DE102008018124A1

DE102008018124A1 - Straffervorrichtung für einen Sicherheitsgurt

Info

Publication number: DE102008018124A1
Application number: DE102008018124A
Authority: DE
Inventors: Ronald Jabusch
Original assignee: Autoliv Development AB
Current assignee: Autoliv Development AB
Priority date: 2008-04-09
Filing date: 2008-04-09
Publication date: 2009-11-05
Anticipated expiration: 2028-04-10
Also published as: WO2009124664A1; DE102008018124B4

Abstract

Eine Straffervorrichtung (10) für einen Sicherheitsgurt, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, umfasst einen Gasgenerator (17), einen den Gasgenerator (17) mit einer Gurtaufwickelwelle (12) verbindenden Kanal (16), eine in dem Kanal (16) verschiebbar angeordnete Kraftübertragungseinrichtung (19) zum Antreiben der Gurtaufwickelwelle (12) infolge Auslösung des Gasgenerators (17) und ein in dem Kanal (16) verschiebbar angeordnetes Kolbenelement (21). Das Kolbenelement (21) weist ein vorgespanntes Ventilelement (31) auf, das bei Überschreiten eines bestimmten Gasdrucks einen Durchgang (33, 29, 36) durch das Kolbenelement freigibt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Straffervorrichtung für einen Sicherheitsgurt, insbesondere in einem Kraftfahrzeug.
Eine Straffervorrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 ist aus DE 195 12 660 C2 bekannt.
Bei derartigen Straffervorrichtungen ändern sich während des Straffvorgangs die Druckverhältnisse sehr stark. Der Entstehung von Überdrücken kann durch Reduzierung der Gasgeneratorleistung entgegengewirkt werden, was jedoch zu Lasten der Strafferleistung geht. Es sind des Weiteren Überdrucksicherungen in Form von Öffnungen in der Kanalwand bekannt, durch die Gas in die Umgebung austreten kann, siehe DE 195 45 795 C1 , US 6 363 722 B1 , US 6 532 739 B2 . Diese Verlustleistung reduziert jedoch ebenfalls die Strafferleistung, zudem kann das austretende Gas zu einer unerwünschten offenen Flammenbildung führen.
Aus US 6 345 504 B1 ist eine Straffervorrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 bekannt, wobei zwischen dem Gasgenerator und einer die Kraftübertragungseinrichtung bildenden Reihe von Metallkugeln ein Kolbenelement in Form einer den Kanal dichtend verschließenden Kunststoffkugel vorgesehen ist. In der Kunststoffkugel ist ein Sackloch und in der nachfolgenden Metallkugel eine Durchgangsbohrung gefertigt. Ein Stab aus einem Material, das härter ist als die Kunststoffkugel, erstreckt sich durch das Sackloch und die Durchgangsbohrung. Beim Auftreten eines übernormalen Drucks verursacht der Stab ein Bersten der Kunststoffkugel, um ein Entweichen des Gases durch den Kanal zu gestatten. Jedoch lässt sich der Berstvorgang nicht exakt kontrollieren, so dass sich der Soll-Berstdruck nicht genau reproduzierbar einstellen lässt. Zudem ist bei geborstener Kunststoffkugel ein zuverlässiger Druckaufbau nicht mehr möglich und daher letztlich die Funktionssicherheit der Straffervorrichtung gefährdet.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine kompakte und funktionssichere Straffervorrichtung mit ausreichender Strafferleistung bereitzustellen, bei der das Austreten von Gasen in die Umgebung vermieden wird.
Die Erfindung löst diese Aufgabe, indem das in dem Kanal verschiebbare Kolbenelement ein Ventil ausbildet. Mit anderen Worten handelt es sich um ein mit der Kraftübertragungseinrichtung mitfahrendes Ventil. Das Kolbenelement weist erfindungsgemäß ein vorgespanntes Ventilelement auf, das bei Überschreiten eines bestimmten Gasdrucks einen Durchgang durch das Kolbenelement freigibt. Durch geeignete Wahl der Vorspannung kann das Druckniveau, bei dem das Ventil öffnet, exakt eingestellt werden. Bei geöffnetem Ventil kann das Gas durch den Kanal strömen, um den Überdruck abzubauen, ohne dass Gas in die Umgebung entweicht. Aufgrund der Erfindung treten daher keine Überdrücke mehr in der Straffervorrichtung auf.
Bei einem Absinken des Drucks kann das Ventil aufgrund der Vorspannungsbeaufschlagung wieder geschlossen werden, um einen erneuten Druckaufbau und damit die Funktionssicherheit der Straffervorrichtung sicherzustellen. Es ist daher immer eine Restkraft vorhanden und Krafteinbrüche bzw. dip-down-effects werden deutlich reduziert. Insgesamt wird aufgrund der erfindungsgemäßen Drucksteuerung eine insgesamt vergleichmäßigte, im günstigsten Fall etwa konstante Strafferleistung erzielt.
Vorzugsweise weist das Ventilelement eine eingangsseitige, im Verhältnis zum Durchmesser des Ventilelements relativ kleine erste Kolbenfläche auf. Es ist dann ein relativ hoher Druck erforderlich, um das Ventil zu öffnen, ohne dass das Vorspannung erzeugende Element groß dimensioniert sein muss.
Vorzugsweise ist nachfolgend, das heißt stromabwärts von der ersten Wirkfläche eine zweite größere Kolbenfläche vorgesehen. Dieser stufenförmige Aufbau hat den Vorteil, dass das Ventil nach dem Öffnen der eingangsseitigen Ventilstufe im Wesentlichen schlagartig öffnet, weil der Gasdruck auf der größeren zweiten Wirkfläche eine erheblich größere Kraft zur Überwindung der Vorspannung erzeugt.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand vorteilhafter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Dabei zeigt:
1: eine schematische Querschnittsansicht einer Gurtaufwickeleinheit im Bereich der Straffervorrichtung;
2: eine Querschnittsansicht einer Straffervorrichtung im Bereich des Kolbenelements;
3: eine Detailansicht von 2 bei geöffnetem Ventilelement;
4: eine Detailansicht von 2 bei geschlossenem Ventilelement;
5: eine Querschnittsansicht einer Straffervorrichtung im Bereich des Kolbenelements in einer anderen Ausführungsform;
6: eine Detail-Querschnittsansicht eines Kolbenelements in einer anderen Ausführungsform bei geöffnetem Ventilelement; und
7: eine Detail-Querschnittsansicht gemäß 6 bei geschlossenem Ventilelement.
Der in 1 schematisch gezeigte Gurtaufroller umfasst ein Gehäuse 11 mit Seitenschenkel 13, eine darin gelagerte Gurtaufwickelwelle 12 für ein nicht dargestelltes Sicherheitsgurtband und eine nach Auslösung auf die Gurtaufwickelwelle 12 einwirkende Straffervorrichtung 10. Die Straffervorrichtung 10 umfasst ein mit der Gurtaufwickelwelle 12 drehfest verbundenes Antriebsrad 14, das beispielsweise eine Außenverzahnung 15 aufweist, einen insbesondere pyrotechnischen Gasgenerator 17 zur Erzeugung eines Gasdrucks und einen den Gasgenerator 17 mit der Gurtaufwickelwelle 12 über das Antriebsrad 14 verbindenden Kanal 16. Der Kanal 16 wird von einer Kanalwand 24 gebildet, die Teil des Gehäuses 11 oder alternativ eines separaten Bauteils sein kann.
In dem Kanal 16 ist eine Reihe von insbesondere metallischen Kugeln 19 zur Übertragung des von dem Gasgenerator 17 erzeugten Gasdrucks auf die Gurtaufwickelwelle 12 über das Antriebsrad 14 vorgesehen. Der Gurtaufroller ist hinsichtlich der Ausgestaltung des Wechselwirkungsbereichs 18 zwischen der Kugelreihe 19 und dem Antriebsrad sowie etwaiger Kupplungseinrichtungen zwischen dem Antriebsrad 14 und der Gurtaufwickelwelle 12 nicht beschränkt. Zur reibungsarmen Kraftübertragung ist der Außendurchmesser der Metallkugeln 19 zweckmäßigerweise et was geringer als der Innendurchmesser des Kanals 16, wie aus den 2 und 5 ersichtlich ist.
In dem Kanal 16 ist weiterhin ein in 1 nur schematische angedeutetes Kolbenelement 21 angeordnet, das mindestens teilweise elastisch ist und ein Übermaß gegenüber dem Kanal 16 aufweist, um den Kanal 16 abzudichten. Das Kolbenelement 21 dient somit zur Verhinderung von Verlustleistung aufgrund von an den Kugeln 19 vorbeiströmendem Gas. Das Kolbenelement 21 ist zweckmäßigerweise in einem Bereich 23 zwischen dem Gasgenerator 17 und den Kugeln 19, das heißt unmittelbar vor der in Kraftübertragungsrichtung ersten Kugel 19a angeordnet, dies ist jedoch nicht zwingend der Fall.
Eine Ausführungsform des Kolbenelements 21 ist in 2 gezeigt. Es umfasst einen länglichen, formstabilen Körper 25 beispielsweise aus Metall oder Kunststoff, und ein elastisches Dichtelement 22 zur Abdichtung des Kanals 16. Länglich bedeutet, dass die axiale Erstreckung des Kolbenelements 21 größer ist als der Innendurchmesser des Kanals 16, vorzugsweise um mindestens das 1,5-fache. Vorzugsweise ist das Kolbenelement 21 im Wesentlichen von zwei bauchigen, durch eine ringförmige Einschnürung 28 getrennten Segmenten 26, 27 gebildet. Diese Formung des Kolbenelements 21 sorgt eine verringerte Reibung des Kolbenelements 21 in gekrümmten Abschnitten des Kanals 16.
Das Kolbenelement 21 weist eine Bohrung 29 mit einer Eingangsöffnung 33 in Strömungsrichtung vor dem Dichtelement 22 und einer Ausgangsöffnung 36 in Strömungsrichtung nach dem Dichtelement 22 auf. Ein der Eingangsöffnung abgewandtes Ende der Bohrung 29 kann beispielsweise mittels einer Schraube 30 verschlossen sein. Die Ausgangsöffnung 36 ist hier von einem seitlichen Kanal gebildet, sie kann jedoch auch in anderer Weise ausgeführt sein, beispielsweise als Bohrung durch die Schraube 30.
In der Bohrung 29 ist ein Ventilelement 31 relativ zu dem Kolbenelement 21 axial verschiebbar angeordnet. Das Ventilelement 31 ist mittels eines Vorspannelements 32, das hier als Feder ausgebildet ist, vorgespannt, so dass es im druckslosen Zustand die Eingangsöffnung 33 verschließt. Die hier kegelförmige Spitze 34 des Ventilelements 31 wird an eine entsprechende Dichtfläche 35 des Kolbenelements 21 gepresst, so dass hier eine Dichtung gebildet ist. Solange der Gasdruck innerhalb eines bestimmten Betriebsbereichs liegt, ist somit das Ventil geschlossen und der Gasdruck wirkt im Wesentlichen verlustfrei auf das Kolbenelement 21 und somit über die Kugelreihe 19 und das Antriebsrad 14 auf die Gurtaufwickelwelle 12.
Wenn der von dem Gasgenerator 17 erzeugte Gasdruck relativ zu dem auf der Ausgangsseite des Kolbenelements 21 herrschenden Druck eine durch die Feder 32 definierte Schwelle überschreitet, wird das Ventilelement 31 gegen die Kraft der Feder 32 verschoben und die Spitze 34 wird von der Dichtfläche 35 angehoben, so dass Gas durch die Bohrung 29 strömen und durch die Ausgangsöffnung entweichen kann, wie in 2 mittels Pfeilen angedeutet ist. Auf diese Weise wird das Auftreten von schädlichen Überdrücken in dem Bereich 23 bzw. in dem Kanal 16 vermieden. Das Gas strömt an den Kugeln 19 vorbei durch den Kanal 16. Aufgrund des in dem Gehäuse 11 insgesamt zur Verfügung stehenden Volumens kann der Überdruck problemlos abgebaut werden, eine Öffnung in dem Gehäuse 11 zu der Umgebung hin ist nicht erforderlich. Daher wird das Austreten von Gasen aus der Straffervorrichtung 10 in die Umgebung und offene Flammenbildung vermieden.
Wenn der Gasdruck unter ein bestimmtes Niveau abfällt, bewirkt das Vorspannelement 32 das Schließen des Ventils, so dass der Gasdruck wieder im Wesentlichen verlustfrei auf das Kolbenelement 21 wirkt. Der Zeitraum, in der der Gasdruck unter Umgehung des Dichtelements 22 durch das Kolbenelement 21 abgebaut wird, ist also auf das Vorliegen des Überdrucks beschränkt.
Der Durchmesser d1 der eingangsseitigen Öffnung ist klein, vorzugsweise höchstens halb so groß, im Vergleich zu dem Durchmesser des Ventilelements 31 bzw. dem Innendurchmesser D der Bohrung 29. Es ist daher ein relativ hoher Druck einstellbar, bei dem das Ventil öffnen soll, ohne dass das Vorspannelement 32 besonders groß dimensioniert sein muss.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform ist in den 3 und 4 gezeigt. Hier bildet das Kolbenelement 21 mit der Bohrung 29 bei geschlossenem Ventil eine nachfolgende, das heißt stromabwärts von der ersten Dichtfläche 35 angeordnete zweite Dichtfläche 37 aus, wie in 4 gezeigt ist. Zu diesem Zweck weist das Kolbenelement 21 insbesondere einen zylindrischen, dem Innendurchmesser der Bohrung 29 entsprechenden Kolbenabschnitt 38 auf. Der Durchmesser d2 der nachgeordneten Kolbenfläche ist dabei vorzugsweise größer, insbesondere mindestens um den Faktor 1.5, weiter vorzugsweise mindestens um den Faktor 2, als der Durchmesser d1 der eingangsseitigen Kolbenfläche.
Wenn das Ventilelement 31 infolge eines Überdrucks öffnet, wird zunächst noch kein Durchgang durch das Kolbenelement 21 freigegeben, sondern das Gas strömt in eine zwischen den Dichtflächen 35 und 37 gebildete Kammer 39, die noch durch die zweite Dichtfläche 37 abgedichtet ist. Der Gasdruck erzeugt dabei aufgrund der erheblich größeren nachgeordneten Kolben fläche eine signifikant erhöhte Kraft auf das Ventilelement 31, was zu einer erheblich beschleunigten Verschiebung des Ventilkörpers 31 führt, bis schließlich der in 3 gezeigte geöffnete Zustand erreicht ist, bei dem der Durchgang durch den Ventilkörper 31 freigegeben ist. Die nachgeordnete größere Dichtfläche 37 bewirkt daher ein im Wesentlichen schlagartiges Öffnen des Ventils, was einen schnelleren und definierten Abbau des Überdrucks ermöglicht.
In den Ausführungsformen gemäß 2 bis 4 ist das Ventilelement 31 als massiver Körper mit einem Kopfteil 40 und einem innerhalb der Schraubenfeder 32 verlaufenden länglichen Schaftteil 41 ausgebildet. Aufgrund der hohen Masse des Ventilelements 31 ist bei einem schlagartigen Stoppen des Kolbenelements 21 in dem Kanal 16, insbesondere am Ende des Straffvorgangs, aufgrund der Trägheit des Ventilelements 31 ein verringerter Überdruck auf der Gasgeneratorseite erforderlich, um das Ventil zu öffnen. Dadurch werden Kraftüberhöhungen insbesondere beim Umsteuern der Straffervorrichtung 10 reduziert. Dies ist vorteilhaft, da insbesondere am Ende des Straffvorgangs ein schneller Druckabbau auf der Gasgeneratorseite erwünscht ist, insbesondere um die Einleitung einer Gegenbewegung zu erleichtern.
Die Ausführungsformen gemäß 5 bis 7 verdeutlichen, dass das Ventilelement 31 nicht als länglicher Stößel ausgeführt sein muss. In der Ausführungsform gemäß 5 handelt es sich beispielsweise um eine einfache Kugel als Ventilelement 31. Die Dichtfläche 35 ist dann zweckmäßigerweise an die Kugelform angepasst.
In der bevorzugten Ausführungsform gemäß den 6 und 7 weist das Ventilelement 31 zur Bildung der eingangsseitigen Dichtung einen stiftförmigen Abschnitt 40 auf, dessen Durchmesser passgenau auf die eingangsseitige Öffnung 33 abgestimmt ist. Bei dieser Anordnung öffnet das Ventil nur, wenn ein vorbestimmtes Druckniveau für eine bestimmte Zeitspanne überschritten wird, die ausreichend lang ist, um den zylindrischen Abschnitt 40 vollständig aus der Eingangsöffnung 33 herauszuschieben. Dadurch wird erreicht, dass das Ventil nicht bereits bei nur kurzzeitigen Druckspitzen öffnet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19512660 C2 [0002]
- DE 19545795 C1 [0003]
- US 6363722 B1 [0003]
- US 6532739 B2 [0003]
- US 6345504 B1 [0004]

Claims

Straffervorrichtung (10) für einen Sicherheitsgurt, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, umfassend einen Gasgenerator (17), einen den Gasgenerator (17) mit einer Gurtaufwickelwelle (12) verbindenden Kanal (16), eine in dem Kanal (16) verschiebbar angeordnete Kraftübertragungseinrichtung (19) zum Antreiben der Gurtaufwickelwelle (12) infolge Auslösung des Gasgenerators (17), und ein in dem Kanal (16) verschiebbar angeordnetes Kolbenelement (21), dadurch gekennzeichnet, dass das Kolbenelement (21) ein vorgespanntes Ventilelement (31) aufweist, das bei Überschreiten eines bestimmten Gasdrucks einen Durchgang (33, 29, 36) durch das Kolbenelement freigibt.
Straffervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Ventilelement (31) eine eingangsseitige Dichtfläche (35) mit einem relativ kleinen Durchmesser d1 aufweist.
Straffervorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Ventilelement (31) eine nachgeordnete zweite Dichtfläche (37) mit einem relativ großen Durchmesser d2 aufweist.
Straffervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Ventilelement (31) einen eingangsseitigen stiftförmigen Kolbenabschnitt (40) aufweist.
Straffervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Ventilelement (31) mittels einer Feder (32) vorgespannt ist.
Straffervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprü che, wobei das Ventilelement (31) in dem Kolbenelement (21) verschiebbar geführt ist.
Straffervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Ventilelement (31) bei Unterschreiten eines bestimmten Gasdrucks den Durchgang (33, 29, 36) durch das Kolbenelement (21) wieder verschließt.
Straffervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Ventilelement (31) als im Wesentlichen massiver Stößel ausgebildet ist.
Straffervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei sich das Ventilelement (31) über mindestens 50% der axialen Länge des Kolbenelements (21) erstreckt.
Straffervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Kraftübertragungseinrichtung von in Reihe angeordneten Kugelelementen (19) gebildet ist.
Straffervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Kanal (16) gegenüber der Umgebung im Wesentlichen abgeschlossen ist.
Straffervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Kolbenelement (21) zwei axial beabstandete, durch eine ringförmige Einschnürung (28) getrennte Segmente (26, 27) aufweist.
Gurtaufroller für einen Sicherheitsgurt insbesondere in einem Kraftfahrzeug, umfassend eine Straffervorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche.