DE102008018124B4 - Straffervorrichtung für einen Sicherheitsgurt - Google Patents
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Abstract
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 zum Antreiben der Gurtaufwickelwelle (12) infolge 1 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 (21) 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 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 von2 bei geöffnetem Ventilelement; -
4 : eine Detailansicht von2 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 gemäß6 bei geschlossenem Ventilelement. - Der in
1 schematisch gezeigte Gurtaufroller umfasst ein Gehäuse11 mit Seitenschenkel13 , eine darin gelagerte Gurtaufwickelwelle12 für ein nicht dargestelltes Sicherheitsgurtband und eine nach Auslösung auf die Gurtaufwickelwelle12 einwirkende Straffervorrichtung10 . Die Straffervorrichtung10 umfasst ein mit der Gurtaufwickelwelle12 drehfest verbundenes Antriebsrad14 , das beispielsweise eine Außenverzahnung15 aufweist, einen insbesondere pyrotechnischen Gasgenerator17 zur Erzeugung eines Gasdrucks und einen den Gasgenerator17 mit der Gurtaufwickelwelle12 über das Antriebsrad14 verbindenden Kanal16 . Der Kanal16 wird von einer Kanalwand24 gebildet, die Teil des Gehäuses11 oder alternativ eines separaten Bauteils sein kann. - In dem Kanal
16 ist eine Reihe von insbesondere metallischen Kugeln19 zur Übertragung des von dem Gasgenerator17 erzeugten Gasdrucks auf die Gurtaufwickelwelle12 über das Antriebsrad14 vorgesehen. Der Gurtaufroller ist hinsichtlich der Ausgestaltung des Wechselwirkungsbereichs18 zwischen der Kugelreihe19 und dem Antriebsrad sowie etwaiger Kupplungseinrichtungen zwischen dem Antriebsrad14 und der Gurtaufwickelwelle12 nicht beschränkt. Zur reibungsarmen Kraftübertragung ist der Außendurchmesser der Metallkugeln19 zweckmäßigerweise et was geringer als der Innendurchmesser des Kanals16 , wie aus den2 und5 ersichtlich ist. - In dem Kanal
16 ist weiterhin ein in1 nur schematische angedeutetes Kolbenelement21 angeordnet, das mindestens teilweise elastisch ist und ein Übermaß gegenüber dem Kanal16 aufweist, um den Kanal16 abzudichten. Das Kolbenelement21 dient somit zur Verhinderung von Verlustleistung aufgrund von an den Kugeln19 vorbeiströmendem Gas. Das Kolbenelement21 ist zweckmäßigerweise in einem Bereich23 zwischen dem Gasgenerator17 und den Kugeln19 , das heißt unmittelbar vor der in Kraftübertragungsrichtung ersten Kugel19a angeordnet, dies ist jedoch nicht zwingend der Fall. - Eine Ausführungsform des Kolbenelements
21 ist in2 gezeigt. Es umfasst einen länglichen, formstabilen Körper25 beispielsweise aus Metall oder Kunststoff, und ein elastisches Dichtelement22 zur Abdichtung des Kanals16 . Länglich bedeutet, dass die axiale Erstreckung des Kolbenelements21 größer ist als der Innendurchmesser des Kanals16 , vorzugsweise um mindestens das 1,5-fache. Vorzugsweise ist das Kolbenelement21 im Wesentlichen von zwei bauchigen, durch eine ringförmige Einschnürung28 getrennten Segmenten26 ,27 gebildet. Diese Formung des Kolbenelements21 sorgt eine verringerte Reibung des Kolbenelements21 in gekrümmten Abschnitten des Kanals16 . - Das Kolbenelement
21 weist eine Bohrung29 mit einer Eingangsöffnung33 in Strömungsrichtung vor dem Dichtelement22 und einer Ausgangsöffnung36 in Strömungsrichtung nach dem Dichtelement22 auf. Ein der Eingangsöffnung abgewandtes Ende der Bohrung29 kann beispielsweise mittels einer Schraube30 verschlossen sein. Die Ausgangsöffnung36 ist hier von einem seitlichen Kanal gebildet, sie kann jedoch auch in anderer Weise ausgeführt sein, beispielsweise als Bohrung durch die Schraube30 . - In der Bohrung
29 ist ein Ventilelement31 relativ zu dem Kolbenelement21 axial verschiebbar angeordnet. Das Ventilelement31 ist mittels eines Vorspannelements32 , das hier als Feder ausgebildet ist, vorgespannt, so dass es im druckslosen Zustand die Eingangsöffnung33 verschließt. Die hier kegelförmige Spitze34 des Ventilelements31 wird an eine entsprechende Dichtfläche35 des Kolbenelements21 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 Kolbenelement21 und somit über die Kugelreihe19 und das Antriebsrad14 auf die Gurtaufwickelwelle12 . - Wenn der von dem Gasgenerator
17 erzeugte Gasdruck relativ zu dem auf der Ausgangsseite des Kolbenelements21 herrschenden Druck eine durch die Feder32 definierte Schwelle überschreitet, wird das Ventilelement31 gegen die Kraft der Feder32 verschoben und die Spitze34 wird von der Dichtfläche35 angehoben, so dass Gas durch die Bohrung29 strömen und durch die Ausgangsöffnung entweichen kann, wie in2 mittels Pfeilen angedeutet ist. Auf diese Weise wird das Auftreten von schädlichen Überdrücken in dem Bereich23 bzw. in dem Kanal16 vermieden. Das Gas strömt an den Kugeln19 vorbei durch den Kanal16 . Aufgrund des in dem Gehäuse11 insgesamt zur Verfügung stehenden Volumens kann der Überdruck problemlos abgebaut werden, eine Öffnung in dem Gehäuse11 zu der Umgebung hin ist nicht erforderlich. Daher wird das Austreten von Gasen aus der Straffervorrichtung10 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 Kolbenelement21 wirkt. Der Zeitraum, in der der Gasdruck unter Umgehung des Dichtelements22 durch das Kolbenelement21 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 Bohrung29 . Es ist daher ein relativ hoher Druck einstellbar, bei dem das Ventil öffnen soll, ohne dass das Vorspannelement32 besonders groß dimensioniert sein muss. - Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform ist in den
3 und4 gezeigt. Hier bildet das Kolbenelement21 mit der Bohrung29 bei geschlossenem Ventil eine nachfolgende, das heißt stromabwärts von der ersten Dichtfläche35 angeordnete zweite Dichtfläche37 aus, wie in4 gezeigt ist. Zu diesem Zweck weist das Kolbenelement21 insbesondere einen zylindrischen, dem Innendurchmesser der Bohrung29 entsprechenden Kolbenabschnitt38 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 Kolbenelement21 freigegeben, sondern das Gas strömt in eine zwischen den Dichtflächen35 und37 gebildete Kammer39 , die noch durch die zweite Dichtfläche37 abgedichtet ist. Der Gasdruck erzeugt dabei aufgrund der erheblich größeren nachgeordneten Kolben fläche eine signifikant erhöhte Kraft auf das Ventilelement31 , was zu einer erheblich beschleunigten Verschiebung des Ventilkörpers31 führt, bis schließlich der in3 gezeigte geöffnete Zustand erreicht ist, bei dem der Durchgang durch den Ventilkörper31 freigegeben ist. Die nachgeordnete größere Dichtfläche37 bewirkt daher ein im Wesentlichen schlagartiges öffnen des Ventils, was einen schnelleren und definierten Abbau des Überdrucks ermöglicht. - In den Ausführungsformen gemäß
2 bis4 ist das Ventilelement31 als massiver Körper mit einem Kopfteil40 und einem innerhalb der Schraubenfeder32 verlaufenden länglichen Schaftteil41 ausgebildet. Aufgrund der hohen Masse des Ventilelements31 ist bei einem schlagartigen Stoppen des Kolbenelements21 in dem Kanal16 , insbesondere am Ende des Straffvorgangs, aufgrund der Trägheit des Ventilelements31 ein verringerter Überdruck auf der Gasgeneratorseite erforderlich, um das Ventil zu öffnen. Dadurch werden Kraftüberhöhungen insbesondere beim Umsteuern der Straffervorrichtung10 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 bis7 verdeutlichen, dass das Ventilelement31 nicht als länglicher Stößel ausgeführt sein muss. In der Ausführungsform gemäß5 handelt es sich beispielsweise um eine einfache Kugel als Ventilelement31 . Die Dichtfläche35 ist dann zweckmäßigerweise an die Kugelform angepasst. - In der bevorzugten Ausführungsform gemäß den
6 und7 weist das Ventilelement31 zur Bildung der eingangsseitigen Dichtung einen stiftförmigen Abschnitt40 auf, dessen Durchmesser passgenau auf die eingangsseitige Öffnung33 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 Abschnitt40 vollständig aus der Eingangsöffnung33 herauszuschieben. Dadurch wird erreicht, dass das Ventil nicht bereits bei nur kurzzeitigen Druckspitzen öffnet.
Claims (13)
- 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 zum Antreiben der Gurtaufwickelwelle (12 ) infolge 1 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 (21 ) freigibt. - Straffervorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Ventilelement (
31 ) eine eingangsseitige Dichtfläche (35 ) mit einem im Verhältnis zum Durchmesser des Kolbenelements (21 ) relativ kleinen Durchmesser d1 aufweist. - Straffervorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Ventilelement (
31 ) eine nachgeordnete zweite Dichtfläche (37 ) mit einem im Verhältnis zum Durchmesser d1 der eingangsseitigen Dichtfläche (35 ) 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.
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