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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Gurtstraffer für einen
Sicherheitsgurt mit einem Kolben, der in einem Zylinder verschiebbar
angeordnet ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1. Die Erfindung betrifft außerdem ein mit einem derartigen
Gurtstraffer ausgestattetes Kraftfahrzeug.
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Gurtstraffer
dienen im allgemeinen 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 Crashfall möglichst
gering zu halten, muss die Sicherheitsgurteinrichtung möglichst
viel der kinetischen Energie des Fahrzeuginsassen aufnehmen können.
Zu diesem Zwecke werden sog. Gurtkraftbegrenzer eingesetzt, welche
die aufgenommene Energie in plastische Verformung umwandeln.
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Aus
der
DE 201 02 751
U1 ist ein gattungsgemäßer Gurtstraffer
bekannt, bei welchem ein Kolben mit einem Deformationselement versehen
ist, an welchem ein Zugübertragungsmittel angreift. Das
Zugübertragungsmittel ist dabei einerseits an einem Verdrängerelement
und andererseits am Sicherheitsgurt fest angebunden. Das Deformationselement selbst
dient einerseits der Verbindung zwischen Kolben- und Verdrängerelement,
kann andererseits aber durch eine auf das Zugübertragungsmittel
wirkende Kraft plastisch verformt werden, wodurch es als Kraftbegrenzungseinrichtung
wirkt. Diese Funktion kann das Deformationselement, welches beispielsweise als
Deformationsrohr ausgeführt ist, unabhängig von der
Stellung des Kolbens erfüllen, so dass die Kraftbegrenzungsfunktion
auch bei nicht ausgelöstem Gurtstraffer gewährleistet
ist.
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Moderne
Gurtstraffer arbeiten dabei üblicherweise mit einer als
Gasgenerator ausgebildeten Antriebseinrichtung, welche im Auslösefall
ein in einer Expansionskammer expandierendes Gas und damit einen
auf den Kolben wirkenden Gasdruck erzeugt. Bei einer Anwendung,
bei der ein langer Straffweg sowie eine anhaltende Krafteinwirkung
gewünscht sind, stellt sich dabei das Problem, dass das in
der Expansionskammer expandierende Gas durch die Zuführung
des Zugübertragungsmittels entweichen und somit der zunächst
aufgebaute Druck nicht gehalten werden kann. Um dem entgegenzuwirken, können
beispielsweise das Zugübertragungsmittel ummantelt und/oder
weitere Dichtungselemente eingesetzt werden. Diese zwar naheliegende
Lösung ist jedoch oftmals nicht ausreichend und darüber
hinaus in der Herstellung aufwändig und dadurch teuer.
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Die
vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem,
für einen gattungsgemäßen Gurtstraffer
der eingangs genannten Art eine verbesserte oder zumindest eine
andere Ausführungsform anzugeben, mit welcher insbesondere
ein langer Straffweg sowie eine anhaltende Krafteinwirkung konstruktiv
einfach erreichbar sind.
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Dieses
Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand
des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte
Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
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Die
Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, zwischen einem Kolben
eines Gurtstraffers und einem den Kolben koaxial durchdringenden Zugübertragungsmittel
ein Dichthülsenelement vorzusehen, welches eine aus einem
Zylinder, dem Kolben sowie dem Dichthülsenelement gebildete
Expansionskammer eines Gasgenerators derart abdichtet, dass der
im Aktivierungsfall des Gurtstraffers erzeugte Gasdruck nicht über
das Zugübertragungsmittel nach außen entweichen
kann. Das Zugübertragungsmittel ist dabei einerseits mit
einem Verdrängerelement und andererseits mit dem Sicherheitsgurt fest
verbunden, wobei zwischen dem Kolben und dem Verdrängerelement
ein Deformationsrohr angeordnet ist, das koaxial außerhalb
des Zugübertragungsmittels verläuft und den Kolben
axial durchdringt. Der Gasgenerator kann im Aktivierungsfall des
Gurtstraffers auf den Kolben eine Antriebskraft in der Art eines
Gasdruckes ausüben, wodurch der Sicherheitsgurt gestrafft
wird. Im Dichthülsenelement ist das Zugübertragungsmittel
geführt, wogegen der Kolben auf dem Dichthülsenelement
axial verschiebbar gelagert ist. Zusammen mit dem Zugübertragungsmittel
durchdringt das Dichthülsenelement den Kolben axial und
ist mit seinem ersten Ende fest mit einer Zylinderstirnwand des
Zylinders verbunden, während es mit seinem zweiten Ende
koaxial in den Zylinder hineinragt. Die Expansionskammer ist dabei durch
das Dichthülsenelement gegen das Zugübertragungsmittel
und damit nach außen abgedichtet, wodurch der Gasdruck
lange erhalten bleibt. Neben der Führung des Kolbens auf
dem Dichtelement ist dieser zusätzlich im Zylinder des
Gurtstraffers geführt, wobei ein Entweichen des in der
Expansionskammer aufgebauten Gasdruckes erst ab einem vordefinierten
Straffweg erfolgen kann, bei welchem der Kolben nicht mehr auf dem
Dichthülsenelement geführt ist. Von besonderem
Vorteil ist dabei ebenfalls, dass eine bisher erforderliche abdichtende
Ummantelung des Zugübertragungsmittels, beispielsweise durch
Kunststoff, sowie anderweitige Dichtelemente entfallen können,
wodurch sich die Herstellung des erfindungsgemäßen
Gurtstraffers vereinfachen lässt.
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Zweckmäßig
weist das Dichthülsenelement eine geringere axiale Länge
auf, als das Deformationsrohr. Die axiale Länge des Dichthülsenelementes bestimmt
dabei den kritischen Straffweg, bis zu welchem der Kolben auf dem
Dichthülsenelement geführt und dadurch die Brennkammer
nach außen abgedichtet ist. Bei Überschreiten
dieses kritischen Straffweges wird der Kolben nur noch im Zylinder, nicht
aber mehr auf dem Dichthülsenelement geführt, wodurch
ein Gasaustritt aus der nunmehr nicht mehr vollständig
nach außen abgedichteten Expansionskammer erfolgen kann.
Mit der Vorgabe der axialen Länge des Dichthülsenelementes
ist somit der kritische Straffweg des erfindungsgemäßen
Gurtstraffers exakt einstellbar.
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Zweckmäßig
ist der Kolben mit einer Rücklaufsperre versehen, welche
verhindert, dass der Kolben nach dem Straffvorgang wieder in seine
Ausgangsstellung zurückverschoben werden kann. Hat der
Kolben den in vorigem Absatz genannten kritischen Straffweg erreicht,
so ist durch den darauf folgenden Entlüftungsvorgang eine
Rückstellung des Kolbens möglich, sofern dieser
nicht, wie gemäß der Erfindung vorgesehen ist,
an dieser Rückstellung durch die Rücklaufsperre
gehindert wird. Die Rücklaufsperre bewirkt somit, dass
der Kolben in seinem Umkehrpunkt gehalten und nicht mehr in seine
Ausgangsstellung zurück verstellt werden kann. Eine derartige
Rücklaufsperre kann beispielsweise Wälzelemente
aufweisen, welche bei einem Zurückverstellen des Kolbens
zwischen diesem und dem Zylinder eingeklemmt werden und dadurch
das Zurückverstellen des Kolbens verhindern.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Lösung ist das Dichthülsenelement stauchbar oder
faltbar ausgebildet und/oder weist eine Sollbruchstelle im Bereich der
Anbindung an die Zylinderstirnwand oder an der dem Verdrängerelement
zugewanden Seite auf. Durch die Fixierung des Kolbens in seinem
Umkehrpunkt mittels der in vorigem Absatz beschriebenen Rücklaufsperre,
kann das Zugübertragungsmittel nur dann aus dem Gurtstraffer
herausgezogen werden, falls das Dichthülsenelement bzw.
das Deformationsrohr in irgendeiner Weise, insbesondere plastisch verformbar
sind. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass das Verdrängerelement
zuerst in das Deformationsrohr und anschließend gegen das Dichthülsenelement
hineingezogen wird und letzteres unter plastischer Verformung staucht.
Ebenso ist denkbar, dass das Dichthülsenelement beim Ausziehen
des Zugübertragungsmittels aufgedehnt bzw. gefaltet wird.
Zusätzlich oder alternativ ist denkbar, dass die Anbindung
zwischen dem Dichthülsenelement und der Zylinderstirnwand
eine Sollbruchstelle aufweist, welche bei Überschreiten
einer vordefinierten Kraft bricht und dadurch das Dichthülsenelement, beispielsweise
ebenfalls unter einer plastischen Verformung, aus der Zylinderstirnwand
geschoben werden kann. Damit hierbei nicht nur eine Haftreibung zwischen
der Zylinderstirnwand und dem Dichthülsenelement wirkt,
kann das Dichthülsenelement zusätzlich mittels
eines Spaltelementes, beispielsweise mittels eines Keiles, unter
Material- und Energieverzehr gespalten bzw. gespant werden, wodurch
ebenfalls ein energieabsorbierendes Ausziehverhalten erreicht werden
kann.
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Weitere
wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen
Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils
angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder
in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden
Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen
dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche
oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
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Dabei
zeigen, jeweils schematisch,
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1 einen
Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen
Gurtstraffer,
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2 ein
mögliches Kraftwegdiagramm bei der Aktivierung des erfindungsgemäßen
Gurtstraffers.
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Entsprechend 1 weist
ein erfindungsgemäßer Gurtstraffer 1 einen
Kolben 2 auf, welcher in einem Zylinder 3 verschiebbar
angeordnet ist. Der Kolben 2 ist dabei mit einem Deformationsrohr 4 verbunden,
welches anderenends, d. h. mit seinem dem Kolben 2 abgewandten
Ende, mit einem Verdrängerelement 5 verbunden
ist bzw. an diesem anliegt. Das Verdrängerelement 5 weist
gemäß der 1 eine runde,
insbesondere eine olivenartige Gestalt auf, wobei auch andere Querschnitts-
bzw. Außenformen denkbar sind. Desweiteren ist das Verdrängerelement 5 fest
mit einem Zugübertragungsmittel 6 verbunden, welches
an seinem dem Verdrängerelement 5 abgewandten
Ende mit einem nicht gezeigten Sicherheitsgurt verbunden ist. Das
Zugübertragungsmittel 6 kann beispielweise als
mantelloses Stahlseil ausgebildet sein.
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Wie
der 1 zu entnehmen ist, ist das Deformationsrohr 4 zwischen
dem Kolben 2 und dem Verdrängerelement 5 angeordnet, wobei
das Zugübertragungsmittel 6 koaxial innerhalb
des Deformationsrohrs 4 verläuft und den Kolben 2 axial
durchdringt. Desweiteren ist ein Dichthülsenelement 7 vorgesehen,
in welchem das Zugübertragungsmittel 6 geführt
ist und auf welchem der Kolben 2 axial verschiebbar gelagert
ist. Der Kolben 2 ist dabei vorzugsweise gasdicht auf dem
Dichthülsenelement 7 geführt. Das Dichthülsenelement 7 durchdringt
ebenso wie das Zugübertragungsmittel 6 den Kolben 2 axial
und ist mit einem ersten Ende 8 fest mit einer Zylinderstirnwand 9 des
Zylinders 3 verbunden, während es mit einem zweiten
Ende 10 koaxial in den Zylinder 3 hineinragt.
Das Dichthülsenelement 7 dient dabei der Abdichtung
einer Expansionskammer 11, welche im übrigen von
der Zylinderstirnwand 9, dem Zylinder 3 und dem
Kolben 2 begrenzt ist. Verbunden ist die Expansionskammer 11 mit
einem nicht gezeigten Gasgenerator, welcher beispielsweise durch
Entzündung eines Gases in der Expansionskammer 11 einen
Gasdruck in derselben und dadurch eine Antriebskraft auf den Kolben 2 erzeugen
kann.
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Wie
der 1 weiter zu entnehmen ist, ragt das Dichthülsenelement 7 bei
nicht aktiviertem Gurtstraffer 1, mit seinem Ende 10 koaxial
in das Deformationsrohr 4 hinein.
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Bezüglich
seiner axialen Längserstreckung ist dabei das Dichthülsenelement 7 kürzer
ausgeführt als das Deformationsrohr 4, wodurch
sich ein im Folgenden noch zu beschreibender vordefinierter Straffweg
einstellen lässt. Dieser sog. „kritische" Straffweg markiert
den Weg, bei dessen Überschreitung der Kolben 2 nicht
mehr gasdicht auf dem Dichthülsenelement 7, sondern
ausschließlich im Zylinder 3 geführt
ist, so dass vom Gasgenerator erzeugtes und in der Expansionskammer 11 unter
Druck stehendes Gas nach außen austreten kann.
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Darüber
hinaus weist der Kolben 2 eine nicht dargestellte Rücklaufsperre
auf, welche verhindert, dass der Kolben 2 nach dem Straffvorgang
wieder in seine Ausgangsstellung, wie in der 1 dargestellt, zurückverschoben
werden kann. Eine derartige Rücklaufsperre kann beispielsweise
mehrere Blockierelemente, insbesondere Wälzelemente, aufweisen,
welche zwischen dem Kolben 2 und einer Zylinderinnenwand
angeordnet sind und bei einer Rückstellbewegung des Kolbens 2 diesen
gegenüber der Zylinderinnenwand verklemmen und dadurch
fixieren.
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Gemäß einer
besonderen Ausführungsform kann das Dichthülsenelement 7 stauchbar,
dehnbar oder faltbar ausgebildet sein, und/oder im Bereich seines
ersten Endes 8 eine Sollbruchstelle 12 im Bereich
der Anbindung an die Zylinderstirnwand 9 aufweisen. Eine
derartige Sollbruchstelle 12 bewirkt, dass bei einem Ausziehvorgang
des Zugübertragungsmittels 6 die Verbindung zwischen
dem Dichthülsenelement 7 und der Zylinderstirnwand 9 bricht, sofern
das Verdrängerelement 5 eine genügend hohe
Kraft auf das zweite Ende 10 des Dichthülsenelementes 7 ausübt.
Alternativ oder ergänzend ist auch eine Sollbruchstelle
direkt dem Verdrängerelement 5 zugewandten Seite
denkdar.
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Erfindungsgemäß funktioniert
der Gurtstraffer 1 wie folgt:
Im Crashfall wird vom
Gasgenerator in der Expansionskammer 11 ein Gasdruck erzeugt,
welcher eine Antriebskraft auf den Kolben 2 bewirkt. Durch
diese Antriebskraft wird der Kolben 2 gemäß der 1 nach
links verstellt, wobei der Kolben 2 über das Deformationsrohr 4 die
Verstellkraft bzw. den Verstellweg auf das Verdrängerelement 5 überträgt.
Durch das Verstellen des Verdrängerelementes 5,
welches fest mit dem Zugübertragungsmittel 6 verbunden
ist, wird der Sicherheitsgurt gestrafft, insbesondere eine sog. „Gurtlose"
eingezogen.
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Während
des Gurtstraffvorgangs wird dabei der Kolben 2 gasdicht
auf dem Dichthülsenelement 7 geführt
und zwar solange, bis der Kolben 2 in das zweite Ende 10 des
Dichthülsenelementes 7 erreicht. Dies ist gleichzeitig
der „kritische" Straffweg. Nach Überschreiten
des kritischen Straffweges ist der Kolben 2 nicht mehr
auf dem Dichthülsenelement 7, sondern nur noch
im Zylinder 3 geführt, was dazu führt, dass
das in der nunmehr vergrößerten Expansionskammer 11 unter
Druck stehende Gas nach außen entweichen kann. Durch einen
derartigen Gasdruckabfall und der gleichzeitig das Zugübertragungsmittel 6 wirkenden
Kraft, würde es zu einem Zurückverschieben des
Kolbens 2 kommen, sofern dieser nicht über die
Rücklaufsperre daran gehindert werden würde. Die
Rücklaufsperre bewirkt somit, dass der Kolben 2 im
Bereich seines Umkehrpunktes gehalten werden kann, indem beispielsweise
Wälzelemente, welche zwischen dem Kolben 2 einerseits
und dem Zylinder 3 andererseits verklemmen, eine Zurückverstellung
des Kolbens 2 in seine Ausgangslage verhindern. Ein Herausziehen
des Zugübertragungsmittels 6 kann hiernach nur
erfolgen, sofern das Verdrängerelement 5 das Deformationsrohr 4 beispielsweise aufweitet
oder anderweitig deformiert.
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Ist
das Verdrängerelement 5 soweit in das Deformationsrohr 4 eingezogen,
dass es mit dem zweiten Ende 10 des Dichthülsenelementes 7 in
Kontakt tritt, so kann ein weiterer Auszug des Zugübertragungsmittels 6 aus
dem Gurtstraffer 1 nur erfolgen, sofern das Dichthülsenelement 7 mit
weiterem Kraftaufwand gefaltet, gestaucht und/oder aufgedehnt wird
und/oder sofern die Sollbruchstelle 12, über welche
das Dichthülsenelement 7 mit der Zylinderstirnwand 9 verbunden
ist, bricht und das Dichthülsenelement 7 aus dem
Gurtstraffer 1 herausgeschoben wird. Das Dichthülsenelement 7 wirkt
somit als zweites Deformationselement nach dem Deformationsrohr 4.
Denkbar ist hierbei auch, dass im Bereich der Sollbruchstelle 12 ein
nicht gezeigtes Spaltelement angeordnet ist, welches beim Herausschieben
des Dichthülsenelementes 7 aus dem Gurtstraffer 1 das Dichthülsenelement 7 zugleich
aufspaltet, so dass zum Auszug desselben nicht nur die Haftreibungskraft,
sondern auch eine vom Spaltelement auf das Dichthülsenelement 7 übertragene
Spaltkraft überwunden werden muss. Wie die 1 deutlich
erkennen lässt, ist ein Herausziehen des Zugübertragungsmittels 6 aus
dem Gurtstraffer 1 unter den vorgenanten Deformationen
des Deformationsrohres 4 bzw. des Dichthülsenelementes 7 nicht
nur bei aktiviertem Gurtstraffer 1 möglich, sondern
auch bei nicht aktiviertem Gurtstraffer 1.
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Gemäß 2 ist
ein Kraft-Weg-Diagramm dargestellt, wobei bis zu einem Weg s1 eine gleichbleibende Kraft F1 zum
Ausziehen des Zugübertragungsmittels 6 aus dem
Gurtstraffer 1 aufgewendet werden muss. Bis zum Auszugsweg
s1 wird dabei lediglich das Deformationsrohr 4 deformiert,
beispielsweise indem das Verdrängerelement 5 in
dieses aufweitend eingezogen wird. Nach Überschreiten des Deformationsweges
s1 wird zum Ausziehen des Zugübertragungsmittels 6 aus
dem Gurtstraffer 1 ein erhöhter Kraftaufwand F2/F3 erforderlich,
wobei ein Niveau ΔF je nach Ausbildung der Deformationshülse 7 individuell
einstellbar ist. Mit dem Dichthülsenelement 7 kann
somit ein zweites Kraftbegrenzerniveau bereitgestellt werden, welches
allein durch die Länge und das Material des Dichthülsenelements 7 bestimmt
ist. Der Einsatzpunkt des zweiten Kraftbegrenzerniveaus hängt
von dem eingezogenen Weg ab, welcher aus der Gurtlose und den Elastizitäten
im Gurt- und Sitzsystem resultiert. Bei einem großen eingezogenen
Weg wird ein zusätzlicher Abstand zur Deformationshülse 7 erzeugt,
was zu einer wegabhängigen Kraftbegrenzereinstellung führt
und eine solche Einstellung zulässt. Damit kann z. B. der
Kraftbegrenzerweg bei Nichtaktivierung des Straffers geringer gehalten
werden.
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Auch
kann bei kleinen Fahrzeugen mit wenig Vorverlagerungsweg für
den Insassenoberkörper, das zweite Niveau hoch und früh
einsetzend eingestellt werden, indem das Dichthülsenelement 7 aus einem
schwer deformierbaren Material und eine Länge wenig unterhalb
der Länge des Deformationsrohres 4 gewählt
wird. Ein derartiges zweites Niveau F2/F3 ist auch über die Ausbildung der
Sollbruchstelle 12 bzw. eine nach dem Brechen der Sollbruchstelle 12 zu überwindende
Haftreibungskraft zwischen dem Dichthülsenelement 7 einerseits
und der Zylinderstirnwand 9 andererseits einzustellen.
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Mit
dem erfindungsgemäßen Gurtstraffer 1 ist
es somit möglich, ein Zugübertragungsmittel 6 zu verwenden,
welches keinen abdichtenden Überzug aufweist, da die Expansionskammer 11 gegenüber dem
Zugübertragungsmittel 6 ausschließlich über das
Dichthülsenelement 7 abgedichtet ist. Darüber hinausgehende
Dichtelemente, wie sie im Stand der Technik benötigt werden,
können entfallen. Gleichzeitig lässt sich mit
dem erfindungsgemäßen Gurtstraffer 1 ein
mehrstufiges Kraft-Wege-Konzept verwirklichen, da ein Auszug des
Zugübertragungsmittels 6 aus dem Gurtstraffer 1 nicht
nur abhängig vom Deformationsrohr 4, sondern auch
abhängig vom Dichthülsenelement 7 ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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