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Die Erfindung betrifft einen Gurtstraffer für ein Sicherheitsgurtsystem eines Fahrzeugs, mit einem Zug- oder Schubelement zur Übertragung einer Straffkraft auf ein Sicherheitsgurtband, und mit einer Kraftbegrenzungseinheit zur Begrenzung der über das Sicherheitsgurtband auf einen Insassen ausgeübten Rückhaltekraft, wobei die Kraftbegrenzungseinheit ein mit dem Zug- oder Schubelement gekoppeltes, mittels eines verschiebbaren Kolbenelements in Wirkungsrichtung der Straffkraft verlagerbares Funktionselement aufweist.
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Zur Erhöhung der Schutzwirkung eines Sicherheitsgurtband-Rückhaltesystems ist es bekannt, dieses mit einem Gurtstraffer zu versehen, welcher bei einem Aufprall des Fahrzeugs die Gurtlose aus dem Sicherheitsgurt herauszieht, um dieses zu verkürzen und/oder einen Insassen zur Rückenlehne des Fahrzeugsitzes hin in eine Position mit verringerter Verletzungsgefahr zu ziehen. Bekannt sind in einen Gurtaufrollautomaten integrierte Gurtstraffer sowie Gurtstraffer, welche mit einem Gurtschloss oder einem Endbeschlag des Sicherheitsgurtsystems zusammenwirken.
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Weiterhin sind im Zusammenhang mit einem Sicherheitsgurtsystem für Fahrzeuge auch Gurtkraftbegrenzer bekannt, die dazu dienen, im Crashfall die auf den vom Sicherheitsgurtband aufgefangenen beziehungsweise zurückgehaltenen Insassen wirkende Rückhaltekraft auf ein bestimmtes Maß zu beschränken, um so die Gefahr einer Verletzung des Insassens durch das Sicherheitsgurtband zu reduzieren.
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Im heutigen Fahrzeugbau werden unter anderem Gurtstraffer eingesetzt, bei denen das Straffen des Sicherheitsgurtbandes über die Kraftbegrenzungseinheit erfolgt, das heißt, die Funktion der Kraftbegrenzungseinheit ist der des Gurtstraffers überlagert. Bei dieser Ausgestaltung erfolgt bei aktiviertem Gurtstraffer und bei Überschreiten des von der Kraftbegrenzungseinheit vorgegebenen Kraftbegrenzungsniveaus das Auslösen der Kraftbegrenzungseinheit. Es kann daher sein, dass die Kraftbegrenzungseinheit bereits während des Gurtstraffvorgangs auslöst, so dass das Sicherheitsgurtband nicht in gewünschtem Maße gestrafft sein kann. Ein derartiger, mit einer Kraftbegrenzungseinheit versehender Gurtstraffer ist aus der gattungsbildenden
DE 297 18 659 U1 bekannt. Nachteilig bei derartigen Gurtstraffern ist, dass die maximal realisierbare, auf das Sicherheitsgurtband übertragene Straffkraft nicht beliebig einstellbar ist, sondern erheblich kleiner sein muss als die Auslösekraft der Kraftbegrenzungseinheit. Der Grund hierfür ist, dass auf Grund der Umlenkung des Sicherheitsgurtbandes an einem Gurtbandumlenker im Bereich von circa 90° bis 150° und der Umlenkung eines Zug- oder Schubelements, welches an einem Ende mit einem Gurtschloss oder Endbeschlag und an seinem anderen Ende mit dem Gurtstraffer gekoppelt ist, im Crashfall im Sicherheitsgurtband hohe Kräfte wirkend, was an den Umlenkungen zu hohen Reibungsverlusten führt, wie aus dem aus
9 hervorgehenden Schaubild ersichtlich. Die Reibungsverluste liegen circa im Bereich von 20% bis 40% der Straffkraft. Durch die Richtungsumkehr (Gurtbandzug beim Straffen und Gurtfreigabe bei der Kraftbegrenzung) verdoppeln sich die Reibungsverluste, das bedeutet, dass die maximale Straffkraft deutlich geringer als die Auslösekraft der Kraftbegrenzungseinheit sein darf. Ansonsten würde die Kraftbegrenzungseinheit in jedem Fall immer während des Gurtstraffvorgangs auslösen/aktiviert werden, was nicht gewünscht ist.
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Die
DE 201 02 758 U1 beschreibt einen Straffer für einen Sicherheitsgurt, mit einem Zylinder, einem Kolben, der in dem Zylinder verschiebbar angeordnet ist, einem Zugübertragungsmittel, das mit dem Kolben verbunden ist, um die Bewegung des Kolbens auf den Sicherheitsgurt zu übertragen, und einem Antrieb, der auf den Kolben eine Antriebskraft ausüben kann, um den Sicherheitsgurt zu straffen. Solche Gurtstraffer dienen dazu, im Auslösefall eine eventuell vorhandene Gurtlose schnell einzuziehen, damit der Sicherheitsgurt seine Schutzwirkung für den Insassen voll entfalten kann. Um die Belastung für den Fahrzeuginsassen im Rückhaltefall möglichst gering zu halten, muss die Sicherheitsgurteinrichtung möglichst viel der kinetischen Energie des Fahrzeuginsassen aufnehmen können. Dazu sind sogenannte Kraftbegrenzer vorgesehen, die die aufgenommene Energie in plastische Verformung umwandeln und hierzu ein Deformationselement aufweisen. Das Deformationselement dient einerseits der Verbindung zwischen Kolben und Zugübertragungsmittel, kann aber andererseits durch eine auf das Zugübertragungsmittel wirkende Kraft plastisch verformt werden, so dass es als Kraftbegrenzungseinrichtung wirkt. Diese Funktion kann das Deformationselement unabhängig von der Stellung des Kolbens erfüllen, so dass die Kraftbegrenzungsfunktion auch bei nicht ausgelöstem Gurtstraffer gewährleistet ist.
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Aus der
DE 23 00 119 A ist ein Drei-Punkt-Gurt bekannt, der die Aufgabe hat, einen Insassen im Sitz zu fixieren und dennoch außer bei einem Unfall, dem Insassen eine gewisse Bewegungsfreiheit und auch eine Atmungsmöglichkeit zu lassen. Die kinetische Energie des Insassen kann dann nur auf einem Bruchteil des Weges absorbiert werden, so dass auf ihn große Kräfte wirken können. Entsprechend weist der Gurt Mittel auf, welche die Spannung des Gurtes aufheben, nachdem dieser seine größte Verformung erreicht hat.
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Die
US 5 772 246 A offenbart einen Gurtstraffer für ein Fahrzeugsicherheitsrückhaltesystem mit einem pyrotechnischen Gurtstraffer, bei dem die Zündung einer pyrotechnischen Ladung ein Gasvolumen erzeugt, das unter Druck ein Kabel zurückzieht. Damit kann entweder einen Gurtschlossverschluss zurückgezogen werden oder eine Aufrollspule einer Dreipunkt-Sicherheitsgurtanordnung zurückgespult werden. Um einen Fahrzeuginsassen in einer Unfallsituation sicherer zu positionieren und zurückzuhalten wird in Abhängigkeit eines Kollisionssensors der Gurtstraffer ausgelöst um jegliches Spiel aus dem Sicherheitsgurt zu nehmen.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Gurtstraffer der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem eine maximale Straffkraft im Sicherheitsgurtband realisiert werden kann, welche höher, geringfügig niedriger als oder gleich groß wie die Auslösekraft der Kraftbegrenzungseinheit ist, ohne dass dabei während des Straffvorgangs automatisch die Kraftbegrenzungseinheit ausgelöst wird.
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Zur Lösung der Aufgabe wird ein Gurtstraffer mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen.
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Dieser umfasst ein zur Übertragung einer Straffkraft auf ein Sicherheitsgurtband dienendes Zugelement, welches beispielsweise von einem flexiblen Seil oder Draht gebildet sein kann, oder ein Schubelement, welches sowohl Zug- als auch Schubkräfte übertragen kann. Weiterhin ist eine Kraftbegrenzungseinheit zur Begrenzung der über das Sicherheitsgurtband auf einen Insassen ausgeübten Rückhaltekraft, wobei die Kraftbegrenzungseinheit ein mit dem Zug- oder Schubelement gekoppeltes, mittels eines verschiebbaren Kolbenelements in Wirkungsrichtung der Straffkraft verlagerbares Funktionselement aufweist.
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Der Gurtstraffer zeichnet sich durch Mittel zur parallelen Beaufschlagung des Kolbenelements und des Zug- oder Schubelements mit der Straffkraft aus. Hierzu umfassen erfindungsgemäß die Mittel ein Kraftübertragungselement, das innerhalb eines das Kolbenelement aufnehmenden Arbeitsraums angeordnet ist und auf der dem Funktionselement abgewandten Seite des Kolbenelements angeordnet ist. Das Kraftübertragungselement kann dabei gebildet sein
- - von einer mit einer Durchführung für das Zug- oder Schubelement versehenen Druckplatte, welche am Zug- oder Schubelement befestigt ist, oder
- - so dass das Kraftübertragungselement während des Straffvorgangs mit dem Zug- oder Schubelement kraftwirksam gekoppelt ist und die Kraftkopplung zwischen Kraftübertragungselement und Zug- oder Schubelement während des Betriebs der Kraftbegrenzungseinheit aufgehoben ist, oder
- - als innerer Kolben, dessen Außendurchmesser kleiner als der Innendurchmesser der Durchgangsöffnung des Kolbenelements ist und im Ausgangszustand des Gurtstraffers im Kolbenelement verschiebbar angeordnet ist, wobei ein Spalt zwischen Kraftübertragungselement und Kolbenelement sowie ein Spalt zwischen dem Kolbenelement und der Wandung des Arbeitsraums zumindest im Wesentlichen abgedichtet sind.
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Anders als bei dem bekannten Gurtstraffer wirkt also die mittels eines Federspeichers, eines vorzugsweise pyrotechnischen Gasgenerators oder dergleichen erzeugte Straffkraft nicht nur auf das Kolbenelement, sondern wird vielmehr aufgeteilt in Teilkräfte, von denen eine erste Teilkraft das Kolbenelement in Wirkungsrichtung der Straffkraft und eine zweite Teilkraft das Zug- oder Schubelement in Wirkungsrichtung der Straffkraft gleichzeitig beaufschlagen. Die über das Kolbenelement auf die Kraftbegrenzungseinheit übertragene erste Teilkraft ist nur so groß, dass ein vorzeitiges Auslösen der Kraftbegrenzungseinheit während des Straffvorgangs durch die vom Gurtstraffer hervorgerufenen Kräfte praktisch ausgeschlossen werden kann. Die zweite Teilkraft, die ebenfalls einen Beitrag zur Gurtstraffung erbringt, wird nicht auf die Kraftbegrenzungseinheit übertragen, sondern an dieser vorbei -zumindest indirekt- in das Zug- oder Schubelement eingeleitet. Der erfindungsgemäße Gurtstraffer weist den Vorteil auf, dass durch die gleichzeitige Einleitung der Straffkraft sowohl in die Kraftbegrenzungseinheit als auch in das Zug- oder Schubelement eine im Sicherheitsgurtband wirkende Straffkraft erzeugt werden kann, die höher oder niedriger als oder gleich groß wie die Auslösekraft der Kraftbegrenzungseinheit sein kann. Das bedeutet, die Straffkraft- und Kraftbegrenzungsniveaus können voneinander unabhängig gewählt/eingestellt werden.
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Eine Ausführung des erfindungsgemäßen Gurtstraffers, bei dem die Mittel zur gleichzeitigen Beaufschlagung des Kolbenelements und der Kraftbegrenzungseinheit mit der Straffkraft beziehungsweise mit jeweils einer Straffteilkraft, die in Summe der Straffkraft entsprechen, umfasst somit ein Kraftübertragungselement, welches innerhalb eines Arbeitsraums auf der dem Funktionselement abgewandten Seite des Kolbenelements angeordnet ist. Dieses Kraftübertragungselement kann gemäß einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform permanent, das heißt dauerhaft mit dem Zug- oder Schubelement gekoppelt sein. Bei einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Kopplung des Kraftübertragungselements mit dem Zug- oder Schubelement lediglich während des Straffvorgangs besteht und dass bei oder während des Infunktiontretens der Kraftbegrenzungseinheit die Kopplung des Kraftelements mit dem Zug- oder Schubelement aufgehoben ist. Eine dritte erfindungsgemäßen Ausführungsform weist einen inneren Kolben als Kraftübertragungselement auf.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsbeispiele des Gurtstraffers ergeben sich aus Kombinationen der in den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie den Zeichnungen offenbarten Merkmale.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 in schematischer Darstellung ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Gurtstraffers in seinem Ausgangszustand;
- 2 in schematischer Darstellung den Gurtstraffer gemäß 1 nach erfolgter Gurtstraffung;
- 3 in schematischer Darstellung den Gurtstraffer gemäß 1 nach Aktivierung einer integrierten Kraftbegrenzungseinheit;
- 4 ein Ausführungsbeispiel eines Kraftübertragungselements in Form einer Druckplatte, insbesondere für einen Gurtstraffer gemäß den 1 bis 3, in perspektivischer Darstellung;
- 5A und 5B jeweils eine perspektivische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels des Kraftübertragungselements;
- 6 in schematischer Darstellung einen Ausschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels des Gurtstraffers, der das in den 5A und 5B dargestellte Kraftübertragungselement aufweist, wobei der Gurtstraffer in seinem Ausgangszustand dargestellt ist;
- 7A in schematischer Darstellung einen Ausschnitt eines dritten Ausführungsbeispiel des Gurtstraffers, der in seinem Ausgangszustand dargestellt ist,
- 7B eine perspektivische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels des bei dem Gurtstraffer gemäß 7A eingesetzten Kraftübertragungselements; und
- 8 in schematischer Darstellung einen Ausschnitt eines vierten Ausführungsbeispiel des Gurtstraffers, der in seinem Ausgangszustand dargestellt ist,
- 9 ein Schaubild eines gattungsgemäßen Gurtstraffers, in dem jeweils eine Kennlinie für die im Sicherheitsgurtband wirkende Kraft und vom Gurtstraffer erzeugte Kraft aufgetragen sind.
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1 zeigt in stark schematisierter Darstellung einen Ausschnitt eines Ausführungsbeispiels eines pyrotechnischen Gurtstraffers 1 für ein nicht dargestelltes Sicherheitsgurtsystems eines Kraftfahrzeugs. Der Gurtstraffer 1 umfasst ein rohrförmiges Gehäuse 3, das einen zylindrischen Arbeitsraum 5 begrenzt, welcher vorzugsweise einen kreisrunden Querschnitt aufweist. Der Arbeitsraum 5 ist mittels eines verschiebbar darin angeordneten Kolbenelements 7 in eine erste Kammer 9 und eine zweite Kammer 11 unterteilt. Der Spalt zwischen dem Kolbenelement 7 und der Wandung des Arbeitsraums 5 ist zumindest im Wesentlichen abgedichtet. Hierzu kann beispielsweise eine in der 1 nicht dargestellte Dichtungsanordnung vorgesehen sein. Alternativ kann zur Spaltabdichtung eine Labyrinthdichtung oder ähnliches vorgesehen sein.
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In den Gurtstraffer 1 ist eine Kraftbegrenzungseinheit 13 integriert. Diese umfasst ein in der zweiten Kammer 11 des Arbeitsraums 5 angeordnetes Funktionselement 15, das fest mit einem Zugelement 17 verbunden ist. Das hier von einem Seil gebildete Zugelement 17 verbindet das Funktionselement 15 mit einem in den Figuren nicht dargestellten Gurtschloss oder Endbeschlag des Kraftfahrzeug-Sicherheitsgurtsystems. Zwischen dem Kolbenelement 7 und dem Funktionselement 15 ist eine Verformungshülse 19 vorgesehen, die an ihrem einen Ende an der Stirnfläche des Kolbenelements 7 anliegt und an deren anderen Ende das Funktionselement 15 mit einem Einführ- und Zentrierabschnitt 21 eingreift. An den Einführ- und Zentrierabschnitt 21 schließt sich ein Durchmesser großen werdender konischer Verdrängerabschnitt 23 an.
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Wie aus 1 ersichtlich, ist das Zugelement 17 durch die Verformungshülse 19 und eine im Kolbenelement 7 vorgesehene Durchgangsöffnung geführt. Der Durchmesser der Durchgangsöffnung im Kolbenelement 7 ist so groß gewählt, dass das Zugelement 17 mit Spiel hindurch greift, so dass bei einer Relativbewegung zwischen Zugelement 17 und Kolbenelement 7 vorzugsweise keine, zumindest aber nur sehr geringe Reibungskräfte zwischen dem Zugelement 17 und dem Kolbenelement 7 wirken.
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Bei einer Verlagerung des Kolbenelements 7 in Gurtstraffrichtung 25 werden die Verformungshülse 19 und damit auch das Funktionselement 15 und das daran angebrachte Zugelement 17 in Gurtstraffrichtung 25 verschoben. Auf Grund der festen Kopplung des Funktionselements 15 mit dem Zugelement 17 wird dieses mit in den Arbeitsraum 5 eingezogen beziehungsweise geschoben/gedrückt, was eine entsprechende Verlagerung des damit verbundenen Gurtschlosses oder Endbeschlags und damit eine Straffung des nicht dargestellten Sicherheitsgurtbandes des Sicherheitsgurtsystems zur Folge hat. Der maximale Gurtstraffweg wird durch einen Anschlag 27 begrenzt, gegen den die Verformungshülse 19 stirnseitig anschlägt. Alternativ kann der Gurtstraffweg auch durch einen Anschlag begrenzt werden, welcher beispielsweise im Bereich zwischen dem Gurtstraffer 1 und einer in den 1 bis 3 als Umlenkrolle angedeuteten Umlenkung oder im Bereich zwischen dem Gurtschloss/Endbeschlag und der Umlenkung angeordnet sein kann.
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Der Gurtstraffer 1 umfasst weiterhin ein Kraftübertragungselement 29, das auf der dem Funktionselement 15 abgewandten Seite des Kolbenelements 7, also im Bereich der ersten Kammer 9 angeordnet ist. Das in 4 in perspektivischer Darstellung abgebildete Kraftübertragungselement 29 ist von einer Druckplatte 31 gebildet, die auf ihrer im Kolbenelement 7 abgewandten Seite eine Befestigungshülse 33 zum Verbinden mit dem Zugelement 17 aufweist. Die Befestigungshülse 33 kann beispielsweise mit dem Zugelement 17 verpresst oder verlötet sein. Wichtig ist, dass die Druckplatte 31 lagefest mit dem Zugelement 17 gekoppelt ist.
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Wie aus 4 ersichtlich, weist die Druckplatte 31 bei diesem Ausführungsbeispiel insgesamt vier Gasverbindungskanäle 35 auf, auf deren Funktion nachfolgend noch näher eingegangen wird. Die Druckplatte 31 und die Befestigungshülse 33 sind separate, in geeigneter Weise miteinander fest verbundene Teile, was den Einsatz von unterschiedlichen Materialen ermöglicht. Denkbar ist auch, die Druckplatte 31 und die Befestigungshülse 33 einstückig, das heißt, aus einem Teil herzustellen.
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Zur sicheren Abdichtung während der Straffphase und/oder Erzeugung einer Vorspannung zwischen Kraftübertragungselement 29 und Funktionselement 15 kann ein Federelement zwischen Kolbenelement 7 und Verformungshülse 19 vorgesehen werden.
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Im Ausgangszustand des Gurtstraffer 1, wie er in 1 dargestellt ist, liegt die Druckplatte 31 an der Stirnfläche des Kolbenelements 7 an. Der umlaufende Spalt zwischen der Druckplatte 31 und dem Arbeitsraum 5 ist in geeigneter Weise abgedichtet, beispielsweise mittels einer Dichtungsanordnung, so dass die erste Kammer 9 und die zweite Kammer 11 gasdicht voneinander getrennt sind.
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Um sicherzustellen, dass die erste Kammer 9 auch gegenüber der Umgebung dicht ist, ist der Durchbruch im Gehäuse 3 zur Durchführung des Zugelements 17 entsprechend ausgestaltet und/oder mit einer geeigneten Dichtungsanordnung versehen.
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Zur Funktion des Gurtstraffers 1: In 1 ist der Gurtstraffer 1 in seinem Ausgangszustand/seiner Bereitschaftsstellung angeordnet. Unmittelbar vor oder nach einem Aufprall des Kraftfahrzeugs auf ein Hindernis löst eine in den Figuren nicht dargestellte Steuereinheit auf Grund wenigstens eines, von einem im Fahrzeug vorgesehenen Sensors erzeugten Signals die Straffung des nicht dargestellten Sicherheitsgurtbandes über den Gurtstraffer 1 aus. Hierzu wird ein nicht dargestellter, an sich bekannter pyrotechnischer Gasgenerator gezündet, der in der ersten Kammer 9 angeordnet ist oder über eine Mediumverbindung mit dieser verbunden ist. Das vom Gasgenerator erzeugte Druckgas drängt das Kraftübertragungselement 29, das Kolbenelement 7 sowie die Verformungshülse 19 mit dem endseitig angeordneten Funktionselement 15 gemäß der Darstellung der 1 in Gurtstraffrichtung 25 nach rechts. Durch die Verlagerung dieser Teile wird das Zugelement 17 und damit das Gurtschloss beziehungsweise der Endbeschlag eingezogen, was zu einer gewünschten Straffung im Sicherheitsgurtband führt. Der maximale Straffweg ist durch den Anschlag 27 begrenzt, gegen den die Verformungshülse 19 anschlägt.
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In 2 ist der Gurtstraffer 1 im ausgelösten Zustand dargestellt. Der maximale Straffweg ist zurückgelegt, das heißt, die Verformungshülse 19 ist gegen den Anschlag 27 gefahren. Zu diesem Zeitpunkt ist also die Gurtlose im Sicherheitsgurtband eingezogen und das Sicherheitsgurtband liegt straff am Körper des Fahrzeuginsassens an. Nun beginnt der Oberkörper des Fahrzeuginsassens auf Grund des Frontalaufpralls und der Fahrzeugverzögerung sich nach vorne zu verlagern. Der Fahrzeuginsasse fällt also quasi in das Sicherheitsgurtband. Bei Überschreitung einer durch die Kraftbegrenzungseinheit 13 vorgegebenen Auslösekraft wird das Funktionselement 15 vom Zugelement 17 in die Verformungshülse 19 eingezogen. Auf Grund des durchmessergrößeren Abschnitts des Funktionselements 15 wird die Verformungshülse 19 entsprechend verformt, so dass dem Auszug des Zugelements 17 ein bestimmter Widerstand entgegengesetzt wird. Dieser Widerstand ist unter anderem vom Material der Verformungshülse 19, deren Wandstärke sowie der Form des Funktionselements 15 möglich. Es wird deutlich, dass durch entsprechende Ausgestaltung der vorstehend genannten Teile sowohl eine Einstellung der Auslösekraft der Kraftbegrenzungseinheit 13 als auch die Höhe und der Verlauf der Widerstandskraft über den zurückgelegten Weg des Funktionselements 15 ohne weiteres möglich sind. Der Kraftverlauf über den Weg ist beispielsweise durch eine unterschiedliche Wanddicke der Verformungshülse 19 über ihre Länge realisierbar.
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Durch die Kraftbegrenzungseinheit 13 wird sichergestellt, dass die auf den Fahrzeuginsassen wirkende Rückhaltekraft reduziert beziehungsweise begrenzt ist, um so einer übermäßigen Belastung desselben vorzubeugen. Gleichzeitig bleibt jedoch eine ausreichend hohe Rückhaltewirkung gewährleistet.
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In 3 ist der Gurtstraffer 1 im ausgelösten Zustand und bei aktivierter Kraftbegrenzungseinheit 13 dargestellt. Das Funktionselement 15 ist bis circa zur Hälfte in die Verformungshülse 19 eingezogen. Auf Grund der Kopplung des Kraftübertragungselements 29 mit dem Zugelement 17 wird dieses bei einer Verlagerung des Zugelements 17 entgegen der Straffrichtung 25 mit verlagert. Damit bei dieser Verlagerung die Druckplatte 31 nicht gegen den Gassäule in der ersten Kammer 9 verlagert wird, sind die Gasverbindungskanäle 35 vorgesehen, die ein Überströmen des in der ersten Kammer 9 befindlichen Gases in den sich bildenden Freiraum zwischen der Druckplatte 31 und dem Kolbenelement 7 ermöglichen.
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Damit der Einzug des Funktionselements 15 in die Verformungshülse 19 bei Überschreitung eines bestimmten Kraftniveaus im Sicherheitsgurtband stattfinden kann, muss das Kolbenelement 7 im Arbeitsraum 5 im Moment des Auslösens der Kraftbegrenzungseinheit 13 gegen ein axiales Verschieben entgegen der Straffrichtung 25 fixiert sein. Hierzu ist das Kolbenelement 7 mit einer nicht dargestellten, selbsttätig wirkenden Sperrvorrichtung versehen, die so ausgebildet ist, dass das Kolbenelement 7 in Gurtstraffrichtung 25 verschiebbar ist und bei einer Richtungsumkehr ein Festlegung des Kolbenelements 7 im Arbeitsraum 5, beispielsweise durch Verklemmen/Verkeilen erfolgt.
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Derartige Sperrvorrichtungen sind bekannt, beispielsweise aus der
DE 297 18 659 U1 , der
DE 200 10 969 U1 , der
EP 0 911 228 B1 und der
DE 101 28 247 A1 , deren Inhalt bezüglich des Aufbaus und Funktion der Sperrvorrichtung zum Gegenstand dieser Beschreibung gemacht wird. Derartige Sperrvorrichtungen umfassen von Wälzkörpern gebildete Sperrelemente, die bei einer Bewegung des Kolbenelements 7 entgegen der Straffrichtung, in dem Ausführungsbeispiel gemäß der
1 bis
3 nach links zwischen dem Kolbenelement 7 und der Wand des Arbeitsraums 5 eingeklemmt werden und so eine Bewegung beziehungsweise eine weitergehende Bewegung des Kolbenelements 7 verhindern. Auf Grund der Festlegung des Kolbenelements 7 im Arbeitsraum 5 dient dieses als Abstützung/Widerlager für die Verformungshülse 19 beim Einzug des Funktionselements 15 in dieselbe. Es bleibt festzuhalten, dass die Erfindung nicht auf die Verwendung einer vorstehend beschriebenen Sperrvorrichtung beschränkt ist. Es können selbstverständlich ohne weiteres auch andere geeignete Sperrvorrichtungen eingesetzt werden, bei denen eine vorzugsweise ebenfalls selbsttätige Fixierung des Kolbenelements 7 im Arbeitsraum 5 bei Richtungsumkehr sichergestellt wird.
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Festzuhalten bleibt noch, dass bei dem erfindungsgemäßen Gurtstraffer 1 das Kolbenelement 7 während der Kraftbegrenzung in einer fixen Position im Arbeitsraum 5 verbleibt, während bei dem bekannten Gurtstraffer 1 das Kolbenelement 7 gegen die Kraft der Sperrvorrichtung verlagert wird. Der erfindungsgemäße Gurtstraffer 1 weist daher Vorteile hinsichtlich der Einstellung der gewünschten Kraftniveaus auf.
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Auf Grund der erfindungsgemäßen Kopplung des Kraftübertragungselements 29 mit dem Zugelement 17 wird die bei diesem Ausführungsbeispiel mittels des Gasgenerators erzeugte Straffkraft 25 gleichzeitig über die Druckplatte 31 und deren Befestigungshülse 33 in das Zugelement 17 und auf Grund der Anlage der Druckplatte 31 am Kolbenelement 7 auf die Kraftbegrenzungseinheit 13 beziehungsweise über die Verformungshülse 19 auf das mit dem Zugelement 17 gekoppelte Funktionselement 15 übertragen. Die Straffkraft 25 wird also
- -anders als bei den bekannten Gurtstraffern- nicht nur über die Kraftbegrenzungseinheit 13, sondern auch über das Kraftübertragungselement 29 in das Zugelement 17 eingeleitet. Diese Ausgestaltung des Gurtstraffers 1 ermöglicht es auch eine Straffkraft 25 zu realisieren, die geringfügig kleiner, gleich groß wie oder größer als die Auslösekraft der Kraftbegrenzungseinheit 13 ist, ohne dass die Kraftbegrenzungseinheit 13 während des Straffvorgangs dabei auslöst.
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Die parallele Krafteinleitung über das Kraftübertragungselement 29 bewirkt bei dem in den 1 bis 3 dargestellte Ausführungsbeispiel weiterhin, dass die Kraftbegrenzungseinheit 13 während des Straffvorgangs bereits vorgespannt ist, das heißt der zwischen dem Kraftbeaufschlagungselement 29 und dem Funktionselement 15 befindliche Abschnitt des Zugelements 17 ist vorgespannt. Dadurch erfolgt bei entsprechender Dimensionierung kein Krafteinbruch bei Umkehr der Bewegungsrichtung des Zugelements 17. Die Vorspannung der Kraftbegrenzungseinheit 13 kann beispielsweise auch mittels eines bereits oben beschriebenen Federelements realisiert beziehungsweise unterstützt werden. Diese ist bei dem anhand der 1 bis 7B beschriebenen Ausführungsbeispielen des Gurtstraffers 1 in der Kraftbegrenzungseinheit 13 anordenbar, wobei hierbei das Federelement bereits im Ausgangszustand des Gurtstraffers 1 im bestimmten Maße gemäßer einer ersten Ausführungsvariante zwischen Kolbenelement 7 und Funktionselement 15, gemäß einer zweiten Ausführungsvariante zwischen Kolbenelement 7 und Verformungshülse 19, und gemäß einer dritten Ausführungsvariante zwischen Druckplatte 31 und Kolbenelement 7 eingespannt ist.
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5A und 5B zeigen jeweils eine perspektivische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels des Kraftübertragungselements 29. Dieses ist von einer mit einer Durchführung 37 für das Zugelement 17 versehenen Druckplatte 39 gebildet, die auf ihrer dem Kolbenelement 7 zugewandten Stirnseite eine zapfenförmigen Ansatz 41 mit einer umfangsseitig vorgesehenen konusförmigen Klemmfläche 43 aufweist. Die Druckplatte 39 und der Klemmansatz 41 sind mit einem in Richtung ihrer Längsmittelachse verlaufenden Längsschlitz 45 versehen. Das Kraftübertragungselement 29 ist ähnlich einer selbstklemmenden Hülse ausgebildet.
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In 6 ist das Kraftübertragungselement 29 gemäß der 5A und 5B in im Gurtstraffer 1 eingebautem Zustand dargestellt. Der Gurtstraffer 1 weist im Wesentlichen den gleichen Aufbau wie der anhand der 1 bis 3 beschriebene Gurtstraffer 1 auf. Ein wesentlicher Unterschied besteht darin, dass das Kolbenelement 7 eine Durchführung 47 für das Zugelement 17 aufweist, welche auf ihrer dem Kraftübertragungselement 29 zugewandten Stirnseite einen an den konischen Ansatz 41 angepassten konischen Abschnitt aufweist, der so ausgebildet ist, dass bei darin angeordnetem Klemmansatz 41 des Kraftübertragungselements 29, wie in 6 dargestellt, der nicht dargestellte Längsschlitz 45 annähernd geschlossen ist. Durch das Zusammendrücken des Schlitzes wird der Durchmesser der Durchführung 37 reduziert, wodurch eine Klemmverbindung zwischen dem Kraftübertragungselement 29 und dem Zugelement 17 sowie mit dem Kolbenelement 7 gebildet ist. Das als selbstklemmende Hülse ausgebildete Kraftübertragungselement 29 ist also in dem in 6 dargestellten Ausgangszustand des Gurtstraffers 1 kraftschlüssig mit dem Kolbenelement 7 und dem Zugelement 17 verbunden.
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Wie aus 6 ersichtlich, ist der Außendurchmesser der Druckplatte 39 im zusammengeklemmten Zustand kleiner als der Innendurchmesser des Arbeitsraums 5. Dadurch ist bei Beaufschlagung der ersten Kammer 9 mit dem Druckgas während des Gurtstraffvorgangs eine äußere Ringfläche des Kolbenelements 7 mit Druckgas beaufschlagt. Des Weiteren braucht die Druckplatte 39 beim Entfernen des Ansatzes 41 aus der konusförmigen Aufnahme im Kolbenelement 7 in radialer Richtung Platz zum Öffnen des Längsschlitzes 45, was aufgrund der materialbedingten Eigenschaften des Kraftübertragungselements 29 selbsttätig erfolgt.
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Das anhand der 6 beschriebene Ausführungsbeispiel des Gurtstraffers 1 unterscheidet sich von dem anhand der 1 bis 3 beschriebenen Ausführungsbeispiel im Wesentlichen dadurch, dass das Kraftübertragungselement 29 während des Straffvorgangs mit dem Zugelement 17 und dem Kolbenelement 7 kraftwirksam gekoppelt ist und dass diese Kraftkopplung während des Betriebs der Kraftbegrenzungseinheit 13 aufgehoben ist. Dies erfolgt dadurch, dass bei Bewegungsumkehr des Zugelements 17 nach Auslösen der Kraftbegrenzungseinheit 13 der Klemmansatz 41 aus der Durchführung 47 im Kolbenelement 7 zumindest teilweise herausgezogen wird, wodurch sich die Klemmhülse aufweitet, was zur Aufhebung der Kraftkopplung mit dem Zugelement 17 führt.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 6 kann zwischen der Druckplatte 39 und dem Kolbenelement 7 und/oder zwischen dem Ansatz 41 und der Klemmfläche 43 eine Dichtung zum Ausgleich von Lage- und/oder Bauteiltoleranzen vorgesehen sein. Damit kann ein Gasverlust über diesen Spalt mit Sicherheit ausgeschlossen werden.
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7A zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel des Gurtstraffer 1. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, so dass insofern auf die Beschreibung zu den vorangegangenen Figuren verwiesen wird. Der Gurtstraffer 1 ist in seinem Ausgangszustand dargestellt. Der Gurtstraffer 1 ist mit einem in 7B in perspektivischer Darstellung dargestellten Kraftübertragungselement 29 versehen, welches von einem Hohlzylinder 49 gebildet ist. Im eingebauten Zustand ist das Zugelement 17 durch die Durchgangsöffnung im Hohlzylinder 49 hindurchgeführt und in geeigneter Weise fest mit dem Kraftübertragungselement 29 verbunden. Der Hohlzylinder 49 ist auf seiner Außenumfangsfläche mit einer Anzahl von nutförmigen Überströmöffnungen 51 versehen, die über den Umfang des Hohlzylinders 49 verteilt angeordnet sind. Die Überströmöffnungen 51 münden in einer Stirnfläche 53 des Hohlzylinders 49, die im eingebauten Zustand der Kraftbegrenzungseinheit 13 zugewandt ist. Die Überströmöffnungen 51 erstrecken sich jedoch nicht bis zur der ersten Kammer 9 zugewandten Stirnfläche des Hohlzylinders 49, so dass im Ausgangszustand des Gurtstraffers 1 kein Druckgas über diese Überströmöffnungen 51 in die zweite Kammer 11 überströmen kann. Die Überströmöffnungen 51 können alternativ auch am Kolbenelement 7 realisiert werden.
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Im Ausgangszustand des Gurtstraffers 1 ist das Kraftübertragungselement 29, hier also der Hohlzylinder 49 in der Durchgangsöffnung im Kolbenelement 7 angeordnet. Der Außendurchmesser des Hohlzylinders 49 und der Innendurchmesser der Durchgangsöffnung im Kolbenelement 7 sind so aneinander angepasst, dass ein Verschieben des Hohlzylinders 49 in und entgegen der Gurtstraffrichtung 25 möglich ist. Der Spalt zwischen dem Hohlzylinder 49 und dem Kolbenelement 7 ist abgedichtet, beispielsweise mittels einer Dichtungsanordnung. Des Weiteren ist der Spalt zwischen dem Kolbenelement 7 und der Wandung des Arbeitsraums 5 ebenfalls abgedichtet, wobei auch hier eine entsprechende Dichtungsanordnung vorgesehen sein kann.
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Bei dem in 7A dargestellten Ausführungsbeispiel sind weiterhin im Bereich der Außenumfangsfläche des Kolbenelements 7 vorgesehene Sperrelemente 55 dargestellt, die Teil der vorstehend beschriebenen Sperrvorrichtung zur lagefesten Fixierung des Kolbenelements 7 im Arbeitsraum 5 bei einer Bewegungsumkehr des Zugelements 17 nach Auslösung der Kraftbegrenzungseinheit 13 sind.
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Bei Aktivierung des Gurtstraffers 1 werden sowohl das Kolbenelement 7 als auch der fest am Zugelement 17 angebrachte Hohlzylinder 49 mit dem in der ersten Kammer 9 wirkenden Druckgas beaufschlagt, wodurch -wie bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen auch- das Kraftübertragungselement 29, das Kolbenelement 7, die Verformungshülse 19 sowie das Funktionselement 15 in der Darstellung gemäß der 7A unter Straffung des Sicherheitsgurtbandes nach rechts verschoben werden. Nach Auslösung der Kraftbegrenzungseinheit 13, also nach Überschreiten einer vorbestimmten, im Sicherheitsgurtband wirkenden Kraft fährt das Funktionselement 15 unter Verformung der Verformungshülse 19 in diese ein, wobei der Widerstand, welcher die Verformungshülse 19 dem Funktionselement 15 entgegenbringt, unter anderem in Abhängigkeit des Materials und/oder der Materialdicke der Verformungshülse 19 entsprechend vorbestimmt werden kann. Während der Verformung der Verformungshülse 19 ist das Kolbenelement 7 mittels der Sperrvorrichtung lagefest im Arbeitsraum 5 fixiert, so dass der das Kraftübertragungselement 29 bildende Hohlzylinder 49 aus der Durchgangsöffnung im Kolbenelement 7 in Richtung der ersten Kammer 9 herausgezogen wird. Nachdem der Hohlzylinder 49 ein stückweit aus dem Kolbenelement 7 herausgezogen ist, verbinden die Überströmöffnungen 51 am Kolbenelement 7 die erste Kammer 9 mit der zweiten Kammer 11, so dass das Druckgas in der ersten Kammer 9 überströmen kann. Dadurch wird sichergestellt, dass das Kraftübertragungselement 29 nicht gegen eine Drucksäule in der ersten Kammer 9 verlagert wird.
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Allen anhand der Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen des Gurtstraffers 1 ist gemeinsam, dass die Druck-/Straffkraft, die direkt auf das Zugelement 17 beziehungsweise das Sicherheitsgurtband wirkt, bei Richtungsumkehr, also bei Auszug des Zugelements 17 aus dem Gehäuse 3 wirkungslos wird, was durch die vorstehend beschriebenen Maßnahmen, beispielsweise die Überströmöffnungen 51 bei dem Ausführungsbeispiel gemäß der 7A, an den unterschiedlichen Kraftübertragungselementen realisiert ist. Würde die Druckkraft in der ersten Kammer 9 während der Kraftbegrenzung noch wirken, wäre kein reproduzierbares Druckbeziehungsweise Kraftniveau/Kraftbegrenzungsniveau möglich.
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8 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel des Gurtstraffer 1. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, so dass insofern auf die Beschreibung zu den vorangegangenen Figuren verwiesen wird. Der Gurtstraffer 1 ist in seinem Ausgangszustand dargestellt. Es ist ersichtlich, dass der Gurtstraffer 1 gemäß 8 eine Kombination der Ausführungsbeispiele gemäß der 1 und 7A darstellt. Das Kraftübertragungselement 29 ist von der Druckplatte 31 gebildet, die mit einer Befestigungshülse 33 versehen ist, welche mit dem Zugelement 17, insbesondere mittels einer Kraft- und/oder Stoffschlussverbindung, gekoppelt ist.
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Im Ausgangszustand des Gurtstraffers 1 ist die Druckplatte 31 in einer in der Stirnfläche des Kolbenelements 7 vorgesehenen, zentralen Ausnehmung angeordnet. In dieser Stellung befinden sich die dem Kolbenelement 7 abgewandten Flachseite/Stirnfläche der Druckplatte 31 und die der ersten Kammer 9 zugewandte Flachseite/Stirnfläche - zumindest im Wesentlichen- in einer gemeinsamen Ebene, wie aus der 8 ersichtlich. Andere Anordnungsmöglichkeiten dieser Teile zueinander sind denkbar.
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Der Außendurchmesser der Druckplatte 31 und der Innendurchmesser der Durchgangsöffnung im Kolbenelement 7 sind so aneinander angepasst, dass ein Verschieben der Druckplatte 31 in und entgegen der Gurtstraffrichtung 25 möglich ist. Eine Dichtungsanordnung 34, welche bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 8 ein erstes, zwischen der Druckplatte 31 und dem Kolbenelement 7 angeordnetes Dichtungselement 38A und ein zweites, zwischen dem Kolbenelement 7 und dem Gehäuse 35, vorgesehenes Dichtungselement 38B umfasst, dient dazu, einen Gasaustritt während der Straffung zu verhindern.
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Die Straffkraft 25 wirkt sowohl auf die Druckplatte 31 mit Befestigungshülse 33 als auch auf das Kolbenelement 7. Die Anordnung ist so ausgebildet, dass bei einer Bewegungsumkehr das Gas zwischen der Druckplatte 31 und dem Kolbenelement 7 abströmen kann, so dass ein Druckaufbau und somit eine zusätzliche Kraft während der Kraftbegrenzung verhindert wird. Das zweite Dichtungselement 38B verhindert ein Abströmen des Gases aus der ersten Kammer 9 in die zweite Kammer 11. Der mindestens eine Sperrkörper 55, welcher Teil der Sperrvorrichtung ist, deren Funktion bereits anhand der vorangegangenen Figuren beschrieben ist, blockiert das Kolbenelement 7 bei Bewegungsumkehr, also bei Auslösung der Kraftbegrenzungseinheit 13.
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Ferner weist der Gurtstraffer 1 ein zusätzliches auf, welches zwischen der dem Kolbenelement 7 zugewandten Stirnfläche der Druckplatte 31 und dem Kolbenelement 7 angeordnet ist.
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Die Dichtungselemente 38A und 38B sowie das Dichtungs- und/oder als Dämpfungselement 40 sind hier jeweils ringförmig ausgebildet.
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Bei einem in den Figuren nicht dargestellten Ausführungsbeispiel des Gurtstraffers 1 ist anstelle der rohrförmigen Verformungshülse 19 ein Drahtelement vorgesehen, das beim Auslösen der Kraftbegrenzungseinheit 13 durch Verlagerung des Funktionselements 15 entgegen der Gurtstraffrichtung 25 umformbar ist. Der Draht kann beispielsweise von einer Wickelrolle abgezogen und dabei verformt oder durch eine verengte Öffnung gezogen und dabei verjüngt werden. Die hierfür erforderliche Kraft entspricht der Kraftbegrenzung. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel des Gurtstraffers 1 weist das Funktionselement 15 mindestens ein Schneidelement auf, welches beim Auslösen der Kraftbegrenzungseinheit 13 durch eine Relativbewegung gegenüber einem Gegenelement, beispielsweise einer separaten Zerspanhülse, einen Span von diesem abhebt, wobei die auftretenden Zerspanungskräfte den Widerstand der Kraftbegrenzung darstellen. Insbesondere die Materialeigenschaften, Form sowie Stärke der Zerspanhülse bestimmen den Kraftbegrenzungsverlauf und bitten daher Möglichkeiten zur Einstellung des Kraftbegrenzungsverlaufs.
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Zusammenfassend bleibt festzuhalten, dass der erfindungsgemäße Gurtstraffer 1 einen einfachen Aufbau aufweist und sich durch eine hohe Funktionssicherheit auszeichnet.
