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Die Erfindung betrifft eine pyrotechnische Straffvorrichtung für einen Sicherheitsgurt einer Sicherheitsgurteinrichtung mit einer Kraftbegrenzungseinrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
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Grundsätzlich besteht bei Straffvorrichtungen der gattungsgemäßen Art das Problem, dass sich die Druckverhältnisse in der Straffvorrichtung während des Straffvorgangs sehr stark ändern. Insbesondere sehr hohe Druckspitzen können dazu führen, dass Teile der Straffvorrichtung beschädigt werden, oder der Bewegungsablauf der Straffvorrichtung gestört wird. Ferner besteht das Problem, dass die Gurtauszugskraft zu Beginn der sich an den Straffvorgang anschließenden kraftbegrenzten Gurtbandauszugsbewegung durch den noch anstehenden Druck in der Straffvorrichtung kurzzeitig auf ein höheres als durch die Kraftbegrenzungseinrichtung definiertes Kraftbegrenzungsniveau ansteigt. Dieser Effekt wird auch allgemein als Kraftbegrenzungsstörung bezeichnet. Zur Vermeidung dieser sich aus dem überhöhten Druck ergebenden Nachteile werden bereits verschiedene Lösungen vorgesehen, um Druckspitzen zu vermeiden und den Druck nach der erfolgten Straffung des Sicherheitsgurtes möglichst schnell abzubauen.
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Aus der
US 6 345 504 B1 ist eine pyrotechnische Straffvorrichtung mit einer Kolben-Zylindereinheit 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 überhöhten 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 Straffvorrichtung weiter verteuert.
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Aus der
DE 10 2009 051 451 A1 ist ferner eine pyrotechnische Straffvorrichtung bekannt, welche einen Kolbenantrieb aufweist, in dem ein Kolben mit einer in der seitlichen Randfläche des Kolbens angeordneten Kerbe vorgesehen ist. Die Kerbe ist zu Beginn der Straffbewegung verschlossen bzw. sie weist alternativ einen nur sehr kleinen Öffnungsquerschnitt auf, und wird durch den anstehenden Druck und die Strömungsverhältnisse geöffnet oder erweitert. Dadurch wird zu Beginn der Straffbewegung eine größere Straffleistung übertragen und der anstehende Druck bzw. die wirkende Straffkraft wird zum Ende der Straffbewegung hin durch das Öffnen oder Erweitern der Kerbe schneller verringert.
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Aus der
DE 10 2012 214 936 A1 ist es ferner bekannt, die Kerbe zweistufig mit einem ersten Abschnitt mit einem geringen Öffnungsquerschnitt und einem zweiten Abschnitt mit einem größeren Öffnungsquerschnitt auszubilden, und eine Trennwand vorzusehen, welche zwischen dem zweiten Abschnitt und dem ersten Abschnitt angeordnet ist und derart bemessen ist, dass sie während der Straffbewegung unter den herrschenden Druckverhältnissen aufreißt und/oder durch Materialabtrag zumindest teilweise abgetragen wird. Die Abschnitte der Kerbe sind durch eine Trennwand voneinander getrennt, so dass eine Durchströmung des zweiten Abschnittes mit dem größeren Strömungsquerschnitt in der Anfangsphase der Straffbewegung nicht möglich ist. Damit wird durch die Trennwand ein Druckabbau durch den zweiten Abschnitt der Kerbe in einer Anfangsphase der Straffbewegung verhindert und die Straffleistung bewusst nicht verringert. Erst durch das Aufreißen der Trennwand oder durch den Materialabtrag der Trennwand wird eine Durchströmung des zweiten Abschnittes von dem ersten Abschnitt ermöglicht, und dadurch der zum Druckabbau zur Verfügung stehende Strömungsquerschnitt vergrößert, so dass der Druckabbau sukzessive oder schlagartig vergrößert wird und die anstehende Straffkraft zum Ende der Straffbewegung bewusst verringert wird. Gleichzeitig wird der Druck nach dem Aufreißen der Trennwand bzw. dem Abtragen der Trennwand wesentlich schneller abgebaut, so dass die Kraftbegrenzungsstörung zu Beginn der Kraftbegrenzungsphase möglichst gering ist. Außerdem wird die Straffleistung insgesamt zu Beginn der Straffbewegung durch das erst spätere Aufreißen oder Abtragen der Trennwand nicht nachteilig vermindert.
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Aus der
WO 2011 / 134 574 A1 ist es ferner bekannt, den Kolben zweiteilig aus einem Grundkörper und einem Anlageteil zur Übertragung der Straffbewegung auszubilden, wobei das Anlageteil zur Übertragung der Straffkraft bewusst eine höhere Festigkeit als der Grundkörper aufweisen soll. Die Kerben und die zu öffnende Durchgangsöffnung sind in dem Grundkörper vorgesehen, welcher die Dichtfunktion des Kolbens wahrnimmt.
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Aus den Druckschriften
WO 2009 / 124 664 A1 und
WO 2017 / 001 585 A1 sind weitere Straffervorrichtungen mit zweiteiligen Kolben bekannt, wobei die Kolben in dem Grundkörper jeweils eine Öffnung aufweisen, die entweder durch eine aufreißbare Trennwand oder durch einen federbelasteten Ventilkörper freigebbar ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine pyrotechnische Straffvorrichtung für einen Sicherheitsgurt einer Sicherheitsgurteinrichtung mit einer Kraftbegrenzungseinrichtung mit einer weiter verbesserten Übertragung der Straffkraft bereitzustellen.
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine pyrotechnische Straffvorrichtung für einen Sicherheitsgurt einer Sicherheitsgurteinrichtung mit einer Kraftbegrenzungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind den Unteransprüchen, den Figuren sowie der zugehörigen Beschreibung zu entnehmen.
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Gemäß dem Grundgedanken der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Grundkörper in seiner Mantelfläche wenigstens eine in Längsrichtung des Kolbens ausgerichtete, in den Druckraum mündende Nut aufweist, und dass wenigstens eine Nut in wenigstens eine Ausnehmung des Kragens übergeht.
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Durch die vorgeschlagene Lösung wird der Verbund des zweiteiligen Kolbens mit dem Grundkörper und dem Anlageteil verfestigt. Das Anlageteil wird damit an dem Grundkörper fixiert, und die Wahrscheinlichkeit, dass sich das Anlageteil von dem Grundkörper löst kann verringert werden. Dies ist insbesondere bei einer Führung des Kolbens in einem gekrümmten Rohr von Vorteil, da durch die Krümmung des Rohres komplexe Querkräfte auf den Kolben wirken. Diese komplexen Querkräfte können bei der bisher bekannten Lösung in einem ungünstigen Fall dazu führen, dass sich das Anlageteil von dem Grundkörper löst und zwischen dem Grundkörper und der Rohrinnenwandung festklemmt, wodurch wiederum die Straffbewegung gestört werden kann. Durch die vorgeschlagene formschlüssige Verbindung wird das Anlageteil an dem Grundkörper zusätzlich gesichert. Außerdem umgreift der Grundkörper das Anlageteil an seiner Außenseite und verhindert dadurch, dass der Kolben statt mit dem Grundkörper mit dem Anlageteil zur Anlage an der Innenwandung des Rohres gelangt. Damit wird die Dicht- und Führungsfunktion des Kolbens an der Innenwandung des Rohres ausschließlich von dem Grundkörper wahrgenommen, während das Anlageteil ausschließlich zur Übertragung der Straffkräfte auf die Kraftübertragungseinrichtung dient.
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Der Kragen bildet durch den radial einwärts gerichteten Vorsprung die formschlüssige Verbindung und trennt gleichzeitig das Anlageteil von der Innenwandung des Rohres, indem er das Anlegeteil seitlich überragt. Der ringförmige Kragen bildet praktisch eine Aufnahme an der der Kraftübertragungseinrichtung zugewandten Stirnseite des Grundkörpers, in welcher das Anlageteil angeordnet ist.
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Durch die Ausnehmung wird der ringförmige Kragen bewusst geschwächt, so dass der Kragen mit den an die Ausnehmung angrenzenden Randseiten beim Eindrücken des Anlageteils nach außen federn kann. Durch die Ausnehmungen wird der Kragen praktisch bewusst in zwei oder mehrere federelastische Abschnitte unterteilt, durch welche die Montage des Anlageteils in der durch den Kragen geschaffenen Aufnahme erleichtert wird. Ferner erleichtert die so geschaffene federelastische Ausbildung des Kragens die Führung des Kolbens in den gekrümmten Abschnitten des Rohres, da sich der Kragen dadurch besser an die Krümmung des Rohres anpassen kann.
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Der Vorteil der vorgeschlagenen Lösung liegt darin, dass der Druck aus dem Druckraum bei auftretenden Druckspitzen durch die Nut abgebaut werden kann, indem das Gas aus dem Druckraum über die Nut an dem Kolben vorbei auf die Seite der Kraftübertragungseinrichtung strömen kann. Die Nut des Grundkörpers und die Ausnehmung des Kragens, in welche die Nut übergeht, bilden damit einen einzigen Strömungskanal für das zum Druckabbau auf der Druckseite überströmende Gas. Sofern mehrere Nuten und Ausnehmungen vorgesehen sind, ist jeweils eine Nut so angeordnet, dass sie in eine Ausnehmung übergeht. Damit bilden immer eine Nut und eine Ausnehmung einen Strömungskanal.
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Dabei kann in der Nut bevorzugt eine die Querschnittsfläche stufenförmig verengende Engstelle vorgesehen sein. Durch die Engstelle wird der Überströmquerschnitt der Nut verengt, so dass die Straffleistung möglichst wenig verringert wird. Die Engstelle kann dann im Falle des Überströmens des Gases durch Erosion des Grundkörpers im Bereich der Ränder der Engstelle aufgeweitet werden, bis sie maximal die Querschnittsweise der Nut aufweist.
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Dabei kann die Engstelle bevorzugt an einer an den Druckraum angrenzenden Randseite des Grundkörpers angeordnet sein, so dass sie dem Druck des Druckraumes maximal ausgesetzt ist.
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Ferner kann die Engstelle bevorzugt in einem sich quer zu der Nut erstreckenden, die Nut verschließenden Steg angeordnet sein. Durch den die Nut verschließenden Steg wird sichergestellt, dass das Gas in einer Anfangsphase ausschließlich durch die Engstelle an dem Kolben vorbeiströmen kann, so dass die Straffleistung möglichst wenig verringert wird. Der Steg wirkt dann als bewusst geschaffene Opferfläche, welche bei sehr hohen Druckgradienten und dadurch verursachten Strömungsgeschwindigkeiten in der Engstelle abgetragen wird, so dass die Engstelle dadurch aufgeweitet und der Druckabbau vergrö-ßert wird.
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Weiter wird vorgeschlagen, dass die Nut wenigstens in einem Abschnitt konisch, sich in Richtung des Druckraumes verengend ausgebildet ist. Durch die konische Formgebung und deren Ausrichtung wird der Gasstrom in der Nut bewusst verzögert, indem die zur Durchströmung vorhandene Querschnittsfläche der Nut vergrößert und die Strömungsgeschwindigkeit verringert wird.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Dabei zeigt
- 1: einen Gurtaufroller mit einer pyrotechnischen Straffvorrichtung mit einem in einem Rohr geführten Kolben;
- 2: einen erfindungsgemäß ausgebildeten Kolben in Schnitt- und Explosionsdarstellung;
- 3: einen Grundkörper des Kolbens in zwei verschiedenen Ausführungsformen.
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Der in 1 schematisch gezeigte Gurtaufroller umfasst ein Gehäuse 11 mit einem Seitenschenkel 13, eine darin gelagerte Gurtaufwickelwelle 12 für ein nicht dargestelltes Sicherheitsgurtband und eine nach Auslösung auf die Gurtaufwickelwelle 12 einwirkende pyrotechnische Straffvorrichtung 10. Die Straffvorrichtung 10 umfasst ein mit der Gurtaufwickelwelle 12 drehfest verbundenes Antriebsrad 14, das beispielsweise eine Au-ßenverzahnung 15 aufweist, einen 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.
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In dem Rohr 16 ist eine Kraftübertragungseinrichtung in Form einer Reihe von metallischen, kugelförmigen Massekörpern 19 vorgesehen, welche die Straffbewegung über ein Antriebsrad 14 auf die Gurtaufwickelwelle 12 übertragen. Der Gurtaufroller ist hinsichtlich der Ausgestaltung des Wechselwirkungsbereichs 18 zwischen der Massekörperreihe 19 und dem Antriebsrad 14 sowie etwaiger Kupplungseinrichtungen zwischen dem Antriebsrad 14 und der Gurtaufwickelwelle 12 nicht beschränkt. Zur reibungsarmen Kraftübertragung ist der Außendurchmesser der Massekörper 19 zweckmäßigerweise etwas geringer als der Innendurchmesser des Rohres 16.
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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 Massekörperreihe 19, das heißt unmittelbar vor dem in Kraftübertragungsrichtung ersten Massekörper 19a der Massekörperreihe 19 der Kraftübertragungseinrichtung angeordnet ist. Der Kolben 21 schließt einen durch einen Gasgenerator 17 mit einem Gasdruck beaufschlagbaren Druckraum 20 in dem Rohr 16 ab, so dass der Kolben 21 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 Massekörper 19 und das Antriebsrad 14, auf die Gurtaufwickelwelle 12 übertragen, so dass das Gurtband gestrafft wird.
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In der 2 ist der Kolben 21 als Einzelteil zu erkennen. Der Kolben 21 ist zweiteilig mit einem Grundkörper 3 und einem Anlageteil 4 ausgebildet, wobei der Grundkörper 3 grundsätzlich eine geringere Festigkeit bzw. eine höhere Elastizität als das Anlageteil 4 aufweist und der Abdichtung des Druckraumes 20 an der Innenwandung des Rohres 16 dient, während das Anlageteil 4 aufgrund der höheren Festigkeit zur Anlage des ersten Massekörpers 19a und damit zur Übertragung der Antriebsbewegung auf die Massekörperkette 19 dient.
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Der Grundkörper 3 weist an seiner der Massekörperkette 19 zugewandten Stirnseite einen ringförmigen, axial vorstehenden Kragen 1 auf, welcher zusammen mit der Stirnseite des Grundkörpers 3 eine Aufnahme 22 bildet, in welcher das Anlageteil 4 angeordnet ist. Der Kragen 1 weist einen in die Aufnahme 22 hineinragenden, umlaufenden, wulstartigen Vorsprung 2 auf, welcher die Öffnungsweite der Aufnahme 22 geringfügig verkleinert. Ferner weist der Kragen 1 drei in einem Winkel von 120 Grad zueinander angeordnete Ausnehmungen 5 auf, welche den Kragen 1 in drei ringsegmentförmige, mit ihren Mitten ebenfalls in 120 Grad zueinander angeordnete Abschnitte 24 unterteilen.
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Zur Montage des Anlageteils 4 in der Aufnahme 22 des Grundkörpers 3 wird das Anlageteil 4 von der Stirnseite eingepresst, wobei die ringsegmentförmigen Abschnitte 24 dabei aufgrund der elastischen Eigenschaften des Werkstoffs des Grundkörpers 3, aufgrund der Trennung des Kragens 1 durch die Ausnehmungen 5 und schließlich aufgrund ihrer Wandstärke leicht nach außen federn. Dadurch wird der Öffnungsquerschnitt der Aufnahme 22 vergrößert, und das Anlageteil 4 kann eingeführt werden. Nach dem Einführen des Anlageteils 4 federn die Abschnitte 24 wieder zurück, und das Anlageteil 4 ist durch die radial nach innen ragenden Vorsprünge 2 formschlüssig an dem Grundkörper 3 bzw. in der Aufnahme 22 gehalten. Dadurch wird der Verbund aus dem Grundkörper 3 und dem Anlageteil 4 verfestigt, und das Anlageteil 4 wird auch in einer Krümmung des Rohres 16 sicher an dem Grundkörper 3 gehalten. Der Kragen 1 ist in der axialen Erstreckung so bemessen, dass er das Anlageteil 4 entweder nicht übersteht oder nur soweit übersteht, dass der erste Massekörper 19a während der Antriebsbewegung ausschließlich an dem Anlageteil 4 anliegt.
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Der Grundkörper 3 weist ferner in seiner radial äußeren Mantelfläche drei, sich in Axialrichtung des Grundkörpers 3 erstreckende Nuten 6 auf, welche so angeordnet sind, dass sie in die Ausnehmungen 5 des Kragens 1 übergehen. Die Nuten 6 sind jeweils durch in Umfangsrichtung, als quer zu der Längserstreckung der Nuten 6 ausgerichtete Stege 9 verschlossen bzw. verengt. In den Stegen 9 ist jeweils eine Engstelle 7 in Form einer kleinen Kerbe vorgesehen, durch welche eine Überströmung des Gases aus dem Druckraum 20 auf die Seite der Massekörper 19, an dem Kolben 21 vorbei ermöglicht wird. Durch die Engstellen 7 in den Stegen 9 können Druckspitzen in dem Druckraum 20 abgebaut werden. Die Engstellen 7 sind dabei bewusst in Stegen 9 angeordnet, welche aufgrund ihrer geringen Wandstärke bei sehr großen Strömungsgeschwindigkeiten des Gases in den Engstellen 7 als Opferstellen erodieren, so dass die Öffnungsweite der Engstellen 7 bis zu der maximalen Öffnungsweite der Nuten 6 bei vollständiger Erosion der Stege 9 vergrößert werden kann.
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Die Öffnungsweite der Nuten 6 wird durch die Stege 9 und die darin vorgesehenen Engstellen 7 stufenförmig auf eine sehr kleine Öffnungsweite verkleinert, so dass die Straffleistung möglichst wenig verringert wird. Die Engstellen 7 bilden sehr kleine Öffnungen, welche ein geringes Überströmen des Gases an dem Kolben 21 vorbei ermöglichen, bei auftretenden Druckspitzen und den dadurch bedingten sehr hohen Strömungsgeschwindigkeiten in den Engstellen 7 aber bewusst für einen möglichst schnellen Druckabbau aufgeweitet werden. Zur Vermeidung der eingangs beschriebenen Kraftbegrenzungsstörung ist es von Vorteil, wenn die Stege 9 in jedem Fall mit dem Ende der Straffbewegung vollständig erodiert sind, so dass der volle Querschnitt der Nuten 6 zum Überströmen des Gases zur Verfügung steht.
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In der 3 sind zwei verschiedene Ausführungsformen des Grundkörpers 3 zu erkennen. Bei dem oberen Ausführungsbeispiel sind die Stege 9 mit den darin angeordneten Engstellen 7 unmittelbar an der dem Druckraum 20 zugeordneten Randseite 8 des Grundkörpers 3 angeordnet, so dass sie unmittelbar dem Druck in die Druckraum 20 ausgesetzt sind. In dem unteren Ausführungsbeispiel sind die Stege 9 mit den darin vorgesehenen Engstellen 7 in einem Mittenabschnitt der Nuten 6 angeordnet, so dass zwischen dem Druckraum 20 und den Stegen ein kleiner Vorraum in den Nuten 6 vorhanden ist, in dem der ansteigende Druck bei auftretenden Druckspitzen bewusst aufgebaut wird. Der Vorraum bildet damit eine Art Düse, in dem das aus dem Druckraum 20 austretende Gas zunächst vorbeschleunigt wird, bevor es durch die Engstellen 7 an dem Kolben 21 vorbeiströmt. Ferner wird das überströmende Gas durch den so gebildeten Vorraum gezielt auf die Engstellen 7 gerichtet, so dass diese bewusst belastet und im Bedarfsfall bewusst durch Erosion aufgeweitet werden.
