DE102009051451A1

DE102009051451A1 - Straffervorrichtung für einen Sicherheitsgurt

Info

Publication number: DE102009051451A1
Application number: DE102009051451A
Authority: DE
Inventors: Thomas Schmidt; Martin Schmidt; Christian Fischer; Michael Pech; Matthias Steinberg; Tobias Voss; Simone Mesecke-Rischmann
Original assignee: Autoliv Development AB
Current assignee: Autoliv Development AB
Priority date: 2009-10-30
Filing date: 2009-10-30
Publication date: 2011-05-19
Anticipated expiration: 2029-10-31
Also published as: CN102596652B; KR20120114238A; DE102009051451B4; JP5606541B2; US20120211578A1; CN102596652A; US9050941B2; WO2011050904A1; KR101729644B1; JP2013509322A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Straffervorrichtung (10) für einen Sicherheitsgurt, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, umfassend einen Gasgenerator (17), und einen in einem Rohr (16) geführten Kolben (21), der einen Druckraum (20) in dem Rohr (16) verschließt, wobei der Druckraum (20) durch den Gasgenerator (17) mit einem Druck beaufschlagbar ist, und der Kolben (21) durch den in dem Druckraum (20) vorhandenen Druck zu einer Straffbewegung antreibbar ist, welche mittels einer Kraftübertragungseinrichtung auf den Sicherheitsgurt übertragbar ist, wobei der Kolben (21) eine verschlossene oder verengte Öffnung (1, 1a) aufweist, und die Öffnung (1, 1a) durch einen durch den Druck und/oder die Strömungsverhältnisse in dem Druckraum (20) bewirkten Materialabtrag erweiterbar und/oder zu öffnen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Straffervorrichtung für einen Sicherheitsgurt, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Grundsätzlich besteht bei Straffervorrichtungen der gattungsgemäßen Art das Problem, dass sich die Druckverhältnisse während des Straffvorgangs sehr stark ändern. Insbesondere sehr hohe Druckspitzen können dazu führen, dass Teile der Straffervorrichtung beschädigt werden, oder der Bewegungsablauf der Straffervorrichtung gestört wird. Ferner besteht das Problem, dass sofern der Sicherheitsgurt mit einer Kraftbegrenzungseinrichtung versehen ist, die Gurtkraft zu Beginn der sich an den Straffvorgang anschließenden kraftbegrenzten Gurtbandauszugsbewegung durch den noch anstehenden Druck in der Straffervorrichtung kurzzeitig auf ein höheres als durch die Kraftbegrenzungseinrichtung definiertes Kraftbegrenzungsniveau ansteigt. Dieser Effekt wird auch allgemein als Kraftbegrenzungsstörung bezeichnet. Zur Vermeidung dieser aus einem überhöhten Druck entstehenden Nachteile werden deshalb bereits verschiedene Lösungen vorgesehen, um Druckspitzen zu vermeiden und den Druck nach der erfolgten Straffung des Sicherheitsgurtes möglichst schnell abzubauen.
Aus der US 6 345 504 B1 ist eine Straffervorrichtung bekannt, bei der der Kolben durch eine elastische Kugel mit einem Sackloch gebildet ist, und in einer nachfolgenden Kugel eine Durchgangsbohrung vorgesehen ist, durch die ein in dem Sackloch gehaltener Stab hindurchragt. Beim Auftreten eines übernormalen Drucks verursacht der Stab ein Zerbrechen der elastischen Kugel, um ein Entweichen des Gases durch den Kanal zu gestatten. Sowohl die Herstellung des Sackloches als auch die Herstellung der Durchgangsbohrung und des Stabes sind teuer und erfordern einen aufwendigen Montageprozess, der die Straffervorrichtung weiter verteuert.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine kostengünstige und dennoch funktionssichere Straffervorrichtung mit hoher Straffleistung bereitzustellen, bei der der Gasdruck auf einfache Weise abgebaut werden kann.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine Straffervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind den Unteransprüchen, den Figuren sowie der zugehörigen Beschreibung zu entnehmen.
Zur Lösung der Aufgabe wird gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen, dass der Kolben eine verschlossene oder verengte Öffnung aufweist, und die Öffnung durch einen durch den Druck und/oder die Strömungsverhältnisse in dem Druckraum bewirkten Materialabtrag erweiterbar und/oder zu öffnen ist.
Der Vorteil der vorgeschlagenen Lösung ist darin zu sehen, dass die Öffnung zu Beginn des Straffvorganges verschlossen ist oder einen verengten Querschnitt aufweist, so dass zu diesem Zeitpunkt eine hohe Straffleistung übertragbar ist. Die Öffnung wird dann durch den in dem Druckraum während des Straffvorganges herrschenden Druck und/oder die Strömungsverhältnisse geöffnet und/oder erweitert, so dass der in dem Druckraum herrschende Druck durch die geöffnete und/oder erweiterte Öffnung in dem Kolben entweichen kann. Aufgrund der geöffneten und/oder erweiterten Öffnung können Druckspitzen ohne Nachteile für den Straffvorgang abgebaut werden, und der Kolben kann im Anschluss an den Straffvorgang während des kraftbegrenzten Gurtbandauszuges entgegen der Straffbewegung ohne Erhöhung des Kraftbegrenzungsniveaus wieder zurückbewegt werden. Erfindungsgemäß wird zum öffnen und/oder Erweitern der Öffnung der Effekt des Materialabtrages genutzt, welcher den Vorteil hat, dass der freie Öffnungsquerschnitt während des Straffvorganges kontinuierlich vergrößert wird und/oder die Öffnung zu Beginn des Straffvorganges noch geschlossen ist und erst während des Straffvorganges geöffnet wird. Dadurch wird es ermöglicht, zu Beginn des Straffvorganges eine hohe Straffleistung im Sinne eines möglichst hohen Wirkungsgrades der Straffervorrichtung zu übertragen, und den anstehenden Druck in dem Druckraum zum Ende des Straffvorganges möglichst schnell abzubauen, um eine Kraftbegrenzerstörung zu vermeiden. Der Materialabtrag, auch als Erosion bezeichnet, wird durch den in dem Druckraum herrschenden Druck und/oder die Strömungsverhältnisse bewirkt, so dass das öffnen bzw. das Erweitern der Öffnung unmittelbar durch die Aktivierung der Straffervorrichtung selbst bewirkt wird. Dabei ist mit dem Druck die Kenngröße für die Öffnung und/oder Erweiterung der Öffnung ursächlich, welche letztlich bei einer Überhöhung auch zu dem oben beschriebenen nachteiligen Verhalten der Straffervorrichtung führt. Für den Fall, dass der Druck aus irgendwelchen Gründen wesentlich geringer ist, also die oben beschriebenen Nachteile auch nicht auftreten, wird die Öffnung auch nicht oder nur weniger erweitert, so dass in diesem Fall die Straffleistung nicht noch unnötig gesenkt wird. Der Effekt des Materialabtrages kann zudem durch die herrschenden Temperaturverhältnisse und die bei der Aktivierung des Gasgenerators entstehenden Partikel unterstützt werden.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles näher erläutert. In den Figuren sind im Einzelnen zu erkennen:
1: An einen Gurtaufroller angekoppelte Straffervorrichtung mit einem in einem Rohr geführten Kolben;
2: Kolben mit einer an einer seitlichen Randfläche angeordneten Kerbe;
3: Kolben mit einer durch einen Einsatz verengten Öffnung in Querschnittsdarstellung;
4a: Öffnung des Kolbens mit einer dünnen Trennwand aus einem anderen Werkstoff als der Kolben;
4b: Öffnung des Kolbens mit einer dünnen Trennwand aus einem mit dem Werkstoff des Kolbens identischen Werkstoff;
5a: Öffnung mit einem sich konisch erweiternden Querschnitt;
5b: Öffnung mit einem sich über mehrere zylindrische Abschnitte unterschiedlichen Durchmessers erweiternden Querschnitt;
5c: Öffnung mit einem zylindrischen und einem sich konisch erweiternden Abschnitt;
Der in 1 schematisch gezeigte Gurtaufroller umfasst ein Gehäuse 11 mit Seitenschenkel 13, eine darin gelagerte Gurtaufwickelwelle 12 für ein nicht dargestelltes Sicherheitsgurt band 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 ein den Gasgenerator 17 mit der Gurtaufwickelwelle 12 über das Antriebsrad 14 verbindendes Rohr 16. Das Rohr 16 wird von einer Rohrwand 24 gebildet, die Teil des Gehäuses 11 oder alternativ auch ein separates Bauteil sein kann.
In dem Rohr 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 Kugeln 19 zweckmäßigerweise etwas geringer als der Innendurchmesser des Rohres 16.
In dem Rohr 16 ist weiterhin ein in 1 nur schematisch angedeuteter Kolben 21 vorgesehen, der zweckmäßigerweise in einem Bereich 23 zwischen dem Gasgenerator 17 und der Kugelreihe 19, das heißt unmittelbar vor der in Kraftübertragungsrichtung ersten Kugel 19a der Kugelreihe 19 angeordnet ist. Der Kolben 21 schließt einen durch den Gasgenerator 17 mit einem Gasdruck beaufschlagbaren Druckraum 20 in dem Rohr 16 ab, so dass er bei einer Druckbeaufschlagung des Druckraumes 20 durch den Gasgenerator 17 zu einer Straffbewegung antreibbar ist. Die Straffbewegung des Kolbens 21 wird durch die Kraftübertragungseinrichtung, gebildet durch die Kugeln 19 und das Antriebsrad 14, auf die Gurtwelle 12 übertragen, so dass das Gurtband gestrafft wird. Die Straffervorrichtung 10 wurde beispielhaft in Anwendung auf einen Gurtaufroller mit einer Kraftübertragungseinrichtung aus einer Reihe von Kugeln 19 und einem Antriebsrad 14 beschrieben, denkbar wären aber auch andere Arten der Kraftübertragungseinrichtungen, wie z. B. ein Zahnstangen- oder Seilantrieb. Die Erfindung ist praktisch auf alle Arten von Straffervorrichtungen anwendbar, deren Antrieb eine Kolben-Zylindereinheit umfasst. Die Straffervorrichtung kann auch an einem Gurtschloss oder einem Endbeschlag angeordnet sein.
In den 2 und 3 ist der Kolben 21 jeweils in Schrägansicht und Schnittdarstellung vergrößert dargestellt. Der Kolben 21 weist eine kalottenförmige Stirnseite 3 auf, welche als Anlagefläche an der ersten Kugel 19a dient. Ausgehend von der Stirnseite 3 geht die Kolbenoberfläche in eine seitliche Randfläche 26 über, die sich radial nach außen erweitert und schließlich in einer umlaufenden Dichtlippe 4 endet. Aufgrund der Kalottenform der Stirnseite 3 liegt der Kolben mit einer möglichst großen Fläche an der ersten Kugel 19a an. Ferner kann der Kolben 21 zu der ersten Kugel 19a auch unterschiedlich ausgerichtet sein, ohne dass der Kontakt verloren geht, so dass auch in einem gekrümmten Rohrverlauf eine zuverlässige Anlage des Kolbens 21 an der ersten Kugel 19a gegeben ist. Aufgrund der sich radial nach außen erweiternden Randfläche 26 ergibt sich eine Becherform, durch die der anliegende Druck in dem Druckraum 20 zu einem Teil in eine auf die Dichtlippe 4 wirkende Radialkraft umgewandelt wird, und der Kolben 21 über die Dichtlippe 4 mit einer erhöhten Dichtwirkung an der Innenseite des Rohres 16 anliegt. In der seitlichen Randfläche 26 des Kolbens 21 ist eine Öffnung 1 in Form einer nach außen offenen Kerbe vorgesehen. Aufgrund der an der Innenseite des Rohres 16 anliegenden seitlichen Randfläche 26 wird die offene Seite der Kerbe wieder geschlossen, so dass sich eine in Umfangsrichtung geschlossene Öffnung 1 ergibt.
Eine weitere mögliche Form der Öffnung 1 ist in der 3 zu erkennen, in der diese als Durchgangsbohrung ausgeführt ist. Die Öffnung 1 in der 3 ist mit einem Einsatz 2 auf eine Öffnung 1a mit einer kleineren Querschnittsfläche verengt.
In den 4a und 4b sind zwei weitere alternative Ausführungsformen der Erfindung zu erkennen, bei denen die Öffnung 1 durch eine dünne Trennwand 5, 6 verschlossen ist, wobei die Trennwand 5 in dem in 4a dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem anderen Werkstoff als der Kolben 21 und in dem in 4b dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem zu dem Werkstoff des Kolbens 21 identischen Werkstoff gebildet ist. Die Wahl des Werkstoffs der die Öffnung 1 verschließenden Trennwand 5, 6 sollte entsprechend dem zu erzielenden Materialabtrag erfolgen, wobei der Öffnungsvorgang der Öffnung 1 durch den Materialabtrag auch durch die Dicke der Trennwand 5, 6 mit beeinflusst werden kann.
In den 5a bis 5c sind verschiedene Ausführungsformen der Öffnung 1 mit einer sich ausgehend von dem Druckraum 20 verkleinernden Querschnittsfläche zu erkennen. In 5a ist die Öffnung 1 durch einen sich verjüngenden Konus 7 gebildet. In dem Ausführungsbeispiel aus 5b ist die Öffnung 1 durch zwei zylindrische Bohrungen 22 und 25 gebildet, welche im Übergang einen Absatz 9 bilden. In der 5c ist eine Öffnung 1 zu erkennen, die durch eine Kombination eines Konus 7 und eines zylindrischen Abschnittes 8 gebildet ist. In allen Ausführungsbeispielen wird durch die sich ausgehend von dem Druckraum 20 verkleinernde Querschnittsfläche während des Straffvorganges die Fläche verkleinert, an der der Druck des Druckraumes 20 anliegt. Aufgrund dieser Verringerung der Querschnittsfläche wird auch der erfindungsgemäß bezweckte Materialabtrag entlang der Längsersteckung der Öffnung 1 vergrößert, da die Strömungsgeschwindigkeit des durch die Öffnung 1 hindurch tretenden Gasstromes steigt.
Der Kern der Erfindung ist darin zu sehen, dass die Öffnung 1 aufgrund des Druckes und/oder den daraus resultierenden Strömungsverhältnissen in dem Druckraum 20 mittels eines Materialabtrages geöffnet und/oder erweitert wird. Der Effekt des Materialabtrags ist dadurch begründet, dass unter den wirkenden Druck- und/oder Strömungsverhältnissen unterstützt durch die Temperatur und durch die bei der Aktivierung des Gasgenerators 17 erzeugten Partikel kleinere Teile aus der Werkstoffoberfläche der Öffnung 1 herausgelöst werden. Der Effekt des Materialabtrages kann dabei durch bewusste Wahl des Werkstoffes selber sowie durch die Formgebung der Öffnung 1 beeinflusst werden. Die Öffnung 1 kann durch einen Werkstoff, wie z. B. POM, verschlossen oder mittels eines Einsatzes 2 aus Kunststoff verengt sein, während der Kolben im Übrigen aus einem härteren Werkstoff hergestellt ist. In diesem Fall tritt der Effekt des Materialabtrages besonders stark im Bereich der Öffnung 1 ein, während der Kolben 21 selbst keinen Materialabtrag erfährt.
Ferner kann die Öffnung 1 im Querschnitt auch eine unterschiedliche Formgebung aufweisen, wie z. B. quadratisch, sechseckig oder kreisförmig, wodurch der Materialabtrag verändert werden kann. Die wichtigste Kenngröße für den Materialabtrag ist die Strömungsgeschwindigkeit der heißen Gase entlang der Oberfläche, an der der Materialabtrag bewirkt werden soll. Diese kann zum einen durch den Druck als solches verändert werden, da dieser ursächlich für die entstehende Strömung der Gase ist. Außerdem ist die Weite einer bereits offenen Öffnung 1 entscheidend, da diese die Strömungsgeschwindigkeit in der Öffnung 1 bestimmt. In diesem Fall kann es sein, dass aufgrund einer sehr hohen Strömungsgeschwindigkeit in der Öffnung 1 der Werkstoff der Öffnung 1 sogar härter als der Kolben gewählt werden muss, um den Materialabtrag zu begrenzen. Ein Beispiel wäre z. B. ein metallisches Röhrchen, welches in die Öffnung eingesetzt ist.
Sofern die Öffnung 1 bereits geöffnet ist, oder bereits zu Anfang des Straffvorganges eine verengte Öffnung 1a vorhanden ist, wirkt die Öffnung 1 als Düse, so dass das unter einem hohen Druck in dem Druckraum 20 vorhandene Gas beim Eintritt in die Öffnung 1 zunächst beschleunigt wird. Aufgrund der hohen Strömungsgeschwindigkeit in der Öffnung 1 wird diese durch den Gasstrom quasi ausgewaschen, wobei die hohe Strömungsgeschwindigkeit in der Öffnung 1 sowohl eine hohe Oberflächenbeanspruchung und damit das Herauslösen der Teile aus der Werkstoff Oberfläche bewirkt, als auch dazu führt, dass die Teile schnell abgeführt werden und nicht die Öffnung 1 verstopfen. Durch die sich verkleinernde Querschnittsfläche der Öffnung 1 kann die Strömung in der Öffnung 1 weiter beschleunigt werden. Ferner ist es ein Vorteil der sich verkleinernden Querschnittsfläche, dass der Einsatz 2 zum Verengen der Öffnung 1, durch den Gasstrom nicht schlagartig losgerissen werden kann und die Öffnung 1 dadurch nicht schlagartig vergrößert wird.
Die vorgeschlagenen Maßnahmen können auch so eingestellt werden, dass sich die Parameter während des Straffvorganges verändern, so dass die Erweiterung der Öffnung 1 nicht kontinuierlich erfolgt sondern zum Ende des Straffvorganges ansteigt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 6345504 B1 [0003]

Claims

Straffervorrichtung (10) für einen Sicherheitsgurt, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, umfassend einen Gasgenerator (17), und einen in einem Rohr (16) geführten Kolben (21), der einen Druckraum (20) in dem Rohr (16) verschließt, wobei der Druckraum (20) durch den Gasgenerator (17) mit einem Druck beaufschlagbar ist, und der Kolben (21) durch den in dem Druckraum (20) vorhandenen Druck zu einer Straffbewegung antreibbar ist, welche mittels einer Kraftübertragungseinrichtung auf den Sicherheitsgurt übertragbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (21) eine verschlossene oder verengte Öffnung (1, 1a) aufweist, und die Öffnung (1, 1a) durch einen durch den Druck und/oder die Strömungsverhältnisse in dem Druckraum (20) bewirkten Materialabtrag erweiterbar und/oder zu öffnen ist.
Straffervorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (1, 1a) durch eine dünnwandige Trennwand (5, 6) verschlossen ist.
Straffervorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (1, 1a) eine sich entlang deren Längserstreckung verändernde Querschnittsfläche aufweist.
Straffervorrichtung (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche der Öffnung (1, 1a) ausgehend von dem Druckraum (20) kleiner wird.
Straffervorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (1, 1a) im Querschnitt entlang der Längserstreckung wenigstens abschnittsweise konisch ausgebildet ist.
Straffervorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (1, 1a) in Richtung der Längserstreckung einen Absatz (9) aufweist.
Straffervorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Öffnung (1, 1a) ein die Öffnung (1, 1a) verschließender oder verengender Einsatz (2) vorgesehen ist.
Straffervorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (1, 1a) mit einem sich von dem Werkstoff des Kolbens (21) unterscheidenden Werkstoff verschlossen oder verengt ist, und der Materialabtrag des in der Öffnung (1, 1a) angeordneten Werkstoffs unter den in dem Druckraum (20) vorhandenen Druck- und Strömungsverhältnissen größer ist als der Materialabtrag des Werkstoffes des Kolbens (21).
Straffervorrichtung (10) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (1, 1a) durch eine in der seitlichen Randfläche (26) des Kolbens (21) angeordnete Kerbe gebildet ist.