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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 02 758
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.