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Die Erfindung betrifft einen Gurtstraffer für ein Sicherheitsgurtsystem mit einer pyrotechnischen Antriebseinheit und einer Berstsicherung zum Abbau eines nach der Aktivierung der Antriebseinheit auftretenden Überdrucks. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Abbau eines Überdrucks in einem pyrotechnisch angetriebenen Gurtstraffer.
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Ein Gurtstraffer dient dazu, in einem Rückhaltefall gewisse Einflüsse, die sich negativ auf die Rückhaltung des Fahrzeuginsassen auswirken, zu vermindern, bevor die Vorverlagerung des Fahrzeuginsassen und gegebenenfalls der Einsatz eines Kraftbegrenzers beginnen. Zu diesen Einflüssen gehören der sogenannte Filmspuleffekt (locker auf die Gurtspule aufgerolltes Gurtband) und die Gurtlose (nicht eng am Fahrzeuginsassen anliegendes Gurtband). Der Gurtstraffer reduziert die Gurtlose und den Filmspuleffekt innerhalb kürzester Zeit, indem er das Gurtband strafft. Der Fahrzeuginsasse kann somit frühzeitig an der Fahrzeugverzögerung teilnehmen, und die Bedingungen für den anschließenden Einsatz des Kraftbegrenzers sind optimiert.
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Die meisten pyrotechnisch angetriebenen Gurtstraffer besitzen eine Berstsicherung am Strafferrohr oder in der nähe des Zünders der Antriebseinheit. Die Aktivierung der Berstsicherung verhindert die unter ungünstigen Umständen mögliche Entstehung von überhöhtem Druck, der zu einem Bersten (Aufplatzen, Ausbrechen, Aufgehen) des Straffers führen kann. Bekannte Berstsicherungen weisen entweder ein separates Element (z.B. Berstscheibe, Niet, Klipp, Federelement, Gewinde) auf, oder sie sind als Prägung, Sollbruchstelle oder dergleichen ausgebildet.
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Die
EP 0 884 227 A1 zeigt einen Linearantrieb für einen Gurtstraffer mit einem Kolben, der einen hohlen Innenraum und an einem axialen Ende eine als Stufenbohrung ausgebildete Durchgangsöffnung aufweist. Im Innenraum liegt auf dem Rand der Durchgangsöffnung eine Berstscheibe an, die bei einem übermäßig hohen Druck im Innenraum des Kolbens die Durchgangsöffnung freigibt, so dass dieser Druck aus dem Innenraum des Kolbens entweichen kann. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass auch bei einer Zündung der Treibladung im ungünstigsten Fall, beispielsweise bei blockiertem Kolben, kein übermäßig hoher Gasdruck im Inneren des Kolbens entsteht, der zu einer Gefahr des Berstens des Linearantriebs führen könnte. Durch die Auswahl der Durchmesser der Stufenbohrung lassen sich der zur Zerstörung der Berstscheibe führende Berstdruck und der Gasdurchsatz durch die Durchgangsöffnung bei zerstörter Bestscheibe einstellen.
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Aus der
DE 10 2008 032 371 A1 ist ein gattungsgemäßer Gurtstraffer für ein Sicherheitsgurtsystem bekannt, bei dem zwischen der Antriebseinheit und dem Kraftübertragungsmittel ein Multifunktionsteil vorgesehen ist, das von der Antriebseinheit weg gegen das Kraftübertragungsmittel bewegbar ist. Das Multifunktionsteil besteht aus einem Dichtkörper, einem Ventilkörper und einer Berstscheibe. Die Berstscheibe gewährleistet, dass oberhalb eines bestimmten Materialdrucks in dem Raum zwischen der Antriebseinheit und dem Multifunktionsteil die Auslassöffnung vergrößert wird und Gas abrupt entweichen kann. Dadurch ist gewährleistet, dass beispielsweise bei einer Blockierung des Hohlrades kein übermäßig hoher Gasdruck entstehen kann.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen pyrotechnisch angetriebenen Gurtstraffer zu bereitzustellen, der für die Realisierung einer Berstsicherung nicht zwingend ein separates Bauteil oder eine spezielle Bearbeitung, z.B. in Form einer Prägung oder Sollbruchstelle, am Strafferrohr oder in der nähe des Zünders erfordert.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Gurtstraffer mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Gurtstraffers und des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den zugehörigen Unteransprüchen angegeben.
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Der erfindungsgemäße Gurtstraffer für ein Sicherheitsgurtsystem zum Straffen eines Sicherheitsgurts umfasst ein drehbar gelagertes Ritzel, eine pyrotechnische Antriebseinheit, ein durch die Antriebseinheit bewegtes Kraftübertragungselement zum Antreiben des Ritzels, und eine Berstsicherung zum Abbau eines nach der Aktivierung der Antriebseinheit auftretenden Überdrucks. Die Berstsicherung weist ein Deformationselement oder mehrere Deformationselemente auf, das bzw. die bei einem Auftreffen des Kraftübertragungselements auf das Ritzel einen verformten Zustand einnimmt bzw. einnehmen, wenn das Ritzel an einer Drehung gehindert ist. Das mindestens eine Deformationselement ist so ausgelegt, dass es im verformten Zustand ein Vorbeibewegen des Kraftübertragungselements am Ritzel erlaubt.
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Der verformte Zustand des mindestens einen Deformationselements kann durch Komprimieren (Drücken, Stauchen), Schaben, Schneiden, Scheren, etc. herbeigeführt werden. Unter „Vorbeibewegen“ ist im Sinne der Erfindung eine Bewegung des Kraftübertragungselements zu verstehen, die keine Drehung des Ritzels verursacht, wie sie für eine vollständige (größtmögliche) Straffung des Gurtbands erforderlich wäre.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass es bei einem pyrotechnisch angetriebenen Gurtstraffer im Falle einer mechanischen Fehlfunktion, insbesondere bei blockiertem Ritzel, zum Abbau des Überdrucks nicht unbedingt erforderlich ist, eine Durchgangsöffnung zu schaffen oder freizugeben, durch die das unter Druck stehende Gas entweichen kann. Die Erfindung sieht vielmehr vor, dass durch die Verformung eines oder mehrerer Deformationselemente das Kraftübertragungselement nicht vom blockierten Ritzel zurückgehalten wird, sondern das Ritzel passieren kann, ohne dieses drehen zu müssen. Da sich das Kraftübertragungselement also wie bei einer ordnungsgemäßer Funktion des Gurtstraffers bewegen kann, kann das Gas auch dementsprechend expandieren, sodass kein Bedarf nach einem gesondertes Abströmen des Gases besteht. Dies führt zu dem besonderen Vorteil der Erfindung, dass das Gas und mitgeführte Partikel nicht durch eine Abströmöffnung in den Fahrzeuginnenraum dringen, sondern innerhalb des Gurtstraffers definiert abgeführt werden können.
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Das Deformationselement bzw. wenigstens eines der Deformationselemente kann ein plastisch verformbares Element sein. Unter plastischer Verformung soll sowohl ein Umformen (im Wesentlichen ohne Materialabtrag), beispielsweise ein Biegen, Stauchen oder Eindrücken, als auch ein Trennen, beispielsweise ein Scheren oder Schneiden verstanden werden.
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Das Deformationselement bzw. wenigstens eines der Deformationselemente kann aber auch ein elastisch verformbares Element sein. In diesem Fall wird das Vorbeibewegen des Kraftübertragungselements durch eine grundsätzlich reversible Verformung erreicht.
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Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform der Erfindung, bei der das mindetens eine Deformationselement ein Teil des Gurtstraffers ist, das zum Straffen des Sicherheitsgurts notwendig ist. Die erfindungsgemäße Realisierung der Berstsicherung ermöglicht es, Bauteile des Straffers als Deformationselemente zu verwenden, die ohnehin für die Strafffunktion zwingend erforderlich sind. Auf separate Bauteile, wie sie ansonsten zur Schaffung oder Freigabe einer Ausströmöffnung benötigt werden, kann somit verzichtet werden. Bevorzugt kann dabei das Deformationselement eines der bei Aktivierung des Gurtstraffers - translatorisch oder rotatorisch - bewegten Bauelemente des Gurtstraffers sein.
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Die erfindungsgemäß vorgesehene Verformung wird bevorzugt dadurch erreicht, dass das mindestens eine Deformationselement - in Bewegungsrichtung des Kraftübertragungselements betrachtet - das Ritzel und/oder das Kraftübertragungselement überdecken, damit die Bewegung des Kraftübertragungselements die Verformung automatisch herbeiführt. Im verformten Zustand soll das Deformationselement das Ritzel und/oder das Kraftübertragungselement dann nicht mehr überdecken.
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Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Kraftübertragungselement in einem Strafferrohr zwischen einer pyrotechnischen Antriebseinheit und dem Ritzel angeordnet. Dieser Aufbau hat sich hinsichtlich der gewünschten Funktionalität bewährt.
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Als Deformationselement oder eines der Deformationselemente kann bei einem solchen Aufbau das Kraftübertragungselement dienen. Das Kraftübertragungselement bietet sich insbesondere deshalb als Deformationselement an, weil es gemäß der normalen Funktion des Gurtstraffers am Ritzel angreifen soll, sodass die oben erwähnte Überdeckung ohnehin gegeben ist.
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Zusätzlich oder alternativ kann bzw. können als Deformationselement bzw. Deformationselemente das Ritzel und/oder eine Lagerung des Ritzels und/oder das Strafferrohr und/oder ein Straffergehäuse vorgesehen sein.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das mindestens eine Deformationselement so ausgelegt ist, dass es erst bei Überschreiten einer definierten Straffkraft den verformten Zustand einnimmt. Eine solche Auslegung des Deformationselements bzw. der Deformationselemente ermöglicht es, bei einem normalen Straffvorgang (d. h. bei nicht-blockiertem Ritzel) die auf den Fahrzeuginsassen wirkende Straffkraft (Gurtbandeinzugskraft) zu begrenzen. Eine durch die Begrenzung der Straffkraft erreichte Entlastung des Fahrzeuginsassen kann insbesondere dann sinnvoll sein, wenn die Zündung der pyrotechnischen Antriebseinheit zu einem Zeitpunkt erfolgt, zu dem der Fahrzeuginsasse bereits eine Vorverlagerung erfahren hat, wenn keine Gurtlose vorhanden ist, und/oder wenn beim Aufrollen des Gurtbands kein Filmspuleneffekt aufgetreten ist. In diesen Fällen würde eine vollständige Straffung zu einer verhältnismäßig hohen Belastung des Fahrzeuginsassen führen.
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Die Erfindung schafft auch ein Verfahren zum Abbau eines Überdrucks in einem pyrotechnisch angetriebenen Gurtstraffer, der ein drehbar gelagertes Ritzel, eine pyrotechnische Antriebseinheit und ein Kraftübertragungselement zum Drehen des Ritzels umfasst. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst folgende Schritte:
- - Bewegen des Kraftübertragungselements durch die pyrotechnische Antriebseinheit in Richtung des Ritzels; und
- - Verformen wenigstens eines Deformationselements bei einem Auftreffen des Kraftübertragungselements auf das Ritzel, wenn das Ritzel an einer Drehung gehindert ist, derart, dass das Kraftübertragungselement das Ritzel passiert.
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Wie bereits erwähnt kann das Deformationselement plastisch oder elastisch verformt werden. Das plastische Verformen kann ein Umformen (im Wesentlichen ohne Materialabtrag) beinhalten, beispielsweise ein Biegen, Stauchen oder Eindrücken, oder ein Trennen, beispielsweise ein Scheren oder Schneiden. Im Falle einer elastischen Verformung wird das Vorbeibewegen des Kraftübertragungselements durch eine grundsätzlich reversible Verformung erreicht.
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Gemäß der Weiterbildung der Erfindung, die bei einer normalen Straffung (d. h. bei nicht blockiertem Ritzel) unter bestimmten Umständen eine Verringerung der Straffkraft ermöglicht, kommt das Kraftübertragungselement nach der Aktivierung der pyrotechnischen Antriebseinheit zunächst in Eingriff mit dem Ritzel, bevor dann das Deformationselement verformt wird.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den beigefügten Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
- - 1 eine Explosionsdarstellung eines Gurtaufrollers mit einem erfindungsgemäßen Gurtstraffer;
- - 2 eine Schnittansicht des zusammengebauten Gurtaufrollers;
- - 3 einen schematischen Teilschnitt des Gurtstraffers vor dem Straffvorgang;
- - 4 einen schematischen Teilschnitt des Gurtstraffers nach dem Straffvorgang bei fehlerhafter Funktion; und
- - 5 einen schematischen Teilschnitt des Gurtstraffers nach dem Straffvorgang mit partieller Straffung.
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In 1 sind die wesentlichen Bauteile eines Gurtaufrollers mit einem pyrotechnisch angetriebenen Gurtstraffer dargestellt. In 2 ist der Gurtaufroller im zusammengebauten Zustand gezeigt.
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In einem Aufrollerrahmen 10 ist eine Gurtspule 12 drehbar gelagert, auf die Gurtband aufgerollt bzw. von der Gurtband abgezogen werden kann. Am Rahmen 10 ist ein an die Gurtspule 12 gekoppeltes Ritzel 14 drehbar gelagert.
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Der Gurtstraffer des Gurtaufrollers weist eine pyrotechnische Antriebseinheit mit einem Zünder 16 sowie ein in einem Strafferrohr 18 verschiebbar angeordnetes Kraftübertragungselement 20 auf. Die Komponenten des Gurtstraffers sind zumindest zum Teil in einem Straffergehäuse 22 untergebracht, das am Aufrollerrahmen 10 befestigt ist.
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Auf das Ritzel 14 sind noch eine Anlaufscheibe 24, eine darin angeordnete Spiralfeder 26 sowie eine Abdeckung 28 aufgesetzt. Diese Komponenten bilden eine sogenannte Federseite des Gurtaufrollers, die für die Funktion des Gurtstraffers jedoch nicht von Bedeutung ist.
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3 zeigt den Gurtstraffer in vereinfachter Form vor einem Straffvorgang. Im Rückhaltefall wird die pyrotechnische Antriebseinheit aktiviert und erzeugt ein Druckgas, welches das Kraftübertragungselement 20 im Strafferrohr 18 mit Druck beaufschlagt. Dadurch wird das Kraftübertragungselement 20 weg vom Zünder 16 bewegt und versetzt das Ritzel 14 in eine Drehbewegung. Dieses Antriebsprinzip ist allgemein als „Rack-and-Pinion“-Aufbau bekannt.
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Die Drehbewegung des Ritzels 14 an sich wird dadurch erreicht, dass - in Bewegungsrichtung des Kraftübertragungselements 20 betrachtet - eine Überdeckung des Kraftübertragungselements 20 und des Ritzels 14 vorliegt, sodass das Kraftübertragungselement 20 im Laufe seiner Bewegung am Ritzel 14 angreift. Das Ausmaß der Drehung des Ritzels 14 und die dadurch bestimmte größtmögliche erreichbare Straffung des Gurtbands hängen von der konkreten Ausgestaltung des Ritzels 14 und des Kraftübertragungselements 20 ab.
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In 4 ist eine Situation dargestellt, in der das Ritzel 14 bei aktiviertem Gurtstraffer blockiert, d. h. an einer Drehung gehindert ist, was beispielsweise durch eine Fehlfunktion des Gurtsystems verursacht sein kann. Das Kraftübertragungselement 20 ist insbesondere bezüglich Form und Material so ausgelegt, dass es bei einem Auftreffen auf das blockierte Ritzel 14 verformt wird, weshalb das Kraftübertragungselement 20 hier auch als Deformationselement bezeichnet werden kann. Aufgrund seiner Verformung ist das Kraftübertragungselement 20 in der Lage, das Ritzel 14 zu passieren, ohne dieses zu drehen.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird das Kraftübertragungselement 20 plastisch verformt, indem der Teil des Kraftübertragungselements 20, der das Ritzel 14 überdeckt, vom Ritzel 14 vollständig abgeschert wird. Es sind aber auch andere Ausführungen mit einer anderen Art der Verformung, insbesondere einer elastischen Verformung möglich. Wesentlich ist, dass das Kraftübertragungselement 20 beim Auftreffen auf das blockierte Ritzel 14 einen solchen verformten Zustand einnimmt, der ein Vorbeibewegen des Kraftübertragungselements 20 am Ritzel 14 erlaubt.
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Somit kommt es trotz blockiertem Ritzel 14 zu keinem Druckstau im Strafferrohr 18 zwischen dem Zünder 16 und dem Kraftübertragungselement 20, da sich das Kraftübertragungselement 20 auch bei blockiertem Ritzel 14 vom Zünder 16 wegbewegen kann und dadurch ein Abbau des Überdrucks erreicht wird.
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Bei alternativen (nicht gezeigten) Ausführungsformen des Gurtstraffers ist vorgesehen, dass nicht (nur) das Kraftübertragungselement 20 verformt wird, sondern (auch) das Ritzel 14 und/oder die Lagerung des Ritzels 14 bzw. der Gurtspule 12 und/oder das Strafferrohr 18 und/oder das Straffergehäuse 22. In diesen Fällen dienen die jeweils verformten Komponenten (zusätzlich) als Deformationselemente, deren gesamte oder partielle elastische und/oder plastische Verformung insgesamt ein Vorbeibewegen des Kraftübertragungselements 20 am Ritzel 14 erlaubt, ohne dass das Kraftübertragungselement 20 signifikant am Ritzel 14 angreift, d. h. ohne dass das Ritzel 14 vom Kraftübertragungselement 20 angetrieben wird. Form, Material und relative Anordnung der beteiligten Komponenten sind entsprechend auf den gewünschten Verformungseffekt abgestimmt. Insbesondere ist dafür gesorgt, dass eine Überdeckung der zu verformenden Komponente(n) mit dem Kraftübertragungselement 20 - in dessen Bewegungsrichtung betrachtet - vorliegt.
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5 zeigt eine besondere Ausführungsform des Gurtstraffers, die bei nicht blockiertem Ritzel 14 eine bewusst reduzierte Straffung des Gurtbands ermöglicht. Der Aufbau dieser Ausführungsform ist so ausgelegt, dass nach der Aktivierung der pyrotechnischen Antriebseinheit das mit Druck beaufschlagte Kraftübertragungselement 20 zunächst in Eingriff mit dem Ritzel 14 kommt und dieses dreht, bevor eine Verformung der zuvor beschriebenen Art stattfindet. Aufgrund der Verformung des bzw. der Deformationselemente greift das Kraftübertragungselement 20 dann nicht mehr am Ritzel 14 an, d. h. das Ritzel 14 wird nicht mehr vom Kraftübertragungselement 20 gedreht.
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Somit ist in diesem Fall gewährleistet, dass keine vollständige (größtmögliche), sondern nur eine teilweise Straffung des Gurtbands vorgenommen wird, was unter bestimmten Umständen vorteilhaft sein kann, wie etwa bei einer späten Aktivierung des Gurtstraffers, wenn der Fahrzeuginsasse schon vorverlagert ist, und/oder wenn keine Gurtlose und/oder kein Filmspuleneffekt vorliegt bzw. vorliegen.
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Der Beginn der Verformung korreliert mit der Straffkraft (Gurtbandeinzugskraft). Die an der Verformung beteiligten Komponenten des Gurtstraffers sind insbesondere hinsichtlich Form, Material und relativer Anordnung so ausgelegt, dass eine Verformung nur bei Überschreiten einer definierten Straffkraft stattfindet.
