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Die Erfindung betrifft einen pyrotechnischen Gurtstraffer für ein Sicherheitsgurtsystem mit einer Kraftbegrenzungseinrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
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Gurtstraffer für Sicherheitsgurtsysteme sind allgemeiner Stand der Technik und dienen dazu nach dem Erkennen eines Unfalls eventuell vorhandene Gurtlose aus dem Sicherheitsgurt herauszuziehen. Der durch den Sicherheitsgurt zurückgehaltene Insasse wird dadurch frühzeitiger an eine nachfolgende Fahrzeugverzögerung angekoppelt, wodurch die Insassenbelastung und die Wahrscheinlichkeit von schwereren Verletzungen reduziert werden kann.
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Ferner sind moderne Sicherheitsgurtsysteme außerdem mit Kraftbegrenzungseinrichtungen versehen, welche nach der Blockierung des Gurtbandauszuges eine kraftbegrenzte Vorwärtsverlagerung des Insassen ermöglichen, so dass die Insassenbelastung unter Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Vorverlagerungsweges weiter gesenkt werden kann.
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Sofern der Gurtstraffer als pyrotechnischer Gurtstraffer mit einer Kolben-Zylindereinheit verwirklicht ist, besteht dabei grundsätzlich das Problem, dass der pyrotechnisch erzeugte Antriebsdruck in dem Gurtstraffer zu Beginn der Aktivierung der Kraftbegrenzungseinrichtung wenigstens kurzzeitig noch an dem Kolben anliegt, so dass der Kolben bei der Aktivierung der Kraftbegrenzungseinrichtung gegen den noch anstehenden Antriebsdruck zurückbewegt werden muss, was zu einer unerwünschten Erhöhung des Kraftbegrenzungsniveaus über das durch die Kraftbegrenzungseinrichtung bestimmte Kraftbegrenzungsniveau führen kann.
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Um diese sogenannte Kraftbegrenzungsstörung zu vermeiden, wurden bereits verschiedene Lösungen vorgeschlagen. So ist es z. B. bekannt in dem durch den Antriebsdruck in dem Zylinder angetriebenen Kolben eine Öffnung vorzusehen, durch die der Antriebsdruck aus dem Druckraum entweichen kann. Ein Nachteil dieser Lösung ist darin zu sehen, dass der Antriebsdruck auch zu Beginn der Straffbewegung bereits abgebaut wird, wodurch die Straffleistung insgesamt verringert wird.
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Ferner ist es bekannt, in der Zylinderwand eine Öffnung an einer definierten Stelle anzuordnen, welche der Kolben während der Straffbewegung passiert, so dass der Antriebsdruck nach dem Passieren der Öffnung durch diese entweichen kann. Ein Nachteil dieser Lösung ist es, dass die noch sehr heißen Brandgase aus dem Druckraum nach außen entweichen und dadurch angrenzende Bauteile des Sicherheitsgurtsystems oder des Fahrzeuginnenraums aufgrund der hohen Temperatur und des hohen Druckes beschädigen können.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen gattungsgemäßen pyrotechnischen Gurtstraffer bereitzustellen, bei dem unter Vermeidung der oben genannten Nachteile eine Kraftbegrenzungsstörung einer im Anschluss an die Aktivierung des Gurtstraffers aktivierten Kraftbegrenzungseinrichtung vermieden werden kann.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen pyrotechnischen Gurtstraffer mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind den Unteransprüchen, den Figuren und der zugehörigen Beschreibung zu entnehmen.
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Erfindungsgemäß wird zur Lösung der Aufgabe ein pyrotechnischer Gurtstraffer für ein Sicherheitsgurtsystem mit einer Kraftbegrenzungseinrichtung mit einem in einem Zylinder geführten Kolben, dessen Bewegung über eine Antriebseinrichtung auf einen Sicherheitsgurt des Sicherheitsgurtsystems übertragbar ist, einem Druckraum in dem Zylinder, welcher durch den Kolben abgeschlossen ist, einem in dem Zylinder angeordneten pyrotechnischen Gasgenerator, welcher bei einer Aktivierung den Druckraum mit einem unter Druck stehenden Gasstrom beaufschlagt, wodurch der Kolben zu einer Antriebsbewegung angetrieben wird, vorgeschlagen, bei dem an einer Innenwand des Zylinders eine Nut vorgesehen ist, welche in wenigstens einer Stellung des Kolbens während der Antriebsbewegung des Kolbens ein Entweichen des Gasstromes aus dem Druckraum in einen in Richtung der Antriebsbewegung hinter dem Kolben befindlichen Freiraum ermöglicht.
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Der Vorteil der vorgeschlagenen Lösung besteht darin, dass der Druck in dem Druckraum abgebaut wird, ohne dass dabei ein Gasstrom in die Umgebung freigesetzt wird. Der Gasstrom wird statt in die Umgebung in einen in Antriebsrichtung hinter dem Kolben befindlichen Freiraum freigesetzt, also in einen Freiraum, welcher in dem Gurtstraffer und vorzugsweise in dem Zylinder vorhanden ist. Der Kolben wird praktisch umströmt. Ferner wird die Kolbenfläche selbst nicht verringert, so dass die auf den Kolben wirkende Antriebskraft und folglich die Straffleistung nicht verringert wird.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. In den Figuren sind im Einzelnen zu erkennen:
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1: Pyrotechnischer Gurtstraffer an einem Gurtaufroller;
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2: Kolben-Zylindereinheit in Querschnittsdarstellung;
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3: Zylinder in isometrischer Ansicht;
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4: Kolben-Zylindereinheit in Schnittrichtung quer zu der Antriebsbewegung des Kolbens;
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5: Kolben-Zylindereinheit mit einem Kolben in einer Stellung zu Beginn der Kraftbegrenzung;
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6: Kolben-Zylindereinheit mit einer durch Erosion vergrößerten Nut;
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7: Druckverlauf in dem Druckraum mit und ohne Nut.
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In der 1 ist ein pyrotechnischer Gurtstraffer 1 zu erkennen, welcher bei einer Aktivierung einen auf einer angedeuteten Gurtwelle 8 aufwickelbaren Sicherheitsgurt 2 strafft. Die Gurtwelle 8 ist drehbar in einem Rahmen 9 gelagert und an einer Seite drehfest mit einer Antriebseinrichtung 7 in Form eines außenverzahnten Antriebsrades verbunden. Das Antriebsrad kann entweder drehfest mit der Gurtwelle 8 verbunden oder alternativ über eine Kupplung drehfest mit der Gurtwelle 8 verbindbar sein. Ferner ist eine Kolben-Zylindereinheit 3 mit einem in einem Zylinder 6 geführten Kolben 4 vorgesehen, welcher einen Druckraum 10 in dem Zylinder 6 abschließt. Ferner ist der Zylinder 6 mit einem seitlichen Ansatz 12 versehen, in dem ein Gasgenerator 5 angeordnet ist, der bei einer Aktivierung den Druckraum 10 mit einem unter Druck stehenden Gasstrom beaufschlagt. Der Kolben 4 ist mit einer Zahnstange 14 versehen, welche eine an die Verzahnung des Antriebsrades angepasste Verzahnung aufweist. Bei einer Aktivierung des Gasgenerators 5 wird der Druckraum 10 mit einem Druck beaufschlagt, der den Kolben 4 in Pfeilrichtung Z zu einer Antriebsbewegung antreibt. Durch die Antriebsbewegung gelangt der Kolben 4 mit der Zahnstange 14 in Eingriff mit der Verzahnung des Antriebsrades und treibt dadurch die Gurtwelle 8 in Aufwickelrichtung an. Die Gurtwelle 8 ist außerdem mit einer Kraftbegrenzungseinrichtung 15 in Form eines Torsionsstabes versehen, welche einen kraftbegrenzten Auszug des Sicherheitsgurtes 2 in einer nachfolgenden Kraftbegrenzungsphase ermöglicht. Während des kraftbegrenzten Auszuges des Sicherheitsgurtes 2 dreht die Gurtwelle 8 entgegen der während der Straffbewegung ausgeführten Drehrichtung, so dass in diesem Fall der Kolben 4 mit der noch mit der Verzahnung des Antriebsrades im Eingriff befindlichen Zahnstange 14 gegen den in dem Druckraum 10 vorhandenen Druck in Pfeilrichtung Z verschoben werden muss.
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Damit diese Bewegung des Kolbens 4 nicht zu einer unerwünschten Kraftbegrenzungsstörung führt, ist an der Innenwand des Zylinders 6 eine Nut 11 vorgesehen, wie in den vergrößerten Darstellungen in den 2 bis 6 zu erkennen ist. Die Nut weist eine Tiefe von ca. 0,5–1,0 mm auf und erstreckt sich in Richtung der Antriebsbewegung des Kolbens 4. Die Nut 11 beginnt an einem Abschnitt der Innenwand des Zylinders, den der Kolben 4 nach einer vorbestimmten Wegstrecke passiert, so dass zu Beginn der Antriebsbewegung des Kolbens 4 kein Entweichen des Gasstromes aus dem Druckraum 10 möglich ist, und die Straffleistung nicht unnötig verringert wird.
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Mit der einsetzenden kraftbegrenzten Auszugsbewegung des Sicherheitsgurtes 2 wird der Kolben 4 mit der Zahnstange 14 in Pfeilrichtung K zurückgeschoben, wie in 5 zu erkennen ist. Dabei kann das in dem Druckraum 10 befindliche unter Druck stehende Gas über die Nut 11 an der Seite des Kolbens 4 vorbei in den Freiraum 13 in Pfeilrichtung S entweichen.
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Für den Fall dass der Druck in dem Druckraum 10 zu groß ist oder der Kolben 4 festklemmt, kann die Nut 11 durch den durchströmenden Gasstrom zusätzlich durch Erosion in ihrem Querschnitt vergrößert werden, wie in der 6 zu erkennen ist. Dabei werden die hohe Strömungsgeschwindigkeit sowie Partikel in dem Gasstrom zur Erhöhung der Erosion genutzt.
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Von besonderer Bedeutung ist die Bemessung der Nut 11 in der Tiefe und Breite, also der Querschnittsfläche, welche letztlich das Volumen des an dem Kolben 4 vorbeiströmenden Gasstromes entscheidend mit bestimmt. Ferner ist die Stelle an der Innenwand des Zylinders 6, an der die Nut 11 beginnt von besonderer Bedeutung, da bis zu diesem Punkt ein Umströmen des Kolbens 4 nicht möglich ist, und die Straffleistung dadurch nicht reduziert wird. Die Stelle, an der die Nut 11 beginnt, sollte in jedem Fall so gewählt werden, dass der Kolben 4 auch in Fällen einer extrem kurzen Straffbewegung diese Stelle passiert. Die Nut 11 kann einen sich in Richtung der Antriebsbewegung des Kolbens 4 vergrößernden Querschnitt aufweisen, so dass der Volumenstrom des an dem Kolben 4 vorbeiströmenden Gasstromes zunimmt, bzw. die Straffleistung in einer Anfangsphase der Antriebsbewegung des Kolbens 4 geringer reduziert wird als in einer Endphase. Eine solche größere Reduzierung der Straffleistung in der Endphase ist insofern nicht von Nachteil, da zu diesem Zeitpunkt eine bestimmte Länge an Gurtlose aus dem Sicherheitsgurtsystem bereits herausgezogen wurde.
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In der 7 ist die Wirkung des über die Nut 11 entweichenden Gasstromes anhand eines Diagramms näher gezeigt, in dem der Druckverlauf in dem Druckraum über der Zeit aufgetragen ist. Der durchgezogene Verlauf A kennzeichnet den Druckverlauf in dem Druckraum, wie er sich durch die erfindungsgemäße Lösung ergibt. Der gestrichelte Verlauf B zeigt den Druckverlauf wie er sich ohne eine Nut 11 ergeben würde. Durch das Entweichen des Gasstromes über die Nut 11 aus dem Druckraum 10 in den Freiraum 13 kann der Druck um die schraffierte Fläche C gesenkt werden, so dass zum Zeitpunkt des Beginnes der kraftbegrenzten Gurtbandauszugsbewegung nur noch der Druck P1 an dem Kolben 4 anliegt. Der Kolben 4 kann dadurch mit einer wesentlich geringeren Kraft zurückbewegt werden, so dass eine damit verbundene Kraftbegrenzungsstörung ebenfalls wesentlich reduziert werden kann.
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Die Erfindung wurde anhand eines eine Gurtwelle eines Gurtaufrollers antreibenden Gurtstraffers beschrieben; sie ist jedoch ohne Änderungen auch bei anderen Gurtstraffern anwendbar, welche eine Kolben-Zylindereinheit aufweisen, bei denen der Kolben bei einer Aktivierung einer Kraftbegrenzungseinrichtung gegen einen noch anstehenden Druck in einem Druckraum in dem Zylinder zurückbewegt werden muss.
