostengünstig herstellbar ist.
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Zu
diesem Zweck sieht die Erfindung einen Linearantrieb zum Bewegen
eines Personensicherheitssystems eines Fahrzeugs vor, mit einem
pyrotechnischen Gasgenerator, der eine Treibladung aufweist, einem
Gehäuse,
einem im Gehäuse
verschiebbaren Kolben, einem Druckraum im Kolben und einem Element,
das verschiebbar im Kolben aufgenommen ist und im nicht aktivierten
Zustand am Kolben befestigt ist, wobei das Element bei Aktivierung
des Gasgenerators anfänglich
zusammen mit dem Kolben vom Gasgenerator weg bewegt wird und bei
einem vorbestimmten Druck im Druckraum während der Bewegung des Kolbens
relativ zum Kolben in Bewegungsrichtung des Kolbens verstellt wird. Nach
dem Zünden
der Treibladung des Gasgenerators wird das Element zusammen mit
dem Kolben in Bewegung gesetzt. Das Element und der Kolben sind so
lange kraftschlüssig
gekoppelt, bis der Druck im Druckraum eine bestimmte Kraft, die
die Haltekraft des Elements sein kann, übersteigt. Dann wird das Element
relativ zum Kolben verschoben. Der Kolben wird durch die Koppelung
an das Element frühzeitig und
mit geringer Krafteinwirkung in Bewegung gesetzt. Somit ist die
Impulsspitzenlast deutlich verringert, weshalb bei einem „Rack-and-Pinion"-Linearantrieb geringere Anforderungen
an die Verzahnung gestellt werden können, ohne daß Zusatzbauteile
für eine
Dämpfung
notwendig sind.
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Gemäß einer
Ausführungsform
ist das Element entgegen einer Haltekraft verschiebbar im Kolben
aufgenommen, und bei Aktivierung des Gasgenerators wird das Element
zusammen mit dem Kolben vom Gasgenerator weg verstellt, bis der
auf das Element wirkende Druck die Haltekraft des Elements überschreitet
und das Element relativ zum Kolben verstellt wird. Die Haltekraft
ist dabei insbesondere die Reibungskraft zwischen den Mantelflächen des Elements
und des Kolbens.
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Alternativ
besteht das Element aus einem viskosen Material, wobei sich die
Viskosität
des Materials aufgrund der Wärme
des Gases ändert.
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Vorzugsweise
kann wenigstens ein Teil des Elements über eine an einem dem Gasgenerator
entgegengesetzten Ende des Druckraumes angeordnete Druckentlastungsöffnung aus
dem Kolben herausgedrückt
werden. Eine Entlüftung
des Druckraums kann nach einer bestimmten Zeit erreicht werden,
so daß der
Kolben bei einer Kraftbegrenzung ohne Widerstand entgegen seiner
Straffbewegung bewegt werden kann.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung und den Zeichnungen. Die Erfindung wird anhand verschiedener
Ausführungsformen
beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine
Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Linearantriebs gemäß einer
ersten Ausführungsform
in einer Anfangsstellung ohne Gehäuse,
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2 eine
Schnittansicht des in 1 gezeigten Linearantriebs in
einer Endstellung ohne Gehäuse,
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3 eine
Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Linearantriebs gemäß einer
zweiten Ausführungsform
ohne Gehäuse
und Zahnstange,
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4 eine
Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Linearantriebs gemäß einer
dritten Ausführungsform
ohne Gehäuse
und Zahnstange,
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5 eine
Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Linearantriebs gemäß einer
vierten Ausführungsform
ohne Gehäuse
und Zahnstange,
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6 eine
perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen Linearantriebs von 5 ohne
Gehäuse
und Zahnstange,
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7 eine
Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Linearantriebs gemäß einer
fünften
Ausführungsform,
und
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8 eine
Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Linearantriebs gemäß einer
sechsten Ausführungsform
ohne Gehäuse
und Zahnstange.
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In
den Figuren ist ein Linearantrieb z.B. zur Gurtstraffung, zum Aufstellen
einer Motorhaube etc. in unterschiedlichen Ausführungsformen gezeigt. Der Linearantrieb
umfaßt
jeweils ein Gehäuse 10 (siehe 7),
in dem ein Kolben 12 verschiebbar aufgenommen ist. An einem
Ende 14 des Linearantriebs ist ein pyrotechnischer Gasgenerator 16 angeordnet, der
einen vorgefertigten Zünder 18 und
eine mit einer Treibladung gefüllte
Treibladungshülse 20 umfaßt.
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Angrenzend
an die Treibladungshülse 20 ist ein
verschiebbares Element 22 aufgenommen. Das Element 22 ist
im nicht aktivierten Zustand des Gasgenerators 16 am Kolben 12 befestigt
und kann zusammen mit dem Kolben 12 bewegt und relativ
zum Kolben 12 verstellt werden.
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Im
nicht aktivierten Zustand des Gasgenerators 16 (z.B. 1)
befindet sich eine am Kolben 12 angebrachte Außenverzahnung 26,
die durch ein separates, mit dem Kolben 12 gekoppeltes
Teil gebildet ist, außer
Eingriff mit einem Zahnrad 28 eines Gurtaufrollers, so
daß sich
eine Gurtspule frei drehen kann.
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Durch
das beim Zünden
des Gasgenerators 16 frei werdende Gas, das in einen Druckraum 30 einströmt und auf
das Element 22 wirkt, wird anfänglich das Element 22 samt
dem Kolben 12 vom Gasgenerator 16 weggedrückt. Der
Gasgenerator 16 bleibt ortsfest, so daß der Kolben 12 samt
Treibladungshülse 20 entlang
dem Generator 16 in 1 nach links
bewegt wird. Bei dieser Bewegung des Kolbens 12 kommt die
am Kolben 12 angebrachte Außenverzahnung 26 in Eingriff
mit dem an die Gurtspule des Gurtaufrollers gekoppelten Zahnrad 28,
wodurch ein an der Gurtspule angebrachter Sicherheitsgurt gestrafft
wird.
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Ab
einem vorbestimmten Druck im Druckraum 30 wird das Element 22 relativ
zum Kolben 12 in Bewegungsrichtung des Kolbens 12 verstellt,
und zwar ab dem Zeitpunkt, ab dem die aus dem Druck im Druckraum 30 resultierende
Kraft die Haltekraft des als Kolben ausgebildeten Elements 22 übersteigt (1 bis 4).
Im Ausgangszustand hat der Kolben 22 einen Verschieberaum 31 angrenzend
an das vordere Ende des Elements 22, in den sich dieser
bewegen kann. Da sich das Element 22 relativ zum Kolben 12 verstellt,
vergrößert sich
der Druckraum 30, wodurch der Druck im Druckraum 30 sinkt.
So können
die Teile vor Überlast
geschützt
werden. Eine Druckentlastungsöffnung 32 an
der dem Gasgenerator 14 entgegengesetzten Stirnseite ermöglicht eine Verstellung
des Elements 22. Eine Berstscheibe 36 im Element 22 bricht
bei einem vorbestimmten, hohen Druck und erlaubt ein Ausströmen von
Gas aus dem Kolben 12.
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In
den 1 und 2 ist der Linearantrieb in einer
ersten Ausführungsform
gezeigt, wobei 1 den Linearantrieb in einer
Anfangsstellung zeigt, in der der Gasgenerator 16 nicht
aktiviert ist, und 2 den Linearantrieb in einer
Endstellung zeigt, in dem das Element 22 an einem Vorsprung 34 anliegt.
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Um
ein Ausströmen
des Gases aus dem Druckraum 30 durch die Druckentlastungsöffnung 32 in
die Umgebung zu ermöglichen,
hat das Element 22 eine Berstscheibe 36, die bersten
kann.
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In
dieser Ausführungsform
wird die Treibladungshülse 20 mitverstellt,
bis diese aufbricht. Anfangs ist der Druckraum 30 in der
Treibladungshülse 20 gebildet.
Dieser Druck wirkt auf das Element 22, so daß das Element 22 und
die Treibladungshülse 20 samt
dem Kolben 12 vom Gasgenerator 16 weggedrückt werden.
Ab einem bestimmten Druck bricht die Treibladungshülse 20 auf.
Dann werden nur noch das Element 22 und der Kolben 12 verstellt.
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In 3 ist
der Linearantrieb in einer zweiten Ausführungsform gezeigt, wobei das
Element 22 in seiner Ausgangsstellung und in seiner Endstellung (gestrichelt)
gezeigt ist. Sie unterscheidet sich von der in den 1 und 2 gezeigten
Ausführungsform
darin, daß die
Treibladungshülse 20 nicht
verstellt wird, d.h. beim Zünden
des Gasgenerators 16 bricht die Treibladungshülse 20 auf
und das beim Zünden
des Gasgenerators 16 freiwerdende Gas strömt in den
zwischen der Treibladungshülse 20, dem
Kolben 12 und dem Element 22 gebildeten Druckraum 30.
Das Element 22 wird ab einem vorbestimmten Druck dann in
den Verschieberaum 31 bewegt.
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In 4 ist
der Linearantrieb in einer dritten Ausführungsform gezeigt. Diese entspricht
im wesentlichen der in 3 gezeigten Ausführungsform. Sie
unterscheidet sich nur darin, daß die im Gehäuse 10 vorgesehene
Druckentlastungsöffnung 32 einen trichterförmigen Abschnitt
und einen zylindrischen Abschnitt hat.
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In
den 5 und 6 ist der Linearantrieb in einer
weiteren Ausführungsform
gezeigt.
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Das
verschiebbar im Kolben 12 aufgenommene Element 22 ist
aus einem viskosen Material und wird, sobald ein vorbestimmter Druck überschritten
ist, relativ zum Kolben 12 verstellt und kann zumindest
teilweise über
die Druckentlastungsöffnung 32,
die einen trichterförmigen
und einen zylindrischen Abschnitt hat, aus dem Kolben 12 herausgedrückt werden.
Das Material erwärmt
sich, seine Viskosität
sinkt, und die Fließgeschwindigkeit
steigt. Je größer der
Druck ist, um so niedriger ist die Viskosität, und um so schneller fließt das Material
durch die Düse.
Das Volumen des Druckraums 30 im Kolben 22 steigt
und der Druck sinkt. Durch die richtige Auswahl des Materials mit
bestimmter Viskosität
und der Parameter der Düse
in der Druckentlastungsöffnung 32 kann
eine volle Entlüftung
des Druckraums 30 im Kolben 22 nach einer vorgegebenen
Zeit erreicht werden.
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Das
Element 22 hat eine Ausnehmung 38, die in einer
Flucht mit der Druckentlastungsöffnung 32 liegt.
Nach dem Aktivieren des Gasgenerators 16 kann Gas in diese
Ausnehmung 38 einströmen,
um dieses großflächig zu
erwärmen.
Die Ausnehmung 38 beeinflußt die Verstellgeschwindigkeit
und den Zeitpunkt, ab dem das Element 22 relativ zum Kolben 12 verstellt
wird.
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In 7 ist
der Linearantrieb in einer weiteren Ausführungsform gezeigt. Diese unterscheidet sich
von der in den 5 und 6 gezeigten
Ausführungsform
nur darin, daß die
Druckentlastungsöffnung 32 zylindrisch
ist.
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In 8 ist
der Linearantrieb in einer weiteren Ausführungsform gezeigt. Diese Ausführungsform
unterscheidet sich von der in den 5 und 6 gezeigten
Ausführungsform
darin, daß an
jeder Stirnseite des Elements 22 eine Ausnehmung 38 vorgesehen
ist, die mit der zylindrischen Druckentlastungsöffnung 32 fluchtet.