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Die Erfindung betrifft einen Gurtstraffer für ein Sicherheitsgurtsystem.
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Allgemein sind bei der Prüfung der Funktionssicherheit von Gurtstraffern sowohl der bestimmungsgemäße Gebrauch, d. h. der Einsatz des Gurtstraffers im eingebauten Zustand im Fahrzeug im Crashfall, als auch der nicht bestimmungsgemäße Gebrauch, z. B. eine unerwünschte Auslösung bei der Produktion, beim Transport etc., zu berücksichtigen. Diesen unterschiedlichen Lastfällen liegen unterschiedliche Belastungszustände zugrunde.
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Praktisch alle bekannten Bauarten pyrotechnischer Gurtstraffer weisen bei unterschiedlichen Belastungszuständen eine unerwünschte Streuung in der Gurtbandeinzugsleistung auf. Die Bauteile eines Gurtstraffers zeigen nämlich in Abhängigkeit von den äußeren Umständen, insbesondere im Hinblick auf die Temperatur und Bauteiltoleranzen, mitunter ein stark unterschiedliches Verhalten.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine von den äußeren Umständen möglichst unabhängige, konstante Straffleistung zur Verfügung zu stellen.
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Insbesondere soll die Erfindung für einen Gurtstraffertyp geeignet sein, der aus der
DE 10 2006 031 359 A1 bekannt geworden ist. Bei diesem Straffertyp kommt anstelle einer durch eine Antriebseinheit linear bewegten Zahnstange ein zwar festes, aber substantiell verformbares Kraftübertragungselement in Eingriff mit einem an eine Gurtspule gekoppelten Ritzel, um dieses in einer Straffrichtung zu drehen. Das verformbare Kraftübertragungselement lässt sich platzsparend in einem geschwungenen Strafferrohr aufnehmen und sorgt für eine weiche Einsteuerung des Kraftübertragungselements am Ritzel, sodass sich die bei einer Zahnstange auftretende Zahn-auf-Zahn-Problematik vermeiden lässt. Weitere Gurtstraffer dieses Typs sind u. a. in der
DE 10 2010 051 418 A1 ,
DE 10 2010 051 419 A1 ,
DE 10 2010 051 420 A1 ,
DE 10 2010 051 422 A1 ,
DE 10 2010 051 463 A1 und
DE 10 2011 016 153 A1 gezeigt.
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Aus der
DE 100 088 24 A1 ist ein Gurtstraffer mit einer Vielzahl von Antriebselementen in Form von Kugeln bekannt, die in einem Strafferrohr geführt werden und mit einem Antriebsrad in Eingriff gebracht werden. Im Bereich des Antriebsrades ist ein Rohrabschnitt so ausgebildet, dass er bei Auftreffen einer Kugel auf eine Zahnspitze des Antriebsrades ausweichen kann.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Gurtstraffer mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Der erfindungsgemäße Gurtstraffer für ein Sicherheitsgurtsystem umfasst ein um eine Drehachse drehbar gelagertes Ritzel, das an eine Gurtspule eines Gurtaufrollers koppelbar ist, eine Antriebseinheit, ein Kraftübertragungselement und eine Führungseinrichtung. Durch eine Aktivierung der Antriebseinheit wird das Kraftübertragungselement so entlang der Führungseinrichtung bewegt, dass es in Eingriff mit dem Ritzel kommt. Gemäß der Erfindung weist die Führungseinrichtung einen Abschnitt auf, der in einer zur Drehachse des Ritzels und zur Bewegungsrichtung des Kraftübertragungselements senkrechten Richtung (Verformungsrichtung) verformbar ist.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass insbesondere die Überdeckung zwischen Kraftübertragungselement und Ritzel, die für die Umwandlung der kinematischen Energie des Kraftübertragungselements in Rotationsenergie des Ritzels sorgt, für die Streuung der Performance des Gurtstraffers verantwortlich ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Abhängigkeit der auf das Kraftübertragungselement wirkenden Querkräfte von den Fertigungs- und Montagetoleranzen und der Temperatur dadurch begegnet, dass die Führungseinrichtung für das Kraftübertragungselement bei Bedarf eine automatische Einstellung der Überdeckung vornimmt. Bei großen Querkräften kann das Kraftübertragungselement den Führungsabschnitt so auslenken, dass die Überdeckung und damit die Querkräfte reduziert werden. Auf diese Weise ist immer eine optimale Überdeckung für die Kraftübertragung auf das Ritzel gewährleistet. Im Ergebnis ist die Straffleistung unter verschiedenen Voraussetzungen (Toleranzen, Temperatur) weitestgehend konstant bzw. können bei gleicher Leistungsstreuung größere Toleranzen hinsichtlich der Fertigung und Montag der Bauteile sowie der Temperatur zugestanden werden.
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Für eine möglichst effektive Selbsteinstellung der Überdeckung sollte der auslenkbare Führungsabschnitt in dem Bereich der Führungseinrichtung angeordnet sein, in dem das Kraftübertragungselement in Eingriff mit dem Ritzel kommt. Die Querkräfte können dann ohne weitere Umleitung unmittelbar zur Verformung des Führungsabschnitts genutzt werden, welche das gewünschte Ausweichen des Kraftübertragungselements ermöglicht.
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Der Führungsabschnitt kann ein Teil eines Druckbehälters sein, in dem das Kraftübertragungselement aufgenommen ist. Insbesondere kann der Führungsabschnitt als einseitige Verlängerung des Druckbehälterausgangs (Mündung) vor dem Ritzel ausgebildet sein. Bei einem solchen Aufbau ist kein zusätzliches Bauteil erforderlich, und etwaige Montagetoleranzen entfallen.
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Gemäß der Erfindung stützt sich der Führungsabschnitt an einer Gehäusewand ab, wobei der Führungsabschnitt durch einen Spalt von einer Einbuchtung der Gehäusewand beabstandet ist. Die Gehäusewand gibt mit der Einbuchtung einen definierten Verformungsbereich für den Führungsabschnitt vor. Während einerseits die stabile Gehäusewand eine Verformung verhindert, ermöglicht andererseits die Einbuchtung eine (begrenzte) Auslenkung des Führungsabschnitts, sodass das Kraftübertragungselement in Richtung der Einbuchtung ausweichen kann.
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Um im Falle einer Verformung des Führungsabschnitts sicherzustellen, dass die Fortbewegung des ausgelenkten Kraftübertragungselements nicht behindert wird, sollte die Breite des Spalts in der Verformungsrichtung nicht größer als die Dicke des Führungsabschnitts in dieser Richtung sein. Dadurch kann ausgeschlossen werden, dass neben dem Führungsabschnitt auch das Kraftübertragungselement selbst in die Einbuchtung hineingedrückt wird. Das würde nämlich bedeuten, dass eine weitere Auslenkung des Kraftübertragungselements entgegen der Verformungsrichtung erforderlich wäre, um dieses wieder aus der Ausbuchtung herauszubefördern.
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Für eine definierte Verformung des Führungsabschnitts weist die Einbuchtung eine bezogen auf die Bewegungsrichtung des Kraftübertragungselements vordere Kante auf, um die der Führungsabschnitt bei seiner Verformung gebogen wird.
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Gelöst wird diese Aufgabe ebenfalls durch einen Gurtstraffer mit den Merkmalen des Anspruchs 5. Dieser Aufbau des erfindungsgemäßen Gurtstraffers sieht vor, dass sich der Führungsabschnitt an einer Gehäusewand abstützt, wobei ein mittlerer Teil des Führungsabschnitts einer Aussparung der Gehäusewand gegenüberliegt. Bei diesem Aufbau ermöglicht die Aussparung, dass das Kraftübertragungselement den Führungsabschnitt (in begrenztem Maße) durch die Aussparung hindurchdrückt, sodass dieser „eingedellt” wird. Dass es sich hier um einen mittleren Teil und nicht um ein freies Ende des Führungsabschnitts handeln muss, ist insoweit von Bedeutung, als für einen ausreichenden Überlapp des Führungsabschnitts vor und hinter der Aussparung (in der Bewegungsrichtung des Kraftübertragungselements betrachtet) zu sorgen ist, damit der Führungsabschnitt nicht durch die Aussparung rutschen kann.
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Für eine gezielte Beeinflussung der Verformung des Führungsabschnitts kann im Bereich der Aussparung eine elastische Abstützung für den Führungsabschnitt vorgesehen sein. Auf diese Weise kann der Verformung ein definierter Widerstand entgegengesetzt werden.
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Das Konzept der vorliegenden Erfindung eignet sich insbesondere für einen Gurtstraffer, bei dem das Kraftübertragungselement aus einem substantiell verformbaren, vorzugsweise elastomeren Material besteht.
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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:
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1 einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Gurtstraffers vor einem Straffvorgang in einer Schnittansicht;
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2 den Gurtstraffer aus 1 während eines Straffvorgangs ohne eine Anpassung der Führungseinrichtung; und
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3 den Gurtstraffer aus 1 während eines Straffvorgangs mit einer Anpassung der Führungseinrichtung.
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In 1 sind schematisch ein Ritzel 10, ein Kraftübertragungselement 12 und eine Führungseinrichtung eines Gurtstraffers gezeigt.
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Das Ritzel 10 ist drehbar um eine Achse A gelagert und entweder permanent oder nur bei Bedarf drehfest an eine Gurtspule eines Gurtaufrollers gekoppelt.
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Das Kraftübertragungselement 12, das vorzugsweise aus einem substantiell verformbaren, elastomeren Material besteht, ist so in einem rohrförmigen Druckbehälter 14 aufgenommen, dass es im Einbauzustand nicht mit dem Ritzel 10 in Eingriff steht. Dadurch ist im Normalbetrieb des Gurtaufrollers 10, d. h. vor einer etwaigen Aktivierung des Gurtstraffers, eine ungehinderte Drehung der Gurtspule möglich. Das Kraftübertragungselement ist vorzugsweise langgestreckt, wobei seine Länge ein Vielfaches des Durchmessers beträgt und im Wesentlichen einstückig ausgebildet, d. h. ein einziges Kraftübertragungselement wirkt mit dem Ritzel 10 zusammen.
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Der Druckbehälter 14 weist an seinem Ausgang einen verlängerten Führungsabschnitt 16 auf, der den Zähnen des Ritzels 10 in einem gewissen Abstand in einer Richtung x gegenüberliegt. Dieser Führungsabschnitt 16 stützt sich an einer Gehäusewand 18 ab.
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Das freie Ende des Führungsabschnitts 16 ist jedoch durch einen Spalt 20 von einer Einbuchtung 22 der Gehäusewand 18 beabstandet. Die Breite des Spalts 20 in der Richtung x entspricht in etwa der Dicke des Führungsabschnitts 16 in dieser Richtung. Die Einbuchtung 22 kann auch durch eine entsprechende Materialverdünnung in der Gehäusewand 18 gebildet sein.
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Die Einbuchtung 22 erstreckt sich über einen Länge, die in etwa dem Bereich entspricht, in dem das Kraftübertragungselement 12 in Eingriff mit dem Ritzel 10 kommt, wenn es entlang des Führungsabschnitts 16 bewegt wird, wie später noch beschrieben wird.
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Beim dargestellten Ausführungsbeispiel bilden somit der Führungsabschnitt 16 des Druckbehälters 14 und die Gehäusewand 18, einschließlich der Einbuchtung 22, die zuvor erwähnte Führungseinrichtung für das Kraftübertragungselement 12.
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Am (nicht sichtbaren) Eingang des Druckbehälters 14 ist eine Antriebseinheit angeschlossen, die vorzugsweise einen pyrotechnischen Antrieb umfasst.
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Bei einer Aktivierung der Antriebseinheit in einem Rückhaltefall wird ein Druckgas erzeugt, welches den sich zwischen der Antriebseinheit und dem Kraftübertragungselement 12 befindlichen Abschnitt des Druckbehälters 14 füllt. Durch die Druckbeaufschlagung wird das Kraftübertragungselement 12 entlang des Führungsabschnitts 16 in der Richtung y auf das Ritzel 10 zu und an diesem vorbei bewegt, wobei die Zähne des Ritzels 10 in das Material des Kraftübertragungselements 12 eindringen. Durch die Überdeckung – in 1 mit dem Doppelpfeil B angedeutet – von Ritzel 10 und Kraftübertragungselement 12 werden das Ritzel 10 und die daran gekoppelte Gurtspule des Gurtaufrollers in Drehung versetzt, sodass Gurtband eingezogen wird.
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2 zeigt einen Straffvorgang, bei dem keine Anpassung der Führungseinrichtung erfolgt. In diesem Fall ist die Überdeckung, die die Umwandlung der kinematischen Energie des Kraftübertragungselements 12 in Rotationsenergie des Ritzels 10 ermöglicht, kleiner, als in dem in 3 gezeigten Fall. Der Gurtstraffer ist so ausgelegt – insbesondere die Steifigkeit des Kraftübertragungselements 12 –, dass diese Überdeckung für eine optimale Kraftübertragung sorgt.
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Bei dem in 3 dargestellten Straffvorgang sind die Überdeckung und die damit verbundenen Kräfte, die in der Richtung x zwischen dem Kraftübertragungselement 12 und dem Ritzel 10 wirken, deutlich größer. Dies kann insbesondere durch Toleranzen bei der Fertigung und der Montage der Bauteile bedingt sein. Auch Temperatureinflüsse können für unterschiedliche Kräfteverhältnisse verantwortlich sein. So ist das Kraftübertragungselement 12 bei niedrigeren Temperaturen härter als bei höheren Temperaturen.
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Wie in 3 zu erkennen ist, kann das Kraftübertragungselement 12 quer zu seiner Fortbewegungsrichtung – genauer gesagt in der zur Bewegungsrichtung y des Kraftübertragungselements 12 und zur Drehachse A des Ritzels 10 senkrechten Richtung x – ausweichen, wenn hohe Querkräfte wirken. Dies ist möglich, weil das Kraftübertragungselement 12 so auf den Führungsabschnitt 16 drückt, dass dieser um eine vordere Kante 24 gebogen und in die Einbuchtung 22 der stabilen Gehäusewand 18 hineingedrängt wird. Die Verformung des Führungsabschnitts 16 kann – je nach Material des Druckbehälters – elastisch oder plastisch sein. Da der Spalt 20 nicht breiter als der Führungsabschnitt 16 dick ist, stellt die hintere Kante 26 der Einbuchtung kein wesentliches Hindernis für die weitere Fortbewegung des Kraftübertragungselements 12 dar.
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Dank der so erreichten selbsttätigen Anpassung der Führungseinrichtung, die das Ausweichen des Kraftübertragungselements 12 ermöglicht, können die Überdeckung und die damit verbundenen Querkräfte reduziert werden. Einer Beeinträchtigung der Kraftübertragung auf das Ritzel 10 oder gar einem Verklemmen des Kraftübertragungselements 12 wird damit effektiv entgegengewirkt.
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Gemäß einem (nicht gezeigten) alternativen Konstruktionskonzept kann anstelle der Einbuchtung 22 auch eine Aussparung (Lücke) in der Gehäusewand 18 vorgesehen sein, wobei sich der Führungsabschnitt 16 – in der Bewegungsrichtung y des Kraftübertragungselements 12 betrachtet – über die Aussparung hinaus erstreckt. In diesem Fall kommt es bei entsprechend großen Querkräften zu einem – je nach Material des Druckbehälters – elastischen oder plastischen Eindellen des Führungsabschnitts 16 in der Querrichtung x. Der Führungsabschnitt 16 sollte die hintere Kante 26 der Aussparung weit genug überragen, damit die hintere Kante 26 (ebenso wie die vordere Kante 24) als Abstützung dienen kann, und damit das freie Ende des Führungsabschnitts 16 bei der Verformung nicht in die Aussparung hineinrutschen kann. Die Verformung des Führungsabschnitts 16 kann gezielt beeinflusst werden durch das Vorsehen einer elastischen Abstützung für den Führungsabschnitt 16 im Bereich der Aussparung.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Ritzel
- 12
- Kraftübertragungselement
- 14
- Druckbehälter
- 16
- Führungsabschnitt
- 18
- Gehäusewand
- 20
- Spalt
- 22
- Einbuchtung
- 24
- vordere Kante
- 26
- hintere Kante
