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Die Erfindung betrifft einen Gurtstraffer für ein Sicherheitsgurtsystem, mit einer Antriebseinrichtung, die ein Strafferrohr sowie ein im Strafferrohr geführtes, substantiell verformbares Kraftübertragungselement aufweist, welches während eines Straffvorgangs in Eingriff mit einem drehbaren Antriebselement gelangt.
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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 einer Kraftbegrenzungseinrichtung 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 der Kraftbegrenzungseinrichtung sind optimiert.
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Aus der
DE 10 2006 031 359 A1 ist ein Gurtstraffer der eingangs genannten Art bekannt. Das darin verwendete Kraftübertragungselement ist substantiell verformbar und in einem platzsparend gewundenen Strafferrohr geführt. Nach der Aktivierung der pyrotechnischen Antriebseinrichtung wird das Kraftübertragungselement durch das freigesetzte Gas durch das gekrümmte Strafferrohr getrieben, sodass es an einem drehbar gelagerten Antriebsrad angreift, welches an die Achse eines Gurtaufrollers gekoppelt ist. Das substantiell verformbare Material des Kraftübertragungselements sorgt vorteilhaft dafür, dass am Antriebsrad eine gedämpfte Einsteuerung des Kraftübertragungselements stattfindet und eine hohe Drehmomentübertragung gewährleistet ist.
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Wie bei allen technischen Geräten gibt es auch bei Gurtstraffern unerwünschte Effekte, die zu Differenzen zwischen zugeführter Energie und nutzbarer Energie führen. Dieser Umstand wird allgemein mit dem Begriff Wirkungsgrad beschrieben. Einerseits erfordert die Funktionalität eines Gurtstraffers, welcher nur einmalig bei einem Unfall (Rückhaltefall) ausgelöst wird – anders als bei einer fortlaufend betriebenen Maschine – im Hinblick auf die Menge der verfügbaren Antriebsenergie keinen besonders hohen Wirkungsgrad. Andererseits kann ein verbesserter Wirkungsgrad bei einem Gurtstrafferantrieb jedoch dahingehend Vorteile bringen, dass im Fall der Auslösung des Gurtstraffers funktionsrelevante Bauteile und Verbindungen weniger stark belastet werden und somit einfacher und kostengünstiger ausgelegt werden können. Dies bedeutet, dass entweder die notwendige Antriebsenergie reduziert werden kann (bei gleicher Leistung des Gurtstraffers) oder die Leistung des Gurtstraffers erhöht werden kann (bei gleicher Antriebsenergie). Außerdem ist eine Kombination beider Maßnahmen möglich. Eine Erhöhung des Wirkungsgrads hat aber nicht nur positive Auswirkungen in Bezug auf den vorgesehenen Normalbetrieb des Gurtstraffers (Zündung im Fahrzeug bei einem Unfall), sondern auch in sicherheitstechnischer Hinsicht im Falle eines nicht bestimmungsgemäßen Gebrauchs des Gurtstraffers (Zündung bei der Produktion, Transport, etc.).
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Die
DE 10 2006 031 359 A1 schlägt bei einem Gurtstraffer der eingangs genannten Art vor, ein Medium, insbesondere ein Schmiermittel, an einer Stelle vorzusehen, die mit dem von der pyrotechnischen Antriebseinrichtung erzeugten Treibgas und/oder mit einem durch das Treibgas im Strafferrohr verschobenen Element in Verbindung steht. Diese Maßnahme verfolgt alleine den Zweck, die Gefahr der Flammenbildung auf kostengünstige Art und Weise zu verringern, basierend auf der Erkenntnis, dass durch den gezielten Einsatz eines Schmiermittels eine Abkühlung bzw. ein reduzierter Temperaturanstieg des vom Gasgenerator erzeugten Treibgases erreicht werden kann. Gemäß einer konkreten Ausführungsform dieses bekannten Gurtstraffers ist im Strafferrohr zwischen einem Gasgenerator und dem Kraftübertragungselement ein zylindrisches Dichtelement angeordnet, das eine zwischen dem Gasgenerator und dem Dichtelement gebildete Druckkammer abdichtet und eine Einbuchtung in Form einer umlaufenden Nut aufweist, die der Innenwand des Strafferrohrs gegenüberliegt. In diese Nut ist das flammenhemmende Schmiermittel eingebracht, sodass es zwar nicht in unmittelbarer Strömungsverbindung mit dem vom Gasgenerator freigesetzten Druckgas steht, aber durch dieses (indirekt) über die Fließtemperatur erhitzt wird.
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Die
DE 10 2014 200 995 A1 schlägt bei einem grundsätzlich ähnlich aufgebauten Gurtstraffer vor, das Kraftübertragungselement mit einem oder mehreren seitlichen Einschnitten zu versehen, um die Biegsamkeit des Kraftübertragungselement zu erhöhen. Damit soll erreicht werden, dass das Kraftübertragungselement leichter durch ein stark gekrümmtes Strafferrohr gedrückt werden kann. Die Einschnitttiefe soll bevorzugt größer als der halbe Durchmesser des Kraftübertragungselements sein, sodass der Einschnitt die Mitte des Kraftübertragungselements durchtrennt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Gurtstraffer der eingangs genannten Art mit einem reduziertem Antriebsverlust zu schaffen. Insbesondere sollen durch eine Erhöhung des Wirkungsgrads des Gurtstrafferantriebs die eingangs genannten Vorteile hinsichtlich Funktionalität und Auslegung ermöglicht werden.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Gurtstraffer mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Gurtstraffers sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Der erfindungsgemäße Gurtstraffer für ein Sicherheitsgurtsystem umfasst eine Antriebseinrichtung, die ein Strafferrohr sowie ein im Strafferrohr geführtes, substantiell verformbares Kraftübertragungselement aufweist, welches während eines Straffvorgangs in Eingriff mit einem drehbaren Antriebselement gelangt. Gemäß der Erfindung ist wenigstens ein Teil der Oberfläche des Kraftübertragungselements und/oder wenigstens ein Teil der inneren Oberfläche des Strafferrohrs strukturiert ausgebildet und mit einem Schmiermittel bedeckt.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass ein Schmiermittel nur dann optimal zur Entfaltung gelangt, wenn es zuverlässig vorgehalten werden kann, insbesondere in den Bereichen, die am stärksten kontaktbelastet sind. Beim erfindungsgemäßen Gurtstraffer sorgt bzw. sorgen die strukturierte(n) Oberfläche(n) dafür, dass an den benötigten Stellen langfristig ein Reservoir für das Schmiermittel zur Verfügung steht, und dass das Schmiermittel dort auch unter Last nicht verdrängt werden kann.
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Unter einer strukturierten Oberfläche im Sinne der Erfindung ist keine Oberfläche zu verstehen, die glatt ist oder eine nur geringe Oberflächenrauigkeit aufweist. Vielmehr weist die strukturierte Oberfläche eine Vielzahl an substantiellen Erhöhungen und/oder Vertiefungen gegenüber einer glatten Referenzoberfläche auf, sodass in den so geschaffenen Schmiermittelaufnahmen unter allen Umständen eine ausreichende Menge Schmiermittel bereitgehalten werden kann. Bereits beim Aufbringen des Schmiermittels ist gewährleistet, dass sich das Schmiermittel nicht an einzelne Stellen zurückziehen kann, sondern sich gleichmäßig über den strukturierten Oberflächenbereich verteilt und in dieser gleichmäßigen Verteilung verbleibt, wenn das Kraftübertragungselement in das Strafferrohr eingesetzt ist. Wenn es dann später zu einem Rückhaltefall kommt, ist dank der verdrängungshemmenden Vertiefungen und/oder Erhöhungen auf der Oberfläche des Kraftübertragungselements und/oder des Strafferrohrs sichergestellt, dass das Schmiermittel während des gesamten Straffvorgangs an den stark belasteten Stellen zur Verfügung steht und speziell dort seine Wirkung entfaltet.
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Die Vertiefungen und/oder Erhöhungen auf der Oberfläche des Kraftübertragungselements haben im Vergleich zum Durchmesser des Kraftübertragungselements eine geringe Tiefe bzw. Höhe, insbesondere reichen die Vertiefungen keinesfalls bis zur Mitte des Kraftübertragungselements.
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Die Vertiefungen bzw. Erhöhungen können über die gesamte Oberfläche oder zumindest über einen wesentlichen Teil der Oberfläche verteilt sein. Es ist aber auch möglich, nur in bestimmten Oberflächenbereichen eine Struktur vorzusehen, vorzugsweise an den am stärksten belasteten Stellen.
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Die strukturierte Oberfläche kann regelmäßig und/oder unregelmäßig angeordnete Vertiefungen und/oder Erhöhungen aufweisen. Während eine regelmäßige Struktur in der Regel maschinell einfacher herstellbar ist, kann eine unregelmäßige Struktur zu einer besseren statistische Verteilung des Schmiermittels beitragen.
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Entsprechendes gilt für das Vorsehen von gleichförmigen bzw. ungleichförmigen Vertiefungen und/oder Erhöhungen auf der Oberfläche.
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Das Kraftübertragungselement ist vorteilhafter Weise langestreckt, wobei seine Länge ein Vielfaches seiner Breite beträgt. In besonders vorteilhafter Weise ist das Kraftübertragungselement zylindrisch, wobei auch hier die Länge ein Vielfaches seines Durchmessers beträgt. Dabei kann insbesondere nur genau ein Kraftübertragungselement verwendet werden, dass mit dem drehbaren Antriebselement in Eingriff kommt. Ist das drehbare Antriebselement als Antriebsritzel ausgebildet, kommt das Kraftübertragungselement bzw. das jeweils wirkende Kraftübertragungselement nacheinander mit mehreren aufeinander folgenden Zähnen in Eingriff. Damit unterscheidet sich ein solches Kraftübertragungselement beispielsweise von Antriebskugeln oder einzelnen Massenelementen, Kettengliedern oder ähnlichem, die jeweils mit genau einem Zahn oder einer Eingriffstasche eines drehbaren Antriebselementes zusammenwirken.
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Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung sind wenigstens einige der Vertiefungen als Rillen ausgebildet, die vorzugsweise im Wesentlichen senkrecht zur Längsrichtung des Kraftübertragungselements verlaufen. Die Rillen können sich über den gesamten Umfang des Kraftübertragungselements oder nur über einen Teil davon erstrecken.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Kraftübertragungselement auch in seinem Inneren strukturiert ausgebildet ist. Das bedeutet nicht, dass einzelne Vertiefungen bis weit in das Innere des Kraftübertragungselements reichen, sondern dass die oberflächlichen Vertiefungen in Verbindung mit einer Struktur aus einer Vielzahl weiter innen liegender kleiner Hohlräumen in Verbindung stehen.
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Diese Weiterbildung lässt sich insbesondere dadurch erreichen, dass wenigsten ein Bereich des Kraftübertragungselements porös ausgebildet ist. Dank der porösen Struktur kann auch das Innere des Kraftübertragungselements mit Schmiermittel versetzt werden. Das verformbare Kraftübertragungselement ist dann vergleichbar zu einem Schwamm, der in der Lage ist, Schmiermittel aufzunehmen und wieder abzugeben.
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Allgemein eignet sich für die oben genannten Zwecke ein Schmiermittel, das ein Fett, ein Öl, Graphit und/oder Molybdändisulfid enthält.
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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 eine Schnittansicht einer Antriebseinrichtung für einen Gurtstraffer kurz nach deren Aktivierung;
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2 die Antriebseinrichtung aus 1 am Ende des Straffvorgangs;
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3 eine Schnittansicht des Strafferrohrs und des Kraftübertragungselements der Antriebseinrichtung aus 1;
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4 eine beispielhafte Schnittansicht eines Strafferrohrabschnitts und eines Kraftübertragungselements im Ausgangszustand;
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5 den Strafferrohrabschnitt und das Kraftübertragungselement aus 4 unter Krafteinwirkung;
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6 eine perspektivische Ansicht eines Kraftübertragungselements nach dem Stand der Technik;
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7 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Kraftübertragungselements nach einer ersten Ausführungsform mit einer Detailvergrößerung;
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8 eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts eines erfindungsgemäßen Kraftübertragungselements nach einer zweiten Ausführungsform;
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9 eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts eines erfindungsgemäßen Kraftübertragungselements nach einer dritten Ausführungsform;
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10 eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts eines erfindungsgemäßen Kraftübertragungselements nach einer vierten Ausführungsform;
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11 eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts eines erfindungsgemäßen Kraftübertragungselements nach einer fünften Ausführungsform;
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12 eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts eines erfindungsgemäßen Kraftübertragungselements nach einer sechsten Ausführungsform; und
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13 eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts eines erfindungsgemäßen Kraftübertragungselements nach einer siebten Ausführungsform.
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In 1 ist eine Antriebseinrichtung eines Gurtstraffers für einen Gurtaufroller dargestellt. Die Antriebseinrichtung weist ein in einem Strafferrohr 10 verschiebbar angeordnetes Kraftübertragungselement 12 auf. Das Kraftübertragungselement 12 besteht aus einem substantiell verformbaren Material.
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An einem ersten Ende 14 des Strafferrohrs 10 ist in einem als Druckkammer dienenden Abschnitt des Strafferrohrs 10 ein Druckgas 16 durch einen Gasgenerator (nicht gezeigt) bereitstellbar. Das zweite Ende 18 des Strafferrohrs 10 ist auf die Außenverzahnung eines drehbar gelagerten Antriebsrads 20 gerichtet, welches an eine Gurtspule des Gurtaufrollers (nicht gezeigt) gekoppelt ist.
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Zwischen dem Druckgas 16 und dem Kraftübertragungselement 12 ist ein elastisches Dichtelement 22 angeordnet, das ebenfalls im Strafferrohr 10 verschiebbar ist. Das Dichtelement 22 liegt am Kraftübertragungselement 12 an, es kann aber auch ein kleiner Abstand vorgesehen sein. Das Dichtelement 22 hält das Druckgas 16 auf der vom Kraftübertragungselement 12 abgewandten Seite des Strafferrohrs 10.
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Im Rückhaltefall wird die pyrotechnische Antriebseinrichtung aktiviert, und der Gasgenerator erzeugt das Druckgas 16, das sich in der zwischen dem Gasgenerator und dem Dichtelement 22 befindlichen Druckkammer ausdehnt. Dadurch wird das als Kolben fungierende Dichtelement 22 im Strafferrohr 10 mit einem hohen Druck beaufschlagt und schiebt das Kraftübertragungselement 12 durch das Strafferrohr 10. Das Kraftübertragungselement 12 tritt durch das zweite Ende 18 aus dem Strafferrohr 10 aus und kommt mit dem Antriebsrad 14 in Eingriff. Dadurch wird das Antriebsrad 14 in eine Drehbewegung versetzt. Das Antriebsrad 14 versetzt wiederum die an das Antriebsrad 14 gekoppelte Gurtspule in eine Drehbewegung in Gurtbandaufwickelrichtung, und es wird Gurtband auf die Gurtspule aufgerollt. Der Endzustand der Antriebseinrichtung nach deren Aktivierung und beendetem Straffvorgang ist in 2 dargestellt.
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Bei jedem Gurtstraffer, der nach diesem Prinzip funktioniert, ist – unabhängig von der Form des Strafferrohrs 10 – die am ersten Ende 14 (Antriebsseite) eingeleitete Antriebskraft größer als die am zweiten Ende 18 (Abtriebsseite) nutzbare Abtriebskraft, wie in 3 angedeutet. Die Verluste entstehen in erster Linie durch Reibung zwischen dem Kraftübertragungselement 12 und dem Strafferrohr 10 sowie durch die elastische und plastische Verformung des Kraftübertragungselements 12.
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Zur Verringerung der Reibungsverluste zwischen dem Kraftübertragungselement 12 und dem Strafferrohr 10 wird ein Schmiermittel eingesetzt, das flüssig oder fest sein kann. Beispiele für solche Schmiermittel sind Fett, Öl, Graphit und Molybdändisulfid.
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Ein Vergleich der 4 und 5, die das Kraftübertragungselement 12 im Strafferrohr 10 einmal im nicht aktivierten Zustand (4) und einmal im aktivierten Zustand (5) der Antriebseinrichtung zeigen, lässt erkennen, dass das verformbare Kraftübertragungselement 12 unter Einwirkung der Antriebskraft nicht gleichmäßig an der inneren Oberfläche des Strafferrohrs 10 anliegt. Es ergeben sich – abhängig von der Geometrie des Strafferrohrs 10 – Bereiche, in denen der Kontakt ausgeprägter ist als in anderen Bereichen, in denen teilweise sogar überhaupt kein Kontakt vorliegt.
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Dies führt bei herkömmlichen Gurtstraffern dieser Bauart zu einer ungleichmäßigen Verteilung des Schmiermittels. Insbesondere an den stark belasteten Kontaktstellen wird das Schmiermittel aufgrund der hohen Kontaktkräfte verdrängt und kann seine Wirkung deshalb dort nicht optimal entfalten.
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6 zeigt im Hinblick auf die nachfolgend beschriebenen besonderen Kraftübertragungselemente 12 zunächst ein herkömmliches zylindrisches, verformbares Kraftübertragungselement 12 im unverbauten Zustand. Die Oberfläche dieses Kraftübertragungselements 12, insbesondere die Mantelfläche, ist glatt.
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7 zeigt hingegen ein Kraftübertragungselement 12, bei dem die Oberfläche größtenteils nicht glatt ist, sondern strukturiert. Absichtlich eingebrachten Vertiefungen und/oder Erhöhungen ermöglichen eine sehr gleichmäßige Verteilung des Schmiermittels über den so strukturierten Oberflächenbereich. Dadurch kommt die Wirkung des Schmiermittels während des Straffvorgangs vollständig zur Entfaltung. Trotz des Auftretens großer Kräfte wird das Schmiermittel nicht von den Kontaktbereichen verdrängt, d. h. es bleibt auch an den hochbelasteten Stellen wirksam.
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Die Struktur der Oberfläche des Kraftübertragungselements 12 wirkt außerdem als Reservoir für das Schmiermittel. In den strukturierten Bereichen kann ein Vorrat von Schmiermittel viel besser vorgehalten werden als auf einer glatten Oberfläche. Somit wird die Schmierung auch aufrechterhalten, wenn beim Kraftübertragungselement 12 unter Last Verschleiß auftritt und es an dessen Oberfläche zu Ablösung von Partikeln kommt.
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Bei der in 7 gezeigten Ausführungsform ist mit Ausnahme der Endabschnitte die gesamte Oberfläche des Kraftübertragungselements 12 mit regelmäßig angeordneten, runden Vertiefungen 24 versehen, wie insbesondere in der Detailvergrößerung der 7 zu erkennen ist. Die Vertiefungen 24 dringen nicht allzu weit in das Kraftübertragungselement 12 ein, jedenfalls bei weitem nicht bis zu dessen Mitte.
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Die 8 und 9 zeigen beispielhaft zwei weitere Ausführungsformen des Kraftübertragungselements 12, bei denen eine Vielzahl regelmäßig angeordneter, gleichförmiger Vertiefungen 24 vorgesehen sind. Bei der Ausführungsform der 8 sind die Vertiefungen 24 versetzt zueinander angeordnet und haben im Wesentlichen eine Rechteckform. Bei der Ausführungsform der 9 sind die Vertiefungen 24 als Rillen ausgebildet, die in Längsrichtung des Kraftübertragungselements 12 beabstandet sind und senkrecht zur Längsrichtung des Kraftübertragungselements 12 umlaufen.
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Die 10, 11 und 12 zeigen beispielhaft drei weitere Ausführungsformen des Kraftübertragungselements 12, bei denen unregelmäßig angeordnete, ungleichförmige Vertiefungen 24 und/oder Erhöhungen vorgesehen sind.
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Die 13 zeigt eine besondere Ausführungsform, bei der praktisch das gesamte Kraftübertragungselement 12, also auch dessen Inneres, mit einer Struktur versehen ist, wobei die Struktur gleichmäßig oder ungleichmäßig sein kann. Eine solche Struktur des Kraftübertragungselements 12 kann beispielsweise durch eine gezielte Einbringung von Poren realisiert werden. In jedem Fall ist hier die gesamte Struktur des verformbaren Kraftübertragungselements 12 in der Lage, Schmiermittel aufzunehmen und wieder abzugeben, ähnlich wie ein Schwamm.
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Die beschriebenen Maßnahmen, die allesamt die Verteilung und das Vorhalten des Schmiermittels verbessern und dadurch die Reibungsverluste verringern, können selbstverständlich in geeigneter Weise auch miteinander kombiniert werden.
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Ebenso wie die Oberfläche des Kraftübertragungselements 12 kann zusätzlich oder alternativ die innere Oberfläche des Strafferrohrs 10 (oder bestimmte Bereiche hiervon) strukturiert ausgebildet sein mit regelmäßig oder unregelmäßig angeordneten, gleichförmigen oder ungleichförmigen Vertiefungen und/oder Erhöhungen. Bezüglich der Verteilung und des (langfristigen) Vorhaltens des Schmiermittels gilt das Gleiche wie das zuvor zur strukturierten Oberfläche des Kraftübertragungselements 12 Gesagte.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Strafferrohr
- 12
- Kraftübertragungselement
- 14
- erstes Strafferrohrende
- 16
- Druckgas
- 18
- zweites Strafferrohrende
- 20
- Antriebsrad
- 22
- Dichtelement
- 24
- Vertiefungen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006031359 A1 [0003, 0005]
- DE 102014200995 A1 [0006]
